Kesetimbangan Kimia di Industri

Banyak proses kimia dalam industri merupakan reaksi kesetimbangan. Masalah yang dihadapi oleh suatu industri adalah bagaimana memperoleh yang berkualitas tinggi dalam jumlah yang banyak dengan menggunakan proses yang efisien dan efektif. Untuk memecahkan masalah tersebut, pengetahuan tentang kesetimbangan kimia sangat dibutuhkan oleh beberapa industri kimia, misalnya industri pembuatan amoniak dan asam sulfat.

1. Pembuatan Amonia (NH3)

Amonia (NH3) merupakan senyawa nitrogen yang sangat penting, baik sebagai bahan dasar pembuatan pupuk maupun sebagai pelarut yang baik untuk berbagai senyawa ionik dan senyawa polar. Amonia dibuat berdasarkan reaksi berikut :

Proses itu ditemukan pertama kali oleh Fritz Haber (1868-1934) yang berkebangsaaan Jerman. Proses itu dikembangkan lebih lanjut oleh Carl Bosch (1874-1940). Oleh karena itu pembuatan amoniak dari reaksi antara gas H2 dan N2 dikenal dengan proses Haber-Bosch.

Berdasarkan azas Le Chatelier, untuk mendapatkan NH3 yang besar, pada reaksi itu harus digunakan temperatur yang rendah dan tekanan yang tinggi. Dengan demikian, kesetimbangan akan bergeser ke arah NH3. Akan tetapi, reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 5000C sekalipun. Dipihak lain, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan mengurangi rendemen. Proses Haber-Bosch semula dilangsungkan pada suhu sekitar 5000C dan tekanan sekitar 150-350 atm dengan katalisator, yaitu serbuk besi dicampur dengan Al2O3, MgO, CaO, dan K2O. Dewasa ini, seiring dengan kemajuan teknologi, digunakan tekanan yang jauh lebih besar, bahkan mencapai 700 atm. Untuk mengurangi reaksi balik, maka amonia yang terbentuk segera dipisahkan. Produksi amoniak terutama digunakan untuk pembuatan ammonium sulfat, urea, asam nitrat, dan senyawa nitrogen lainnya.

2. Pembuatan Asam Sulfat

Asam sulfat secara besar-besaran dapat dihasilkan dengan proses kontak. Pada pembuatan asam sulfat menurut proses kontak, bahan yang dipakai adalah belerang murni yang dibakar diudara, dengan reaksi berikut.

Seperti pada pembuatan NH3 untuk mendapatkan hasil SO3 dalam jumlah besar, pembuatannya harus dilakukan pada temperatur rendah dan tekanan tinggi, agar kesetimbangan bergeser ke arah SO3. Akan tetapi, reaksi tidak dapat berlangsung pada temperatur rendah. Reaksi baru dapat berlangsung pada temperatur 400oC.

Dengan menggunakan katalis vanadium pentaoksida (V2O5), reaksi berlangsung dengan baik, yaitu 98% sempurna dan tidak memerlukan tekanan tinggi. Belerang trioksida (SO3) dicampur dengan asam sulfat sehingga diadsorbsi oleh asam tersebut membentuk asam pirosulfat yang disebut juga dengan nama oleum. Asam pirosulfat itu diubah menjadi asam sulfat dengan menambahkan air, dengan reaksi berikut.

Asam yang dihasilkan dari proses itu adalah 100%. Penggunaan asam sulfat antara lain : pada pembuatan pupuk ZA dan asam fosfat, proses pemurnian minyak tanah, untuk menghilangkan karat besi sebelum dilapisi dengan timah atau seng pada industri baja, dan pada pembuatan zat warna.

3. Pembuatan Asam Nitrat (HNO3) Menggunakan Proses Ostwald

Pembuatan asam nitrat (HNO3) menggunakan Proses Ostwald dapat dibagi menjadi 3 tahap :

Tahap I : Pembentukan NO

NH3 bereaksi dengan O2 pada suhu 900oC dan tekanan 4-10 atm membentuk NO dengan bantuan katalis Pt-Rh melalui reaksi kesetimbangan berikut :

Tahap II : Pembentukan NO2

Gas NO dari tahap I didinginkan sampai suhu 25-40oC sebelum direaksikan dengan O2 pada tekanan 7-12 atm membentuk gas NO2. Reaksi kesetimbangannya adalah sebagai berikut :