Teknologi kimia telah berkembang sejak manusia tahu membuat garam dari air laut beribu-ribu tahun yang lalu. Kertas ini menyorot sejarah perkembangan teknologi kimia, dari zaman pra-sejarah, tamadun Yunani-Helenistik, tamadun Cina, tamadun Islam, tamadun Eropah hinggalah ke zaman moden dan kontemporari. Sorotan ini juga menyentuh falsafah teknologi yang ditonjolkan oleh setiap tamadun.
Teknologi kimia moden besar-besaran bermula dengan pengembangan proses tanpa pengetahuan teori untuk menghasilkan bahan soda dan asid sulfurik yang amat diperlukan dengan banyaknya dalam revolusi industri pada abad kesembilan-belas. Pada penghujung abad kesembilan-belas ini, barulah teknologi kimia diformalkan sebagai suatu disiplin ilmu dengan tertubuhnya Jabatan Kejuruteraan Kimia yang pertama di Massachusset Institute of Technology, Amerika Syarikat dengan penumpuan kepada pengajian kendalian proses.
Dengan penggunaan petroleum yang meluas sebagai bahan suapan baru yang menggantikan arang batu, selain daripada meluaskan industri bahan api, muncul pula bahan-bahan baru seperti polimer, getah sintetik dan fabrik sintetik yang menukar banyak aspek kehidupan manusia.
Dengan perkembangan teknologi kimia yang pesat sebelum dan selepas Perang Dunia Kedua, masalah pencemaran alam sekitar dan keselamatan kepada pekerja dan penghuni di sekitar loji kimia makin diberi perhatian, terutama selepas berlakunya pencemaran kimia toksik dan letupan dan kebakaran besar di beberapa loji kimia. Kini di kebanyakan negara termasuk Malaysia, kajian impak alam sekitar dan kajian risiko diwajibkan untuk loji kimia yang mengendali dan menyimpan bahan-bahan kimia yang berbahaya.
Kemunculan bioteknologi sebagai suatu teknologi penyaing teknologi kimia juga antara lain merupakan suatu tindak balas terhadap gerakan alam sekitar ini. Bahan-bahan boleh dibiorosot seperti polimer dan sabun sekarang menjadi tumpuan penyelidikan walau punpenghasilan bahan istimewa seperti ubat-ubatan dan enzim masih merupakan penghasilan utama bioteknologi.
Pengenalan
Perkataan kimia dalam Bahasa Malaysia dan perkataan Chemistry dalam Bahasa Inggeris berasal daripada al-kimiya dalam Bahasa Arab. Perkataan Arab ini pula dikatakan berasal daripada perkataan chemiya dalam Bahasa Greek-Helenistik. Mahdihassan berpendapat bahawa al-kimiya berasal daripada perkataan Cina, Chin-Ia (Nasr, 1976), manakala Needham pula berpendapat bahawa perkataan itu berasal daripada kim dalam Bahasa Cina dialek Guangdong yang bermaksud penukaran seperti dalam ungkapan lien kim shok tentang penukaran logam murah kepada emas (Needham, 1986).
Ilmu al-kimiya ini dikatakan dimulakan oleh tamadun Cina dan Greek-Helenistik purba yang kemudiannya diwarisi dan dikayakan dengan berbagai-bagai sumbangan oleh tamadun Islam. Ilmu ini bermula dalam tamadun Islam sebagai ilmu yang mempunyai dua dimensi iaitu al-kimiya zahir dan al-kimiya batin seperti yang dipelopori oleh Jabir bin Hayyan pada abad kelapan/kesembilan Masehi. Al-kimiya peloporan Jabir selain daripada merupakan cara membuat berbagai-bagai bahan kimia, merupakan juga satu usaha menukar timah hitam kepada emas dengan perantaraan batu failasuf atau al-iksr. Lebih daripada seabad kemudian iaitu pada abad kesembilan/kesepuluh Masehi, al-Razi telah menolak dimensi batin ini dan menumpukan perhatiannya kepada aspek zahir sahaja. Di sinilah mulanya kimia moden. Pendapat ini mungkin bercanggah dengan pendapat ahli sejarah sains Barat yang mengatakan bahawa kimia moden bermula dengan Robert Boyle pada abad ketujuh-belas ketika beliau dikatakan menakrif unsur secara jelas. Pada zaman dahulu hinggalah ke abad kesembilan-belas, kimia dan teknologi kimia tidak dibezakan.
Untuk kegunaan kajian ini, teknologi kimia perlu ditakrifkan sebab pada zaman moden wujud perbezaan di antara kimia dan teknologi kimia.
Teknologi kimia merupakan satu bidang teknologi yang kini amat penting dengan berbagai-bagai penggunaan dalam kehidupan manusia moden. Teknologi boleh ditakrifkan sebagai bahan atau alat hasil teknologi itu atau penukaran bahan asli atau bahan buatan kepada bahan atau alat yang berguna (lihat Wan Ramli bin Wan Daud, 1990). Teknologi kimia pula merupakan bahan-bahan kimia yang dihasilkan untuk kegunaan manusia ataupun teknik atau proses pembuatan bahan-bahan kimia ini. Kertas ini akan dimulakan dengan sorotan ringkas sejarah perkembangan teknologi kimia dari zaman purba prasejarah, zaman tamadun Mesir dan Mesopotamia purba, zaman tamadun Greek-Helenistik dan Rom, zaman tamadun Islam, zaman tamadun Barat, zaman Pertengahan dan Renaissaince, zaman Moden hinggalah ke hari ini dengan menekan sumbangan dan inovasi penting yang dihasilkan sepanjang sejarah.
Kertas ini juga akan membincangkan secara kritis beberapa permaslahan teknologi kimia moden seperti pencemaran alam sekitar dan risiko kematian dan kecederaan dan beberapa cara penyelesaiannya.
Sejarah Awal Teknologi Kimia
Tarikh awal bermulanya teknologi kimia amat sukar ditentukan kerana rekod sejarah purba terawal telah menunjukkan manusia zaman itu mempunyai sedikit pengetahuan atau ilmu tentang teknologi kimia iaitu penggunaan bahan kimia dan pemprosesan bahan kimia walau pun bilangan bahan kimia yang dihasilkan jauh lebih kecil daripada industri kimia moden. Kebanyakan bahan kimia yang dihasilkan pada zaman purba digunakan untuk kehidupan harian seperti untuk makanan, pakaian, dan perumahan dan kemudian untuk kegunaan masyarakat yang lebih canggih.
Pembuatan garam
Garam dalam bentuk yang hampir tulen merupakan bahan kimia purba terawal yang dihasilkan dengan teknologi amat rendah iaitu pengeringan air laut dan mata air bergaram dengan matahari atau pun penggalian batu garam (Derry dan Williams, 1960). Badan manusia purba memerlukan penambahan garam oleh sebab garam hilang melalui peluh, dan makanan yang dimasak lazimnya tidak mengandungi garam yang mencukupi. Oleh itu garam merupakan antara komoditi awal ekonomi purba.
Fermentasi
Proses fermentasi pula yang merupakan proses kimia (biokimia?) purba terawal diketahui oleh hampir semua tamadun purba, menghasilkan minumam keras beralkohol dengan fermentasi gula atau bahan bergula oleh yis. Di Mesir tua, fermentasi lebih dikenali sebagai penghasil cuka atau asid asetik yang bukan hanya digunakan dalam makanan tetapi juga untuk menghasilkan bahan lain.
Bahan Pewarna
Bahan berwarna untuk lukisan dan untuk pewarnaan kain juga merupakan bahan kimia purba yang penting. Lukisan di dinding gua di Sepanyol, Afrika dan Australia yang menggunakan beberapa warna seperti merah, kuning dan hijau menunjukkan manusia purba prasejarah tahu tentang bahan kimia bewarna seperti tanah liat berbijih besi (merah dan kuning), plumbum merah, dan kuprum dan ferus sulfat (hijau), dan cara menghasilkannya. Bahan pewarna kain dihasilkan daripada tumbuh-tumbuhan dan binatang. Contohnya pewarna biru dihasilkan daripada daun pohon indigo dan madder, dan pewarna merah daripada serangga Laca.
Kaca
Kaca merupakan bahan hasil teknologi kimia purba terawal. Rekod sejarah menunjukkan bahawa kaca telah dibuat di Mesir purba sejak sekitar tahun 4,000 Sebelum Masehi (Partington, 1935). Kaca dibuat dengan memanaskan campuran soda dan pasir sehingga terlebur dan menyejukkannya perlahan-lahan. Pembuatan kaca purba dibuat di kawasan Timur Laut Mediterranean sahaja termasuk di Greece.
Seramik
Seramik atau tembikar juga seperti kaca merupakan antara bahan hasil teknologi purba terawal terutama selepas roda tendang pembuat tembikar dicipta pada sekitar tahun 3,000 Sebelum Masehi. Tamadun Cina sejak zaman Dinasti Tang telah menghasilkan tembikar berwarna putih yang amat tinggi kualitinya pada sekitar tahun 500 Sebelum Masehi. Licauan digunakan kemudian di zaman Rom untuk memperbaiki ciri permukaan tembikar dari segi estetika dan untuk membolehkan gambar dilukis dengan bahan pewarna. Bahan licauan purba berwarna merah ini diperbuat daripada soda, pasir dan garam plumbum akan tetapi pada kepekatan yang lebih rendah. Bahan licauan yang basah disapu di permukaan tembikar dan dilicaukan ketika tembikar itu dibakar.
Bahan Api untuk Lampu
Keperluan pemancar cahaya yang lebih canggih daripada kayu unggun untuk manusia bekerja atau berehat pada waktu malam memulakan pengembangan lampu. Lilin merupakan pepejal lemak binatang yang mempunyai sumbu yang diperbuat daripada rumput. Dengan penemuan nyalaan yang jauh lebih terangdihasilkan daripada pembakaran minyak sayuran seperti minyak zaitun yang dicampur dengan sedikit garam, lampu minyak yang diperbuat daripada seramik dan logam pula dicipta.
Permulaan Ilmu Kimia dan Teknologi Kimia
Ilmu kimia sebagai satu disiplin telah bermula di Negeri Cina dan di Greece (Wan Fuad Wan Hassan 1990). Paradigma yang dipelopori di kedua-dua tamadun tua ini hampir sama. Mengikut ahli kimia Cina, semua benda dikatakan terjadi daripada dua unsur atau prinsip Yin dan Yang. Mengikut ahli kimia Helenistik pula, setiap benda terjadi daripada dua prinsip iaitu raksa dan belerang yang seterusnya terdiri daripada empat unsur iaitu api, udara, tanah dan air; dan empat sifat iaitu lembab, kering, panas dan sejuk. Kedua-dua pihak yakin bahawa timah hitam boleh diubah kepada emas dengan mengubah kadar prinsip-prinsip ini yang ada di dalam timah hitam itu.
Sumbangan Tamadun Islam
Paradigma kimia Cina dan Greek-Helenistik ini amat berpengaruh sehinggakan prinsip paradigma al-kimiya Islam dan alchemy yang dipengaruhi kedua-dua paradigma tua itu tidak berubah selama hampir seribu tahun. Walaupun demikian, Jabir bin Haiyyan telah menyumbang kepada paradigma kimia ini dengan tafsirannya tersendiri yang berpaut erat dengan Tawhid dan Syari`ah. Meski pun Al-Razi menolak keseluruhan paradigma Jabir dan mencadangkan paradigma al-Usul al-Khamsahnya yang tersendiri (Nasr 1976), kebanyakan ahli al-kimiya Islam dan alchemist Eropah selepas itu masih berpegang kepada paradigma Jabir sehinggalah ke abad keenam-belas apabila berlaku revolusi sains.
Sumbangan besar tamadun Islam dalam bidang teknologi kimia ialah antara lain proses penyulingan (taqtir atau tas`id), peralatan teknologi kimia dari bikar hingga ke penyuling (qar` dan al-ambiq); dan kaedah menghasilkan minyak pati (`itr), naft atau naftah (petroleum), al-kuhul (alkohol), asid galian seperti asid nitrik, sulfurik (ruh al-saj) dan hidroklorik; dan al-qali (alkali) melalui antara lain proses penyulingan ini.
Para ahli teknologi kimia Islam juga telah mencipta proses pembuatan sabun keras, memperbaiki proses pembuatan kaca, dan licauan untuk tembikar serta mencipta ubat bedil atau barud (gunpowder). Pengunaan teknologi kimia untuk menghasilkan ubat-ubatan untuk perubatan juga disorot.
Ahli al-kimiya Islam seperti Jabir dan al-Razi dalam penulisan mereka telah mengetahui bahawa pembuatan bahan kimia berlaku melalui proses-proses kimia seperti penyulingan, penyejatan, pengeringan, penurasan, penghabluran, pemejalwapan dan sebagainya (al-Hassan dan Hill 1986 dan Nasr 1976). Konsep perubahan kimia melalui beberapa peringkat proses ini merupakan satu konsep kejuruteraan kimia yang penting iaitu konsep kendalian unit. Konsep ini akan dihidupkan semula oleh perintis kejuruteraan kimia moden, G. E. Davis di England hampir seribu tahun kemudian.
Penyulingan
Walau pun ada laporan bahawa terdapat ahli kimia Helenistik di Iskandariah seperti Pliny (abad pertama Masehi), yang tahu tentang penyulingan akan tetapi penggunaannya dalam kimia Helenistik amat terhad sekali seperti yang jelas diketahui tentang kimia di zaman Helenistik itu (Davies dalam Furter, 1980). Al-Kindi dalam bukunya Kitab Kimiya al-`Itr wa al-Tas’idat (Buku tentang Kimia Minyak Pati dan Pemejalwapan (Penyulingan)) yang diterbitkan pada abad kesembilan Masehi telah memperihalkan beberapa jenis penyuling (al-Hassan dan Hill, 1986). Penyuling-penyuling ini dipanaskan oleh rendaman air ataupun oleh api, dan cecair yang mewap disejuk dan diwapcairkan di permukaan kepala penyuling dan tiub panjang dengan pemindahan haba ke udara sekeliling. Ahli kimia Islam juga telah mencipta penyuling jenis retort. Walaupunketiga-tiga jenis penyuling ini, tidak menunjukkan penyejukan sulingan dengan air akan tetapi penyejuk air sejenis penyuling yang moden masih digelar kepala orang Moor (Muslim di Maghrib). Paradoks ini hanya boleh dijelaskan dengan menganggap penyejukan sulingan dengan air merupakan perkembangan akhir penyuling dari tamadun Islam. al-Hassan seorang ahli sejarah teknologi Islam telah mencadangkan bahawa penyulingan merupakan sumbangan ahli teknologi Islam yang amat penting kepada perkembangan teknologi kimia moden (al-Hassan dan Hill, 1986).
Melalui penyulinglah, ahli kimia Islam telah berjaya mengasingkan al-’atr atau minyak pati daripada bunga dan tumbuhan seperti yang diperihalkan oleh al-Kindi dalam bukunya itu. Al-’atr merupakan bahan yang digemari oleh Rasulullah s.a.w. dan disunatkan memakainya ketika hendak menunaikan solat. Oleh itu, industri minyak pati tumbuh menjadi satu industri yang tidak ada tolok bandingnya sebelum atau selepas itu. Pusat industri ini ialah Damshik dan minyak pati dan air mawar diekspot hingga ke India dan Cina. Al-Dimashki telah menulis Kitab Nukhbat al-Dahr pada abad seterusnya tentang industri ini di Damshik (al-Hassan dan Hill 1986).
Ahli teknologi kimia Islam telah buat pertama kalinya menggunakan penyuling untuk memisahkan minyak mentah dari Baku kepada naft putih (pecahan ringan) dan naft hitam (pecahan berat). Warisan ini jelas diungkapkan dalam istilah Inggeris naphtha yang masih digunakan secara meluas untuk pecahan minyak yang mengandungi rantai lurus C6 yang juga merupakan ramuan terpenting untuk minyak petrol yang digunakan dalam enjin kebakaran dalaman kereta. Al-Razi telah memperihalkan penyulingan minyak mentah dalam Kitab Sirr al-Asrar (al-Hassan dan Hill, 1986). Industri minyak ini berkembang di Baku, Mosul, Sinai dan Khuzistan, dan daerah-daerah ini masih menghasilkan minyak mentah hinggalah ke hari ini. Sifat minyak naft sebagai pelarut dan sebagai bahan yang mudah terbakar telah dicerap dan digunakan oleh ahli teknologi kimia Islam.
Alkohol
Kebanyakan ahli sejarah teknologi Barat berpendapat bahawa alkohol telah ditemui oleh Adelard of Bath pada abad kedua-belas Masehi berdasarkan kepada karya beliau yang berjudul Mappae Clavicula tentang kegiatan perubatan di Salerno, Itali yang memperihalkan kaedah menghasilkan alkohol (al-Hassan dan Hill, 1986). Pendapat ini diperkuatkan lagi dengan karya Marcus Graecus yang berjodol Liber Ignium seabad kemudian.
Perkataan alkohol itu jelas merupakan pengInggerisan perkataan Arab al-kuhul. Proses menghasilkan al-kuhul dan sifat-sifatnya telah diperihalkan secara terperinci oleh ahli kimia Islam al-Kindi dalam Kitab Kimiya al-’Itr wa al-Tas`idat dan sifat kebolehbakarannya dicerap dan digunakan oleh Jabir bin Hayyan lebih daripada tiga abad sebelum Adelard (al-Hassan dan Hill, 1986). Adelard dan Marcus Graecus juga merupakan penterjemah karya Arab kepada Latin yang terkenal dan pengaruh karya Arab terhadap karya mereka jelas.
Jelaslah alkohol atau al-kuhul ditemui oleh ahli kimia Islam. Asid-asid Galian, Alkali dan SabunAsid-asid galian seperti asid nitrik, hidroklorik dan sulfurik yang merupakan bahan teknologi kimia yang penting dalam perkembangan industri kimia hinggalah ke hari ini, telah dihasilkan oleh ahli teknologi kimia Islam melalui penyulingan. Jabir bin Hayyan dalam Sanduq al-Hikmah telah memperihalkan proses menghasilkan asid nitrik dengan menyuling campuran nitre (kalium nitrat), vitriol Kubrus (kuprum sulfat) dan alum Yemen (aluminium sulfat). Jabir bin Hayyan tahu bahawa sekiranya asid nitrik ini dicampur dengan sal ammoniak (ammonium klorida), campuran asid nitrik-asid hidroklorik (aqua regia) yang terhasil boleh melarutkan emas yang seterusnya boleh dipisahkan daripada perak (al-Hassan dan Hill, 1986). Al-Razi telah memperihalkan proses menghasilkan asid sulfurik (ruh al-saj) dengan menyuling vitriol hijau (ferus sulfat) atau dengan membakar belerang (sulfur) pada abad kesembilan Masehi (al-Hassan dan Hill, 1986). Pendapat ahli sejarah teknologi Barat bahawa asid sulfurik dihasilkan buat pertama kalinya di Nordhausen, Eropah dengan penyulingan vitriol pada abad ketujuh-belas (Derry dan Williams, 1960) jelas tidak betul! Al-qali (alkali) amat diperlukan untuk membuat kaca, licauan dan sabun. Al-Razi telah memperihalkan kaedah menghasilkan al-qali daripada abu kayu oak dan daripada pohon solsola soda (al-Hassan dan Hill, 1986).
Sabun
Sabun merupakan bahan yang amat diperlukan oleh manusia yang bertamadun. Sabun dibuat dengan merebus lemak binatang atau sayuran dengan al-qali (soda atau potash) dan kapur.
Tarikh dan tempat proses pembuatan sabun ditemui tidak diketahui dengan jelas akan tetapi kebanyakan ahli sejarah Barat mencadangkan tarikh ini tidak lewat daripada kurun keempat Masehi (Derry dan Williams, 1960). Pendapat ini bercanggah dengan pendapat al-Hassan, seorang ahli sejarah teknologi Islam bahawa sabun mula dibuat di Tanah Islam pada kurun keenam/ketujuh masehi dan teknologi ini disebarkan di Eropah kemudian (al-Hassan dan Hill, 1986).
Kaca dan Seramik
Jabir bin Hayyan telah memperbaiki proses pembuatan kaca dengan menambah garam magnesium kepada campuran bahan mentah kaca supaya warna kemerahan dinyahkan sehingga kaca menjadi jernih. Ahli teknologi kimia Islam di Baghdad telah memperkenalkan licauan yang berasaskan garam timah untuk menghasilkan tembikar yang setanding kualitinya dengan tembikar Dinasti Tang (al-Hassan dan Hill, 1986).
Ubat Bedil
Perkembangan ubat bedil (gunpowder) dan naft oleh orang Islam merupakan salah satu pencapaian teknologi kimia Islam yang amat penting kerana pencapaian ini telah memberikan kepada tentera Islam ketinggian teknologi perang yang menyebabkan kemenangan di Ghazwah al-Mansurah melawan tentera Salib pada abad ketiga-belas Masehi (1249) dan Ghazwah `Ain Jalut menentang tentera Mongol pada abad yang sama (1260).
Kebanyakan ahli sejarah teknologi Barat bersetuju bahawa ubat bedil ini dicipta pada sekitar abad keempat-belas berasaskan kepada laporan penggunaan pertama meriam dalam peperangan di Crecy dan Calais pada tahun 1346 Masehi, seabad selepas penggunaannya dilaporkan di kedua-dua peperangan ini (al-Hassan dan Hill, 1986)! Barud telah disebut oleh al-Jawbari dalam Kitab Kashf al-Asrar pada tahun 1225 Masehi. Kaedah menyediakan barud yang tulen telah diperihalkan dengan lengkap oleh al-Hassan al-Rammah dalam Kitab al-Furusiyya bi Rasm al-Jihad pada tahun 1294 Masehi. Karya ini mengandungi 70 resipi ubat bedil. Ubat bedil lazimnya terdiri daripada barud (saltpetre atau nitre), arang dan belerang (sulfur). FarmasiAl-Razi dan al-Zahrawi merupakan dua ahli teknologi kimia yang juga ahli perubatan. Mereka mempelopori bidang iatrokimia atau kimia untuk perubatan. Al-Razi menyenaraikan proses-proses kimia untuk menghasilkan berbagai-bagai ubat-ubatan dalam bukunya Kitab al-Hawi dan al-Zahrawi juga terkenal dengan Kitab al-Tasrifnya (Nasr 1976). Iatrokimia merupakan asas kepada kimia farmasi moden.
Permulaan Teknologi Kimia Moden
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. P
ada 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). Bahan PewarnaSebelum pertengahan abad kesembilan-belas, bahan pewarna untuk tekstil dan sebagainya diperbuat daripada bahan-bahan tabii seperti pewarna biru yang dihasilkan daripada daun pohon indigo dan madder, dan pewarna merah yang dihasilkan daripada serangga Laca. Ahli kimia terkenal, van Hofmann pada tahun 1845 telah mendapati bahawa salah satu bahan yang terhasil daripada industri penggasan arang batu, benzena, bertindak balas dengan asid nitrik untuk menghasilkan nitrobenzena yang sekiranya pula diturunkan menghasilkan anilin. Beliau telah mencipta satu proses untuk menghasilkan anilin secara besar-besaran. Salah seorang pelajarnya, Perkin, setelah sedar tentang kesamaan formula alil-toluidin, suatu bahan yang berasal daripada anilin, dengan kuinin, cuba menghasilkan kuinin dengan mengoksidakan bahan itu. Proses ini gagal, akan tetapi beliau telah mencuba uji kaji yang sama terhadap anilin dan menghasilkan hablur jingga. Beliau secara tidak sengaja telah membuat bahan pewarna jingga secara sintetik! Beliau mempatenkan penemuan ini dan membina sebuah loji untuk menghasilkan bahan ini pada tahun 1857.
Kejayaan Perkin telah menggalakkan ahli-ahli kimia organik lain menumpukan perhatian kepada sintesis bahan pewarna. Pada tahun 1852, Verguin menemui magenta, dan van Hoffmann pula menunjukkan bahawa bahan pewarna magenta merupakan bahan asal untuk berbagai-bagai warna jingga. Biru rosanilin ditemui pula di Perancis, akan tetapi bahan ini tidak melarut dalam air. Nicholson mendapati sekiranya bahan pewarna ini ditindak balas dengan asid sulfurik iaitu disulfonasikan, bahan itu melarut.
Proses sulfonasi ini akhirnya amat berguna menukar banyak jenis pewarna kepada bentuk yang lebih melarut dan berasid sesuai dengan kehendak industri pewarna. Griess menemui sebatian diazo pada tahun 1862. Seterusnya, pewarna tabii pula disintesiskan. Alizarin ditemui oleh Graebe dan Liebermann di Jerman dan Perkin di England secara bebas. Caro dari syarikat Badische Anilin-und-Soda Fabrik (BASF) telah menemui proses pembuatan alizarin yang lebih berekonomi. Para penanam pohon madder kerugian berjuta ringgit dalam sekelip mata sahaja. Pada tahun 1880 pula Baeyer menemui proses membuat indigo. Tujuh belas tahun kemudian, barulah proses ini disempuranakan dengan penemuan secara tidak sengaja bahawa raksa sulfat sebagai mangkin mecepatkan lagi tindak balas ini. Banyak lagi bahan pewarna yang disentisiskan. Pada awalnya, industri bahan pewarna ini berpusat di England akan tetapi akhirnya industri ini berkembang dengan pesatnya di Jerman sehinggakan negeri itu pula menjadi pusat baru pebuatan bahan pewarna sehinggalah ke hari ini. Kemunculan Jerman sebagai gergasi pembuat bahan pewarna dunia disebabkan oleh sokongan kerajaannya yang kuat, dan kelonggaran pengurusan mengguna kakitangan teknik dalam semua aspek perniagaan ini. Ubat bedilSebelum pertengahan abad kesembilan-belas, ubat bedil yang digunakan ialah ubat bedil tradisi yang mengandungi belerang, barud dan arang seperti yang dicipta oleh orang Islam. Pada tahun 1846, dua perkembangan telah menukar sejarah ubat bedil seterusnya. Pertama ialah penemuan nitroselulosa oleh Schonbein melalui tindak balas nitrik asid dengan kapas yang merupakan sumber selulosa.Pendagangan penemuan ini pada mulanya menemui kecelakaan oleh kerana nitroselulosa tidak stabil dan mudah meledak. Kedua, pada tahun yang sama, Sobrero telah menemui nitrogliserin dengan menindak-balas asid nitrik dengan gliserin yang dihasilkan oleh industri sabun. Bahan ini mempunyai nasib yang sama seperti nitro-selulosa oleh kerana ketidakstabilannya. Masalah ini diselesaikan oleh Alfred Nobel dengan menyerap nitrogliserin ke dalam tanah liat kieselghur untuk menghasilkan dinamit. Nobel juga mencipta gelatin letupan yang mengandungi nitrogliserin dengan sedikit koloid kapas. Selepas 1880, nitrogliserin dibuat secara besar-besaran. Penitratan dilakukan dalam reaktor berpengaduk, dan hasil tindak balas dicampur dengan air yang banyak. Nitroglierin yang tidak melarut dalam air terpisah. Proses ini banyak membazirkan asid, maka proses ini diubah dengan membiarkan nitrogliserin itu terpisah dari fasa air perlahan-lahan.
Pada tahun 1866, Abel telah menunjukkan kestabilan nitroselulosa terjamin sekiranya semua baki asid nitrik dan sulfurik yang digunakan untuk pembuatannya dibuang. Penggunaan ubat bedil baru ini sebagai propelan untuk meriam dan senjata api kecil bermula pada awal dekad 1880 dengan pengenalan Poudre B di Perancis dan balistit oleh Nobel sebagai propelan yang tidak menghasilkan asap. Poudre B mengandungi nitroselulosa dan balistit mengandungi nitrogliserin, nitroselulosa, kapur barus dan jel petroleum. Cordite pula merupakan bentuk khusus balistite. Asid pikrik atau trinitrofenol yang dihasilkan melalui penitran asid karbolik atau fenol, juga digunakan sebagai lyddite, propelan untuk meriam, yang digunakan untuk pertama kalinya di Perang Omdurman oleh tentera British pimpinan General Gordon melawan gerakan kemerdekaan Sudan yang diketuai oleh Muhammad al-Mehdi.
Perbezaan antara ubat bedil tradisi dengan nitrogliserin, nitroselulosa dan asid pikrik ialah ubat bedil tradisi diletupkan dengan api, manakala nitrogliserin, nitroselulosa dan asik pikrik diletupkan melalui santakan. Cara lazim ialah dengan menggunakan tudung santakan yang mengandungi bahan yang lebih tidak stabil seperti raksa fulminat, dan tudung disantak oleh pin penembak senjata api dan meriam.
Sejarah Awal Ilmu dan Pendidikan Kejuruteraan Kimia
Teknologi kimia merujuk kepada bahan kimia atau proses pembuatan bahan tersebut. Kejuruteraan kimia pula merujuk kepada sains pembuatan kimia dan sains reka bentuk loji kimia. Sebelum pertengahan abad kesembilan-belas, kejuruteraan kimia sebagai satu disiplin masih belum wujud, kerana penekanan diberi kepada pembangunan proses dan pembangunan yang berjaya dicapai melalui penggunaan alat-alat mudah seperti relau, tanur, pot dan bekas pencampuran. Proses Solvay pula memerlukan ilmu kejuruteraan yang tinggi terutama dalam mereka-bentuk menara pengkarbonatan.
Percubaan untuk menubuhkan Society of Chemical Engineers di England pada tahun 1880 menunjukkan betapa pentingnya profesion ini ketika itu. Pada ketika itu, jurutera kimia hanyalah merupakan jurutera mekanik yang mempunyai sedikit pengetahuan tentang kimia. Proses penyulingan yang diwarisi dari Tamadun Islam melalui Itali dan Sepanyol merupakan proses terpenting dalam kejuruteran kimia. Pada mulanya penyulingan digunakan untuk menulenkan arak, akan tetapi pada abad ketujuh-belas, minyak mentah mula disuling di England. Pada pertengahan abad kelapan-belas, penyulingan tar arang batu untuk menghasilkan gas dan minyak dilakukan. Pada tahun 1860, sebuah loji penapis minyak mentah yang pertama telah dibina di Pennsylvania.
Bentuk penyuling yang digunakan hingga abad ini tidak banyak berubah daripada penyuling minyak mentah yang diperihalkan oleh al-Razi seribu tahun sebelumnya. Minyak atau tar arang batu dipanaskan secara berkelompok dengan membakar arang batu atau arang kayu, dan wap yang dihasilkan, diwapcairkan dalam lingkaran yang ditenggelamkan dalam air. Hasil sulingan dikumpulkan mengikut graviti tentu yang bergantung kepada masa dan suhu penyulingan. Satu inovasi oleh Coffey, seorang jurutera di Dublin, telah menukar secara mendadak proses penyulingan dan secara tidak langsung melahirkan bidang kejuruteraan kimia. Beliau telah mencipta sebuah penyuling alkohol selanjar yang terdiri daripada satu siri kebuk tegak bertindihan terpisah oleh plat-plat tertebuk, yang dipanaskan oleh stim hidup dan menggunakan refluks. 85% etanol boleh dihasilkan daripada larutan asal yang mengandungi 5% etanol. Kecekapan tinggi menara penyuling Coffey ini telah menyebabkan menara penyulingan seperti ini digunakan oleh industri petroleum hingga ke hari ini. Penyuling Coffey inilah merupakan bentuk asal penyuling yang kini menjadi alat piawai untuk pemisahan dan penulenan dalam hampir seluruh industri kimia masa kini. Pada tahun 1887, G. E. Davis, seorang bekas pemeriksa alkali, telah memberi suatu siri syarahan kejuruteraan kimia yang pertama di Manchester Technical School, England. Dalam syarahan ini beliau telah memperkenalkan semula proses-proses kimia Jabir-al-Razi kepada para pelajarnya yang terdiri daripada para jurutera yang berpendidikan mekanik.
Setahun kemudian, Profesor Norton memulakan kursus kejuruteraan kimia yang pertama di Jabatan Kimia, Massachusset Institute of Technology (MIT) di Amerika. Isi kursus tersebut lebih mirip kimia industri sekiranya dinilai pada zaman sekarang. Tujuh orang graduan pertama MIT telah mendapat ijazah dalam kejuruteraan kimia pada tahun 1891. Setelah kematian Norton pada tahun 1893, Profesor Thorpe mengambil alih tugasnya dan mengembangkan kejuruteraan kimia dengan menerbitkan bukunya Outlines of Industrial Chemistry pada tahun 1898. Pada tahun 1901, G. E. Davis di England telah menulis sebuah buku berjudul Handbook of Chemical Engineers yang mengandungi konsep proses kimia Jabir-al-Razi dan banyak aturan serta ilmu empirik tentang reka bentuk alat-alat proses kimia. Ketika itu, karya Reynolds dan teori kumpulan tidak berdimensi masih belum digunakan dalam kejuruteraan kimia. Pekembangan kejuruteraan kimia di MIT seterusnya didukung oleh A. A. Noyes, W. H. Walker, A. D. Little dan W. K. Lewis. Noyes ialah seorang ahli kimia fizik yang menubuhkan Makmal Kimia Fizik MIT yang terkenal di seluruh dunia dan beliau telah banyak menggunakan prinsip-prinsip kimia fizik dalam kejuruteraan kimia. Walker pula merupakan seorang ahli kimia gunaan yang menubuhkan Makmal Kimia Gunaan di MIT. Little yang kemudiannya menubuhkan syarikat perunding kejuruteraan kimia yang masyhur, Arthur D. Little Inc., merupakan orang yang pertama menggunakan istilah kendalian unit (unit operations) untuk proses-proses kimia. Pada 1908, The American Institution of Chemical Emngineers ditubuhkan.
Pada tahun 1920, Jabatan Kejuruteraan Kimia ditubuhkan di MIT dan Lewis merupakan ketuanya yang pertama sehinggalah ke tahun 1929. Pada tahun 1920, Lewis, Walker dan McAdams menulis buku berjudul Principles of Chemical Engineering yang menjadi buku utama kejuruteraan kimia untuk bertahun-tahun selepas percetakannya. University of Pennsylvania merupakan universiti kedua di Amerika yang menawarkan kursus kejuruteraan kimia pada tahun 1892, diikuti oleh Tulane University, University of Michigan dan Tuft University.
Sementara itu di England, University of Birmingham telah memulakan kursus kejuruteraan perlombongannya pada tahun 1907 yang memasukkan kendalian asas seperti penghancuran, pengisaran, penyampaian, pengpaman dan pemisahan hidraul, serta aliran bendalir. Pada tahun 1922, barulah Jabatan Kejuruteraan Petroleum ditubuhkan di Universiti ini, yang akhirnya dijadikan Jabatan Kejuruteraan Kimia pada tahun 1946. Satu lagi institusi yang memulakan kursus kejuruteraan kimia ialah Battersea Polytechnic London pada tahun 1914. Walaupun konsep kejuruteraan kimia itu dilahirkan di England oleh G. E. Davis, malangnya perkembangan pendidikan teknik yang amat perlahan di Britain ini menyebabkan disiplin kejuruteraan kimia di England hanya berkembang selepas Perang Dunia Kedua. Perkembangan teknologi kimia di Britain dimonopoli oleh industri hinggalah selepas Perang tersebut. Percubaan Davis untuk menubuhkan Society of Chemical Engineers telah diubah secara paksa oleh industri kepada Society of Chemical Industry. Davis merupakan orang pertama yang memisahkan kejuruteraan kimia daripada kimia gunaan dan teknologi kimia. Davis juga lebih gemar melakukan uji kaji untuk membangunkan sesuatu proses dan pewaris Davis, N. Swindin, meneruskan tradisi ini. Pada tahun 1922, Swindin merupakan jurutera kimia pertama yang telah menggunakan karya Osborne Reynolds dalam aliran bendalir dengan menulis buku berjudul The Flow of Liquid Chemicals in Pipes (yang berubah kemudiannya kepada The Modern Theory and Practice of Pumping) yang banyak menggunakan model Reynolds. Pada tahun yang sama The Institution of Chemical Engineers, U. K. ditubuhkan sebagai badan profesional. Di Perancis pula, walaupun institut teknik seperti Ecole Polytechnique ditubuhkan selepas Revolusinya, dan Grandes Ecole, Ecole des Mines, Ecole Centrale des Arts et Manufactures dan Conservatoire des Arts des Metiers, yang ditubuhkan pada abad kesembilan-belas, tetapi kebanyakan institut ini telah mengubah haluan ke arah sains teori. Kursus kimia dipandang rendah dan oleh sebab itulah teknologi kimia dan kejuruteraan kimia tidak mendapat tempat yang sewajarnya di institut-institut ini. Kerajaan Perancis juga menggalakkan penubuhan fakulti-fakulti sains di hampir semua bandar-bandar utamanya seperti Paris, Marseille, Montpellier, Nancy, Grenoble, Lille, Bordeaux, Caen, Rennes, dan Toulouse, dan ini menimbulkan semangat kedaerahan yang kuat sehinggakan kursus-kursus yang diajar tidak sehaluan.
Ketidakserasian ini menyebabkan ahli kimia dan ahli teknologi kimia Perancis gagal membentuk kumpulan yang kuat untuk memperjuangkan kejuruteraan kimia. Buku Principle of Chemical Engineering dari Amerika diterjemah kepada bahasa Perancis dengan tajuk Principes de Chemie Industrielle yang sebenarnya diubah supaya isinya yang bersifat teori sahaja ditekankan. Ahli teknologi kimia Perancis hanya mengambil bahagian teorinya sahaja! Jerman telah membangunkan satu sistem pendidikan teknik tinggi (terdiri daripada Technischen Hochschulen dan universiti) yang terbaik di Dunia sejak pertengahan abad kesembilan-belas lagi. Pada awal abad kedua-puluh, Jerman menghasilkan 3,000 graduan jurutera setiap tahun! Setiap Technischen Hochschulen mempunyai alat-alat yang terbaik dan belanjawan tahunan melebihi setengah juta Marks pada masa itu! Industri di Jerman seperti syarikat Bayer dan BASF pula pandai menggunakan graduan sains, teknik dan kejuruteraannya dan membayar gaji yang lumayan. Spengler, seorang ahli falsafah Jerman ketika itu telah mencadangkan penggunaan teknologi untuk meningkatkan kekuatan bangsa Jerman dan idea ini telah mempengaruhi pemimpin Jerman, A. Hitler yang berjaya membina kekuatan ketenteraan berteknologi tinggi (ketika itu) yang disokong pula dengan kompleks industri dan teknik yang kuat sekali, yang menyebabkan kehancuran yang belum pernah dialami umat manusia. Pengalaman Bayer mengguna terus ahli sains muda berPhD tidak mendatangkan hasil yang menggalakkan, maka Duisberg, mengadakan hubungan dengan Universiti melalui program pasca-doktoran dengan seorang lulusan PhD dipinjamkan ke industri dan diselia oleh seorang profesor dari Universiti. Duisberg juga telah memisahkan ahli kimia dengan jurutera dan oleh sebab itulah kejuruteraan kimia tidak berkembang di Jerman pada awal sejarah teknologi kimia di sana.Sehingga 1955, Jerman masih tidak menerima bidang kejuruteraan kimia. Di Canada, kursus kejuruteraan kimia pertama telah ditawarkan di Queen’s University di Kingston pada tahun 1902. Pensyarah utamanya ialah Dr. Waddell. Profesor Ellis dan Dr. Bain telah memulakan kursus kejuruteraan kimia di Toronto University pada tahun 1904. Ini diikuti pula oleh penawaran kursus kejuruteraan kimia di University Saskatchewan, Alberta, British Columbia dan McGill. Perkembangan di kalangan institut pendidikan tinggi berbahasa Perancis di Quebec amat perlahan oleh sebab pengaruh dari Perancis. Perkembangan kejuruteraan kimia di tempat lain seperti di Itali dan Jepun merupakan himbauan daripada perkembangan di Amerika, Britain dan Jerman.
Perkembangan Teknologi Kimia Moden
Seperti yang telah disebut sebelum ini, bahawa pada ambang abad kedua-puluh ini, industri kimia terbesar berada di Jerman kerana kaki tangan tekniknya yang bermutu tinggi. Kehebatan teknologi Jerman dicontohi oleh pengembanagn proses pembuatan ammonia Haber-Bosch. Ammonia amat diperlukan untuk membuat asid nitrik yang merupakan bahan utama dalam pembuatan bahan letupan, ubat bedil dan baja bernitrogen. Fritz Haber memenangi Anugerah Nobel untuk kimia pada tahun 1918 kerana telah berjaya menghasilkan ammonia dengan tindak balas langsung nitrogen dan hidrogen pada 200 atmosfera dan 600oC dengan kehadiran mangkin uranium karbid atau osmium (ferus oksida digunakan kemudian).
Pembinaan reaktor skala industri pada tekanan dan suhu yang tinggi ini merupakan satu cabaran kejuruteraan yang amat berat. Kehebatan jurutera BASF terserlah setelah proses ini berjaya ditingkatkan kepada loji pengeluaran pada tahun 1913. Hanya selepas 1920, barulah proses ini digunakan di luar Jerman, setelah teknologi membuat alat yang boleh menahan tekanan dan suhu yang tinggi diketahui. Sebelum ini, stok suapan untuk bahan kimia organik diperolehi daripada tar arang batu yang disuling untuk menghasilkan bahan seperti benzena, toluena, naftalena, fenol, piridin dan antracena. Tar arang batu ini menjadi bahan stok suapan utama Eropah sehinggalah pada Perang Dunia Kedua. Dengan pengeluaran minyak mentah pertama di Pennsylvania, satu lagi bahan stok suapan, iaitu minyak mentah yang mengandungi seperlima karbon, dilahirkan. Amerika telah mengembangkan industri petroleum ini, sehinggakan pengetahuan tentang pengeluaran dan penapisan minyak banyak terpengaruh dengan istilah Amerika. Pada mulanya, gas yang diperolehi ketika minyak dikeluarkan, dibakar begitu sahaja kerana teknologi memprosesnya dan menghantarnya ke tempat penggunaan yang jauh masih belum diketahui.
Dengan perkembangan teknologi tekanan tinggi dan refrigerasi terutama selepas Perang Dunia Kedua, gas asli yang terdiri daripada metana dikeluarkan dan dihantar melalui paip atau disejukkan hingga berbentuk cecair dan dihantar dengan kapal tangki atau lori tangki berrefrigerasi. Gas propana dan butana pula boleh disimpan dalam keadaan cecair pada tekanan sekitar 6 hingga 9 atmosfera pada suhu bilik untuk menghasilkan gas petroleum cecair (LPG). LPG ini dihantar dengan kapal dan lori tangki; dan sekiranya dimuatkan dalam botol tekanan tinggi, boleh digunakan sebagai bahan api di dapur. Antara bahan organik yang banyak digunakan hingga ke hari ini ialah polimer atau yang dikenali umum sebagai plastik. Beberapa perkembangan pada akhir abad kesembilan-belas ialah penciptaan seluloid, satu bahan polimer termo-plastik dan galalith, satu polimer termoset. Polimer termo-plastik menjadi lembut sekiranya dipanaskan dan boleh dibentuk. Proses ini berbalik. Polimer termo-set pula tidak boleh diubah bentuk setelah dibentuk. Baekeland telah menggunakan tindak balas fenol dengan fomaldehida untuk menghasilkan plastik termo-set yang dikenali sebagai Baekelite. Penemuan Polythene atau polietilena berketumpatan rendah (LDPE) oleh ICI pada tahun 1941 pada tekanan dan suhu yang tinggi, merupakan suatu revolusi, kerana polimer ini termo-plastik iaitu polimer ini boleh dibentuk dengan mudah. Polivinilklorida (PVC) dicipta secara berasingan oleh Amerika dan Jerman pada tahun-tahun 30-an. Dua lagi polimer yang penting, polistirena dan polimetilmetakrilat (perspeks), dicipta pada dekad yang sama. K. Ziegler dan G. Natta dianugerahkan anugerah Nobel untuk kimia pada tahun 1963 kerana telah mencipta proses bertekanan dan bersuhu rendah untuk menghasilkan polietilena berketumpatan tiggi (HDPE) dengan kehadiran mangkin Ziegler-Natta pada tahun 1953. Polimer nilon yang digunakan untuk tekstil dicipta selepas Perang Dunia Kedua oleh Carothers. Getah sintetik diusahakan oleh Jerman pada tahun-tahun 30-an kerana kebimbangan mereka tentang bekalan getah asli yang mungkin terputus. I. G. Farben mencipta getah Buna-S (butadiena/stirena) dan Buna-N (butadiena/akrilonitrida). Amerika pada mulanya bergantung kepada getah simpanannya yang besar akan tetapi dalam Perang Dunia Kedua juga berusaha membuat getah sintetik setelah Jepun menakluk Asia Tenggara.
Bahan polimer kini digunakan dalam hampir semua kegiatan manusia sama ada di rumah pada dirinya sendiri atau ditempat bekerja dan berhibur.
Perkembangan Kejuruteraan Kimia Kini
Kejuruteraan kimia bermula dengan pengenalan kepada kendalian unit yang dipelopori oleh Davis dan Little, sebagai unit asas kepada sebarang loji kimia. Morfologi loji kimia umum merupakan satu siri kendalian unit yang berhubung kait, iaitu penyedian bahan mentah, reaktor, pemisahan, dan penulenan. Bahan mentah disediakan melalui pemanasan, pencampuran, pencairan, penghancuran, pengisaran, pengewapan dan sebagainya. Bahan mentah seterusnya ditindak balas dalam reaktor. Hasil tindak balas dipisahkan untuk mengasingkan bahan yang dikehendaki. Sebahagian baki bahan tindak balas dan sebarang bahan lain diedar semula ke suapan reaktor dan sebahagian lagi dibuang atau bahan berguna yang lain iaitu hasil sampingan diasingkan dan bakinya dirawat sebelum dibuang. Bahan yang terasing ditulenkan. Konsep imbangan digunakan secara meluas. Aliran-aliran jisim dan tenaga masuk dan keluar daripada alat atau sistem hendaklah seimbang sama ada proses itu pada keadaan mantap atau tidak mantap. Pendekatan lama ini kian menghadapi cabaran setelah ramai para ahli akademik kejuruteraan kimia melakukan kajian terhadap masalah yang dihadapi dalam bidang ini. Gerakan penyatuan ilmu bermula apabila para pengkaji sedar bahawa dalam semua proses kendalian unit dan reaktor, wujud persamaan atau analogi yang kian ketara antara aliran bendalir, resapan jisim dan pemindahan haba.
Ahli fizik seperti Newton (takrif kelikatan), Navier, Cauchy, Poisson, de St. Vinent dan Stokes (tensor tegasan linear) telah meletakkan asas bidang aliran bendalir, sementera Fourier pula menakrifkan fluks haba dan Fick menurut pula dengan fluks resapan. Pada dekad 30-an, termodinamik klasik gunaan dan kawalan proses mula diserap ke dalam kejuruteraan kimia. Termodinamik, selain daripada memperkuatkan lagi konsep imbangan tenaga, juga memperkenalkan konsep yang baru iaitu keseimbangan fasa dan kimia. Sejak itu, keseimbangan memainkan peranan yang penting dalam kejuruteraan kimia. Setelah kualiti hasil yang lebih tinggi diperlukan dan harga bahan dan tenaga meningkat, keperluan untuk mengawal proses supaya kualiti hasil dijamin dan sumber tenaga dan bahan mentah tidak terbazir, kawalan proses mula diperkenalkan. Kawalan proses menggunakan kawalan pneumatik mula diperkenalkan. Pada dekad 40-an pula, kinetik kimia gunaan dan reka bentuk proses ditekankan dengan membahagi-bahagikan loji kimia kepada reaktor, pemisahan dan penulenan. Analisis reaktor bermatematik untuk menghasilkan reka bentuk reaktor atau untuk menganalisis prestasi reaktor dikembangkan dengan pesatnya. Idea aliran tidak unggul dan taburan masa mastautin dalam reaktor diperkenalkan.
Teori pemisahan yang melibatkan kendalian pemindahan jisim seperti penyulingan, penyerapan gas, dan ekstraksi cecair-cecair disatukan dengan analisis dan model yang sama. Selepas Perang Dunia Kedua, penglibatan para jurutera kimia dengan masalah yang baru seperti pengendalian polimer yang mempunyai kelikatan yang tinggi menyebabkan mereka mendalami sains asas. Selepas 1955, penekanan kepada kendalian unit dikurangkan dan para jurutera kimia terlibat dalam penyelidikan yang berbentuk asas yang mirip penyelidikan sains dan hasilnya digelar sains kejuruteraan.
Penemuan fizik dalam aliran bendalir, resapan jisim dan pemindahan haba digali, dikaji dan digunakan. Kesamaan persamaan-persamaan untuk ketiga-tiga proses ini, menyebabkan Bird et al. 1966 contohnya mengelaskan semuanya di bawah fenomena pengangkutan. Penyatuan yang diidam-idamkan terhasil dalam konsep pengangkutan momentum, jisim dan tenaga yang diungkapkan oleh persamaan-persamaan imbangan momentum, jisim dan tenaga.
Teknologi Kimia dan Masalah Alam Sekitar dan Keselamatan
Sebahagian daripada bahan kimia yang dihasilkan oleh teknologi kimia bersifat toksik kepada manusia dan hidupan lain seperti ammonia, klorin, logam berat, peracun serangga dan rumpai, dan sebahagian lagi mudah terbakar dan meledak seperti bahan api gasolin, gas asli, dan gas petroleum cecair menyebabkan kerosakan dan kematian manusia. Kes keracunan DDT do Amerika, Dioxin di Eropah, logam berat di Jepun dan bahan perantara peracun di India pada tahun-tahun 60-an, 70-an dan 80-an yang menyebabkan beribu orang mati dan cedera parah telah menyebabkan kerajaan negara maju dan membangun, mengetatkan lagi undang-undang kualiti alam sekitar pada dekad 80-an. Setiap projek yang baru dan di sesetengah negara projek yang ada diwajibkan mengadakan kajian impak alam sekitar (EIA) untuk mentaksir sejauh mana loji tersebut membawa kesan terhadap alam sekitar dan penduduk di sekelilingnya. Letupan dan kebakaran di Flixborough di England yang mengorbankan lebih 100 orang, dan letupan dan kebakaran di Feyzin, France yang menyebabkan ramai orang mati, mendorong kerajaan negara maju seperti U. K. menggubal peraturan untuk mengawal bahaya kemalangan besar industri (CIMAH) dengan mewajibkan semua loji lama dan baru melakukan kajian pentaksiran risiko berkuantitatif (QRA) supaya risiko yang dihadapi oleh pekerja loji dan penduduk di sekililing tidak melebihi aras kriterion yang selamat. Kerjaan Malaysia, melalui Jabatan Keselamatan dan Kesihatan Pekerjaan, telah menggubal peraturan yang sama yang kini telah diwartakan. Perkembangan ini telah memaksa bidang kejuruteraan kimia memberi perhatian kepada pengurusan bahan buangan terutama yang menyebabkan ketoksikan dan bahaya kebakaran dan letupan. Bidang kejuruteraan rawatan bahan buangan yang dipelopori oleh para jurutera awam, kini dijuarai juga oleh para jurutera kimia terutama dalam proses pelupusan yang melibatkan proses-proses biologi dan pembakaran. Banyak proses baru rawatan bahan buangan merupakan hasil penyelidikan kejuruteraan kimia. Pemodelan kesan kumbahan udara atau air terhadap alam sekitar dikaji. Kurikulum pengajian kejuruteraan kimia juga mewajibkan pelajar mengambil kursus pengurusan bahan buangan dan mewajibkan reka bentuk sistem rawatan bahan buangan dalam projek reka bentuk tahun akhir. Bidang kejuruteraan keselamatan yang dipelopori oleh industri kuasa nukleus, seperti kejuruteraan kebolehharapan dan pentaksiran risiko kini telah diserapkan dalam kejuruteraan kimia. Kajian bahaya dan kebolehkendalian (HAZOP) dipelopori oleh kejuruteraan kimia untuk membantu dalam proses pemodelan sebab (Liu et al. 1987). Pemodelan serakan gas ringan dan gas berat dalam atmosfera dalam pemodelan akibat juga dipelopori oleh para jurutera kimia.
Bioteknologi
Kemunculan bioteknologi pada pertengahan dekad 70-an sebagai teknologi pilihan kepada teknologi kimia memberi harapan satu teknologi tinggi akan muncul yang dapat menyelesaikan masalah menghasilkan bahan-bahan biologi secara besar-besaran dan menghasilkan bahan yang mudah dibiorosot.
Bioteknologi boleh ditakrifkan sebagai satu teknologi pemprosesan untuk menghasilkan barangan dan perkhidmatan melalui penggunaan proses-proses biologi. Pada ambang dekad 80-an, beberapa syarikat bioteknologi telah muncul seperti Genetech, Cetus, Biogen dan Genex yang bertujuan menggunakan teknik-teknik baru kejuruteraan gen dan penghasilan antijasad monoklon. Pada pertengahan dekad 80-an, tindak balas rantai polimeras (PCR) yang boleh menyalin bahagian tertentu DNA dalam beberapa jam sahaja telah ditemui. Pertemuan ini merupakan satu pencapaian yang revolusi kerana bahan-bahan biologi tertentu boleh dihasilkan dengan mudah. Kajian kini tertumpu kepada menghasilkan faktor mensimulasi koloni, faktor tumbesaran untuk mengubati luka, vaksin untuk AIDS, sitokin dan penerima untuk mengubat penyakit yang autoimun dan antijasad monoklon untuk mengubat kanser dan penyakit lain. Dari segi kejuruteraan kimia, proses untuk membanyakkan penghasilan bahan-bahan biologi dilakukan dalam proses fermentasi. Masalah besar proses bioteknologi, ialah bahan yang dikehendaki berada dalam sup fermentasi pada kepekatan yang rendah. Kos untuk memisah dan menulen bahan ini amatlah tinggi dan kegiatan kejuruteraan kimia kini tertumpu kepada mencipta proses pemisahan dan penulenan yang murah seperti kromatografi elusi. Penumpuan juga dibuat terhadap penghasilan transduser biologi yang boleh mengesan pembolehubah proses termasuk kepekatan bahan biologi yang amat kecil. Perkembangan yang mungkin menyelesaikan masalah alam sekitar yang timbul daripada penggunaan polimer yang meluas ialah penghasilan polimer biologi yang boleh biorosot oleh proses bioteknologi. Polihidroksibutirat (PHB) dan polihidroksivalerat (PHV) yang akan dipasarkan oleh ICI, dihasilkan oleh alicaligenes eutrophus apabila organisme itu tidak diberi nitrogen, fosfat, magnesium atau sulfat. PHB bukan sahaja setara dengan polipropilena dari segi sifat, bahkan ia juga boleh biorosot dalam masa dua bulan..
Penutup
Industri kimia di Amerika dan Eropah sedang menghadapi kebuntuan dan pertumbuhan yang hampir sifar. Perkara ini berlaku kerana teknologi kimia juga sudah mencapai tahap kematangannya dan tidak ada penemuan baru berlaku seperti yang berlaku selepas Perang Dunia Kedua. Dari tinjauan yang diambil daripada Petrochemical Handbook yang diterbitkan oleh jurnal Hydrocarbon Processing pada tahun 1991 menunjukkan bahawa teknologi untuk menghasilkan berbagai-bagai bahan tidak banyak berubah secara asas.
Perubahan hanya tertumpu kepada peningkatan upaya mangkin, dan cara pemprosesan. Faktor kedua ialah pemindahan industri kimia dari Eropah dan Amerika ke Asia-Pasifik termasuk Malaysia, Australia, Indonesia, Korea dan Taiwan. Pembaikan akta pemeliharaan alam sekitar dan keselamatan juga menaikkan kos pembinaan dan pengendalian loji kimia. Untuk dekad terakhir abad kedua-puluh ini, perubahan teknologi kimia tidak berbentuk revolusi lagi.
Rujukan
Bird, R. B., Stewart, W. E. dan Lightfoot, E. N. 1966. Transport Phenomena, John Wiley, New York. Derry, T. K. dan Williams, T. I. 1960. A Short History of Technology From the Earliest Times to A.D. 1900, Oxford at the Clarendon Press. Forbes, R. J. 1948. Short History of the Art of Distillation, E. J. Brill, Leiden. Furter, F. W. 1980. History of Chemical Engineering, American Chemical Society, Washington, D. C. al-Hassan, A. Y. dan Hill, D. R. 1986. Islamic Technology : An Illustrated History, Cambridge University Press, Cambridge dan UNESCO, Paris. Kranzberg, M. dan Pursell Jr., C. W. 1967. Technology in the Western Civilization, Vol. I & II, Oxford University Press, New York. Liu, Y. A., McGee, H. A. dan Epperly, W. R. 1987. Recent Developments in Chemical Process Plant Design, John Wiley, New York. Nasr, S. H. 1976. Islamic Science: An Illustrated Study, World of Islam Festival Trust, London. Needham, J. 1986. Science and Civilisation in China, Jil. 5, Cambridge University Press, London. Partington, J. R. 1975. Origins and Development of Applied Chemistry, Arno Press, New York. Wan Fuad Wan Hassan. 1990. Ringkasan Sejarah Sains, Dewan Bahasa dan Pustaka, Kuala Lumpur. Wan Ramli bin Wan Daud. 1990. Islamic Technology: A Preliminary Study, MAAS J. Islamic Science, Vol. 6, No. 1, ms. 79 – 85. Williams, T. I. 1982. A Short History of Twentieth Century Technology, Clarendon Press, Oxford.
Teknologi kimia moden besar-besaran bermula dengan pengembangan proses tanpa pengetahuan teori untuk menghasilkan bahan soda dan asid sulfurik yang amat diperlukan dengan banyaknya dalam revolusi industri pada abad kesembilan-belas. Pada penghujung abad kesembilan-belas ini, barulah teknologi kimia diformalkan sebagai suatu disiplin ilmu dengan tertubuhnya Jabatan Kejuruteraan Kimia yang pertama di Massachusset Institute of Technology, Amerika Syarikat dengan penumpuan kepada pengajian kendalian proses.
Dengan penggunaan petroleum yang meluas sebagai bahan suapan baru yang menggantikan arang batu, selain daripada meluaskan industri bahan api, muncul pula bahan-bahan baru seperti polimer, getah sintetik dan fabrik sintetik yang menukar banyak aspek kehidupan manusia.
Dengan perkembangan teknologi kimia yang pesat sebelum dan selepas Perang Dunia Kedua, masalah pencemaran alam sekitar dan keselamatan kepada pekerja dan penghuni di sekitar loji kimia makin diberi perhatian, terutama selepas berlakunya pencemaran kimia toksik dan letupan dan kebakaran besar di beberapa loji kimia. Kini di kebanyakan negara termasuk Malaysia, kajian impak alam sekitar dan kajian risiko diwajibkan untuk loji kimia yang mengendali dan menyimpan bahan-bahan kimia yang berbahaya.
Kemunculan bioteknologi sebagai suatu teknologi penyaing teknologi kimia juga antara lain merupakan suatu tindak balas terhadap gerakan alam sekitar ini. Bahan-bahan boleh dibiorosot seperti polimer dan sabun sekarang menjadi tumpuan penyelidikan walau punpenghasilan bahan istimewa seperti ubat-ubatan dan enzim masih merupakan penghasilan utama bioteknologi.
| NO | KANDUNGAN |
| 1 | Pengenalan |
| 2 | Sejarah Awal Teknologi Kimia |
| 3 | Sumbangan Tamadun Islam |
| 4 | Permulaan Teknologi Kimia Moden |
| 5 | Sejarah Awal Ilmu dan Pendidikan Kejuruteraan Kimia |
| 6 | Perkembangan Teknologi Kimia Moden |
| 7 | Perkembangan Kejuruteraan Kimia Kini |
| 8 | Teknologi Kimia dan Masalah Alam Sekitar dan Keselamatan |
| 9 | Bioteknologi |
| 10 | Penutup |
Perkataan kimia dalam Bahasa Malaysia dan perkataan Chemistry dalam Bahasa Inggeris berasal daripada al-kimiya dalam Bahasa Arab. Perkataan Arab ini pula dikatakan berasal daripada perkataan chemiya dalam Bahasa Greek-Helenistik. Mahdihassan berpendapat bahawa al-kimiya berasal daripada perkataan Cina, Chin-Ia (Nasr, 1976), manakala Needham pula berpendapat bahawa perkataan itu berasal daripada kim dalam Bahasa Cina dialek Guangdong yang bermaksud penukaran seperti dalam ungkapan lien kim shok tentang penukaran logam murah kepada emas (Needham, 1986).
Ilmu al-kimiya ini dikatakan dimulakan oleh tamadun Cina dan Greek-Helenistik purba yang kemudiannya diwarisi dan dikayakan dengan berbagai-bagai sumbangan oleh tamadun Islam. Ilmu ini bermula dalam tamadun Islam sebagai ilmu yang mempunyai dua dimensi iaitu al-kimiya zahir dan al-kimiya batin seperti yang dipelopori oleh Jabir bin Hayyan pada abad kelapan/kesembilan Masehi. Al-kimiya peloporan Jabir selain daripada merupakan cara membuat berbagai-bagai bahan kimia, merupakan juga satu usaha menukar timah hitam kepada emas dengan perantaraan batu failasuf atau al-iksr. Lebih daripada seabad kemudian iaitu pada abad kesembilan/kesepuluh Masehi, al-Razi telah menolak dimensi batin ini dan menumpukan perhatiannya kepada aspek zahir sahaja. Di sinilah mulanya kimia moden. Pendapat ini mungkin bercanggah dengan pendapat ahli sejarah sains Barat yang mengatakan bahawa kimia moden bermula dengan Robert Boyle pada abad ketujuh-belas ketika beliau dikatakan menakrif unsur secara jelas. Pada zaman dahulu hinggalah ke abad kesembilan-belas, kimia dan teknologi kimia tidak dibezakan.
Untuk kegunaan kajian ini, teknologi kimia perlu ditakrifkan sebab pada zaman moden wujud perbezaan di antara kimia dan teknologi kimia.
Teknologi kimia merupakan satu bidang teknologi yang kini amat penting dengan berbagai-bagai penggunaan dalam kehidupan manusia moden. Teknologi boleh ditakrifkan sebagai bahan atau alat hasil teknologi itu atau penukaran bahan asli atau bahan buatan kepada bahan atau alat yang berguna (lihat Wan Ramli bin Wan Daud, 1990). Teknologi kimia pula merupakan bahan-bahan kimia yang dihasilkan untuk kegunaan manusia ataupun teknik atau proses pembuatan bahan-bahan kimia ini. Kertas ini akan dimulakan dengan sorotan ringkas sejarah perkembangan teknologi kimia dari zaman purba prasejarah, zaman tamadun Mesir dan Mesopotamia purba, zaman tamadun Greek-Helenistik dan Rom, zaman tamadun Islam, zaman tamadun Barat, zaman Pertengahan dan Renaissaince, zaman Moden hinggalah ke hari ini dengan menekan sumbangan dan inovasi penting yang dihasilkan sepanjang sejarah.
Kertas ini juga akan membincangkan secara kritis beberapa permaslahan teknologi kimia moden seperti pencemaran alam sekitar dan risiko kematian dan kecederaan dan beberapa cara penyelesaiannya.
Sejarah Awal Teknologi Kimia
Tarikh awal bermulanya teknologi kimia amat sukar ditentukan kerana rekod sejarah purba terawal telah menunjukkan manusia zaman itu mempunyai sedikit pengetahuan atau ilmu tentang teknologi kimia iaitu penggunaan bahan kimia dan pemprosesan bahan kimia walau pun bilangan bahan kimia yang dihasilkan jauh lebih kecil daripada industri kimia moden. Kebanyakan bahan kimia yang dihasilkan pada zaman purba digunakan untuk kehidupan harian seperti untuk makanan, pakaian, dan perumahan dan kemudian untuk kegunaan masyarakat yang lebih canggih.
Pembuatan garam
Garam dalam bentuk yang hampir tulen merupakan bahan kimia purba terawal yang dihasilkan dengan teknologi amat rendah iaitu pengeringan air laut dan mata air bergaram dengan matahari atau pun penggalian batu garam (Derry dan Williams, 1960). Badan manusia purba memerlukan penambahan garam oleh sebab garam hilang melalui peluh, dan makanan yang dimasak lazimnya tidak mengandungi garam yang mencukupi. Oleh itu garam merupakan antara komoditi awal ekonomi purba.
Fermentasi
Proses fermentasi pula yang merupakan proses kimia (biokimia?) purba terawal diketahui oleh hampir semua tamadun purba, menghasilkan minumam keras beralkohol dengan fermentasi gula atau bahan bergula oleh yis. Di Mesir tua, fermentasi lebih dikenali sebagai penghasil cuka atau asid asetik yang bukan hanya digunakan dalam makanan tetapi juga untuk menghasilkan bahan lain.
Bahan Pewarna
Bahan berwarna untuk lukisan dan untuk pewarnaan kain juga merupakan bahan kimia purba yang penting. Lukisan di dinding gua di Sepanyol, Afrika dan Australia yang menggunakan beberapa warna seperti merah, kuning dan hijau menunjukkan manusia purba prasejarah tahu tentang bahan kimia bewarna seperti tanah liat berbijih besi (merah dan kuning), plumbum merah, dan kuprum dan ferus sulfat (hijau), dan cara menghasilkannya. Bahan pewarna kain dihasilkan daripada tumbuh-tumbuhan dan binatang. Contohnya pewarna biru dihasilkan daripada daun pohon indigo dan madder, dan pewarna merah daripada serangga Laca.
Kaca
Kaca merupakan bahan hasil teknologi kimia purba terawal. Rekod sejarah menunjukkan bahawa kaca telah dibuat di Mesir purba sejak sekitar tahun 4,000 Sebelum Masehi (Partington, 1935). Kaca dibuat dengan memanaskan campuran soda dan pasir sehingga terlebur dan menyejukkannya perlahan-lahan. Pembuatan kaca purba dibuat di kawasan Timur Laut Mediterranean sahaja termasuk di Greece.
Seramik
Seramik atau tembikar juga seperti kaca merupakan antara bahan hasil teknologi purba terawal terutama selepas roda tendang pembuat tembikar dicipta pada sekitar tahun 3,000 Sebelum Masehi. Tamadun Cina sejak zaman Dinasti Tang telah menghasilkan tembikar berwarna putih yang amat tinggi kualitinya pada sekitar tahun 500 Sebelum Masehi. Licauan digunakan kemudian di zaman Rom untuk memperbaiki ciri permukaan tembikar dari segi estetika dan untuk membolehkan gambar dilukis dengan bahan pewarna. Bahan licauan purba berwarna merah ini diperbuat daripada soda, pasir dan garam plumbum akan tetapi pada kepekatan yang lebih rendah. Bahan licauan yang basah disapu di permukaan tembikar dan dilicaukan ketika tembikar itu dibakar.
Bahan Api untuk Lampu
Keperluan pemancar cahaya yang lebih canggih daripada kayu unggun untuk manusia bekerja atau berehat pada waktu malam memulakan pengembangan lampu. Lilin merupakan pepejal lemak binatang yang mempunyai sumbu yang diperbuat daripada rumput. Dengan penemuan nyalaan yang jauh lebih terangdihasilkan daripada pembakaran minyak sayuran seperti minyak zaitun yang dicampur dengan sedikit garam, lampu minyak yang diperbuat daripada seramik dan logam pula dicipta.
Permulaan Ilmu Kimia dan Teknologi Kimia
Ilmu kimia sebagai satu disiplin telah bermula di Negeri Cina dan di Greece (Wan Fuad Wan Hassan 1990). Paradigma yang dipelopori di kedua-dua tamadun tua ini hampir sama. Mengikut ahli kimia Cina, semua benda dikatakan terjadi daripada dua unsur atau prinsip Yin dan Yang. Mengikut ahli kimia Helenistik pula, setiap benda terjadi daripada dua prinsip iaitu raksa dan belerang yang seterusnya terdiri daripada empat unsur iaitu api, udara, tanah dan air; dan empat sifat iaitu lembab, kering, panas dan sejuk. Kedua-dua pihak yakin bahawa timah hitam boleh diubah kepada emas dengan mengubah kadar prinsip-prinsip ini yang ada di dalam timah hitam itu.
Sumbangan Tamadun Islam
Paradigma kimia Cina dan Greek-Helenistik ini amat berpengaruh sehinggakan prinsip paradigma al-kimiya Islam dan alchemy yang dipengaruhi kedua-dua paradigma tua itu tidak berubah selama hampir seribu tahun. Walaupun demikian, Jabir bin Haiyyan telah menyumbang kepada paradigma kimia ini dengan tafsirannya tersendiri yang berpaut erat dengan Tawhid dan Syari`ah. Meski pun Al-Razi menolak keseluruhan paradigma Jabir dan mencadangkan paradigma al-Usul al-Khamsahnya yang tersendiri (Nasr 1976), kebanyakan ahli al-kimiya Islam dan alchemist Eropah selepas itu masih berpegang kepada paradigma Jabir sehinggalah ke abad keenam-belas apabila berlaku revolusi sains.
Sumbangan besar tamadun Islam dalam bidang teknologi kimia ialah antara lain proses penyulingan (taqtir atau tas`id), peralatan teknologi kimia dari bikar hingga ke penyuling (qar` dan al-ambiq); dan kaedah menghasilkan minyak pati (`itr), naft atau naftah (petroleum), al-kuhul (alkohol), asid galian seperti asid nitrik, sulfurik (ruh al-saj) dan hidroklorik; dan al-qali (alkali) melalui antara lain proses penyulingan ini.
Para ahli teknologi kimia Islam juga telah mencipta proses pembuatan sabun keras, memperbaiki proses pembuatan kaca, dan licauan untuk tembikar serta mencipta ubat bedil atau barud (gunpowder). Pengunaan teknologi kimia untuk menghasilkan ubat-ubatan untuk perubatan juga disorot.
Ahli al-kimiya Islam seperti Jabir dan al-Razi dalam penulisan mereka telah mengetahui bahawa pembuatan bahan kimia berlaku melalui proses-proses kimia seperti penyulingan, penyejatan, pengeringan, penurasan, penghabluran, pemejalwapan dan sebagainya (al-Hassan dan Hill 1986 dan Nasr 1976). Konsep perubahan kimia melalui beberapa peringkat proses ini merupakan satu konsep kejuruteraan kimia yang penting iaitu konsep kendalian unit. Konsep ini akan dihidupkan semula oleh perintis kejuruteraan kimia moden, G. E. Davis di England hampir seribu tahun kemudian.
Penyulingan
Walau pun ada laporan bahawa terdapat ahli kimia Helenistik di Iskandariah seperti Pliny (abad pertama Masehi), yang tahu tentang penyulingan akan tetapi penggunaannya dalam kimia Helenistik amat terhad sekali seperti yang jelas diketahui tentang kimia di zaman Helenistik itu (Davies dalam Furter, 1980). Al-Kindi dalam bukunya Kitab Kimiya al-`Itr wa al-Tas’idat (Buku tentang Kimia Minyak Pati dan Pemejalwapan (Penyulingan)) yang diterbitkan pada abad kesembilan Masehi telah memperihalkan beberapa jenis penyuling (al-Hassan dan Hill, 1986). Penyuling-penyuling ini dipanaskan oleh rendaman air ataupun oleh api, dan cecair yang mewap disejuk dan diwapcairkan di permukaan kepala penyuling dan tiub panjang dengan pemindahan haba ke udara sekeliling. Ahli kimia Islam juga telah mencipta penyuling jenis retort. Walaupunketiga-tiga jenis penyuling ini, tidak menunjukkan penyejukan sulingan dengan air akan tetapi penyejuk air sejenis penyuling yang moden masih digelar kepala orang Moor (Muslim di Maghrib). Paradoks ini hanya boleh dijelaskan dengan menganggap penyejukan sulingan dengan air merupakan perkembangan akhir penyuling dari tamadun Islam. al-Hassan seorang ahli sejarah teknologi Islam telah mencadangkan bahawa penyulingan merupakan sumbangan ahli teknologi Islam yang amat penting kepada perkembangan teknologi kimia moden (al-Hassan dan Hill, 1986).
Melalui penyulinglah, ahli kimia Islam telah berjaya mengasingkan al-’atr atau minyak pati daripada bunga dan tumbuhan seperti yang diperihalkan oleh al-Kindi dalam bukunya itu. Al-’atr merupakan bahan yang digemari oleh Rasulullah s.a.w. dan disunatkan memakainya ketika hendak menunaikan solat. Oleh itu, industri minyak pati tumbuh menjadi satu industri yang tidak ada tolok bandingnya sebelum atau selepas itu. Pusat industri ini ialah Damshik dan minyak pati dan air mawar diekspot hingga ke India dan Cina. Al-Dimashki telah menulis Kitab Nukhbat al-Dahr pada abad seterusnya tentang industri ini di Damshik (al-Hassan dan Hill 1986).
Ahli teknologi kimia Islam telah buat pertama kalinya menggunakan penyuling untuk memisahkan minyak mentah dari Baku kepada naft putih (pecahan ringan) dan naft hitam (pecahan berat). Warisan ini jelas diungkapkan dalam istilah Inggeris naphtha yang masih digunakan secara meluas untuk pecahan minyak yang mengandungi rantai lurus C6 yang juga merupakan ramuan terpenting untuk minyak petrol yang digunakan dalam enjin kebakaran dalaman kereta. Al-Razi telah memperihalkan penyulingan minyak mentah dalam Kitab Sirr al-Asrar (al-Hassan dan Hill, 1986). Industri minyak ini berkembang di Baku, Mosul, Sinai dan Khuzistan, dan daerah-daerah ini masih menghasilkan minyak mentah hinggalah ke hari ini. Sifat minyak naft sebagai pelarut dan sebagai bahan yang mudah terbakar telah dicerap dan digunakan oleh ahli teknologi kimia Islam.
Alkohol
Kebanyakan ahli sejarah teknologi Barat berpendapat bahawa alkohol telah ditemui oleh Adelard of Bath pada abad kedua-belas Masehi berdasarkan kepada karya beliau yang berjudul Mappae Clavicula tentang kegiatan perubatan di Salerno, Itali yang memperihalkan kaedah menghasilkan alkohol (al-Hassan dan Hill, 1986). Pendapat ini diperkuatkan lagi dengan karya Marcus Graecus yang berjodol Liber Ignium seabad kemudian.
Perkataan alkohol itu jelas merupakan pengInggerisan perkataan Arab al-kuhul. Proses menghasilkan al-kuhul dan sifat-sifatnya telah diperihalkan secara terperinci oleh ahli kimia Islam al-Kindi dalam Kitab Kimiya al-’Itr wa al-Tas`idat dan sifat kebolehbakarannya dicerap dan digunakan oleh Jabir bin Hayyan lebih daripada tiga abad sebelum Adelard (al-Hassan dan Hill, 1986). Adelard dan Marcus Graecus juga merupakan penterjemah karya Arab kepada Latin yang terkenal dan pengaruh karya Arab terhadap karya mereka jelas.
Jelaslah alkohol atau al-kuhul ditemui oleh ahli kimia Islam. Asid-asid Galian, Alkali dan SabunAsid-asid galian seperti asid nitrik, hidroklorik dan sulfurik yang merupakan bahan teknologi kimia yang penting dalam perkembangan industri kimia hinggalah ke hari ini, telah dihasilkan oleh ahli teknologi kimia Islam melalui penyulingan. Jabir bin Hayyan dalam Sanduq al-Hikmah telah memperihalkan proses menghasilkan asid nitrik dengan menyuling campuran nitre (kalium nitrat), vitriol Kubrus (kuprum sulfat) dan alum Yemen (aluminium sulfat). Jabir bin Hayyan tahu bahawa sekiranya asid nitrik ini dicampur dengan sal ammoniak (ammonium klorida), campuran asid nitrik-asid hidroklorik (aqua regia) yang terhasil boleh melarutkan emas yang seterusnya boleh dipisahkan daripada perak (al-Hassan dan Hill, 1986). Al-Razi telah memperihalkan proses menghasilkan asid sulfurik (ruh al-saj) dengan menyuling vitriol hijau (ferus sulfat) atau dengan membakar belerang (sulfur) pada abad kesembilan Masehi (al-Hassan dan Hill, 1986). Pendapat ahli sejarah teknologi Barat bahawa asid sulfurik dihasilkan buat pertama kalinya di Nordhausen, Eropah dengan penyulingan vitriol pada abad ketujuh-belas (Derry dan Williams, 1960) jelas tidak betul! Al-qali (alkali) amat diperlukan untuk membuat kaca, licauan dan sabun. Al-Razi telah memperihalkan kaedah menghasilkan al-qali daripada abu kayu oak dan daripada pohon solsola soda (al-Hassan dan Hill, 1986).
Sabun
Sabun merupakan bahan yang amat diperlukan oleh manusia yang bertamadun. Sabun dibuat dengan merebus lemak binatang atau sayuran dengan al-qali (soda atau potash) dan kapur.
Tarikh dan tempat proses pembuatan sabun ditemui tidak diketahui dengan jelas akan tetapi kebanyakan ahli sejarah Barat mencadangkan tarikh ini tidak lewat daripada kurun keempat Masehi (Derry dan Williams, 1960). Pendapat ini bercanggah dengan pendapat al-Hassan, seorang ahli sejarah teknologi Islam bahawa sabun mula dibuat di Tanah Islam pada kurun keenam/ketujuh masehi dan teknologi ini disebarkan di Eropah kemudian (al-Hassan dan Hill, 1986).
Kaca dan Seramik
Jabir bin Hayyan telah memperbaiki proses pembuatan kaca dengan menambah garam magnesium kepada campuran bahan mentah kaca supaya warna kemerahan dinyahkan sehingga kaca menjadi jernih. Ahli teknologi kimia Islam di Baghdad telah memperkenalkan licauan yang berasaskan garam timah untuk menghasilkan tembikar yang setanding kualitinya dengan tembikar Dinasti Tang (al-Hassan dan Hill, 1986).
Ubat Bedil
Perkembangan ubat bedil (gunpowder) dan naft oleh orang Islam merupakan salah satu pencapaian teknologi kimia Islam yang amat penting kerana pencapaian ini telah memberikan kepada tentera Islam ketinggian teknologi perang yang menyebabkan kemenangan di Ghazwah al-Mansurah melawan tentera Salib pada abad ketiga-belas Masehi (1249) dan Ghazwah `Ain Jalut menentang tentera Mongol pada abad yang sama (1260).
Kebanyakan ahli sejarah teknologi Barat bersetuju bahawa ubat bedil ini dicipta pada sekitar abad keempat-belas berasaskan kepada laporan penggunaan pertama meriam dalam peperangan di Crecy dan Calais pada tahun 1346 Masehi, seabad selepas penggunaannya dilaporkan di kedua-dua peperangan ini (al-Hassan dan Hill, 1986)! Barud telah disebut oleh al-Jawbari dalam Kitab Kashf al-Asrar pada tahun 1225 Masehi. Kaedah menyediakan barud yang tulen telah diperihalkan dengan lengkap oleh al-Hassan al-Rammah dalam Kitab al-Furusiyya bi Rasm al-Jihad pada tahun 1294 Masehi. Karya ini mengandungi 70 resipi ubat bedil. Ubat bedil lazimnya terdiri daripada barud (saltpetre atau nitre), arang dan belerang (sulfur). FarmasiAl-Razi dan al-Zahrawi merupakan dua ahli teknologi kimia yang juga ahli perubatan. Mereka mempelopori bidang iatrokimia atau kimia untuk perubatan. Al-Razi menyenaraikan proses-proses kimia untuk menghasilkan berbagai-bagai ubat-ubatan dalam bukunya Kitab al-Hawi dan al-Zahrawi juga terkenal dengan Kitab al-Tasrifnya (Nasr 1976). Iatrokimia merupakan asas kepada kimia farmasi moden.
Permulaan Teknologi Kimia Moden
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. P
ada 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). Bahan PewarnaSebelum pertengahan abad kesembilan-belas, bahan pewarna untuk tekstil dan sebagainya diperbuat daripada bahan-bahan tabii seperti pewarna biru yang dihasilkan daripada daun pohon indigo dan madder, dan pewarna merah yang dihasilkan daripada serangga Laca. Ahli kimia terkenal, van Hofmann pada tahun 1845 telah mendapati bahawa salah satu bahan yang terhasil daripada industri penggasan arang batu, benzena, bertindak balas dengan asid nitrik untuk menghasilkan nitrobenzena yang sekiranya pula diturunkan menghasilkan anilin. Beliau telah mencipta satu proses untuk menghasilkan anilin secara besar-besaran. Salah seorang pelajarnya, Perkin, setelah sedar tentang kesamaan formula alil-toluidin, suatu bahan yang berasal daripada anilin, dengan kuinin, cuba menghasilkan kuinin dengan mengoksidakan bahan itu. Proses ini gagal, akan tetapi beliau telah mencuba uji kaji yang sama terhadap anilin dan menghasilkan hablur jingga. Beliau secara tidak sengaja telah membuat bahan pewarna jingga secara sintetik! Beliau mempatenkan penemuan ini dan membina sebuah loji untuk menghasilkan bahan ini pada tahun 1857.
Kejayaan Perkin telah menggalakkan ahli-ahli kimia organik lain menumpukan perhatian kepada sintesis bahan pewarna. Pada tahun 1852, Verguin menemui magenta, dan van Hoffmann pula menunjukkan bahawa bahan pewarna magenta merupakan bahan asal untuk berbagai-bagai warna jingga. Biru rosanilin ditemui pula di Perancis, akan tetapi bahan ini tidak melarut dalam air. Nicholson mendapati sekiranya bahan pewarna ini ditindak balas dengan asid sulfurik iaitu disulfonasikan, bahan itu melarut.
Proses sulfonasi ini akhirnya amat berguna menukar banyak jenis pewarna kepada bentuk yang lebih melarut dan berasid sesuai dengan kehendak industri pewarna. Griess menemui sebatian diazo pada tahun 1862. Seterusnya, pewarna tabii pula disintesiskan. Alizarin ditemui oleh Graebe dan Liebermann di Jerman dan Perkin di England secara bebas. Caro dari syarikat Badische Anilin-und-Soda Fabrik (BASF) telah menemui proses pembuatan alizarin yang lebih berekonomi. Para penanam pohon madder kerugian berjuta ringgit dalam sekelip mata sahaja. Pada tahun 1880 pula Baeyer menemui proses membuat indigo. Tujuh belas tahun kemudian, barulah proses ini disempuranakan dengan penemuan secara tidak sengaja bahawa raksa sulfat sebagai mangkin mecepatkan lagi tindak balas ini. Banyak lagi bahan pewarna yang disentisiskan. Pada awalnya, industri bahan pewarna ini berpusat di England akan tetapi akhirnya industri ini berkembang dengan pesatnya di Jerman sehinggakan negeri itu pula menjadi pusat baru pebuatan bahan pewarna sehinggalah ke hari ini. Kemunculan Jerman sebagai gergasi pembuat bahan pewarna dunia disebabkan oleh sokongan kerajaannya yang kuat, dan kelonggaran pengurusan mengguna kakitangan teknik dalam semua aspek perniagaan ini. Ubat bedilSebelum pertengahan abad kesembilan-belas, ubat bedil yang digunakan ialah ubat bedil tradisi yang mengandungi belerang, barud dan arang seperti yang dicipta oleh orang Islam. Pada tahun 1846, dua perkembangan telah menukar sejarah ubat bedil seterusnya. Pertama ialah penemuan nitroselulosa oleh Schonbein melalui tindak balas nitrik asid dengan kapas yang merupakan sumber selulosa.Pendagangan penemuan ini pada mulanya menemui kecelakaan oleh kerana nitroselulosa tidak stabil dan mudah meledak. Kedua, pada tahun yang sama, Sobrero telah menemui nitrogliserin dengan menindak-balas asid nitrik dengan gliserin yang dihasilkan oleh industri sabun. Bahan ini mempunyai nasib yang sama seperti nitro-selulosa oleh kerana ketidakstabilannya. Masalah ini diselesaikan oleh Alfred Nobel dengan menyerap nitrogliserin ke dalam tanah liat kieselghur untuk menghasilkan dinamit. Nobel juga mencipta gelatin letupan yang mengandungi nitrogliserin dengan sedikit koloid kapas. Selepas 1880, nitrogliserin dibuat secara besar-besaran. Penitratan dilakukan dalam reaktor berpengaduk, dan hasil tindak balas dicampur dengan air yang banyak. Nitroglierin yang tidak melarut dalam air terpisah. Proses ini banyak membazirkan asid, maka proses ini diubah dengan membiarkan nitrogliserin itu terpisah dari fasa air perlahan-lahan.
Pada tahun 1866, Abel telah menunjukkan kestabilan nitroselulosa terjamin sekiranya semua baki asid nitrik dan sulfurik yang digunakan untuk pembuatannya dibuang. Penggunaan ubat bedil baru ini sebagai propelan untuk meriam dan senjata api kecil bermula pada awal dekad 1880 dengan pengenalan Poudre B di Perancis dan balistit oleh Nobel sebagai propelan yang tidak menghasilkan asap. Poudre B mengandungi nitroselulosa dan balistit mengandungi nitrogliserin, nitroselulosa, kapur barus dan jel petroleum. Cordite pula merupakan bentuk khusus balistite. Asid pikrik atau trinitrofenol yang dihasilkan melalui penitran asid karbolik atau fenol, juga digunakan sebagai lyddite, propelan untuk meriam, yang digunakan untuk pertama kalinya di Perang Omdurman oleh tentera British pimpinan General Gordon melawan gerakan kemerdekaan Sudan yang diketuai oleh Muhammad al-Mehdi.
Perbezaan antara ubat bedil tradisi dengan nitrogliserin, nitroselulosa dan asid pikrik ialah ubat bedil tradisi diletupkan dengan api, manakala nitrogliserin, nitroselulosa dan asik pikrik diletupkan melalui santakan. Cara lazim ialah dengan menggunakan tudung santakan yang mengandungi bahan yang lebih tidak stabil seperti raksa fulminat, dan tudung disantak oleh pin penembak senjata api dan meriam.
Sejarah Awal Ilmu dan Pendidikan Kejuruteraan Kimia
Teknologi kimia merujuk kepada bahan kimia atau proses pembuatan bahan tersebut. Kejuruteraan kimia pula merujuk kepada sains pembuatan kimia dan sains reka bentuk loji kimia. Sebelum pertengahan abad kesembilan-belas, kejuruteraan kimia sebagai satu disiplin masih belum wujud, kerana penekanan diberi kepada pembangunan proses dan pembangunan yang berjaya dicapai melalui penggunaan alat-alat mudah seperti relau, tanur, pot dan bekas pencampuran. Proses Solvay pula memerlukan ilmu kejuruteraan yang tinggi terutama dalam mereka-bentuk menara pengkarbonatan.
Percubaan untuk menubuhkan Society of Chemical Engineers di England pada tahun 1880 menunjukkan betapa pentingnya profesion ini ketika itu. Pada ketika itu, jurutera kimia hanyalah merupakan jurutera mekanik yang mempunyai sedikit pengetahuan tentang kimia. Proses penyulingan yang diwarisi dari Tamadun Islam melalui Itali dan Sepanyol merupakan proses terpenting dalam kejuruteran kimia. Pada mulanya penyulingan digunakan untuk menulenkan arak, akan tetapi pada abad ketujuh-belas, minyak mentah mula disuling di England. Pada pertengahan abad kelapan-belas, penyulingan tar arang batu untuk menghasilkan gas dan minyak dilakukan. Pada tahun 1860, sebuah loji penapis minyak mentah yang pertama telah dibina di Pennsylvania.
Bentuk penyuling yang digunakan hingga abad ini tidak banyak berubah daripada penyuling minyak mentah yang diperihalkan oleh al-Razi seribu tahun sebelumnya. Minyak atau tar arang batu dipanaskan secara berkelompok dengan membakar arang batu atau arang kayu, dan wap yang dihasilkan, diwapcairkan dalam lingkaran yang ditenggelamkan dalam air. Hasil sulingan dikumpulkan mengikut graviti tentu yang bergantung kepada masa dan suhu penyulingan. Satu inovasi oleh Coffey, seorang jurutera di Dublin, telah menukar secara mendadak proses penyulingan dan secara tidak langsung melahirkan bidang kejuruteraan kimia. Beliau telah mencipta sebuah penyuling alkohol selanjar yang terdiri daripada satu siri kebuk tegak bertindihan terpisah oleh plat-plat tertebuk, yang dipanaskan oleh stim hidup dan menggunakan refluks. 85% etanol boleh dihasilkan daripada larutan asal yang mengandungi 5% etanol. Kecekapan tinggi menara penyuling Coffey ini telah menyebabkan menara penyulingan seperti ini digunakan oleh industri petroleum hingga ke hari ini. Penyuling Coffey inilah merupakan bentuk asal penyuling yang kini menjadi alat piawai untuk pemisahan dan penulenan dalam hampir seluruh industri kimia masa kini. Pada tahun 1887, G. E. Davis, seorang bekas pemeriksa alkali, telah memberi suatu siri syarahan kejuruteraan kimia yang pertama di Manchester Technical School, England. Dalam syarahan ini beliau telah memperkenalkan semula proses-proses kimia Jabir-al-Razi kepada para pelajarnya yang terdiri daripada para jurutera yang berpendidikan mekanik.
Setahun kemudian, Profesor Norton memulakan kursus kejuruteraan kimia yang pertama di Jabatan Kimia, Massachusset Institute of Technology (MIT) di Amerika. Isi kursus tersebut lebih mirip kimia industri sekiranya dinilai pada zaman sekarang. Tujuh orang graduan pertama MIT telah mendapat ijazah dalam kejuruteraan kimia pada tahun 1891. Setelah kematian Norton pada tahun 1893, Profesor Thorpe mengambil alih tugasnya dan mengembangkan kejuruteraan kimia dengan menerbitkan bukunya Outlines of Industrial Chemistry pada tahun 1898. Pada tahun 1901, G. E. Davis di England telah menulis sebuah buku berjudul Handbook of Chemical Engineers yang mengandungi konsep proses kimia Jabir-al-Razi dan banyak aturan serta ilmu empirik tentang reka bentuk alat-alat proses kimia. Ketika itu, karya Reynolds dan teori kumpulan tidak berdimensi masih belum digunakan dalam kejuruteraan kimia. Pekembangan kejuruteraan kimia di MIT seterusnya didukung oleh A. A. Noyes, W. H. Walker, A. D. Little dan W. K. Lewis. Noyes ialah seorang ahli kimia fizik yang menubuhkan Makmal Kimia Fizik MIT yang terkenal di seluruh dunia dan beliau telah banyak menggunakan prinsip-prinsip kimia fizik dalam kejuruteraan kimia. Walker pula merupakan seorang ahli kimia gunaan yang menubuhkan Makmal Kimia Gunaan di MIT. Little yang kemudiannya menubuhkan syarikat perunding kejuruteraan kimia yang masyhur, Arthur D. Little Inc., merupakan orang yang pertama menggunakan istilah kendalian unit (unit operations) untuk proses-proses kimia. Pada 1908, The American Institution of Chemical Emngineers ditubuhkan.
Pada tahun 1920, Jabatan Kejuruteraan Kimia ditubuhkan di MIT dan Lewis merupakan ketuanya yang pertama sehinggalah ke tahun 1929. Pada tahun 1920, Lewis, Walker dan McAdams menulis buku berjudul Principles of Chemical Engineering yang menjadi buku utama kejuruteraan kimia untuk bertahun-tahun selepas percetakannya. University of Pennsylvania merupakan universiti kedua di Amerika yang menawarkan kursus kejuruteraan kimia pada tahun 1892, diikuti oleh Tulane University, University of Michigan dan Tuft University.
Sementara itu di England, University of Birmingham telah memulakan kursus kejuruteraan perlombongannya pada tahun 1907 yang memasukkan kendalian asas seperti penghancuran, pengisaran, penyampaian, pengpaman dan pemisahan hidraul, serta aliran bendalir. Pada tahun 1922, barulah Jabatan Kejuruteraan Petroleum ditubuhkan di Universiti ini, yang akhirnya dijadikan Jabatan Kejuruteraan Kimia pada tahun 1946. Satu lagi institusi yang memulakan kursus kejuruteraan kimia ialah Battersea Polytechnic London pada tahun 1914. Walaupun konsep kejuruteraan kimia itu dilahirkan di England oleh G. E. Davis, malangnya perkembangan pendidikan teknik yang amat perlahan di Britain ini menyebabkan disiplin kejuruteraan kimia di England hanya berkembang selepas Perang Dunia Kedua. Perkembangan teknologi kimia di Britain dimonopoli oleh industri hinggalah selepas Perang tersebut. Percubaan Davis untuk menubuhkan Society of Chemical Engineers telah diubah secara paksa oleh industri kepada Society of Chemical Industry. Davis merupakan orang pertama yang memisahkan kejuruteraan kimia daripada kimia gunaan dan teknologi kimia. Davis juga lebih gemar melakukan uji kaji untuk membangunkan sesuatu proses dan pewaris Davis, N. Swindin, meneruskan tradisi ini. Pada tahun 1922, Swindin merupakan jurutera kimia pertama yang telah menggunakan karya Osborne Reynolds dalam aliran bendalir dengan menulis buku berjudul The Flow of Liquid Chemicals in Pipes (yang berubah kemudiannya kepada The Modern Theory and Practice of Pumping) yang banyak menggunakan model Reynolds. Pada tahun yang sama The Institution of Chemical Engineers, U. K. ditubuhkan sebagai badan profesional. Di Perancis pula, walaupun institut teknik seperti Ecole Polytechnique ditubuhkan selepas Revolusinya, dan Grandes Ecole, Ecole des Mines, Ecole Centrale des Arts et Manufactures dan Conservatoire des Arts des Metiers, yang ditubuhkan pada abad kesembilan-belas, tetapi kebanyakan institut ini telah mengubah haluan ke arah sains teori. Kursus kimia dipandang rendah dan oleh sebab itulah teknologi kimia dan kejuruteraan kimia tidak mendapat tempat yang sewajarnya di institut-institut ini. Kerajaan Perancis juga menggalakkan penubuhan fakulti-fakulti sains di hampir semua bandar-bandar utamanya seperti Paris, Marseille, Montpellier, Nancy, Grenoble, Lille, Bordeaux, Caen, Rennes, dan Toulouse, dan ini menimbulkan semangat kedaerahan yang kuat sehinggakan kursus-kursus yang diajar tidak sehaluan.
Ketidakserasian ini menyebabkan ahli kimia dan ahli teknologi kimia Perancis gagal membentuk kumpulan yang kuat untuk memperjuangkan kejuruteraan kimia. Buku Principle of Chemical Engineering dari Amerika diterjemah kepada bahasa Perancis dengan tajuk Principes de Chemie Industrielle yang sebenarnya diubah supaya isinya yang bersifat teori sahaja ditekankan. Ahli teknologi kimia Perancis hanya mengambil bahagian teorinya sahaja! Jerman telah membangunkan satu sistem pendidikan teknik tinggi (terdiri daripada Technischen Hochschulen dan universiti) yang terbaik di Dunia sejak pertengahan abad kesembilan-belas lagi. Pada awal abad kedua-puluh, Jerman menghasilkan 3,000 graduan jurutera setiap tahun! Setiap Technischen Hochschulen mempunyai alat-alat yang terbaik dan belanjawan tahunan melebihi setengah juta Marks pada masa itu! Industri di Jerman seperti syarikat Bayer dan BASF pula pandai menggunakan graduan sains, teknik dan kejuruteraannya dan membayar gaji yang lumayan. Spengler, seorang ahli falsafah Jerman ketika itu telah mencadangkan penggunaan teknologi untuk meningkatkan kekuatan bangsa Jerman dan idea ini telah mempengaruhi pemimpin Jerman, A. Hitler yang berjaya membina kekuatan ketenteraan berteknologi tinggi (ketika itu) yang disokong pula dengan kompleks industri dan teknik yang kuat sekali, yang menyebabkan kehancuran yang belum pernah dialami umat manusia. Pengalaman Bayer mengguna terus ahli sains muda berPhD tidak mendatangkan hasil yang menggalakkan, maka Duisberg, mengadakan hubungan dengan Universiti melalui program pasca-doktoran dengan seorang lulusan PhD dipinjamkan ke industri dan diselia oleh seorang profesor dari Universiti. Duisberg juga telah memisahkan ahli kimia dengan jurutera dan oleh sebab itulah kejuruteraan kimia tidak berkembang di Jerman pada awal sejarah teknologi kimia di sana.Sehingga 1955, Jerman masih tidak menerima bidang kejuruteraan kimia. Di Canada, kursus kejuruteraan kimia pertama telah ditawarkan di Queen’s University di Kingston pada tahun 1902. Pensyarah utamanya ialah Dr. Waddell. Profesor Ellis dan Dr. Bain telah memulakan kursus kejuruteraan kimia di Toronto University pada tahun 1904. Ini diikuti pula oleh penawaran kursus kejuruteraan kimia di University Saskatchewan, Alberta, British Columbia dan McGill. Perkembangan di kalangan institut pendidikan tinggi berbahasa Perancis di Quebec amat perlahan oleh sebab pengaruh dari Perancis. Perkembangan kejuruteraan kimia di tempat lain seperti di Itali dan Jepun merupakan himbauan daripada perkembangan di Amerika, Britain dan Jerman.
Perkembangan Teknologi Kimia Moden
Seperti yang telah disebut sebelum ini, bahawa pada ambang abad kedua-puluh ini, industri kimia terbesar berada di Jerman kerana kaki tangan tekniknya yang bermutu tinggi. Kehebatan teknologi Jerman dicontohi oleh pengembanagn proses pembuatan ammonia Haber-Bosch. Ammonia amat diperlukan untuk membuat asid nitrik yang merupakan bahan utama dalam pembuatan bahan letupan, ubat bedil dan baja bernitrogen. Fritz Haber memenangi Anugerah Nobel untuk kimia pada tahun 1918 kerana telah berjaya menghasilkan ammonia dengan tindak balas langsung nitrogen dan hidrogen pada 200 atmosfera dan 600oC dengan kehadiran mangkin uranium karbid atau osmium (ferus oksida digunakan kemudian).
Pembinaan reaktor skala industri pada tekanan dan suhu yang tinggi ini merupakan satu cabaran kejuruteraan yang amat berat. Kehebatan jurutera BASF terserlah setelah proses ini berjaya ditingkatkan kepada loji pengeluaran pada tahun 1913. Hanya selepas 1920, barulah proses ini digunakan di luar Jerman, setelah teknologi membuat alat yang boleh menahan tekanan dan suhu yang tinggi diketahui. Sebelum ini, stok suapan untuk bahan kimia organik diperolehi daripada tar arang batu yang disuling untuk menghasilkan bahan seperti benzena, toluena, naftalena, fenol, piridin dan antracena. Tar arang batu ini menjadi bahan stok suapan utama Eropah sehinggalah pada Perang Dunia Kedua. Dengan pengeluaran minyak mentah pertama di Pennsylvania, satu lagi bahan stok suapan, iaitu minyak mentah yang mengandungi seperlima karbon, dilahirkan. Amerika telah mengembangkan industri petroleum ini, sehinggakan pengetahuan tentang pengeluaran dan penapisan minyak banyak terpengaruh dengan istilah Amerika. Pada mulanya, gas yang diperolehi ketika minyak dikeluarkan, dibakar begitu sahaja kerana teknologi memprosesnya dan menghantarnya ke tempat penggunaan yang jauh masih belum diketahui.
Dengan perkembangan teknologi tekanan tinggi dan refrigerasi terutama selepas Perang Dunia Kedua, gas asli yang terdiri daripada metana dikeluarkan dan dihantar melalui paip atau disejukkan hingga berbentuk cecair dan dihantar dengan kapal tangki atau lori tangki berrefrigerasi. Gas propana dan butana pula boleh disimpan dalam keadaan cecair pada tekanan sekitar 6 hingga 9 atmosfera pada suhu bilik untuk menghasilkan gas petroleum cecair (LPG). LPG ini dihantar dengan kapal dan lori tangki; dan sekiranya dimuatkan dalam botol tekanan tinggi, boleh digunakan sebagai bahan api di dapur. Antara bahan organik yang banyak digunakan hingga ke hari ini ialah polimer atau yang dikenali umum sebagai plastik. Beberapa perkembangan pada akhir abad kesembilan-belas ialah penciptaan seluloid, satu bahan polimer termo-plastik dan galalith, satu polimer termoset. Polimer termo-plastik menjadi lembut sekiranya dipanaskan dan boleh dibentuk. Proses ini berbalik. Polimer termo-set pula tidak boleh diubah bentuk setelah dibentuk. Baekeland telah menggunakan tindak balas fenol dengan fomaldehida untuk menghasilkan plastik termo-set yang dikenali sebagai Baekelite. Penemuan Polythene atau polietilena berketumpatan rendah (LDPE) oleh ICI pada tahun 1941 pada tekanan dan suhu yang tinggi, merupakan suatu revolusi, kerana polimer ini termo-plastik iaitu polimer ini boleh dibentuk dengan mudah. Polivinilklorida (PVC) dicipta secara berasingan oleh Amerika dan Jerman pada tahun-tahun 30-an. Dua lagi polimer yang penting, polistirena dan polimetilmetakrilat (perspeks), dicipta pada dekad yang sama. K. Ziegler dan G. Natta dianugerahkan anugerah Nobel untuk kimia pada tahun 1963 kerana telah mencipta proses bertekanan dan bersuhu rendah untuk menghasilkan polietilena berketumpatan tiggi (HDPE) dengan kehadiran mangkin Ziegler-Natta pada tahun 1953. Polimer nilon yang digunakan untuk tekstil dicipta selepas Perang Dunia Kedua oleh Carothers. Getah sintetik diusahakan oleh Jerman pada tahun-tahun 30-an kerana kebimbangan mereka tentang bekalan getah asli yang mungkin terputus. I. G. Farben mencipta getah Buna-S (butadiena/stirena) dan Buna-N (butadiena/akrilonitrida). Amerika pada mulanya bergantung kepada getah simpanannya yang besar akan tetapi dalam Perang Dunia Kedua juga berusaha membuat getah sintetik setelah Jepun menakluk Asia Tenggara.
Bahan polimer kini digunakan dalam hampir semua kegiatan manusia sama ada di rumah pada dirinya sendiri atau ditempat bekerja dan berhibur.
Perkembangan Kejuruteraan Kimia Kini
Kejuruteraan kimia bermula dengan pengenalan kepada kendalian unit yang dipelopori oleh Davis dan Little, sebagai unit asas kepada sebarang loji kimia. Morfologi loji kimia umum merupakan satu siri kendalian unit yang berhubung kait, iaitu penyedian bahan mentah, reaktor, pemisahan, dan penulenan. Bahan mentah disediakan melalui pemanasan, pencampuran, pencairan, penghancuran, pengisaran, pengewapan dan sebagainya. Bahan mentah seterusnya ditindak balas dalam reaktor. Hasil tindak balas dipisahkan untuk mengasingkan bahan yang dikehendaki. Sebahagian baki bahan tindak balas dan sebarang bahan lain diedar semula ke suapan reaktor dan sebahagian lagi dibuang atau bahan berguna yang lain iaitu hasil sampingan diasingkan dan bakinya dirawat sebelum dibuang. Bahan yang terasing ditulenkan. Konsep imbangan digunakan secara meluas. Aliran-aliran jisim dan tenaga masuk dan keluar daripada alat atau sistem hendaklah seimbang sama ada proses itu pada keadaan mantap atau tidak mantap. Pendekatan lama ini kian menghadapi cabaran setelah ramai para ahli akademik kejuruteraan kimia melakukan kajian terhadap masalah yang dihadapi dalam bidang ini. Gerakan penyatuan ilmu bermula apabila para pengkaji sedar bahawa dalam semua proses kendalian unit dan reaktor, wujud persamaan atau analogi yang kian ketara antara aliran bendalir, resapan jisim dan pemindahan haba.
Ahli fizik seperti Newton (takrif kelikatan), Navier, Cauchy, Poisson, de St. Vinent dan Stokes (tensor tegasan linear) telah meletakkan asas bidang aliran bendalir, sementera Fourier pula menakrifkan fluks haba dan Fick menurut pula dengan fluks resapan. Pada dekad 30-an, termodinamik klasik gunaan dan kawalan proses mula diserap ke dalam kejuruteraan kimia. Termodinamik, selain daripada memperkuatkan lagi konsep imbangan tenaga, juga memperkenalkan konsep yang baru iaitu keseimbangan fasa dan kimia. Sejak itu, keseimbangan memainkan peranan yang penting dalam kejuruteraan kimia. Setelah kualiti hasil yang lebih tinggi diperlukan dan harga bahan dan tenaga meningkat, keperluan untuk mengawal proses supaya kualiti hasil dijamin dan sumber tenaga dan bahan mentah tidak terbazir, kawalan proses mula diperkenalkan. Kawalan proses menggunakan kawalan pneumatik mula diperkenalkan. Pada dekad 40-an pula, kinetik kimia gunaan dan reka bentuk proses ditekankan dengan membahagi-bahagikan loji kimia kepada reaktor, pemisahan dan penulenan. Analisis reaktor bermatematik untuk menghasilkan reka bentuk reaktor atau untuk menganalisis prestasi reaktor dikembangkan dengan pesatnya. Idea aliran tidak unggul dan taburan masa mastautin dalam reaktor diperkenalkan.
Teori pemisahan yang melibatkan kendalian pemindahan jisim seperti penyulingan, penyerapan gas, dan ekstraksi cecair-cecair disatukan dengan analisis dan model yang sama. Selepas Perang Dunia Kedua, penglibatan para jurutera kimia dengan masalah yang baru seperti pengendalian polimer yang mempunyai kelikatan yang tinggi menyebabkan mereka mendalami sains asas. Selepas 1955, penekanan kepada kendalian unit dikurangkan dan para jurutera kimia terlibat dalam penyelidikan yang berbentuk asas yang mirip penyelidikan sains dan hasilnya digelar sains kejuruteraan.
Penemuan fizik dalam aliran bendalir, resapan jisim dan pemindahan haba digali, dikaji dan digunakan. Kesamaan persamaan-persamaan untuk ketiga-tiga proses ini, menyebabkan Bird et al. 1966 contohnya mengelaskan semuanya di bawah fenomena pengangkutan. Penyatuan yang diidam-idamkan terhasil dalam konsep pengangkutan momentum, jisim dan tenaga yang diungkapkan oleh persamaan-persamaan imbangan momentum, jisim dan tenaga.
Teknologi Kimia dan Masalah Alam Sekitar dan Keselamatan
Sebahagian daripada bahan kimia yang dihasilkan oleh teknologi kimia bersifat toksik kepada manusia dan hidupan lain seperti ammonia, klorin, logam berat, peracun serangga dan rumpai, dan sebahagian lagi mudah terbakar dan meledak seperti bahan api gasolin, gas asli, dan gas petroleum cecair menyebabkan kerosakan dan kematian manusia. Kes keracunan DDT do Amerika, Dioxin di Eropah, logam berat di Jepun dan bahan perantara peracun di India pada tahun-tahun 60-an, 70-an dan 80-an yang menyebabkan beribu orang mati dan cedera parah telah menyebabkan kerajaan negara maju dan membangun, mengetatkan lagi undang-undang kualiti alam sekitar pada dekad 80-an. Setiap projek yang baru dan di sesetengah negara projek yang ada diwajibkan mengadakan kajian impak alam sekitar (EIA) untuk mentaksir sejauh mana loji tersebut membawa kesan terhadap alam sekitar dan penduduk di sekelilingnya. Letupan dan kebakaran di Flixborough di England yang mengorbankan lebih 100 orang, dan letupan dan kebakaran di Feyzin, France yang menyebabkan ramai orang mati, mendorong kerajaan negara maju seperti U. K. menggubal peraturan untuk mengawal bahaya kemalangan besar industri (CIMAH) dengan mewajibkan semua loji lama dan baru melakukan kajian pentaksiran risiko berkuantitatif (QRA) supaya risiko yang dihadapi oleh pekerja loji dan penduduk di sekililing tidak melebihi aras kriterion yang selamat. Kerjaan Malaysia, melalui Jabatan Keselamatan dan Kesihatan Pekerjaan, telah menggubal peraturan yang sama yang kini telah diwartakan. Perkembangan ini telah memaksa bidang kejuruteraan kimia memberi perhatian kepada pengurusan bahan buangan terutama yang menyebabkan ketoksikan dan bahaya kebakaran dan letupan. Bidang kejuruteraan rawatan bahan buangan yang dipelopori oleh para jurutera awam, kini dijuarai juga oleh para jurutera kimia terutama dalam proses pelupusan yang melibatkan proses-proses biologi dan pembakaran. Banyak proses baru rawatan bahan buangan merupakan hasil penyelidikan kejuruteraan kimia. Pemodelan kesan kumbahan udara atau air terhadap alam sekitar dikaji. Kurikulum pengajian kejuruteraan kimia juga mewajibkan pelajar mengambil kursus pengurusan bahan buangan dan mewajibkan reka bentuk sistem rawatan bahan buangan dalam projek reka bentuk tahun akhir. Bidang kejuruteraan keselamatan yang dipelopori oleh industri kuasa nukleus, seperti kejuruteraan kebolehharapan dan pentaksiran risiko kini telah diserapkan dalam kejuruteraan kimia. Kajian bahaya dan kebolehkendalian (HAZOP) dipelopori oleh kejuruteraan kimia untuk membantu dalam proses pemodelan sebab (Liu et al. 1987). Pemodelan serakan gas ringan dan gas berat dalam atmosfera dalam pemodelan akibat juga dipelopori oleh para jurutera kimia.
Bioteknologi
Kemunculan bioteknologi pada pertengahan dekad 70-an sebagai teknologi pilihan kepada teknologi kimia memberi harapan satu teknologi tinggi akan muncul yang dapat menyelesaikan masalah menghasilkan bahan-bahan biologi secara besar-besaran dan menghasilkan bahan yang mudah dibiorosot.
Bioteknologi boleh ditakrifkan sebagai satu teknologi pemprosesan untuk menghasilkan barangan dan perkhidmatan melalui penggunaan proses-proses biologi. Pada ambang dekad 80-an, beberapa syarikat bioteknologi telah muncul seperti Genetech, Cetus, Biogen dan Genex yang bertujuan menggunakan teknik-teknik baru kejuruteraan gen dan penghasilan antijasad monoklon. Pada pertengahan dekad 80-an, tindak balas rantai polimeras (PCR) yang boleh menyalin bahagian tertentu DNA dalam beberapa jam sahaja telah ditemui. Pertemuan ini merupakan satu pencapaian yang revolusi kerana bahan-bahan biologi tertentu boleh dihasilkan dengan mudah. Kajian kini tertumpu kepada menghasilkan faktor mensimulasi koloni, faktor tumbesaran untuk mengubati luka, vaksin untuk AIDS, sitokin dan penerima untuk mengubat penyakit yang autoimun dan antijasad monoklon untuk mengubat kanser dan penyakit lain. Dari segi kejuruteraan kimia, proses untuk membanyakkan penghasilan bahan-bahan biologi dilakukan dalam proses fermentasi. Masalah besar proses bioteknologi, ialah bahan yang dikehendaki berada dalam sup fermentasi pada kepekatan yang rendah. Kos untuk memisah dan menulen bahan ini amatlah tinggi dan kegiatan kejuruteraan kimia kini tertumpu kepada mencipta proses pemisahan dan penulenan yang murah seperti kromatografi elusi. Penumpuan juga dibuat terhadap penghasilan transduser biologi yang boleh mengesan pembolehubah proses termasuk kepekatan bahan biologi yang amat kecil. Perkembangan yang mungkin menyelesaikan masalah alam sekitar yang timbul daripada penggunaan polimer yang meluas ialah penghasilan polimer biologi yang boleh biorosot oleh proses bioteknologi. Polihidroksibutirat (PHB) dan polihidroksivalerat (PHV) yang akan dipasarkan oleh ICI, dihasilkan oleh alicaligenes eutrophus apabila organisme itu tidak diberi nitrogen, fosfat, magnesium atau sulfat. PHB bukan sahaja setara dengan polipropilena dari segi sifat, bahkan ia juga boleh biorosot dalam masa dua bulan..
Penutup
Industri kimia di Amerika dan Eropah sedang menghadapi kebuntuan dan pertumbuhan yang hampir sifar. Perkara ini berlaku kerana teknologi kimia juga sudah mencapai tahap kematangannya dan tidak ada penemuan baru berlaku seperti yang berlaku selepas Perang Dunia Kedua. Dari tinjauan yang diambil daripada Petrochemical Handbook yang diterbitkan oleh jurnal Hydrocarbon Processing pada tahun 1991 menunjukkan bahawa teknologi untuk menghasilkan berbagai-bagai bahan tidak banyak berubah secara asas.
Perubahan hanya tertumpu kepada peningkatan upaya mangkin, dan cara pemprosesan. Faktor kedua ialah pemindahan industri kimia dari Eropah dan Amerika ke Asia-Pasifik termasuk Malaysia, Australia, Indonesia, Korea dan Taiwan. Pembaikan akta pemeliharaan alam sekitar dan keselamatan juga menaikkan kos pembinaan dan pengendalian loji kimia. Untuk dekad terakhir abad kedua-puluh ini, perubahan teknologi kimia tidak berbentuk revolusi lagi.
Rujukan
Bird, R. B., Stewart, W. E. dan Lightfoot, E. N. 1966. Transport Phenomena, John Wiley, New York. Derry, T. K. dan Williams, T. I. 1960. A Short History of Technology From the Earliest Times to A.D. 1900, Oxford at the Clarendon Press. Forbes, R. J. 1948. Short History of the Art of Distillation, E. J. Brill, Leiden. Furter, F. W. 1980. History of Chemical Engineering, American Chemical Society, Washington, D. C. al-Hassan, A. Y. dan Hill, D. R. 1986. Islamic Technology : An Illustrated History, Cambridge University Press, Cambridge dan UNESCO, Paris. Kranzberg, M. dan Pursell Jr., C. W. 1967. Technology in the Western Civilization, Vol. I & II, Oxford University Press, New York. Liu, Y. A., McGee, H. A. dan Epperly, W. R. 1987. Recent Developments in Chemical Process Plant Design, John Wiley, New York. Nasr, S. H. 1976. Islamic Science: An Illustrated Study, World of Islam Festival Trust, London. Needham, J. 1986. Science and Civilisation in China, Jil. 5, Cambridge University Press, London. Partington, J. R. 1975. Origins and Development of Applied Chemistry, Arno Press, New York. Wan Fuad Wan Hassan. 1990. Ringkasan Sejarah Sains, Dewan Bahasa dan Pustaka, Kuala Lumpur. Wan Ramli bin Wan Daud. 1990. Islamic Technology: A Preliminary Study, MAAS J. Islamic Science, Vol. 6, No. 1, ms. 79 – 85. Williams, T. I. 1982. A Short History of Twentieth Century Technology, Clarendon Press, Oxford.
0 komentar:
Speak up your mind
Tell us what you're thinking... !