Kesetimbangan Dalam Industri

Reaksi-reaksi yang berkesetimbangan merupakan masalah bagi industri, mengapa?

Industri memerlukan produk yang efektif dan efisien dengan biaya semurah-murahnya. Dalam

reaksi kesetimbangan, produk yang dihasilkan tidak efektif karena dapat membentuk kembali

pereaksi. Untuk menghasilkan produksi yang maksimal diperlukan pengetahuan untuk

menggeser posisi kesetimbangan ke arah produk.

1. Reaksi Kesetimbangan pada Industri Amonia

Amonia merupakan bahan dasar untuk pembuatan pupuk, sebagai pelarut,

pembersih, dan banyak lagi produk sintetik yang menggunakan bahan dasar amonia.

Amonia disintesis dari gas N2 dan H2melalui proses Haber seperti ditunjukkan pada

Gambar 5.11, reaksinya membentuk kesetimbangan. Secara termokimia, pembentukan

amonia bersifat eksotermis. Persamaan termokimianya sebagai berikut.

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H25 = 92,2 kJ

Masalah utama sintesis amonia adalah bagaimana menggeser posisi

kesetimbangan ke arah kanan agar dihasilkan amonia semaksimal mungkin. Apakah

Anda punya gagasan atau saran untuk hal ini? Saran pertama tentu pereaksi harus

dipasok terus menerus agar posisi kesetimbangan bergeser ke arah pembentukan

amonia. Saran kedua, suhu dan tekanan sistem harus optimal. Bagaimana caranya?

Gambar 5.11 Diagram sintentis amonia (proses Haber)

http://budisma.web.id/materi/sma/kimia-kelas-xi/latihan-contoh-soal-dan-jawaban-kesetimbangan-kimia/http://budisma.web.id/materi/sma/kimia-kelas-xi/ulangan-umum-kimia-kelas-xi-semester-1/http://budisma.web.id/materi/sma/kimia-kelas-xi/soal-kesetimbangan-kimia/http://budisma.web.id/materi/sma/kimia-kelas-xi/faktor-faktor-yang-mempengaruhi-kesetimbangan/

a. Optimasi Suhu. Oleh karena pembentukan amonia bersifat eksoterm maka untuk mengoptimalkan

produksi amonia, suhu reaksi harus tinggi atau rendah? Tentunya harus rendah

karena suhu reaksi yang tinggi akan menggeser kesetimbangan ke arah reaksi

endoterm (penguraian amonia). Jika suhu terlalu rendah, reaksi berlangsung sangat

lambat (hampir tidak bereaksi). Jika suhu terlalu tinggi, reaksi bergeser ke arah

penguraian amonia. Jadi, bagaimana cara yang efektif dan efisien? Dalam kasus

seperti ini, perlu ditentukan suhu optimum (tidak terlalu tinggi, juga tidak terlalu

rendah). Hasil penyelidikan menunjukkan bahwa suhu optimum pembentukan

amonia sekitar 450oC500oC (perhatikan Gambar 5.12).

b. Optimasi Tekanan. Selain optimasi suhu, tekanan juga perlu dioptimasi, mengapa? Ini dikarenakan

sintesis amonia melibatkan fasa gas dan rasio stoikiometri antara pereaksi dan hasil

reaksi tidak sama. Koefisien reaksi pembentukan amonia lebih kecil dari koefisien

pereaksi sehingga tekanan harus tinggi. Dalam praktiknya, tekanan yang diterapkan

sekitar 250 atm (perhatikan Gambar 5.12a).

Mengapa tekanan yang diterapkan tidak lebih tinggi lagi? Hal ini berkaitan

dengan aspek teknologi. Semakin tinggi tekanan maka diperlukan peralatan yang sangat

kuat agar tidak terjadi ledakan.

2. Reaksi Kesetimbangan pada Industri Asam Sulfat. Di Indonesia, asam sulfat merupakan salah satu bahan baku untuk membuat

pupuk, pigmen dan cat, pembuatan besi dan baja, pembuatan pulp dan kertas, pengisi sel

accumulator, pelarut, pengatur pH di dalam proses industri, pendehidrasi, serta

pembuatan produk-produk kimia lainnya, seperti amonium sulfat dan kalsium

hidrofosfat. Pembuatan asam sulfat di industri dikembangkan melalui proses kontak

seperti pada Gambar 5.13, dengan tiga tahap utama sebagai berikut.

1. Pembentukan belerang dioksida, persamaan reaksinya adalah

S( l ) + O2(g) SO2(g)

2. Pembentukan belerang trioksida, persamaan reaksinya adalah

SO2(g) + O2(g) SO3(g) H = 190 kJ

3. Pembentukan asam sulfat, melalui zat antara, yaitu asam pirosulfat. Persamaan

reaksinya adalah

SO3(g) + H2SO4(aq) H2S2O7(aq)

H2S2O7(aq) + O(l) 2H2SO4(aq)

Gambar 5.13 Diagram proses kontak (sintesis asam sulfat)

Dari ketiga tahapan tersebut, tahap dua merupakan tahap yang menentukan

efisiensi produk asam sulfat sebab membentuk reaksi kesetimbangan. Jika optimasi

sistem reaksi tepat maka akan diperoleh gas SO3 yang maksimal. Bagaimana cara

mengoptimasi pembentukan SO3pada tahap kedua tersebut?

a. Optimasi Suhu Oleh karena pembentukan SO3 bersifat eksoterm, efektivitas pembentukan SO3

dioperasikan pada suhu rendah. Kendalanya, sama seperti pada kasus pembuatan

amonia. Jika suhu terlalu rendah maka reaksi berlangsung sangat lambat. Akan tetapi,

jika suhu terlalu tinggi, reaksi bergeser ke arah penguraian SO3. Selain itu, katalis

menjadi tidak berfungsi. Berdasarkan hasil penyelidikan, suhu optimum pembentukan

SO3 sekitar 450C 500C (perhatikan Gambar 5.14).

b. Optimasi Tekanan Berdasarkan data koefisien reaksi, Anda dapat menduga bahwa tekanan yang

dioperasikan harus tinggi, agar posisi kesetimbangan bergeser ke arah produk.

Umumnya, tekanan yang dioperasikan berkisar antara 23 atm. Tekanan tinggi tidak

dapat dioperasikan dalam proses ini sebab peralatannya tidak mendukung (SO3 bersifat

korosif terhadap logam).

3. Reaksi Kesetimbangan pada Industri Asam Nitrat. Asam nitrat banyak digunakan dalam pembuatan pupuk, nitrasi senyawa organik

untuk bahan eksplosif, plastik, celupan, dan pernis, juga sebagai bahan oksidator dan

pelarut. Di industri, pembuatan asam nitrat menggunakan proses Ostwald, yaitu

pembuatan asam nitrat dari bahan mentah amonia dan udara. Proses pembuatan asam

nitrat melalui tiga tahapan, yaitu:

a. Tahap pembentukan nitrogen oksida. Campuran amonia dan udara berlebih

dialirkan melewati katalis PtRh pada suhu 850C dan tekanan 5 atm. Persamaan

reaksinya:

4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O( l ) H= 907 kJ (pada 25C)

b. Tahap pembentukan nitrogen dioksida. Nitrogen monoksida dioksidasi kembali

dengan udara membentuk gas nitrogen dioksida. Persamaan reaksinya:

2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) H= 114,14 kJ (pada 25C) c.Tahap pembentukan asam nitrat. Nitrogen dioksida bersama-sama dengan udara

berlebih dilarutkan dalam air panas 80C membentuk asam nitrat. Persamaannya:

4NO2(g) + O2(g) + 2H2O( l ) 4HNO3(aq)

Pada proses Ostwald, ada dua tahap reaksi yang membentuk kesetimbangan, yaitu

tahap satu dan tahap dua. Kedua tahap itu bersifat eksotermis dan memiliki koefisien

reaksi yang berbeda, yaitu koefisien hasil reaksi lebih kecil dari koefisien pereaksi. Pada

tahap dua, reaksi tidak efisien pada suhu tinggi, sehingga gas NO panas yang terbentuk

pada tahap pertama didinginkan dengan memasok udara dingin, sekaligus berfungsi

untuk mengoksidasi gas NO menjadi NO2. http://budisma.web.id/materi/sma/kimia-kelas-xi/reaksi-kesetimbangan-di-industri-kimia/

http://budisma.web.id/materi/sma/kimia-kelas-xi/reaksi-kesetimbangan-di-industri-kimia/