PENERAPAN LAJU REAKSI DI BIDANG INDUSTRI

 LAJU REAKSI DALAM BIDANG INDUSTRI

Laju reaksi dapat dikontrol dengan memperhatikan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi tersebut. Penerapan laju reaksi dapat ditemukan pada berbagai bidang industri, yang menjadi penerapan laju reaksi dalam bidang indusri adalah penggunaan katalis yang merupakan faktor yang mempengaruhi laju reaksi.

a. Dalam bidang Biokimia

Yang menjadi contoh penggunaan laju reaksi dalam bidang biokimia adalah Penggunaan enzim dalam bidang industri. Enzim merupakan zat yang paling menarik dan penting di alam. Pertama, sangat penting untuk menyadari bahwa enzim bukanlah benda hidup. Mereka benda mati, sama seperti mineral. Tapi juga tidak seperti mineral, mereka dibuat oleh sel hidup. Enzim adalah benda tak hidup yang diproduksi oleh sel hidup.Enzim sudah tidak diragukan memiliki peran yang sangat penting dalam kehidupan. Tidak hanya dalam kehidupan manusia, tapi bagi hewan dan tumbuhan. Bahkan bisa dikatakan bahwa enzim berperan penting dalam kelangsungan alam ini.Jika anda mengintip ke dalam sel, anda akan melihat begitu banyak aktifitas berbeda yang berjalan. Akan ditemukan beberapa molekul yang bergabung bersama, dan ada juga yang memecah menjadi beberapa bagian terpisah. Aktifitas-aktifitas inilah yang menjaga sel agar tetap hidup. Disinilah peran dari enzim.Dalam pengertian yang luas, terdapat dua tipe enzim. Enzim yang membantu dalam menggabungkan beberapa molekul menjadi satu molekul baru. Dan enzim yang membantu memecah molekul menjadi beberapa bagian terpisah.

Selain di dalam sel, enzim juga memiliki peran penting di luar sel. Salah satu contoh yang jelas adalah sistem pencernaan. Enzim yang terdapat di dalam tubuh berfungsi untuk mempercepat proses metabolisme. Enzim juga menyebabkan metabolisme berlangsung dalam suhu rendah. Enzim bekerja sangat spesifik hanya pada reaksi-reaksi tertentu. Zat dipercepat reaksinya dinamakan subtrat yang akan bereaksi dengan enzim menghasilkan produk. Pada akhir reaksi, enzim akan kembali terbentuk seperti semula. Penguraian nasi menjadi glukosa-glukosa merupakan salah satu reaksi yang melibatkan enzim. Beberapa enzim di dalam tubuh dapat memecah pati, beberapa lagi dapat memecah protein dan juga lemak Reaksi penguraian nasi berlangsung lambat dan membutuhkan suhu tinggi jika dilakukan di luar tubuh atau di laboratorium. Namun, jika dilakukan di dalam tubuh, maka prosesnya berlangsung cepat dan dengan suhu rendah karena enzim berfungsi sebagai katalis dalam proses metabolisme yang terjadi di dalam tubuh.

 

Sifat dan Kelebihan Enzim

Berikut ini adalah 4 hal yang harus diingat tentang enzim:

1.      Enzim itu spesifik         

Sebuah enzim yang dapat memecah lemak tidak mampu untuk memecah protein dan pati. Enzim hanya melakukan satu tugas spesifik. Itu artinya sebuah enzim dapat melakukan tugasnya begitu fokus dan dengan sangat sedikit efek samping. Karena sifat yang spesifik inilah yang menjadi alasan kenapa enzim banyak digunakan dan dimanfaatkan dalam dunia industri.Sampai saat ini, telah ditemukan 3000 enzim yang sudah berhasil diidentifikasi dan masih banyak lagi yang menunggu untuk ditemukan.

2.      Enzim adalah katalis

Selain dapat melakukan tugas yang spesifik, penting untuk diketahui juga bahwa enzim dapat melakukan tugas yang sama berulang-ulang, ratusan bahkan jutaan kali. Terus menerus tanpa henti. Ini karena sifatnya sebagai katalis.

Anda ingat definisi dari katalis. Ya.. katalis adalah suatu zat yang membantu jalannya reaksi namun akan terbentuk kembali setelah akhir reaksi, dan tidak hancur oleh reaksi tersebut. Enzim adalah katalis.

3.      Enzim sangat efisien

Tidak hanya pekerja yang keras, enzim juga mampu bekerja dengan kecepatan yang luar biasa. Sebagai gambaran, sebuah enzim yang terdapat di hati mampu memcah Hidrogen Peroksida menjadi air dan oksigen. Yang mengagumkan adalah satu enzim bisa memproses 5 juta molekul Hidrogen Peroksida dalam satu menit. Dan anda tahu.. Hidrogen peroksida adalah suatu oksidator kuat yang dapat merusak sel.

4.      Enzime itu alami

Enzim adalah protein. Seperti protein lainnya, enzim itu organik. Setelah melaksanakan tugasnya dan tidak dibutuhkan lagi, enzim akan terurai cepat dan kembali diabsorb alam.

Gambar 1. Cara Kerja Enzim

Karena sifat-sifat yang luar biasa inilah maka Enzim banyak dimanfaatkan oleh manusia, termasuk dalam dunia industri. Beberapa contoh industri yang menggunakan enzim adalah industri pembuatan roti, keju, bir, deterjen, industri bioteknologi, dan lainnya.

Enzime dan Dunia Industri

Banyak orang berpendapat bahwa teknologi enzim adalah teknologi yang tergolong baru. Perlu diketahui, enzim sudah dimanfaatkan oleh manusia sejak masa awal peradaban. Selama manusia telah mengkonsumsi roti dan keju, meminum anggur dan bir, maka sejak itulah manusia sudah menggunakan enzim.

Dan sekarang enzim banyak dimanfaatkan untuk berbagai industri. Ini semua karena 4 sifat enzim yang luar biasa tadi. Enzim mengambil perannya tidak hanya pada industri makanan, namun sudah merambah ke industri plastik, deterjen, pakan ternak, kosmetik, obat-obatan, bahkan energi.

Yang juga tak kalah penting adalah peran enzim yang juga bersifat ramah lingkungan. Dengan semakin meningkatnya kepedulian terhadap lingkungan dan industri ramah lingkungan, maka dapat dipastikan bahwa peran enzim akan semakin meningkat dan kuat dalam dunia industri.

Produksi Enzim

Kembali melihat kasus pembuatan keju diatas, Chymosin adalah enzim yang berperan dalam merubah susu menjadi keju. Dan Chymosin hanya dapat ditemukan di dalam perut sapi muda (juga pada kambing muda, domba muda, dan sedikit mamalia ternak lainnya). Sampai tahun 60-an, semua keju di dunia dibuat dengan mengunakan Chymosin yang diambil dari perut sapi muda yang disembelih.Lalu dua hal terjadi. Permintaan akan keju meningkat, dan permintaan daging sapi muda menurun.

Akhirnya tidak terdapat cukup banyak sapi muda yang sudah disembelih untuk mencukupi permintaan dari industri keju akan Chymosin berkualitas. Untuk memecahkan permasalahan ini, akan sangat tidak bijak dan mahal untuk menyembelih sapi muda hanya untuk mengambil sedikit enzim Chymosin dari perut mereka. Dan industri keju serta para peneliti enzim mulai mencari cara lain untuk mendapatkan dan memproduksi enzim Chymosin dalam jumlah banyak dan murah.

Para peneliti ingin mencari organisme penghasil enzim Chymosin yang lebih murah dan lebih mudah dibanding sapi muda. Organisme yang dapat berkembang biak secara cepat dan tidak membutuhkan ruang dan makanan yang besar.

Maka mereka mulai mencari diantara organisme yang lebih kecil dan sederhana yang sudah mereka kenal, Mikroorganisme.

 

Dalam industri roti

Katalis yang digunakan dalam pembuatan roti adalah enzim zimase yang merupakan bio katalis.Penambahan zimase dilakukan pada proses peragian pengembangan roti.Ragi di tambahkan ke dalam adonan sehingga glukosa dalam adonanterurai menjadi etil alkohol dan karbon dioksida.

Penguraian berlangsung dengan bantuan enzim zimase yang dihasilkan ragi.

Pada proses ini, CO  berfungsi mengembangkan adonan roti.Banyaknya rongga kecil pada roti membuktikan terjadinya gelembung CO  saat peragian

b.Dalam Bidang Kimia

Dalam bidang kimia penerapan laju reaksi terkait faktor yang mempengaruhinya yakni pengunnaan katalis dapat diterapkan pada berbagai macam industry antara lain industry pembuatan ammonia,industry asam nitrat,industry pembuatan asam sulfat melalui melalui proses  kontak,industri perminyakan dan industry roti dan lain-lain.

1.      Pembuatan Amonia menurut proses Haber-Bosch

Dalam proses pembuatannya banyak diterapkan prinsip dalam ilmu kimia, diantaranya sifat-sifat larutan, kelarutan, kejenuhan larutan, konsentrasi larutan, dansebagainya. Semua itu termasuk factor yang harus diperrhatikan dalam proses pembuatan minuman olahraga itu. Dengan mengetahui cara proses pembuatan yang baik dari minuman-meinuman olahraga tersebut serta kandungan-kandungan yangsebaiknya ada dan ditiadakan di dalamnya maka siswa dapat memilah produk yanglebih layak untuk dikonsumsi. Lebih jauhnya ketika mereka terjun ke masyarakat atau berkecimpung di dunia yang berhubungan dengan produksi minuman sejenis itu maka produk yang dihasilkan itu akan lebih baik dan berkualitas daripada yang sebelumnyadikenal olehnya.

 Penerapan laju reaksi dalam industry kimia dapat ditemukan pada penggunaan katalis pada industry pembuatan ammonia menurut proses Haber-Bosch . Dalam pembuatan gas ammonia dilakukan dengan mereaksikan gas nitrogen dengan gas hidrogen 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 Fe₂O₃ Katalis ini mempercepat laju reaksinya dengan cara mengadsorbsi zat-zat pereaksi pada permukaannya, reaksinya sebagai berikut:

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 alur dari proses Haber-bosch untuk sintesis amonia : 

2.      Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak

Penerapan laju reaksi dalam industri  dapat ditemukan pada industri pembuatan asam sulfat menurut proses kontak yakni pada proses nya menggunakan katalis. Katalis banyak digunakan dalam industri kimia, karena dengan penggunaan katalis akan mempercepat   proses   produksi   sehingga   biaya   produksi   lebih   hemat   dan menguntungkan. Asam sulfat diproduksi dari belerang, oksigen, dan air melalui proses kontak.Pembuatan asam sulfat  menurut  proses kontak berlangsung dengan beberapa tahap-tahap reaksi yaitu sebagai berikut ini :

1.       Belerang dibakar dengan udara membentuk belerang dioksida

2.      Belerang dioksida dioksidasi lebih lanjut menjadi belerang trioksida.

3.      Belerang trioksida dilarutkan dalam asam sulfat pekat membentuk asam pirosulfat.

4.        Asam pirosulfat direaksikan dengan air membentuk asam sulfat pekat.

Dari tahapan reaksi diatas, tahapan penting dan berlangsung lambat adalah pada tahap-b. Untuk   mempercepat   laju   reaksinya   ditambahkan   katalis  vanadium  pentoksida (V₂O₅). Katalis ini dapat mempercepat laju reaksi dengan proses reaksi sebagai berikut :

 

3.      Industri asam nitrat

Metode yang sering digunakan dalam industri asam nitrat adalah metode Proses Ostwald, yang dikembangkan oleh ahli kimia Jerman, Wilhelm Ostwald.Bahan baku industri asam nitrat adalah amonia. Mula-mula, amonia dibakar pada suhu  800  ^oC.

4 NH₃ (g) + 2 O₂ (g)                   4 NO (g) + 6 H₂ (g

Oksida NO terbentuk teroksida dengan cepat membentuk NO₂ .Kemudian gas NO   diserap oleh air menghasilkan asam nitrit dan asam nitrat.HNO₂  diubah mnjadi HNO3 (g).,

 

Gas NO dimasukan kembali ke dalam reaktor dan dioksidasi menjadi NO₂ .

4.Industri perminyakan

Kebutuhan akan bensin meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah kendaraan bermotor, Itulah sebabnya perlu dilakukan pengembangan metode distilasi yang menghasilkan bensin. Metode yang dikembangkan tersebut, yaitu pemecahan katalis dan alkilasi.Katalis yang digunakan, diantaranya asam, oksida alumunium, silikon, dan krom.