KATALIS

1. Dasar Teori

Katalis adalah suatu zat yang ditambahkan pada sistem reaksi untuk

meningkatkan laju reaksi tanpa ikut berubah secara kimia pada akhir reaksi. Dan

menurut Oswald (1902) mendefinisikan katalis sebagai suatu substansi yang

mengubah laju suatu reaksi kimia tanpa terdapat sebagai produk akhir reaksi.

Walaupun menurut definisi jumlah katalisator tidak berubah pada akhir reaksi

selama reaksi berlangsung. Katalis akan mengawali penggabungan senyawa kimia

yang akan terbentuk suatu kompleks antara substansi tersebut dengan katalisator.

Kompleksnya yang terbentuk hanya merupakan bentuk hasil antara yang akan

terurai kembali menjadi produk reaksi dan molekul katalisator .

Katalis tidak mengalami perubahan pada akhir reaksi, karena itu tidak

memberikan energi ke dalam sistem , tetapi akan memberikan mekanisme reaksi

alternatif dengan energi aktivasi yang lebih rendah dibandingkan dengan reaksi

tanpa katalis . Berikut gambar 1 diagram energi dari reaksi tanpa katalis dan

dengan katalis.

Dari grafik tersebut membandingkan dua energi aktivasi Ea , yaitu Ea

dengan katalis(b-a) dan Ea tanpa katalis (c-a) . Dapat dilihat bahwa energi yang

dibutuhkan lebih sedikit( b-a) dibandingkan dengan energi tanpa katalis (c-a).

Dengan demikian reaksi dengan katalis akan mempercepat laju reaksi sehingga

akan semakin cepat menghasilkan zat hasil reaksi.

Untuk mengetahui katalis dapat menurunkan energi aktivasi . Dapat

dilustrasikan pada gambar 2 reaksi HCOOH + H+ → HCOOH 2+ ( tanpa katalis

dan dengan katalis)

Pada gambar tersebut , jumlah tahapan reaksi dengan katalis ( ditandai

dengan jumlah tumbukan)lebih banyak dibandingkan reaksi tanpa katalis. Ketika

reaksi tidak ditambahkan katalis, tumbukan partikel yang terjadi lebih sedikit

sedangkan pada saat reaksi ditambahkan dengan katalis jumlah partikel yang

terjadi lebih banyak sehinnga dapat menurunkan energi aktivasi .

Jumlah katalis dalam reaksi memiliki nilai optimum. Jika jumlah katalis

yang digunakan tidak mencukupi, laju reaksi akan berlangsung lambat. Jikakatalis

ditambah, reaksi akan semakin cepat sehingga mencapai titik optimum. Setelah

mencapai titik ini, walaupun jumlah katalis ditambah, tidak dapat lagi

mempercepat reaksi .

Berdasarkan jumlah fasa yang terlibat, proses katalitik dapat dibedakan

menjadi katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis homogen jika katalis

yang digunakan berfasa sama dengan fasa zat pereaksi, dan katalis heterogen bila

reaksi dikatalisis oleh katalisator yang mempunyai fasa berbeda dengan zat

pereaksi. Katalis heterogen merupakan katalis yang paling banyak digunakan

dalam industri modern, karena walaupun katalis heterogen kurang efektif

dibandingkan dengan katalis homogen tetapi katalisis heterogen lebih mudah

dipisahkan dari campuran reaksinya dan juga lebih stabil terhadap perlakuan

panas.

Katalis menyediakan jalan reaksi alternatif dengan energi aktivasi (energi

minimum yang dibutuhkan campuran untuk menghasilkan produk) yang lebih

kecil melalui pembentukan intermediet reaktif di permukaan katalis, dimana

banyak terjadi reaksi atomic atau molecular. Kemudian intermediet reaktif ini

akan saling berinteraksi membentuk produk. Katalis juga mampu memperbesar

kemungkinan terjadinya tumbukan efektif antara molekul reaktan. Katalis hanya

mampu mempengaruhi faktor kinetik reaksi seperti kecepatan reaksi, energi

aktivasi, dan keadaan intermediet saja.

Karakteristik katalis antara lain:

1. Jumlah dan komposisi kimianya tidak berubah.

2. Tidak mengubah harga tetapan kesetimbangan (k) reaksi.

3. Tidak memulai reaksi yang secara termodinamik tidak terjadi.

4. Bersifat spesifik terhadap reaktan.

5. Katalisis hanya dibutuhkan dalam jumlah sedikit untuk reaksi katalisis,

2. Katalis Homogen

Dalam suatu reaksi kimia, katalis homogen berfungsi sebagai zat

perantara. Serta dalam katalis homogen, reaktan dan katalis terdispersi dalam satu

fasa, biasanya cair. Sehingga sulit memisahkan katalis dari sistem reaksinya

karena katalis larut dalam campuran. Pemisahan tidak cukup dilakukan dengan

penyaringan atau dekantasi. Teknik yang umum digunakan adalah destilasi atau

ekstraksi produk dari campuran, misalnya katalis asam basa pada reaksi

esterifikasi biodisel dipisahkan dengan ekstraksi untuk kemudian campuran sisa

reaktan- katalis yang tertinggal dialirkan lagi menuju bejana reaksi, sehingga bisa

terpisah atau mengendap setelah reaksi selesai. Sedangkan katalis heterogen

keunggulannya adalah mudah dipisahkan dari sistem reaksinya dan relatif stabil

terhadap perlakuan panas membuat katalis heterogen lebih disukai dalam berbagai

proses industri. Contohnya yaitu Ni (padatan) dipakai sebagai katalis reaksi gas

C2H4dan H2membentuk C2H6.

• Contoh reaksi kimia yang melibatkan katalis homogenReaksi tanpa katalis : 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g) (lambat)

Reaksi dengan katalis NO :NO + O2 NO2 (cepat)NO2 + 2SO2 2SO3 + 2NO (cepat)

------------------------------ +2SO2 + O2 2SO3 (cepat)Gas NO mudah bereaksi dengan O2menjadi NO2 yang merupakan sumber

O2bagi SO2untuk membentuk SO3dan NO kembali ,sehingga gas NO diperoleh

kembali dalam jumlah yang sama. Contoh lainnya dari katalis homogen dalam

laboratorium yaitu reaksi antara KMnO4 dan asam oksalat dalam suasana asam

yang dikatalisis oleh ion Mn2+, reaksi persamaan ionnya adalah

2MnO4- + 16 H+ + 5 C2O4

2- → 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O

Karena dalam reaksi tersebut dihasilkan juga ion Mn2+ , dalam reaksi ini ion Mn2+

merupakan katalisator dan reaksi ini disebut sebagai otokatalisis.

Dekomposisi Hidrogen peroksida yang dikatalisis oleh iodida, reaksi kimianya sebagai berikut :Reaksi utuh : 2 H2O2 (aq) → 2 H2O + O2

Mekanisme reaksi : H3O+ + H2O2 → H3O2+ + H2O

H3O2+ + I- → HOI + H2O

HOI + H2O2 → H3O+ + O2 + I-

Beberapa penggunaan katalis homogen dalam industri

Pereaksi Katalis Produk Kegunaan

Propilena Kompleks Mo(VI)

Propilenaoksida Busa poliester

Metanol (Rh(CO)2 I2 )I- Asam Asetat Pelapisan poli (vinil asetat)

Butadiena, HCN

Senyawa Ni/ P Adiponitril Nilon( Serat, plastik)

–Olefin,

CO,H2

senyawa Rh/ P Aldehid Plasticizer, peluas

Contoh lainnya katalis homogen

Katalisis oleh asam dalam tautomer Keto-enol

Katalisis basa pada tautomer keto-enol

Kriteria baik atau tidaknya suatu katalis sebagai berikut :

• Aktifitas

Yaitu kemampuan katalis untuk mengkonversi reaktan menjadi produk yang

diinginkan.

• Selektifitas

Yaitu kemampuan katalis mempercepat reaksi yang diinginkan di antara

beberapa reaksi yang mungkinterjadi.

• Yield

Yaitu jumlah produk yang terbentuk untuk setiap satuan reaktan yang

terkonsumsi.

• Kestabilan

Yaitu lamanya katalis memiliki aktifitas dan selektifitas seperti keadaan

semula.

• Kemudahan diregenerasi

yaitu proses mengembalikan aktifitas dan selektifitas katalis seperti semula.