REAKSI HETEROGEN KATALISIS

7/27/2019 REAKSI HETEROGEN KATALISIS

http://slidepdf.com/reader/full/reaksi-heterogen-katalisis 1/6

REAKSI HETEROGEN KATALISIS

A. REAKSI HETEROGEN KATALISIS

Reaksi heterogen adalah reaksi yang berlangsung dalam suatu sistem yang heterogen,

yaitu sistem yang di dalamnya terdapat dua atau lebih fasa. Banyak reaksi-

reaksi kimia fasa cair maupun gas yang hanya dapat berlangsung

pada permukaan padatan. Karena sifat reaksinya hanya bergantung pada fasa padat,

maka reaksi tersebut dikatakan berkatalisis dengan fasa padat sebagai katalisnya.

Ada lima tahapan dalam reaksi heterogen (Rahayu, Susanto Imam, 1995) :

a. Difusi molekul-molekul pereaksi menuju permukaan,

b. Adsorpsi molekul-molekul pereaksi pada permukaan,

c. Reaksi berlangsung di permukaan,

d. Desorpsi hasil reaksi dari permukaan,

e. Difusi hasil-hasil reaksi meninggalkan permukaan menuju sistem keseluruhan.

B. KATALIS

Penggunaan katalis dalam reaksi kimia bertujuan untuk mempercepat jalannya reaksi.

Katalis berperan dalam pembentukan senyawa antara reaktan-reaktan yang bereaksi. Katalis

berfungsi untuk menurunkan energi aktivasi dan meningkatkan frekuensi reaksi. Sifat-sifat

katalis yang penting adalah sebagai berikut :

Aktivitas : Kemampuan katalis untuk mengubah bahan mentah menjadi produk,

misalnya dinyatakan dalam kg reaktan yang terkonversi per kg (atau per lt) katalis per

jam; persen reaktan yang berubah (konversi); jumlah molekul yang bereaksi per detik.

Selektivitas : Kemampuan katalis untuk menghasilkan produk yang ‘diinginkan’,

terhadap semua produk yang mungkin dihasilkan.

Umur : Umur dimana katalis dapat mempertahankan tingkat aktivitas dan / atau

selektivitas yang cukup.

C. Katalis Heterogen

Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam

reaksi yang dikatalisisnya. Penggunaan katalis heterogen biasanya pada suhu dan

tekanan tinggi. Umumnya katalis heterogen berupa zat padat yang terdiri dari logam atau

oksida logam. Keuntungan penggunaan katalis heterogen adalah katalisnya dapat

dipisahkan 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 logam

dengan molekul gas dapat memperlemah ikatan kovalen pada molekul gas, dan

bahkan dapat memutuskan ikatan itu. Satu contoh sederhana untuk katalisis



heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaan di mana pereaksi-pereaksi

(atau substrat) untuk sementara terjerap. Ikatan dalam substrat-substrat menjadi

sedemikian lemah sehingga memadai terbentuknya produk baru. Ikatan atara produk dan

katalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas.

Katalis dapat bekerja dengan membentuk senyawa antara atau mengabsorpsi zat yang

direaksikan. Sehingga katalis dapat meningkatkan laju reaksi, sementara katalis

itu 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.

Suatu reaksi yang menggunakan katalis disebut reaksi katalis dan prosesnya disebut

katalisme. misalnya :

2 KClO3 (g) → 2KCl (s) + 3 O2 (g)

H2 (g) + Cl2 (g) arang 2 HCl(g)

Secara umum proses suatu reaksi kimia dengan penambahan katalis dapat dijelaskan 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 A

B lambat. Namun, dengan adanya katalis C, maka terjadilah reaksi :

A + C → AC (reaksi cepat) Energi pengaktifan diturunkan, maka

AC 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 ya

ng kemudian mengurai menjadi AB dan C. sesuai

reaksi ABC → AB + C (reaksi cepat)

Ada dua macam katalis, yaitu 1. katalis positif (katalisator) yang berfungsi mempercepat reaksi,

2. katalis negatif (inhibitor) yang berfungsi memperlambat laju reaksi. Katalis

positif berperan menurunkan energi pengaktifan, dan membuat

orientasi molekul sesuai untuk terjadinya tumbukan. Akibatnya molekul gas yang

teradsorpsi pada permukaan logam ini menjadi lebih reaktif daripada molekul gas

yang tidak terabsorbsi. Prinsip ini adalah kerja dari katalis heterogen, yang banyak

dimanfaatkan untuk mengkatalisis reaksi-reaksi gas.

D. MEKANISME KATALIS HETEROGEN

Adapun mekanisme reaksi katalisis heterogen secara umum adalah sebagai berikut:

1. Difusi molekul reaktan ke permukaan katalis

2. 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-hinshelwood

1. 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

produk desorpsi merupakan proses yang paling lambat dan tidak dapat ditentukan kecuali

pada penentuan proses teknik yang melibatkan penyerapan katalis.

2. Atom B lewat, kemudian berinteraksi dengan atom A yang ada dipermukaan katalis (k).

Katalis menyediakan suatu permukaan dimana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerap.

3. Atom A dan B saling berinteraksi satu sama lain

4. 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 padatan yang kontak dengan suatu larutan cenderung untuk menghimpun

lapisan dari molekul-molekul zat terlarut pada permukaannya akibat

ketidakseimbangan gaya-gaya pada permukaan. Difusi adalah peristiwamengalirnya / 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 akan meningkat 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 kecil membatasi 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

perlu diperhatikan.

Tahanan difusi yang terjadi di dalam katalis disebabkan karena gesekan antar

molekul maupun dengan dinding pori. Proses heterogen selalu melibatkan energi aktivasi



yang cukup besar sedang difusi 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 dapat melalui beberapa mekanisme, yaitu :

a. Terjadinya peristiwa adsorpsi yang bersifat selektif terhadap spesies bermuatan yang

terdapat didalam dispersi tersebut.

b. Terjadinya peristiwa ionisasi gugus-gugus yang terdapat pada permukaan padatan,

sehingga meninggalkan 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 mudahdiadsorpsi. Terjadi pembentukan yang cepat sebuah kesetimbangan konsentrasi antar-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 yangsesungguhnya kadang-kadang hanya berjumlah sebagaian kecil dari seluruh bobot dari

katalis yang sesungguhnya.

Pada umumnya inhibitor adalah suatu zat kimia yang dapat menghambat atau

memperlambat 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 untuk mempercepat reaksi

tertentu telah berkurang. Gejala ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya oleh

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 uap minyak 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

kembali dengan 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 murni

2. Stabil tehadap panas

3. Memiliki waktu hidup yang panjang

4. Dapat diregenerasi

5. Tahan terhadap keracunan

6. Kesederhanaan dalam cara pembuatannya

7. Mudah didapat

8. Harganya murah

D. KATALIS PADAT Logam transisi yang dapat mengkatalis reaksi kimia merupakan dasar yang sangat penting

dalam proses industri seperti pada reaksi hidrogenasi, karbonilasi dan

reaksi polimerisasi bertekanan rendah untuk etilena dan propena. Semua proses ini

berlangsung secara heterogen dimana suatu bahan yang padat digunakan sebagai katalis.

Unsur unsur transisi mempunyai sifat-sifat tertentu yaitu :

1 Semua unsur transisi adalah logam.

2 Hampir semua unsur transisi bersifat keras, kuat, titik lelehnya tinggi, titik didih tinggi serta

penghantar panas dan listrik yang baik.

3 Unsur tansisi dapat membentuk campuran satu dengan yang lain dan dengan unsur yang

mirip logam4 Banyak diantaranya cukup elektropositif sehingga dapat larut dalam asam

mineral, walau beberapa diantaranya bersifat mulia sehingga tidak terpengaruh oleh asam.

5 Senyawa unsur transisi umumnya berwarna dengan valensi yang beragam dan memiliki

beberapa macam valensi.

6 Karena kulit yang terisi elektron sebagian, maka unsur ini kebanyakan bersifat

paramagnetik.

Pada beberapa kasus, logam transisi yang memiliki berbagai valensi dapat

membentuk suatu senyawa intermediet yang tidak stabil, pada kasus lain, logam

transisi memberikan reaksi permukaanyang sesuai. sehingga banyak logam logam unsur

transisi dan senyawanya bersifat katalitik. Beberapa logam transisi yang berguna sebagai katalis

adalah sebagai berikut :

Ni Raney nikel, pada proses reduksi seperti pembuatan heksametilendiamin,

pembuatan H2 dari NH3 dan mereduksi antraquinon menjadi antraquinol pada H2O2.

Komplek Ni digunakan pada sintesis Reppe ( polimerisasi alkena menghasilkan benzene

atau siklooktatetraena).



Pd → Digunakan untuk reaksi hidrogenasi

PdCl2 → Pada proses Wacker untuk mengubah etilena menjadi methanol

Cu → Digunakan pada proses langsung untuk pembuatan (CH3)2SiCl2

CuCl2 → Pada proses Deacon untuk membuat Cl2 dari HCl

Salah satu kegunaan yang penting dari unsur-unsur transisi dalam reaksi katalitik adalah

untuk mengatomisasi molekul-molekul diatomik dan menyalurkan atom-atom

tersebut pada reaktan yang lain dan reaksi intermediet.Gas H2, O2, N2 dan Co adalah

molekul diatomik yang penting. Kekuatan ikatan H, O, N dan C pada

permukaan logam-logam transisi memberikan daya dorong temodinamik untuk atomisasi

dan juga untuk pelepasan atom dalam reaksi dengan molekul-molekul yang

lain. Permukaan logam juga memiliki sifat-sifat yang unik lainnya yang dapat

mengkatalisis serangkaian reaksi-reaksi kompleks yang dimulai dengan disosiasi

adsorbsi yang diikuti dengan penataan ulang kompleks melalui formasi dan pemutusan

ikatan, yang terakhir proses adsorbsi dari produk.

Documents

REAKSI HETEROGEN KATALISIS