Asam sulfat

Asam sulfat, H2SO4, merupakanasam mineral(anorganik) yang kuat. Zat ini larut dalamairpada semua perbandingan. Asam sulfat mempunyai banyak kegunaan dan merupakan salah satu produk utamaindustri kimia. Produksi dunia asam sulfat pada tahun 2001 adalah 165 juta ton, dengan nilai perdagangan seharga US$8 juta. Kegunaan utamanya termasuk pemrosesan bijihmineral, sintesis kimia, pemrosesan airlimbahdan pengilangan minyak.
Asam sulfat murni yang tidak diencerkan tidak dapat ditemukan secara alami di bumi oleh karena sifatnya yanghigroskopis. Walaupun demikian, asam sulfat merupakan komponen utamahujan asam, yang terjadi karenaoksidasisulfur dioksidadi atmosfer dengan keberadaanair(oksidasiasam sulfit). Sulfur dioksida adalah produk sampingan utama dari pembakaran bahan bakar seperti batu bara dan minyak yang mengandung sulfur (belerang).
Asam sulfat terbentuk secara alami melalui oksidasi mineral sulfida, misalnya besi sulfida. Air yang dihasilkan dari oksidasi ini sangat asam dan disebut sebagaiair asam tambang. Air asam ini mampu melarutkan logam-logam yang ada dalam bijih sulfida, yang akan menghasilkan uap berwarna cerah yang beracun. Oksidasi besi sulfidapiritoleh oksigen molekuler menghasilkan besi(II), atau Fe:
Fedapat kemudian dioksidasi lebih lanjut menjadi Fe:
Feyang dihasilkan dapat diendapkan sebagaihidroksida:
Besi(III) atau ion feri juga dapat mengoksidasi pirit. Ketika oksidasi pirit besi(III) terjadi, proses ini akan berjalan dengan cepat. NilaipHyang lebih rendah dari nol telah terukur pada air asam tambang yang dihasilkan oleh proses ini.
Asam sulfat diproduksi di atmosfer bagian atasVenusdarikarbon dioksida,sulfur dioksida, dan uap air secarafotokimiaoleh cahayamatahari.Fotonultravioletdengan panjang gelombang kurang dari 169nmdapat mengakibatkan fotodisosiasi karbon dioksida menjadikarbon monoksidadanoksigenatomik.
Oksigen atomik sangatlah reaktif. Ketika ia bereaksi dengan sulfur dioksida yang merupakan sekelumit bagian dari atmosfer Venus,sulfur trioksidadihasilkan, dan ketika bergabung dengan air, akan menghasilkan asam sulfat.
Di bagian atas atmosfer Venus yang lebih dingin, asam sulfat terdapat dalam keadaan cair, dan awan asam sulfat yang tebal menghalangi pandangan permukaan Venus ketika dipandang dari atas. Awan permanen Venus menghasilkan hujan asam yang pekat sama halnya atmosfer bumi menghasilkan air hujan.
Atmosfer Venus menunjukkan adanya siklus asam sulfat. Setelah tetesan hujan asam sulfat jatuh ke lapisan atmosfer yang lebih panas, asam sulfat akan dipanaskan dan melepaskan uap air, sehingga asam sulfat tersebut menjadi lebih pekat. Ketika mencapai temperatur di atas 300 °C, asam sulfat mulai berdekomposisi menjadi sulfur trioksida dan air (dalam fase gas). Sulfur trioksida sangatlah reaktif dan berdisosiasi menjadi sulfur dioksida dan oksigen atomik, yang akan kemudian mengoksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksida.
Sulfur dioksida dan uap air kemudian naik secara arus konveksi dari lapisan tengah atmosfer menuju lapisan atas, di mana keduanya akan diubah kembali lagi menjadi asam sulfat, dan siklus ini kemudian berulang.
Spektrum inframerah darimisi GalileoNASAmenunjukkan adanya absorpsi khusus pada satelitJupiterEuropayang mengindikasikan adanya satu atau lebih hidrat asam sulfat. Interpretasi spektrum ini kontroversial. Beberapa ilmuwan planet lebih condong menginterpretasikan spektrum ini sebagai ion sulfat, kemungkinan sebagai bagian dari mineral Europa.
Asam sulfat diproduksi daribelerang,oksigen, danairmelaluiproses kontak.
Pada langkah pertama,belerangdipanaskan untuk mendapatkansulfur dioksida:
Sulfur dioksida kemudian dioksidasi menggunakanoksigendengan keberadaankatalisvanadium(V) oksida:
Sulfur trioksidadiserap ke dalam 97-98% H2SO4menjadioleum(H2S2O7), juga dikenal sebagaiasam sulfat berasap. Oleum kemudian diencerkan ke dalam air menjadi asam sulfat pekat.
Perhatikan bahwa pelarutan langsung SO3ke dalam air tidaklah praktis karena reaksi sulfur trioksida dengan air yang bersifateksotermik. Reaksi ini akan membentuk aerosol korosif yang akan sulit dipisahkan.
Sebelum tahun 1900, kebanyakan asam sulfat diproduksi denganproses bilik.
Walaupun asam sulfat yang mendekati 100% dapat dibuat, ia akan melepaskanSO3pada titik didihnya dan menghasilkan asam 98,3%. Asam sulfat 98% lebih stabil untuk disimpan, dan merupakan bentuk asam sulfat yang paling umum. Asam sulfat 98% umumnya disebut sebagaiasam sulfat pekat. Terdapat berbagai jeniskonsentrasiasam sulfat yang digunakan untuk berbagai keperluan:
Terdapat juga asam sulfat dalam berbagai kemurnian. Mutu teknis H2SO4tidaklah murni dan sering kali berwarna, namun cocok untuk digunakan untuk membuat pupuk. Mutu murni asam sulfat digunakan untuk membuatobat-obatandan zat warna.
Apabila SO3(g)dalam konsentrasi tinggi ditambahkan ke dalam asam sulfat, H2S2O7akan terbentuk. Senyawa ini disebut sebagaiasam pirosulfat,asam sulfat berasap, ataupunoleum. Konsentrasi oleum diekspresikan sebagai %SO3(disebut %oleum) atau %H2SO4(jumlah asam sulfat yang dihasilkan apabila H2O ditambahkan); konsentrasi yang umum adalah 40% oleum (109% H2SO4) dan 65% oleum (114,6% H2SO4). H2S2O7murni terdapat dalam bentuk padat dengan titik leleh 36 °C.
Asam sulfat murni berupa cairan bening seperti minyak, dan oleh karenanya pada zaman dahulu ia dinamakan 'minyak vitriol'.
H2SO4anhidratadalah cairan yang sangat polar. Ia memilikitetapan dielektriksekitar 100. Konduktivitas listriknya juga tinggi. Hal ini diakibatkan oleh disosiasi yang disebabkan oleh swa-protonasi, disebut sebagaiautopirolisis.
Konstanta kesetimbanganautopirolisisnya adalah
Dibandingkan dengan konstanta keseimbangan air, Kw= 10, nilai konstanta kesetimbangan autopirolisis asam sulfat 10(10 triliun) kali lebih kecil.
Walaupun asam ini memiliki viskositas yang cukup tinggi,konduktivitasefektif ion H dan HSO tinggi dikarenakan mekanisme ulang alik proton intra molekul, menjadikan asam sulfat sebagai konduktor yang baik. Ia juga merupakan pelarut yang baik untuk banyak reaksi.
Kesetimbangan kimiawi asam sulfat sebenarnya lebih rumit daripada yang ditunjukkan di atas; 100% H2SO4mengandung beragam spesi dalam kesetimbangan (ditunjukkan dengan nilai milimol per kg pelarut), yaitu: HSO (15,0), H (11,3), H (8,0), HS (4,4),H(3,6), H (0,1).
Reaksi hidrasiasam sulfat sangatlaheksotermik. Selalu tambahkan asam ke dalamairdan jangan terbalik menambahkan air ke dalam asam. Air memilikimassa jenisyang lebih rendah daripada asam sulfat dan cenderung mengapung di atasnya, sehingga apabila air ditambahkan ke dalam asam sulfat pekat, ia akan dapat mendidih dan bereaksi dengan keras. Reaksi yang terjadi adalah pembentukan ionhidronium:
Karena hidrasi asam sulfat secaratermodinamikadifavoritkan, asam sulfat adalah zat pendehidrasi yang sangat baik dan digunakan untuk mengeringkan buah-buahan. Afinitas asam sulfat terhadapaircukuplah kuat sedemikiannya ia akan memisahkan atomhidrogendanoksigendari suatu senyawa. Sebagai contoh, mencampurkanpati(C6H12O6)ndengan asam sulfat pekat akan menghasilkankarbondanairyang terserap dalam asam sulfat (yang akan mengencerkan asam sulfat):
Efek ini dapat dilihat ketika asam sulfat pekat diteteskan ke permukaan kertas. Selulosa bereaksi dengan asam sulfat dan menghasilkan karbon yang akan terlihat seperti efek pembakaran kertas. Reaksi yang lebih dramatis terjadi apabila asam sulfat ditambahkan ke dalam satu sendok tehgula. Seketika ditambahkan, gula tersebut akan menjadi karbon berpori-pori yang mengembang dan mengeluarkan aroma sepertikaramel.
Sebagai asam, asam sulfat bereaksi dengan kebanyakanbasa, menghasilkan garamsulfat. Sebagai contoh, garam tembagatembaga(II) sulfatdibuat dari reaksi antaratembaga(II) oksidadengan asam sulfat:
Asam sulfat juga dapat digunakan untuk mengasamkan garam dan menghasilkan asam yang lebih lemah. Reaksi antaranatrium asetatdengan asam sulfat akan menghasilkanasam asetat, CH3COOH, dannatrium bisulfat:
Hal yang sama juga berlaku apabila mereaksikan asam sulfat dengankalium nitrat. Reaksi ini akan menghasilkanasam nitratdan endapatkalium bisulfat. Ketika dikombinasikan denganasam nitrat, asam sulfat berperilaku sebagai asam sekaligus zat pendehidrasi, membentuk ionnitroniumNO, yang penting dalam reaksinitrasiyang melibatkansubstitusi aromatik elektrofilik. Reaksi jenis ini sangatlah penting dalamkimia organik.
Asam sulfat bereaksi dengan kebanyakan logam via reaksi penggantian tunggal, menghasilkan gashidrogendan logam sulfat. H2SO4encer menyerangbesi,aluminium,seng,mangan,magnesiumdannikel. Namun reaksi dengantimahdantembagamemerlukan asam sulfat yang panas dan pekat.Timbaldantungstentidak bereaksi dengan asam sulfat. Reaksi antara asam sulfat dengan logam biasanya akan menghasilkan hidrogen seperti yang ditunjukkan pada persamaan di bawah ini. Namun reaksi dengan timah akan menghasilkansulfur dioksidadaripada hidrogen.
Hal ini dikarenakan asam pekat panas umumnya berperan sebagai oksidator, manakala asam encer berperan sebagai asam biasa. Sehingga ketika asam pekat panas bereaksi dengan seng, timah, dan tembaga, ia akan menghasilkan garam, air dan sulfur dioksida, manakahal asam encer yang beraksi dengan logam seperti seng akan menghasilkan garam dan hidrogen.
Asam sulfat menjalani reaksisubstitusi aromatik elektrofilikdengansenyawa-senyawa aromatik, menghasilkanasam sulfonatterkait:
Asam sulfat merupakan komoditas kimia yang sangat penting, dan sebenarnya pula, produksi asam sulfat suatu negara merupakan indikator yang baik terhadap kekuatan industri negara tersebut.Kegunaan utama (60% dari total produksi di seluruh dunia) asam sulfat adalah dalam "metode basah" produksiasam fosfat, yang digunakan untuk membuatpupukfosfatdan jugatrinatrium fosfatuntuk deterjen. Pada metode ini, batuan fosfat digunakan dan diproses lebih dari 100 juta ton setiap tahunnya. Bahan-bahan baku yang ditunjukkan pada persamaan di bawah ini merupakanfluorapatit, walaupun komposisinya dapat bervariasi. Bahan baku ini kemudian diberi 93% asam suflat untuk menghasilkankalsium sulfat,hidrogen fluorida(HF), danasam fosfat. HF dipisahan sebagaiasam fluorida. Proses keseluruhannya dapat ditulis:
Asam sulfat digunakan dalam jumlah yang besar oleh industribesidanbajauntuk menghilangkan oksidasi, karat, dan kerak air sebelum dijual ke industriotomobil. Asam yang telah digunakan sering kali didaur ulang dalam kilang regenerasi asam bekas (Spent Acid Regeneration (SAR) plant). Kilang ini membakar asam bekas dengan gas alam, gas kilang, bahan bakar minyak, ataupun sumber bahan bakar lainnya. Proses pembakaran ini akan menghasilkan gas sulfur dioksida (SO2) dan sulfur trioksida (SO3) yang kemudian digunakan untuk membuat asam sulfat yang "baru".
Amonium sulfat, yang merupakan pupuk nitrogen yang penting, umumnya diproduksi sebagai produk sampingan dari kilang pemroses kokas untuk produksi besi dan baja. Mereaksikanamoniayang dihasilkan pada dekomposisi termalbatu baradengan asam sulfat bekas mengizinkan amonia dikristalkan keluar sebagaigaram(sering kali berwarna coklat karena kontaminasi besi) dan dijual kepada industri agrokimia.
Kegunaan asam sulfat lainnya yang penting adalah untuk pembuatanaluminium sulfat. Alumunium sulfat dapat bereaksi dengan sejumlah kecil sabun pada seratpulp kertasuntuk menghasilkan aluminiumkarboksilatyang membantu mengentalkan serat pulp menjadi permukaan kertas yang keras. Aluminium sulfat juga digunakan untuk membuataluminium hidroksida. Aluminium sulfat dibuat dengan mereaksikanbauksitdengan asam sulfat:
Asam sulfat juga memiliki berbagai kegunaan di industri kimia. Sebagai contoh, asam sulfat merupakan katalis asam yang umumnya digunakan untuk mengubahsikloheksanonoksimmenjadikaprolaktam, yang digunakan untuk membuatnilon. Ia juga digunakan untuk membuatasam kloridadarigarammelaluiproses Mannheim. Banyak H2SO4digunakan dalam pengilangan minyak bumi, contohnya sebagai katalis untuk reaksiisobutanadenganisobutilenayang menghasilkanisooktana.
Siklus sulfur-iodinmerupakan sederet proses termokimia yang digunakan untuk mendapatkanhidrogen. Ia terdiri dari tiga reaksi kimia yang keseluruhan reaktannya adalah air dan keseluruhan produknya adalah hidrogen danoksigen.
Senyawa sulfur daniodindidaur dan digunakan ulang. Proses ini bersifatendotermikdan haruslah terjadi pada suhu yang tinggi.
Siklus sulfur iodin sekarang ini sedang diteliti sebagai metode yang praktis untuk mendapatkan hidrogen. Namun karena penggunaan asam korosif yang pekat pada suhu yang tinggi, ia dapat menimbulkan risiko bahaya keselamatan yang besar apabila proses ini dibangun dalam skala besar.
Alkimiawan abad ke-8Abu Musa Jabir bin Hayyan(Geber) dipercayai sebagai penemu asam sulfat. Asam ini kemudian dikaji oleh alkimiawan dan dokter Persia abad ke-9Ar-Razi(Rhazes), yang mendapatkan zat ini daridistilasi keringmineral yang mengandungbesi(II) sulfatheptahidrat, FeSO4• 7H2O, dantembaga(II) sulfatpentahidrat, CuSO4• 5H2O. Ketika dipanaskan, senyawa-senyawa ini akan terurai menjadibesi(II) oksidadantembaga(II) oksida, melepaskanairbesertasulfur trioksidayang akan bergabung menjadi larutan asam sulfat. Metode ini dipopulerkan di Eropa melalui terjemahan-terjamahan buku-buku Arab dan Persia.
Asam sulfat dikenal oleh alkimiawan Eropa abad pertengahan sebagaiminyak vitriol. Kata vitriol berasal dari bahasa Latinvitreusyang berarti 'gelas', merujuk pada penampilan garam sulfat yang seperti gelas, disebut sebagai garam vitriol. Garam-garam ini meliputitembaga(II) sulfat(vitriol biru),seng sulfat(vitriol putih),besi(II) sulfat(vitriol hijau),besi(III) sulfat(vitriol Mars), dankobalt(II) sulfat(vitriol merah).
Garam-garam vitriol tersebut merupakan zat yang paling penting dalam alkimia, yang digunakan untuk menemukanbatu filsuf. Vitriol yang sangat murni digunakan sebagai media reaksi zat-zat lainnya. Hal ini dikarenakan asam vitriol tidak bereaksi denganemas. Pentingnya vitriol dalam alkimia terlihat pada moto alkimiaVisitaInterioraTerraeRectificandoInveniesOccultumLapidem('Kunjungi bagian dalam bumi dan murnikanlah, anda akan menemukan batu rahasia') yang ditemukan dalamL'Azoth des Philosopheskarya alkimiawan abad ke-15Basilius Valentinus, .
Pada abad ke-17, kimiawan Jerman BelandaJohann Glaubermembuat asam sulfat dengan membakarsulfurbersamaan dengankalium nitrat, KNO3, dengan keberadaan uap. Kalium nitrat tersebut terurai dan mengoksidasi sulfur menjadi SO3, yang akan bergabung dengan air membentuk asam sulfat. Pada tahun 1736, Joshua Ward, ahli farmasi London, menggunakan metode ini untuk memulai produksi asam sulfat berskala besar.
Pada tahun 1746 diBirmingham,John Roebuckmengadaptasikan metode ini ke dalam suatu bilik, yang dapat menghasilkan asam sulfat lebih banyak. Proses ini disebut sebagaiproses bilik, yang mengijinkan produksi asam sulfat secara efektif. Setelah berbagai perbaikan, metode ini menjadi proses standar produksi asam sulfat selama hampir dua abad.
Pada tahun 1831, saudagarasam cukaBritania Peregrine Phillips mematenkanproses kontak, yang lebih ekonomis dalam memproduksi sulfur trioksida dan asam sulfat. Sekarang, hampir semua produksi asam sulfat dunia menggunakan proses ini.
Sifat-sifat asam sulfat yang korosif diperburuk olehreaksi eksotermiknyadenganair. Luka bakar akibat asam sulfat berpotensi lebih buruk daripada luka bakar akibat asam kuat lainnya. Hal ini dikarenakan adanya tambahan kerusakan jaringan karena dehidrasi dan kerusakan termal sekunder akibat pelepasan panas oleh reaksi asam sulfat dengan air.
Bahaya akan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi asam sulfat. Bahkan, asam sulfat encer (sekitar 1 M, 10%) dapat mendehidrasi kertas apabila tetesan asam sulfat tersebut dibiarkan dalam waktu yang lama. Oleh karena itu, larutan asam sulfat yang sama atau lebih dari 1,5 M diberi label "CORROSIVE" (korosif), manakala larutan lebih besar dari 0,5 M dan lebih kecil dari 1,5 M diberi label "IRRITANT" (iritan). Asam sulfat berasap (oleum) tidak dianjurkan untuk digunakan dalam sekolah karena bahaya keselamatannya yang sangat tinggi.
Perawatan pertama yang standar dalam menangani tumpahnya asam sulfat ke kulit adalah dengan membilas kulit tersebut dengan air sebanyak-banyaknya. Pembilasan dilanjutkan selama 10 sampai 15 menit untuk mendinginkan jaringan di sekitar luka bakar asam dan untuk menghindari kerusakan sekunder. Pakaian yang terkontaminasi oleh asam sulfat haruslah dilepaskan dengan segera dan segera bilas kulit yang berkontak dengan pakaian tersebut.
Pembuatan asam sulfat encer juga berbahaya karena pelepasan panas selama proses pengenceran. Asam sulfat pekat haruslah selalu ditambahkan ke air, bukan sebaliknya. Penambahan air ke asam sulfat pekat dapat menyebabkan tersebarnyaaerosolasam sulfat, bahkan dapat menyebabkan ledakan. Pembuatan larutan lebih dari 6 M (35%) adalah yang paling berbahaya karena panas yang dihasilkan cukup panas untuk mendidihkan asam encer tersebut.
Walaupun asam sulfat tidak mudah terbakar, kontak dengan logam dalam kasus tumpahan asam dapat menyebabkan pelepasan gashidrogen. Penyebaran aerosol asam dan gassulfur dioksidamenambah bahaya kebakaran yang melibatkan asam sulfat.
Asam sulfat dianggap tidak beracun selain bahaya korosifnya. Risiko utama asam sulfat adalah kontak dengan kulit yang menyebabkan luka bakar dan penghirupan aerosol asap. Paparan dengan aerosol asam pada konsentrasi tinggi akan menyebabkan iritasi mata, saluran pernapasan, dan membran mukosa yang parah. Iritasi akan mereda dengan cepat setelah paparan, walaupun terdapat risikoedema paruapabila kerusakan jaringan lebih parah. Pada konsentrasi rendah, simtom-simtom akibat paparan kronis aerosol asam sulfat yang paling umumnya dilaporkan adalah pengikisan gigi. Indikasi kerusakan kronissaluran pernapasanmasih belum jelas. DiAmerika Serikat, batasan paparan yang diperbolehkan ditetapkan sebagai 1 mg/m³. Terdapat pula laporan bahwa penelanan asam sulfat menyebabkandefisiensivitamin B12dengan degenarasi gabungan subakut.
Perdagangan internasional asam sulfat dikontrol olehKonvensi Perserikatan Bangsa-Bangsa Tentang Pemberantasan Peredaran Gelap Narkotika dan Psikotropikatahun 1988, yang meletakkan asam sulfat di Tabel II konvensi tersebut sebagai bahan kimia yang sering digunakan dalam produksi gelap narkotika ataupun psikotropika.Di Indonesia, konvensi ini disahkan oleh Undang-Undang Dasar Nomor 7 Tahun 1997.