amonia

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.

N_{2 (g)} + 3H_{2 (g)} Û 2NH_{3 (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.