The Haber process, also called the Haber–Bosch process, is the main industrial procedure for the production of ammonia.
Proses Haber, disebut juga proses Haber–Bosch, adalah suatu proses fiksasi nitrogen artifisial dan merupakan prosedur industri utama untuk produksi amonia yang berlaku saat ini.
It converts atmospheric nitrogen (N2) to ammonia (NH3) by a reaction with hydrogen (H2) using finely divided iron metal as a catalyst: N 2 + 3 H 2 ↽ − − ⇀ 2 NH 3 Δ H 298 K ∘− 92.28 kJ per mole of N 2 }\qquad {\Delta H_{\mathrm {298~K} }^{\circ }
Proses ini mengubah nitrogen (N2) atmosfer menjadi amonia (NH3) melalui suatu reaksi dengan hidrogen (H2) menggunakan katalis logam di bawah temperatur dan tekanan tinggi: N2 + 3 H2 → 2 NH3 (ΔH−92.4 kJ·mol−1)
The German chemists Fritz Haber and Carl Bosch developed the process in the first decade of the 20th century, and its improved efficiency over existing methods such as the Birkeland-Eyde and Frank-Caro processes was a major advancement in the industrial production of ammonia.
Proses ini dinamakan demikian setelah para penemunya, kimiawan Jerman Fritz Haber dan Carl Bosch, mengembangkan proses ini pada paruh pertama abad ke-20.
Both Haber and Bosch were eventually awarded the Nobel Prize in Chemistry: Haber in 1918 for ammonia synthesis specifically, and Bosch in 1931 for related contributions to high-pressure chemistry.
Haber dan Bosch akhirnya dianugerahi penghargaan Nobel, pada tahun 1918 dan 1931, atas karya mereka dalam menanggulangi masalah kimia dan teknik pada teknologi aliran berkesinambungan tekanan tinggi berskala besar.
During the 19th century, the demand rapidly increased for nitrates and ammonia for use as fertilizers, which supply plants with the nutrients they need to grow, and for industrial feedstocks.
Sepanjang abad ke-19, kebutuhan nitrat dan amonia untuk digunakan sebagai pupuk dan bahan baku industri meningkat pesat.
At the beginning of the 20th century these reserves were thought insufficient to satisfy future demands, and research into new potential sources of ammonia increased.
Pada awal abad ke-20, telah diprediksi bahwa cadangan ini tidak dapat memuaskan kebutuhan masa depan dan riset untuk mendapatkan sumber potensial baru amonia menjadi lebih berharga.
Although atmospheric nitrogen (N2) is abundant, comprising ~78% of the air, it is exceptionally stable and does not readily react with other chemicals.
Sumber yang paling nyata adalah nitrogen atmosfer (N2), yang merupakan penyusun 80% udara, tetapi N2 sangat stabil dan tidak mudah bereaksi dengan bahan kimia lain.
Haber, with his assistant Robert Le Rossignol, developed the high-pressure devices and catalysts needed to demonstrate the Haber process at a laboratory scale.
Haber, bersama asistennya Robert Le Rossignol, mengembangkan peralatan bertekanan tinggi dan katalis untuk mendemonstrasikan proses Haber dalam skala laboratorium.
They demonstrated their process in the summer of 1909 by producing ammonia from the air, drop by drop, at the rate of about 125 mL (4 US fl oz) per hour.
Mereka mendemonstrasikan proses mereka pada Mussim Panas tahun 1909 dengan memproduksi amonia dari udara setetes demi setetes, dengan laju sekitar 125 ml (4 US fl oz) per jam.
The process was purchased by the German chemical company BASF, which assigned Carl Bosch the task of scaling up Haber's tabletop machine to industrial scale.
Proses ini dibeli oleh perusahaan kimia Jerman BASF, yang menugaskan Carl Bosch untuk menaikkan kelas mesin laboratorium Haber menjadi peralatan produksi skala industrial.
He succeeded in 1910.
Ia berhasil melakukannya pada tahun 1910.
Haber and Bosch were later awarded Nobel Prizes, in 1918 and 1931 respectively, for their work in overcoming the chemical and engineering problems of large-scale, continuous-flow, high-pressure technology.
Haber dan Bosch akhirnya dianugerahi penghargaan Nobel, pada tahun 1918 dan 1931, atas karya mereka dalam menanggulangi masalah kimia dan teknik pada teknologi aliran berkesinambungan tekanan tinggi berskala besar.
Ammonia was first manufactured using the Haber process on an industrial scale in 1913 in BASF's Oppau plant in Germany, reaching 20 tonnes/day in 1914.
Amonia pertama kali diproduksi menggunakan proses Haber dalam skala industri pada tahun 1913 oleh BASF pabrik Oppau di Jerman, mencapai 20 ton per hari pada tahun berikutnya.
The Allied powers had access to large deposits of sodium nitrate in Chile (Chile saltpetre) controlled by British companies.
Sekutu mempunyai akses kepada sejumlah besar deposit natrium nitrat di Chile (sehingga disebut "sendawa Chile") yang dimiliki hampir secara total oleh perusahaan-perusahaan Inggris.
The original Haber–Bosch reaction chambers used osmium as the catalyst, but this was available in extremely small quantities.
Bejana reaksi Haber-Bosch asli menggunakan osmium sebagai katalis, tapi hanya tersedia dalam jumlah yang sangat kecil.
Haber noted that uranium was almost as effective and easier to obtain than osmium.
Haber mencatat uranium hampir sama efektifnya dan lebih mudah didapat daripada osmium.
In 1909, BASF researcher Alwin Mittasch discovered a much less expensive iron-based catalyst that is still used.
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.
A major contributor to the discovery of this catalysis was Gerhard Ertl.
Seorang kontributor utama yang menjelaskan mekanisme ini adalah Gerhard Ertl.
The most popular catalysts are based on iron promoted with K2O, CaO, SiO2, and Al2O3.
Katalis yang paling populer didasarkan pada besi yang dipromosikan dengan K2O, CaO, SiO2, dan Al2O3.
The major source of hydrogen is methane.
Sumber utama hidrogen adalah metana dari gas alam.
Above this temperature, the equilibrium quickly becomes unfavorable at atmospheric pressure, according to the Van 't Hoff equation.
Di atas temperatur ini, kesetimbangan dengan cepat menjadi kurang menguntungkan pada tekanan atmosfer, sesuai dengan persamaan Van't Hoff.
While removing the ammonia from the system increases the reaction yield, this step is not used in practice, since the temperature is too high; instead it is removed from the gases leaving the reaction vessel.
Dalam praktiknya, gas amonia tidak disingkirkan dari reaktor itu sendiri, karena suhu terlalu tinggi; ia dihilangkan dari campuran kesetimbangan gas saat meninggalkan bejana reaksi.
The hot gases are cooled under high pressure, allowing the ammonia to condense and be removed as a liquid.
Gas panas didinginkan secukupnya, sementara menjaga tekanan tinggi, agar amonia terkondensasi dan dapat dihilangkan sebagai cairan.
Unreacted hydrogen and nitrogen gases are returned to the reaction vessel for another round.
Gas hidrogen dan nitrogen yang tidak bereaksi kemudian dikembalikan ke bejana reaksi untuk menjalani reaksi lebih lanjut.
The iron catalyst is obtained from finely ground iron powder, which is usually obtained by reduction of high-purity magnetite (Fe3O4).
Dalam praktik industri, katalis besi diperoleh dari serbuk besi yang dihaluskan, yang biasanya diperoleh dari reduksi magnetit (Fe3O4) berkemurnian tinggi.
The catalyst maintains most of its bulk volume during the reduction, resulting in a highly porous high-surface-area material, which enhances its catalytic effectiveness.
Katalis mempertahankan sebagian besar volume massal selama reduksi, dihasilkan pada permukaan bahan luas yang sangat berpori, yang meningkatkan efektivitasnya sebagai katalis.
Minor components include calcium and aluminium oxides, which support the iron catalyst and help it maintain its surface area.
Komponen minor katalis lainnya termasuk kalsium dan aluminium oksida, yang mendukung katalis besi dan membantu mempertahankan area permukaannya.
These oxides of Ca, Al, K, and Si are unreactive to reduction by hydrogen.
Oksida Ca, Al, K, dan Si kebal terhadap reduksi oleh hidrogen.
Experimental evidence points to reaction 2 as being the slow, rate-determining step.
Bukti eksperimental menunjukkan reaksi 2 sebagai yang palilng lambat, tahapan penentu laju reaksi.
When first invented, the Haber process competed against another industrial process, the cyanamide process.
Ketika pertama kali ditemukan, proses Haber perlu bersaing dengan proses industri lainnya, proses sianamida.
However, the cyanamide process consumed large amounts of electrical power and was more labor-intensive than the Haber process.
Namun, proses sianamida boros tenaga listrik dan lebih padat karya daripada proses Haber.
The Haber process consumes 3–5% of the world's natural gas production (around 1–2% of the world's energy supply).
Sebanyak 3–5% dari produksi gas alam dunia dikonsumsi oleh proses Haber (~ 1-2% dari pasokan energi tahunan dunia).
In combination with advances in breeding, herbicides, and pesticides, these fertilizers have helped to increase the productivity of agricultural land: With average crop yields remaining at the 1900 level the crop harvest in the year 2000 would have required nearly four times more land and the cultivated area would have claimed nearly half of all ice-free continents, rather than under 15% of the total land area that is required today.
Dalam kombinasi dengan pestisida, pupuk ini telah meningkatkan produktivitas lahan pertanian sebesar empat kali lipat: Dengan hasil panen rata-rata pada tingkat 1.900 panenan pada tahun 2000, akan diperlukan hampir empat kali lebih banyak tanah dan wilayah budidaya yang berukuran hampir setengah dari semua benua bebas es, bukan di bawah 15% dari total luas lahan yang diperlukan saat ini.
Since nitrogen use efficiency is typically less than 50%, farm runoff from heavy use of fixed industrial nitrogen disrupts biological habitats.
Karena efisiensi penggunaan nitrogen biasanya kurang dari 50%, pemanfaatan berlebihan fiksasi nitrogen industri mengganggu habitat biologis kita.
Thus, the Haber process serves as the "detonator of the population explosion", enabling the global population to increase from 1.6 billion in 1900 to 7.7 billion by November 2018.
Karena dampak yang dramatis pada kemampuan manusia untuk mengembangkan pangan, proses Haber berperan sebagai "detonator ledakan penduduk", yang memungkinkan populasi global meningkat dari 1,6 miliar pada tahun 1900 menjadi 7 miliar pada hari ini.