Bab 14 Nitrogen dan Senyawaannya

                             Nitrogen dan Senyawanya

Daftar Isi

1. Sifat Umum dari atom Nitrogen

2. Senyawa Unsure dari Nitrogen

3. Ammonia

3.1 Proses Industri pembuatan ammonia

3.2 Pembuatan Ammonia di Labolatorium

3.3 Sifat-Sifat Ammonia

3.4 Ion Ammonium

3.5  Kegunaan Ammonia

4. Pupuk Nitrogen

5. Polusi oleh Nitrogen Oksida

1. Sifat Umum dari atom Nitrogen

• Electron terluar dari nitrogen adalah 2s2, 2p3

• Nitrogen merupakan unsure non-logam

• Dalam membentuk senyawa, nitrogen dapat membentuk ikatan dengan beberapa cara

• Menerima 3 elektron untuk mengisi kulit terluar membentuk ion N3-. Sebagai contoh magnesium bereaksi dengan nitrogen membentuk Mg3N2. Pada senyawa ini nitrogen membentuk ikatan ionic

• Menggunakan 3 elektron tak berpasangan pada orbital 2p ini untuk membentuk ikatan kovalen. Ini adalah jenis ikatan yang paling umum untuk nitrogen

• Menggunakan electron berpasangan pada 2s untuk membentuk ikatan kovalen koordinasi.

• Membentuk ikatan hydrogen dengan atom hydrogen yang cocok karena nitrogen adalah unsure yang paling elektronegatif

• Unsure lain dalam golongan V dapat membentuk senyawa dengan lima ikatan kovalen, sebagai contoh pospor dapat membentuk PCl5, sedangkan nitrogen tidak dapat membentuk NCl5 karena hanya memiliki orital valensi 2s dan 2p (jumlah orbitalnya adalah 5) dan tidak memiliki orbital valensi 2d. senyawa lain dalam golongan V dapat membentuk lima ikatan kovalen dengan menggunakan orbital d pada kulit terluarnya

• Kebanyakan nitrogen diperoleh dari udara, dimana komposisi nitrogen di atmosfer adalah 79%

2. Senyawa Unsure dari Nitrogen

• Nitrogen dapat membentuk senyawa unsure dengan rumus molekul N2. N2 merupakan senyawa yang inert dan memiliki ikatan rangkap tiga

• Nitrogen diperoleh dari udara dengan menggunakan destilasi bertingkat dari udara cair. Pertama-tama udara di dinginkan sampai membentuk cairan, kemudian cairan dipanaskan. Nitrogen akan mendidih lebih dahulu karena memiliki titik didih yang lebih rendah dibandingkan oksigen dan argon

• Dibandingkan beberapa senyawa lain, nitrogen tergolong tidak reaktif, hal ini karena kuatnya ikatan N≡N pada N2. Ikatan ini terlebih dahulu harus dipotong sebelum nitrogen bereaksi menghasilkan senyawa lain. Dan dibutuhkan energy yang sangat besar untuk memutus ikatan tersebut

• Nitrogen hanya memiliki beberapa reaksi umum (karena kuatnya ikatan N≡N). Beberapa reaksi penting dirangkum sebagai berikut. Mengubah N2 menjadi senyawa nitrogen disebut fixation nitrogen

• Nitrogen berekasi dengan hydrogen membentuk ammonia, proses ini disebut proses Haber

N2(g) + 3H2(g) 🡪 2NH3(g)

• Nitrogen bereaksi dengan oksigen diudara dengan kehadiran arus listrik menghasilkan senyawa nitrogen oksida. Kemudian nitrogen oksida ini bereaksi dengan uap air menghasilkan asam nitrat

• Nitrogen bereaksi dengan oksigen di udara dalam mesin kendaraan bermotor

• Nitrogen diabsorpsi oleh tanaman dengan menggunakan enzim yang dapat mengubah nitrogen menjadi senyawa nitrogen

3. Ammonia

1. Proses Industri pembuatan ammonia

• Ammonia dibuat dengan proses haber. Dalam proses ini gas nitrogen dan oksigen dilewatkan dalam katalis besi persamaan reaksinya adalah

N2 (g)  +  H2  (g)  🡪 2 NH3 (g)        ΔH⁰= -184 kJ

• Berikut bagan proses haber

• Kondisi yang diperlukan dalam proses ini adalah

• Tekanan besar yaitu 250 atm

• Temperature sedang sekitar 450⁰C

• Katalis besi

• Perbandingan mol N2 dan H2 adalah 1:3

Nitrogen diperoleh dari udara, hydrogen diperoleh dari beberapa sumber misalkan saja dari tambang minyak bumi

Ketika campuran nitrogen dan oksigen dilewatkan pada katalis besi maka hanya 15% reaktan yang diubah menjadi ammonia. Ammonia dipisahkan dari campuran dengan mengkondensasi cairan pada temperature rendah. Nitrogen dan hydrogen yang tidak bereaksi di recycle untuk dilewatkan lagi pada katalis 

• Katalis besi digunkan supaya gas lebih cepat mencapai kesetimbangan. Katalis tidak berpengaruh pada persentase ammonia yang dihasilkan pada kesetimbangan

• Tekanan tinggi digunakan karena sesuai asas Le Chatelier, produk ammonia akan besar jumlahnya apabila digunakan tekanan besar

• Secara teori ammonia akan dihasilkan dalam jumlah lebih banyak apabila digunakan temperature rendah hal ini karena reaksi tersebut eksotermik. Akan tetapi pada temperature yang rendah reaksinya berjalan lambat sehingga dalam reaksi ini digunakan suhu sedang 450⁰C

2. Pembuatan Ammonia di Labolatorium

• Ammonia juga dapat dibuat dari penambahan garam ammonium dengan basa kuat. Sebagai cotoh ammonia diperoleh dari penambahan NH4Cl dengan basa NaOH

NH4Cl + NaOH 🡪  NH3  +  H2O  +  NaCl

• Ammonia juga diperoleh ketika nitrat dipanaskan dengan campuran bubuk alumunium dan larutan NaOH berlebih. Dalam reaksi ini ion nitrat direduksi menjadi ammonia

3. Sifat-Sifat Ammonia

• Senyawa ammonia memiliki beberapa sifat berikut :

• Merupakan molekul polar

• Memiliki bentuk piramida, dengan satu electron berpasangan dan tiga ikatan kovalen

• Dalam cairan dan padatan ammonia, molekul NH3 terikat satu sama lain dengan ikatan hydrogen. Karena adanya ikatan hydrogen maka titik didih dari cairan ammonia lebih tinggi dibandingkan senyawa hidrida lainnya

• Ammonia bersifat sangat larut dalam air, karena dapat membentuk ikatan hydrogen dengan molekul air

• Ammonia adalah basa

• Ammonia adalah basa lemah, dapat bereaksi dengan air menghasilkan OHˉ

NH3  +  H2O  🡪 NH4+  + OH-

• Ammonia bereaksi dengan asam membentuk garam ammonia

NH3 + HNO3 🡪 NH4NO3

• Ammonia dapat membentuk ion kompleks dengan beberapa ion logam. Sebagai contoh larutan ammonia ditambah larutan yang mengandung Cu2+.  Endapan biru Cu(OH)2 terbentuk pada awalnya   

Cu2+   + 2OHˉ   🡪 Cu(OH)2(s)

Endapan kemudian larut dengan penambahan ammonia berlebih membentuk kompleks

Cu(OH)2(s) + 4NH3(aq) + 2H2O(l) 🡪 Cu(NH3)4(H2O)22+ (aq) + 2OHˉ(aq)

4. Ion Ammonium

• Ion ammonium NH4+ memiliki bentuk tetrahedral dengan 4 ikatan kovalen

5. Kegunaan Ammonia

• Kebanyakan ammonia digunakan untuk pupuk sebagai contoh ammonium sulfat

• Beberapa ammonia digunakan untuk membuat asam nitrat dengan mekanisme sebagai berikut

• Campuran ammonia dan oksigen dilewatkan pada katalis Pt pada suhu 900⁰C

4NH3 (g)  + 5 O2 (g) ↔ 4NO (g)  +  6H2O (g) ΔH = (-)

• Gas NO selanjutnya didinginkan dengan kehadiran udara membentuk NO2

2NO (g) + O2 (g) 🡪  2 NO2 (g)

• Gas NO2 selanjutnya diserap oleh air dengan kehadiran udara

4NO2 (g) + O2 (g) + 2H2O (l) 🡪  4 HNO3  (aq)

• Penggunaan umum dari asam nitrat adalah :

• Industry pupuk nitrat, umumnya berbentuk ammonium nitrat

• Pembuatan bahan peledak  misalnya TNT

• Pembuatan senyawa organik

4. Pupuk Nitrogen

• Jika pupuk nitrat berlebih ditambahkan ke tanah maka akan dibawa oleh hujan dari tanah ke sungai atau danau. Sehingga membuat banyak tumbuhan tumbuh di sungai atau danau, populasi tumbuhan ini dapat membunuh ikan yang berada di dalamnya

• Nitrat dalam air sungai dapat juga dikonsumsi oleh manusia. Ion nitat merupakan racun. Nitrat adalah agen pengoksidasi yang dapat mengoksidasi ion Fe2+ dalam darah menjadi Fe3+. Hal ini dapat menyebabkan hemoglobin tidak dapat lagi menyerap oksigen

• Pupuk nitrat juga dapat mengurangi kesuburan tanah 

• Polusi yang ditimbuhkan oleh pupuk nitrat dapat dikurangi dengan menggunakan pupuk jenis lain misalnya saja pupuk alami seperti kotoran hewan, pembusukan tanaman dan lain-lainnya

5. Polusi oleh Nitrogen Oksida

• Nitrogen dan oksigen di udara bergabung pada temperature tinggi di mesin kendaraan bermotor menghasilkan gas NO

N2 + O2  🡪 2NO   ΔH = 180 kJ

Temperature yang tinggi diperlukan untuk memutus ikatan N≡N, pemutusan ikatan ini dapat terjadi dengan mudah di mesin kendaraan bermotor. NO kemudian mengalami pembakaran lebih lanjut menghasilkan NO2

2NO  +  O2  🡪 2 NO2  ΔH = -113 kJ

Untuk berikutnya NO dan NO2 disebut NOx

• Kebanyakan senyawa NOx dalam kendaraan bermotor berasal dari mesin kendaraan bermotor. Beberapa senyawa NOx juga dihasilkan dari generator pembangkit listrik, industry, dan pembakaran batu bara dan minyak

• NOx dapat merusak lingkungan dengan beberapa cara

• NO2 bereaksi dengan air menghasilkan asam nitrat dan asam nitous

2NO2 +  H2O 🡪 HNO2   +  HNO3

HNO2 kemudian dioksidasi lagi oleh oksigen di udara menghasilkan HNO3. Sehingga reaksi totalnya adalah

2NO2 +  H2O + ½ O2 🡪 2 HNO3

Asam nitrat dan SO2 adalah penyebab utama hujan asam

• NOx bereaksi dengan polutan lain membentuk ozone. Dan ozone dapat mengiritasi mata. Hujan asam dan ozone yang dihasilkan oleh NOx adalah racun bagi manusia dan telah membunuh banyak pepohonan di hutan eropa

• NOx dapat mengkatalisis reaksi oksidasi SO2 di atmosfer menjadi asam sulfat dan dapat menyebabkan hujan asam

1. Katalitik Konverter

• Produksi NOx dari mesin kendaraan bermotor dapat dikurangi dengan menggunakan katalitik converter. Campuran NOx, CO dan hidrokarbon yang tak terbakar dilewatkan dalam katalis Pt, maka gas yang berbahaya ini akan dikonversi menjadi N2, CO2, dan uap air.bahan bakar bebas Pb harus digunakan karena Pb dapat meracuni katalis sehingga katalis menjadi kurang efektif 

2NO + 2CO 🡪  N2 + 2CO2

• Katalis converter dalam mesin mobil menjadi mahal karena beberapa hal

• Menggunakan logam yang mahal misalnya saja platina

• Mesin yang menggunakan bahan bakar bebas Pb menjadi kurang efektif sehingga lebih banyak bahan bakar yang digunakan

• Sejumlah NOx dapat dikurangi produksinya dengan  menurunkan temperature pembakaran misalnya saja pada pembangkit tenaga listrik disemprotkan air pada sel pembakaran   

Sumber : A Level Chemistry