| |
| Keterangan Umum Unsur |
| Nama, Lambang, Nomor atom | nitrogen, N, 7 |
| Deret kimia | nonlogam |
| Golongan, Periode, Blok | 15, 2, p |
| Penampilan | tidak berwarna
 |
| Massa atom | 14.0067(2) g/mol |
| Konfigurasi elektron | 1s2 2s2 2p3 |
| Jumlah elektron tiap kulit | 2, 5 |
| Ciri-ciri fisik |
| Fase | gas |
| Massa jenis | (0 °C; 101,325 kPa)
1.251 g/L |
| Titik lebur | 63.15 K
(-210.00 °C, -346.00 °F) |
| Titik didih | 77.36 K
(-195.79 °C, -320.42 °F) |
| Titik kritis | 126.21 K, 3.39 MPa |
| Kalor peleburan | (N2) 0.720 kJ/mol |
| Kalor penguapan | (N2) 5.57 kJ/mol |
| Kapasitas kalor | (25 °C) (N2) 29.124 J/(mol·K) |
Tekanan uap
| P/Pa | 1 | 10 | 100 | 1 k | 10 k | 100 k |
| pada T/K | 37 | 41 | 46 | 53 | 62 | 77 |
|
| Ciri-ciri atom |
| Struktur kristal | heksagonal |
| Bilangan oksidasi | ±3, 5, 4, 2 (oksida asam kuat) |
| Elektronegativitas | 3.04 (skala Pauling) |
Energi ionisasi
(detail) | ke-1: 1402.3 kJ/mol |
| ke-2: 2856 kJ/mol |
| ke-3: 4578.1 kJ/mol |
| Jari-jari atom | 65 pm |
| Jari-jari atom (terhitung) | 56 pm |
| Jari-jari kovalen | 75 pm |
| Jari-jari Van der Waals | 155 pm |
| Lain-lain |
| Sifat magnetik | no data |
| Konduktivitas termal | (300 K) 25.83 mW/(m·K) |
| Kecepatan suara | (gas, 27 °C) 353 m/s |
| Nomor CAS | 7727-37-9 |
| Isotop |
| |
| Referensi |
Nitrogen atau
zat lemas adalah
unsur kimia dalam
tabel periodik yang memiliki lambang
N dan
nomor atom 7. Biasanya ditemukan sebagai gas tanpa warna, tanpa bau, tanpa rasa dan merupakan gas diatomik bukan logam yang stabil, sangat sulit bereaksi dengan unsur atau senyawa lainnya. Dinamakan zat lemas karena zat ini bersifat malas, tidak aktif bereaksi dengan unsur lainnya.
Nitrogen mengisi 78,08 persen
atmosfir Bumi dan terdapat dalam banyak jaringan hidup. Zat lemas membentuk banyak senyawa penting seperti
asam amino,
amoniak,
asam nitrat, dan
sianida.
Sifat-sifat penting
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 (-196
oC) pada tekanan atmosfir dan membeku pada suhu 63K (-210
oC).
Sejarah
Nitrogen (
Latin nitrum,
Bahasa Yunani Nitron berarti "soda asli", "gen", "pembentukan") secara resmi ditemukan oleh
Daniel Rutherford pada 1772, yang menyebutnya
udara beracun atau
udara tetap. Pengetahuan bahwa terdapat pecahan udara yang tidak membantu dalam
pembakaran telah diketahui oleh
ahli kimia sejak akhir abad ke-18 lagi. Nitrogen juga dikaji pada masa yang lebih kurang sama oleh
Carl Wilhelm Scheele,
Henry Cavendish, dan
Joseph Priestley, yang menyebutnya sebagai
udara terbakar atau
udara telah flogistat. Gas nitrogen adalah cukup lemas sehingga dinamakan oleh
Antoine Lavoisier sebagai
azote, daripada perkataan
Yunani αζωτος yang bermaksud "tak bernyawa". Istilah tersebut telah menjadi nama kepada nitrogen dalam perkataan
Perancis dan kemudiannya berkembang ke bahasa-bahasa lain.
Senyawa nitrogen diketahui sejak
Zaman Pertengahan Eropa.
Ahli alkimia mengetahui
asam nitrat sebagai
aqua fortis. Campuran
asam hidroklorik dan asam nitrat dinamakan
akua regia, yang diakui karena kemampuannya untuk melarutkan
emas. Kegunaan senyawa nitrogen dalam bidang pertanian dan perusahaan pada awalnya ialah dalam bentuk
kalium nitrat,terutama dalam penghasilan serbuk peledak (garam mesiu), dan kemudiannya, sebagai
baja dan juga stok makanan ternak kimia.
Senyawa
Hidrida utama nitrogen ialah
amonia (N
H3) walaupun
hidrazina (N
2H
4) juga banyak ditemukan. Amonia bersifat
basa dan ter
larut sebagian dalam
air membentuk
ion ammonium (NH
4+). Amonia cair sebenarnya sedikit
amfiprotik dan membentuk ion ammonium dan
amida (NH
2-); keduanya dikenal sebagai garam amida dan
nitrida (N
3-), tetapi terurai dalam air.
Gugus bebas amonia dengan atom hidrogen tunggal atau ganda dinamakan
amina. Rantai, cincin atau struktur hidrida nitrogen yang lebih besar juga diketahui tetapi tak stabil.
Peranan biologi
Nitrogen merupakan unsur kunci dalam
asam amino dan
asam nukleat, dan ini menjadikan nitrogen penting bagi semua kehidupan.
Protein disusun dari asam-asam amino, sementara asam nukleat menjadi salah satu komponen pembentuk
DNA dan
RNA.
Polong-polongan, seperti
kedelai, mampu menangkap nitrogen secara langsung dari
atmosfer karena ber
simbiosis dengan
bakteri bintil akar.
Isotop
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.
Peringatan
Limbah baja nitrat merupakan penyebab utama pencemaran air sungai dan air bawah tanah. Senyawa yang mengandung siano(-CN) menghasilkan garam yang sangat beracun dan bisa membawa kematian pada hewan dan manusia.
Nitrogen dalam perindustrian
Peranan nitrogen dalam perindustrian relatif besar dan
industri yang menggunakan
unsur dasar
nitrogen sebagai
bahan baku utamanya disebut pula sebagai industri nitrogen. Nitrogen yang berasal dari udara merupakan komponen utama dalam pembuatan
pupuk dan telah banyak membantu intensifikasi produksi bahan makanan di seluruh dunia. Pengembangan proses fiksasi nitrogen telah berhasil memperjelas berbagai asas proses kimia dan proses tekanan tinggi serta telah menyumbang banyak perkembangan di bidang
teknik kimia.
Sebelum adanya proses fiksasi (pengikatan) nitrogen secara sintetik, sumber utama nitogen untuk keperluan pertanian hanyalah bahan limbah dan kotoran hewan, hasil dekomposisi dari bahan-bahan tersebut serta amonium sulfat yang didapatkan dari hasil sampingan pembuatan
kokas dari
batubara. Bahan-bahan seperti ini tidak mudah ditangani belum lagi jumlahnya yang tidak mencukupi semua kebutuhan yang diperlukan.
Salpeter Chili,
salpeter dari air kencing hewan dan manusia, dan
amonia yang dikumpulkan dari pembuatan kokas menjadi penting belakangan ini tetapi akhirnya disisihkan lagi oleh amonia sintetik dan
nitrat. Amonia merupakan bahan dasar bagi pembuatan hampir semua jenis produk yang memakai nitrogen.
Gambaran umum
Sejarah
Catatan pertama mengenai usaha pembentukan senyawa nitrogen sintetis pertama dilakukan oleh
Priestley dan
Cavendish yang melewatkan percikan
bunga api listrik di dalam bejana berisi udara bebas dan akhirnya mendapatkan
nitrat setelah sebelumnya melarutkan
oksida yang terbentuk dalam reaksi dengan
alkali. Penemuan ini cukup besar di masanya, mengingat kebutuhan senyawa nitrogen untuk pupuk yang besar namun sayangnya alam tidak cukup untuk memenuhinya. Karena itu, adanya senyawa nitrogen yang dapat dibuat di dalam laboratorium memberikan peluang baru.
Namun usaha komersial dari proses ini tidak berjalan dengan mudah mengingat banyaknya kebutuhan
energi yang besar dan efisiensinya yang terlalu rendah. Setelah ini banyak proses terus dikembangkan untuk perbaikan. Nitrogen pernah juga diikatkan dari udara sebagai
kalsium sianida, namun tetap saja proses ini masih terlalu mahal. Proses-proses lain juga tidak terlalu berbeda, seperti pengolahan termal atas campuran
oksida nitrogen (NOX), pembentukan
sianida dari berbagai sumber nitrogen, pembentukan
aluminium nitrida,
dekomposisi amonia dan sebagainya. Semuanya tidak menunjukkan harapan untuk dapat dikomersialkan walaupun secara teknis semua proses ini terbukti dapat dilaksanakan.
Sampai akhirnya
Haber dan
Nernst melakukan penelitian yang menyeluruh tentang keseimbangan antara nitogen dan
hidrogen di bawah tekanan sehingga membentuk amonia. Dari penelitian ini pula didapatkan beberapa katalis yang sesuai. Reaksi ini sebenarnya membutuhkan tekanan sistem yang tinggi, tetapi pada masa itu peralatan yang memadai belum ada dan mereka merancang peralatan baru untuk reaksi tekanan tinggi (salah satu sumbangan dari perkembangan industri baru ini).
Bukan peralatan tekanan tinggi saja yang akhirnya tercipta karena dipicu oleh tuntutan industri nitrogen ini. Haber dan
Bosch, ilmuwan lain yang bekerjasama dengan Haber, juga mengembangkan proses yang lebih efisien dalam usahanya menghasilkan hidrogen dan nitrogen murni. Proses sebelumnya adalah dengan
elektrolisis air untuk menghasilkan hidrogen murni, dan
distilasi udara cair untuk mendapatkan nitrogen murni yang kedua usaha ini masih terlalu mahal untuk diaplikasikan dalam mengkomersialkan proses baru pembuatan amonia mereka. Maka mereka menciptakan proses lain yang lebih murah.
Usaha bersama mereka mencapai kesuksesan pada tahun
1913 ketika berhasil membentuk amonia pada tekanan tinggi. Proses baru ini masih memerlukan banyak energi namun pengembangan lebih lanjut terus dilakukan. Dengan cepat proses ini berkembang melebihi proses sintetis senyawa nitrogen lainnya, dan menjadi dominan sampai sekarang dengan perbaikan-perbaikan besar masih berlanjut.
Bahan baku
Bahan baku utama yang banyak digunakan dalam industri nitrogen adalah udara, air,
hidrokarbon dan
tenaga listrik.
Batubara dapat menggantikan hidrokarbon namun membutuhkan penanganan yang lebih rumit, sehingga proses menjadi kompleks dan berakibat pada mahalnya biaya operasi.
Penggunaan dan ekonomi
Dari semua macam senyawa nitrogen, amonia adalah senyawa nitogen yang paling penting. Amonia merupakan salah satu senyawa dasar nitogen yang dapat direaksikan dengan berbagai senyawa yang berbeda selain proses pembuatan amonia yang sudah terbukti ekonomis dan efisiensinya yang sampai sekarang terus ditingkatkan. Sebagian besar amonia diperoleh dengan cara pembuatan sintetis di pabrik dan sebagian kecilnya diperoleh dari
hasil samping suatu reaksi.
Penggunaan gas amonia bermacam-macam ada yang langsung digunakan sebagai pupuk, pembuatan
pulp untuk
kertas, pembuatan
garam nitrat dan
asam nitrat, berbagai jenis
bahan peledak, pembuatan
senyawa nitro dan berbagai jenis
refrigeran. Dari gas ini juga dapat dibuat
urea,
hidrazina dan
hidroksilamina.
Gas amonia banyak juga yang langsung digunakan sebagai pupuk, namun jumlahnya masih terlalu kecil untuk menghasilkan jumlah panen yang maksimum. Maka dari itu diciptakan pupuk campuran, yaitu pupuk yang mengandung tiga unsur penting untuk tumbuhan (N + P
2O
5 + K
2O). Pemakaian yang intensif diharapkan akan menguntungkan semua pihak.
Amonia Sintetik
Penggunaan dan ekonomi
Amonia kualitas komersial meliputi NH
3 cair murni dan yang larut dalam air dengan konsentrasi 28 %NH
3. Transportasi bahan ini sebagian besar memakai tangki silinder dan sebagian lagi ada yang langsung disalurkan melalui
pipa. Belakangan ini pemakaian pipa mulai berkembang pesat, terutama dari pusat produksi ke pusat distribusi yang keseluruhan panjangnya bisa mencapai 1.000 Km
[1].
Reaksi dan keseimbangan
2N
2(
g) + 3H
2(
g) ==> 2NH
3(
g)
Karena molekul produk amonia mempunyai volum yang lebih kecil dari jumlah volum reaktan maka keseimbangan akan bertambah ke arah amonia dengan peningkatan tekanan. Peningkatan suhu reaksi menyebabkan memberikan efek yang sebaliknya terhadap keseimbangan karena reaksi bersifat
eksotermis, namun memberikan efek positif terhadap
laju reaksi. Maka dari itu perlu dihitung suhu optimal agar menghasilkan keuntungan yang maksimum.
Laju dan katalis reaksi
Agar peralatan dapat dibuat sekompak mungkin, maka perlu dipikirkan pemberian katalis agar laju reaksi dapat berjalan dengan cepat karena reaksi hidrogen dan nitrogen berjalan sangat lambat.
Banyak jenis katalis yang digunakan secara komersial di berbagai pabrik, namun yang umum digunakan adalah
katalis besi dengan tambahan banyak
promotor seperti
oksida aluminium,
zirkonium,
silikon dengan konsentrasi 3 % atau
oksida kalium sekitar 1 %.
Prosedur pembuatan
Pembuatan amonia terdiri dari enam tahap
[2][3][4]:
- Pembuatan gas-gas pereaksi
- Pemurnian
- Kompresi
- Reaksi katalitik
- Pengumpulan amonia yang terbentuk
- Resirkulasi
Biaya pembuatan amonia sangat tergantung pada tekanan yang digunakan, suhu dan katalis selain bahan yang digunakan.
Amonium 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.
Referensi
- ^ Appl, P.: A Brief History of Ammonia Production from Early to the Present, Nitrogen Mar./Apr., 1976
- ^ Brykowski, F.J. (ed.):Ammonia and Synthesis Gas, Noyes, Park Ridge, N.J., 1981.
- ^ Strelzoff, S.: Technology and Manufacture of Ammonia, Wiley-Interscience, New York, 1981.
- ^ Varicini, C.A. and D. J. Borgars: Synthesis of Ammonia, CRC.