Minggu, 14 Desember 2014

Karbon Dioksida (CO2)



A.    Pengertian Karbon Dioksida (CO2)

Karbon dioksida (rumus kimia: CO2) atau zat asam arang adalah sejenis senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen yang terikat secara kovalen dengan sebuah atom karbon. Ia berbentuk gas pada keadaan temperatur dan tekanan standar dan hadir di atmosfer bumi. Rata-rata konsentrasi karbon dioksida di atmosfer bumi kira-kira 387 ppm berdasarkan volume, walaupun jumlah ini bisa bervariasi tergantung pada lokasi dan waktu. Karbon dioksida adalah gas rumah kaca yang penting karena ia menyerap gelombang inframerah dengan kuat.
Karbon dioksida tidak mempunyai bentuk cair pada tekanan di bawah 5,1 atm namun langsung menjadi padat pada temperatur di bawah -78 °C. Dalam bentuk padat, karbon dioksida umumnya disebut sebagai es kering. CO2 adalah oksida asam. Larutan CO2 mengubah warna lakmus dari biru menjadi merah muda.
Kelarutan dalam air
1,45 g/L
Keasaman (pKa)
6,35 dan 10,33
0,07 cP pada −78 °C
nol
Struktur
Senyawa terkait
oksida terkait
Kecuali dinyatakan sebaliknya, data di atas berlaku
pada
temperatur dan tekanan standar (25°C, 100 kPa)
Berikut karakteristik dari karbon dioksida (CO2)
Karbon dioksida
  
Karbon dioksida
Nama lain
Gas asam karbonat; karbonat anhidrida; es kering (bentuk padat); zat asam arang
Identifikasi
[124-38-9]
FF6400000
C(=O)=O
1/CO2/c2-1-3
Sifat
CO2
44,0095(14) g/mol
Penampilan
gas tidak berwarna
1.600 g/L (padat)
1,98 g/L (gas)
−57 °C (216 K)
(di bawah tekanan)
−78 °C (195 K)
(
menyublim)




B.     Sifat-Sifat Karbon Dioksida
Ø  Sifat  fisika
Diagram fase tekanan-temperatur karbon dioksida yang memperlihatkan titik tripel karbon dioksida

Karbon dioksida adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Ketika dihirup pada konsentrasi yang lebih tinggi dari konsentrasi karbon dioksida di atmosfer, ia akan terasa asam di mulut dan mengengat di hidung dan tenggorokan. Efek ini disebabkan oleh pelarutan gas di membran mukosa dan saliva, membentuk larutan asam karbonat yang lemah. Sensasi ini juga dapat dirasakan ketika seseorang bersendawa setelah meminum air berkarbonat (misalnya Coca Cola).
Konsentrasi yang lebih besar dari 5.000 ppm tidak baik untuk kesehatan, sedangkan konsentrasi lebih dari 50.000 ppm dapat membahayakan kehidupan hewan. Pada keadaan STP, rapatan karbon dioksida berkisar sekitar 1,98 kg/m³, kira kira 1,5 kali lebih berat dari udara. Molekul karbon dioksida (O=C=O) mengandung dua ikatan rangkap yang berbentuk linear. Ia tidak bersifat dipol. Senyawa ini tidak begitu reaktif dan tidak  
Gas karbon dioksida juga mempunyai sifat tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak merangsang. Gas CO2 merupakan hasil pembakaran sempurna bahan bakar minyak bumi maupun batu bara. Dengan semakin banyaknya jumlah kendaraan bermotor dan semakin banyaknya jumlah pabrik, berarti meningkat pula jumlah atau kadar CO2 di udara kita.
Keberadaan CO2 yang berlebihan di udara memang tidak berakibat langsung pada manusia, sebagaimana gas CO. Akan tetapi berlebihnya kandungan CO2 menyebabkan sinar inframerah dari matahari diserap oleh bumi dan benda – benda di sekitarnya. Kelebihan sinar inframerah ini tidak dapat kembali ke atmosfer karena terhalang oleh lapisan CO2 yang ada di atmosfer. Akibatnya suhu di bumi menjadi semakin panas. Hal ini menyebabkan suhu di bumi, baik siang maupun malam hari tidak menunjukkan perbedaan yang berarti atau bahkan dapat dikatakan sama.

          
Pelet kecil dari es kering yang menyublim di udara.   Struktur kristal es kering
Pada suhu −78,51° C, karbon dioksida langsung menyublim menjadi padat melalui proses deposisi. Bentuk padat karbon dioksida biasa disebut sebagai "es kering". Fenomena ini pertama kali dipantau oleh seorang kimiawan Perancis, Charles Thilorier, pada tahun 1825. Es kering biasanya digunakan sebagai zat pendingin yang relatif murah. Sifat-sifat yang menyebabkannya sangat praktis adalah karbon dioksida langsung menyublim menjadi gas dan tidak meninggalkan cairan. Penggunaan lain dari es kering adalah untuk pembersihan sembur.
Cairan kabon dioksida terbentuk hanya pada tekanan di atas 5,1 atm; titik tripel karbon dioksida kira-kira 518 kPa pada −56,6 °C (Silakan lihat diagram fase di atas). Titik kritis karbon dioksida adalah 7,38 MPa pada 31,1 °C.[3]
Terdapat pula bentuk amorf karbon dioksida yang seperti kaca, namun ia tidak terbentuk pada tekanan atmosfer. Bentuk kaca ini, disebut sebagai karbonia, dihasilkan dari pelewatbekuan CO2 yang terlebih dahulu dipanaskan pada tekanan ekstrem (40-48 GPa atau kira-kira 400.000 atm) di landasan intan. Penemuan ini mengkonfirmasikan teori yang menyatakan bahwa karbon dioksida bisa berbentuk kaca seperti senyawa lainnya yang sekelompok dengan karbon, misalnya silikon dan germanium. Tidak seperti kaca silikon dan germanium, kaca karbonia tidak stabil pada tekanan normal dan akan kembali menjadi gas ketika tekanannya dilepas.
Ø  Sifat Kimia
·         Dalam larutan
Karbon dioksida larut dalam air, di mana ia reversibel mengkonversi ke H2CO 3 (asam karbonat). Sebagian besar karbon dioksida tidak diubah menjadi asam karbonat, tetapi tetap sebagai molekul CO2 tidak mempengaruhi pH.  Konsentrasi relatif dari CO2, H2CO3, dan bentuk terdeprotonasinya HCO-3 (bikarbonat) dan CO2-3 (karbonat) bergantung pada pH.
Seperti ditunjukkan dalam plot Bjerrum, dalam air netral atau sedikit basa (pH> 6,5), bentuk bikarbonat mendominasi (> 50%) menjadi yang paling umum (> 95%) pada pH air laut. Dalam air yang sangat basa (pH> 10,4), bentuk dominan (> 50%) adalah karbonat. Lautan, yang agak basa dengan pH = 8,2-8,5 khas, mengandung sekitar 120 mg bikarbonat per liter. Dalam organisme produksi asam karbonat dikatalisis oleh enzim, karbonat anhidrase.
·         Reaksi kimia dari CO2.
CO2 merupakan elektrofil lemah. Reaksinya dengan air dasar menggambarkan properti ini, dalam hal hidroksida nukleofil tersebut. Nukleofil lain bereaksi juga. Sebagai contoh, carbanions seperti yang disediakan oleh reagen Grignard dan senyawa organolitium bereaksi dengan CO2 untuk memberikan karboksilat : MR + CO2 RCO2M ; dimana M = Li atau MgBr dan R = alkil atau aril.
Dalam logam kompleks karbon dioksida, CO2 berfungsi sebagai ligan, yang dapat memfasilitasi konversi CO2 untuk bahan kimia lainnya. Pengurangan CO2 CO biasanya merupakan reaksi yang sulit dan lambat : CO2 + 2 e-+ 2H + CO + H2O Potensi redoks untuk reaksi ini dekat pH 7 adalah sekitar -0.53 V versus elektroda hidrogen standar. Nikel yang mengandung enzim dehidrogenase karbon monoksida mengkatalisis proses ini.
C.    Ammonia (NH3)

Ø  Pengertian Ammonia (NH3)
Amonia adalah senyawa kimia dengan rumus NH3. Biasanya senyawa ini didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas (disebut bau amonia). Walaupun amonia memiliki sumbangan penting bagi keberadaan nutrisi di bumi, amonia sendiri adalah senyawa kaustik dan dapat merusak kesehatan. Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Pekerjaan Amerika Serikat memberikan batas 15 menit bagi kontak dengan amonia dalam gas berkonsentrasi 35 ppm volum, atau 8 jam untuk 25 ppm volum. Amonia yang digunakan secara komersial dinamakan amonia anhidrat. Istilah ini menunjukkan tidak adanya air pada bahan tersebut. Karena amonia mendidih di suhu -33 °C, cairan amonia harus disimpan dalam tekanan tinggi atau temperatur amat rendah. Walaupun begitu, kalor penguapannya amat tinggi sehingga dapat ditangani dengan tabung reaksi biasa di dalam sungkup asap.
"Amonia rumah" atau amonium hidroksida adalah larutan NH3 dalam air. Konsentrasi larutan tersebut diukur dalam satuan baumé. Produk larutan komersial amonia berkonsentrasi tinggi biasanya memiliki konsentrasi 26 derajat baumé (sekitar 30 persen berat amonia pada 15.5 °C). Amonia yang berada di rumah biasanya memiliki konsentrasi 5 hingga 10 persen berat amonia. Amonia umumnya bersifat basa (pKb=4.75), namun dapat juga bertindak sebagai asam yang amat lemah (pKa=9.25).

Berikut ini karakterisik dari Ammonia (NH3)
Amonia
Umum
Amonia, Azana
Nama lain
Hidrogen nitride, spiritus Hartshorn, Nitrosil , Vaporol
NH3
17.0306 g/mol[1]
Penampilan
Gas tak berwarna berbau tajam
Sifat-sifat
0.6942 g/L, gas.[3]
Kelarutan dalam air
89.9 g/100 ml pada 0 °C.
-77.73 °C (195.42 K)
651 °C
-33.34 °C (239.81 K)
9.25
Kebasaan (pKb)
4.75
Struktur
piramida segitiga
1.42 D
107.5°
Angka RTECS
BO0875000
Senyawa berhubungan
Amonium (NH4+), hidroksida (NH4OH), klorida (NH4Cl)
Senyawa lain
Kecuali dinyatakan sebaliknya, data di atas
diberikan dalam
keadaan standar(25 °C, 100 kPa)]]
Sangkalan umum dan referensi




























D.    Sifat-Sifat Ammonia (NH3)
Ammonia adalah gas yang tak berwarna dengan bau yang tajam menusuk. Titik lelehnya pada suhu -77,7oC, dan titik didihnya pada suhu -33,4oC. Gas ini molekulnya berkutub dan akan mengalami macam – macam reaksi dari dasar. Gas ini sangat pelarut pada air ; gas ammonia yang besarnya bervolume 700 akan dapat larut pada air yang besarnya bervolume 1. Untuk mencairkan ammonia anhydrous dibutuhkan ruangan yang bertekanan 12 atm ammonia yang mencair bila dilarutkan kedalam zat logam seperti kedalam sodium dan potassium akan berubah menjadi larutan berwarna biru kelam yang berisi ion logam dan solvayed electrons, seperti yang digambarkan pada rumus pers. 6.7. Akan menunjukkan bahwa jenis kimia itu berupa jenis larutan ammonia.

E.      Proses Pembuatan Sintesis Gas Ammonia yang menghasilkan CO2

Pembuatan Amonia menurut proses Haber-Bosch, Nitrogen terdapat melimpah di udara, yaitu sekitar 78% volume. Walaupun demikian, senyawa nitrogen tidak terdapat banyak di alam. Satu-satunya sumber alam yang penting ialah NaNO3 yang disebut Sendawa Chili. Sementara itu, kebutuhan senyawa nitrogen semakin banyak, misalnya untuk industri pupuk, dan bahan peledak. Oleh karena itu, proses sintesis senyawa nitrogen, fiksasi nitrogen buatan, merupakan proses industri yang sangat penting. Metode yang utama adalah mereaksikan nitrogen dengan hidrogen membentuk amonia. Selanjutnya amonia dapat diubah menjadi senyawa nitrogen lain seperti asam nitrat dan garam nitrat.
Dasar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hidrogen ditemukan oleh Fritz Haber (1908), seorang ahli kimia dari Jerman. Sedangkan proses industri pembuatan amonia untuk produksi secara besar-besaran ditemukan oleh Carl Bosch, seorang insinyur kimia juga dari Jerman. Persamaan termokimia reaksi sintesis amonia adalah :
Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi yang menguntungkan untuk ketuntasan reaksi ke kanan (pembentukan NH3) adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500 oC sekalipun. Dilain pihak, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan mengurangi rendemen.
Proses Haber-Bosch semula dilangsungkan pada suhu sekitar 500 oC dan tekanan sekitar 150-350 atm dengan katalisator, yaitu serbuk besi dicampur dengan Al2O3, MgO, CaO, dan K2O. Seiring dengan kemajuan teknologi, digunakanlah tekanan yang jauh lebih besar, bahkan mencapai 700 atm. Untuk mengurangi reaksi balik, maka amonia yang terbentuk segera dipisahkan. Mula-mula campuran gas nitrogen dan hidrogen dikompresi (dimampatkan) hingga mencapai tekanan yang diinginkan. Kemudian campuran gas dipanaskan dalam suatu ruangan yang bersama katalisator sehingga terbentuk amonia. Diagram alir dari proses Haber-bosch untuk sintesis amonia :
Langkah pertama dalam proses ini adalah untuk membuat kapur dari batu kapur :

CaCO3 + panas → CaO + CO2
ini kemudian dipanaskan dengan batu bara dalam lingkungan anoxic untuk membuat Calcium Carbide : CaO + 3C + panas → CaC2 + CO
Penetapan nitrogen yang sebenarnya berasal dari reaksi Kalsium Carbide dengan Nitrogen murni , sehingga proses ini menjadi industri praktis itu diperlukan proses Linde fraksinasi dari udara cair . Reaksi berlangsung pada 2atm atau ~ 0.2MPa , dipanaskan dengan melalui pemanasan ohmik dari batang Carbon :
CaC2 + N2 → CaCn2 + C
Akhirnya dalam upaya untuk membuat Amoniak, Kalsium sianamida dicampur dengan air dan NaOH ( sebagai katalis ) untuk hidrolisis :
CaCn2 + H2O → 2NH3 + CaCO3
Kalsium Karbonat dapat dengan mudah dipisahkan karena merupakan solid, dan Amonia dapat disuling , memungkinkan NaOH untuk didaur ulang kembali untuk lebih hidrolisis . Kontras ini dengan proses Haber - Bosch untuk membuat Amonia , yang pada saat itu diperlukan mahal seperator udara cair yang sama serta seperator elektrolit untuk menghasilkan hidrogen dan tekanan yang lebih tinggi katalitik reaktor :

Dengan hanya me
lihat itu kita melihat bahwa , sebagai cara untuk membuat Amoniak , proses Haber - Bosh adalah jauh lebih sederhana . Karena tidak memerlukan beberapa tungku dan langkah-langkah perantara memproduksi sianamida biaya operasional harus lebih rendah ( dengan asumsi satu memiliki sistem elektrolisis efisien untuk hidrogen ) . Tentu saja reaktor amoniak membutuhkan katalis dan recycle sistem mahal karena single pass tidak terlalu efisien .

F.      Manfaat dari CO2 dan NH3

Ø Manfaat CO2
Adapun maanfaat dari CO2 adalah sebagai berikut :
a.       Pada proses Fotosintesis
Tak dipungkiri lagi bahwa CO2 sangat berperan pada proses fotosintesis yang dilakukan oleh tumbuhan dan yang sangat diperlukan oleh seluruh makhluk hidup. Fotosintesis memerlukan CO2 dan air agar dapat menghasilkan karbohidrat, yang dapat di lihat dari persamaan berikut:
6 CO2 + 6 H2O --> C6H12O6 + O2

b.      Industri makanan dan minuman
Manfaat CO2 juga dapat kita jumpai pada proses pembuatan roti yang berfungsi sebagai pengembang roti dengan bantuan ragi. Pada saat roti yang dicampur soda kue atau ragi kita panaskan maka gas CO2 akan dibebaskan dan akan tertangkap oleh kantung gluten yang terdapat pada tepung yang akan menyebabkannnya dapt mengembang. Selain itu CO2 padat (es kering) juga digunakan untuk mendinginkan es krim. Pada produk minuman khususnya yang bersoda. Gas tinbul pada minuman tersebut adalah CO2 yang membebaskan diri.

c.        Bahan pemadam kebakaran
Karbon dioksida yang disemburkan pada api melalui selang pemadam kebakaran tersebut akan segera menyelimuti api, sehingga api tidak akan terkena kontak dengan oksigen sehingga pembakaran akan terhenti, karena pembakaran terhenti, maka api dapat segera padam.

d.      Industri Logam :
Karbon dioksida digunakan dalam pembuatan cetakan pengecoran untuk meningkatkan kekerasan mereka .
e.       Manufaktur dan Konstruksi
Karbon dioksida digunakan dalam skala besar sebagai gas perisai di MIG / MAG welding , dimana gas melindungi genangan las terhadap oksidasi oleh udara sekitarnya . Campuran argon dan karbon dioksida umum digunakan saat ini untuk mencapai tingkat yang lebih tinggi las dan mengurangi kebutuhan untuk perawatan pasca las.
f.       Dry ice pellet
digunakan untuk mengganti sandblasting ketika menghapus cat dari permukaan. Hal ini membantu dalam mengurangi biaya pembuangan dan pembersihan
g.      Kimia , Farmasi dan Industri Petroleum Penggunaan :
Jumlah yang cukup besar digunakan sebagai bahan baku dalam industri proses kimia , terutama untuk metanol dan urea produksi .
h.      Karbon dioksida digunakan dalam sumur minyak untuk ekstraksi minyak dan menjaga tekanan dalam formasi
Ketika CO2 dipompa ke dalam sumur minyak , itu sebagian dilarutkan ke dalam minyak , rendering itu kurang kental , sehingga minyak yang akan diekstrak lebih mudah dari batuan dasar . Jauh lebih banyak minyak dapat diekstraksi dari melalui proses ini .
i.        Industri Karet dan Plastik
Flash dihapus dari benda-benda karet dengan jatuh mereka dengan hancur es kering dalam drum berputar .
j.        Kesehatan
Karbon dioksida digunakan sebagai aditif untuk oksigen untuk penggunaan medis sebagai stimulan respirasi .
k.      Penggunaan lingkungan :
Digunakan sebagai propelan dalam kaleng aerosol , menggantikan lebih banyak alternatif merepotkan lingkungan .
Ø Manfaat NH3
Adapun maanfaat dari NH3 adalah sebagai berikut :
a.       Amonia umum digunakan sebagai bahan pembuat obat-obatan.
b.      Amonia yang dilarutkan dalam air dapat digunakan untuk membersihkan berbagai perkakas rumah tangga.
c.       Zat ini juga digunakan sebagai campuran pembuat pupuk untuk menyediakan unsur nitrogen bagi tanaman.
d.      untuk pembuatan pupuk, terutama urea dan ZA (Zwavelzur amonium = amonium sulfat)
e.       Untuk membuat senyawa nitrogen yang lain, seperti asam nitrat, amonium klorida, amonium nitrat.
f.         Untuk membuat hidrazin. Hidrazin merupakan salah satu senyawa nitrogen yang digunakan sebagai bahan bakar roket.
g.      Dalam pabrik es, amonia cair digunakan sebagai pendingin (refrigerant) karena amonia cair mudah menguap dan akan menyerap panas sehingga menimbulkan efek pembekuan (J. Goenawan 153-154).


G.Kelemahan CO2 dan NH3
a.       Kelemahan CO2
ü  Dapat menyebabkan korosi pada proses ammonia bila tidak di hilangkan
ü  Beracun dalam konsentrasi tinggi .
ü  Lebih berat dari udara , karbon dioksida akan mengumpulkan dalam saluran , saluran air dan daerah dataran rendah .
ü  Sangat larut dalam air pada suhu moderat .
ü  Dapat meningkatkan efek rumah kaca
ü  Paparan CO2 Pada konsentrasi tiga persen berdasarkan volume di udara, ia bersifat narkotik ringan dan menyebabkan peningkatan tekanan darah dan denyut nadi, dan menyebabkan penurunan daya dengar. Pada konsentrasi sekitar lima persen berdasarkan volume, ia menyebabkan stimulasi pusat pernapasan, pusing-pusing, kebingungan, dan kesulitan pernapasan yang diikuti sakit kepala dan sesak napas. Pada konsentrasi delapan persen, ia menyebabkan sakit kepala, keringatan, penglihatan buram, tremor, dan kehilangan kesadaran setelah paparan selama lima sampai sepuluh menit
b.      Kelemahan NH3
ü  Dapat menyebabkan kaustik
ü  Amoniak bersifat korosif pada tembaga dan timah
ü  Kontak dengan gas amonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan paru-paru dan bahkan kematian. Sekalipun amonia di AS diatur sebagai gas tak mudah terbakar, amonia masih digolongkan sebagai bahan beracun jika terhirup, dan pengangkutan amonia berjumlah lebih besar dari 3.500 galon (13,248 L) harus disertai surat izin.
ü  Menghirup senyawa ini pada konsentrasi tinggi dapat menyebabkan pembengkakan saluran pernafasan dan sesak nafas. Terkena amonia pada konsentrasi 0.5% (v/v) selama 30 menit dapat menyebabkan kebutaan.
ü  Efek Jangka Pendek (Akut) bila tmenghirup ammonia adalah Iritasi terhadap saluran pernapasan, hidung, tenggorokan dan mata terjadi pada 400-700 ppm. Sedang pada 5000 ppm menimbulkan kematian. Kontak dengan mata dapat menimbulkan iritasi hingga kebutaan total. Kontak dengan kulit dapat menyebabkan luka bakar (frostbite).
ü  Efek Jangka Panjang (Kronis) bila Menghirup uap ammonia mengakibatkan iritasi pada hidung, tenggorokan dan paru-paru. 




Kesimpulan

Gas industri adalah sekelompok gas yang secara khusus diproduksi untuk digunakan dalam berbagai industri, termasuk minyak dan gas, petrokimia, bahan kimia, listrik, pertambangan, pembuatan baja, logam, perlindungan lingkungan, kedokteran, farmasi, bioteknologi, makanan, air , pupuk, tenaga nuklir, elektronika dan kedirgantaraan.
Salah satu gas yang di gunakan dalam indutri adalah karbondioksida. Karbon dioksida (rumus kimia: CO2) atau zat asam arang adalah sejenis senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen yang terikat secara kovalen dengan sebuah atom karbon. Ia berbentuk gas pada keadaan temperatur dan tekanan standar dan hadir di atmosfer bumi. Rata-rata konsentrasi karbon dioksida di atmosfer bumi kira-kira 387 ppm berdasarkan volume, walaupun jumlah ini bisa bervariasi tergantung pada lokasi dan waktu. Karbon dioksida adalah gas rumah kaca yang penting karena ia menyerap gelombang inframerah dengan kuat.
Karbon dioksida dapat di peroleh dari hasil samping dari proses pembuatan sintesis gas amonia. Pembuatan gas amonia menggunakan proses menurut haber-bosch. Persamaan termokimia reaksi sintesis amonia adalah : . Adapun manfaat dari gas CO2 ialah di gunakan dalam industri makanan, karet dan plastik, manufacture, alat pemadam kebakaran dan fotosintesis. Sedangkan amonia bermanfaat bahan obat-obatan dan bahan baku pembuatan pupuk. Selain maanfaat adapula kelemahan dari kedua gas tersebut. CO2 dapat meyebabkan korosif pada hasil samping produksi amonia oleh karenanya harus di hilangkan. Tetapi NH3 dapat menyebabkan korosif pada tembaga dan timah.

DAFTAR PUSTAKA

ü  en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide (14 April 2014)