SISTEM KESETIMBANGAN DALAM INDUSTRI

Agar suatu zat dihasilkan sebanyak mungkin suatu reaksi kimia harus diusahakan supaya berlangsung ke arah hasil reaksi (ke arah kanan) jika reaksinya merupakan reaksi kesetimbangan, maka faktor-faktor konsentrasi, suhu, tekanan gas, serta katalis harus diperhitungkan agar reaksi itu berlangsung cepat dan ekonomis.
Dalam pasal ini, kita mencoba meninjau dua proses yang sangat penting, dibidang kimia industri, yaitu pembuatan amoniak proses Haber Bosch serta pembuatan asam sulfat menurut proses kontak.
Proses Haber-Bosch

Frite Haber (186-1984) dari Jerman adalah orang yang mula-mula berhasil, mensintesa amoniak dari gas-gas nitrogen dan hidrogen, sehingga ia mendapat hadiah nobel tahun 1918. Proses pembuatan amoniak ini lalu disempurnakan oleh rekan senegaranya, Karl Bosch (1874-1940) yang juga meraih hadiah Nobel tahun 1931. Itulah sebabnya proses pembuatan amoniak dikenal sebagai proses Haber-Bosch.
Reaksi yang berlangsung adalah: N2(g) + 3H2(g) <==> 2NH3(g) + 22 k kal
Pada suhu biasa, reaksi ini berjalan lambat sekali. Jika suhu dinaikkan reaksi akan berlangsung jauh lebih cepat. Akan tetapi, penaikan suhu menyebabkan reaksi bergeser ke kiri (mengapa?), sehingga mengurangi hasil NH3. Dengan memperhitungkan, faktor-faktor waktu dan hasil, maka suhu yang digunakan adalah 500oC.
Untuk mempercepat tercapainya keseimbangan, dipakai katalis oksida-oksida besi. Agar reaksi bergeser ke kanan, tekanan yang digunakan haruslah tinggi. Tekanan 200 atm akan memberikan hasil NH3 15% tekanan 350 atm menghasilkan NH3 30% dan tekanan 1000 atm akan menghasilkan NH3 40%.
Selama proses berlangsung, gas-gas nitrogen dan hidrogen terus-menerus ditambahkan ke dalam campuran apapun, sedangkan NH3 yang terbentuk harus segera dipisahkan dari campuran dengan cara menggemburkannya, sebab titik didih NH3 jauh lebih tinggi dari titik didih N2 dan H2O.
Proses Haber Bosch merupakan proses yang cukup penting dalam dunia industri, sebab amoniak merupakan bahan utama dalam pembuatan berbagai barang, misalnya pupuk urea, asam nitrat dan senyawa-senyawa nitrogen lainnya. Amoniak juga sering dipakai sebagai pelarut, karena kepolaran amonia cair hampir menyamai kepolaran air.

PROSES KONTAK
Proses kontak merupakan proses pembuatan asam sulfat secara besar-besaran. Dalam industri modern, banyak sekali digunakan asam sulfat antara lain sebagai: pada pembuatan pupuk amonium sulfat dan pada proses pemurnian minyak tanah, pada industri baja untuk menghilangkan karat besi sebelum bajanya dilapisi timah atau seng, pada pembuatan zat warna, obat-obatan, pada proses pemurnian logam dengan cara elektrolisa, pada industri tekstil, cat, plastik, akumulator, bahan peledak, dll. Pendeknya, banyaknya pemakaian asam sulfat disuatunegara telah dipakai sebagai ukuran kemakmuran negara tersebut.
Pada pembuatan asam sulfat menurut proses kontak bahan yang dipakai adalah belerang murni yang dibakar di udara. S(s) + O2(g) --> SO2(g)
SO2 yang terbentuk di oksidasi di udara dengan memakai katalisator. Reaksinya terbentuk kesetimbangan : 2SO2(g) + O2(g) <==> 2SO3(g) + 45 k kal.
Dahulu dipakai serbuk platina sebagai kontak. Tetapi sekarang dipakai katalis V2O5 (Vanadium penta oksida) yang lebih murah.
Menurut kesetimbangan di atas, makin rendah suhunya makin banyak SO3 yang dihasilkan. Akan tetapi, sama seperti pembuatan amoniak pada suhu rendah reaksi berjalan lambat. Dengan memperhitungkan faktor-faktor waktu dan hasil dipilih suhu 400oC, dan hasilnya yang diperoleh pada suhu ini kira-kira 98%. Itulah sebabnya reaksi ini tidak perlu dilaksanakan pada tekanan tinggi.
Oleh karen gas SO2 agak sukar larut dalam air, maka SO3 dilarutkan dalam H2SO4 pekat. Jadi pada pembuatan H2SO4, bahan yang ikut digunakan juga H2SO4 SO3 + H2SO4 --> H2S2O7 asam pirosulfat Asam pirosulfat kemudian disirami air : H2S2O7 + H2O --> 2H2SO4

KECEPATAN REAKSI(LAJU REAKSI)
Pada umunya reaksi-reaksi berlangsung dengan kecepatan yang berbeda-beda. Ada reaksi yang berlangsung sangat cepat, ada pula reaksi yang berlangsung sangat lambat. Untuk menyatakan lambat cepatnya suatu reaksi dikemukakan konsep-konsep kecepatan reaksi atau laju reaksi. Kecepatan reaksi/laju reaksi adalah perubahan konsentrasi pereaksi/hasil reaksi persatuan waktu. Contoh: A --> B
Pada awal reaksi zat B belum ada dalam campuran setelah reaksi berjalan. Konsentrasi B semakin bertambah. Sedangkan knsentrasi A semakin berkurang.

K^ _____________
o!\ /konsentrasi B
n! \ /
s! \/
n! /\
t! / \ konsentrasi A
r!/ \_____________
a!
s!
i!-------------------->

Kecepatan reaksi dapat diukur dengan menghitung pertambahan konsentrasi B tiap satuan waktu tertentu dengan menggunakan pengurangan konsentrasi zat A tiap satuan waktu tertentu.
Waktu
----------------------- ------------------------
! V = delta (B)/delta t ! atau ! V = -delta (A)/delta t !
----------------------- ------------------------
ket: V = kecepatan reaksi
(A) = konsentrasi A (mol/liter)
(B) = konsentrasi B (mol/liter)
t = waktu

Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi:
a. Luas permukaan zat
Suatu zat yang berbentuk serbuk mempunyai permukaan yang lebih luas dibandingkan dengan zat tersebut dibentuk kepingan/bengkahan. Jika zat tersebut direaksikan dengan zat lain maka bentuk serbuk akan memiliki bidang sentuhan yang luas untuk bertabrakan dengan zat lain.
b. Konsentrasi
Jika zat yang direaksikan berupa larutan maka faktor yang harus diperhatikan adalah konsentrasi suatu larutan yang pekat tentu mengandung molekul-molekul yang lebih banyak dibandingkan dengan yang encer. Jumlah molekul yang banyak tentu lebih mudah dan lebih sering bertabrakan dibandingkan dengan molekul-molekul yang jumlahnya sedikit. Sehingga makin besar konsentrasi suatu larutan yang direaksikan maka makin besar pula kecepatan reaksinya.
c. Suhu
Dengan menaikkan suhu berarti menambah energi. Sehingga energi kinetik molekul-molekul yang bereaksi menjadi lebih efektif untuk mengadakan tabrakan. Hal ini berarti bahwa memperbesar suhu akan mengakibatkan reaksi berlangsung lebih cepat.
d. Katalis
Katalis adalah zat-zat yang merubah kec. reaksi suatu reaksi kimia tanpa ia sadari mengalami perubahan yang bersifat fermanen.
Ada dua jenis katalis (katalisator), yaitu:
1. Katalis positif, yaitu katalis yang mempercepat reaksi.
2. Katalis negatif, yaitu katalis yang memperlambat reaksi
Umumnya yang disebut katalisator adalah katalis positif.

Hubungan antara kapasitas reaksi dengan konsentrasi
Kecepatan reaksi sangat ditentukan oleh konsentrasi at yang bereaksi, makin besar konsentrasi zat yang direaksikan, maka makin cepat pula reaksinya. Akan tetapi hubungan aantara kecepatan reaksi dengan konsentrasi zat padat bermacam-macam, ada reaksi yang berlangsung dua kali lebih cepat jika konsentrasi pereaksi dinaikkan dua kali dari konsentrasi sebelumnya. Dengan kata lain kecepatan reaksi sebanding dengan harga [zat] tetapi ada pula zat yang jika konsentrasinya dinaikkan dua kali maka kecepatan reaksi akan bertambah 4x. Jadi kecepatan reaksi sebanding dengan harga[zat]2 bahkan ada juga reaksi yang kecepatannya sebanding dengan harga [zat]3. Bilangan pangkat yang menyatakan hubungan konsentrasi zat dengan reaksi kecepatan reaksi disebut orde reaksi atau tingkat reaksi. Harga orde reaksi hanya dapat ditentukan melalui percobaan/eksperimen.
Untuk reaksi umum: A + B --> hasil reaksi, maka kecepatan reaksi ditentukan oleh konsentrasi A dan konsentrasi B.
Persamaan kecepatan reaksinya secara umum ditulis sbb:
-------------------
! V = k [A]^m.[B]^n !
-------------------
ket: V = Kecepatan reaksi (mol/l/detik)
k = tetapan kecepatan reaksi
[A] = konsentrasi zat A (mol/l)
[B] = konsentrasi zat B 9mol/l)
m = orde reaksi terhadap zat A
n = orde reaksi terhadap zat B

Hal-hal yang perlu diperhatikan
a. Jika konsentrasi suatu zat dinaikkan sebesar ax dan ternyata kec. reaksi bertambah sebesar bx maka berlaku:
a^x = b, x = orde reaksi terhadap zat tersebut.
b. Dalam menentukan harga orde reaksi terhadap suatu zat secara eksperimen konsentrasi zat tersebut dinaikkan sedangkan konsentrasi zat-zat yang lain harus dibuat tetap.