Skip to content

Unsur dan Senyawaan Nitrogen

Maret 23, 2012

BAB I PENDAHULUAN

Nitrogen secara resmi ditemukan oleh Daniel Rutherford pada 1772, yang menyebutnya udara beracun atau udara tetap. Dia memisahkan oksigen dan karbon dioksida dari udara dan menunjukkan gas yang tersisa tidak menunjang pembakaran atau mahluk hidup.  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. Mereka menamakan gas ini udara tanpa oksigen.

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.

Nitrogen cair mengalami suatu efek yang dikenal dengan efek Leidenfrost. Efek Leidenfrost adalah suatu fenomena yang hanya terjadi ketika suatu cairan kontak dengan benda yang temperaturnya jauh di atas titik didih cairan tersebut, yakni di antara cairan dan permukaan benda tersebut terbentuk suatu lapisan gas insulator yang menjaga cairan dari segera mendidih atau menguap. Contoh lain dari efek Leidenfrost adalah, celupkan jari anda ke dalam air, dan dalam keadaan basah tersebut, celupkan jari anda ke timbal cair (kira-kira temperaturnya 327,46 oC), maka jari anda tidak akan apa-apa. Tapi ingat, efek ini hanya berlaku pada cairan, tidak berlaku pada padatan atau cairan kental seperti lumpur, dan dalam tempo yang sebentar saja. Kalau lama-lama, tetap saja terasa dingin (dalam kasus nitrogen cair, cryogenic) dan panas (dalam kasus timbal cair) dan mematikan.

Nitrogen adalah salah satu unsur golongan VA yang merupakan unsur non logam dan gas yang paling banyak di atmosfir bumi. Nitrogen merupakan unsur yang relatif stabil, tetapi membentuk isotop-isotop yang 4 empat di antaranya bersifat radioaktif. Nitrogen tidak menopang kehidupan, nitrogen tidak beracun. Nitrogen tidak mudah terbakar dan tidak memperbesar pembakaran. Pada suhu yang rendah nitrogen dapt berbentuk cairan atau bahkan kristal padat yang tidak berwarna (bening).

Nitrogen merupakan molekul diatomik yang memiliki ikatan rangkap tiga Energi ikatnya cukup tinggi sehingga sangat sabil dan sulit bereaksi. Karena itu,  kebanyakan entalpi dan energi bebas pembentukan senyawa nitrogen bertanda positif. Molekul nitrogen ini sangat ringan dan nonpolar, sehingga gaya van der waals antar molekul sangat kecil. Gas ini masuk dan keluar tubuh manusia sewaktu bernafas tanpa berubah. Nitrogen sangat diperlukan digunakan sebagai pembuatan senyawa penting seperti amonia dan urea. Karena kestabilan yang tinggi, nitrogen dipakai untuk gas pelindung gas oksigen dalam pabrik kimia, industri logam,dan dalam pembuatan komponen elektronika. Nitrogen cair juga di gunakan untuk membekukan makanan secara cepat.

Komponen utama udara adalah nitrogen yang memiliki sifat – sifat fisik sangat dekat dengan oksigen sehingga menyulitkan dalam proses pemisahan oksigen dan nitrogen. Nitrogen tidak mendukung pemakaran, dan karena nitrogen adalah suatu gas yang tergolong asphyxiant, maka seseorang dalam lingkungan yang kaya akan nitrogen akan sangat cepat kehilangan kesadaran dan dapat meninggal dunia.

Sumber-sumber Nitrogen

Gas nitrogen (N2) terkandung sebanyak 78,1% di udara. Sebagai perbandingan, atmosfir Mars hanya mengandung 2,6% nitrogen. Dari atmosfir bumi, gas nitrogen dapat dihasilkan melalui proses pencairan (liquefaction) dan distilasi fraksi. Nitrogen ditemukan pada mahluk hidup sebagai bagian senyawa-senyawa biologis.

 

Kelimpahan Nitrogen

Nitrogen terdapat di alam sebagai unsur bebas berupa molekul diatomik (N2) kira-kira 78,09% volume atmosfir. Dijumpai dalam mineral penting seperti (KNO3), dan sendawa Chili (NaNO3).

Pada tumbuhuan dan hewan, nitrogen berupa bentuk protein yang komposisi rata-ratanya 51% C; 25% O; 16% N; 7% H; 0,4%P; dan 0,4% S.

 

Sifat Fisika dan Kimia Nitrogen

 

  • Mempunyai massa atom = 14,0067 sma
  • Mempunyai nomor atom =7
  • Titik didih = -1960C
  • Titik beku = -2100C
  • Mempunyai jari-jari atom = 0,920 A
  • Mempunyai Konfigurasi [He]2s2 2p3
  • Dalam senyawa memiliki bilangan oksidasi -3, +5, +4, dan +2.
  • Mempunyai volume atom = 17,30 mol/cm3
  • Mempunyai struktur heksagonal
  • Mempunyai massa jenis = 1,2151 gram/cm3
  • Mempunyai kapasitas panas = 1,042 J/g0K
  • Mempunyai energi ionisasi ke-1 = 1402,3 kJ/mol
  • Mempunyai energi ionisasi ke-2 = 2856 kJ/mol
  • Mempunyai energi ionisasi ke-3 = 45781 kJ/mol
  • Mempunyai nilai elektronegativitas = 3,04
  • Mempunyai konduktivitas kalor = 0,02598 W/moK
  • Mempunyai harga entalpi pembentukan = 0,36 kJ/mol
  • Mempunyai harga bentalpi penguapaan = 2,7928kJ/mol
    • Berat Jenis Relatif  = 0,967
    • Berat Molekul = 28,013
    • Suhu Kritis = -147,1 ° C
    • Berat Jenis Gas (@101,3 kPa dan 15 °C) = 1,170 kg/m3
    • Daya larut dalam air (@101,3 kPa dan 20 °C) =  0,016 cm3/cm3
    • Berupa gas tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau, dan tidak beracun.
    • Mudah menguap
    • Tidak reaktif
    • Bersifat diamagnetik
    • Elektronegatifannya paling tinggi dalam satu golongan.

 

 

 

BAB II SENYAWAAN NITROGEN

Kimiawan Perancis Antoine Laurent Lavoisier menamakan nitrogen azote, yang artinya tanpa kehidupan. Walaupun begitu, senyawa-senyawa nitrogen ditemukan di makanan, pupuk, racun dan bahan peledak. Sebagai gas nitrogen tidak bewarna, tidak memiliki aroma dan dianggap sebagai inert element (elemen yang tak bereaksi). Sebagai benda cair, ia juga tidak bewarna dan beraroma dan memiliki ketampakan yang sama dengan air. Gas nitrogen dapat dipersiapkan dengan memanaskan solusi amonium nitrat (NH4NO3) dalam air.

Senyawa Nitrogen

Natrium nitrat (NaNO3) dan kalium nitrat (KNO3) terbentuk oleh dekomposisi bahan-bahan organik dengan senyawa-senyawa logam tersebut. Dalam kondisi yang kering di beberapat tempat, saltpeters (garam) ini ditemukan dalam jumlah yang cukup dan digunakan sebagai pupuk. Senyawa-senyawa inorganik nitrogen lainnya adalah asam nitrik (HNO3), ammonia (NH3) dan oksida-oksida (NO, NO2, N2O4, N2O), sianida (CN), dsb. Siklus nitrogen adalah salah satu proses yang penting di alam bagi mahluk hidup. Walau gas nitrogen tidak bereaksi, bakteri-bakteri dalam tanah dapat memperbaiki nitrogen menjadi bentuk yang berguna (sebagai pupuk) bagi tanaman. Dengan kata lain, alam telah memberikan metode untuk memproduksi nitrogen untuk pertumbuhan tanaman. Binatang lantas memakan tanaman-tanaman ini dimana nitrogen telah terkandung dalam sistim mereka sebagai protein. Siklus ini lengkap ketika bakteria-bakteria lainnya mengubah sampah senyawa nitrogen menjadi gas nitrogen. Sebagai komponen utama protein, nitrogen merupakan bahan penting bagi kehidupan.

Amonia

Amonia (NH3) merupakan senyawa komersil nitrogen yang paling penting. Ia diproduksi menggunakan proses Haber. Gas natural (metana, CH4) bereaksi dengan uap panas untuk memproduksi karbon dioksida dan gas hidrogen (H2) dalam proses dua langkah. Gas hidrogen dan gas nitrogen lantas direaksikan dalam proses Haber untuk memproduksi amonia. Gas yang tidak bewarna ini bau yang menyengat dapat dengan mudah dicairkan. Bahkan bentuk cair senyawa ini digunakan sebagai pupuk nitrogen. Amonia juga digunakan untuk memproduksi urea (NH2CONH2), yang juga digunakan sebagai pupuk dalam industri plastik, dan dalam industri peternakan sebagai suplemen makanan ternak. Amonia sering merupakan senyawa pertama untuk banyak senyawa nitrogen.

Oksida Nitrogen (NO dan NO2)

Gas nitrogen monoksida (NO) memiliki sifat tidak berwarna, yang pada konsentrasi tinggi juga dapat menimbulkan keracunan. Di samping itu, gas oksida nitrogen juga dapat menjadi penyebab hujan asam. Keberadaan gas nitrogen monoksida (NO) di udara disebabkan karena gas nitrogen ikut terbakar bersama dengan oksigen (O2), yang terjadi pada suhu tinggi.

Pada saat kontak dengan udara, maka gas nitrogen monoksida (NO) akan membentuk gas NO2 dengan reaksi sebagai berikut

Gas NO2 merupakan gas yang beracun, berwarna merah cokelat, dan berbau seperti asam nitrat yang sangat menyengat dan merangsang. Keberadaan gas NO2 lebih dari 1 ppm dapat menyebabkan terbentuknya zat yang bersifat karsinogen atau penyebab terjadinya kanker. Jika menghirup gas NO2 dalam kadar 20 ppm akan dapat menyebabkan kematian. Sebagai pencegahan maka di pabrik atau motor, bagian pembuangan asap ditambahkan katalis logam nikel yang berfungsi sebagai konverter. Prinsip kerjanya adalah mengubah gas buang yang mencemari menjadi gas yang tidak berbahaya bagi lingkungan maupun kesehatan manusia. Proses pengubahan tersebut dapat dilihat pada reaksi berikut.

 

Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah di atmosfer (78% gas di atmosfer adalah nitrogen). Meskipun demikian, penggunaan nitrogen pada bidang biologis sangatlah terbatas. Nitrogen merupakan unsur yang tidak reaktif (sulit bereaksi dengan unsur lain) sehingga dalam penggunaan nitrogen pada makhluk hidup diperlukan berbagai proses, yaitu : fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi, denitrifikasi.

Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan pelepasan nitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen global.

 

Identifikasi Unsur dan Senyawa Nitrogen

Unsur N dalam larutan Castellana dianalisis keberadaannya sebagai anion CN (sianida), yang diidentifikasi dengan cara :

1.  Filtrat+larutan AgNO3, amati terbentuknya endapan putih.

2.  Filtrat+larutan FeSO4 jenuh/kristal, dipanaskan sampai mendidih, tanpa didinginkan + H2SO4 encer secukupnya, amati terbentuknya warna biru prusian.

 

 

3 mL filtrat Lasaigne

+ beberapa tetes Fe2SO4

+ 1-3 tetes FeCl3

 

Jika perlu asamkan dengan H2SO4, adanya unsur N, larutan berwarna biru.

 

 

 

Percobaan Kjeldahl

10 mg sampel urea dalam tabung reaksi

+ 1 tetes H2SO4 pekat

larutan jernih

+ air 1 mL dibasakan dengan NaOH

+ beberapa tetes pereaksi Nessler

Hasil akan menunjukkan adanya unsur N jika terjadi endapan coklat setelah ditambahkan pereaksi Nessler.

Identifikasi senyawaan Nitrogen:

 

NO2

Ion nitrit dapat diidentifikasi degan uji Giess-Ilosvay.uji ini berdasarkan reaksi diazotisasi asam sulfanilat oleh asam nitrit, yang diikuti dengan reaksi kopling dengan α-naftilamina membentuk suatu zat pewarna azo yang berwarna merah.

 

NO3

Identifikasi ion nitrat menggunakan pereaksi difenilamina. Sampel yang diduga mengandung nitrat dituangkan dengan hati-hati sepanjang sisi tabung uji, sehingga membentuk suatu lapisan di atas larutan pereaksi. Sebuah cincin biru terbentuk pada zona persentuhan antara kedua cairan/

 

CN

Uji dilakukan dengan pereaksi tembaga sulfida. Larutan-larutan sianida mudah melarutkan tembaga(II) sulfida membentuk ion tetrasianokuprat(I) yang tak berwarna. Reaksi tang terjadi:

2CuS(s) + 10 CN(aq) à 2[Cu(CN)4]3-(aq) + 2S2-(aq) + (CN)2(g)

 

SCN

Identifikasi ion tiosianat dilakukan dengan penambahan larutan besi(III) klorida. Akan terbentuk warna merah karena terbentuk senyawa kompleks.

SCN(aq) + Fe3+(aq) ↔ Fe(SCN)3(aq)­

BAB III KEGUNAAN NITROGEN

Nitrogen cair banyak digunakan sebagai sumber pendingin dan dengan demikian mempunyai peranan dalam akumulator pendingin.

Nitrogen digunakan di berbagai bidang :

  • Dalam bentuk amonia nitrogen digunaksn sebagai bahan pupuk, obat-obatan, asam nitrat, urea, hidrasin, amin, dan pendingin
  • Asam nitrat digunakan dalam pembuatan zat pewarna dan bahan peledak.
    Nitrogen sering digunakan jika diperlukan lingkungan yang inert, misalnya dalam bola lampu listrik untuk mencegah evaporasi filamen
  • Sedangkan nitrogen cair banyak digunakan sebagai refrigerant (pendingin) yang sangat efektif karena relatif murah
  • Banyak digunakan oleh laboratorium-laboratorium medis dan laboratorium- laboratorium penelitian sebagai pengawet bahan-bahan preservatif untuk jangka waktu yang sangat lama, misalnya pada bank sperma, bank penyimpanan organ-organ tubuh manusia, bank darah, dan sebagainya
  • Penyimpanan bahan-bahan yang mudah busuk : freezing, cooling, mengawetkan produk makanan dan minuman yang belum diolah pada suhu rendah, pengiriman dengan menggunakan truk pendingin
  • Penyimpanan produk-produk biologi: freezing, cooling, penyimpanan bersuhu rendah untuk darah, lapisan kulit ari dan sperma untuk inseminasi buatan
  • Bedah otak dan mata
  • Membuat tanda pengenal pada hewan
  • Metalurgi: shrink fitting, die inerting, impact test, rolling mill
  • Pekerjaan umum : soil freezing
  • Industri daur ulang : pendinginan badan mobil yang dibongkar, elektrik motor, bagian tengah kabel listrik
  • Pengerasan plastik sebelum dihancurkan atau digiling (cyro-grinding)
  • Pembuatan pesawat terbang : simulasi penerbangan
  • Industri nuklir : cryopumping, Penelitian ilmiah : research center Meteorologi
  • Industri elektronik : packaging, moisture control
  • Industri kimia : blanketing, inerting, purging, flushing.

 

Manfaat Nitrogen dalam Ekologi

 

Nitrogen sangatlah penting untuk berbagai proses kehidupan di Bumi. Nitrogen adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang nantinya dimasukkan ke dalam protein, tahu kan kalau protein adalah zat yang sangat kita butuhkan dalam pertumbuhan. Nitrogen juga hadir di basis pembentuk asam nukleat, seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa hereditas. Pada tumbuhan, banyak dari nitrogen digunakan dalam molekul klorofil, yang penting untuk fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut. Meskipun atmosfer bumi merupakan sumber berlimpah nitrogen, sebagian besar relatif tidak dapat digunakan oleh tanaman. Pengolahan kimia atau fiksasi alami (melalui proses konversi seperti yang dilakukan bakteri rhizobium), diperlukan untuk mengkonversi gas nitrogen menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh organisme hidup, oleh karena itu nitrogen menjadi komponen penting dari produksi pangan. Kelimpahan atau kelangkaan dari bentuk “tetap” nitrogen, (juga dikenal sebagai nitrogen reaktif), menentukan berapa banyak makanan yang dapat tumbuh pada sebidang tanah.

Fenomena alam, menyatakan bahwa atmosfir terdiri dari 79% Nitrogen (berdasarkan volume) sebagai gas padat N2. Namun meskipun demikian, penyediaan makanan untuk kehidupan manusia dan hewan-hewan lainnya lebih dibatasi oleh nitrogen daripada unsur-unsur lainnya. Sebagai gas padat, N2 tidak bereaksi dengan unsur-unsur lainnya untuk menghasilkan suatu bentuk nitrogen yang dapat digunakan oleh sebagian besar tanaman.

Peningkatan penyediaan nitrogen tanah untuk tanaman terdiri terutama dari meningkatnya jumlah pengikatan nitrogen secara biologis atau dengan penambahan pupuk baik sintetis juga non sintetis. Hal ini seolah-olah bertentangan, dimana unsur hara yang diabsorsi dari tanah dalam jumlah terbesar oleh tanaman adalah unsur hara yang sebagian besar sangat terbatas penyediaannya.

Adanya penambahan kesuburan alami dengan pupuk-pupuk komersil merupakan praktik pertanian modern. Walaupun demikian sebagian besar masyarakat modern menolak konsep komersial tersebut dengan alasan bahwa pupuk komersial mengandung bahan-bahan kimia beracun yang berbahaya bagi manusia, hewan dan lingkungan. Kenyataan bahwa nutriea itu memasuki tumbuhan dalam bentuk ion-ion, tidak perduli apakah asal pupuk itu organik atau anorganik.
1.         Ketersediaan dan Siklus Nitrogen

Nitrogen terdapat di dalam tanah dalam bentuk organik dan anorganik. Bentuk-bentuk organik meliputi NH4+, NO3-, NO2-, NO2, NO dan unsur N. Juga terdapat bentuk lain yaitu hidroksi amin (NH2OH), tetapi bentuk ini merupakan bentuk antara, yaitu bentuk peralihan dari NH4+, menjadi NO2- dan bentuk ini tidak stabil.

Penyediaan ion dalam tanah dapat dipandang dari sudut mineral dengan masukan dan kehilangan dari ekosistem dan laju transfer diantara komponen sistem.

Pendekatan ini berharga bagi nitrogen, dimana masukan karena curah hujan dan fiksasi serta kehilangan akibat pencucian dan denitrifikasi merupakan sebagian besar dari jumlah seluruhnya yang ada dengan siklus sistem tersebut. Untuk ion yang di absorbsi, masukan ini tidak berarti dibandingkan dengan dengan jumlah seluruhnya yang ada, termasuk kehilangana karena pencucian dalam tanah-tanah subur.

Siklus nitrogen adalah kompleks dan kompertemen organik merupakan bagian yang dominan, beberapa macam bakteri terlihat dalam pengubahan NH4+ menjadi NO3+ (Nitrobacter, Nitrosomonas, Nitrosococcus adalah yang paling penting), tetapi kedua bentuk itu dapat diambil oleh banyak tanaman dengan fasilitas yang sama.

Lebih penting lagi adalah produksi NH4+ yang dihasilkan dari bahan organik yang dibawa oleh bermacam-macam fungsi dan bakteri. Perombak dekomposisi ini juga membutuhkan N, tetapi jika bahan mempunyai kandungan N rendah, bahan itu akan dipesatukan ke dalam biomassa dan tidak dibebaskan, sampai penyediaan karbon berkurang.

Rasio Carbon-Nitrogen (C/N) merupakan cara untuk menunjukkan gambaran kandungan Nitrogen relatif . Rasio C/N dari bahan organik merupakan petunjuk kemungkinan kekurangan nitrogen dan persaingan di antara mikroba-mikroba dan tanaman tingkat tinggi dalam penggunaan nitrogen yang tersedia dalam tanah.

Didalam siklusnya nitrogen di dalam tanah mengalami mineralisasi, sedangkan bahan mineral mengalami imobilisasi. Hasil yang diperoleh menunjukan bahwa N yang hilang ke atmosfir merupakan bagian terbesar. Secara teoritis, di simpulkan bahwa N yang terdapat di dalam tanah akan habis terangkut dalam waktu yang sangat lama dan sebagian besar N yang tertinggal didalam tanah sesudah tahun pertama bukan dalam bentuk nitrat tetapi dalam bentuk bahan organik .

Ketersediaan N tanah dipengaruhi oleh faktor-faktor lingkungan seperti iklim dan macam vegetasi yang kesemuanya dipengaruhi oleh keadaan setempat seperti topogrifi, batuan induk, kegiatan manusia dan waktu.

 

2.  Beberapa Aplikasi Untuk Mempertahankan Ketersediaan Nitrogen

Bahan organik meningkatkan produktifitas tanah melalui mineralisasi zat-zat hara. Bahan organik mempunyai kapasitas tukar kation yang tinggi, daya ikat air yang tinggi dan mampu meningkatkan sifat fisik tanah.

Penambahan sebagian besar nitrogen secara alami ketanah ditambahkan melalui fiksasi biologis simbiotik dan non simbiotik seperti melalui penamaan tanaman leguminosa dan pemberian Azolla. Bakteri Rhizobium yang hidup secara simbiotik pada bintil akar tanaman leguminosa memfiksasi nitrogen dengan enzim nitrogenase yang berkombinasi dengan molekul dinitrogen (N2).

Nitrogen di dalam tanah terdapat dalam bentuk organik dan anorganik. Dengan komposisi nitrogen di atmosfir (79%), nitrogen masih merupakan faktor pembatas bagi penyediaan makanan bagi manusia dan hewan. Hal ini disebabkan karena sebagai gas padat, nitrogen tidak bereaksi dengan unsur-unsur lainnya agar dapat digunakan..

Faktor utama yang mempengaruhi keputusan pengelolaan mengenai penggunaan dan pemakaian pupuk adalah kehilangan nitrat karena pencucian denitrifikasi dan kehilangan nitrogen sebagai N2, kehilangan amonia karena penguapan.

Proses-proses dalam Daur Nitrogen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen organik, amonium (NH4+), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), dan gas nitrogen (N2). Nitrogen organik dapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau humus dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram di atas menunjukkan bagaimana proses-proses cocok bersama untuk membentuk siklus nitrogen.

 

 

 

 

 

 

1. Fiksasi Nitrogen

Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia (NH3). Mikroorganisme yang mem-fiksasi nitrogen disebut diazotrof. Mikroorganisme ini memiliki enzim nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi nitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut :

N2 + 8H+ + 8e−                  2NH3 + H2

Mikro organisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara lain : Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain itu ganggang hijau biru juga dapat memfiksasi nitrogen. Beberapa tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa hewan (rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis) dengan diazotrof. Selain dilakukan oleh mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada proses non-biologis, contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada empat cara yang dapat mengkonversi unsur nitrogen di atmosfer menjadi bentuk yang lebih reaktif :

  1. Fiksasi biologis : beberapa bakteri simbiotik (paling sering dikaitkan dengan tanaman polongan) dan beberapa bakteri yang hidup bebas dapat memperbaiki nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah contoh dari bakteri pengikat nitrogen adalah bakteri Rhizobium mutualistik, yang hidup dalam nodul akar kacang-kacangan. Spesies ini diazotrophs. Sebuah contoh dari hidup bebas bakteri Azotobacter.

b. Industri fiksasi nitrogen : Di bawah tekanan besar, pada suhu 6000C, dan dengan penggunaan katalis besi, nitrogen atmosfer dan hidrogen (biasanya berasal dari gas alam atau minyak bumi) dapat dikombinasikan untuk membentuk amonia (NH3). Dalam proses Haber-Bosch, N2 adalah diubah bersamaan dengan gas hidrogen (H2) menjadi amonia (NH3), yang digunakan untuk membuat pupuk dan bahan peledak.

c. Pembakaran bahan bakar fosil : mesin mobil dan pembangkit listrik termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida (NOx).

d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.

 

2. Asimilasi

Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman yang mereka makan.

Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut akarnya. Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen dapat berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari nodul. Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.

 

3. Amonifikasi

Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur.

 

4. Nitrifikasi

Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang hidup di dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi, bakteri nitrifikasi seperti spesies Nitrosomonas mengoksidasi amonium (NH4+) dan mengubah amonia menjadi nitrit (NO2-). Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter, bertanggung jawab untuk oksidasi nitrit menjadi dari nitrat (NO3-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman.

 

Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini :

  1. NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2 + H2O + H+
  2. NO2 + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO3
  3. NH3 + O2 → NO2 + 3H+ + 2e
  4. NO2 + H2O → NO3 + 2H+ + 2e

 

 

catatan :

“Karena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat memasukkan air tanah. Peningkatan nitrat dalam air tanah merupakan masalah bagi air minum, karena nitrat dapat mengganggu tingkat oksigen darah pada bayi dan menyebabkan sindrom methemoglobinemia atau bayi biru. Ketika air tanah mengisi aliran sungai, nitrat yang memperkaya air tanah dapat berkontribusi untuk eutrofikasi, sebuah proses dimana populasi alga meledak, terutama populasi alga biru-hijau.

Hal ini juga dapat menyebabkan kematian kehidupan akuatik karena permintaan yang berlebihan untuk oksigen. Meskipun tidak secara langsung beracun untuk ikan hidup (seperti amonia), nitrat dapat memiliki efek tidak langsung pada ikan jika berkontribusi untuk eutrofikasi ini.”

 

5. Denitrifikasi

Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi gas nitrogen (N2), untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan oleh spesies bakteri seperti Pseudomonas dan Clostridium dalam kondisi anaerobik. Mereka menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron di tempat oksigen selama respirasi. Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam kondisi aerobik.

Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa kombinasi dari bentuk peralihan sebagai berikut:

NO3 → NO2 → NO + N2O → N2 (g)

Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai reaksi redoks:

2NO3 + 10e + 12H+ → N2 + 6H2O

 

6. Oksidasi Amonia Anaerobik

Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke elemen (N2) gas nitrogen. Proses ini membentuk sebagian besar dari konversi nitrogen unsur di lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic juga dapat terjadi melalui proses yang disebut oksidasi amonia anaerobik

 

 

 

 


 

BAB IV PEMBUATAN NITROGEN

 

Proses Pembuatan Nitrogen

1. Filtrasi

Udara bebas yang menjadi feed atau umpan sebagai bahan baku pembuatan gas nitrogen terlebih dahulu disaring dengan menggunakan filter dengan kerapatan (mesh) tertentu sesuai dengan spesifikasi tekanan dan flow compressor.

Contoh gas pengotor / debris (partikel kasar yang tidak dikehendaki) : uap air, karbondioksida, debu juga bisa menjadi zat pengotor pada udara bebas. Zat pengotor ini harus dihilangkan karena dapat menyebabkan penyumbatan pada peralatan,  tingkat bahaya yang dapat ditimbulkan, korosi, dan juga dalam batas – batas tertentu dilarang terkandung dalam spesifikasi produk akhir.

 

2. Kompressi

Udara yang telah difilter diumpankan ke inlet kompresor untuk dinaikkan tekanannya. Efisiensi kompresor sangatlah penting, oleh karena itu dibutuhkan pemilihan jenis kompresor yang tepat. Umumnya digunakan kompresor tipe turbo (sentrifugal) multi stage dengan pendingin diantara stagenya.
Energi yang digunakan akan sebanding dengan besar energi output produk ditambah cold production.

 

3. Cooling Water

Air umumnya digunakan sebagai pendingin pada industry sebab air tersedia jumlahya dan mudah ditangani. Air juga mampu menyerap sejumlah besar enegi per satuan volume dan tidak mengalami ekspansi maupun pengerutan dalam rentang temperature yang biasanya dialaminya. System penguapan terbuka merupakan tipe system pendingin yang umumnya digunakan dalam plant pemisahan udara.

Outlet compressor akan sangat panas, ini akan mengurangi efisiensi pada proses selanjutnya, maka dibutuhkan pendinginan sampai pada temperature desain (tergantung dari spesifikasi alat dan bahan yang digunakan pada proses).

Pada sebagian industry menggunakan system direct cooler pada proses pendinginannya, dimana terjadi kontak langsung antara udara dengan air pada sepanjang tray direct cooler. Direct cooler mempunyai kelebihan dari pada proses pendinginan yang menggunakan tube atau shell cooler, dimana temperature yang bisa dicapai yaitu 2ºC, sedang pada tube atau shell cooler hanya sekitar 8ºC, efek pengguyuran (scrubbing) dari air juga dapat membantu menurunkan kandungan partikel dan menyerap pengotor yang terbawa udara. Namun jika direct cooler tidak terjaga,seperti ∆P tinggi (pada aliran dan udara masuk) dan tinggi cairan (pada aliran air). Oleh karena tingginya perbedaan temperature yang melalui tray bawah unit, maka pada tray ini sangat mungkin terjadi pembentukan kerak. Untuk alasan itu, water treatment harus bekerja efektif dan tray harus dibersihkan dan diperiksa jika memungkinkan.

 

4. Purrification (Pemurnian)

Air, CO2, Hidrokarbon adalah unsur pengotor udara yang akan menggangu proses, air dan CO2 akan membeku lebih awal (titik beku lebih tinggi dari pada Nitrogen sehingga berpotensi menyumbat di bagian-bagian tertentu dalam proses). Sedangkan Hidrokarbon berpotensi menyebabkan ledakan di daerah bagian bawah kolom distilasi (tempat terjadinya penumpukan hidrokarbon).

Di PPU (pre purification unit) terdapat beberapa lapisan, umumnya terdiri dari molecular shieve (butiran-butiran ukuran mikro berlubang yang seukuran dengan dimensi partikel CO2, H2O dan beberapa jenis hidrokarbon), tujuannya untuk memerangkap CO2, H2O dan hidrokarbon. lapisan lainnya adalah alumina yang bertujuan untuk memerangkap H2O yang lolos dari lapisan pertama.

 

5. Heat Exchanger (Pemindah Panas)

Udara yang telah murni dimasukkan ke kolom distilasi melewati heat exchanger (untuk pendinginan awal, yg disilangkan dengan keluaran expander) sebagai feed gas (untuk terjadinya distilasi dibutuhkan feed gas dari bawah kolom dan reflux dari atas kolom dengan rasio 10:7 untuk tipe packed tray).

 

6. Ekspansi

Sebagian udara diumpankan ke expander untuk memproduksi dingin yang dibutuhkan proses (reflux dan heat loss recovery) sehingga keluarannya berbentuk cairan yang di umpankan ke atas kolom melewati heat exchanger sebagai reflux. Untuk ini, expander membutuhkan penyerap energi sebesar cold production yang diinginkan, bisa dicouple dengan alat oil brake, generator, kompressor atau yang lainnya.

 

7. Distilasi

Pada proses ini final terjadi proses pemisahan antara gas – gas yang terkandung pada udara bebas sebagai umpan melalui perbedaan titik didih (relative volatilitas).

Kolom yang telah diumpani oleh feedgas dan reflux dengan proporsional akan menghasilkan homogenitas di area-area tertentu, bagian atas kolom akan homogen dengan Nitrogen, bawah kolom dengan oksigen, ini dikarenakan beda titik cair, pada temperatur kolom sebesar -1700C, oksigen lebih cenderung untuk berubah menjadi cairan (titik cair O2 = -1830C pada atm pressure) dan menuju bawah kolom, sedangkan nitrogen cenderung bertahan pada bentuk gas (titik cair N2 = -195,80C pada atm pressure) dan menuju bagian atas kolom.

Pada kolom terdapat tray bertingkat yang memungkinkan terjadinya lebih banyak pergesekan antara feed gas dan reflux sehingga lebih memungkinkan bagi kedua jenis stream untuk bertukar properti. Feed gas akan diserap sebagian energinya sehingga menjadi lebih dingin dan membuat O2 melambat dan cenderung mencair, sedangkan N2 karena masih jauh dari titik cairnya akan tetap berupa gas.

 

 

 

DAFTAR PUSTAKA

 

http://www.suryabiru.co.id/nitrogen.htm

http://djeecintalaut.files.wordpress.com/2010/04/siklus-nitrogen2.jpg

http://www.scribd.com/doc/24553568/Makalah-Unsur-Nitrogen

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-sma-ma/minyak-bumi-kimia-sma-ma/oksida-nitrogen-no-dan-no2/

http://kamuspengetahuan.blogspot.com/2011/08/daur-siklus-nitrogen.html

www.chem-is-try.org/tabel_periodik/nitrogen/

http://www.scribd.com/doc/45928392/identifikasi-nsp

http://www.scribd.com/doc/53406577/Rudi-Analisis-Unsur

 

ini file lengkapnya, langsung bis di donlot gan..

Unsur dan Senyawaan Nitrogen

From → Kimia Anorganik

Tinggalkan sebuah Komentar

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: