Penerapan Kesetimbangan Kimia

Penerapan Kesetimbangan Kimia

Oleh: Eka Sari Agustine

                 Bicara soal penerapan kesetimbangan kimia memang tidak terlepas dari pembuatan amonia menurut prosae Haber-Bosch dan pembuatan Asam Sulfat menurut proses kontak. Ini berdasarkan buku-buku yang saya baca hehe…, sudah sampai sejauh mana? Sayapun tak terlalau yakin. Ini Cuma hasil rata-rata dari semua buku yang saya pinjam dari teman atau perpustakaan, maupun informasi dari Ustadz google kebanyakan memuat proses ini. Kenapa saya bilang penting? Karena, Amonia (NH₃) merupakan senyawa nitrogen yang sangat penting bagi kehidupan , terutama sebagai bahan pembuatan pupuk dan sebagai pelarut yang baik untuk berbagai senyawa ionik dan senyawa polar. Serta proses kontak pembuatan Asam Sulfat digunakan industri untuk memproduksi, agar mendapatkan hasil produk yang lebih besar. Biasa digunakan pada indrustri baja untuk menghilangkan karat besi sebelum baja dilapisi timah atau seng. Pendeknya pemakaian Asam sulfat di suatu Negara telah dipakai sebagai ukuran kemakmuran Negara tersebut. Hebatkan?!!!

                 Tapi, tahukah anda? Ternyata masih banyak contoh-contoh penerapan kesetimbangan kimia dalam indusrti maupun kehidupan sehari-hari. Misalnya kesetimbangan dalam mulut kita, dalam kolam renang atau dalam bak penampung air, proses  Ostwald, tangki penyimpanan hydrogen cair, dsb. Saya ambil contoh dalam mulut kita, Email gigi mengandung senyawa kalsiumhidrosiapatit, Ca₅(PO₄)₃OH. Di dalam mulut, zat itu akan mengalami reaksi kesetimbangan  sebagai berikut.

Ca₅(PO₄)₃OH (s)    5 Ca²⁺ (aq)  + 3PO₄^3- (aq)  + OH^- (aq)

                 Reaksi kesetimbangan yang terjadi akan mengalami pergeseran jika kita mengosumsi makanan yang mengandung asam. Makanan asam mengandung ion H⁺ sehingga ion tersebut akan mengikat ion PO₄^3- dan OH^-. Akibatnya, reaksi kesetimbangan akan bergeser kekanan atau (konsentrasi Ca₅(PO₄)₃OH) berkurang. Pergeseran reaksi tersebut menyebabkan lapisan email menjadi keropos sehingga timbul sakit gigi. Apa sudah jelas? Jika belum? Tenang, masih ada lagi contoh-contoh yang lain di paragraph selanjutnya hehe… kita beranjak terlebih dahulu ke asas Le Chateir yang berbunyi “Apabila dalam suatu system kesetimbangan yang sedang berlangsung dilakukan aksi, maka timbul reaksi dari system sehingga pengaruh aksi tersebut dapat diperkecil”. Inilah yang melandasi semua proses kesetimbangan. Beralih ke penerapan kesetimbangan yang selanjutnya menurut  Proses Haber-Bosch dan Proses Kontak.

a).  Proses Haber-Bosch

Amonia dapat di buat dengan mereaksikan gas nitrogen (N₂) Dengan gas hidrogen (H₂) melalui proses reaksi eksoteren yang dapat membentuk kesetimbagan sebagai berikut:

N_2(g)+3H_2(g)  ⇋  2NH_3(g)         ΔH= -92,4 Kj

            Dalam industri, amonia di buat dengan mencampurkan gas N₂ Yang Diperoleh melalui udara dan gas H₂ yang di peroleh dari reaksi antara gas metana dan air. Campuran gas N₂ dan H₂ dengan perbandingan N₂:H₂=3:1 tersebut kemudian di alirkan melaui pompa bertekanan tinggi(250 atm) kedalam tabung pemurnian gas. Dalam tabung inilah kemudian di peroleh gas N₂ dan H₂  murni yang di alirkan kedalam reaktor katalisis.

Reaksi pembuatan amonia merupakan reaksi eksoterm, sehingga untuk menghasilkan amonia dalam jumlah besar, maka reaksi tersebut harus di lakukan pada suhu yang rendah. Akan tetapi, pada suhu rendah reaksi berlangsung rendah. Oleh karena itu, untuk mengimbangi nya,maka reaksidalam pembuatan amonia di lakukan pada suhu tinggi (500^oC) dan tekanan yang tinggi (200-400 atm). Suhu dan tekanan tersebut memungkinkan reaksi pembuatan amonia dapat berlangsung cepat dan amonia yang di hasilkannya dalam jumlah besar (reaksi bergeser ke kanan).

b).  Proses Kontak

           Bahan utama dalam pembuatan asam sulfat adalah gas SO3. Gas SO3 dibuat dengan cara proses kontak berdasarkan reaksi eksoterm.

2SO₂ (g) + O₂ (g)  2SO₃ (g) ΔH = –191,2 kJ

                 Reaksi bergeser ke arah kanan tidak terjadi jika pada suhu kamar. Tetapi kondisi optimal dicapai pada suhu 400oC dengan menggunakan katalis vanadium oksida (V2O5) reaksi berjalan dengan baik, yaitu 98% sempurna.

Tahap 1 : oksidasi S

S (s) + O₂ (g) à SO₂ (g)     ΔH = -297 kJ

Tahap 2 : oksidasi SO₂

2SO₂ (g) + O₂ (g)  2SO₃ (g)    ΔH = -297 kJ

Gas tersebut dibersihkan dari pengotor dengan cara  partikulat. Campuaran antara gas SO₂  dan udara di panaskan hingga suhu 450^oC.dan tekanan 101,3-202,6 kPa dengan di tambahkan katalis V₂O₅ untuk menghasilkan SO_3. SO₃  yang diperoleh sebanyak 98 %  dengan kecepatan reaksi maksimal.

Tahap 3 : pembentukan H₂SO₄

SO₃ (g) + H₂SO₄ (aq) à H₂S₂O₇ (l)

H₂S₂O₇ (l) + H₂O (l) àH₂SO₄ (aq)

Pada tahap 2 terjadi reaksi kesetimbangan  dan reaksi itu berlangsung secara eksoteren (reaksi melepaskan kalor) menurut asas Le Chatelier, reaksi kesetimbangan bergeser ke kanan jika tekanan di perbesar. Hal ini terjadi  karena reaksi kesetimbangan bergeser ke arah zat yang memeliki jumlah koefisien lebih sedikit. Jadi jika tekanan di perbesar, jumlah gas SO₃ semakin banyak karena reaksi kesetimbangan bergeser ke arah produk.

         

           Dapat di simpulkan bahwa pada reaksi kesetimbangan dalam pembuatan amonia, suhu yang tinggi dan katalis berfungsi umtuk mempercepat reaksi, sedangkan tekanan yang tinggi berfungsi untuk menggeser reaksi ke arah hasil reaksi( dalam hal iniamonia).

          Dari sini sudah jelas, apakah kesetimbangan kimia itu penting? Maka jawabannya adalah penting, banyak manfaat yang kita peroleh dari semua proses ini. Kesetimbangan kimia menghasilkan produk/ hasil reaksi yang optimal. Yang tentunya akan mempermudah dari kita sendiri.