A. PEMBUATAN OKSIGEN DI INDUSTRI

a. Penemu Oksigen

· Oksigen secara terpisah ditemukan oleh Carl Wilhelm Scheele di Uppsala pada tahun 1773 dan Joseph Priestley di Wiltshire pada tahun 1774. Temuan Priestley lebih terkenal oleh karena publikasinya merupakan yang pertama kali dicetak. Istilah oxygen diciptakan oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1777.

b. Bahan yang Digunakan

· Udara

c. Proses Pembuatan Oksigen dan Nitrogen

Pembuatan gas oksigen dilakukan dengan cara distilasi udara cair. Udara yang mngandung 21% oksigen dan 78% nitrogen didinginkan hingga suhu -200°C dengan tekanan tinggi sehingga udara mencair. Kemudian, udara cair tersebut secara berangsur-angsur dipanaskan. Pada suhu -183°C, oksigen cair akan menguap sehingga dapat dipisahkan dari gas lainnya.

d. Manfaat Oksigen

1. Untuk pernafasan para penyelam, angkasawan, atau penderita penyakit tertentu

2. Dalam industri baja, untuk mengurangi kadar karbon dalam besi gubal

3. Bersama-sama dengan gas asetilena, digunakan untuk mengelas baja

4. Oksigen cair bersama dengan hydrogen cair digunakan sebagai bahan bakar roket untuk mendorong pesawat ruang angkasa

5. Dalam berbagai industri kimia, untuk mengoksidasikan berbagai zat

6. Digunakan dalam pengolahan besi menjadi baja di tanur terbuka (tanur oksigen)

7. Berperan dalam aerasi limbah industri

B. PEMBUATAN NITROGEN DI INDUSTRI

a. Penemu Nitorgen

Nitrogen secara resmi ditemukana oleh Daniel Rutherford pada 1772 yang menyebutnya udaa beracun atau udara tetap.

b. Bahan yang Digunakan

· Udara

c. Proses Pembuatan Nitrogen

Pembuatan gas nitrogen dilakukan bersamaan dengan pembuatan gas oksigen karena sumbernya juga sama, yaitu udara. Udara yang mengandung 78 % gas nitrogen, didinginkan sehingga diperoleh nitrogen dan oksigen cair. Selanjutnya, cairan tersebut didistilasi pada suhu -195,8°C. Nitrogen cair akan menguap dan terpisah dengan oksigen cair. Uap nitrogen ini, kemudian ditampung dan dapat digunakan sesuai keperluan.

d. Manfaat Nitrogen

1. Untuk pembuatan amonia

2. Untuk membuat atmosfer inert dalam berbagai proses yang terganggu oleh oksigen, misalnya dalam industri elektronika

3. Sebagai atmosfer inert dalam makanan kemasan untuk memperpanjang masa penggunaannya

4. Nitrogen cair digunakan sebgai pendingin untuk menciptakan suhu yang sangat rendah

B. PEMBUATAN HIDROGEN

a. Penemu

Hidrogen dinyatakan unik oleh Cavendish pada tahun 1776 dan dinamai hirdrogen oleh Lavosier.

b. Bahan yang Digunakan

· Uap air

· Metana atau hidrokarbon ringan

· Katalis nikel

c. Proses dan Reaksi Kimia pembuatan Hidrogen

Dalam skala industri, hydrogen dihasilkan dari uap air dengan metana atau hidrokarbon ringan dengan katalis nikel pada suhu 75°C menghasilkan campuran karbon monoksida dan hydrogen. Campuran gas ini disebut “synthesis gas” atau “syngas”.

CH₄ + H₂O à CO + H₂

C(coke) + H₂O (1000°C) à CO + H₂

d. Manfaat Hidrogen

· Proses produksi methanol, etanol, dan alcohol yang lebih tinggi

2CO + H₂ à CH₃CH₂OH

· Pembentukan logam dai oksidanya

MO₂ + 2H₂ à M + 2H₂O

· Hydrogen sebagai bahan baker

· Untuk hidrogenasi lemak dan minyak

· Sebagai bahan baker roket

· Mereduksi bijih-bijih besi

· Sebagai gas pengisi balon

3. AMONIA

a. Penemu

Pada proses Haber untuk menghasilkan ammonia dari nitrogen di udara ini dikembangkan oleh Fritz Haberdan Carl Bosch pada tahun 1909 dan dipatenkan pada 1910.

b. Bahan yang Digunakan

· Gas nitrogen

· Gas hidrogen

c. Proses dan Reaksi Kimia Pembuatan Amonia

Amonia dibuat dalam skala industri melalui proses Haber-Bosch. Proses pembuatan ini menggunakan bahan baku gas nitrogen dan gas hydrogen yang direaksikan menurut persamaan berikut :

N² + 3H₂ ßà 2NH₃ ΔH = -92,2 kJ

Perhatikan harga entalpi reaksi. Entalpi pebentukan ammonia ini berharga negative. Berarti reaksi ini bersifat eksosterm (melepas kalor ke lingkungan). Sifat reaksi ini perlu diperhatikan dalam proses pembuatan ammonia. Factor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh ammonia dengan jumlah maksimum adalah suhu, jumlah maksimum yaitu tekanan dan penggunaan katalis.

d. Manfaat Amonia

· Amonium nitrat ((NH₄)NO₃) : digunakan sebagai pupuk dan bahan peledak yang sangat diperlukan dalam pertambangan

· Urea (CO(2NH₂)₂) : digunakan sebagai makanan tambahan hewan pemamah biak, bahan tambahan dalam industri plastic melamin, resin dan sebgai bahan antikerut pada tekstil

4. ALUMINIUM

A. Penemu Proses Pembuatan Alumunium

· Charles Martin Hall (Amerika)

· Paul T. Heroult (Perancis)

B. Bahan yang Digunakan

· Biji bauksit

· Larutan NaOH

· Seed (bubuk Al₂O₃)

C. Proses Pembuatan dan Reaksi Kimia Alumunium

1. Proses Pembuatan Alumina

Biji bauksit dihaluskan sampai ukuran tertentu kemudian bauksit dipisahkan dari pengotornya dengan cara dilarutkan di larutan NaOH. Senyawa akan larut sedangkan pengotornya yang berupa silika (SiO₂), besi oksida (Fe₂O₃), dan titanium(IV)oksida (TiO₂) tidak larut sehingga dapat dipisahkan.

Al₂O_3(s) + 2OH^-(aq) + 3H₂O à 2Al(OH)₄^-(aq)

Larutan disaring, kemudian Al₂O₃ diendapkan dari larutannya dengan menambahkan sedikit seed (bubuk Al₂O₃) ke dalam larutan tersebut. Endapan Al₂O₃ yang terbentuk dipanaskan untuk menguapkan pelarutnya.

2. Proses Elektrolisis Alumina

Alumina (Al₂O₃) kering diubah menjadi bentuk lelehannya dalam kriolit cair. Kriolit berfungsi menurunkan titik leleh Al₂O₃ dari 2000° C menjadi 1000° C. Selanjutnya, campuran dielektorlisis untuk menghasilkan alumunium dan gas oksigen melalui reaksi berikut.

Al₂O₃(l) à 2Al³⁺(aq) + 3O^2-(aq)

Katoda : 2Al³⁺(aq) + 6e^- à 2Al(l)

Anoda : 3O^2-(aq) à O₂(g) + 6e^-

Reaksi sel : Al₂O₃(l) à 2Al(l) + O₂(g)

D. Manfaat Alumunium

1. Sektor industri otomotif : untuk membuat bak trukdan komponen kendaraan bermotor lainnya

2. Pembuatan badan pesawat terbang

3. Sector pembangunan perumahan : untuk kusen pintu dan jendela

4. Sektor industri makanan : aluminium foil dan kaleng aluminium untuk kemasan berbagai jenis makanan/minuman

5. Untuk kabel listrik, perabotan rumah tangga dan barang kerajinan

6. Untuk menyambung rel kereta api

5. BELERANG

A. Penemu Proses Pembuatan Belerang

B. Bahan yang Digunakan

· Belerang

C. Proses Pembuatan Belerang

Deposit belerang yang terdapat di bawah permukaan biasanya ditambang menurut cara Frasch. Lihat gambar !

Deposit belerang dicairkan dengan mengalirkan air super panas (campuran air dan uap air dengan tekanan sekitar 16atm dan suhu sekitar 160°C) melalui pipa bagian luar dari suatu susunan tiga pipa konsentris. Belerang cair kemudian dipaksa keluar dengan memompakan air udara panas (dengan tekanan sekitar 20-25 atm). Selanjutnya belerang dibiarkan membeku. Oleh karena belerang tidak larut dalam air, maka belerang yang diperoleh dengan cara ini dapat mencapai 99,6 %.

D. Manfaat Belerang

· Pembuatan asam sulfat

· Digunakan pada vulkanisasi karet untuk industri ban kendaraan

· Digunakan dalam proses pembuatan bubuk mesiu, insektisida, pembuatan pulp kertas serta pembuatan obat penyakit kulit/jerawat

· Belerang oksida : digunakan sebgai antijamur, antiserangga dan dalam jumalah kecil digunakan sebagai pengawet makanan

· Natrium tiosulfat pentahidrat (Na₂S₂O₃.5H₂O) : digunakan dalam proses pencucian film

6. FOSFOR

A. Penemu Proses Pembuatan Fosfor

· Hennig Brand (Jerman, 1699)

B. Bahan yang Digunakan

· Batuan fosfat yang mengandung fluorapatit (Ca₃(PO₄)_2.CaF₂)

· Pasir (SiO₂)

· Kokas (C)

C. Proses dan Reaksi Kimia Pembuatan Fosfor

Sumber fosfor terpenting yaitu batuan fosfat, suatu bahan kompleks yang mengandung fluorapatit (Ca₃(PO₄)_2.CaF₂). Senyawa Ca₃(PO₄)₂ dipisahkan dari batuan fosfat kemudian dipanaskan dengan pasir (SiO₂) dan kokas (C). Uap fosfor yang tebentuk ditampung dalam air.

2Ca₃(PO₄)₂(s) + SiO₂(s) + 10C(s) à 6CaSiO₃(s) + 10CO(g) + P₄(g)

D. Manfaat Fosfor

· Untuk membuat asam fosfat

· Digunakan pada pupuk dan detergen

· Digunakan pada pembuatan korek api

· Digunakan sebagai pestisida

7. BESI DAN BAJA

A. BESI

a. Penemu Proses Pembuatan

b. Bahan yang Digunakan

· Bijih besi

· Kokas (C)

· Batu gamoing (CaCO₃)

c. Proses dan Reaksi Kimia Pembuatan

Besi diolah dari bijihnya dalam suatu tungku yang disebut tanur hembus (blast furnance). Bahan-bahan yang dimasukkan ke dalam tanur ini terdiri dari bijih besi, kokas (C), dan batu gamping (CaCO₃). Biji besi yang berupa Fe₂O₃ mengandung pengotor, yaitu oksida asam (SiO₂, Al₂O₃, dan P₂O₃)dan oksida basa (CaO, MgO, dan MnO). Batu gamping dimasukkan untuk mengikat oksida asam. Kokas yang dimasukkan bersam-sama dengan bijih besi sebagai reduktor. Prinsip pengolahan besi dari bijih besi adalah dengan mereduksi bijih besi menggunakan reduktor karbon.

Proses yang terjadi pada pengolahan bijih besi menjadi besi adalah :

- Dari bagian atas tanur dimasukkan bijih, kokas dan batu gamping. Dari bawah tanur ditiupkan udara panas sehingga kokas terbakar dan melepas kalor, suhu di bagian bawah tanur mencapai 2000°C. reaksi yang terjadi :

C + O₂ à CO₂ ΔH = -394 kJ/mol

Gas CO₂ ini kemudian bereaksi dengan kokas yang berlebih membentuk CO.

CO₂ + C à 2CO, ΔH = +172 kJ/mol

Gas CO yang terbentuk akan mereduksi bijih besi menjadi besi melalui tahap reaksi berikut :

3Fe₂O₃ + CO à 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO à 3FeO + CO₂

FeO + CO à Fe + CO₂

Reaksi-reaksi tersebut dapat ditulis :

Fe₂O₃(s) + 3CO(g) à 2Fe(l) + 3CO₂(g)

Besi cair yang dihasilkan, kemudian dikeluarkan dari dasar tanur.

Sementara itu, karena suhu tanur sangat tinggi maka batu gamping akan terurai menjadi CaO (kapur tohor) dan CO₂.

CaCO₃ à CaO + CO₂

CaO ini mengikat pengotor oksida asam

CaO + SiO₂ à CaSiO₃

3CaO + P₂O₅ à Ca₃(PO₄)₂

CaO + Al₂O₃ à Ca(AlO₂)₂

Oksidator yang terdapat dalam bijih besi juga direduksi oleh kokas

MnO + C à Mn + CO (1400°C)

SiO₂ + 2C à Si + 2CO (1400°C)

P₂O₅ + 5C à 2P + 5CO (1400°C)

Mn, Si, dan P yang dihasilkan berbentuk cair dan larut dalam besi cair. Itulah sebabnya besi yang diperoleh tidak murni dan disebut besi kasar yang sebagian besar langsung diolah menjadi baja.

d. Manfaat Besi

· Untuk membuat konstruksi jembatan, badan kendaraan, dan rel kereta api

· Besi(II) Sulfat (FeSO₄) : untuk membuat tinta bubuk

· Besi(III) Sulfat (Fe₂(SO₄)₃) : digunakan dalam pewarnaan tekstil

· Besi(II) Oksida (FeO) : sebagai pewarna ubin

B. BAJA

a. Penemu Proses Pembuatan

· Henry Bassemer

· William Siemens

b. Bahan yang Digunakan

· Besi cair

· Batu gamping

· Besi oksida

c. Proses dan Reaksi Kimia Pembuatan Baja

1) Proses Bassemer

Tengku Bassemer adalah tabung baja dengan pelapis tahan api. Pelapis ini dapat berupa bahan bersilika (Bassemer asam), MgCO₃.CaCO₃ (Bassemer basa), tergantung jenis pengotor besi yang akan diisahkan Udara dimasukkan ke dalam besi cair melalui sederet lubang dan oksigen dari udara akan mengoksidasi karbon dan zat pegotor lainnya.

C + O₂ à CO₂

4P + 5O₂ à 2P₂O₅

Beberapa reaksi yang terjadi dalam proses pembuatan baja :

2C + O₂ à 2CO

2CO + Si à SiO₂ + 2C

CO + Mn à MnO + C

C + FeO à Fe + CO

2Fe + O₂ à 2FeO

2) Tungku Terbuka (Open Hearth Furnance)

Pada bagian dasar tungku dilapisi dengan pelapis asam atau basa. Bahan yang dimasukkan ke tungku adalah besi cair, besi oksida, besi tua dan batu gamping. Reaksi yang terjadi adalah seperti reaksi Bassemer.

d. Manfaat Baja

· Untuk membuat kawat dan senjata

8. TEMBAGA

A. Penemu

B. Bahan yang Digunakan

· Bijih tembaga

· Larutan CuSO₄

C. Proses Pembuatan Tembaga

Tahap-tahap pembuatan tembaga :

1. Flotasi

Melalui flotasi, bijih tembaga berkadar rendah dapat dipekatkan hingga mengandung 20-40% tembaga.

2. Pemanggangan

Bijih tersebut dipanggang dengan tujuan untuk mengubah besi sulfide menjadi besi oksida sementara tembaga tetap sebagai sulfida

3. Peleburan

Bijih yang sudah dipanggang dimasukkan ke dalam tungku peleburan yang terdiri atas dua lapisan yaitu lapisan atas adalah copper mate mengandung sulfide tembaga dan besi leleh, dan lapisan atas merupakan terak silikat yang dibenruk melalui reaksi oksida Fe, Ca, dan Al dengan SiO₂. Selanjunya copper mate dipindahkan ke dalam tungku lain dan dialiri udara. Pada tahap ini terbentuk tembaga lepuh (blister copper) karena mengandung gelembung gas SO₂ beku.

3Cu₂S + 3O₂ à 2Cu₂O + 2SO₂

Cu₂S + Cu₂O à 2Cu + SO₂

4. Elektrolisis

Tembaga lepuh digunakan sebagai anode, sedangkan tembaga murni digunakan sebagai katodenya. Elektrolit yang digunakan adalah larutan CuSO₄. Selama elektrolisis, Cu dipindahkan dari anode ke katode.

CuSO₄(aq) à Cu²⁺(aq) + SO₄^2-(aq)

Katode : Cu²⁺(aq) + 2e à Cu(s)

Anode : Cu(s) à Cu²⁺(aq) + 2e

Cu(s) à Cu(s)

Anode Katode

Di katode hanya Cu²⁺ yang direduksi (diendapkan), sedangkan Fe²⁺ dan Zn²⁺ tetap tinggal dalam larutan. Dengan demikian, tembaga dapa dipisahkan dari pengotor-pengotornya dan dihasilkan tembaga yang sangat murni.

D. Manfaat Tembaga

· Untuk kabel listrik

· Untuk membuat paduan logam, seperti perunggu (Cu+Sn) dan kuningan (Cu+Zn)