Pembuatan NH3 (Ammonia) dan H2SO4 (Asam Sulfat)

Pembuatan Amonia

            Amonia (NH₃) merupakan senyawa nitrogen yang banyak digunakan sebagai bahan dasar pembuatan pupuk urea dan ZA, serat sintetik (nilon dan sejenisnya), dan bahan peledak TNT (trinitro toluena). Pembuatan amonia yang dikemukakan oleh Fritz Haber (1905), prosesnya disebut Proses Haber. 

Reaksi yang terjadi adalah kesetimbangan antara gas N₂, H₂, dan NH₃ ditulis sebagai berikut:
N₂(g) + 3 H₂(g) 2↔ NH₃(g)     ΔH = –92 kJ

Untuk proses ini, gas N2 diperoleh dari hasil penyulingan udara, sedangkan gas H2 diperoleh dari hasil reaksi antara gas alam dengan air. Pada suhu kamar, reaksi ini berlangsung sangat lambat maka untuk memperoleh hasil yang maksimal,reaksi dilakukan pada suhu tinggi, tekanan tinggi, dan diberi katalis besi. Reaksi pembentukan ammonia merupakan reaksi eksoterm. Menurut Le Chatelier kesetimbangan akan bergeser ke arah NH₃ jika suhu rendah. Masalahnya adalah katalis besi hanya berfungsi efektif pada suhu tinggi, akibatnya pembentukan amonia berlangsung lama pada suhu rendah.

Berdasarkan pertimbangan ini proses pembuatan amonia dilakukan pada suhu tinggi ±450°C (suhu optinum) agar reaksi berlangsung cepat sekalipun dengan resiko kesetimbangan akan bergeser ke arah N₂dan H₂. Untuk mengimbangi pergeseran ke arah N₂ dan H₂ oleh suhu tinggi, maka tekanan yang digunakan harus tinggi sampai mencapai antara 200–400 atm. Tekanan yang tinggi menyebabkan molekul-molekul semakin rapat sehingga tabrakan molekul-molekul semakin sering. Hal ini mengakibatkan reaksi bertambah cepat, sehingga NH₃ semakin banyak terbentuk.

Selain itu untuk mengurangi NH₃ kembali menjadi N₂dan H₂ maka NH₃ yang terbentuk segera dipisahkan. Campuran gas kemudian didinginkan sehingga gas NH₃ mencair. Titik didih gas NH₃ lebih tinggi dari titik didih gas N₂ dan H₂, maka gas NH₃ akan terpisah sebagai cairan. Gas nitrogen dan gas hidrogen yang belum bereaksi dan gas NH₃ yang tidak mencair diresirkulasi, dicampur dengan gas N₂ dan H₂, kemudian dialirkan kembali ke dalam tangki.

Bagan pembuatan amonia secara sederhana dapat dilihat pada Gambar berikut :

Pembuatan Asam Sulfat

            Salah satu cara pembuatan asam sulfat secara industri yang produknya cukup besar adalah dengan proses kontak. Bahan yang digunakan pada proses ini adalah belerang dan prosesnya berlangsung sebagai berikut.

1.   Belerang dibakar di udara sehingga akan bereaksi dengan oksigen dan menghasilkan gas belerang dioksida.

Reaksi: S(s) + O₂(g) ↔ SO₂(g)

2.     Belerang dioksida direaksikan lagi dengan oksigen dan dihasilkan belerang trioksida.

Reaksi: 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ΔH = –196,6 kJ.

Reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan dan eksoterm sehingga suhu tidak dilakukan pada suhu tinggi tetapi ±450°C, untuk menghindari kesetimbangan ke arah SO2 dan O2.

3.  Reaksi ini berlangsung lambat, maka dipercepat dengan katalis. Katalis yang digunakan adalah vanadium pentaoksida (V₂O₅).

4.   Tekanan seharusnya lebih tinggi, tetapi pada prakteknya karena ada katalis maka SO₃ sudah cukup banyak terbentuk sehingga tekanan dilakukan pada keadaan normal yaitu 1 atm.

5.   SO₃ yang dihasilkan segera dipisahkan sehingga kesetimbangan bergeser terus ke arah SO₃. SO₃ yang dihasilkan direaksikan dengan H₂SO₄ pekat dan membentuk asam pirosulfat (H₂S₂O₇). Asam pirosulfat akan direaksikan dengan air sampai menghasilkan asam sulfat ±98%.

Reaksi:
SO3_(g) + H2SO4_(aq) ↔ H₂S₂O_7(aq)
H₂S₂O_7(aq) + H₂O_(l) ↔2 H₂SO_4(l)