NITROGEN
Dosen
:
Candra
Irawan, MSi
Oleh :
Kelompok 2
Hanifa Wahyu Rizkayanti (1014253)
Mifta Florencia Taribuka (1014260)
TPL
AKADEMI KIMIA ANALISIS BOGOR
TAHUN AKADEMIK 2014 / 2015
NITROGEN
I.
PENDAHULUAN
(Latin: nitrum, Yunani: Nitron, soda alami,
membentuk) Nitrogen ditemukan oleh kimiawan dan fisikawan Daniel Rutherford di
tahun 1772. Dia memisahkan oksigen dan karbon dioksida dari udara dan
menunjukkan gas yang tersisa tidak menunjang pembakaran atau mahluk hidup. Pada
saat yang bersamaan ada beberapa ilmuwan lainny yang mengadakan riset tentang
nitrogen. Mereka adalah Scheele, Cavendish, Priestley, dan yang lainnya. Mereka
menamakan gas ini udara tanpa oksigen.
Nitrogen merupakan unsur non logam
yang terdapat di dalam golongan VA. Di antara unsur golongannya, hanya nitrogen
yang dapat membentuk ikatan ganda di antara atom-atomnya (N2) yang
stabil. Nitrogen terdapat bebas di udara sebanyak 78% volume. Pada suhu ruangan, nitrogen bersifat gas tidak
berwarna yang mempunyai titik didih -196oC. Nitrogen mempunyai
bilangan oksidasi umum yaitu -3, +3 dan +5.
Nitrogen adalah zat non logam, dengan elektronegatifitas 3.0. Mempunyai 5
elektron di kulit terluarnya. Ikatan rangkap tiga dalam molekul gas nitrogen (N2)
adalah yang terkuat. Nitrogen mengembun pada suhu 77K (-196oC) pada
tekanan atmosfir dan membeku pada suhu 63K (-210oC).
Nitrogen adalah salah satu unsur golongan VA yang merupakan unsur non logam
dan gas yang paling banyak di atmosfir bumi. Nitrogen merupakan unsur yang
relatif stabil, tetapi membentuk isotop-isotop yang 4 di antaranya
bersifat radioaktif. Di alam nitrogen terdapat dalam bentuk gas N2
yang tidak berwarna dan tidak berbau, tidak berasa, dan tidak
beracun. Pada suhu yang rendah nitrogen dapt berbentuk cairan atau bahkan
kristal padat yang tidak berwarna (bening). Selain itu nitrogen terdapat
dalam bentuk senyawa nitrat, amoniak, protein dan beberapa. Nitrogen
merupakan molekl diatomik yang memiliki ikatan rangkap tiga Energi ikatnya
cukup tinggi sehingga sangat sabil dan sulit bereaksi. Karena itu
kebanyakanentalpi dan energi bebas pembentukan senyawa nitrogen bertanda
positif. Molekul nitrogen ini sangat ringan dan non polar sehingga gaya van der
waals antar molekul sangat kecil. Gas ini masuk dan keluar tubuh manusia
sewaktu bernafas tanpa berubah.Gas ini tidak berbau dan tidak berasa. Nitrogen
sangat diperlukan digunakan sebagai pembuatan senyawa penting seperti
amonia dan urea. Karena kesetabilan yang tinggi, nitrogen dipakai untuk gas
pelindung gas oksigen dalam pabrik kimia, industri logam, dan dalam pembuatan
komponen elektronika. Nitrogen cair juga di gunakan untuk membekukan
makanan secara cepat.
II.
SIFAT FISIKA
dan KIMIA
A.
Sifat
Fisika
ü
Simbol: N
ü
Massa Atom: 14.0067
ü
Titik Didih: 77.344 K
ü
Struktur Kristal: Heksagonal
ü
Massa Jenis: 1.251 g/cm3
ü
Konduktivitas Listrik: x 106 ohm-1cm-1
ü
Elektronegativitas: 3.04
ü
Konfigurasi Elektron: [He]2s2p3
ü
Formasi Entalpi: 0.36 kJ/mol
ü
Konduktivitas Panas: 0.02598 Wm-1K-1
ü
Potensial Ionisasi: 14.534 V
ü
Titik Lebur: 63.15 K
ü
Bilangan Oksidasi: 3,5,4,2
ü
Kapasitas Panas: 1.042 Jg-1K-1
ü
Entalpi Penguapan: 2.7928 kJ/mol
ü
Ditemukkan oleh Daniel Rutherfrrod pada tahun 1772
ü
Mempunyai nomor atom 7
ü
Titik didih -196
ü
Titik beku -210
ü
Mempunyai energi ionisasi k-1 = 1402,3 kJ/molk-2 =
2856 kJ/molk-3 = 45781
kJ/mol
ü
Mempunyai nilai elektronegativitas 3,04
ü
Mempunyai konduktivitas kalor 0,02598 W/mK
ü
Mempunyai harga entalpi pembentukan 0,36 kJ/mol
ü
Mempunyai harga bentalpi penguapaan 2,7928kJ/mol
ü
Berupa gas tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau,
dan tidak beracun.
ü
Mudah menguap
ü
Tidak reaktif
ü
Bersifat diamagnetik
ü
Elektronegatifannya paling tinggi dalam satu golongan
B.
Sifat
Kimiawi Atom Nitrogen
Sukar bereaksi dengan unsur lain,
kecuali dengan unsur-unsur logam reaktif membentuk nitrida ionik.
6 Li (s)
+ N2 (g) suhu kamar 2 Li3N (s)
Catatan : dengan Mg dan Sr
membentuk nitrida ionik pada suhu tinggi.
Atom nitrogen dengan konfigurasi elektronik 1s2 2s2
2p3dapat mencapai konfigurasi electron valensi penuh menurut empat
Proses yaitu :
1. Penangkapan
electron untuk membentuk anion nitrida (N3-); ion ini
hanya terdapat pada senyawa-senyawa nitrida mirip-garam dari logam-logam
yang sangat elektropositif (seperti ALKALI).
2. Pembentukan
pasangan electron ikatan sebagai tunggal seperti NH3 dan ikatan
ganda 3 seperti dalam N2 atau rangkap dua seperti dalam gugus N=N
3. Pembentukan
pasangan elektron ikatan disertai penangkapan elektron seperti dalam NH2-,
[_N=N_]-, dan NH2-,
[H-N]2-
4. Pembentukan
pasangan elektron ikatan disertai pelepasan elektron seperti dalam NH4+
dan ion-ion ammonium tersubtitusi [NR4]+
Namun demikian, ada beberapa senyawa nitrogen yang
stabil dengan konfigurasi yang tidak penuh, seperti dalam NO, NO2,
dan nitroksida, dalam senyawa-senyawa ini terdapat elektron yang tidak
berpasangan.
Sifat anomali nitrogen ikatan tunggal. Nitrogen dengan 3 ikatan tunggal
terdapat dalam senyawa NR3 (R=H, alkil) yang mempunyai bentuk
piramida Segitiga. Terjadinya ikatan dapat diterangkan melalui pembentukan
orbital Hibrida sp3 dengan pasangan elektron non ikatan atau
pasangan elektron menyendiri menepati posisi salah satu dari keempat sudut
struktur tetrahedron, dengan demikian bentuk molekul yang sesungguhnya menjadi
tampak sebagai piramida segitiga. Dengan adanya elektron non ikatan, semua
senyawa NR3 bertindak sebagai basa lewis (donor pasangan elektron).
Energy semua ikatan tunggal N-N relative sangat lemah. Jika di bandingkan
dengan energy ikatan tunggal C-C, terdapat perbedaan yang sangat mencolok.
Perbandingan ini untuk unsur-unsur dalam periode 2 adalah 350, 160, 140, 150
kJmol-1, yang secara berurutan menunjuk pada energy ikatan tunggal
dalam senyawa H3C-CH3, H2 N- NH2,
HO-OH dan F-F. Perbedaan ini mungkin adanya hubungan
pengaruh tolakan antar pasangan elektron non ikatan, yaitu tidak ada, ada
sepasang, dua pasang, dan tiga pasang untuk masing-masing senyawa tersebut.
Rendahnya energy ikatan tunggal ini, tidak seperti karbon, berakibat kecil
kecenderungan pembentukan rantai bagi atom nitrogen.
III.
KEBERADAAN
DI ALAM
Gas nitrogen (N2) terkandung sebanyak 78,1% di udara. Sebagai
perbandingan, atmosfir Mars hanya mengandung 2,6% nitrogen. Dari atmosfir bumi,
gas nitrogen dapat dihasilkan melalui proses pencairan (liquefaction)
dan distilasi fraksi. Nitrogen ditemukan pada mahluk hidup sebagai bagian
senyawa-senyawa biologis. Sebagai unsur diatomik yaitu N2
sebanyak 78% di udara dan merupakan kandungan penting dalam semua bahan
kehidupan (protein, asam amino, asam nukleat, dll). Kimiawan
Perancis Antoine Laurent Lavoisier menamakan nitrogen azote, yang artinya tanpa
kehidupan. Walaupun begitu, senyawa-senyawa nitrogen ditemukan di makanan,
pupuk, racun dan bahan peledak. Sebagai gas nitrogen tidak bewarna, tidak
memiliki aroma dan dianggap sebagai inert element (elemen yang tak
bereaksi). Sebagai benda cair, ia juga tidak bewarna dan beraroma dan memiliki
ketampakan yang sama dengan air. Gas nitrogen dapat dipersiapkan dengan
memanaskan solusi amonium nitrat (NH4NO3) dalam air.
IV.
CARA
MEMPEROLEH NITROGEN
a.
Skala
Laboratorium
Dengan memanaskan
larutan yang mengandung garam amonia dan garam nitrit.
NH4+ (aq)
+ NO2-(aq)
panas N2 (g)
+ 2H2O (l)
b.
Secara
komersial
Secara komersial
nitrogen diperoleh dengan cara pencairan udara. Sebagian besar nitrogen
digunakan untuk membuat amonia, urea, amonium sulfat dan asam nitrat. Oleh
karena itu nitrogen tidak reaktif maka nitrogen digunakan sebagai selubung gas
inert untuk menghilangkan oksigen pada pembuatan alat elektronika. Sejumlah
besar nitrogen cair digunakan dalam industri makanan karena suhunya rendah
(-196oC) sehingga mempercepat proses pendinginan.
V.
OKSIDA-OKSIDA
NITROGEN
Nitrogen dapat membentuk berbagai
oksida. Oksida-oksida nitrogen dengan N yang mempunyai biloks rendah bersifat
oksida netral dan yang lebih tinggi bersifat asam.
·
Nitrogen
(I) Oksida (N2O)
ü Gas
yang stabil dan relatif tidak reaktif dan bersifat netral.
ü Mempunyai
biloks N +1
ü Dibuat
dengan memanaskan ammonium nitrat (NH4NO3) secara
hati-hati.
NH4NO3 N2O + 2H2O
ü Digunakan
sebagai anaesthetik, sebagai propelan untuk mengocok es krim dan untuk membuat azida.
N2O + NaNH2 NaN3 + H2O
ü Tidak
membentuk asam hiponitrit (H2N2O2) dengan air
atau alkali.
·
Nitrogen
(II) monoksida (NO)
ü Gas
tidak berwarna
ü Bersifat
paramagnetik
ü Di
laboratorium dibuat dengan mereduksi HNO3 encer dengan tembaga atau
asam nitrit (HNO2) dengan iodida.
3Cu +
8HNO3 2NO + 3Cu(NO3)2 + 4H2O
2HNO2
+ 2I- + 2H+
2NO + I2 + 2H2O
ü Di
alam terbentuk antara N2 dengan O2 dengan adanya
pemanasan (pemanasan bahan bakar).
N2
+ O2 2NO
ü NO
berperan dalam pencemaran udara sebagai polutan primer ( zat pencemar yang
langsung masuk ke atmosfer oleh kegiatan alamiah atau manusia ).
·
Nitrogen
sesquioksida (N2O3)
ü Suatu
oksida asam
ü Tidak
stabil
ü Merupakan
anhidrida dari HNO2 ( asam nitrit )
ü Dapat
diperoleh dengan kondensasi NO dan NO2
·
Nitrogen
(IV) dioksida (NO2)
ü Gas
berwarna coklat kemerahan yang beracun
ü NO2
mengkondensasi menjadi cairan coklat dan dengan pendinginan terjadi dimerisasi
NO2 menjadi N2O4 yang tidak berwarna.
2NO2 N2O4
Paramagnetik diamagnetik
·
Dinitrogen
pentaoksida ( N2O5 )
ü Dibuat
dari dehidrasi HNO3 dengan P2O5
ü Struktur
N2O5 dalam fasa gas
ü Dalam
keadaan padat berada sebagai NO2+ NO3- (merupakan
anhidrida dari HNO3)
Oksida yang berbahaya
terhadap lingkungan atau pencemar (polutan) adalah NO dan NO2. Zat
pencemar seperti oksida nitrogen dan hidrokarbon dapat menghasilkan smog
fotokimia.
Smog : Smoke (asap) dan Fog (kabut)
Reaksi
fotokimia diinisiasi oleh energi sinar.
Tahapan smog fotokimia
akibat adanya oksida nitrogen. Apabila campuran N2 dan O2 dipanaskan, terjadi
reaksi berikut
N2
+ O2 2NO
Bahan bakar seperti
batu bara, gas alam, dan minyak bumi bereaksi dengan oksigen di udara untuk
menghasilkan energi. Sebagian oksigen bereaksi dengan bahan bakar menghasilkan
kalor dan sebagian lagi bereaksi dengan nitrogen. Selanjutnya NO yang terbentuk
bereaksi dengan oksigen membentuk NO2.
2NO + O2 2NO2 (polutan primer)
Oleh energi matahari,
NO2 dapat terurai menjadi atom oksigen
NO2 hv NO + O (reaksi fotokimia)
Reaksi ini dimana NO2
terurai menjadi NO dan O oleh pengaruh sinar ultraviolet disebut reaksi
fotokimia. Selanjutnya atom oksigen bereaksi dengan oksigen membentuk ozon.
O + O2 O3 (polutan sekunder)
Oleh karena atom
oksigen merupakan hasil penguraian NO2 yang merupakan bahan dasar pembentuk O3
maka reaksi keseluruhan dapat ditulis
NO2 + O2 NO + O3
Dengan demikian NO2 menghasilkan NO dan O3 yang
merupakan polutan di udara. Apabila tidak terdapat hidrokarbon terjadi reaksi
kebalikan
NO + O3 NO2 + O2
1.
NO dapat merusak lapisan ozon
2.
NO2 dapat merusak sistem
pernapasan, mempengaruhi kinerja enzim tertentu dalam tubuh sehingga tubuh
tidak tahan terhadap penyakit, selain itu dapat menghambat pertumbuhan tanaman
tertentu.
VI.
SENYAWA
NITROGEN
Hidrida utama nitrogen ialah amonia (NH3)
walaupun hidrazina (N2H4) juga banyak ditemukan.
Amonia bersifat basa dan terlarut sebagian dalam air
membentuk ion ammonium (NH4+). Amonia cair sebenarnya
sedikit amfiprotik dan membentuk ion ammonium dan amida (NH2-); keduanya dikenal
sebagai garam amida dan nitrida (N3-), tetapi terurai dalam air.
Natrium nitrat (NaNO3)
dan kalium nitrat (KNO3) terbentuk oleh dekomposisi bahan-bahan
organik dengan senyawa-senyawa logam tersebut. Dalam kondisi yang kering di
beberapat tempat, saltpeters (garam) ini ditemukan dalam jumlah yang
cukup dan digunakan sebagai pupuk. Senyawa-senyawa inorganik nitrogen lainnya
adalah asam nitrik (HNO3), ammonia (NH3) dan
oksida-oksida (NO, NO2, N2O4, N2O),
sianida (CN-), dsb. Siklus nitrogen adalah salah satu proses yang
penting di alam bagi mahluk hidup. Walau gas nitrogen tidak bereaksi,
bakteri-bakteri dalam tanah dapat memperbaiki nitrogen menjadi bentuk yang
berguna (sebagai pupuk) bagi tanaman. Dengan kata lain, alam telah memberikan
metode untuk memproduksi nitrogen untuk pertumbuhan tanaman. Binatang lantas
memakan tanaman-tanaman ini dimana nitrogen telah terkandung dalam sistim
mereka sebagai protein. Siklus ini lengkap ketika bakteria-bakteria lainnya
mengubah sampah senyawa nitrogen menjadi gas nitrogen. Sebagai komponen utama
protein, nitrogen merupakan bahan penting bagi kehidupan.
Litium dapat bereaksi dengan N2 pada suhu
kamar membentuk nitrida ionik.
6Li(s) + N2
(g) 2Li3N (s)
Nitrida yang mirip terbentuk pada suhu tinggi dengan
magnesium, strontium dan barium. Jika ditambahkan air, nitrida ini segera
mengalami hidrolisis menghasilkan amonia.
Li3N
(s) + 3H2O (l) 3LiOH (aq) + NH3 (g)
Mg3N2
(s) + 6H2O (l) 3Mg(OH)2 (s) + 2NH3
(g)
Nitrogen dapat membentuk senyawa kovalen dengan banyak
non logam. Senyawa terpenting dengan hidrogen dan oksigen dapat dijumpai
nitrogen mulai dari bilangan oksidasi -3 sampai +5, seperti pada tabel di bawah
ini.
Tabel 1.12
Bilangan Oksidasi Nitrogen
|
Bilangan Oksidasi
|
Contoh
|
|
-3
|
NH3 (amonia)
|
|
-2
|
N2H4 (hidrazin)
|
|
-1
|
NH2OH (hidroksil amin)
|
|
0
|
N2 (dinitrogen)
|
|
+1
|
N2O (dinitrogen oksida)
|
|
+2
|
NO (nitrogen monoksida)
|
|
+3
|
N2O3 (dinitrogen trioksida)
NO2 (nitrogen dioksida)
|
|
+4
|
N2O4 (dinitrogen tetraoksida)
|
|
+5
|
HNO3 (asam nitrat)
|
a.
Amoniak
Amonia (NH3) merupakan
senyawa komersil nitrogen yang paling penting. Ia diproduksi menggunakan proses
Haber. Gas natural (metana, CH4) bereaksi dengan uap panas untuk
memproduksi karbon dioksida dan gas hidrogen (H2) dalam proses dua
langkah. Gas hidrogen dan gas nitrogen lantas direaksikan dalam proses Haber
untuk memproduksi amonia. Gas yang tidak bewarna ini bau yang menyengat dapat
dengan mudah dicairkan. Bahkan bentuk cair senyawa ini digunakan sebagai pupuk
nitrogen. Amonia juga digunakan untuk memproduksi urea (NH2CONH2),
yang juga digunakan sebagai pupuk dalam industri plastik, dan dalam industri
peternakan sebagai suplemen makanan ternak. Amonia sering merupakan senyawa
pertama untuk banyak senyawa nitrogen.
Gugus bebas amonia
dengan atom hidrogen tunggal atau ganda dinamakan amina. Rantai, cincin atau struktur hidrida nitrogen yang
lebih besar juga diketahui tetapi
Ø Di
laboratorium amoniak dibuat dengan cara memanaskan campuran garam amonium
dengan suatu basa.
NH4+ + OH- H2O (l)
+ NH3 (g)
Ø Hidrolisis
nitrida ionik
Li3N + 3H2O 3LiOH + NH3
Ø Di
industri amoniak diperoleh dengan cara Haber-Bosch
Pada proses ini, amoniak diperoleh
dengan mereaksikan campuran gas N2 dan H2 pada suhu 500oC,
tekanan + 200 – 1000 atm dan menggunakan katalis Fe.
N2
(g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
ü N2
diperoleh dari distilasi udara
ü H2
diperoleh dari reaksi gas metan dan air
CH4 (g)
+ 2H2O (l)
Ni CO2 (g)
+ 4H2 (g)
Apabila terdapat CO, katalis akan terganggu
kinerjanya sehingga harus ditambahkan air.
CO + H2O (l) CO2 (g) + H2
(g)
Ø Fungsi
NH3 :
ü Dimanfaatkan
dalam industri pupuk kimia, dasar untuk mensintesis HNO3, NH4NO3,
NaHCO3, KNO3,
HCN, (NH4)2SO4, dll.
b.
Asam
nitrat (HNO3)
Umur oksida nitrogen seperti
NO dan NO2 hanya beberapa hari saja di atmosfir. Oksida nitrogen dapat
dioksidasi dan selanjutnya menghasilkan asam nitrat (HNO3).
a.
Secara komersial asam nitrat dibuat
dengan cara oksidasi amoniak. Prosesnya disebut proses oswald. Tahapannya
sebagai berikut :
1.
Oksidasi amonia menjadi NO menggunakan
katalis campuran logam platina-rodium yang dipanaskan hingga 950o C.
Mula-mula digunakan pemanas listrik, tetapi setelah terjadi reaksi, reaksi ini
akan berlangsung terus menerus.
4NH3 + 5O2 katalis panas 4 NO + 6H2O
Pada
kondisi ini 97% amoniak diubah menjadi NO
2.
Tahap kedua : NO direaksikan dengan
oksigen membentuk NO2.
2NO + O2 2NO2
Kecepatan reaksi oksidasi ini menurun dengan naiknya
suhu, sehingga suhu harus dipertahankan 25oC menggunakan pendingin
air.
3.
Tahap ketiga : absorpsi NO2
oleh air
3NO2 + H2O 2HNO3 + NO
Catatan :
-
NO yang dihasilkan didaur ulang untuk
dioksidasi menjadi NO2
-
HNO3 (dalam air) yang
dihasilkan kadarnya 50%, dapat ditingkatkan menjadi 68 % dengan distilasi.
b.
Asam nitrat merupakan zat cair tidak
berwarna, berasap (titik didih 83oC) dengan bau yang tajam
c.
HNO3 terdekomposisi oleh
cahaya matahari
4HNO3
(l) hv 4NO2 (g) + 2H2O
(l) + O2 (g)
Karena dekomposisi ini, warna HNO3
berubah menjadi kuning setelah disimpan lama karena terbentuk NO2
yang melarut.
d.
HNO3 pekat konsentrasinya
15,9 M (70,4%) dan merupakan pengoksidasi kuat.
e.
Asam nitrat digunakan dalam industri
pupuk, sistem pendorong roket dengan bahan
bakar cair, dll.
Pupuk : NH4NO3 Bahan
peledak : NH4NO3
NaNO3 NaNO3
Ca(NO3)2 KNO3
KNO3 Ca(NO3)2
Co(NO3)2 Ba(NO3)2
Germisida, fungisida, insektisida : NH4NO3 Korek api :
NaNO3
Ba(NO3)2 KNO3
Cu(NO3)2 Pb(NO3)2
AgNO3
Kembang api : Ca(NO3)2 Merah Cat rambut : AgNO3
Ba(NO3)2 Hijau Co(NO3)2
Sr(NO3)2 Merah
NaNO3 Kuning
KNO3
c.
Urea
(CO(NH2)2)
a.
Pupuk urea mengandung + 46% N
sehingga digunakan sebagai sumber nitrogen bagi
tumbuh-tumbuhan.
b.
Di dalam tanah urea bersifat basa.
c.
Bahan baku pembuatan urea adalah gas
alam dan udara.
d.
Urea dapat digunakan pula untuk membuat
sejenis plastik ureaformaldehid.
d.
Natrium
nitrit (NaNO2)
Beberapa tahun yang
lampau terjadi keracunan nitrit di beberapa tempat di Indonesia, akibat memakan
biskuit. Pada pembuatan biskuit beracun ini, telah digunakan natrium nitrit,
bukan soda kue. Rupanya terjadi suatu kesalahan. Bukan soda kue yang diterima
pabrik biskuit itu tetapi natrium nitrit yang seharusnya dikirim ke pabrik
tekstil.
Natrium nitrit digunakan untuk :
1.
Pembuatan zat warna
2.
Bahan farmasi
3.
Dalam industri tensit sebagai zat
pemutih
4.
Pada makanan untuk menambah cita rasa,
memberikan warna merah pada daging, dan mencegah pertumbuhan bakteri Clostrodium botolinum.
Efek negatif nitrit terhadap makanan :
a.
Nitrit mengoksidasi hemoglobin menjadi
methahemoglobin (Fe2+ dioksidasi menjadi
Fe3+)
Daya
angkat O2 berkurang
Keracunan (seperti : CO)
b.
Asam
nitrit dan amina sekunder membentuk nitrosiamin
Karsinogenik
Penyebab
kanker
e.
Ammonium
nitrat
amonium nitrat
atau dengan sebutan NH4NO3 (ammonium nitrate) dapat
dibuat dengan amonia dan asam nitrat sebagai bahan bakunya. proses pembuatan
amonium nitrat pun ada beberapa macam antara lain :
1. Proses
Prilling
2. Proses
Kristalisasi, dan
3. Proses
Stengel atau Granulasi
Dari ke-tiga tahap tersebut, adalah
proses kristalisasilah yang paling mudah; prosesnya; bahan baku amonia dan asam
nitrat masuk ke reaktor dengan bentuk fasenya adalah amonia masih berupa gas dan
asam nitrat telah berupa fase liquid. dari reaktor semua bahan baku tersebut di
lanjutkan ke evaporator lalu dikristalizer dan akhirnya di separator dan
jadilah amonium nitrat.
VII.
ISOTOP
NITROGEN
Ada 2 isotop
Nitrogen yang stabil yaitu: 14N dan 15N. Isotop yang
paling banyak adalah 14N (99.634%), yang dihasilkan dalam
bintang-bintang dan yang selebihnya adalah 15N. Di antara sepuluh
isotop yang dihasilkan secara sintetik, 1N mempunyai paruh waktu
selama 9 menit dan yang selebihnya sama atau lebih kecil dari itu.
VIII.
DAUR /
SIKLUS NITROGEN
Nitrogen adalah
unsur yang paling berlimpah di atmosfer (78% gas di atmosfer adalah nitrogen). Meskipun demikian,
penggunaan nitrogen pada bidang
biologis sangatlah terbatas. Nitrogen
merupakan unsur yang tidak reaktif (sulit bereaksi dengan unsur lain) sehingga
dalam penggunaan nitrogen pada
makhluk hidup diperlukan berbagai proses, yaitu : fiksasi nitrogen, mineralisasi,
nitrifikasi, denitrifikasi.
Siklus nitrogen sendiri
adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain.
Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara khusus sangat
dibutuhkan dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses ekosistem kunci,
termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas manusia seperti pembakaran
bahan bakar fosil, penggunaan pupuk
nitrogen buatan, dan pelepasan
nitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen global. Pembukaannya
sudah cukup, sekarang kita menginjak ke detail proses daur / siklus nitrogen.
Fungsi dalam ekologi
Nitrogen sangatlah
penting untuk berbagai proses kehidupan di Bumi. Nitrogen adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang nantinya dimasukkan ke dalam protein, tahu kan kalau protein adalah zat yang sangat kita
butuhkan dalam pertumbuhan. Nitrogen
juga hadir di basis pembentuk asam
nukleat, seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa hereditas. Pada tumbuhan, banyak dari
nitrogen digunakan dalam molekul
klorofil, yang penting untuk
fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut. Meskipun atmosfer bumi
merupakan sumber berlimpah nitrogen,
sebagian besar relatif tidak dapat digunakan oleh tanaman. Pengolahan kimia
atau fiksasi alami (melalui
proses konversi seperti yang dilakukan bakteri rhizobium), diperlukan untuk mengkonversi gas nitrogen menjadi bentuk yang dapat
digunakan oleh organisme hidup, oleh karena itu nitrogen menjadi komponen penting dari produksi pangan.
Kelimpahan atau kelangkaan dari bentuk "tetap" nitrogen, (juga dikenal sebagai nitrogen reaktif), menentukan berapa
banyak makanan yang dapat tumbuh pada sebidang tanah.
Proses-proses dalam daur nitrogen
Nitrogen hadir di
lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen organik, amonium
(NH4+), nitrit
(NO2-), nitrat
(NO3-), dan gas
nitrogen (N2). Nitrogen
organik dapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk
antara dekomposisi bahan organik atau humus dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia lain.
Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau
menumpuk nitrogen dalam bentuk
yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram di atas menunjukkan bagaimana
proses-proses cocok bersama untuk membentuk siklus nitrogen (lihat gambar).
1. Fiksasi
Nitrogen
Fiksasi nitrogen adalah
proses alam, biologis atau abiotik yang mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia
(NH3). Mikroorganisme yang mem-fiksasi nitrogen disebut diazotrof.
Mikroorganisme ini memiliki enzim
nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen.
Reaksi untuk fiksasi nitrogen biologis
ini dapat ditulis sebagai berikut :
N2
+ 8H+ + 8e− 2 NH3 + H2
Mikro organisme yang melakukan
fiksasi nitrogen antara lain : Cyanobacteria,
Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain itu ganggang
hijau biru juga dapat memfiksasi
nitrogen. Beberapa tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa hewan
(rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis) dengan diazotrof. Selain dilakukan oleh mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada
proses non-biologis, contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada empat cara yang
dapat mengkonversi unsur nitrogen
di atmosfer menjadi bentuk yang lebih reaktif:
a. Fiksasi biologis: beberapa bakteri simbiotik (paling
sering dikaitkan dengan tanaman polongan) dan beberapa bakteri yang hidup bebas
dapat memperbaiki nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah contoh dari bakteri
pengikat nitrogen adalah bakteri Rhizobium mutualistik, yang hidup dalam nodul
akar kacang-kacangan. Spesies ini diazotrophs. Sebuah contoh dari hidup bebas
bakteri Azotobacter.
b. Industri fiksasi nitrogen : Di bawah
tekanan besar, pada suhu 600oC, dan dengan penggunaan katalis besi,
nitrogen atmosfer dan hidrogen (biasanya berasal dari gas alam atau minyak
bumi) dapat dikombinasikan untuk membentuk amonia (NH3). Dalam
proses Haber-Bosch, N2 adalah diubah bersamaan dengan gas hidrogen
(H2) menjadi amonia (NH3), yang digunakan untuk membuat
pupuk dan bahan peledak.
c. Pembakaran bahan bakar fosil : mesin
mobil dan pembangkit listrik termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida
(NOx).
d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2
dan O2 karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.
2. Asimilasi
Tanaman mendapatkan nitrogen
dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam bentuk ion nitrat atau ion
amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman yang mereka makan.
Tanaman dapat menyerap ion nitrat
atau amonium dari tanah melalui
rambut akarnya. Jika nitrat
diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion
nitrit dan kemudian ion amonium
untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman
yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen
dapat berasimilasi dalam bentuk ion
amonium langsung dari nodul. Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain
mendapatkan nitrogen sebagai
asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.
3. Amonifikasi
Jika tumbuhan atau hewan mati,
nitrogen organik diubah menjadi
amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur.
4. Nitrifikasi
Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri
yang hidup di dalam tanah dan bakteri
nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi,
bakteri nitrifikasi seperti
spesies Nitrosomonas
mengoksidasi amonium (NH4+)
dan mengubah amonia menjadi nitrit (NO2-).
Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter,
bertanggung jawab untuk oksidasi nitrit
menjadi dari nitrat (NO3-).
Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan
tanaman.
Proses nitrifikasi
dapat ditulis dengan reaksi berikut ini :
1.
NH3 + CO2 + 1.5 O2 +
Nitrosomonas → NO2- + H2O + H+
2.
NO2- + CO2 +
0.5 O2 + Nitrobacter → NO3-
3.
NH3 + O2 → NO2− +
3H+ + 2e−
4.
NO2− + H2O → NO3− +
2H+ + 2e-
Catatan :
"Karena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat memasukkan air
tanah. Peningkatan nitrat dalam air tanah merupakan masalah bagi air minum,
karena nitrat dapat mengganggu tingkat oksigen darah pada bayi dan menyebabkan
sindrom methemoglobinemia atau bayi biru. Ketika air tanah mengisi aliran
sungai, nitrat yang memperkaya air tanah dapat berkontribusi untuk eutrofikasi,
sebuah proses dimana populasi alga meledak, terutama populasi alga biru-hijau.
Hal ini juga dapat menyebabkan kematian kehidupan akuatik karena permintaan
yang berlebihan untuk oksigen. Meskipun tidak secara langsung beracun untuk
ikan hidup (seperti amonia), nitrat dapat memiliki efek tidak langsung pada
ikan jika berkontribusi untuk eutrofikasi ini."
5. Denitrifikasi
Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi gas nitrogen (N2), untuk
menyelesaikan siklus nitrogen.
Proses ini dilakukan oleh spesies bakteri seperti Pseudomonas dan Clostridium
dalam kondisi anaerobik. Mereka menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron di tempat oksigen selama
respirasi. Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam kondisi aerobik.
Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui
beberapa kombinasi dari bentuk peralihan sebagai berikut:
NO3− → NO2− → NO
+ N2O → N2 (g)
Proses denitrifikasi lengkap
dapat dinyatakan sebagai reaksi redoks:
2 NO3− + 10 e− + 12 H+ →
N2 + 6 H2O
6. Oksidasi Amonia Anaerobik
Dalam proses biologis, nitrit
dan amonium dikonversi langsung
ke elemen (N2) gas nitrogen.
Proses ini membentuk sebagian besar dari konversi nitrogen unsur di lautan. Reduksi dalam kondisi
anoxic juga dapat terjadi melalui proses yang disebut oksidasi amonia anaerobik
NH4+ + NO2− → N2 +
2 H2O
IX.
KEGUNAAN
NITROGEN
1.
Sebagian besar nitrogen digunakan untuk
membuat amonia, urea, amonium sulfat,
dan asam nitrat.
2.
Selubung gas inert untuk menghilangkan O2
pada pembuatan alat elektronik.
3.
Nitrogen cair digunakan untuk
mempercepat proses pendinginan di industri
makanan.
4.
Dalam bentuk
amonia niotrogen digunsksn sebagai bahan pupuk, obat-obatan,asam
nitrat, urea, hidrasin, amin, dan pendingin.
5.
Asam nitrat digunakan dalam
pembuatan zat pewarna dan bahan peledak.
6.
Nitrogen sering
digunakan jika diperlukan lingkungan yang inert, misalnya
dalam bola lampu listrik untuk mencegah
evaporasi filamen
7.
Sedangkan
nitrogen cair banyak digunakan sebagai refrigerant (pendingin)
Yang sangat efektif
karena relatif murah
8.
Banyak digunakan
oleh laboratorium-laboratorium medis dan laboratorium laboratorium penelitian
sebagai pengawet bahan-bahan preservatif untuk jangka waktu yang sangat lama, misalnya pada bank sperma,
bank penyimpanan organ-organ tubuh manusia, bank darah, dsb.
DAFTAR
PUSTAKA
Tidak ada komentar:
Posting Komentar