195237917 Makalah Katalis Kel 1

7/13/2019 195237917 Makalah Katalis Kel 1

1/48

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Ilmu katalis sangat dipengaruhi oleh teknologi. Katalisis tersebut memainkan

peranan dominan dalam industri kimia. Banyak proses manufaktur melibatkan kimia

katalitik. Perkembangan kimia katalitik akan terus ditingkatkan dalam berbagai

penelitian, terutama yang dikaitkan dengan kimia anorganik dan organologam.

Katalis meningkatkan laju reaksi kimia tanpa mempengaruhi keseimbangan.

Katalis biasanya membentuk ikatan dengan reaktan dan membuka urutan langkah-

langkah reaksi baru. Katalisis diklasifikasikan menurut fasa dari campuran reaktan-

katalis. Dikatakan katalis homogen bilamana katalis dan reaktan berada dalam fasa yang

sama, dan dikatakan katalis heterogen bilamana katalis dan reaktan berada dalam fasa

terpisah (berbeda. Katalis heterogen biasanya melibatkan katalis padat, dan reaktan

terikat ke permukaan katalis melalui proses chemisorption.

Kinerja katalis berkaitan dengan kinetika kimia. !kti"itas adalah ukuran dari

seberapa cepat reaksi katalitik terjadi (mungkin akti"itas laju reaksi, dengan laju konstan,

atau kon"ersi# selekti"itas adalah ukuran distribusi produk, seperti rasio tingkat laju

kehilangan kegiatan atau selekti"itas selama operasi sebagai katalis mengalamiperubahan struktur dan komposisi. Permukaan katalisis sangat dipengaruhi oleh

perkembangan teknologi.

Katalis padat diklasifikasikan berdasarkan jenis bahan katalisnya, yang terdiri dari

jenis logam, oksida logam, dan logam sulfida. $elanjutnya, klasifikasi juga dapat

didasarkan pada reaksi katalisis dan struktur peralihan. $ebagai contoh, katalitik yang

melibatkan transfer proton dengan donor proton (akseptor adalah molekul atau ion yang

larut atau kelompok fungsional pada permukaan. %ontoh lain, katalisis yang melalui

perantara organologam mungkin melibatkan larut kompleks logam transisi, metaloen&im,

atau permukaan logam. 'amun, katalisis oleh metalisis jauh lebih rumit daripada katalisis

asam-basa, dan analog antara kompleks logam larut dan permukaan belum dapat

dikembangkan.


2/48

1.2 RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang di atas, kami merumuskan permasalahan sebagai

berikut)

. Bagaimana prinsip-prinsip katalis*

+. Bagaimana tipe- tipe katalis*

1.3 TUJUAN

!dapun tujuan dari pembuatan makalah ini adalah). ntuk mengetahui prinsip- prinsip katalis

+. ntuk mengetahui tipe- tipe katalis

+


3/48

BAB II

PEMBAHASAN

II.1 Prinsip-prinsip Katalisis

1.1 Katalisis s!a"ai #n$%na &inti&

eaksi yang dikatalisis kompleks logam melibatkan dissosiasi atau

pembentukan ikatan -, %-%, dan %-, dan melalui mekanisme bertahap yang

melibatkan &at antara organometalik. Keefektifan dari penggunaan kompleks logam,

khususnya logam transisi, dalam mengkatalisis berbagai reaksi sebagai berikut)

. /ingkat oksidasi dari logam transisi yang bermacam-macam mampu mendorong

terjadina reaksi redoks dan proses radikal bebas.

+. $tabilisasi berbagai tipe ligan, contohnya atom , radikal alkil, radikal alil dankarbena melalui koordinasi yang melibatkan pengikatan 0 atau 1.

2. Peningkatan "ariasi tipe reaksi khusus seperti adisi oksidasi, insersi ligan dan

eliminasi reduktif.

eaksi katalisis merupakan suatu fenomena kinetik. Banyak studi tentang

katalis homogen dan heterogen yang menekankan pada karakteristik sistem reaksi

katalitik serta identifikasi spesi yang ada pada tiap tahapan reaksi, melalui metode

struktur dan spektroskopi. $tudi tersebut menghasilkan penelitian yang dikaitkan

dengan laju reaksi katalitik melalui ketepatan pengukuran kinetik yang rele"an dengan

proses katalitik. ai ini diilustrasikan oleh hasil studi pada mekanisme h(PPh22yang

dikatalisasi melalui hidrogenasi olefin dan diidentifikasi dengan metode spektroskopi

(terutama '3, yang menyatakan adanya lima spesies dalam larutan di ba4ah

kondisi katalitik, yaitu 5h(PPh22%l6, 5h(PPh2+(%7%%l6, 5h+(PPh28%l+6,

5h(PPh22+%l6, dan 5h+(PPh28+%l+6. 'amun, pengukuran kinetik telah

menunjukkan bah4a tidak ada spesi satu pun yang terdapat dalam siklus katalitik

karena sebagian besar spesi bersifat tidak stabil sehingga tidak dapat terdeteksi.

1.2. Pr$ss Dasar Dala% M$l&'lr Katalisis

3ekanisme reaksi katalitik cenderung terdiri dari beberapa tahap dasar,

diantaranya)

2


4/48

.+. /ransfer 9lektron

eaksi transfer elektron antara kompleks logam merupakan proses redoks

sederhana. !ksesibilitas dari perbedaan tingkat oksidasi, yang merupakan milik

bersama dari kompleks logam transisi, menaikkan katalisis dari berbagai reaksi,

terutama dari reaksi redoks dan radikal bebas melalui mekanisme yang melibatkan

tahap transfer elektron.

Di antara contoh-contoh sederhana reaksi katalitik, ion logam atau kompleks,

mempunyai dua kemampuan tingkat oksidasi, mengkatalisis transfer elektron dengan

bertindak sebagai pemba4a elektron.

eaksi redoks non eki"alen, antara satu elektron oksidan dan dua elektron

reduktan, berlangsung lambat dan sangat rentan terhadap reaksi katalisis. %ontohnya)

oksidasi /l(I oleh %e(I:, yang dikatalisis oleh !g(I menurut urutan sesuai dengan

hukum laju, k1k25/l(I6%e(I:65!g(I(k1k25%e(III6 ; k+5/l(I6.

Dasar dari katalisis tersebut yaitu transfer elektron dari reduktor ke katalis,

diikuti dengan transfer elektron dari katalis ke oksidator, lebih cepat daripada transfer

elektron secara langsung dari reduktor ke oksidator.


5/48

faktor-faktor elektronik mempengaruhi labilitas disosiasi kompleks logam. ntuk

oktahedral kompleks, yang umumnya mengalami substitusi ligan oleh mekanisme

disosiatif, faktor-faktor tersebut telah diidentifikasi.

. =aju disosiasi ligan mengarah pada penurunan gugus, misalnya %o(II, h(III >

Ir(III. !kti"itas katalitik yang lebih tinggi biasanya diamati untuk kompleks h,

relatif terhadap Ir.

+. =aju disosiasi ligan cenderung sangat sensitif terhadap ligan trans. $ecara khusus

ligan sigma donor yang kuat seperti -memberikan suatu efek trans-labelling,

mungkin dengan menyumbangkan rapatan elektron ke orbital sigma, secara

direksional terorientasi pada ligan trans. Dengan demikian pada hidrogenasi olefin

yang dikatalisis oleh ligan trans / di h(PP22%l.

$pin rendah kompleks d? umumnya menunjukkan konfigurasi octahedral.

Pengaruh faktor-faktor sterik pada disosiasi-asosiasi ligan juga diperhatikan. =igan

dengan ukuran besar, seperti tersier phosphines, cenderung mendukung dan

menstabilkan disosiasi ligan dan kestabilan kompleks dengan bilangan koordinasi

yang lebih rendah. !kti"itas katalitik kompleks tersebut,seperti kompleks

h(PPh22%l sebagai katalis hidrogenasi, umumnya direduksi atau dieliminasi dengan

penggantian molekul phosphines besar dengan molekul yang lebih kecil yang

menunjukkkan (P3e2 kecenderungan lebih kecil untuk terdisosiasi.

Dalam beberapa kasus, untuk meningkatkan disosiasi ligan digunakan metode

akti"asi ligan melalui fotoakti"asi, fotokimia disosiasi ligan. Dengan demikian, dari

akti"itas katalitik oleh %r(%


6/48

Dan penguraian pendorong ion logam )

5('2A%o%l6+; 5('2A%o %l g6

8; 5('2A %o(


7/48

anorganik (tahap reaksi yang tidak secara umum mudah dipengaruhi katalisis asam

protonik yang disajikan dalam ilustrasi dari efek, dimana 7 %2, ('2A%o2;,

dsb.

+. Dengan spesies seperti %


8/48

/ahap-tahap demikian memberikan peranan penting dalam oksidasi %


9/48

Dalam hal ini, peranan katalitik %u+;dapat diinterpretasikan dalam istilah

kenaikan keasaman +dan meningkatkan konsentrasi efektif dari basa konjugat

reaktif.

Ion logam lain yang mengkatalisis oksidasi +dengan menganalogkan

mekanisme termasuk !g(I, %u(I, g(II, b(III, u(III. Deskripsi lengkap dari

mekanisme reaksi yang meliputi pengenalan bah4a koordinasi ion logam melibatkan

penggantian dari satu ligan asal )

$istem katalis demikian harus melibatkan basa yang sesuai untuk menstabilisasi

pelepasan proton. Peranan basa ini mungkin diasumsikan dengan molekul atau dalam

hal tertentu dengan ligan pengganti dalam bentuk mekanisme berikut )

:ariasi nilai dengan ligan H tidak dipengaruhi kebasaan H, dan sebaliknya

dipengaruhi kestabilan dari ikatan 3-.

Ikatan jenuh yang lain dapat diputus secara heterolitik oleh serangan elektrofilik

ion logam termasuk ikatan %-, sebagaimana dalam merkurasi ben&ena )

Dan ikatan %-% sebagaimana dalam katalisis !g(I dengan penyusunan ulang kuban )

Ion logam dengan subkulit d penuh atau hampir penuh, seperti !g(I, g(II,

%u(II, Pd(II, dsb, seringkali merupakan elektrofil yang lebih efektif dibanding ;

dalam reaksi. Ini dapat ditandai dengan kenaikan interaksi elektrofilik ion logam

dengan donor balik dari electron-d1ke dalam orbital antibonding dari ikatan (-, %-

, atau %-%, kedua interaksi menyumbang penguraianEpemutusan selanjutnya.

J


10/48

%ontoh lain dari reaksi substitusi elektrofilik yang dikatalisis dengan logam

melalui mekanisme yang melibatkan pengurangan proton dan penstabilisasi dari

bentuk reaktan termasuk brominasi -diketon.

.+.A eaksi !disi


11/48

organic berperan penting dalam oksidasi untuk pembentukan senya4a organometalik

oleh mekanisme radikal bebas.

5%


12/48

5%o(%'A62- ; H 5%oH(%'A6

2- ; .

.; 5%o(%'A62- ; 5%


13/48

=

=

=

=

eaksi adisi oksidatif mempunyai peran yang luas dalam katalisis proses

homogen dan merupakan tahap penting dari akti"asi dan disosiasi dari - , % L %

dan ikatan % L . Berhubungan dengan oksidasi kebalikannya yaitu reaksi eliminasi

reduktif yang me4akili sebuah proses yang penting untuk pembentukan ikatan dan

merupakan langkah pembentukan produk dalam siklus katalitik.

@akta yang ada mendukung reaksi adisi oksidatif dari +(sebagai molekul non

polar yang lainnya dan halida organik yang berturut L turut merupakan kompleks segi

empatLplanar kompleks dF.

=

+ =83

=

= =

= H =

=83Q;----------H Q-

=

=

=

Berdasarkan hal tersebut, laju adisi oksidasi +secara relatif tidak sensitif.

Khususnya kekuatan mendonorkan elektron dari =. Dimana laju adisi oksidasi dari

halide organic meningkat dengan nyata dengan kemampuan mendonorkan dari =

dengan pelarut polar. Perbedaan stereokimia dari adisi oksidatif, contohnya cis untuk

+ la4an transuntuk H juga menngambarkan jarak dari mekanisme ini. Pengaruh

dari "ariasi logam pada laju adisi oksidatif lebih sedikit sumbernya. tetapi tersedia

untuk mengusulkan data reaktifitas, Ir(I(Ad F> %o(I(2dF> h(I(8dF2.

3olekul lain yang melalui adisi okdidasi ke kompleks dFtermasuk H (H7%l,

Br, I, 2$iN dan 2$nN%l molekul yang terdiri dari ikatan %N%. %ontoh secara

stoikiometri

2

3I

3III

3III


14/48

Pt(II%ln ; Pt(I:%ln

eaksi adisi oksidasi adalah langkah dalam h(I penyusunan ulang dari senya4a

cincin.

h(III

h(I - h(I

.........................(h

Koordinasi-A, spin rendah, kompleks dCjuga mengalami reaksi adisi-oksidatif,

seperti pada reaksi protonasi berikut ini)

53n(%


15/48

(d+ (dC

%p+3o(II ; + R %p+3o(I:+ ..............................(o

(d8 (d+

$eperti pada perhitungan reaksi untuk perubahan isotop yang mengkatalisis

5cpnb26 menjadi %??dengan D+, berdasarkan skema mekanistik berikut (%p7%AA)

....(p

$edangkan ada banyak contoh adisi-oksidatif untuk ikatan %- aromatik pada

kompleks logam 5persamaan (h dan (p6 untuk mengaktifkan hidrokarbon yang

mengandung parafin oleh adisi-oksidatif %- yang secara umum tidak sukses. Karena

reaksi berkesetimbangan maka reaksi eliminasi alkena dari kompleks cys-

hydroalkymetal, yang pada umumnya terjadi cepat

.........................(

!disi-oksidatif akan muncul sebagai penghalang thermodinamik bukan kinetik.

Kesetimbangan untuk reaksi seperti ( jelas nampak kelemahan karakteristik ikatan

sigma pada transisi metal-alkyl tersebut.

.+.A.2 eaksi !disi


16/48

3ekanisme seperti itu telah teridentifikasi untuk reaksi adisi-oksidatif

%?Br5Ir%l(%


17/48

Pada tahap normal memerlukan ikatan koordinasi untuk menyisipkan molekul

(%


18/48

2. Tip-tip Katalis

2.1 Katalis Pa(at

+.. Katalis =ogam

+... Kristal =ogam Dan @ilm

=ogam transisi, khususnya golongan platinum, adalah katalis penting ynag

menampilkan berbagai peran katalitik dan selekti"itas pada beberapa nproses

skala industri.

/abel contoh katalis dan reaksi katalis

Katalis eaksi

Pt,Pd,h,'i

h kompleks

%o kompleks

%r+


19/48

%


20/48

+...+ Katalis =ogam Penyangga

Katalis logam biasanya digunakan sebagai kristalit kecil, tersebar di

permukaan tinggi dukungan berpori seperti asW-!l+


21/48

+. ntuk struktur-reaksi sensitif (seperti alkana hidrogenolisis akti"itas per unit

luas permukaan logam kristalit tergantung pada ukuran, asalkan kristalit relatif

kecil.

2. $elekti"itas misalnya, laju relatif terhadap hidrogenolisis dari dehidrogenasi

(keduanya dari reaksi yang penting dalam perubahan destilat minyak bumi

mungkin juga tergantung pada ukuran kristalit.

8. Pengaruh yang mendasari dukungan (yang dapat dianggap sebagai multidentate

ligan meningkat dengan berkurangnya ukuran kristalit, dan sangat dispered

tertentu logam pada dukungan oksida logam dasar selekti"itas (%

195237917 Makalah Katalis Kel 1

Documents

Transcript of 195237917 Makalah Katalis Kel 1