Mengapa pada proses kontak pembuatan asam sulfat reaksi tidak boleh dilakukan pada suhu yang terlalu tinggi?

Proses kontak adalah salah satu proses pembuatan asam sulfat (H2SO4). Secara sederhana ada tiga tahap pembuatan asam sulfat melalui proses ini yaitu :

1. Membuat sulfur dioksida (SO2)
2. Mengubah sulfur dioksida menjadi sulfur trioksida (SO3) melalui reaksi kesetimbangan.
3. Mengubah sulfur trioksida menjadi asam sulfat (H2SO4).

Nah marilah kita lihat prosesnya satu persatu.

Sulfur dioksida bisa kita buat dengan dua cara. Pertama yaitu membakar belerang dalam udara maka belerang nya akan bereaksi dengan oksigen membentuk sulfur dioksida.

Cara kedua adalah dengan memanaskan biji besi seperti pirit yang mengandung belerang dalam udara. Mereka akan bereaksi mengjasilkan sulfur dioksida.

4FeS2 + 11O2 ==> 2Fe2O3 + 8O2

Nah tinggal dipilih mana cara yang lebih mudah. 

Setelah kita punya SO2 langkah selanjutnya adalah membuat SO3.

Pada pangkah kedua ini kita akan mereaksikan SO2 dengan O2 untuk menghasilkan SO3. Reaksi pembentukan SO3 ini adalah reaksi setimbang yang reversible.

Nah, kira kira skema pembuatan dan kondisi lingkungannya seperti berikut :

SO2 + O2.        ===> pada suhu 400 - 450 degC

VSO2 : VO2 = 1: 1.   tekanan = 1 - 2 atm

Karena reaksinya dalam bentuk setimbang, maka kita bisa mengubah kondisi lingkungan sehingga hasil SO3 yang didapatkan akan lebih maksimal. Berikut yang akan kita lakukan.

Perbandingan jumlah SO2 dan O2.

SO2 dan O2 yang akan direaksikan untuk membentuk SO3 memiliki perbandingan volume yang sama.

Hukum Avogadro mengatakan bahwa gas gas yang volumenya sama akan mengandung junlah molekul yang sama. Oleh karena itulah kita membuat volume reaksinya dengan perbandingan sama.

Persamaan reaksi yang terjadi sebagai berikut :

Berdasarkan prinsip kesetimbangan Le Chatelier, jika kita menambah jumlah oksigen dalam reaksi setimbang maka kesetimbangn akan bergeser kearah SO3. Artinya jika kita memperbanyak jumlah O2 dalam reaksi maka jumlah SO3 yang dihasilkan juga akan banyak.

Kenapa tidak jumlah SO2 yang diperbanyak? Nah jawabannya ada pada biaya pembuatan yang akan semakin mahal. SO2 harus dibuat dalam satu proses lagi sementara O2 bisa diambil dari udara. Menambah jumlah O2 yang ada dari udara akan jauh lebih murah dan mudah dibandingkan SO2.

Nah kalau begitu kita tambah saja jumlah O2 sebanyak banyaknya agar SO3 yang dihasilkan semakin melimpah. Benarkah demikian?

Jawabannya tentu tidak. Walaupun kita bisa mengubah keadaan untuk memperbanyak produksi SO3, tetapi ia punya jumlah maksimal untuk diproduksi. Ingatkan kalian bahwa reaksi diatas berlangsung dengan menggunakan katalis V2O5. Jika O2 yang kita gunakan terlalu banyak, maka ia tidak akan terikat pada katalis untuk bereaksi dengan SO2 membentuk SO3. Kebanyakan molekul O2 nya akan terbuang sia sia saja. Jadi kita tidak boleh serakah juga ya.

Reaksi pembentukan SO3 dari SO2 dan O2 adalah eksotermik dengan perubahan entalpi negatif.

2SO2 + O2 <==> 2SO3.        Eksotermik

Menurut prinsip Le Chatelier, jika kita ingin kesetimbangan begeser kearah pembentukan SO3 lebih banyak pada reaksi eksotermik maka kita perlu menurunkan suhu reaksi. Jadi reaksi ini berlangsung pada suhu yang realtif rendah agar SO3 yang diproduksi lebih banyak. Untuk reaksi diatas suhu yang digunakan adalah sekitar 400 - 450 degC. Wah bukan suhu yang rendah juga ya wkwkkw. Tapi munhkin lebih rendah dibandingkan reaksi reaksi lainnya.

Nah setelah kita menurunkan suhu reaksi maka akan ada efek samping yang kita dapatkan. Apa itu? Laju reaksi pada suhu yang rendah akan semakin lambat. Artinya jika kita ingin mendapatkan SO3 dalam jumlah yang banyak dengan menambah O2 dan menurunkan suhu ternyata reaksi menjadi lambat dan produksi SO3 tentu berkurang. Nah bagaimana mengatasi masalah ini. 

Ahli kimka tentu sudah menemukan jawabannya yaitu dengan membuat SO2 dan O2nya dalam keadaan gas sehingga lebih mudah menempel pada katalis untuk terjadinya reaksi.

Pada reaksi setimbang menurut prinsip Le Chatelier, jika kita menaikkan tekanan maka kesetimbangan akan bergeser kearah koefisien reaksi yang lebih kecil. Dan sebaliknya jika kitaenurunkan tekanan mama kesetimbangan bergeser kearah koefisien terbesar.

Pada reaksi diatas, jumlah koefisien kiri adalah 3 dan kanan adalah 2. Jadi jika kita menaikkan tekanan maka kesetimbangan akan bergeser ke arah SO3. Tekanan yang besar juga akan menaikkan laju reaksinya. Artinya jumlahnya akan semakin banyak diproduksi.

Nah itu menurut teori yang ada. Namun secara industri tekanan tidak terlalu berpengaruh pada proses pembuatan SO3. Pada suhu rendah saja reaksi akan membentuk SO3 sekitar 99,5 %. Jadi pada proses industri tekanan tidak dinaikkan.

Jika kita mengkaji pengaruh katalis terhadap kesetimbangan, jawabannya adalah tidak ada. Jadi katalis tidak akan menggeser arah kesetimbangan.

Lalu apa yang dipengaruhi oleh katalis. Jawabannya adalah laju reaksi. Katalis adalah zat yang menurunkan energi aktivasi yaitu energi minimum yang dibutuhkan oleh suatu zat untuk bereaksi. Jika nilainya rendah maka zat yang akan bereaksi akan semakin banyak.

Pada reaksi pembentukan SO3 digunakan katalis V2O5 yang akan mempercepat laju reaksi SO2 dan O2 menjadi SO3 sehingga dalam waktu singkat produksi SO3 akan banyak.

Setelah SO3 terbentuk, maka langkah selanjutnya adalah mengubahnya menjadi asam sulfat dengan cara mereaksikannya dengan air.

Tapi SO3 nya tidak dapat langsung dialirkan ke air karena reaksinya berbahaya menghasilkan asap yang beracun.

Untuk itu agar lebih aman, langkah pertama melarutkan SO3 dalam adam sulfat pekat membentuk senyawa yang disebut dengan oleum.

Kemudian zat ini baru kita reaksikan dengan air menghasilkan asam sulfat.

Nah pada langkah ini kita telah selesai membuat H2SO4. Nah ternyata membuat H2SO4 tidaklah sudah bukan, bahkan hanya menggunakan bahan gratis yang tersedia dialam.