Setelah banyak ilmu tentang teknologi kimia dipindahkan ke Eropah pada sekitar abad keempat-belas, lahirlah golongan ahli al-kimiya Eropah yang turut memberi sumbangan kepada bidang teknologi kimia. Karya Jabir (Geber) dan al-Razi (Rhazes) diterjemahkan ke dalam bahasa Latin dan ajaran mereka disebar ke seluruh Eropah zaman Renaissance ini.
Tiga abad kemudian, ahli kimia seperti Robert Boyle, yang terpengaruh dengan revolusi sains yang mencanangkan slogan kaedah empirik dan rasiona, telah mengorak langkah meninggalkan warisan Jabir dengan menerbitkan bukunya yang berjudul Sceptical Chymist pada tahun 1661 Masehi yang dengan secara jelas menakrif unsur kimia sebagai bentuk jirim yang paling mudah, dan lantaran itu menyimpang daripada paradigma Jabir (Derry dan Williams 1960).
Takrif unsur kimia Boyle, penemuan Lavoisier tentang keabadian jirim dan Teori Atom Dalton seterusnya telah membina suatu paradigma kimia moden baru yang memisahnya dari warisan kimia Cina-Helenistik-Islam.
Pembuatan Alkali atau Soda
Babak seterusnya dalam sejarah teknologi kimia ialah Revolusi Industri yang berlaku dengan pesatnya pada lewat abad kelapan-belas dan abad kesembilan-belas Masehi di Eropah. Industri tekstil, kaca dan sabun di sana berkembang dengan pesatnya dan bahan yang paling dikehendaki oleh industri-industri ini ialah al-qali atau alkali dalam bentuk soda.
Sebelum ini, alkali dihasilkan melalui pembakaran rumpai laut atau bahan tumbuh-tumbuhan seperti kayu. Keadaan negara Perancis yang huru-hara oleh sebab berlakunya revolusi, telah menyebabkan impot soda menurun dengan mendadak. Pengusaha tempatan terpaksa mendapatkan sumber dalam negeri.
Nicolas Leblanc seorang ahli teknologi kimia Peranchis, telah berjaya mencipta proses membuat soda secara besar-besaran pada tahun 1789. Proses ini dipatenkan oleh penciptanya pada tahun 1791 dan lantaran itu proses ini dikenali dengan nama
Proses Leblanc (Derry dan Williams, 1960 dan Furter, 1980). Garam lazim dicampur dengan asid sulfurik untuk menghasilkan gas hidroklorida dan garam natrium sulfat, dan garam ini dicampur pula dengan arang batu dan batu kapur yang kemudiannya dibakar di dalam relau berputar untuk menghasilkan abu hitam. Soda diekstrak daripada abu hitam ini dengan air dan dikeringkan atau dihablurkan.
Loji pertama yang menggunakan proses Leblanc didirikan di Franciade, di tebing sungai Seine pada tahun 1791. Di England, proses ini tidak digunakan sehinggalah pada tahun 1823 apabila cukai terhadap garam dibatalkan. William Muspratt merupakan orang yang pertama membina loji Leblanc di Liverpool pada tahun itu. Charles Tennant pula telah membina loji soda Leblanc terbesar di St. Rollox pada tahun 1825 (Derry dan Williams, 1960 dan Furter, 1980).
Proses Leblanc telah menyebabkan masalah pencemaran kimia terawal. Abu kalsium sulfida merupakan bahan buangan yang mencemar alam. Gas hidroklorida yang diluahkan ke atmosfera menyebabkan kesan hujan asid yang terawal terhadap penduduk di sekitar loji Leblanc.
Di Perancis, gas hidroklorida yang dihasilkan oleh loji kecil-kecilannya ditindakbalaskan dengan ammonia untuk membentuk ammonium klorida. Di Britain, kadar luahan gas ini yang amat besar tidak membolehkan penggunaan cara yang sama.
Pada tahun 1883, William Gossage telah mempatenkan alat penyerap gas pertama yang berupaya menyerap gas hidroklorida ke dalam air (Derry dan Williams, 1960 dan Furter, 1980).
Alat ini berupa sebuah menara yang dipadatkan dengan dahan-dahan kecil atau pecahan batu bata. Gas klorida dialirkan ke dalam menara ini searus dengan air. Padatan ini meluaskan permukaan sentuhan di antara gas dan air untuk pemindahan hidroklorida. Penyerapan gas ini telah menjadi kendalian unit yang piawai dalam teknologi kimia moden.
Masalah pencemaran yang dihadapi oleh proses Leblanc menyebabkan para ahli teknologi kimia bergiat untuk mencipta proses pilihan untuk menghasilkan soda. J. Fresnel pada tahun 1811 telah mendapati bahawa natrium bikarbonat termendak setelah larutan natrium klorida yang ditepukan dengan ammonia, bertindakbalas dengan ammonium bikarbonat, yang dihasilkan daripada tindakbalas antara karbon dioksida yang disalurkan melalui larutan ini, dan ammonia (Derry dan Williams 1960).
Sekiranya natrium bikarbonat ini dipanaskan, soda dibentuk dan karbon dioksida dibebaskan. Karbon dioksida yang juga boleh dihasilkan dengan memanaskan batu kapur terutama pada peringkat permulaan proses ini, digunakan semula untuk memendakkan natrium bikarbonat. Ammonia boleh dipisahkan daripada larutan dan diguna semula.
Proses ammonia-soda ini tidak dapat diperdagangkan oleh kerana masalah pembesaran. Ernest dan Alfred Solvay pada tahun 1861 telah dapat menyelesaikan masalah ini melalui kepakaran kejuruteraan mereka. Mereka telah mencipta menara pengkarbonatan selanjar yang cekap, dengan mengalirkan air garam yang tepu dengan ammonia turun suatu menara yang mengandungi plat tertebuk dan tukup gelembung, dan menyalurkan gas karbon dioksida naik melalui menara ini.
Soda dipisahkan daripada buburan soda dan air garam tertepu ammonia melalui proses penurasan mudah, ammonia dibebaskan daripada ammonium klorida dengan tindakbalas dengan kapur yang merupakan hasil sampingan pemanasan batu kapur, dan diedar semula ke unit penepu air garam (Derry dan Williams 1960 dan Furter 1980).
Proses Solvay ini merupakan proses kimia selanjar besar-besaran yang pertama, dan proses ini telah menyebabkan penghapusan proses Leblanc dan permulaan industri kimia tak organik berat. Harga soda turun daripada 40 pounds seton pada tahun 1870 kepada 12 pounds seton pada tahun 1900 yang disebabkan oleh penggunaan proses Solvay.
Proses elektrolisis juga dikembangkan pada abad ini. Castner, seorang ahli kimia Amerika pada mulanya menghasilkan natrium dengan cara yang lazim untuk membuat aluminium, akan tetapi beliau gagal kerana suatu proses pembuatan aluminium secara elektrolisis yang jauh lebih murah telah digunakan.
Castner kemudiannya mencipta proses untuk menghasilkan natrium peroksida, suatu agen pemutih,dengan membakar natrium dalam aliran udara. Beliau juga membuat natrium sianida untuk industri perlombongan emas. Kedua-dua bahan ini menjadi sangat laris sehingga Castner terpaksa mencipta proses baru yang lebih tinggi pengeluarannya.
Beliau cuba menggunakan proses elektrolisis soda kaustik cair akan tetapi soda kaustik yang diperolehi tidak berapa tulen. Oleh yang demikian, beliau cuba pula menghasilkan soda kaustik tulen melalui proses elektrolisis air garam. Natrium yang terhasil di katod dilarutkan dalam raksa sebagai suatu amalgam dan bertindak balas dengan air untuk menghasilkan soda kaustik dalam sebuah kebuk yang lain.
Klorin yang terhasil di anod juga boleh digunakan untuk menghasilkan serbuk pemutih (Derry dan Williams 1960). Asid SulfurikPermintaan tinggi asid sulfurik untuk proses Leblanc, industri tekstil dan baja, telah menyebabkan perkembangan pesat proses pembuatan asid ini.
Pada awal kurun ketujuh-belas, asid sulfurik dihasilkan di Nordhausen melalui penyulingan vitriol hijau (ferus sulfat) iaitu proses tradisi seperti yang diperihalkan oleh al-Razi. Joshua Ward pada tahun 1737 telah mula menghasilkan asid sulfurik dengan membakar campuran belerang (sulfur) dan nitre (saltpetre) di leher bekas kaca besar yang mengandungi lapisan cetek air di dalamnya (Derry dan Williams 1960 dan Furter 1980).
Selepas beberapa kali pembakaran, air ini akan bertukar menjadi asid sulfurik lemah. Roebuck pada tahun 1776 telah memajukan lagi proses ini dengan menggantikan bekas kaca yang terhad saiznya dengan bekas yang diperbuat daripada plumbum berbingkai kayu yang boleh dibuat sebesar mungkin. Lapisan air cetek kemudiannya digantikan dengan semburan gas dan stim yang menghasilkan proses yang selanjar.
Tennant pada tahun 1803 telah membakar sulfur dan nitre dalam pembakar yang berasingan dan menyembur gas yang terhasil ke dalam bekas plumbum bersama-sama semburan stim. Nitrogen daripada nitre menghasilkan oksida-oksida nitrogen yang sebenarnya menjadi mangkin kepada penghasilan sulfur trioksida. Setelah asid sulfurik asid dibentuk, oksida-oksida nitrogen perlu diasingkan.
Pada tahun 1830, Gay-Lussac telah membina menaranya untuk menyerap oksida-oksida nitrogen ini. Asid sulfurik pekat diperlukan dalam banyak industri dan lantaran itu proses pemekatan juga amat penting. Pada tahun 1895, Glover mencipta menara untuk memekatkan asid sulfurik. Pengembangan terakhir proses asid sulfurik dibuat oleh Phillips pada tahun 1931, dengan menindakbalaskan sulfur dioksida yang dihasilkan daripada pembakaran sulfur, dan oksigen daripada udara dengan kehadiran platinum halus sebagai mangkin untuk menghasilkan sulfur trioksida.
Kesukaran teknik yang dihadapi pada peringkat awal ialah keracunan mangkin yang mahal ini. Walau bagaimana pun bahan seperti ferus oksida yang murah boleh juga digunakan sebagai mangkin untuk tindak balas ini. Penyerapan sulfur trioksida dalam menara penyerapan asid sulfurik dan pemekatan seterusnya menghasilkan asid sulfurik asid yang lebih pekat (dikenali sebagai oleum).
Proses pembuatan asid ini kini masih secara umumnya mengikut jalan proses yang dikembang pada akhir abad kesembilan-belas, walaupun terdapat beberapa pembaharuan di segi pembakar sulfur, penukar sulfur trioksida serta mangkinnya, menara-menara penyerap dan pemekat asid. Asid sulfurik sejak 1841 telah digunakan oleh Lawes dalam industri pembuatan baja bagimelarutkan tulang untuk membentuk superfosfat.
Setelah bekalan tulang tidak cukup untuk memenuhi permintaan baja, Lawes mengguna fosfat galian yang diimpot. Sebelum itu, pada tahun 1815, baja bernitrogen, ammonium sulfat diperbuat daripada asid sulfurik dan ammonia yang dihasilkan daripada penggasan arang batu (Derry dan Williams 1960).
Tiga abad kemudian, ahli kimia seperti Robert Boyle, yang terpengaruh dengan revolusi sains yang mencanangkan slogan kaedah empirik dan rasiona, telah mengorak langkah meninggalkan warisan Jabir dengan menerbitkan bukunya yang berjudul Sceptical Chymist pada tahun 1661 Masehi yang dengan secara jelas menakrif unsur kimia sebagai bentuk jirim yang paling mudah, dan lantaran itu menyimpang daripada paradigma Jabir (Derry dan Williams 1960).
Takrif unsur kimia Boyle, penemuan Lavoisier tentang keabadian jirim dan Teori Atom Dalton seterusnya telah membina suatu paradigma kimia moden baru yang memisahnya dari warisan kimia Cina-Helenistik-Islam.
Pembuatan Alkali atau Soda
Babak seterusnya dalam sejarah teknologi kimia ialah Revolusi Industri yang berlaku dengan pesatnya pada lewat abad kelapan-belas dan abad kesembilan-belas Masehi di Eropah. Industri tekstil, kaca dan sabun di sana berkembang dengan pesatnya dan bahan yang paling dikehendaki oleh industri-industri ini ialah al-qali atau alkali dalam bentuk soda.
Sebelum ini, alkali dihasilkan melalui pembakaran rumpai laut atau bahan tumbuh-tumbuhan seperti kayu. Keadaan negara Perancis yang huru-hara oleh sebab berlakunya revolusi, telah menyebabkan impot soda menurun dengan mendadak. Pengusaha tempatan terpaksa mendapatkan sumber dalam negeri.
Nicolas Leblanc seorang ahli teknologi kimia Peranchis, telah berjaya mencipta proses membuat soda secara besar-besaran pada tahun 1789. Proses ini dipatenkan oleh penciptanya pada tahun 1791 dan lantaran itu proses ini dikenali dengan nama
Proses Leblanc (Derry dan Williams, 1960 dan Furter, 1980). Garam lazim dicampur dengan asid sulfurik untuk menghasilkan gas hidroklorida dan garam natrium sulfat, dan garam ini dicampur pula dengan arang batu dan batu kapur yang kemudiannya dibakar di dalam relau berputar untuk menghasilkan abu hitam. Soda diekstrak daripada abu hitam ini dengan air dan dikeringkan atau dihablurkan.
Loji pertama yang menggunakan proses Leblanc didirikan di Franciade, di tebing sungai Seine pada tahun 1791. Di England, proses ini tidak digunakan sehinggalah pada tahun 1823 apabila cukai terhadap garam dibatalkan. William Muspratt merupakan orang yang pertama membina loji Leblanc di Liverpool pada tahun itu. Charles Tennant pula telah membina loji soda Leblanc terbesar di St. Rollox pada tahun 1825 (Derry dan Williams, 1960 dan Furter, 1980).
Proses Leblanc telah menyebabkan masalah pencemaran kimia terawal. Abu kalsium sulfida merupakan bahan buangan yang mencemar alam. Gas hidroklorida yang diluahkan ke atmosfera menyebabkan kesan hujan asid yang terawal terhadap penduduk di sekitar loji Leblanc.
Di Perancis, gas hidroklorida yang dihasilkan oleh loji kecil-kecilannya ditindakbalaskan dengan ammonia untuk membentuk ammonium klorida. Di Britain, kadar luahan gas ini yang amat besar tidak membolehkan penggunaan cara yang sama.
Pada tahun 1883, William Gossage telah mempatenkan alat penyerap gas pertama yang berupaya menyerap gas hidroklorida ke dalam air (Derry dan Williams, 1960 dan Furter, 1980).
Alat ini berupa sebuah menara yang dipadatkan dengan dahan-dahan kecil atau pecahan batu bata. Gas klorida dialirkan ke dalam menara ini searus dengan air. Padatan ini meluaskan permukaan sentuhan di antara gas dan air untuk pemindahan hidroklorida. Penyerapan gas ini telah menjadi kendalian unit yang piawai dalam teknologi kimia moden.
Masalah pencemaran yang dihadapi oleh proses Leblanc menyebabkan para ahli teknologi kimia bergiat untuk mencipta proses pilihan untuk menghasilkan soda. J. Fresnel pada tahun 1811 telah mendapati bahawa natrium bikarbonat termendak setelah larutan natrium klorida yang ditepukan dengan ammonia, bertindakbalas dengan ammonium bikarbonat, yang dihasilkan daripada tindakbalas antara karbon dioksida yang disalurkan melalui larutan ini, dan ammonia (Derry dan Williams 1960).
Sekiranya natrium bikarbonat ini dipanaskan, soda dibentuk dan karbon dioksida dibebaskan. Karbon dioksida yang juga boleh dihasilkan dengan memanaskan batu kapur terutama pada peringkat permulaan proses ini, digunakan semula untuk memendakkan natrium bikarbonat. Ammonia boleh dipisahkan daripada larutan dan diguna semula.
Proses ammonia-soda ini tidak dapat diperdagangkan oleh kerana masalah pembesaran. Ernest dan Alfred Solvay pada tahun 1861 telah dapat menyelesaikan masalah ini melalui kepakaran kejuruteraan mereka. Mereka telah mencipta menara pengkarbonatan selanjar yang cekap, dengan mengalirkan air garam yang tepu dengan ammonia turun suatu menara yang mengandungi plat tertebuk dan tukup gelembung, dan menyalurkan gas karbon dioksida naik melalui menara ini.
Soda dipisahkan daripada buburan soda dan air garam tertepu ammonia melalui proses penurasan mudah, ammonia dibebaskan daripada ammonium klorida dengan tindakbalas dengan kapur yang merupakan hasil sampingan pemanasan batu kapur, dan diedar semula ke unit penepu air garam (Derry dan Williams 1960 dan Furter 1980).
Proses Solvay ini merupakan proses kimia selanjar besar-besaran yang pertama, dan proses ini telah menyebabkan penghapusan proses Leblanc dan permulaan industri kimia tak organik berat. Harga soda turun daripada 40 pounds seton pada tahun 1870 kepada 12 pounds seton pada tahun 1900 yang disebabkan oleh penggunaan proses Solvay.
Proses elektrolisis juga dikembangkan pada abad ini. Castner, seorang ahli kimia Amerika pada mulanya menghasilkan natrium dengan cara yang lazim untuk membuat aluminium, akan tetapi beliau gagal kerana suatu proses pembuatan aluminium secara elektrolisis yang jauh lebih murah telah digunakan.
Castner kemudiannya mencipta proses untuk menghasilkan natrium peroksida, suatu agen pemutih,dengan membakar natrium dalam aliran udara. Beliau juga membuat natrium sianida untuk industri perlombongan emas. Kedua-dua bahan ini menjadi sangat laris sehingga Castner terpaksa mencipta proses baru yang lebih tinggi pengeluarannya.
Beliau cuba menggunakan proses elektrolisis soda kaustik cair akan tetapi soda kaustik yang diperolehi tidak berapa tulen. Oleh yang demikian, beliau cuba pula menghasilkan soda kaustik tulen melalui proses elektrolisis air garam. Natrium yang terhasil di katod dilarutkan dalam raksa sebagai suatu amalgam dan bertindak balas dengan air untuk menghasilkan soda kaustik dalam sebuah kebuk yang lain.
Klorin yang terhasil di anod juga boleh digunakan untuk menghasilkan serbuk pemutih (Derry dan Williams 1960). Asid SulfurikPermintaan tinggi asid sulfurik untuk proses Leblanc, industri tekstil dan baja, telah menyebabkan perkembangan pesat proses pembuatan asid ini.
Pada awal kurun ketujuh-belas, asid sulfurik dihasilkan di Nordhausen melalui penyulingan vitriol hijau (ferus sulfat) iaitu proses tradisi seperti yang diperihalkan oleh al-Razi. Joshua Ward pada tahun 1737 telah mula menghasilkan asid sulfurik dengan membakar campuran belerang (sulfur) dan nitre (saltpetre) di leher bekas kaca besar yang mengandungi lapisan cetek air di dalamnya (Derry dan Williams 1960 dan Furter 1980).
Selepas beberapa kali pembakaran, air ini akan bertukar menjadi asid sulfurik lemah. Roebuck pada tahun 1776 telah memajukan lagi proses ini dengan menggantikan bekas kaca yang terhad saiznya dengan bekas yang diperbuat daripada plumbum berbingkai kayu yang boleh dibuat sebesar mungkin. Lapisan air cetek kemudiannya digantikan dengan semburan gas dan stim yang menghasilkan proses yang selanjar.
Tennant pada tahun 1803 telah membakar sulfur dan nitre dalam pembakar yang berasingan dan menyembur gas yang terhasil ke dalam bekas plumbum bersama-sama semburan stim. Nitrogen daripada nitre menghasilkan oksida-oksida nitrogen yang sebenarnya menjadi mangkin kepada penghasilan sulfur trioksida. Setelah asid sulfurik asid dibentuk, oksida-oksida nitrogen perlu diasingkan.
Pada tahun 1830, Gay-Lussac telah membina menaranya untuk menyerap oksida-oksida nitrogen ini. Asid sulfurik pekat diperlukan dalam banyak industri dan lantaran itu proses pemekatan juga amat penting. Pada tahun 1895, Glover mencipta menara untuk memekatkan asid sulfurik. Pengembangan terakhir proses asid sulfurik dibuat oleh Phillips pada tahun 1931, dengan menindakbalaskan sulfur dioksida yang dihasilkan daripada pembakaran sulfur, dan oksigen daripada udara dengan kehadiran platinum halus sebagai mangkin untuk menghasilkan sulfur trioksida.
Kesukaran teknik yang dihadapi pada peringkat awal ialah keracunan mangkin yang mahal ini. Walau bagaimana pun bahan seperti ferus oksida yang murah boleh juga digunakan sebagai mangkin untuk tindak balas ini. Penyerapan sulfur trioksida dalam menara penyerapan asid sulfurik dan pemekatan seterusnya menghasilkan asid sulfurik asid yang lebih pekat (dikenali sebagai oleum).
Proses pembuatan asid ini kini masih secara umumnya mengikut jalan proses yang dikembang pada akhir abad kesembilan-belas, walaupun terdapat beberapa pembaharuan di segi pembakar sulfur, penukar sulfur trioksida serta mangkinnya, menara-menara penyerap dan pemekat asid. Asid sulfurik sejak 1841 telah digunakan oleh Lawes dalam industri pembuatan baja bagimelarutkan tulang untuk membentuk superfosfat.
Setelah bekalan tulang tidak cukup untuk memenuhi permintaan baja, Lawes mengguna fosfat galian yang diimpot. Sebelum itu, pada tahun 1815, baja bernitrogen, ammonium sulfat diperbuat daripada asid sulfurik dan ammonia yang dihasilkan daripada penggasan arang batu (Derry dan Williams 1960).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar