Makalah "Kesetimbangan Kimia Dalam Industri"

MAKALAH

Kesetimbangan Kimia Dalam Indusri dan Kehidupan

Sehari-hari

                                                 

                                                 

Anggota Kelompok :

      Keny Bella Eka Y.

3.     Velarida Esa Sakti

   XI SCIENCE 3

 RSBI SMA NEGERI MOJOAGUNG

Jl. Raya Janti No. 18 Mojoagung Jombang

Tahun Pelajaran 2011/2012

I.   Kata Pengantar

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

            Alhamdulillah, dengan kehendak Allah SWT, kami telah berhasil menyusun tugas makalah kimia yang memuat materi “KESETIMBANGAN KIMIA DALAM INDUSTRI DAN DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI” dari berbagai referensi buku maupun internet, agar lebih mudah dipelajari.

            Dengan terselesaikannya makalah ini diharapkan dapat membantu kelancaran proses belajar pada mata pelajaran kimia khususnya pada materi KESETIMBANGAN KIMIA. Juga diharapkan dapat membantu atau mempercepat tercapainya program Nasional dibidang pendidikan, yaitu mencerdaskan kehidupan bangsa sebagaimana yang diamanatlkan dalam Pembukaan UUD 1945 alinea keempat.

            Makalah ini mencakup beberapa contoh dari kesetimbangan kimia dalam industri, diantaranya adalah Pembuatan amoniak dengan proses Haber-Bosch, Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak, serta kesetimbangan dalam darah.

            Kami menyadari keterbatasan, kelemahan, dan masih banyak kekurangan kami dalam penyusunan makalah ini. Oleh karena itu kami berharap ada saran maupun kritik yang membangun untuk kami dari pembaca dan pemerhati makalah ini sebagai acuan agar kami dapat membuat makalah yang lebih baik dan menarik untuk tugas maupun pekerjaan kami selanjutnya.

            Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Jombang, 22 November 2011-11-22

TIM PENYUSUN

II.    Pendahuluan

1.1.            Latar belakang

Reaksi kesetimbangan di industri kimia misalnya pembuatan amonia dan asam sulfat. Dalam proses industri diharapkan dengan biaya sekecil mungkin dapat menghasilkan hal yang banyak, oleh karena itu perlu dicari cara agar di peroleh hasil yang maksimal.

1.2.            Rumusan masalah

Bagaimana menjelaskan penerapan prinsip kesetimbangan kimia dalam industri dan dalam kehidupan sehari-hari ?

1.3.            Tujuan

§  Mengetahui reaksi kesetimbangan kimia dalam industri dan dalam kehidupan sehari-hari.

§  Mengetahui manfaat kesetimbangan kimia dalam industri dan dalam kehidupan sehari-hari.

§  Mengetahui hubungan reaksi kimia dan kesetimbangan kimia dalam industri dan dalam kehidupan sehari-hari.

III.         Daftar Isi

I.        Kata Pengantar

II.      Pendahuluan

III.   1.  Latar belakang

2.  Rumusan masalah

3.  Tujuan

IV.   Daftar Isi

V.      Isi

1.      Pembuatan Amonia

2.      Peranan Amonia

3.      Pembuatan Asam Sulfat

4.      Peranan Asam Sulfat

5.      Keseimbangan asam basa dalam darah

VI.   Kesimpulan

1.      Pembuatan Amonia

2.      Pembuatan Asam Sulfat

VII. Saran

VIII.                      Daftar Pustaka

IV.           Isi

1.     Pembuatan Amonia (NH₃)

Berdasarkan prinsip kesetimbangan, kondisi yang menguntungkan untuk kentutasan reaksi pembentukan NH₃ adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500^oC. Pada awalnya proses Haber-Bosch dilangsungkan pada suhu sekitar 500⁰C dan tekanan sekitar 150-350 atm dengan katalis, yaitu serbuk besi dicampur dengan Al₂O₃, MgO, CaO, dan K₂O. Dengan kemajuan teknologi, digunakan tekanan yang jauh lebih besar sekitar 700 atm. Untuk mengurangi reaksi balik, maka amonianya yang terbentuk segera dipisahkan.

a.      Pada zaman pertengahan, pembuatan amonia dengan cara memanaskan tanduk dan kuku binatang ternak.

b.     Sampai saat perang dunia I, pembuatan amonia dipelopori oleh Amerika Serikat melalui proses sianamida, sebagai berikut:

i.                    Mula-mula batu tohor (CaO) dan batu bara (C) dipanaskan dalam tanur listrik untuk memperoleh kalsium karbida (CaC₂).

                 CaO_(s) + 3 C_(s)            CaC_2(s) + CO_(g)

ii.                 Kemudian, kalsium karbida dialirkan gas nitrogen (N₂) untuk membentuk kalsium sianamida (CaCN₂).

                 CaC_2(s) + N_2(g)                        CaCN_2(s) + C_(s)

iii.               Akhirnya, kalsium sianamida dialiri uap air sehingga menghasilkan amonia.

                            CaCN_2(s) + 3 H₂O_(g)                CaCO_3(s) + 2NH_3(g)

c.      Proses Haber-Bosch

Fritz Haber dari Jerman berhasil mensintesis amonia langsung dari unsur-unsurnya, yaitu dari gas nitrogen dan gas hidrogen. Kemudian proses pembentukan amonia ini disempurnakan oleh rekan senegaranya, Karl Bosch dengan metode tekanan tinggi sehingga proses pembuatan amonia tersebut dikenal sebagai proses Haber-Bosch. Proses ini mendesak proses sianamida karena proses Haber-Bosch adalah proses pembuatan amonia yang lebih murah. Dalam proses haber-Bosch, bahan baku berupa N₂ dan H₂.

-    N₂ diperoleh dari hasil destilasi bertingkat udara cair

-    H₂ diperoleh dari gas alam (metana) yang dialirkan bersama uap air     dengan katalisator nikel pada suhu tinggi dan tekanan tinggi.

CH_4(g) + H₂O_(g)             CO_(g) + 3 H_2(g)

CO_(g) + H₂O_(g)             CO_2(g) + H_2(g)

Pembuatan amonia menurut proses Haber-Bosch adalah reaksi kesetimbangan yang berlangsung eksoterm pada suhu sekitar 400-600⁰C dan tekanan sekitar 200-600 atm.

N_2(g) + 3H_2(g)                2 NH_3(g) ΔH = -92 KJ

Diagram alur dari proses Haber-Bosch untuk sintetis amonia di berikan pada gambar berikut :

                  

Mula-mula campuran gas nitrogen dan hidrogen di komperensi hingga mencapai tekanan yang diinginkan. Campuran gas kemudian dipanaskan dalam suhu ruangan bersama katalisator sehingga terbentuk amonia. Campuran gas kemudian didinginkan sehingga amonia mencair. Gas hidrogen dan gas nitrogen yang belum bereaksi (serta amonia yang tidak bereaksi) diresirkulasi, sehingga pada akhirnya semua diubah menjadi amonia.

2.     Peranan Amonia

Kegunaan amonia bagi manusia cukup beragam. Di antaranya adalah sebagai berikut:

a.      Untuk pembuatan pupuk, terutama urea dan ZA (Zwavelzur amonium = amonium sulfat)

2 NH_3(g) + CO_2(g)   çè CO(NH₂)_2(aq) + panas

2 NH_3(g) + H₂SO₄ çè (NH₄)₂SO_4(aq)

b.     Untuk membuat senyawa nitrogen yang lain, seperti asam nitrat, amonium klorida, amonium nitrat.

       4 NH_3(g) + 5 O_2(g)  çè 4 NO_(g) + 6 H₂O_(g)

       NH_3(g) + HCl_(aq)       çè NH₄Cl_(aq)

       NH_3(g) + HNO_3(aq) çè NH₄NO_3(aq)

c.      Untuk membuat hidrazin.

2 NH_3(g) +     NaOCl_(aq)   çè N₂H_4(l) + NaCl_(s) + H₂O_(l)

Hidrazin merupakan salah satu senyawa nitrogen yang digunakan sebagai bahan bakar roket.

d.     Dalam pabrik es, amonia cair digunakan sebagai pendingin (refrigerant) karena amonia cair mudah menguap dan akan menyerap panas sehingga menimbulkan efek pembekuan (J. Goenawan 153-154).

3.     Pembuatan Asam Sulfat

Dasar teori menurut proses kontak. Disebut proses kontak karena reaksi antara SO₂ dan O₂ pada tahap 2 terjadi di permukaan katalis V₂O₅. Proses ini melibatkan reaksi-reaksi eksoterm yang melepas panas. Panas yang dihasilkan digunakan sebagai energi input untuk tahapan proses lainnya. Sebagai contoh, panas dari tahap 1 dan 2 digunakan untuk memproduksi uap air. Uap air digunakan untuk melelehkan bahan baku belerang. Hal ini merupakan efisiensi karena dapat menekan konsumsi energi dari luar. Mengapa SO₃ tidak langsung direaksikan dengan H₂O (air) untuk membentuk H₂SO₄?.

Hal ini disebabkan karena reaksi langsung SO₃ dengan H₂O akan menyebabkan terbentuknya kabut H₂SO₄. Kabut ini sulit dikumpulkan, tidak dapat terkodensasi, dan dapat menyebabkan pencemaran udara.

Pembahasan asam sulfat (H₂SO₄) melalui proses kontak dibagi menjadi 3 tahap:

Tahap 1 : Pembentukan SO₂

Belerang yang sudah dilelehkan direaksikan dengan O₂ membentuk gas SO₂ :

S _(s) + O_2(g) → SO_2(g) ∆H = -296,9 kJ

Tahap 2 : Pembentukan SO₃

Gas SO₂ direaksikan dengan O₂ pada suhu -450⁰C dan tekanan 2-3 atm membentuk gas SO₃ dengan bantuan katalis V₂O₅ melalui reaksi kesetimbangan berikut :

2SO₂(g) + O₂(g) <====> _2SO3(g) ∆H = -191 kJ

Pemilihaan kondisi optimum untuk pembentukan SO₃ adalah sebagai berikut :

Faktor	Reaksi : 2SO3(g) + O2(g) <====> 2SO3 (g) ∆H = ˜ 191kJ	Kondisi Optimum
Suhu	Reaksi bersifat eksotermik. Suhu rendah akan menggeser kesetimbangan ke kanan. Akan tetapi, laju reaksi menjadi lambat. Pemilihan suhu juga harus juga harus memperhitungan faktor antara lain korosi pada suhu tinggi.	˜4500C
Tekanan	Total mol pereaksi lebih besar dibandingkan total mol produk reaksi. Penambahan tekanan akan menggeser kesetimbangan ke kanan. Pada tekanan sedikit di atas 1 atm, reaksi sudah menghasilkan ˜97% SO3.	2-3 atm
Katalis	Katalis tidak menggeser kesetimbangan ke kanan, tetapi mempercepat laju reaksi secara keseluruhan	V2O5

Tahap 3 : Pembentukan H₂SO₄

Pada tahap ini, SO₃ tidak langsung direaksikan dengan H₂O untuk membentuk H₂SO₄, Tetapi dilarutkan ke dalam campuran 98% H₂SO₄ dan 2% H₂O membentuk larutan yang disebut oleum.

SO_3(g) + H₂SO_4(aq) → H₂S₂O_{7 (l)}

Oleum kemudian diencerkan dengan air untuk membentuk lelehan H₂SO₄ pekat :

H₂S₂O_{7 (l)} + H₂O _(l) → 2H₂SO_4(aq)

4.     Peranan Asan Sulfat

Asam sulfat (H₂SO₄) adalah senyawa dasar yang penting dan dihasilkan dalam jumlah terbesar (ranking pertama dari segi jumlah) dari semua senyawa anorganik yang dihasilkan industri. Asam sulfat murni adalah cairan kental (mp 10.37⁰C), dan melarut dalam air dengan menghasilkan sejumlah besar panas menghasilkan larutan asam kuat. Asam sulfat mempunyai rumus kimia H₂SO₄, merupakan asam mineral (anorganik) yang kuat. Zat ini larut dalam air pada semua perbandingan. Asam sulfat mempunyai banyak kegunaan, termasuk dalam kebanyakan reaksi kimia. Kegunaan utama termasuk pemrosesan bijih mineral, sintesis kimia, pemrosesan air limbah dan pengilangan minyak. Reaksi hidrasi (pelarutan dalam air) dari asam sulfat adalah reaksi eksoterm yang kuat. Jika air ditambah kepada asam sulfat pekat, terjadi pendidihan. Senantiasa tambah asam kepada air dan bukan sebaliknya. Sebagian dari masalah ini disebabkan perbedaan isipadu kedua cairan. Air kurang padu dibanding asam sulfat dan cenderung untuk terapung di atas asam. Reaksi tersebut membentuk ion hidronium : H₂SO₄ + H₂O → H₃O⁺ + HSO₄^-.

Disebabkan asam sulfat bersifat mengeringkan, asam sulfat merupakan agen pengering yang baik, dan digunakan dalam pengolahan kebanyakan buah-buahan kering. Apabila gas SO₃ pekat ditambah kepada asam sulfat, ia membentuk H₂S₂O₇. Ini dikenali sebagai asam sulfat fumingoleum.

5.     Keseimbangan Asam Basa Dalam Darah

  A . Cara Pengendalian Asam Basa dalam Tubuh

Tubuh menggunakan 3 mekanisme untuk mengendalikan keseimbangan asam-basa darah:

1.    Kelebihan asam akan dibuang oleh ginjal, sebagian besar dalam bentuk amonia. Ginjal memiliki kemampuan untuk merubah jumlah asam atau basa yang dibuang, yang biasanya berlangsung selama beberapa hari.

2.    Tubuh menggunakan penyangga pH (buffer) dalam darah sebagai pelindung terhadap perubahan yang terjadi secara tiba-tiba dalam pH darah. Suatu penyangga pH bekerja secara kimiawi untuk meminimalkan perubahan pH suatu larutan. Penyangga pH yang paling penting dalam darah menggunakan bikarbonat. Bikarbonat (suatu komponen basa) berada dalam kesetimbangan dengan karbondioksida (suatu komponen asam). Jika lebih banyak asam yang masuk ke dalam aliran darah, maka akan dihasilkan lebih banyak bikarbonat dan lebih sedikit karbondioksida. Jika lebih banyak basa yang masuk ke dalam aliran darah, maka akan dihasilkan lebih banyak karbondioksida dan lebih sedikit bikarbonat. .   

3. Pembuangan karbondioksida. Karbondioksida adalah hasil tambahan penting dari metabolisme oksigen dan terus menerus yang dihasilkan oleh sel. Darah membawa karbondioksida ke paru-paru dan di paru-paru karbondioksida tersebut dikeluarkan (dihembuskan). Pusat pernafasan di otak mengatur jumlah karbondioksida yang dihembuskan dengan mengendalikan kecepatan dan kedalaman pernafasan. Jika pernafasan meningkat, kadar karbon dioksida darah menurun dan darah menjadi lebih basa. Jika pernafasan menurun, kadar karbondioksida darah meningkat dan darah menjadi lebih asam. Dengan mengatur kecepatan dan kedalaman pernafasan, maka pusat pernafasan dan paru-paru mampu mengatur pH darah menit demi menit.

   B.  Larutan Penyangga (buffer)

Laju reaksi penambahan asam atau basa dalam darah akan sama dengan laju penetralannya oleh larutan penyangga sehingga terjadi keadaan kesetimbangan dinamis.             H2CO3(ag) + OH-(ag)       → HCO3- + H2O(l)             HCO3-(ag) + H+(ag)         → H2CO3(ag) Berikut ini adalah proses buffering dalam darah : a.    Hemoglobin membawa O2 dari paru-paru ke otot-otot melalui darah. b.    Otot-otot membutuhkan O2 lebih dari normal, karena aktivitas metabolisme meningkat selama beraktivitas. Jumlah oksigen dalam otot habis digunakan otot. Terjadi pengaturan gradien konsentrasi antara sel-sel otot dan darah dalam kapiler. Oksigen berdifusi dari darah ke otot-otot, melalui gradien konsentrasi. c.    Otot-otot menghasilkan CO2 dan H + sebagai akibat dari peningkatan metabolisme, mengatur gradien konsentrasi dalam arah yang berlawanan dari gradien O 2. d.   CO2 dan H+ mengalir dari otot ke dalam darah, melalui gradien konsentrasi. e.    Tindakan buffering hemoglobin mengambil ekstra H + dan CO2. f.     Jika jumlah H+ dan CO2 melebihi kapasitas hemoglobin, mereka mempengaruhi keseimbangan asam karbonat, seperti yang diramalkan oleh Le Chatelier's atau perlakuan kuantitatif dalam hal konstanta kesetimbangan. Akibatnya, pH darah diturunkan, menyebabkan asidosis. g.    Paru-paru dan ginjal merespon perubahan pH dengan membuang CO2, HCO3-, dan H + dari darah. Sehingga pH kembali normal.

    C Kelainan Akibat pH

Adanya kelainan pada satu atau lebih mekanisme pengendalian pH tersebut, bisa menyebabkan salah satu dari 2 kelainan utama dalam keseimbangan asam basa, yaitu asidosis atau alkalosis. Asidosis adalah suatu keadaan dimana darah terlalu banyak mengandung asam (atau terlalu sedikit mengandung basa) dan sering menyebabkan menurunnya pH darah.

Alkalosis adalah suatu keadaan dimana darah terlalu banyak mengandung basa (atau terlalu sedikit mengandung asam) dan kadang menyebabkan meningkatnya pH darah. 

Asidosis dan alkalosis bukan merupakan suatu penyakit tetapi lebih merupakan suatu akibat dari sejumlah penyakit. Terjadinya asidosis dan alkalosis merupakan petunjuk penting dari adanya masalah metabolisme yang serius.

Asidosis dan alkalosis dikelompokkan menjadi metabolik atau respiratorik, tergantung kepada penyebab utamanya. Asidosis metabolik dan alkalosis metabolik disebabkan oleh ketidakseimbangan dalam pembentukan dan pembuangan asam atau basa oleh ginjal. Asidosis respiratorik atau alkalosis respiratorik terutama disebabkan oleh penyakit paru-paru atau kelainan pernafasan.

V.              Kesimpulan

1.      Pembuatan Amonia

·        Amonia adalah gas yang tidak berwarna dan baunya sangat merangsang sehingga gas ini mudah dikenal melalui baunya.Sangat mudah larut dalam air, yaitu pada keadaan standar, 1 liter   air terlarut 1180 liter amonia.

·        Merupakan gas yang mudah mencair, amonia cair membeku pada suhu -78⁰C dan mendidih pada suhu -33⁰ C.

·        Pembuatan amonia dengan cara memanaskan tanduk dan kuku binatang ternak.

·        Kegunaan amonia untuk pembuatan pupuk, terutama urea dan ZA (Zwavelzur amonium = amonium sulfat).

·        Untuk membuat senyawa nitrogen yang lain seperti asam nitrat, amonium klorida dan amonium nitrat.

·        Untuk pembuatan hidrazin.

·        Untuk membuat ikatan pada senyawa amonia harus ditentukan dahulu elektron valensi pada atom penyusun senyawa amonia yaitu hidrogen (H) mempunyai elektron valensi 1 dan nitrogen (N) mempunyai elektron valensi 5.

2.      Pembuatan Asam Sulfat

·         Pembuatan asam sulfat (H₂SO₄) melalui proses kontak dibagi menjadi 3 tahap:

Tahap 1 : Pembentukan SO₂

Belerang yang sudah dilelehkan direaksikan dengan O₂ membentuk gas SO₂ :

S _(s) + O_2(g) → SO_2(g) ∆H = -296,9 Kj

Tahap 2 : Pembentukan SO₃

Gas SO₂ direaksikan dengan O₂ pada suhu -450⁰C dan tekanan 2-3 atm membentuk gas SO₃ dengan bantuan katalis V₂O₅ melalui reaksi kesetimbangan berikut :

2SO₂(g) + O₂(g) <====> 2SO₃(g)  ∆H = -191 kJ

Tahap 3 : Pembentukan H₂SO₄

Pada tahap ini, SO₃ tidak langsung direaksikan dengan H₂O untuk membentuk H₂SO₄, tetapi dilarutkan ke dalam campuran 98% H₂SO₄ dan 2% H₂O membentuk larutan yang disebut oleum.

SO_3(g) + H₂SO_4(aq) → H₂S₂O_{7 (l)}

Oleum kemudian diencerkan dengan air untuk membentuk lelehan H₂SO₄ pekat :

H₂S₂O_{7 (l)} + H₂O _(l) → 2H₂SO_4(aq)

·         Kegunaan utama Asam sulfat termasuk pemrosesan bijih mineral, sintesis kimia, pemrosesan air limbah dan pengilangan minyak. Asam sulfat juga merupakan agen pengering yang baik, dan digunakan dalam pengolahan kebanyakan buah-buahan kering.

3.      Keseimbangan asam basa dalam darah

Di dalam tubuh, darah juga memiliki  kesetimbangan asam dan basa agar tidak terjadi kelainan dalam darah, seperti yang telah diuraikan pada bagian isi.

VI.          SARAN

Dari keseluruhan makalah ini penulis di sarankan bahwa dalam penulisan makalah ini, masih banyak kekurangan yang ada maka tim penulis mengharap saran dan kritikan dari para pembaca (guru, kakak atau adik kelas, serta teman-teman, dll.) sangat di harapkan untuk penulis dari penyempurnaan makalah berikutnya atau masa yang akan datang.

VII.      Daftar Pustaka

Purba, Michael. 2006. Kimia SMA kelas XI. Jakarta:Erlangga.

http://s2kimia.blogspot.com/2009/02/aplikasi-industri-kesetimbangan-kimia.html

ligutfer27octo1991.blogspot.com/2011/04/makalah-senyawa-amonia-nh3-octo.html
http://deayunotes.blogspot.com/2011/03/keseimbangan-asam-basa-dalam-darah.html

[Glitterfy.com - *Glitter Words*]