MEMPENGARUHI PERGESERAN ARAH KESETIMBANGAN)
1) Asam Nitrat
Tahap penting dalam produksi asam nitrat ialah konversi NH3(g) menjadi
NO(g). Kondisi yang dikembangkan oleh Wilhelm Ostwald di awal abad ini, yaitu kontak singkat (0,01 det). NH3(g) dengan O2(g) berlebih dan katalis
Pt pada suhu sekitar 1000oC.
4 NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO(g) + 6 H2O(g)
NO(g) didinginkan pada suhu kamar, lalu dikonversi menjadi NO2(g).
2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)
NO2(g) dilarutkan dalam air, dan NO(g) di daur ulang.
3 NO2(g) + H2O(l) 2 HNO3(aq) + NO(g)
Asam nitrat digunakan dalam pembuatan garam-garam nitrat (terutama NH4NO3), bahan peledak nitrogliserin dan nitroselulosa, serta bermacam-
macam bahan organik yang mengandung nitrogen.
2) Urea
Reaksi NH3(g) dan CO2(g) pada suhu tinggi (190oC) menghasilkan zat
antara ammonium karbamat (NH4CO2NH2), yang terdehidrasi, (melepaskan
H2O) membentuk urea. Urea dan H2O membentuk larutan pekat. Reaksi
kesetimbangan, yang tak memerlukan katalis ini, ialah : 2 NH3 (g) + CO2 (g) CO(NH2)2(s) + H2O(l)
Urea
Sebagaimana yang diharapkan, reaksi ke kanan mudah terjadi pada tekanan tinggi. Tekanan yang umum digunakan adalah 200 atm.
Urea mengandung 46% nitrogen berdasar massa. Urea merupakan pupuk yang baik, berupa padatan murni atau berupa padatan dalam campurannya dengan garam-garam ammonium, atau dalam larutan berair pekat dengan NH4NO3
dan/atau NH3. Urea juga digunakan sebagai makanan tambahan ternak dan
PPPPTK IPA
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud
b. Pembuatan Asam Sulfat
Bahan bakunya antara lain : S8 (belerang), pirit (FeS2), serta hasil samping dari
peleburan tembaga, seng dan timbal. 1) Reaksi :
SO3 (g) + H2O (l) H2SO4(aq) + 21,36 kkal
2) Proses pembuatan asam sulfat diantaranya: Proses kamar timbal, dan Proses kontak.
a) Proses Kamar Timbal
Bahan-bahan yang digunakan :
(1) Belerang atau pirit (FeS2) yang dibakar untuk membentuk SO2
(2) Oksida nitrogen dari reaksi : N2O3(g) NO(g) + NO2(g)
(3) Udara (oksigen) (4) Air atau uap panas.
(5) Reaksi yang terjadi dalam proses ini : S(s) + O2(g) SO2(g)
2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)
NO2(g) + SO2(g) SO3(g) + NO(g)
SO3(g) + H2O(l) H2SO4(aq)
(6) Tahapan dalam proses kamar timbal : (a) Pembakaran belerang
FeS2 atau belerang dibakar dalam tungku dengan udara dalam
jumlah besar
(O2) selain untuk membentuk SO2 juga untuk reaksi selanjutnya.
(b) SO2 dan kelebihan udara (O2) melewati “niter pot” dimana asam
nitrat dibuat melalui reaksi H2SO4 dengan NaNO3. Asam nitrat
direduksi oleh SO2 membentuk NO dan NO2. Reaksinya sebagai
berikut :
2 HNO3(aq) + 2 SO2(g) + H2O (l) 2H2SO4(aq) + NO(g)
+ NO2(g)
(c) Gas-gas melewati Glover tower dimana oksida nitrogen yang telah digunakan, ditambahkan lagi ke dalam sistem.
(d) Kamar timbal
Campuran yang mengandung SO2, udara, dan oksida nitrogen
Reaksi yang terjadi dalam kamar timbal :
2SO2(g) + NO(g) + NO2(g) + O2(g)+ H2O(l)
2 [SO2(OH)(NO2)] (aq)
Hasil dari reaksi ini adalah asam sulfat nitrosil. Dengan adanya air, terjadi reaksi yang kedua membentuk asam sulfat dan membebaskan oksida nitrogen :
2 [SO2(OH)(NO2)] (aq) + H2O(l) 2 H2SO4(aq) + NO(g) +
NO2(g)
Oksida nitrogen keluar dari kamar timbal menuju Gay-Lussac tower. Larutan asam sulfat (60 – 70%) terkumpul di dasar kamar dan disalurkan ke dalam sebuah penampungan.
(e) Gay-Lussac tower
Salah satu fungsinya adalah sebagai cerobong yang membantu gas masuk ke dalam kamar timbal, tetapi tujuan utamanya adalah untuk recovery oksida nitrat. Gas keluar dari kamar timbal masuk menuju dasar Gay-Lussac tower, kemudian bergerak ke atas melewati lempengan keramik, melalui asam sulfat yang di-
spray. Ketika asam berkontak dengan gas, terjadi reaksi sebagai berikut :
2 H2SO4(aq) + NO(g) + NO2(g) [SO2(OH)(NO2)](aq) +
H2O(l)
Asam pekat yang mengandung asam sulfat nitrosil, dikeluarkan dari dasar Gay Lussac tower ke tempat penampungan. Dari sini dengan tekanan udara kemudian didorong ke bagian atas Glover tower.
(f) Glover tower
Asam dari Gay-Lussac tower di-spray melewati keramik dan memenuhi Glover tower. Kemudian asam yang di-spray tersebut bereaksi dengan gas panas dari pembakar sulfur. Asam tersebut juga diencerkan dengan penambahan asam sulfat cair dari kamar timbal. Reaksi yang terjadi dalam Gay-Lussac tower
berbalik arah dan oksida nitrogen dilepaskan memasuki kamar timbal. Ketika melewati keramik yang dipanaskan di Glover
PPPPTK IPA
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud
tower, asam menjadi pekat. Asam inilah yang didorong ke atas
Gay-Lussac tower dari dasar Glover tower, digunakan untuk menyerap oksida nitrogen.
b) Proses Kontak
Reaksi yang terjadi dalam proses ini :
2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3 (g) + 45,0 kkal
Reaksi ini berjalan sangat lambat, oleh karenanya reaksi ini harus dikatalisis. Temperatur tinggi harus dihindari karena reaksi ini sangat eksotermik. Katalis pertama yang digunakan adalah logam Pt yang terdeposit dalam kristal MgSO4 atau dalam asbestos. FeO yang
dicampurkan dengan CuO dan campuran yang mengandung vanadium oksida (V2O5) merupakan katalis lain yang sangat efektif. Pemurnian SO2
sangat hati-hati, dan perlu penanganan awal khusus untuk menghilangkan arsenik dan senyawaannya, yang bersifat racun terhadap katalis tersebut.
Setelah pemurnian di alat dust removers, scrubbers, dan pemurnian arsen, campuran SO2 dan udara dipanaskan hingga suhu mencapai kira-
kira 400 – 470 ºC pada alat heat exchanger, dimana gas dingin yang menuju kamar katalitik dipanaskan oleh gas panas yang juga melewati
heater (pemanas) dari kamar katalitik menuju absorber, dimana dalam
absorber ini SO3 diubah menjadi asam sulfat. Gas-gas ini kemudian
melewati katalis. Karena adanya pembebasan panas dalam reaksi, suhunya naik mencapai sekitar 600 ºC. Pada suhu ini reaksi hanya berjalan sekitar 75%. Oleh karena itu, terkadang gas-gas didinginkan dan masuk melewati kamar katalitik kedua, dimana pada kamar ini dihasilkan SO3. Gas-gas dari kamar ini kemudian melewati heat exchanger kedua
dan menuju absorber.
SO3 diserap oleh asam sulfat pekat (97 – 98%). Bila larutan ini
diencerkan, maka akan terbentuk oleum atau asam sulfat berasap. Konsentrasi asam yang menyerap SO3 dapat diregulasi dengan cara
membiarkan air bercampur dengan SO3 ketika diserap oleh asam.
SO3 tidak dapat terserap dalam air karena SO3 akan membentuk kabut
Asam Sulfat banyak digunakan sebagai pembuatan pupuk, pengilangan minyak, pemurnian logam, pembuatan bahan peledak, zat pewarna, kertas perkamen, detergen, elektrolit dan baterai mobil.
D. Aktivitas Pembelajaran
1. Kegiatan IN 1
Setelah mengkaji materi Kesetimbangan 2 (faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan), Anda dapat mencoba melakukan kegiatan eksperimen yang sesuai dengan lembar kerja yang tersedia. Catat pelik-pelik atau strategi percobaan agar percobaan berhasil, sehingga Anda dapat merancang kembali disesuaikan dengan kondisi sekolah. Anda dapat bekerjasama dalam kelompok masing-masing. Lakukan percobaan dengan disiplin ikuti aturan bekerja di laboratorium misalnya menyimpan limbah, sampah sesuai dengan aturan, menjaga kebersihan dan ketertiban di ruangan. Selanjutnya perwakilan kelompok mempresentasikan hasil percobaan, peserta lain menyimak presentasi dengan cermat dan serius sebagai penghargaan kepada pembicara.
2. Kegiatan ON
Untuk meningkatkan kompetensi Anda dalam materi Kesetimbangan 2 (faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan) silahkan Anda mengerjakan tugas ini secara mandiri di sekolah atau secara kelompok di kelompok kerja. Tunjukan kreatifitas dan Inovasi Anda dalam menghasilkan tugas–tugas berikut.
a. Pelajari kembali materi Kesetimbangan 2 (faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan) dan diskusikan dengan peserta yang lain di kelompok kerja, bila masih ada permasalahan atau kendala dalam mempelajari modul..
b. Kerjakan LK yang tersedia di modul secara berkelompok di kelompok kerja. Catat hasil pengamatan secara objektif, analisis dengan teliti, diskusi untuk menjawab pertanyaan dan kesimpulan. Lakukan dengan
PPPPTK IPA
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud
kerjasama dan tanggungjawab. Buat laporan hasil dan dokumentasikan kegiatan.
c. Apabila ditemukan kendala pada LK tersebut (misalnya alat dan bahan tidak tersedia di sekolah), maka rancanglah Lembar Kerja Siswa untuk stoikiometri 2. Uji coba hasil rancangan dan buat laporan kegiatan berikut dokumentasinya
Lembar Kegiatan :
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Reaksi Kesetimbangan
Sistem kesetimbangan akan terganggu bila ada pengaruh dari luar. Untuk mengurangi pengaruh perubahan, sistem kesetimbangan akan mengadakan aksi misalnya terjadi lagi reaksi-reaksi di antara komponennya atau terjadi penguraian dari satu komponen, sehingga pengaruh tersebut akan berkurang. Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi kesetimbangan adalah perubahan konsentrasi, perubahan volume atau tekanan serta perubahan suhu. Untuk membuktikannya, cobalah lakukan percobaan berikut dalam kelompok dengan hati-hati dan teliti. Jawablah pertanyaan berdasarkan data pengamatan dan hasil pengolahan data