Panduan Membuat Asam Nitrat (HNO₃) Secara Umum

Pengantar Asam Nitrat

Asam nitrat (HNO₃) adalah salah satu asam mineral anorganik yang paling penting dan serbaguna dalam industri kimia. Senyawa ini terkenal karena sifatnya yang sangat korosif dan oksidator kuat. Ia digunakan secara luas dalam produksi pupuk (khususnya amonium nitrat), peledak (seperti TNT dan nitrogliserin), pewarna, dan bahan farmasi.

Secara historis, asam nitrat telah diproduksi melalui berbagai metode. Namun, metode industri modern yang paling dominan adalah proses Ostwald. Meskipun demikian, untuk skala laboratorium atau pemahaman dasar tentang kimianya, metode sintesis melalui reaksi garam nitrat dengan asam kuat pekat masih relevan untuk dijelaskan.

Metode Pembuatan Skala Laboratorium (Metode Historis)

Metode yang paling umum dijelaskan untuk membuat asam nitrat dalam skala kecil adalah melalui reaksi antara garam nitrat (biasanya Kalium Nitrat, KNO₃, atau Natrium Nitrat, NaNO₃) dengan Asam Sulfat Pekat (H₂SO₄). Reaksi ini harus dilakukan dengan pemanasan terkontrol dalam labu distilasi tertutup karena produknya (HNO₃) mudah menguap dan sangat korosif.

Bahan dan Peralatan Utama:

• Garam Nitrat: Kalium Nitrat (KNO₃) atau Natrium Nitrat (NaNO₃).
• Asam Sulfat Pekat (H₂SO₄): Bertindak sebagai agen pengering dan asam yang lebih kuat.
• Peralatan Distilasi: Labu alas bulat, kondensor, dan labu penampung (receiver).
• Pemanas: Penangas pasir atau mantel pemanas (heating mantle).

Persamaan Reaksi Kimia:

Ketika Kalium Nitrat dipanaskan bersama Asam Sulfat pekat, terjadi reaksi substitusi dan disproporsionasi yang menghasilkan uap asam nitrat dan garam bisulfat:

KNO₃ (s) + H₂SO₄ (l) → HNO₃ (g) + KHSO₄ (s)

Langkah-Langkah Dasar Proses:

1. Persiapan Campuran: Sejumlah tertentu KNO₃ dan H₂SO₄ pekat dicampur secara hati-hati dalam labu distilasi. Rasio stoikiometri idealnya diikuti, namun sering kali sedikit kelebihan H₂SO₄ digunakan untuk memastikan konversi maksimal.
2. Pemanasan: Campuran dipanaskan secara perlahan. Asam nitrat memiliki titik didih yang relatif rendah (sekitar 83°C) dibandingkan H₂SO₄ (sekitar 337°C). Pemanasan menyebabkan HNO₃ menguap.
3. Kondensasi: Uap HNO₃ yang terbentuk kemudian dialirkan melalui kondensor yang didinginkan (biasanya menggunakan air mengalir) agar berubah kembali menjadi cairan.
4. Pengumpulan: Asam nitrat cair dikumpulkan dalam labu penampung yang berada pada suhu dingin.

Tantangan dan Pemurnian Asam Nitrat

Asam nitrat yang dihasilkan melalui metode distilasi sederhana ini seringkali tidak murni. Ada beberapa masalah utama yang dihadapi:

1. Korosifitas dan Warna

Asam nitrat murni (anhidrat) tidak berwarna. Namun, asam nitrat yang baru dibuat seringkali memiliki warna kuning hingga cokelat kemerahan. Warna ini disebabkan oleh adanya nitrogen dioksida (NO₂) yang terbentuk akibat dekomposisi HNO₃ oleh panas atau cahaya:

4HNO₃ ⇌ 2H₂O + 4NO₂ + O₂

2. Konsentrasi Maksimum (Azeotrop)

Dalam proses distilasi ini, Anda tidak dapat menghasilkan asam nitrat dengan konsentrasi 100% (fuming nitric acid) secara langsung karena asam nitrat dan air membentuk azeotrop pada konsentrasi sekitar 68% berat. Untuk mendapatkan konsentrasi yang lebih tinggi (misalnya 90% atau lebih), diperlukan langkah pemurnian tambahan yang sangat kompleks, seperti distilasi fraksinasi berulang atau penggunaan agen pengering kuat (seperti oleum atau magnesium nitrat), yang semuanya memerlukan peralatan industri khusus dan sangat berbahaya.

Metode Industri Modern: Proses Ostwald

Saat ini, hampir semua asam nitrat diproduksi menggunakan Proses Ostwald, yang melibatkan oksidasi amonia. Proses ini jauh lebih efisien dan aman dalam skala besar dibandingkan metode garam nitrat.

Tahapan Proses Ostwald:

1. Oksidasi Amonia: Gas amonia (NH₃) dicampur dengan udara berlebih dan dilewatkan melalui kawat platinum-rhodium yang dipanaskan hingga sekitar 800–950°C. Ini menghasilkan nitrogen monoksida (NO). 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O
2. Oksidasi Lanjutan: Nitrogen monoksida didinginkan sehingga bereaksi lebih lanjut dengan oksigen di udara menghasilkan nitrogen dioksida (NO₂). 2NO + O₂ → 2NO₂
3. Absorpsi (Penyerapan): Nitrogen dioksida kemudian diserap dalam kolom absorber yang dialiri air. Reaksi ini menghasilkan asam nitrat: 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO

Gas NO yang dihasilkan pada tahap terakhir seringkali didaur ulang kembali ke tahap oksidasi lanjutan untuk memaksimalkan hasil.

Kesimpulan Keamanan

Membuat asam nitrat, terlepas dari metodenya, menuntut pemahaman mendalam tentang reaksi eksotermik, tekanan uap, dan toksisitas produk samping. Selalu ingat bahwa asam nitrat adalah zat pengoksidasi kuat yang dapat bereaksi hebat dengan bahan organik dan reduktor. Penggunaan alat pelindung diri (APD) standar laboratorium adalah keharusan mutlak.