Nitrogen

Nitrogen atau zat lemas adalah unsur kimia yang memiliki lambang N dan nomor atom 7. Biasanya ditemukan sebagai gas tanpa warna, tanpa bau, tanpa rasa dan merupakan gas diatomik bukan logam yang stabil, sangat sulit bereaksi dengan unsur atau senyawa lainnya. Dinamakan zat lemas karena zat ini bersifat malas, tidak aktif bereaksi dengan unsur lainnya.

Nitrogen mengisi 78,08 persen atmosfir Bumi dan terdapat dalam banyak jaringan hidup. Nitrogen ditemukan oleh Daniel Rutherford pada 1772, yang menyebutnya udara beracun atau udara tetap. Pengetahuan bahwa terdapat pecahan udara yang tidak membantu dalam pembakaran telah diketahui oleh ahli kimia sejak akhir abad ke-18 lagi. Nitrogen pada masa yang lebih kurang sama oleh Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish, dan Joseph Priestley, yang menyebutnya sebagai udara terbakar atau udara telah flogistat. Gas nitrogen adalah cukup lemas sehingga dinamakan oleh Antoine Lavoisier sebagai azote, daripada perkataan Yunani αζωτος yang bermaksud "tak bernyawa". Istilah tersebut telah menjadi nama kepada nitrogen dalam perkataan Perancis dan kemudiannya berkembang ke bahasa-bahasa lain.

Senyawa nitrogen diketahui sejak Zaman Pertengahan Eropa. Ahli alkimia mengetahui asam nitrat sebagai aqua fortis. Campuran asam hidroklorik dan asam nitrat dinamakan akua regia, yang diakui karena kemampuannya untuk melarutkan emas. Kegunaan senyawa nitrogen dalam bidang pertanian dan perusahaan pada awalnya ialah dalam bentuk kalium nitrat, terutama dalam penghasilan serbuk peledak (garam mesiu), dan kemudiannya, sebagai baja dan juga stok makanan ternak kimia.

Unsur ini ditemukan oleh Hannig Brand pada tahun 1669 di Hamburg, Jerman. Dia menemukan unsur ini dengan cara 'menyuling' air urin melalui proses penguapan dan setelah dia menguapkan 50 ember air urin, dia baru menemukan unsur yang dia inginkan. Namanya berasal dari bahasa Latin yaitu phosphoros yang berarti 'pembawa terang' karena keunikannya yaitu bercahaya dalam gelap (glow-in-the dark). dan kini hasil temuan itu telah sangat berkembang dan sangat berguna bagi umat manusia.

Pembentukan senyawa nitrogen sintetis pertama dilakukan oleh Priestley dan Cavendish yang melewatkan percikan bunga api listrik di dalam bejana berisi udara bebas dan akhirnya mendapatkan nitrat setelah sebelumnya melarutkan oksida yang terbentuk dalam reaksi dengan alkali. Penemuan ini cukup besar di masanya, mengingat kebutuhan senyawa nitrogen untuk pupuk yang besar namun sayangnya alam tidak cukup untuk memenuhinya. Karena itu, adanya senyawa nitrogen yang dapat dibuat di dalam laboratorium memberikan peluang baru.

Namun usaha dari proses ini tidak berjalan dengan mudah mengingat banyaknya kebutuhan energi yang besar dan efisiensinya yang terlalu rendah. Setelah ini banyak proses terus dikembangkan untuk perbaikan. Nitrogen pernah diikatkan dari udara sebagai kalsium sianida, namun tetap saja proses ini masih terlalu mahal. Proses-proses lain juga tidak terlalu berbeda, seperti pengolahan termal atas campuran oksida nitrogen (NOX), pembentukan sianida dari berbagai sumber nitrogen, pembentukan aluminium nitrida, dekomposisi amonia dan sebagainya. Semuanya tidak menunjukkan harapan untuk dapat dikomersialkan walaupun secara teknis semua proses ini terbukti dapat dilaksanakan.

Sampai akhirnya Haber dan Nernst melakukan penelitian yang menyeluruh tentang keseimbangan antara nitogen dan hidrogen di bawah tekanan sehingga membentuk amonia. Dari penelitian ini pula didapatkan beberapa katalis yang sesuai. Reaksi ini sebenarnya membutuhkan tekanan sistem yang tinggi, tetapi pada masa itu peralatan yang memadai belum ada dan mereka merancang peralatan baru untuk reaksi tekanan tinggi (salah satu sumbangan dari perkembangan industri baru ini).

Bukan peralatan tekanan tinggi saja yang akhirnya tercipta karena dipicu oleh tuntutan industri nitrogen ini. Haber dan Bosch, ilmuwan lain yang bekerjasama dengan Haber, juga mengembangkan proses yang lebih efisien dalam usahanya menghasilkan hidrogen dan nitrogen murni. Proses sebelumnya adalah dengan elektrolisis air untuk menghasilkan hidrogen murni, dan distilasi udara cair untuk mendapatkan nitrogen murni yang kedua usaha ini masih terlalu mahal untuk diaplikasikan dalam mengkomersialkan proses baru pembuatan amonia mereka. Maka mereka menciptakan proses lain yang lebih murah.

Usaha bersama mereka mencapai kesuksesan pada tahun 1913 ketika berhasil membentuk amonia pada tekanan tinggi. Proses baru ini masih memerlukan banyak energi namun pengembangan lebih lanjut terus dilakukan. Dengan cepat proses ini berkembang melebihi proses sintetis senyawa nitrogen lainnya, dan menjadi dominan sampai sekarang dengan perbaikan-perbaikan besar masih berlanjut.

Sifat-sifat

Nitrogen adalah zat non logam, dengan elektronegatifitas 3.0. Mempunyai 5 elektron di kulit terluarnya. Oleh karena itu trivalen dalam sebagian besar senyawa. Nitrogen mengembun pada suhu 77K (-196^oC) pada tekanan atmosfir dan membeku pada suhu 63K (-210^oC).

Sifat Fisik Nitrogen

1.      Massa atom                       = 14.0067(2)  g/mol

2.      Konfigurasi elektron         = 1s² 2s² 2p³

3.      Fasa                                   = gas

4.      Massa jenis                        = (0 °C; 101,325 kPa) 1.251 g/L

5.      Titik lebur                          = 63.15 K (-210.00 °C, -346.00 °F)

6.      Titik didih                         = 77.36 K (-195.79 °C, -320.42 °F)

7.      Titik kritis              = 126.21 K, 3.39 MPa

8.      Kalor peleburan                 = (N₂) 0.720 kJ/mol

9.      Kalor penguapan               = (N₂) 5.57 kJ/mol

10.  Kapasitas kalor                  = (25 °C) (N₂) 29.124 J/(mol·K)

11.  Struktur kristal                  = Hexagonal

12.  Bilangan oksidasi              = ± 3, 5, 4, 2 (strongly acidic oxide)

13.  Elektronegativitas             = 3.04 (skala Pauling)

14.  Jari-jari atom                     = 65 pm

15.  Jari-jari atom (terhitung)    = 56 pm

16.  Jari-jari kovalen                 = 75 pm

17.  Jari-jari Van der Waals       = 155 pm

18.  Tidak bersifat magnetik

19.  Konduktivitas termal        = (300 K) 25.83 mW/(m·K)

20.  Kecepatan suara                = (gas, 27 °C) 353 m/s

Sifat Kimia Nitrogen

Pada kondisi atau keadaan normal normal nitrogen tidak bereaksi dengan udara, air, asam dan basa.

Senyawa

Hidrida utama nitrogen ialah amonia (NH₃) walaupun hidrazina (N₂H₄) juga banyak ditemukan. Amonia bersifat basa dan terlarut sebagian dalam air membentuk ion ammonium (NH₄⁺). Amonia cair sebenarnya sedikit amfiprotik dan membentuk ion ammonium dan amida (NH₂^-) keduanya dikenal sebagai garam amida dan nitrida (N^3-), tetapi terurai dalam air.

Gugus bebas amonia dengan atom hidrogen tunggal atau ganda dinamakan amina. Rantai, cincin atau struktur hidrida nitrogen yang lebih besar juga diketahui tetapi tak stabil.

Peranan biologi

Nitrogen merupakan unsur kunci dalam asam amino dan asam nukleat, dan ini menjadikan nitrogen penting bagi semua kehidupan. Protein disusun dari asam-asam amino, sementara asam nukleat menjadi salah satu komponen pembentuk DNA dan RNA.  

Polong-polongan, seperti kedelai, mampu menangkap nitrogen secara langsung dari atmosfer karena bersimbiosis dengan bakteri bintil akar.

Isotop

Ada 2 isotop Nitrogen yang stabil yaitu: ¹⁴N dan ¹⁵N. Isotop yang paling banyak adalah ¹⁴N (99.634%), yang dihasilkan dalam bintang-bintang dan yang selebihnya adalah ¹⁵N. Di antara sepuluh isotop yang dihasilkan secara sintetik, ¹N mempunyai paruh waktu selama 9 menit dan yang selebihnya sama atau lebih kecil dari itu.

Nitrogen dalam perindustrian

Peranan nitrogen dalam perindustrian relatif besar dan industri yang menggunakan unsur dasar nitrogen sebagai bahan baku utamanya disebut pula sebagai industri nitrogen. Nitrogen yang berasal dari udara merupakan komponen utama dalam pembuatan pupuk dan telah banyak membantu intensifikasi produksi bahan makanan di seluruh dunia. Pengembangan proses fiksasi nitrogen telah berhasil memperjelas berbagai asas proses kimia dan proses tekanan tinggi serta telah menyumbang banyak perkembangan di bidang teknik kimia.

Sebelum adanya proses fiksasi (pengikatan) nitrogen secara sintetik, sumber utama nitogen untuk keperluan pertanian hanyalah bahan limbah dan kotoran hewan, hasil dekomposisi dari bahan-bahan tersebut serta amonium sulfat yang didapatkan dari hasil sampingan pembuatan kokas dari batubara. Bahan-bahan seperti ini tidak mudah ditangani belum lagi jumlahnya yang tidak mencukupi semua kebutuhan yang diperlukan.

Salpeter Chili, salpeter dari air kencing hewan dan manusia, dan amonia yang dikumpulkan dari pembuatan kokas menjadi penting belakangan ini tetapi akhirnya disisihkan lagi oleh amonia sintetik dan nitrat. Amonia merupakan bahan dasar bagi pembuatan hampir semua jenis produk yang memakai nitrogen.

Bahan baku

Bahan baku utama yang banyak digunakan dalam industri nitrogen adalah udara, air, hidrokarbon dan tenaga listrik. Batubara dapat menggantikan hidrokarbon namun membutuhkan penanganan yang lebih rumit, sehingga proses menjadi kompleks dan berakibat pada mahalnya biaya operasi.

Penggunaan

Nitrogen memiliki berbagai keperluan. Selain pembuatan ammonia, penggunaan terbesar, nitrogen digunakan dalam industri elektronik untuk flush udara dari tabung vakum sebelum tabung dimeteraikan. Bola lampu pijar yang memerah dengan gas nitrogen sebelum diisi dengan nitrogen argon gas campuran. Dalam operasi pengerjaan logam, nitrogen digunakan untuk mengontrol furnace atmospheres during annealing (heating and slowly cooling tungku atmosfer selama annealing (pemanasan dan pendinginan perlahan metal for strengthening). logam untuk memperkuat). Nitrogen digunakan untuk membuat berbagai bahan peledak termasuk ammonium nitrate, amonium nitrat, nitroglycerin, nitrogliserin, nitrocellulose, and nitroselulosa, dan trinitrotoluene (TNT). trinitrotoluene (TNT). Hal ini digunakan sebagai refrigeran baik untuk pembekuan perendaman produk makanan dan untuk transportasi makanan, dan dalam bentuk cair itu digunakan industri minyak untuk membangun tekanan dalam sumur untuk memaksa. minyak mentah ke permukaan.

Penggunaan gas amonia bermacam-macam ada yang langsung digunakan sebagai pupuk, pembuatan pulp untuk kertas, pembuatan garam nitrat dan asam nitrat, berbagai jenis bahan peledak, pembuatan senyawa nitro dan berbagai jenis refrigeran. Dari gas ini juga dapat dibuat urea, hidrazina dan hidroksilamina.

Gas amonia banyak juga yang langsung digunakan sebagai pupuk, namun jumlahnya masih terlalu kecil untuk menghasilkan jumlah panen yang maksimum. Maka dari itu diciptakan pupuk campuran, yaitu pupuk yang mengandung tiga unsur penting untuk tumbuhan (N + P₂O₅ + K₂O). Pemakaian yang intensif diharapkan akan menguntungkan semua pihak.

Nitrogen dapat mempercepat penyulingan minyak, N2 cair digunakan untuk mendinginkan hasil makanan dan ban yang memakai nitrogen punya banyak manfaat dibanding jika ban yang masih menggunakan angin biasa. Manfaat yang didapat jika ban memakai nitrogen diantaranya adalah :

1.  Pertama yang bisa dirasakan adalah bantingan suspensi mobil akan terasa lebih lembut dibandingkan jika ban masih menggunakan angin biasa. Hal ini karena gas nitrogen mampu menjaga elastisitas ban yang dipakai, sehingga kelenturan karet ban dapat terjaga.

2.  Nitrogen dapat menutup pori-pori karet ban dengan baik, sehingga tekanan ban dapat bertahan lebih lama, kurang lebih hingga 1 bulan lamanya, sangat berbeda dengan angin biasa yang umumnya setelah 4 atau 5 hari tekanannya akan berkurang. Selain itu nitrogen juga dapat memberi lapisan semacam oil, sehingga bagian dalam ban tidak cepat kering.

3.  Nitrogen tidak mudah memuai dan terpengaruh suhu panas, sehingga tekanan ban dengan nitrogen akan mampu stabil saat kondisi ban sudah terpengaruh suhu panas, entah itu saat mobil melaju pada kecepatan tinggi seperti saat melintasi jalan tol ataupun saat kondisi pemukaan jalan mulai panas. Sehingga dengan nitrogen resiko pecah ban akibat tekanan ban yang meningkat dapat dikurangi.

4.  Dalam keadaan darurat, seperti saat ban bocor, nitrogen tetap dapat dicampur dengan angin biasa. Namun sebaiknya, jika telah menemukan bengkel yang dapat mengisi ban dengan nitrogen, maka secepatnya tekanan ban dikuras dan kembali di isi dengan nitrogen.

Bahaya Nitrogen

Limbah baja nitrat merupakan penyebab utama pencemaran air sungai dan air bawah tanah. Senyawa yang mengandung siano (-CN) menghasilkan garam yang sangat beracun dan bisa membawa kematian pada hewan dan manusia.