Proses Haber: Perbedaan antara revisi

'''Proses Haber''', disebut juga '''proses Haber–Bosch''', adalah suatu proses [[Pengikatan nitrogen|fiksasi nitrogen]] artifisial dan merupakan prosedur industri utama untuk produksi [[amonia]] yang berlaku saat ini.<ref name=Appl>Max Appl "Ammonia" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2006 Wiley-VCH, Weinheim. {{DOI|10.1002/14356007.a02_143.pub2}}</ref> Proses ini dinamakan demikian setelah para penemunya, kimiawan Jerman [[Fritz Haber]] dan [[Carl Bosch]], mengembangkan proses ini pada paruh pertama abad ke-20. Proses ini mengubah [[nitrogen]] (N₂) atmosfer menjadi amonia (NH₃) melalui suatu reaksi dengan [[hidrogen]] (H₂) menggunakan katalis logam di bawah temperaturu dan tekanan tinggi:

<center>N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃ &nbsp; (ΔH = −92.4 kJ·[[mol]]⁻¹)</center>

Sumber utama hidrogen adalah [[metana]] dari [[gas alam]]. Konversinya, [[reformasi kukus]], dilakukan dengan udara, yang dideoksigenasi oleh pembakaran gas alam. Semula Bosch memperoleh [[hidrogen]] melalui [[elektrolisis air]].

Di atas temperatur ini, kesetimbangan dengan cepat menjadi kurang menguntungkan pada tekanan atmosfer, sesuai dengan [[persamaan Van't Hoff]]. Oleh karena itu, ada asumsi bahwa digunakan suhu rendah dan beberapa cara lain untuk meningkatkan laju reaksi. Namun, katalis itu sendiri membutuhkan suhu minimal 400&nbsp;°C agar efisien.

Katalis yang paling populer didasarkan pada besi yang dipromosikan dengan K₂O, CaO, SiO₂, dan Al₂O₃. Bejana reaksi Haber-Bosch asli menggunakan [[osmium]] sebagai katalis, tapi hanya tersedia dalam jumlah yang sangat kecil. Haber mencatat [[uranium]] hampir sama efektifnya dan lebih mudah didapat daripada osmium.Di bawah arahan Bosch pada tahun 1909, peneliti BASF [[Alwin Mittasch]] menemukan katalis berbasis [[besi]] yang jauh lebih murah, dan masih digunakan hingga saat ini. Beberapa produksi amonia menggunakan katalis berbasis [[rutenium]] (proses KAAP). Rutenium membentuk katalis yang lebih aktif sehingga memungkinkan dilakukan pada tekanan operasi yang lebih rendah. Katalis tersebut disiapkan melalui dekomposisi [[trirutenium dodekakarbonil]] pada [[grafit]].<ref name="Appl"/>

Dalam praktik industri, katalis besi diperoleh dari serbuk besi yang dihaluskan, yang biasanya diperoleh dari reduksi [[magnetit]] (Fe₃O₄) berkemurnian tinggi. Logam besi bubuk dibakar (dioksidasi) untuk menghasilkan magnetit dengan ukuran partikel tertentu. Partikel magnetit kemudian direduksi secara parsial, dengan menghilangkan oksigen selama proses. Partikel katalis yang dihasilkan terdiri dari inti magnetit, yang terbungkus dalam cangkang [[wüstit]] (FeO), yang pada gilirannya dikelilingi oleh kulit luar logam besi. Katalis mempertahankan sebagian besar volume massal selama reduksi, dihasilkan pada permukaan bahan luas yang sangat berpori, yang meningkatkan efektivitasnya sebagai katalis. Komponen minor katalis lainnya termasuk [[kalsium]] dan [[aluminium oksida]], yang mendukung katalis besi dan membantu mempertahankan area permukaannya. Oksida Ca, Al, K, dan Si kebal terhadap reduksi oleh hidrogen.<ref name="Appl"/>

Seorang kontributor utama yang menjelaskan mekanisme ini adalah [[Gerhard Ertl]].<ref>{{cite journal | title = Interaction of nitrogen with iron surfaces: I. Fe(100) and Fe(111) | journal = [[Journal of Catalysis]] | volume = 49 | issue = 1 | year = 1977 | pages = 18–41 | author = F. Bozso, G. Ertl, M. Grunze and M. Weiss | doi = 10.1016/0021-9517(77)90237-8}}. {{cite journal | title = The structure of atomic nitrogen adsorbed on Fe(100) | journal = [[Surface Science]] | volume = 123 | issue = 1 | year = 1982 | pages = 129–140 | author = R. Imbihl, R. J. Behm, G. Ertl and W. Moritz | doi = 10.1016/0039-6028(82)90135-2|bibcode = 1982SurSc.123..129I }}. {{cite journal | title = Kinetics of nitrogen adsorption on Fe(111) | journal = [[Surface Science]] | volume = 114 | issue = 2–3 | year = 1982 | pages = 515–526 | author = G. Ertl, S. B. Lee and M. Weiss | doi = 10.1016/0039-6028(82)90702-6|bibcode = 1982SurSc.114..515E }}. {{cite journal | title = Primary steps in catalytic synthesis of ammonia | author = G. Ertl | journal = [[Journal of Vacuum Science and Technology A]] | year = 1983 | volume = 1 |issue = 2 | pages = 1247–1253 | doi = 10.1116/1.572299}}</ref>

Ketika pertama kali ditemukan, proses Haber perlu bersaing dengan proses industri lainnya, [[Proses Frank–Caro|proses sianamida]]. Namun, proses sianamida boros tenaga listrik dan lebih padat karya daripada proses Haber.<ref name="Hager"/>{{Refpage|137–143}}

Proses Haber saat ini menghasilkan {{convert|450|e6t}} [[pupuk]] nitrogen per tahun, sebagian besar dalam bentuk [[amonia]] anhidrat, [[amonium nitrat]], dan [[urea]]. Sebanyak 3&ndash;5% dari produksi gas alam dunia dikonsumsi oleh proses Haber (~ 1-2% dari pasokan energi tahunan dunia).<ref name="Smil 2004">Smil, Vaclav (2004). ''Enriching the Earth: Fritz Haber, Carl Bosch, and the Transformation of World Food Production.'' Cambridge, MA: MIT Press. ISBN 9780262693134.</ref><ref>{{cite web|url=http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/nat_gas.html | title=International Energy Outlook 2007}}</ref><ref>Fertilizer statistics. {{cite web |url=http://www.fertilizer.org/ifa/statistics/indicators/ind_reserves.asp |title=? |author= |date= |work= |publisher= |accessdate=}}</ref><ref>{{cite journal | doi = 10.1126/science.1076659 |date=September 2002 | author = Smith, Barry E. | title = Structure. Nitrogenase reveals its inner secrets | volume = 297 | issue = 5587 | pages = 1654–5 | pmid = 12215632 | journal = [[Science (journal)|Science]]}}</ref> Dalam kombinasi dengan pestisida, pupuk ini telah meningkatkan produktivitas lahan pertanian sebesar empat kali lipat:

* {{cite web | title = The Haber Process | url = http://www.chemguide.co.uk/physical/equilibria/haber.html | work = Chemguide.co.uk}}