NITROGEN OKSIDA SEBAGAI “ZAT-ANTARA” DALAM APLIKASI INDUSTRI & “RADIKAL BEBAS”

Oksida nitrat, atau nitrogen oksida, juga dikenal sebagai nitrogen monoksida, ialah suatu molekul dengan rumus kimia NO. Ini adalah suatu radikal bebas dan suatu “zat-antara” penting dalam industri kimia. Nitrogen oksida merupakan hasil-samping pembakaran zat di udara, seperti dalam mesin mobil, kilang pembangkit bahan bakar fosil, dan dihasilkan secara alami selama pelepasan listrik dari petir dalam badai.

Pada mamalia termasuk manusia, NO adalah molekul sinyal selular penting yang terlibatn dalam berbagai proses fisiologis dan patologis. NO merupakan vasodilator yang dahsyat dengan waktu-paruh beberapa detik saja di dalam darah. Zat farmasi yang telah lama diketahui seperti nitrogliserin dan amil nitrat ditemukan, lebih dari seabad setelah penggunaan pertama mereka sebagai obat, aktif melalui mekanisme prekursor untuk nitrogen oksida.

Produksi nitrogen oksida dalam tingkat rendah penting dalam melindungi organ-organ tubuh seperti hati dari bahaya iskemik.

Nitrogen oksida jangan dibingungkan dengan oksida nitrit (N2O), suatu anestesia (zat pembius) dan gas rumah kaca, atau dengan nitrogen dioksida (NO2), suatu gas racun berwarna coklat dan merupakan polutan udara utama. Namun, nitrogen oksida dengan cepat teroksidasi di udara menjadi nitrogen dioksida. Humphry Davy menemukan ini atas ketidaknyamanannya, ketika ia menghirup gas di awal karirnya.

Meskipun menjadi molekul sederhana, NO merupakan regulator biologis yang penting dan merupakan komponen fundamental dalam bidang ilmu saraf, fisiologi, dan imunologi, dengan penemuan peran kunci yang mengarah ke penelitian pemenang Hadiah Nobel di bidang ini. Ini memroklamasikan “Molekul of the Year” pada tahun 1992.

Nama IUPAC-nya Nitrogen oksida. Nama sistematikanya adalah Oksidonitrogen (aditif); nama lainnya Nitrogen monoksida atau Nitrogen(II) oksida. Adapun sifat-sifatnya adalah:

  • Rumus molekul: NO
  • Berat molekul: 30,01 gr/mol
  • Penampilan: Gas tak berwarna
  • Densitas: 1,3402 g dm−3
  • Titik lebur: −164 °C, 109 K, −263 °F
  • Titik didih: −152 °C, 121 K, −242 °F
  • Kelarutan dalam air: 74 cm3 dm−3
  • Indeks refraksi (nD): 1,0002697
  • Bentuk molekul: Linier
  • Entalpi pembentukan standar ΔfHo298: 90,29 kJ mol−1
  • Entropi molar standar So298: 210,76 J K−1 mol−1
  • Bioavailabilitas: Baik
  • Rute pemberikan: Inhalasi
  • Waktu-paruh eliminasi: 2 – 6 detik
  • Klasifikasi Uni Eropa: Oksidator (O); Toksik (T)

 Reaksi Kimia

Bila dipajankan pada oksigen, NO diubah menjadi nitrogen dioksida (NO2).

2 NO + O2 → 2 NO2

Pengubahan ini telah berspekulasi karena terjadi melalui “zat-antara” ONOONO. Dalam air, NO bereaksi dengan oksigen dan air membentuk HNO2 atau asam nitrit. Reaksi ini dianggap dihasilkan melalui stoikiometri berikut:

 4 NO + O2 + 2 H2O → 4 HNO2

NO akan bereaksi dengan fluor, klor, dan brom yang membentuk spesies XNO, dikenal sebagai nitrosil halida, seperti nitrosil klorida. Nitrosil iodida dapat membentuk spesies tetapi hidupnya sangat singkat dan cenderung membentuk kembali I2.

2        NO + Cl2 → 2 NOCl

Nitrosil (HNO) ialah bentuk oksida nitrat yang tereduksi.

Dimer nitrogen oksida N2O2 terbentuk saat nitrogen oksida didinginkan.

Nitrogen oksida bereaksi dengan aseton dan alkoksida menjadi diazeniumdiolat atau nitrosohidroksilamina dan metil asetat.

Reaksi ini sudah sangat tua (1898) tetapi menarik dewasa ini dalam riset produksi obat NO. Nitrogen oksida juga dapat bereaksi secara langsung dengan natrium metoksida, yang membentuk natrium format dan oksida nitrit.

Pembuatan NO

Dalam perdagangan, NO diproduksi melalui oksidasi amonia pada 750 °C sampai 900 °C (biasanya pada 850 °C) dengan platinum sebagai katalis:

 

4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O

Reaksi endotermis tidak dikatalisis dari O2 dan N2, yang dilakukan pada suhu tinggi (>2000 °C) melalui petir belum dikembangkan menjadi sebuah sintesis komersial praktis (lihat proses Birkeland-Eyde):

N2 + O2 → 2 NO

Di laboratorium, nitrogen oksida mudah dihasilkan melalui reduksi asam nitrat encer dengan tembaga:

8 HNO3 + 3 Cu → 3 Cu(NO3)2 + 4 H2O + 2 NO

Atau melalui reduksi asam nitrit dalam bentuk natrium nitrit atau kalium nitrit:

2 NaNO2 + 2 NaI + 2 H2SO4 → I2 + 4 NaHSO4 + 2 NO

2NaNO2 + 2FeSO4 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 2NaHSO4 + 2H2O + 2NO

3KNO2 (l) + KNO3 (l) + Cr2O3(s) → 2 K2CrO4(s) + 4 NO (g)

Jalur besi(II) sulfat adalah sederhana dan telah digunakan dalam penelitian laboratorium sarjana. Disebut juga senyawa NONOat juga digunakan untuk produksi NO.

Kimia Koordinasi

NO bereaksi dengan semua logam transisi membentuk kompleks yang disebut metal nitrosyl. Model pengikatan NO yang paling umum ialah jenis linier terminal (M-NO). Sudut dari gugus M-N-O berbeda-beda dari 160° sampai 180° tetapi masih disebut “linear”. Dalam hal ini, gugus NO dianggap donor 3-elektron dengan metoda perhitungan elektron kovalen (netral), atau donor 2-elektron dengan metoda ionik.

Dalam hal konformasi pita M-N-O, gugus the NO dapat dianggap donor satu-elektron menggunakan perhitungan netral, atau donor 2-elektron menggunakan perhitungan ionik.

Satu dapat melihat kompleks tersebut seperti berasal dari NO+, yang isoelektronik dengan CO.

Nitrogen oksida dapat berfungsi sebagai pseudohalida satu-elektron. Pada kompleks tersebut, gugus M-N-O dicirikan oleh sebuah sudut antara 120° dan 140°.

Gugus NO dapat juga menjembatani antara pusat-pusat logam melalui atom nitrogen dalam berbagai geometri.

 Pengukuran Konsentrasi

Konsentrasi nitrogen oksida dapat ditentukan menggunakan reaksi kemiluminesen yang melibatkan ozon: Sebuah sampel yang mengandung nitrogen oksida dicampur dengan sejumlah besar ozon. Nitrogen oksida bereaksi dengan ozon membentuk oksigen dan nitrogen dioksida. Reaksi ini juga menghasilkan cahaya (kemiluminesen), yang dapat diukur dengan fotodetektor. Jumlah cahaya yang dihasilkan sebanding dengan jumlah nitrogen oksida dalam sampel tersebut.

NO + O3 → NO2 + O2 + cahaya

Cara pengujian lain termasuk elektroanalisis (pendekatan amperometrik), di mana NO bereaksi dengan elektroda untuk menginduksi arus atau muatan voltase. Deteksi radikal NO dalam jaringan biologis  terutama sulit karena masa hidupnya singkat dan konsentrasi radikal tersebut dalam jaringan. Salah satu dari beberapa metoda praktis ialah spin trapping dari nitrogen oksida dengan kompleks besi-ditiokarbamat dan deteksi selanjutnya kompleks mono-nitrosil-besi dengan electron paramagnetic resonance (EPR).

Satu golongan indikator warna fluoresen yang juga tersedia dalam bentuk terasetilasi untuk keberadaan pengukuran intraselular. Senyaw yang paling umum ini ialah 4,5-diaminofluoresen (DAF-2).

Produksi Nitrogen Oksida

Dari perspektif termodinamika, NO tidak stabil sehubungan dengan O2 dan N2, meskipun konversi ini sangat lambat pada suhu kamar dengan tidak adanya katalis. Karena panas pembentukan NO adalah endotermik, sintesis dari molekul nitrogen dan oksigen membutuhkan temperatur tinggi, yaitu di atas 1000 °C.

Sumber utama alami ialah petir. Penggunaan mesin pembakaran internal memiliki peningkatan secara dramatis adanya nitrogen oksida di lingkungan. Satu tujuan dari konverter katalitik di mobil ialah untuk meminimalkan emisi NO dengan pengembalian (reversi) menjadi O2 dan N2.

Efek Lingkungan

Nitrogen oksida di udara dapat berubah menjadi asam nitrat, yang telah berdampak sebagai hujan asam. Namun, ini merupakan sumber nutrisi penting bagi kehidupan tanaman dalam bentuk nitrat. Selain itu, baik NO maupun NO2 turut berpartisipasi dalam perusakan lapisan ozon. Nitrogen oksida adalah suatu gas yang sangat sedikit dapat berdifusi dan molekul bioaktif di mana-mana.

Aplikasi Teknis

Meskipun NO memiliki penggunaan langsung yang relatif sedikit, NO diproduksi pada skala masif sebagai “zat-antara” dalam proses Ostwald untuk sintesis asam nitrat dari ammonia. Pada 2005, Amerika Serikat sendiri memproduksi 6 juta metrik ton asam nitrat. NO menemui penggunaan dalam industri semikonduktor untuk berbagai proses. Dalam salah satu aplikasinya, NO digunakan seiring dengan oksida nitrit untuk membentuk gerbang oksinitrida dalam perangkat CMOS.

Dalam aplikasi lain, NO dapat digunakan untuk mendeteksi radikal permukaan pada polimer. Quenching radikal permukaan dengan hasil oksida nitrat dalam penggabungan nitrogen, yang dapat diukur dengan alat spektroskopi fotoelektron sinar-X.***

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s