Dalam kesetimbangan kimia, suatu zat akan 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, dan katalis harus diperhitungkan agar reaksi itu berlangsung cepat dan ekonomis. Dalam hal ini, kita mencoba meninjau dua proses yang sangat penting di bidang industri kimia, yaitu pembuatan amonia menurut proses Haber-Bosch dan pembuatan asam sulfat menurut proses kontak.
Proses Haber-Bosch
Fritz Haber
(1868–1934) dari Jerman adalah orang yang mula-mula berhasil mensintesis amonia dari gas-gas nitrogen dan hidrogen, sehingga ia mendapat hadiah Nobel tahun 1918. Proses pembuatan amonia ini lalu disempurnakan oleh rekan senegaranya, Karl Bosch (1874–1940), yang juga meraih hadiah Nobel tahun 1931. Itulah sebabnya proses pembuatan amonia dikenal sebagai proses Haber-Bosch. Reaksi yang berlangsung sebagai berikut.
N2(g) + 3 H2(g) ↔ 2 NH3 (g) + 22 kkal
Pada suhu biasa, reaksi ini berjalan lambat sekali. Jika suhu dinaikkan, maka reaksi akan berlangsung jauh lebih cepat. Akan tetapi, kenaikkan suhu menyebabkan reaksi bergeser ke kiri (mengapa?), sehingga mengurangi hasil NH3. Dengan memperhitungkan faktor-faktor waktu dan hasil, maka suhu yang digunakan adalah 500 °C. Untuk mempercepat tercapainya kesetimbangan, 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 1.000 atm akan mendapatkan NH3 40%. Selama proses berlangsung, gas-gas nitrogen dan hidrogen terus-menerus ditambahkan ke dalam campuran. Sedangkan NH3 yang terbentuk harus segera dipisahkan dari campuran dengan cara mengembunkannya, sebab titik didih NH3 jauh lebih tinggi daripada titik didih N2 dan H2.
Proses Haber-Bosch merupakan proses yang cukup penting dalam dunia industri, sebab amonia merupakan bahan utama dalam pembuatan berbagai barang, misalnya pupuk urea, asam nitrat, dan senyawa-senyawa nitrogen lainnya. Amonia juga sering dipakai sebagai pelarut, karena kepolaran amonia cair hampir menyamai kepolaran air.
Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak
Asam sulfat digunakan pada industri baja untuk menghilangkan karat besi sebelum baja dilapisi timah atau seng. Pada pembuatan zat warna, obat-obatan; pada proses pemurnian logam dengan cara elektrolisis; pada industri tekstil, cat, plastik, akumulator, bahan peledak, dan lain-lain. Pendeknya, banyaknya pemakaian asam sulfat di suatu negara telah dipakai sebagai ukuran kemakmuran negara tersebut.
Pada pembuatan asam sulfat menurut proses kontak, bahan yang dipakai adalah belerang murni yang dibakar di udara reaksinya sebagai berikut.
SO2 yang terbentuk dioksidasi di udara dengan memakai katalisator. Reaksinya berbentuk kesetimbangan:
Dahulu dipakai serbuk platina sebagai katalis. Tetapi sekarang dipakai katalis V2O5 (vanadium pentaoksida) yang lebih murah. Menurut kesetimbangan di atas, makin rendah suhunya makin banyak SO3 yang dihasilkan. Akan tetapi, sama seperti pembuatan amonia, pada suhu rendah reaksi berjalan lambat. Dengan memperhitungkan faktor-faktor waktu dan hasil, dipilih suhu 400 °C karena hasil yang diperoleh pada suhu ini kira-kira 98%. Itulah sebabnya reaksi ini tidak perlu dilaksanakan pada tekanan tinggi. Oleh karena gas SO3 agak sukar larut dalam air, maka SO3 dilarutkan dalam H2SO4 pekat. Jadi, pada pembuatan H2SO4, bahan yang ikut digunakan juga H2SO4.
Asam pirosulfat kemudian disirami air menurut reaksi:
dan didapatlah asam sulfat dalam rasio hasil reaksi yang mencapai 99,5 %. Sekian dulu sobat materi singkat tentang 2 contoh aplikasi kestimbangan kimia dalam dunia industri.