MAKALAH_KIMIA_KATALIS[1].pdf

7/17/2019 MAKALAH_KIMIA_KATALIS[1].pdf

http://slidepdf.com/reader/full/makalahkimiakatalis1pdf 1/28

MAKALAH KIMIA KATALIS

Oleh:

Windi Riyadi

1113096000037

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

PROGRAM STUDI KIMIA

UIN SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA



BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Pengertian Katalis

Katalis adalah senyawa yang ketika ditambahkan ke reaksi kimia, mengurangi energi aktivasi danmeningkatkan laju reaksi. Jumlah katalis tidak berubah selama reaksi, karena tidak dikonsumsi sebagai

bagian dari proses reaksi. Katalis menurunkan energi yang dibutuhkan untuk mencapai keadaan transisi

pada reaksi, memungkinkan interaksi yang lebih pada molekul untuk mencapai keadaan tersebut. Namun, katalis tidak mempengaruhi proses reaksi yang berlangsung. Dengan kata lain, meskipunkatalis mempengaruhi kinetika reaksi, keadaan ekuilibrium tetap, tidak terpengaruh. Katalisator adalahSebuah zat yang meningkatkan laju reaksi kimia tanpa dikonsumsi dalam proses reaksi.

Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa

mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat ataumemungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi.

Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis mengurangienergi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi.

I.2. Sejarah Katalis

Istilah katalisator berawal dari penelitian Berzelius (1836) tentang proses proses pemercepatan lajureaksi dan menjabarkannya sebagai akibat adanya gaya katalisis. Sebutan “gaya” katalisis ternyata tidak

terbukti, tetapi istilah katalisator tetap digunakan untuk menyebuitkan pengaruh substansi tertentu yangikut dalam proses tanpa mengalami perubahan. Senyawa yang menurunkan laju reaksi biasa disebutsebagai katalisator negatif atau inhibitor, yang saat ini lebih dikenal dengan istilah katalis.

Definisi katalis pertama kali dikemukakan oleh Ostwalsd sebagai suatu substansi yang mengubah

laju suatu reaksi kimia tanpa merubah besarnya energi yang menyertai reaksi tersebut. Pada tahun 1902Ostwald mendefinisikkan katalis sebagai substansi yang mengubah laju reaksi tanpa terdapat sebagai

produk pada akhir reaksi, dengan kata lain katalisator mempengaruhi laju reaksi dan berperan sebagaireaktan sekaligus produk reaksi. Selanjutnya pada tahun 1941, Bell menjelaskan substansi yang dapatdisebut sebagai katalis suatu reaksi adalah ketika sejumlah tertentu substansi ditambahkan maka akan

mengakibatkan laju reaksi bertambah dari laju pada keadaan stoikiometri biasa. Jika substansi tersebutditambahkan pada reaksi maka tidak mengganggu kesetimbangan.

Beberapa katalis ternama yang pernah dikembangkan di antaranya:

Katalis Asam-Basa

Katalis asam-basa sangat berperan dalam perkembangan kinetika kimia. Awal penelitian kinetika

reaksi yang dikatalisis dengan suatu asam atau basa bersamaan dengan perkembangan teori dissosiasi

elektrolit, dimana Ostwald dan Arrhenius membuktikan bahwa kemampuan suatu asam untukmengkatalisis reaksi tersebut adalah tidak bergantung pada sifat asal anion tetapi lebih mendekatidengan sifat konduktivitas listriknya. Penelitian lain yang menggunakan katalis asam basa antara lainKirrchoff yang meneliti hidrolisis pati oleh pengaruh asam encer, Thenard yang meneliti dekomposisin

hidrogen peroksida oleh pengaruh basa dan Wilhelmy yang meneliti tentang inversi tebu yangdikatalisis dengan asam.

Katalis Ziegler-Natta

Katalis Ziegler-Natta ditemukaan poleh Ziegler pada tahun 1953 yang digunakan untuk polimerisasi etana, yang selanjutnya pada tahun 1955 Natta menggunakan katalis tersebut untuk

https://id.wikipedia.org/wiki/Laju_reaksi

https://id.wikipedia.org/wiki/Reaksi_kimia

https://id.wikipedia.org/wiki/Energi_aktivasi

https://id.wikipedia.org/wiki/Energi_aktivasi





polimerisasi propena dan monomer jenuh lainnya. Katalis Ziegler-Natta dapat dibuat denganmencampurkan alkil atau aril dari unsur golongan 11-13 pada susunan berkala, dengan halida sebagai

unsur transisi. Saat ini katalis Ziegler-Natta digunakan untuk produksi masal polietilen dan polipropilen.

Katalis Friedle-Crafts

Pada tahun 1877 Charles Friedel dan James M.Crafts mreakukan penelitian tentang pembuatan

senyawa amil iodida dengan mereaksikan amil klorida dengan aluminium dan yodium yang ternyatamenghasilkan hidrokarbon. Selanjutnya mereka menemukan bahwa pemakaian aluminium klorida

dapat menggantikan alumunium untuk menghasilkan hidrokarbon. Dengan demikian Friedel dan Craftsmerupakan orang pertama yang menunjukkan bahwa keberadaan logam klorida sangat penting sebagaireaktan atau katalis. Hingga saat ini penerapan kimia Friedel-Crafts sangat luas terutama di industrikimia.

Katalis dalam Reaksi Metatesis

Pada tahun 1970 Yves Chauvin dari Institut Francais du Petrole dan Jean-Louis Herrison

menemukan katalis logam karbena (logam yang dapat berikatan ganda dengan atom karbon membentuksenyawa), atau dikenal juga dengan istilah metal alkilidena. Melalui senyawa logam karbena ini,

Chauvin berhasil menjelaskan bagaimana susunan logam berfungsi sebagai katalis dalam suatu reaksidan bagaimana mekanisme reaksi metatesis. Metatesis dapat diartikan sebagai pertukaran posisi atom

dari dua zat yang berbeda. Contohnya pada reaksi AB + CD -> AC + BD, B bertukar posisi dengan C.

Katalis Grubbs

Perkembangan penemuan Chauvin dan Schrock terjadi tahun 1992 ketika Robert Grubbs danrekannya Grubbs berhasil menemukan katalis metatesis yang efektif, mudah disintesis, dan dapat

diaplikasikan di laboratorium secara baik. Mereka menemukan tentang logam rutenium tantalum,tungsten, dan molybdenum (komplek alkilidena) sebagai logam yang paling cocok sebagai katalis.Katalis menjadi standar pembanding untuk katalis yang lain. Penemuan katalis Grubbs secara tidaklangsung menambah peluang kemungkinan sintesis organik di masa depan.

Sistem Katalis Tiga Komponen

Sebuah sistem katalis dengan tiga komponen berhasil digunakan untuk membuat polimer

bercabang dengan struktur-struktur yang tidak bisa didapat dengan sebuah katalis tunggal atau sepasangkatalis yang bekerja bergandengan. Pada tahun 2002 Guillermo C. Bazan, seorang profesor kimia dan

material di University of California, Santa Barbara; mahasiswa pascasarjana Zachary J. A. Komon; danrekan kerja di Santa Barbara dan Symyx Technologies sudah mendemonstrasikan sebuah sistem dengantiga katalis yang homogen; ketiga campuran bekerja sama mengubah sebuah monomer tunggal - etilen

- menjadi polietilen bercabang. Jumlah dan jenis cabang yang dihasilkan dapat dikontrol denganmenyesuaikan komposisi campuran katalisnya. Tiga katalis ini terdiri dari dua persenyawaan

organonikel dan sebuah persenyawaan organotitanium. Satu dari katalis dengan unsur dasar nikelmengubah etilen menjadi 1-butena, sedangkan yang lainnya mengubah olefin menjadi penyebaran dari1-alkena. Persenyawaan titanium menggabungkan etilen dari hasil reaksi-reaksi lainnya menjadi

polietilen.

I.3. Jenis Katalis

# Penggolongan katalis berdasarkan fasenya di dalam sistem reaksi:

(1) Katalis homogenYakni jika fase katalis sama dengan fase reaktan dan fase produk reaksi (atau: fase katalis = fase

reaksi). Yang paling umum berupa fase cair, dengan katalis dan reaktan berada dalam larutan. Katalishomogen merupakan katalis yang mempunyai fasa sama dengan reaktan dan produk. Penggunaan

katalis homogen ini mempunyai kelemahan yaitu: mencemari lingkungan, dan tidak dapat digunakankembali. Contoh Katalis Homogen : Katalis dan pereaksi berwujud gas, dan katalis dan pereaksi



berwujud cair. Sebagian besar reaksi katalis homogen adalah asam basa, seperti halnya reaksi hidrolisisdari ester atau mutarotasi glukosa.:

Keunggulan: aktivitas dan selektivitasnya tinggi, tidak mudah teracuni oleh keberadaan pengotor,mudah dioperasikan, mudah dimodifikasi, mudah untuk dipelajari. Kekurangan: sulit dipisahkan daricampuran reaksi, kurang stabil pada suhu tinggi. Karena alasan-alasan tersebut, katalisis homogenterbatas penggunaannya di industri, biasanya dalam pembuatan zat kimia khusus, obat-obatan, dan

makanan; kecuali pada produksi asam asetat, proses alkilasi olefin, dan hidroformilasi.Katalis homogen adalah suatu jenis dari katalisis di mana katalis menempati fase yang sama dengan

reaktan. Katalis homogen adalah senyawa yang ada dalam fase yang sama (gas atau cair) sebagaireaktan. Campuran homogen adalah Sebuah zat yang seragam dalam komposisi. Katalisis asam, katalisorganologam, dan katalisis enzimatik adalah contoh katalis homogen. Paling sering, katalis homogenmelibatkan pengenalan katalis fase cair ke dalam larutan reaktan. Dalam kasus tersebut, asam dan basa

sering katalis sangat efektif, karena mereka dapat mempercepat reaksi dengan mempengaruhi polarisasiikatan. Katalis homogen digunakan dalam berbagai aplikasi industri, karena memungkinkan untuk

peningkatan laju reaksi tanpa peningkatan suhu. Katalis homogen umumnya bereaksi dengan satu ataulebih pereaksi untuk membentuk suatu perantara kimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk

akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Berikut ini merupakan skema umumreaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya:

A + C → AC (1)

B + AC → AB + C (2)

Meskipun katalis (C) termakan oleh reaksi 1, namun selanjutnya dihasilkan kembali oleh reaksi 2,

sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi,

A + B + C → AB + C

Contoh katalis homogen: Reaksi berkatalis homogen, fase gas

CO (g) + ½ O2 (g) → CO2 (g) katalis: NO (g)CH3CHO (g) → CH4 (g) + CO (g) katalis: uap I2

Reaksi berkatalis homogen, fase cair

C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 katalis: asamCH3COOC2H5 + H2O → CH3COOH + C2H5OH katalis: asam

Katalis gas NO2 pada pembuatan gas SO3.Katalis gas Cl2 pada penguraian N2O

Proses katalitik pada reaksi berkatalis homogen berlangsung melalui pembentukan senyawa kompleksdan penyusunan ulang antara molekul-molekul reaktan dengan ligan katalis.

(2) Katalis heterogenYakni jika fase katalis tidak sama dengan fase reaktan dan/atau fase produk reaksi (atau: fase

katalis ≠ fase reaksi). Pada umumnya: fase katalis → padatan, fase reaksi → gasSifat-sifat katalis heterogen: Mudah dipisahkan dari campuran reaksi, Tahan dan stabil terhadap suhurelatif tinggi, Mudah disiapkan dalam bentuk pellet katalis padat, Konstruksinya sederhanaHingga tahun 1980-an: sekitar 90% katalis yang digunakan di dalam proses industri kimia berupakatalis heterogen. Katalis heterogen biasanya membutuhkan pendukung (support), karena pendukung

katalis memiliki kekuatan mekanik, tahan panas, mempunyai kerapatan ruah yang optimal, dan



kemampuan pelarutan fase aktif. Dalam mempelajari katalis asam basa akan diketahui katalisator asamspesifik, katalisator basa spesifik, katalisator asam umum dan katalisator basa umum.

Satu contoh sederhana untuk katalisis heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaandi mana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerap. Ikatan dalam substrat-substratmenjadi lemah sedemikian sehingga memadai terbentuknya produk baru. Ikatan atara produk dankatalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas.

Contoh: Katalis padat Fe untuk Proses Haber pada pembuatan amonia:

N2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g)

Katalis padat Fe2O3-BiO2 untuk oksidasi amonia pada pembuatan asam nitrat:

4 NH3 (g) + 5 O2 (g) ↔ 4 NO (g) + 6 H2O (g)

Katalis padat Ni pada hidrogenasi hidrokarbon:

R1CH=CHR2 (l) + H2 (g) → R1CH2CH2R2 (l)

(minyak tak jenuh) (lemak jenuh)

Katalis arang (C) pada pembuatan asam khlorida:

H2 (g) + Cl2 (g) → 2 HCl (g)

Katalis logam Ni pada reaksi hidrogenasi etena ( C2H4 ).

Katalis logam Rodium atau Iridium pada proses pembuatan asam etanoat.

Katalis logam Ni pada proses pembuatan mentega.

Katalis logam V2O5 pada reaksi pembuatan asam sulfat ( proses Kontak )

# Penggolongan katalis berdasarkan keberadaannya di alam:

(1) Katalis biokimiaDisebut juga enzim. Merupakan senyawa protein berukuran koloid. Dijumpai dalam sistem

biokimia dan makhluk hidup. Contoh: enzim-enzim dalam sistem pencernaan tubuh manusia enzim-enzim dalam tumbuhan. Bekerja pada suhu ambient . Setiap enzim mempunyai suhu optimum (suhu

operasi ketika aktivitasnya mencapai maksimum). Peningkatan suhu di atas suhu optimumnya akanmengakibatkan kerusakan enzim (denaturasi protein). Contoh: Enzim amilase = membantumenghidrolisis amilum menjadi maltose; Enzim katalase = menguraikan H2O2 menjadi O2 dan H2O;

Enzim lipase = menguraikan lipid menjadi gliserol dan asam lemak.

(2) Katalis yang dibuat oleh manusia (man-made catalyst)Bekerja pada suhu relatif tinggi. Sebagian besar berupa katalis padat. Contoh: Katalis V2O5 untuk

reaksi oksidasi SO2 : SO2 (g) + ½ O2 (g) ↔ SO3 (g)Katalis Fe-base untuk reaksi sintesis amonia: N2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g)

Katalis oksida Cu-Zn untuk reaksi sintesis metanol: nmCO (g) + 2 H2 (g) ↔ CH3OH (g)

I.5. Karakteristik Katalis

Katalis tidak mengalami perubahan yang permanen dalam reaksi, tapi terlibat dalam mekanisme

reaksi. Katalis mempercepat laju reaksi tetapi tidak mengubah jenis maupun jumlah hasil reaksi.

Katalis dapat menurunkan energi aktivasi, tetapi tidak mengubah entalpi reaksi.

Katalis mengubah mekanisme reaksi dengan menyediakan tahap-tahap yang mempunyai energi

pengaktifan lebih rendah.

Katalis mempunyai aksi spesifik, artinya hanya dapat mengkatalisis reaksi tertentu.

Katalis hanya diperlukan dalam jumlah sedikit.

Katalis dapat teracuni.

https://id.wikipedia.org/wiki/Substrat

https://id.wikipedia.org/wiki/Substrat



Kerusakan aktivitas katalis ditunjukkan dengan adanya peningkatan aktivitas berlebih atau penghambatan aktivitas. Kerusakan aktivitas katalis dapat disebabkan karena adanya

kerusakan fisik atau kerusakan kimia katalis. Kerusakan fisik katalis misalnya dapatdisebabkan oleh pengkristalan material pendukung katalis atau kerusakan fisik pas katalisnyasendiri. Pengikatan logam berat seperti merkuri, arsen, timah hitam dll. merupakan contohkerusakan kimia katalis dan biasanya bersifat permanen.

Jika sifat kerusakannya tidak permanen, maka katalis tersebut biasanya masih dapatdiregenerasi. Jika kerusakan aktivitas katalis disebabkan oleh kerusakan pada pendukung yangtahan panas, seperti alumina, yang disebabkan oleh penjerapan karbon atau tar, maka

pembakaran alumina pada suhu dibawah 500oC dapat menghilangkan karbon dan tar tersebut.Selanjutnya, melalui serangkaian pengolahan reduksi, aktivitas katalis akan dapat dimunculkankembali.

I.6. Faktor dalam pemilihan katalis

Secara umum pemilihan katalis adalah berdasarkan pada 5 faktor utama sebagai berikut :• Initial activity (temperature)

• Selectivity (produk yang diinginkan)

• Stability (deactivation rate) • Product quality (desired specification) • Regenerability (kemudahan untuk diregenerasi)

I.7. Fungsi Katalis

Fungsi katalis adalah memperbesar kecepatan reaksinya (mempercepat reaksi) dengan jalan

memperkecil energi pengaktifan suatu reaksi dan dibentuknya tahap-tahap reaksi yang baru.Dengan menurunnya energi pengaktifan maka pada suhu yang sama reaksi dapat berlangsung lebih

cepat.

Fungsi utama dari katalis ini adalah menyediakan reaksi alternative dalam suatu reaksi kimia.

Dengan peranan yang sangat penting ini, maka katalis sangat di perlukan oleh tubuh dalam proses

pencernaan makanan di dalam tubuh. Fungsi penting katalis ( enzim ) ini memberikan dampak besar terhadap kelancaran pencernaan makanan di dalam tubuh. Misalnya saja adalah enzimamylase di dalam mulut (air liur) yang membantu memecah amilosa menjadi maltosa. Selain

peranan katalis di dalam tubuh, katalis juga berperan dalam proses kimia lainnya.Katalis mempunyai tiga fungsi katalitik, yakni:

1. Aktivitas (berkaitan dengan kemampuannya mempercepat reaksi),2. Selektivitas atau spesifisitas (berkaitan dengan kemampuannya mengarahkan suatu reaksi)3. Stabilitas atau lifetime (berkaitan dengan kemampuannya menahan hal-hal yang dapat

mengarahkan terjadinya deaktivasi katalis).

I.8. Pengaruh Katalis berdasarkan Teori Tumbukan

Umumnya reaksi bekerja berjalan lambat bila energi aktivasi suatu reksi terlalu tinggi. Agar reaksidapat berlangsung lebih cepat, maka dapat dilakukan dengan cara menurunkan energi aktivasi. Untukmenurunkan energi aktivasi dapat dilakukan dengan mencari senyawa antara (keadaan transisi) lainyang energjnya lebih redah. Fungsi katalis dalam hal ini mengubah jalannya reaksi sehingga diperoleh

senyawa antara (keadaan transisi) yang energinya relative lebih rendah. Yang bekerja dengan cara inicontohnya katalis homogen.

Misalnya reaksi : A + B → C, berlangsung melalui dua tahapan ; Tahap I : A + B → AB* (AB* merupakan senyawa antara)



Tahap II : AB* → C

Apabila ke dalam reaksi tersebut ditambahkan katalis (Z) maka, tahapan reaksi berlangsung sebagai berikut:Tahap I : A + Z → AZ* (AZ* senyawa antara yang erbentuk oleh katalis) Tahap II : AZ* + B → C + Z

Pada kedua tahap tersebut terlihat bahwa pada akhir reaksi Z diperoleh kembali dan mengkatalis

molekul-molekul A dan B yang lain. Penggambaran energi menunjukkan bahwa dengan adanya jalanreaksi yang berbeda akan memerlukan energi pengaktifan yang rendah. Contoh katalis homogenadalah larutan Fe3+ untuk mengkatalisis pengeuraian H2O2 menjadi H2O dan gas oksigen.

Katalis dapat mempengaruhi terjadinya reaksi, tetapi pada akhir reaksi dapat diperoleh kembali.

Fungsi katalis adalah menurunkan energi aktivasi, sehingga jika ke dalam suatu reaksi ditambahkankatalis, maka reaksi akan lebih mudah terjadi. Hal ini disebabkan karena zat- zat yang bereaksi akan

lebih mudah melampaui energi aktivasi. Katalis adalah zat yang mempercepat laju reaksi, tetapi tidakmengalami perubahan kimia secara permanen, sehingga pada akhir reaksi zat tersebut dapat diperolehkembali. Katalis mempercepat reaksi dengan cara menurunkan harga energi aktivasi (Ea). Sedangkan

zat yang dapat memperlambat laju reaksi disebut inhibitor. Meskipun katalis menurunkan energiaktivasi reaksi, tetapi ia tidak mempengaruhi perbedaan energi antara produk dan pereaksi. Dengan

kata lain, penggunaan katalis tidak akan mengubah entalpi reaksi.

Pengaruh katalis dalam mempengaruhi laju reaksi terkait dengan energi pengaktifan reaksi (Ea).Katalis yang digunakan untuk mempercepat reaksi memberikan suatu mekanisme reaksi alternatifdengan nilai Ea yang lebih rendah dibandingkan dengan nilai Ea reaksi tanpa katalis. Semakin rendahnilai Ea maka lebih banyak partikel yang memiliki energi kinetik yang cukup untuk mengatasi halanganEa yang rendah ini.

Gambar 4. grafik pengaruh katalis terhadap energi pengaktifan (Ea) Dengan memperhatikan

gambar.4 diatas dapat dilihat bahwa tanpa katalis, energi pengaktifan (Ea) suatu reaksi lebih banyak,sedangkan dengan menggunakan katalis, Ea menjadi lebih sedikit, sehingga laju reaksi menjadi lebihcepat. Ini berarti bahwa katalis dapat meningkatkan energi pengaktifan suatu reaksi, sehingga lajureaksi menjadi semakin besar.

I.9. Pengaruh Katalis Berdasarkan Teori Adsorbsi

Katalis dapat bekerja dengan membentuk senyawa antara atau mengabsorpsi zat yangdireaksikan. Sehingga katalis dapat meningkatkan laju reaksi, sementara katalisitu sendiri tidak mengalami perubahan kimia secara permanen. Cara kerjanya yaitu dengan

http://1.bp.blogspot.com/-mqHM2EQdMZA/T-09Vs8oEcI/AAAAAAAABX4/v4TDsBh5H9A/s1600/laju25.jpg



menempel pada bagian substrat tertentu dan pada akhirnya dapat menurunkan energi pengaktifan darireaksi, sehingga reaksi berlangsung dengan cepat.

Proses katalis dengan cara adsorpsi umumnya dilakukan oleh katalis heterogen. Pada proses

adsorpsi, melekul-molekul pereaksi akan teradsorpsi pada permukaan katalis, dengan terserapnya pereaksi dipermukaan katalis mengakibatkan zat-zat pereaksi terkonsentrasi di permukaan katalis dan

ini akan mempercepat reaksi. Kemungkinan yang lain, karena pereaksi-pereaksi teradsorpsidipermukaan katalis akan dapat menimbulkan gaya tarik antarmolekul yang bereaksi, dan ini

menyebabkan molekul-molekul tersebut akan reaktif. Contoh katalis adsorpsi adalah nikel pada pembuatan margarine, untuk mengkatalis reaksi antara gas hydrogen dengan lemak atau minyakmenjadi margarine. Pada industri H2SO4 digunakan katalis V2O5 untuk mempercepat reaksi gas SO2dan O2 menjadi SO3.

I.10. Aplikasi Katalis dalam Industri

Katalis terutama banyak dipergunakan untuk membantu dalam proses industri seperti dalam pengilangan minyak bumi dan proses produksi bahan kimia umum atau kimia khusus. Selain dikedua

jenis industri tersebut, katalis juga dipergunakan dalam proses produksi produk makanan, pembangkitlistrik tenaga nuklir, kendaraan, dan untuk kegiatan pengendalian pencemaran.

Dalam proses di kilang minyak bumi, katalis yang banyak dipergunakan adalah katalis reforming,isomerasi dan hydrocracking. Fungsi katalis-katalis tersebut pada dasarnya untuk membantu memecahrantai senyawa karbon. Dengan bantuan katalis tersebut minyak mentah (crude oil) dapat diproses

sehingga dapat diperoleh variasi turunannya seperti premium, kerosin, avtur, dan produk lainnyatergantung tingkat pemutusan rantai karbonnya.

Untuk industri kimia, kebanyakan katalis yang digunakan adalah katalis yang membantu pembentukan (syntetic catalysts) seperti katalis hidrogenasi, katalis oksidasi, dll. Beberapa katalis yangsering dipakai dalam produksi bahan kimia antara lain: Vynil acetate monomer (VAM), purified

terepthalic Acid (PTA) dan proses hidrogenisasi.Untuk bidang lingkungan, katalis tertentu dapat digunakan untuk mendestruksi senyawa yang

menghasilkan bau sehingga berfungsi sebagai deodorant. Ada juga katalis yang bisa memecah rantaisenyawa organic volatile (VOC) sehingga dapat digunakan untuk destruksi senyawa berbahayatersebut.

I.11. Zeolit dan Katalis Logam

Zeolit dapat ditingkatkan kinerjanya dengan cara menempelkan logam katalis pada zeolit. Logamyang diembankan pada zeolit akan dapat meningkatkan aktivitas katalis secara keseluruhan karena logam-

zeolit akan memiliki fungsi ganda yaitu disamping logam sebagai katalis zeolitnya sendiri bersifat katalis,katalis semacam ini biasanya disebut sebagai katalis bifungsional. Logam yang biasa digunakan untuk

katalis biasanya logam-logam transisi.

Logam-logam transisi mempunyai daya adsorpsi yang kuat karena mempunyai pasangan elektron

menyendiri pada orbital d. adanya elektron pada orbital d didukung dengan keadaan elektron orbital s akanmenjadi konsentrasi yang lebih besar pada keaktifan yang tinggi dalam pemutusan dan pembentukan ikatankimia. Hal ini yang menyebabkan logam-logam transisi makin reaktif sebagai katalis (Hegedus, at al, 1999).

Logam transisi Ni dan Mo tersulfidasi memilki prospek untuk digunakan sebagai katalishidrodesulfurisasi, hidrodenitrogenasi dan perngkahan. Ni sebagai promotor dan Mo sulfida sebagai

kokatalis yang diemban pada -Alumina dapat mengaktalis proses hidrogenasi minyak bumi dan minyak batubara di industri (Li 1999a).



II.12. Komponen komponen katalis

• Katalis dibentuk dari komponen-komponen yang dapat menunjang sifat katalis yang diharapkan,seperti aktif, selektif, panjang usia (stabil terhadap gangguan fisika, kimia, termal, dan mekanik), dan

murah.

• Khusus untuk katalis heterogen, pada kondisi tertentu dibutuhkan sifat-sifat lain seperti: konduktivitastermal yang tinggi serta kemampuan menghasilkan distribusi aliran yang merata dan pressure drop yangrendah di sepanjang unggun (bed).

• Untuk memenuhi sifat-sifat tersebut di atas, pada umumnya katalis padat dibentuk dari tiga komponen

utama sebagai berikut :

1. Komponen (atau fasa) aktif

Fungsi: aktivitas kimia, mengemban fungsi utama katalis untuk mempercepat dan mengarahkanreaksi.

Pengelompokan fasa aktif katalis disajikan dalam tabel berikut:

Kelompok Fasa Aktif Konduktor Logam Semikonduktor oksida

atau sulfide logam

Insulator garam dan

padatan berpusat asamTipe Reaksi Reduktor Reduktor Asam dan Basa

Kelompok Reaksi yang

Sesuai

Hidrogenasi,dehidrogenasi,

hidrogenolisis, oksidasi,reduksi

Oksidasi, reduksidehidrogenasi, siklisasi,

hidrogenasi

Polimerisasi,isomerisasi, perengkahan

(cracking), dehidrasi,alkilasi, perpindahanhidrogen, halogenisasi,dehalogenisasi

Contoh Fe, Co, Ni, Rh, Pt, Pd,

Ru, Cu, Ag, Os

CuO, AgO, NiO, Fe3O4,

Cr2O3, MoO3, WO3,CoO3, V2O5, TiO2, ZnO,

CdO

Lempung alam, SiO2,

Al2O3, SiO2-Al2O3,zeolit

Faktor yang Berpengaruh Geometri Elektronik Keasaman katalis

2. Penyangga ( support atau carrier )Fungsi: luas permukaan yang tinggi, porositas, sifat-sifat mekanik, kestabilan, aktivitas

fungsional ganda, modifikasi komponen aktif. Jenis: oksida dengan melting point tinggi, tanah liat,karbon.

3. PromotorFungsi pada komponen aktif: elektronik, morfologi, poisoning . Fungsi pada penyangga:

struktural, inhibisi aktivitas, promosi aktivitas.

II.13. Pembuatan Katalis Secara UmumMetode yang digunakan untuk pembuatan katalis secara umum adalah impregnasi dan presipitasi.

I. Metode impregnasiImpregnasi merupakan metode pembuatan katalis yang paling sederhana. Impregnasi dilakukan

dengan mengkontakkan support yang poros dengan larutan yang terdiri dari satu atau lebih garam,logam yang memiliki konsentrasi tertentu (Satterfield, 1991). Support pada proses ini bertujuan untuk

meningkatkan stabilitas katalis yang dihasilkan. Tahapan proses metode impregansi dapat dilihat padadiagram alir berikut ini.



I.a. Tahapan Proses Metide Impregnasi

Proses impregnasi diawali dengan memilih support yang akan digunakan. Beberapa pertimbangan yang dijadikan dasar pada pemilihan support yang akan digunakan adalah sebagai berikut:1. Bersifat inert dan tidak menghasilkan reaksi lain2. Memiliki sifat-sifat mekanik, termasuk ketahanan secara fisik

3. Stabil4. Memiliki luas permukaan yang besar

5. Poros6.

Harganya murah (Satterfield,1991)Selanjutnya support dikeringkan terlebih dahulu untuk menghilangkan kelembaban dan

impuritis yang ada. Support ditetesi garam logam, diaduk dan dibiarkan selama 30 menit agar

distribusi garam logam dikeringkan untuk menghilangkan sisa-sisa air. Proses kalsinasi dilakukanuntuk mendekomposisi garam logam menjadi oksida. Selain itu kalsinasi juga bertujuan untukmeningkatkan stabilitas katalis terhadap perubahan temperatur.

I.b. Keunggulan dan KelemahanKeunggulan metode impregnasi adalah jumlah reaktan yang digunakan lebih kecil daripada

jumlah reaktan yang digunakan pada metode presipitasi. Selain itu metode impregnasi tidak

memerlukan banyak peralatan karena tidak memerlukan penyaringan dan pencucian. Ukuran dan bentuk katalis yang dihasilkan melalu metode impregnasi sama dengan ukuran dan bentuk support

yang digunakan. Selain keunggulan yang dimiliki, metode ini memiliki beberapa kelemahan. Salahsatunya adalah garam logam menjadi mudah runtuh karena tidak menyatu dengan support (Twigg,1989). Selain itu pada metode impregnasi, penentuan konsentrasi garam logam yang akan

digunakan untuk membentuk lapisan monolayer sangat sulit dilakukan (Makertiharta, 2007).

II.

Metode PresipitasiPresipitasi merupakan metode yang paling umum digunakan pada proses pembuatan katalis.

Tujuan Presipitasi adalah untuk mengendapkan campuran garam logam dengan precipitating agent

yang dapat berupa ammonium hidroksia atau natrium karbonat. Bagian terpenting pada prosesPresipitasi adalah pemilihan campuran awal yang akan digunakan. Pertimbangan-pertimbangan yangdijadikan sebagai dasar pada pemilihan campuran awal yang digunakan adalah sebagai berikut:1. Tinggi rendahnya kelarutan



2. Murah3. Tidak bersifat korosif

4. Tidak menyebabkan sintering5. Tidak menimbulkan polusi air dan udara

II.a. Tahapan Proses Metode PresipitasiPada awal proses Presipitasi dilakukan pencampuran garam logam dan precipitating agent .

Endapan yang terbentuk dari proses Presipitasi selanjutnya disaring dan dicuci. Kemudian

dilakukan pemeriksaan pH. Apabila pH pencucian = 7, maka proses penyaringan dan pencuciandihentikan. Setelah dikeringkan untuk menghilangkan sisa-sisa air, endapan dikalsinasi untuk

mendekomposisi senyawa hidroksida menjadi oksida dan meningkatkan ketahanan katalisterhadap perubahan temperatur.

II.b. Faktor yang berpengaruh terhadap metode PresipitasiFaktor-faktor yang berpengaruh terhadap metode Presipitasi adalah sebagai berikut:

1. Temperatur Presipitasi2. pH3.

Pengadukan

4.

Aging

II.c. Keunggulan dan Kelemahan

Keunggulan metode Presipitasi adalah distribusi fasa aktif yang seragam pada partikel katalis, pencampuran yang seragam pada skala molekular dan bentuk, serta ukuran yang tidak terbatas

(tidak berdasarkan bentuk support ) (Satterfield, 1991). Akan tetapi metode ini memiliki kelemahanyang diantaranya adalah Presipitat yang dihasilkan biasanya berfasa amorf dan lebih mahal karena

menggunakan precipitating agent dalam jumlah yang lebih besar.



II.14. Industri yang menggunakan katalis

Industri asam sulfat menggunakan katalisator V2O5 Industri amonia menggunakan De

Metanol menggunakan ZnO

Industri Hidrocraking menggunakan Logam (seperti Pd) pada zeolit

C2H2 + 2H2 ® C2H6 Industri pembuatan gas SO3 menggunakan katalis gas NO2

Katalis padat Fe untuk Proses Haber pada pembuatan amonia: N2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g)


4 NH3 (g) + 5 O2 (g) ↔ 4 NO (g) + 6 H2O (g) Katalis padat Ni pada hidrogenasi hidrokarbon:

R1CH=CHR2 (l) + H2 (g) → R1CH2CH2R2 (l) (minyak tak jenuh) (lemak jenuh)

Industri pembuatan asam khlorida dengan katalis arang (C):

H2 (g) + Cl2 (g) → 2 HCl (g)

Katalis logam Ni pada reaksi hidrogenasi etena ( C2H4 ).

Industri pembuatan asam etanoat menggunakan katalis logam Rodium atau Iridium Industri pembuatan mentega menggunakan katalis logam Ni Industri pembuatan asam sulfat ( proses Kontak ) menggunakan katalis logam V 2O5



BAB II

ISI

II.1 KATALIS HOMOGEN

Yakni jika fase katalis sama dengan fase reaktan dan fase produk reaksi (atau: fase katalis = fasereaksi). Yang paling umum berupa fase cair, dengan katalis dan reaktan berada dalam larutan.

Sifat-sifat katalis homogen:

Keunggulan: aktivitas dan selektivitasnya tinggi, tidak mudah teracuni oleh keberadaan pengotor,mudah dioperasikan, mudah dimodifikasi, mudah untuk dipelajari.

Kekurangan: sulit dipisahkan dari campuran reaksi, kurang stabil pada suhu tinggi. Karena alasan-alasan tersebut, katalisis homogen terbatas penggunaannya di industri, biasanya dalam pembuatan zat kimiakhusus, obat-obatan, dan makanan; kecuali pada produksi asam asetat, proses alkilasi olefin, dan

hidroformilasi.

Contoh katalis homogen:

Reaksi berkatalis homogen, fase gas

CO (g) + ½ O2 (g) → CO2 (g) katalis: NO (g)CH3CHO (g) → CH4 (g) + CO (g) katalis: uap I2

Reaksi berkatalis homogen, fase cair

C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 katalis: asamCH3COOC2H5 + H2O → CH3COOH + C2H5OH katalis: asam

Proses katalitik pada reaksi berkatalis homogen berlangsung melalui pembentukan senyawa kompleksdan penyusunan ulang antara molekul-molekul reaktan dengan ligan katalis.

Katalis ini mempunyai kesamaan phase dengan reaktan dan persentuhannnya tak mempengaruhi lajureaksi, keadaan yang demikian disebut katalis homogen. Sebagai contoh :

Reaksi phase gas

CO + ½ O2 CO2

Dengan adanya katalis NO2 maka prosesnya menjadi

CO + NO2 CO2 + NO

NO + ½ O2 NO2

-----------------------------------------------

CO2 + ½ O2 CO2

Iodin uap juga dikenal sebagai katalis sejumlah reaksi pirolisis zat organik, dekomposisi asetaldehidsebagai reaksi berantai dengan proses sebagai berikut :

I2 == 2 I-

I- + CH3CHO CH3CO - + HICH3CO- CH3 + CO

I2 + CH3 CH3I + I-

HI + CH3 CH4 - + I- HI + CH3I CH4 - + I2

Sehingga diperoleh laju reaksi dengan pendekatan steady state dari intermediet adalah- d(CH3CHO)/dt = k [I2]1/2[CH3CHO]

Mekanisme ini dapat dibandingkan mekanisme reaksi tanpa katalis yang telah diterangkan pada babsebelum ini (dikti:79), katalis iodin diperoleh kembali diakhir reaksi.



1.

Katalis Asam Basa

Sebagian besar reaksi katalis homogen adalah asam basa, seperti halnya reaksi hidrolisis dari esteratau mutarotasi glukosa. Dengan menganggap S adalah suatu subtrat dengan suatu reaksi asam

basa. Sedang asam basa menurut Bronsted – Lowry adalah :

HA + H2O à H3O+ + A –

A – + H2O à HA + OH –

Maka laju reaksi katalitik adalah: r = k kat [S]

di mana k kat = k o + k H [H3O] + k OH [OH] + k HA [HA] + k A [A] dan k 0 adalah laju tanpa katalis

sedang yang lain adalah laju dengan katalis sesuai dengan zatnya masing – masing

Katalis asam basa, percepatan reaksi kimia dengan penambahan asam atau basa, asam atau basa itusendiri tidak ikut bereaksi dalam reaksi. Contoh reaksi katalitik dengan katalis asam, seperti dalam kasus

dekomposisi dari sukrosa gula menjadi glukosa dan fruktosa dalam asam sulfat, atau untuk katalis basa,seperti dalam penambahan hidrogen sianida untuk aldehida dan keton dengan adanya natrium hidroksida.Banyak contoh reaksi yang dikatalisasi oleh asam dan basa. Mekanisme reaksi asam-basa dan katalis

dijelaskan dalam hal konsep Brønsted-Lowry asam dan basa sebagai salah satu di mana ada transfer awal proton dari katalis asam untuk reaktan atau dari reaktan dengan katalis dasar .

Asam Bronsted-Lowry = donor proton (H+)

Basa Bronsted-Lowry = akseptor proton (H+)

Perhatikan contoh berikut : NH4+

(aq) + H2O(l) à NH3(aq) + H3O+(aq)

Asam basa

H2O(l) + NH3 (aq) à NH4+

(aq) + OH – (aq)

Asam basa

Dalam hal teori Lewis asam dan basa, reaksi memerlukan pembagian pasangan elektron yangdisumbangkan oleh katalis basa atau diterima oleh suatu katalis asam. Asam Lewis : Akseptor pasanganelectron; Basa Lewis : Donor pasangan electron.

Katalis asam digunakan dalam sejumlah besar reaksi industri, di antaranya konversi hidrokarbon

minyak untuk bensin dan produk-produk terkait. Reaksi tersebut termasuk dekomposisi hidrokarbondengan berat molekul tinggi (retak) menggunakan katalis alumina-silika (asam Brønsted-Lowry),

https://dyahernawati.files.wordpress.com/2013/12/tjh.png



polimerisasi hidrokarbon tidak jenuh dengan menggunakan asam sulfat atau hidrogen fluorida (asamBrønsted-Lowry), dan isomerisasi hidrokarbon alifatik menggunakan aluminium klorida (asam Lewis).

Di antara aplikasi industri reaksi katalis basa adalah reaksi diisosianat dengan alkohol polifungsional

dengan adanya amina, yang digunakan dalam pembuatan busa poliuretan. Contohnya : Hidrolisis esrer daninverse gula. Pada teori Ostwald dan Arrhenius mengatakan bahwa katalis asam basa spesifik adalah

kemampuan mengkatalisis asam adalah karena kekuatan asam tersebut atau konsentrasi hidrogennya.Hidrolisis ester dilakukan pada larutan asam yang cukup kuat yakni ion hydrogen adalah katalis efektif, ion

hidroksil tidak memperlihatkan aktifitas bermakna.

Pada laju reaksinya: v : k H+ [H+][S]

k H+ : tetapan laju reaksi yang dikatalisis ion hydrogen.

Orde keseluruhan reaksi terhadap konsentrasi = 2, tetapi terhadap waktu = 1, karena konsentrasi ionhydrogen tetap.

Laju reaksi orde satu v : kobs [S]

dimana kobs : k H+ [H+], untuk reaksi yang dikatalisis ion hidroksil : kobs = k OH- [OH – ]. jika reaksi

dikatalisis ion-ion hidrogen dan ion hidroksil serempak dan reaksi berlangsung spontan tanpa katalis, lajureaksi adalah : v =ko [S] + k H+ [H+][S] + k OH- [OH – ][S]

maka k (tetapan laju orde 1) : k : ko + k H+ [H+]+ k OH- [OH – ]

ko = tetapan laju reaksi spontan tanpa katalis

k H+ dan k OH- tetapan laju reaksi yang masing-masing dikatalisis oleh H+ dan OH –

kW = [H+][OH – ]

k = ko + k H+ [H+]+ k OH-

k = ko + k H+ + k OH- [OH – ]

Reaksi hanya dikatalisis oleh asam (ion hydrogen) : kobs = k H+ [H+]

log k obs = log [H+] + k H+ [H+]

log k obs =-(- log [H+]) + log k H+

log k obs = -pH + log k H+

https://dyahernawati.files.wordpress.com/2013/12/yjj.jpg



Pada larutan dapar yang digunakan untuk mempertahankan larutan pada pH tertentu. Reaksi katalisisterjadi karena salah satu komponen dapar yang dapat mempengaruhi laju reaksi, reaksi ini disebut katalisis

asam basa umum yang bergantung pada komponen katalitik asam basa. Profil laju pH reaksi yangdipengaruhi katalisis asam basa umum memperlihatkan penyimpangan dari profil katalisis asam basaspesifik. Contoh hidrolisis streptozosin, laju reaksi dapar fosfat > laju reaksi dalam katalisis basa spesifik,karena adanya katalisis oleh anion fosfat. Kekuatan ion atau perbedaan pKa substrat dapat juga

memperlihatkan penyimpangan profil laju – pH.

Pembuktian katalisis asam basa umum dapat dibuktikan dengan menentukan laju degradasi obat dalamsuatu rangkaian dapar dengan pH asam (perbandingan asam dengan basa tetap), yang dibuat dengankonsentrasi komponen dapar yang menaik.

Tetapan laju orde satu keseluruhan adalah k = ko + ki ci

ko = tetapan laju spesifik dalam air

ci = konsentrasi katalitik I

ki = koefisien katalitik

dalam reaksi yang hanya terjadi katalisis asam basa spesifik saja, persamaan menjadi :

k : ko + k H+ [H+]+ k OH- [OH – ]

Dalam katalisis asam basa terdapat beberapa katalisator, yaitu:

1. Katalisator asam spesifik

Merupakan katalisis oleh proton yang tersolvasi, yaitu H3O+. Hidrolidsis ester merupakan contoh

reaksi katalis asam spesifik. Didalam larutan asam kuat, reaksi hanya dipercepat oleh ion hidronium.Persamaan lajunya : Laju: K ass [H3O]+[S]

Dimana [S] : konsentrasi ester; K ass : tetapan laju reaksi hidrolisis spesifik asam

2. Katalisator basa spesifik. Katalisis oleh OH‐ dalam larutan3. Katalisator asam umum

Katalisis oleh asam proton selain H3O+ , dilakukan oleh asam Bronsted sebagai donor proton. Sepertihalnya katalisis spesifik, berhubungan dengan proton diintroduksi kepada bagian molekul yang direaksikandan serangan electron terhadap molekul air. Perbedaannnya adalah bahwa katalisator asam spesifik

menggunakan ion hidronium sedangkan reaksi katalisis asam umum menggunakan sembarang asam

Bronsted sebagai donor proton. Untuk katalisis asam umum, pembentukan kation SH+ merupakan tahaplambat. Reaksi kondensasi aidol adalah merupakan contoh reaksi yang bergantung kepada mekanisme.

4. Katalisator basa umum

Katalisis oleh basa Bronsted selain OH‐ dan basa ini berlaku sebagai penerima proton → yaitu berbagi pasangan elektron dengan proton. Katalisis basa umum menyerang air dulu, kemudian air menyerang



reakstan. Air menjadi lebih polar sehingga interaksi elektrostatiknya menjadi lebih besar dan kecepatanreaksi meningkat.

II.2. KATALIS HETEROGEN

1.

Pengertian Katalis Heterogen

Katalis heterogen merupakan katalis yang memiliki fasa yang berbeda dengan reaktannya atau dapatdidefinisikan bahwa katalis heterogen merupakan katalis yang fasanya tidak sama dengan reaktan dan

produk. Katalis heterogen secara umum berbentuk padat dan banyak digunakan pada reaktan berwujud cairatau gas. Reaksi katalisis heterogen adalah reaksi yang menggunakan katalis yang mempunyai fasa yang

berbeda dengan fasa reaktannya. Reaksi katalisis heterogen biasanya menggunakan katalis padatan dimana

interaksi terjadi di permukaan padatan/gas atau cairan/padatan. Pusat aktivitas katalis terjadi di permukaan pori padatan katalis. Agar interaksi reaktan dengan pusat aktif katalis dapat berlangsung, reaktan harus

berpindah dari fasa cair ke permukaan katalis.

Menurut Agustine (1996), reaksi katalisis heterogen memiliki tahapan-tahapan yang lebih kompleksdibandingkan dengan reaksi katalisis homogen. Hal ini terjadi karena pada reaksi katalisis heterogen katalistidak terdistribusi merata ke dalam media reaksi. Lima tahap penting pada reaksi katalisis heterogen agar

reaksi berjalan sempurna yaitu:

a. Transpor reaktan ke permukaan katalis b. Interaksi (adsorpsi) reaktan pada katalis.c. Reaksi pada permukaan katalis yang melibatkan satu atau lebih reaktan teradsorpsi.d. Desorpsi produk dari permukaan katalis

e. Transpor produk menjauh dari katalis.Menurut Triyono (1998), inti dari reaksi katalisis terjadi pada tahap ketiga, akan tetapi tahap kedua dan

keempat termasuk dalam perubahan kimia, sehingga data kecepatan reaksi yang diamati melingkupi data

dari ketiga tahap tersebut. Pengukuran energi aktivasi merupakan aplikasi dari kombinasi ketiga tahaptersebut. Tahap kedua, ketiga dan keempat merupakan penentu laju reaksi dengan ciri-ciri:

a. Laju reaksi sebanding dengan massa katalis atau konsentrasi komponen aktif b. Laju reaksi tidak dipengaruhi oleh pengadukanc. Energi pengaktifan biasanya lebih besar dari 25 kJ.mol-1.

Adsorpsi reaktan pada situs aktif katalis akan melepaskan energi dalam bentuk panas,sehingga akan mempermudah molekul reaktan melewati energi aktivasi. Panas yang dilepaskan pada proses

adsorpsi berkaitan dengan kekuatan adsorpsi reaktan pada permukaan katalis. Kekuatan adsorpsi reaktan pada permukaan katalis sangat menentukan aktivitas katalis tersebut. Jika adsorpsi yang terjadi sangatlemah, energi yang dilepaskan juga kecil, sehingga hanya sebagian kecil fraksi permukaan yang ditempati

oleh reaktan, dan pada akhirnya reaksi berjalan dengan lambat (Gasser, 1985).Adsorpsi terjadi karena adanya interaksi gaya permukaan padatan dengan molekul- molekul adsorbat.

Energi adsorpsi yang dihasilkan bergantung pada tipe adsorpsi yang terjadi. Energi adsorpsi yang dihasilkan bergantung pada adsorpsi yang terjadi. Tipe adsorpsi ini merupakan fungsi logam dan fungsi pereaksi.Adsorpsi gaas pada permukaan padatan katalis dapat dikelompokkan menjadi dua kategori, yaitu adsorpsi

fisik (fisisorpsi) dan adsorpsi kimia (kemisorpsi). Adsorpsi fisik terjadi karena adanya gaya molekuler,dimana interaksi molekul-molekul gas terhadap padatan katalis bersifat reversibel, sehingga semua molekul

gas yang teradsorpsi secara fisik akan dilepaskan kembali dengan menaikkan temperatur atau menurunkantekanan. Adsorpsi kimia terjadi karena adanya interaksi tumpang tindih orbital molekul di permukaan

padatan dengan molekul adsorbat. Adsorpsi kimia bersifat irreversibel, sehingga untuk melakukan desorpsidiperlukan energi yang jauh lebih besar dibandingkan energi desorpsi pada adsorpsi fisik.



Pada umumnya: fase katalis → padatanfase reaksi → gas

Sifat-sifat katalis heterogen:

Mudah dipisahkan dari campuran reaksi

Tahan dan stabil terhadap suhu relatif tinggi

Mudah disiapkan dalam bentuk pellet katalis padat

Konstruksinya sederhana

Hingga tahun 1980-an: sekitar 90% katalis yang digunakan di dalam proses industri kimia

berupa katalis heterogen.

Contoh: Katalis padat Fe untuk Proses Haber pada pembuatan amonia: N2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g)


4 NH3 (g) + 5 O2 (g) ↔ 4 NO (g) + 6 H2O (g)Katalis padat Ni pada hidrogenasi hidrokarbon:

R1CH=CHR2 (l) + H2 (g) → R1CH2CH2R2 (l)(minyak tak jenuh) (lemak jenuh)

Katalis arang (C) pada pembuatan asam khlorida:

H2 (g) + Cl2 (g) → 2 HCl (g)

2.

Umur Katalis

Umur katalis didefinisikan sebagai suatu periode selama katalis menghasilkan produk yangdiinginkan lebih besar dibandingkan dengan produk reaksi tanpa katalis (Hughes, 1984). Pada kebanyakan

katalis, aktivitas akan menurun dengan tajam pada awalnya, lalu tercapai keadaan dimana aktivitas katalismenurun jauh lebih lambat dan selektivitas katalis menjadi jelek. Umur katalis dapat dijadikan acuan dalam

pemilihan katalis, sehingga biaya proses produksi dapat ditekan. Dalam beberapa reaksi, katalis hanya dapatdigunakan sekali dan dalam reaksi lain bisa berulang kali tanpa perlu diregenerasi. Umur katalis sulitdiestimasikan tanpa melakukan penelitian yang mendalam. Secara umum, aktivitas katalis akan menurunseiring dengan penggunaannya. Umur katalis ditentukan oleh kecepatan hilangnya aktivitas dan selektivitaskatalis dalam mengkatalisis suatu reaksi (Rylander, 1985). Umur katalis dipengaruhi oleh deaktivasi katalis.

Deaktivasi katalis menyebabkan penurunan aktivitas dan selektivitas katalis. Penurunan aktivitas dan

selektivitas katalis yang terjadi secara terus-menerus pada waktu tertentu akan menyebabkan katalis tidakdapat digunakan lagi untuk mengkatalisis reaksi atau dengan kata lain, katalis tersebut telah mati.Semakin

besar proses deaktivasi yang terjadi, semakin pendek umur suatu katalis.

3.

Deaktivasi Katalis

Deaktivasi katalis merupakan penurunan aktivitas dan selektivitas katalis selama pemakaian katalis tersebut. Secara umum, menurut Hughes (1984), ada 3 macam penyebab terjadinya

deaktivasi katalis, yaitu:

a. PeracunanPeracunan secara umum, walaupun tidak tepat, sering diterapkan pada semua bentuk deaktivasi

katalis. Peracunan katalis merupakan deaktivasi katalis yang disebabkan oleh sejumlah kecil materialtertentu untuk katalis tertentu dan berkaitan dengan adsorpsi racun pada situs aktif katalis, sehingga akan

menghalangi proses adsorpsi reaktan oleh katalis. Peracunan sering dihubungkan dengan kontaminan,

misalnya senyawaan belerang pada aliran umpan dalam proses fraksinasi minyak bumi, yang sering jugadisebut sebagai peracunan oleh pengotor. Kebanyakan proses peracunan katalis adalah proses irreversibele(tidak dapat balik), sehingga katalis yang telah teracuni harus diganti atau diregenerasi bila memungkinkan.Secara prinsip, dimungkinkan upaya untuk menghilangkan pengotor yang bertindak sebagai racun katalis

dari aliran material dasar (raw material ) suatu reaksi atau dengan menggunakan pelindung katalis (catalyst guard ). Tetapi untuk menurunkan kadar pengotor dalam material dasar (misalnya, menurunkan kadarsenyawa belerang sebensar dari 1 ppm dalam reaksi metanasi terkatalisis oleh nikel) membutuhkan dana



yang cukup besar. Oleh karena itu usaha yang dilakukan adalah mentoleransi kadar pengotor sampai batastertentu.

Peracunan pada katalis logam didasarkan pada sifat struktur elektron dari racun dalam fasa gas danelektron dari katalis dalam fasa padat. Peracunan terjadi karena racun diserap oleh situs aktif katalismembentuk kompleks yang teradsorpsi secara kimia. Racun yang efektif pada proses deaktivasi katalisadalah racun yang mengandung unsur N, P, As, Sb, O, S, Se Te dan molekul yang mengandung ikatan

rangkap, misalnya CO. Logam berat (Hg, Pb, Bi, Sn, Zs, Cd, Cu) dapat menurunkan aktivitas katalis.Toksisitas logam berat berkaitan dengan kelima sub orbital d yang terisi elektron secara penuh atau palingsedikit terisi oleh satu pasangan elektron. Toksistas tidak akan teejadi apabila unsur tidak mempunyaiorbital d atau kalaupun memiliki orbital d, orbital d-nya kosong. Elektron pada orbital d, berperan pada

proses terjadinya ikatan intermetalik antara logam berat dengan katalis yang akan menyebabkan adanyatoksisitas.

b. Pencemaran

Secara umum, jumlah material yang berperan dalam proses deaktivasi katalis pada proses

pencemaran lebih banyak dibandingkan pada proses peracunan. Tipe proses pencemaran katalis yang palingumum adalah pembentukan kokas (endapan karbon) dan

pengendapan logam pada permukaan katalis. Pembentukan kokas umumnya terjadi pada katalis yangdigunakan dalam proses fraksinasi minyak bumi atau reaksi yang menggunakan senyawa organik sebagai

umpan. Kokas terbentuk selama reaksi katalisis, dan bukan merupakan pengotor. Secara umum, kokas bisa berasal dari reaktan ataupun produk. Kokas dapat terjadi karena hasil samping reaksi ataupun produk suatureaksi. Kokas yang merupakan hasil samping suatu reaksi disebut pencemaran pencemaran yang

berlangsung secara paralel. Sedangkan kokas yang terbentuk sebagai hasil (produk) reaksi disebut pencemaran secara seri (konsekutif) Karena adanya asosiasi intrinsik secara kimiawi, pencemar katalistidak dapat dihilangkan dengan cara memurnikan umpan ataupun dengan pemakaian pelindung katalis

(catalyst guard ). Sepanjang reaksi kimia berlangsung, kokas akan terbentuk. Pembentukan kokas dapatdiminimalkan dengan cara pemilihan kondisi reaktor dan pengoperasiannya yang tepat, atau dengan cara

memodifikasi katalis yang digunakan.Perbedaan utama antara peracunan dan pencemaran katalis dapat adalah:

Peracunan. Berkurangnya ukuran partikel katalis akan menyebabkan meningkatnya luas

permukaan partikel katalis. Luas permukaan partikel katalis yang besar akan lebih bisa

mengakomodasikan racun, karena proses peracunan terjadi pada lapisan aktif yang tipis di dekat permukaan luar partikel katalis.

Pencemaran. Pencemaran katalis, terutama pembentukan kokas, terjadi pada situs katalis yangmemiliki laju reaksi paling besar. Bertambahnya jumlah endapan yang relatif besar, akan menutup

situs aktif katalis.

c. Sintering (Penggumpalan)

Sintering merupakan proses deaktivasi termal, yaitu proses fisik yang berkaitan: hilangnya area material pengembang atau basa oksida hilangnya penyebaran kristal logam pada katalis logam pengemban

penurunan komponen logam dalam katalis.Berdasarkan tipe katalis yang digunakan, proses sintering dapat dibedakan menjadi dua. Tipe pertama

adalah katalisnya merupakan material tipe pengemban dengan daerah suhu operasional normal sampai

tinggi, misalnya SiO2, Al2O3. Pengoperasian katalis tipe ini pada suhu tinggi akan menyebabkan hilangyaluas permukaan katalis yang berakibat pada berubahnya struktur pori, sehingga akan menurunkan aktivitaskatalis. Tipe kedua adalah katalis dengan bahan aktifnya adalah logam yang diembankan pada pengembanoksida dengan daerah suhu operasional tinggi, misalnya platina yang diembankan pada silika atau alumina.

Pada tipe kedua ini, sintering terjadi tidak hanya karena pengurangan ara pengemban, tetapi juga karenahilangnya penyebaran logam pada katalis yang pada akhirnya menyebabkan turunnya aktivitas katalis.Lebih lanjut sintering tipe kedua dapat terjadi pada suhu operasional di bawah suhu minimum yang bisamenyebabkan terjadinya hilangnya area. Pada kasus katalis bifungsi, misalnya platina teremban dalam



alumina, penyimpangan suhu dari suhu daerah operasional akan menurunkan area kedua komponen katalis,yakni platina dan alumina.

Beberapa mekanisme pada proses sintering adalah:o

Penguapan – kondensasi. Karena tekanan uap lebih besar daripada tekanan pada permukaancembung ataupun cekung pada permukaan katalis, akan terjadi kecenderungan penguapan, dari

pertikel penyusun katalis ke permukaan cekung di antara partikel.o

Difusi volume. Difusi atom terjadi dari partikel satu ke partikel yang berdekatan.o Difusi permukaan. Mekanisme difusi permukaan mencakup migrasi atom ke permukaan partikelo Difusi butiran di daerah batas antar butiranLaju sintering meningkat dengan cepat seiring dengan meningkatnya temperature. Secara umum proses

sintering yang terjadi pada katalis teremban oksida dengan daerahoperasional suhu tinggi meliputi tiga tahap, yaitu:

Tahap I, terjadi pertumbuhan partikel-partikel dari area kontak membentuk leher.

Tahap II, merupakan tahap intermediet, yaitu terjadinya persinggungan atau titik potong di antara

leher-leher tersebut membentuk pori yang tertutup.

Tahap III, terjadi pertumbuhan lebih lanjut dari partikel-partikel area kontak tersebut akan

menghilangkan pori tertutup pada Tahap II.Mekanisme proses sintering pada katalis dapat dilihat pada Gambar 2

4. Cara Kerja Katalis Heterogen

Katalis dapat bekerja dengan membentuk senyawa antara atau mengabsorpsi zat yangdireaksikan. Sehingga katalis dapat meningkatkan laju reaksi, sementara katalisitu sendiri tidak mengalami perubahan kimia secara permanen. Cara kerjanya yaitu dengan menempel

pada bagian substrat tertentu dan pada akhirnya dapat menurunkan energi pengaktifan dari reaksi, sehingga

reaksi berlangsung dengan cepat. Secara umum proses suatu reaksi kimia dengan penambahan katalis dapatdijelaskan sebagai berikut. Zat A dan zat B yang direaksikan membentuk zat AB dimana zat C sebagaikatalis.

A + B → AB (reaksi lambat)

Bila tanpa katalis diperlukan energi pengaktifan yang tinggi dan terbentuknya zat AB lambat. Namun, dengan adanya katalis C, maka terjadilah reaksi :

A + C → AC (reaksi cepat)



Energi pengaktifan diturunkan, makaAC terbentuk cepat dan seketika itu juga AC bereaksi dengan B membentuk senyawa ABC.

AC + B ABC (reaksi cepat).

Energi pengaktifan reaksi ini rendah sehingga dengan cepat terbentuk ABC yang kemudian menguraimenjadi AB dan C. sesuai reaksi

ABC → AB + C (reaksi cepat)

Ada dua macam katalis, yaitu katalis positif (katalisator) yang berfungsi

mempercepat reaksi, dan katalis negatif (inhibitor) yang berfungsi memperlambat laju reaksi. Katalis positif berperan menurunkan energi pengaktifan, dan membuatorientasi molekul sesuai untuk terjadinya tumbukan. Akibatnya molekul gas yangteradsorpsi pada permukaan logam ini menjadi lebih reaktif daripada molekul gasyang tidak terabsorbsi. Prinsip ini adalah kerja dari katalis heterogen, yang banyak dimanfaatkan

untuk mengkatalisis reaksi-reaksi gas.

Adapun mekanisme reaksi katalisis heterogen secara umum adalah sebagai berikut:1. Difusi molekul reaktan ke permukaan katalis2. Adsorpsi reaktan pada permukaan katalis.

3. Reaksi difusi reaktan pada permukaan katalis.4. Reaksi dalam lapisan adsorpsi.5. Desorpsi produk reaksi dari permukaan katalis.6. Abfusi pada produk keluar dari permukaan katalis

Mekanisme katalisis heterogen menurut Langmuir-hinshelwood1. Atom A dan B teradsorpsi kepermukaan katalis.2. Atom A dan B berdifusi melalui permukaan.3. Atom A dan B berinteraksi satu sama lain.

4. Sebuah molekul terbentuk dan terjadi desorpsi

Mekanisme katalisis heterogen menurut Rideal-Eley

1. Atom A diadsorpsi oleh permukaan katalis (k).Difusi adalah peristiwa mengalirnya / berpindahnya suatu zat dalam pelarut dari bagian berkonsentrasi

tinggi ke bagian berkonsentrasi rendah. Proses difusi molekul reaktan kepermukaan atau difusi pada produkdesorpsi merupakan proses yang paling lambat dan tidak dapat ditentukan kecuali pada penentuan prosesteknik yang melibatkan penyerapan katalis.

2. Atom B lewat, kemudian berinteraksi dengan atom A yang ada dipermukaan katalis (k). Katalismenyediakan suatu permukaan dimana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerap.

3. Atom A dan B saling berinteraksi satu sama lain4. Sebuah molekul terbentuk dan terjadi desorpsi.

Terbentuk molekul produk dalam permukaan katalis kemudian terlepas molekul produk dari permukaan katalis. Ikatan dalam substrat-substrat menjadi lemah sehingga memadai terbentuknya produk baru. Ikatan antara produk baru dan katalis lebih lemah sehingga akhirnya terlepas. Permukaan padatanyang kontak dengan suatu larutan cenderung untuk menghimpun lapisan dari molekul-molekul zat terlarut

pada permukaannya akibat ketidakseimbangan gaya-gaya pada permukaan. Difusi adalah peristiwa

mengalirnya / berpindahnya suatu zat dalam pelarut dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Proses difusi molekul reaktan kepermukaan atau difusi pada produk desorpsi



kedalam gas utama merupakan proses yang paling lambat dan tidak dapat ditentukan kecuali pada penentuan proses teknik yang melibatkan penyerapan katalis.

Permukaan spesifik, Specific surface yang besar lebih diharapkan karena laju perpindahan massa akanmeningkat sehingga akan meningkatkan laju reaksi kimia secara keseluruhan. Permukaan spesifik yang

besar ini berhubungan dengan diameter partikel yang kecil dan seluruh permukaan porinya. Pori yang kecilmembatasi kemampuan senyawa mendifusi ke dalam permukaan sebelah dalam, internal surface, demikian

juga difusi produk keluar dari pori. Sehingga didalam pemilihan diameter pori dan keseragaman diameter pori untuk menyediakan specific surface dan tahanan difusi didalam permukaan sebelah dalam perludiperhatikan. Tahanan difusi yang terjadi di dalam katalis disebabkan karena gesekan antar molekulmaupun dengan dinding pori. Proses heterogen selalu melibatkan energi aktivasi yang cukup besar sedangdifusi dalam gas tidak melibatkan energi aktivasi. Didalam adsorpsi dan desorpsi sangat lambat didalam

poses heterogen karena keduanya melibatkan energi aktivasi yang cukup besar.

Secara umum, apabila suatu partikel padat terdispersi dalam suatu media cair, maka partikel tersebut dapatmelalui beberapa mekanisme, yaitu :

1. Terjadinya peristiwa adsorpsi yang bersifat selektif terhadap spesies bermuatan yang terdapat didalamdispersi tersebut.

2. Terjadinya peristiwa ionisasi gugus-gugus yang terdapat pada permukaan padatan, sehinggameninggalkan muatan tertentu pada permukaan padat tersebut. Mekanisme ini sering terjadi ketika pada

suatu permukaan partikel padat terdapat gugus yang mudah terionisasi, misalnya – COOH.Adsorpsi kimia menghasilkan pembentukan lapisan monomolekular adsorbat pada permukaan melalui

gaya-gaya dari valensi sisa dari molekul-molekul pada permukaan. Adsorpsi fisika diakibatkan kondensasi

molekular dalam kapiler-kapiler dari padatan. Secara umum, unsur-unsur dengan berat molekul yang lebih besar akan lebih mudah diadsorpsi. Terjadi pembentukan yang cepat sebuah kesetimbangan konsentrasiantar-muka, diikuti dengan difusi lambat ke dalam partikel-partikei. Laju adsorpsi keseluruhan

dikendalikan oleh kecepatan difusi dari molekul-moleku l zat terlarut dalam pori-pori kapiler dari partikel.Bila digunakan logam atau oksidanya sebagai katalis maka kita berusaha untuk membuat permukaan

yang dapat bekerja secara katalisis sebesar-besarnya. Untuk keperluan itu sering kali dipergunakan pendukung. Pendukung disini adalah dengan permukaan yang besar seperti batu apung, arang aktif oksida,aluminium, kalium oksida dan silikat oleh pelekatan bagian-bagian logam diatas bahan pendukung ini.

Permukaan aktif kadang-kadang diperbesar sampai seratus kali lipat atau lebih. Karena itu bobot dari

katalis dari yang sesungguhnya kadang-kadang hanya berjumlah sebagaian kecil dari seluruh bobot darikatalis yang sesungguhnya. Pada umumnya inhibitor adalah suatu zat kimia yang dapat menghambat ataumemperlambat suatu reaksi kimia. Reaksi permukaan katalis dapat terhambat jika suatu substansi asing

berikatan pada sisi aktif katalis sehingga memblok kepada subtrat molekul-molekul. Jenis penghambatan

ini disebut peracunan dan penghambat atau katalis negatif tersebut merupakan racun katalis. Suatu katalis jika sudah terpakai beberapa kali maka aktivitasnya akan berkurang. Ini berarti bahwa kemampuan untukmempercepat reaksi tertentu telah berkurang. Gejala ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor diantaranyaoleh suhu yang terlalu tinggi katalis dapat lumer sebagaian atau disenter, penyebab lain yaitu katalis dapat

bereaksi dengan produk atau kotoran yang terdapat didalam bahan dasar. Penyebab yang terkenal dari

pengurangan aktivitas katalis adalah belerang dan persenyawaan belerang, air lembab (vouch) dan uapminyak dapat dapat dimasukkan kedalam kelompok ini yang dikenal dengan racun katalis atau poisoning

catalyst. Bila setelah beberapa waktu, aktivitas katalis telah turun sampai dibawah minimum yang dapat

diterima, katalis itu harus apkir atau berhenti. Beberapa katalis yang tidak aktif dapat diperbaiki kembalidengan jalan regenerasi. Dalam hal ini dipergunakan uap, zat cair, zat asam atau gas lain. Katalis sering

juga digenerasi dengan pengolahan memakai asam mineral, dimana logamnya dapat larut.Didalam dunia industri katalis yang digunakan:

1. Harus murni2. Stabil tehadap panas3. Memiliki waktu hidup yang panjang4. Dapat diregenerasi5. Tahan terhadap keracunan



6. Kesederhanaan dalam cara pembuatannya7. Mudah didapat

8. Harganya murah

5.

Contoh Katalis Heterogen

Sebagian besar reaksi antara daua phase misalnya pada interface dari gas – padat atau gas – cair, biasanyayang bertindak sebagai katalis adalah yang lebih padat, karenanya luas permukaan dari padatan harus benar

– benar diperhatikan. Beberapa contoh yang dilakukan oleh dunia industri lain katalis akan menghasilkanlain produk :

a. Dekomposisi organik

C2H5OH (Al2O3 , 300oC ) C2H4 + H2O

C2H5OH (Cu , 300oC ) CH3CHO + H2O

b. DehidrogenasiC4H8 (Al2O3, Cr 2O3 ) CH2=CHCH=CH2 + H2

Ethyl Benzene (Fe2O3, 650o

C) Styrene + H2

c. Hidrasi hidrokarbon takjenuh

Dengan adsorben asam posforat dan katalis celite maka

C2H4 + H2O (300oC ) C2H5O H

d. HidroclorinasiVinil clorida dibuat dengan katalis merkuriclorida dan arang dari reaksi

CHCH + HCl (200oC) CH2=CHCl

Umumnya katalis heterogen berupa zat padat yang terdiri dari logam atau oksida logam. Contoh-contohdari katalis heterogen adalah zeolit, CaO, MgO, dan resin penukar ion. Proses katalitik menggunakan katalisheterogen dalam industri pertama kali pada tahun 1857, menggunakan Pt untuk mengoksidasi SO2 menjadi

SO3 dalam larutan asam.

Tabel 3.1. Beberapa contoh katalis heterogen dalam dunia industri

Reaksi Katalis

C4H10 ® Butena dan C4H6 (butadiena)CH4 atauhidrokarbon lain + H2O ® CO + H2

C2H2 + 2H2 ® C2H6

Hidrocraking

CO + 2H2 ® CH3OH

Cr 2O3 – Al2O3 Ni support

Pd dalam Al2O3 atau padatan pendukung Ni-Sulfida.

Logam (seperti Pd) pada zeolit

Promotor ZnO dengan Cr 2O3 atau promoter Cu1 – ZnO dengan Cr 2O3 atau

Al2O3.



Katalisis heterogen sejauh ini adalah jenis katalisis yang paling penting dalam kimia industry, terutamadalam sintesis berbagai bahan kimia penting. Di sini dijelaskan dua contoh katalisis heterogen yang

spesifik.

Pembuatan Asam Nitrat

Asam nitrat ialah salah satu asam anorganik yang paling penting. Asam ini digunakan dalam produksi pupuk, zat warna,obat-obatan dan bahan peledak. Metode industri yang utama dalam memproduksi asam

nitrat ialah proses Ostwalk. Bahan awalnya yaitu ammonia dan molekul oksigen, dipanaskan dengantambahan adanya katalis platina-rodiumsampai sekitar 800̊ C :

4NH3(g) +5O2(g) → 4NO(g) +6H2O(g)

Nitrat oksida yang terbentuk mudah teroksidasi (tanpa katalis) menjadi nitrogen dioksida:

2NO(g) + O2 → 2NO2(g)

Ketika dilarutkan di dalam air, NO2 membentuk asam nitrit dan asam nitrat:

2NO2(g) + H2O(l) → HNO2(aq) + HNO3(aq)

Jika dipanaskan, asam nitrit berubah menjadi asam nitrat sebagai berikut:

3HNO2(aq) → HNO3(aq) + H2O(l) + 2NO(g)

NO yang dihasilkan dapat didaur ulang untuk menghasilkan NO2 pada tahap kedua.

Konverter Katalitik

Pada suhu tinggi di dalam mesin mobil yang sedang berjalan gas nitrogen dan oksigen bereaksimembentuk nitrat oksida:

N2(g) + O2(g) → 2NO(g)

Ketika lepas ke atmosfer, NO segera bergabung dengan O2 membentuk NO2. Nitrogen dioksida dangas lain yang diemisikan oleh mobil, seperti karbon monoksida (CO) dan berbagai hidrokarbon yangterbakar, menjadikan mobil sebagai sumber pencemar udara yang utama. Sebagian besar mobil baru

dilengkapi dengan converter katalitik. Konverter katalitik yang efisien memiliki dua tujuan : mengoksidasiCO dan H2O, dan mereduksi NO dan NO2 menjadi N2 dan O2. Gas buang panas yang telah diinjeksi dengan

udara dilewatkan ke bilik pertama dari salah satu converter untuk mempercepat pembakaran hidrokarbonyang sempurna dan untuk menurunkan emisi CO. Namun karena suhu tinggi meningkat produksi NO,diperlukan satu lagi bilik kedua yang berisi katalis berbeda (logam transisi atau oksida logam transisi) dan

bekerja pada suhu yang lebih rendah untuk menguraikan NO menjadi N2 dan O2 sebelum gas dibuang lewatknalpot.

Mekanisme dari katalis padat dengan reaktan fasa gas, dimana terjadi pembentukan kompleks reaktan

dengan katalis setelah pembentukan produk adalah sebagai berikut :

1.

Reaktan terbawa oleh aliran gas pembawa sampai kepermukaan luar partikel katalis.



2. Difusi reaktan dari permukaan luar masuk melalui pori dalam partikel katalis.3. Reaktan diadsorpsi pada sisi aktif katalis sehingga menimbulkan energi adsorpsi

4. Reaksi pembentukan produk antara permukaan sampai terjadinya produk.5. Produk didesorpsi dari katalis keluar melalui pori bagian partikel katalis.6. Difusi produk menuju permukaan luar partikel katalis.7. Produk mengikuti aliran gas pembawa.

Persyaratan kunci dalam katalisis heterogen ialah bahwa pereaksi fase gas atau larutan diadsorpsi

kepermukaan katalis. Tidak semua atom – atom permukaan sama efektifnya sebagai katalis, bagian yangefektif tersebut disebut sisi aktif katalis. Pada dasarnya, katalis heterogen mencakup :

(1) adsorpsi pereaksi,

(2) difusi pereaksi sepanjang permukaan,

(3) reaksi pada sisi aktif membentuk hasil reaksi yang diadsorpsi, dan

(4) lepasnya (desorpsi) hasil reaksi.

6.

Peranan Katalis Heterogen

Katalis heterogen merupakan katalis yang memiliki fasa yang berbeda dengan reaktannya. Salah satu

peranan katalis heterogen adalah Al2O3 sebagai katalis converter gas buang pada kendaraan bermotor. Jeniskatalis heterogen yang berfungsi disini adalah Catalytic converter yang merupakan alat yang digunakan

sebagai kontrol emisi gas buang yang diletakkan setelah exhaust manifold pada sistem pembuangankendaraaan bermotor . Katalis automotive (converter) ini pertama kali didesain pada tahun 1975 di USyang bertujuan untuk mengurangi polusi udara dengan cara mengkonversi gas karbonmonoksida (CO),

nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) yang merupakan gas buang dari reaksi pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna pada kendaraan bermotor.

Katalis heterogen penting juga dalam industry minyak. Salah satu terapan yang menarik adalah

produksi bahan bakar cair sintesis seperti bensin dari minyak diesel dengan cara reaksi hidrogemn, H2

dengan karbon monoksida, CO. Dengan suatu katalis logam yang tepat seperti nikel atau kobalt, karbon

monoksida akan bereaksi dengan hidrogen untuk menghasilkan air dan hidrokarbon. Penggunaan katalis pada alat control yang disebut auto exhaust emissions. Mobil-mobil yang dijual di Amerika sekarangdilengkapi dengan “catalytic converters”. Alat ini menggunakan suatu lempeng campuran oksida logam

dimana gas-gas yang sudah kotor lewat setelah gas-gas tersebut bercampur dengan udara. Katalis secaraefektif menaikkan oksidasi CO dan hidrokarbon lain-lain menjadi CO2 dan H2O. Katalis pada catalytic

converters yang baru menghilangkan juga pencemar oksida nitrogen dengan mempercepat penguraiannyamenjadi nitrogen dan oksigen.

Kekurangan alat ini adalah katalisnya dapat diracuni oleh logam Pb. Akibatnya, mobil yangmenggunakannya harus menggunakan bensin yang bebas Pb (timbal). Kekurangan yang lain adalah katalis

ini juga akan mempercepat oksidasi SO2 menjadi SO3 yang akan bereaksi dengan uap air membentuk uapasam sulfat. Oleh karena SO2 dihasilkan dari pembakaran bensin yang mengandung kadar sulfur yang

tinggi, maka hal ini menjadi persoalan serius.

7. Keuntungan Katalis Heterogen



Keuntungan dari katalis heterogen adalah ramah lingkungan, tidak bersifat korosif, mudah dipisahkandari produk dengan cara filtrasi, serta dapat digunakan berulangkali dalam jangka waktu yang lama. Selain

itu, katalis heterogen meningkatkan kemurnian hasil karena reaksi samping dapat dieliminasi. Keuntunganlain penggunaan katalis heterogen adalah katalisnya dapatdipisahkan dengan penyaringan dari produk bila reaksi telah selesai. Banyak prosesindustri yang menggunakan katalis heterogen, sehingga proses dapat berlangsung lebih cepat dan biaya

produksi dapat dikurangi. Beberapa logam ada yang dapat mengikat cukup banyak molekul-molekul gas pada permukannya, misalnya Ni, Pt, Pd dan V. Gaya tarik menarik antara atom logamdengan molekul gas dapat memperlemah ikatan kovalen pada molekul gas, dan

bahkan dapat memutuskan ikatan itu.

II.3. BIOKATALIS

Biokatalisator adalah katalisator organik yang dihasilkan oleh sel.Enzim sangat penting dalamkehidupan, karena semua reaksi metabolisme dikatalis oleh enzim. Jika tidak ada enzim, atau aktivitas

enzim terganggu maka reaksi metabolisme sel akan terhambat hingga pertumbuhan sel juga terganggu.Reaksi-reaksi enzimatik dibutuhkan agar bakteri dapat memperoleh makanan/ nutrient dalam keadaanterlarut yang dapat diserap ke dalam sel, memperoleh energi Kimia yang digunakan untuk biosintesis,

perkembangbiakan, pergerakan, dan lain-lain.

Biokatalis disebut juga enzim. Merupakan senyawa protein berukuran koloid. Dijumpai dalamsistem biokimia dan makhluk hidup. Contoh: enzim-enzim dalam sistem pencernaan tubuh manusia

enzim-enzim dalam tumbuhan.Bekerja pada suhu ambient . Setiap enzim mempunyai suhu optimum

(suhu operasi ketika aktivitasnya mencapai maksimum). Peningkatan suhu di atas suhu optimumnyaakan mengakibatkan kerusakan enzim (denaturasi protein).

Biasanya enzim mempunyai akhiran – ase. Di depan – ase digunakan nama substrat di mana enzimitu bekerja., atau nama reaksi yang dikatalisis. Misal : selulase, dehidrogenase, urease, dan lain-lain.Tetapi pedoman pemberian nama tersebut diatas tidak selalu digunakann. Hal ini disebabkan nama

tersebut digunakan sebelum pedoman pemberian nama diterima dan nama tersebut sudah umumdigunakan. Misalnya pepsin, tripsin, dan lain-lain. Dalam Daftar Istilah Kimia Organik (1978), akhiran

– ase tersebut diganti dengan – asa.

Pada mulanya enzim dianggap hanya terdiri dari protein dan memang ada enzim yang ternyatahanya tersusun dari protein saja. Misalnya pepsin dan tripsin.Tetapi ada juga enzim-enzim yang selain

protein juga memerlukan komponen selain protein. Komponen selain protein pada enzim dinamakankofaktor. Koenzim dapat merupakan ion logam/ metal, atau molekul organik yang dinamakan koenzim.Gabungan antara bagian protein enzim (apoenzim) dan kofaktor dinamakan holoenzim. Enzim yang

memerlukan ion logam sebagai kofaktornya dinamakan metaloenzim.. Ion logam ini berfungsi untukmenjadi pusat katalis primer, menjadi tempat untuk mengikat substrat, dan sebagai stabilisator supayaenzim tetap aktif. Seperti halnya katalisator, enzim dapat mempercepat reaksi Kimia denganmenurunkan energi aktivasinya. Enzim tersebut akan bergabung sementara dengan reaktan sehinggamencapai keadaan transisi dengan energi aktivasi yang lebih rendah daripada energi aktivasi yang

diperlukan untuk mencapai keadaan transisi tanpa bantuan katalisator atau enzim.

Penggolongan (Klasifikasi) enzim

1. Hidrolase

Hidrolase merupakan enzim-enzim yang menguraikan suatu zat dengan pertolongan air.

Hidrolase dibagi atas kelompok kecil berdasarkan substratnya yaitu :A. Karbohidrase, yaitu enzim-enzim yang menguraikan golongan karbohidrat.



Kelompok ini masih dipecah lagi menurut karbohidrat yang diuraikannya, misal :a. Amilase, yaitu enzim yang menguraikan amilum (suatu polisakarida) menjadi maltosa 9 suatu

disakarida). 2 (C6H10O5)n + n H2O n C12H22O11 b. Maltase, yaitu enzim yang menguraikan maltosa menjadi glukosa.

C12H22O11 + H20 2 C6H12O6

c. Sukrase, yaitu enzim yang mengubah sukrosa (gula tebu) menjadi glukosa dan fruktosa.d. Laktase, yaitu enzim yang mengubah laktase menjadi glukosa dan galaktosa.

e. Selulase, emzim yang menguraikan selulosa ( suatu polisakarida) menjadi selobiosa ( suatudisakarida)f. Pektinase, yaitu enzim yang menguraikan pektin menjadi asam-pektin.

B. Esterase, yaitu enzim-enzim yang memecah golongan ester.

Contoh-contohnya :a. Lipase, yaitu enzim yang menguraikan lemak menjadi gliserol dan asam lemak.

b. Fosfatase, yaitu enzim yang menguraikan suatu ester hingga terlepas asam fosfat.

C. Proteinase atau Protease, yaitu enzim enzim yang menguraikan golongan protein. Contoh-

contohnya:a. Peptidase, yaitu enzim yang menguraikan peptida menjadi asam amino. b. Gelatinase, yaitu enzim yang menguraikan gelatin.

c. Renin, yaitu enzim yang menguraikan kasein dari susu.

2. Oksidase dan reduktase , yaitu enzime yang menolong dalam proses oksidasi dan reduksi.Enzim Oksidase dibagi lagi menjadi;a. Dehidrogenase : enzim ini memegang peranan penting dalam mengubah zat-zat organik menjadi

hasil-hasil oksidasi. b. Katalase : enzim yang menguraikan hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen.

3. Desmolase , yaitu enzim-enzim yang memutuskan ikatan-ikatan C-C, C-N dan beberapa ikatan

lainnya.Enzim Desmolase dibagi lagi menjadi :a. Karboksilase : yaitu enzim yang mengubah asam piruyat menjadi asetaldehida.

b. Transaminase : yaitu enzim yang memindahkan gugusan amine dari suatu asam amino ke suatuasam organik sehingga yang terakhir ini berubah menjadi suatu asam amino.

Enzim juga dapat dibedakan menjadi eksoenzim dan endoenzim berdasarkan tempat kerjanya, ditinjau

dari sel yang membentuknya.Eksoenzim ialah enzim yang aktivitasnya diluar sel. Endoenzim ialah enzimyang aktivitasnya didalam sel. Selain eksoenzim dan endoenzim, dikenal juga enzim konstitutif dan enziminduktif. Enzim konstitutif ialah enzim yang dibentuk terus-menerus oleh sel tanpa peduli apakah

substratnya ada atau tidak. Enzim induktif (enzim adaptif) ialah enzim yang dibentuk karena adanyarangsangan substrat atau senyawa tertentu yang lain. Misalnya pembentukan enzim beta-galaktosida padaescherichia coli yang diinduksi oleh laktosa sebagai substratnya. Tetapi ada senyawa lain juga yang dapat

menginduksi enzim tersebut walaupun tidak merupakan substarnya, yaitu melibiosa. Tanpa adanya laktosaatau melibiosa, maka enzim beta-galaktosidasa tidak disintesis, tetapi sintesisnya akan dimulai bila

ditambahkan laktosa atau melibiosa.

Dalam peranannya ,enzim sering memerlukan senyawa organik tertentu selain protein. Ditinjau darifungsinya, dikenal adanya koenzim yang berperan sebagai pemindah hidrogen, pemindah elektron,

pemindah gugusan kimia tertentu (“group transferring”) dan koenzim dari isomerasa dan liasa.



BAB III

KESIMPULAN

Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa

mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Katalis terbagi menjadi tiga yaitu katalishomogen, katalis heterogen dan biokatalis. Katalis memiliki fungsi utama antara lain dapat mempercepatlaju reaksi. Katalis sangat berperan penting dalam reaksi kimia terutama dalam berbagai industry. Aplikasi

katalis sangat banyak dalam dunia perindustrian antara lain Industri asam sulfat menggunakan katalisatorV2O5, Industri amonia menggunakan De, Industri Hidrocraking menggunakan Logam (seperti Pd) pada

zeolit,dll.





Documents

MAKALAH_KIMIA_KATALIS[1].pdf