Asam sulfat (H₂SO₄) adalah salah satu bahan kimia industri yang paling penting dan banyak digunakan di seluruh dunia. Sifatnya yang kuat, baik sebagai asam maupun agen pengoksidasi dan dehidrasi, menjadikannya tak tergantikan dalam berbagai proses manufaktur, mulai dari produksi pupuk, deterjen, hingga pengolahan logam dan baterai timbal-asam. Tingkat kepadatannya dapat bervariasi, namun asam sulfat pekat umumnya memiliki konsentrasi di atas 90%.
PERHATIAN PENTING: Pembuatan asam sulfat pekat adalah proses yang sangat berbahaya dan memerlukan pengetahuan kimia yang mendalam, peralatan khusus, serta langkah-langkah keamanan yang ketat. Artikel ini bertujuan untuk memberikan pemahaman konseptual mengenai prosesnya dan tidak boleh dianggap sebagai panduan praktis untuk dilakukan di rumah atau tanpa pengawasan profesional. Kesalahan dalam penanganan asam sulfat pekat dapat menyebabkan luka bakar parah, kerusakan permanen, atau bahkan kematian. Selalu utamakan keselamatan.
Proses pembuatan asam sulfat pekat secara industri umumnya melibatkan dua tahap utama: produksi sulfur dioksida (SO₂) dan konversi sulfur dioksida menjadi sulfur trioksida (SO₃), yang kemudian dilarutkan dalam air untuk membentuk asam sulfat. Pembuatan asam sulfat pekat seringkali melibatkan proses lanjutan untuk meningkatkan konsentrasi asam yang dihasilkan.
Sumber utama sulfur dioksida berasal dari pembakaran sulfur elemental dalam udara:
S(s) + O₂(g) → SO₂(g)
Atau, SO₂ juga dapat dihasilkan dari pemanggangan bijih sulfida, seperti pirit (FeS₂):
4FeS₂(s) + 11O₂(g) → 2Fe₂O₃(s) + 8SO₂(g)
Proses pembakaran ini dilakukan dalam tungku khusus pada suhu tinggi untuk memastikan reaksi berjalan efisien. Udara yang digunakan harus kering agar tidak mengganggu proses selanjutnya.
Tahap ini merupakan inti dari proses pembuatan asam sulfat, yang dikenal sebagai Proses Kontak (Contact Process). Sulfur dioksida kemudian dioksidasi lebih lanjut menjadi sulfur trioksida dengan bantuan katalis. Katalis yang paling umum digunakan adalah vanadium pentoksida (V₂O₅) yang didukung pada silika.
Reaksi ini bersifat eksotermik dan reversibel:
2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)
Kondisi operasi yang optimal untuk reaksi ini adalah suhu sekitar 400-450°C dan tekanan sedikit di atas atmosfer. Penggunaan katalis sangat krusial karena tanpa katalis, reaksi ini berjalan sangat lambat. Pemilihan suhu dan tekanan yang tepat penting untuk menyeimbangkan laju reaksi dan kesetimbangan.
Dalam pabrik modern, proses ini biasanya melibatkan beberapa tahap konversi (multiple converter beds) dengan pendinginan di antara setiap tahap untuk memaksimalkan konversi SO₂ menjadi SO₃. Gas SO₃ yang dihasilkan kemudian didinginkan.
Sulfur trioksida (SO₃) tidak dapat langsung dilarutkan dalam air karena reaksi tersebut sangat eksotermik dan menghasilkan kabut asam sulfat yang sulit dikendalikan. Sebaliknya, SO₃ diserap dalam asam sulfat pekat (biasanya 98%) untuk membentuk asam pirosulfat atau oleum (H₂S₂O₇):
SO₃(g) + H₂SO₄(l) → H₂S₂O₇(l)
Proses penyerapan ini dilakukan dalam menara absorpsi yang tinggi, di mana gas SO₃ dialirkan berlawanan arah dengan aliran asam sulfat pekat. Katalis atau media penyerap khusus dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi.
Oleum yang terbentuk kemudian diencerkan dengan menambahkan air secara hati-hati untuk menghasilkan asam sulfat dengan konsentrasi yang diinginkan, biasanya 98% atau lebih tinggi untuk asam sulfat pekat.
H₂S₂O₇(l) + H₂O(l) → 2H₂SO₄(l)
Proses pengenceran ini juga harus dilakukan dengan sangat hati-hati karena masih bersifat eksotermik, meskipun tidak sekeras penyerapan SO₃ langsung ke air. Air ditambahkan secara bertahap ke dalam oleum untuk mengontrol kenaikan suhu.
Meskipun Proses Kontak adalah metode dominan untuk produksi asam sulfat skala besar, ada metode lain yang mungkin digunakan untuk tujuan spesifik atau dalam skala yang lebih kecil, namun jarang menghasilkan asam sulfat dengan konsentrasi sangat pekat secara langsung dan efisien seperti Proses Kontak.
Metode ini lebih historis dan kompleks, melibatkan reaksi sulfur dioksida dengan asam nitrat dan air. Namun, metode ini menghasilkan oksida nitrogen sebagai produk samping yang perlu dikelola dan kurang efisien untuk produksi asam sulfat pekat.
Asam sulfat pekat adalah zat yang sangat korosif. Ia dapat menyebabkan luka bakar kimia yang parah pada kulit, mata, dan saluran pernapasan. Selain itu, sifat dehidrasinya yang kuat dapat menarik air dari materi organik, menyebabkan kerusakan jaringan yang serius. Asam sulfat pekat juga bereaksi hebat dengan air, menghasilkan panas yang signifikan. Oleh karena itu, selalu tambahkan asam ke air, bukan sebaliknya, jika pengenceran diperlukan, dan lakukan dengan sangat perlahan dan hati-hati di bawah ventilasi yang baik.
Memahami cara kerja produksi asam sulfat pekat memberikan apresiasi terhadap kompleksitas industri kimia modern dan pentingnya mematuhi protokol keselamatan yang ketat.