Industri Amonia (NH3)
Amonia
(NH3) merupakan gas yang tidak berwarna dengan bau menyengat dan
sangat mudah larut dalam air. Amonia ini biasanya digunakan dalam refrigerator
dan dalam pembuatan pupuk, bahan peledak, plastik, serta bahan-bahan kimia lainnya.
Selian itu, amonia juga digunakan sebagai pelarut.
Amonia
dapat dibuat dengan mereaksikan gas nitrogen (N2) dengan gas
hodrogen (H2) melalui proses rekasi eksoterm, yang dapat membentuk
keseimbangan sebagai berikut.
N2
(g) + 3H2 (g) Û 2NH3 (g) DH = -92,2kJ
Berdasarkan asas Le
Chateiler, untuk memperoleh jumlah hasil
yang banyak dalam suatu reaksi, maka reaksi tesebut harus dilakukan pada
tekanan yang tinggi dan suhu yang rendah. Akan tetapi, semakin rendah suhu,
semakin lambat reaksi tersebut. Oleh karena itu, kita dihadapkan pada dua
pilihan, yaitu kita memperoleh amonia dalam jumlah sedikit secara cepat atau
amonia dalam jumlah yang banyak dalam waktu yang lama. Pada dasarnya, kedua
pilihan tersebut tidak ekonomis. Lalu bagaimana cara untuk memperoleh amonia
yang ekonomis tersebut? Simaklah penjelasan berikut ini!
Dalam industri, amonia
dibuat dengan dengan mencampur gas N2 yang diperoleh melalui udara
dan gas H2 yang diperoleh dari reaksi antara gas metana dan air.
Campuran gas N2 dan H2 dengan perbandingan N2
: H2 = 3 : 1 tersebut kemudian dialirkan melalui pompa bertekanan
tinggi (250 atm) ke dalam tabung pemurnian gas. Dalam tabung inilah kemudian
diperoleh gas N2 dan H2 murni yang dialirkan ke dalam
reaktor katalisis. Saat ini, reaktor katalisis ini dilengkapi dengan katalis
serbuk besi (Fe) yang diberi promotor Al2O3 dan K2O
untuk mempercepat proses kesetimbangan.
Reaksi pembuatan amonia
merupakan reaksi eksoterm, sehingga untuk menghasilkan amonia dalam jumlah
besar, maka reaksi tersebut harus dilakukan pada suhu yang rendah. Akan tetapi,
pada suhu rendah reaksi akan berlangsung lambat. Oleh karena itu, untuk
mengimbanginya, maka reaksi dalam pembuatan amonia dilakukan pada suhu tinggi
(sekitar 500°C)
dan tekanan yang tinggi (200 – 400 atm). Suhu dan tekanan tersebut memungkinkan
reaksi pembuatan amonia dapat berlangsung cepat dan amonia yang dihasilkannya
dalam jumlah besar (reaksi bergeser ke kanan).
Jadi, berdasarkan
uraian di atas, maka pada reaksi kesetimbangan dalam pembuatan amonia, suhu
yang tinggi dan katalis berfungsi untuk mempercepat reaksi, sedangkan tekanan
yang tinggi berfungsi untuk menggeser reaksi ke arah hasil reaksi (dalam hal
ini amonia).
Amonia yang dihasilkan
dalam proses industri berupa amonia cair. Hal ini karena campuran gas H2, N2 dan NH3
dialirkan melalui kondensor. Karena NH3 mempunyai titik didih lebih
tinggi dibanding H2 dan N2, maka NH3 akan
segera mencair dan ditampung dalan bejana tertentu, sedangkan gas H2
dan N2 didaur ulang kembali untuk menghasilkan emonia pada proses
berikutnya.
Mekanisme produksi
amonia yang telah diuraikan di atas pada mulanya dikembangkan oleh dua orang
ahli kimia Jerman, Fritz Haber (1868-1934) dan Karl Bosch (1874-1940), sehingga
proses pembuatan amonia tersebut di kenal dengan proses Haber-Bosch. Secara
umum, proses Haber-Bosch tersebut dapat digambarkan sebagai berikut.
Bagaimanakah peran
Fritz Haber dan Karl Bosch dalam mengembangkan cara pembuatan amonia tersebut?
Pda tahun 1905.Fritz
Haber mulai mempelajari reaksi dalam pembuatan amonia yang menggunakan
pemikiran yang diprakarsai oleh Le Chatelier
dan ilmuwan-ilmuwan lainnya.
Haber menyelesaikan masalah suhu dalam reaksi pembentukan amonia dan
unsur-unsurnya dengan mengembangkan katalis yang dapat meningkatkan laju reaksi
secara cepat pada suhu-suhu yang lebih rendah. Pencapaian terbesar Haber adalah
penemuannya pada tahun 1913, yaitu dia berhasil mensintesis amonia dari
gabungan langsung antara nitrogen dan hidrogen yang cukup efektif dengan
menggunakan katalis (uranium dan osmium).
Sementara itu Karl
Bosch adalah seorang ahli kimia dam insinyur Jerman yang dilahirkan di Cologne
pada tahun 1874. Bosch memberikan kontribusi penting pada industri kimia
termasuk proses komersial pada pengubahan gas hidrogen dan nitrogen menjadi amonia.
Karl Bosch melanjutkan
penelitian pada proses Haber untuk membuat produksi dapat dikerjakan dengan
mudah. Mula-mula dia merencanakan cara untuk membuat hidrogen dan nitrogen
dalam jumlah yang banyak. Selanjutnya dia mencoba untuk menemukan katalis yang
dapat menggantikan uranium dan osmium yang mahal yang digunakan dalam proses
Haber. Akhirnya, Bosch berhasil membangun sebuah pabrik untuk membuat amonia
yang dilengkapi dengan ruang reaksi yang dapat bertahan dalam suhu dan tekanan
yang sangat tinggi.
Proses Haber-Bosch
dianggap sebagai sintesis kimia paling penting yang dikembangkan pada abad
ke-20. Berdasarkan hal tersebut, makapada tahun 1918, Haber dihadiahi
penghargaan Nobel kimia sebagai pengakuan atas usahanya. Sementara itu, Karl
Bosch, yang memperbaiki proses Haber yang melahirkan proses Haber-Bosch
memenangkan penghargaan Nobel pada tahun 1931.
Amonia dikenal oleh
orang-orang zaman dahulu, yang mengambil nama dan zat tersebut dari “sal
ammoniac” (nama umum dari senyawa amonium klorida), yang dibuat di kuil Jupiter
Ammon di Libya melalui distilasi kotoran unta. Selama abad pertengahan di Eropa
amonia diperoleh dengan memanaskan tanduk dan kuku lembu jantan. Sementara itu,
amonia benas diperoleh oleh ahli alkimia Jerman Basil Valentine; komposisinya
ditentukan oleh ahli kimia Perancis Comte Claude Berthollet sekitar tahun 1777.