materi kuliah katalis

download materi kuliah katalis

of 31

  • date post

    20-Dec-2015
  • Category

    Documents

  • view

    126
  • download

    44

Embed Size (px)

description

materi kuliah katalis

Transcript of materi kuliah katalis

  • REAKSI KATALISIS

    Katalisis merupakan proses yang terjadi akibat

    adanya peran dari katalis.

    Katalis merupakan senyawa kimia yang dapat

    mempercepat laju reaksi pada suhu tertentu tanpa

    perubahan bentuk/struktur dari katalis tersebut.

    Cara kerjanya yaitu dengan menempel pada

    bagian subtrat tertentu dan pada akhirnya dapat

    menurunkan energi pengaktifan dari reaksi,

    sehingga reaksi berlangsung dengan cepat.

  • Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih

    cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih

    rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap

    pereaksi.

    Penurunan energi aktivasi reaksi disebabkan oleh

    terjadinya pembentukan alur atau mekanisme

    reaksi yang berbeda (yakni antara reaksi tanpa

    katalis dan reaksi dengan katalis). Bahkan, untuk

    suatu jenis reaksi yang sama, alur atau mekanisme

    reaksi yang terbentuk akibat penggunaan suatu

    katalis tertentu akan berbeda dengan alur atau

    mekanisme reaksi yang terbentuk akibat

    penggunaan katalis yang lain.

    Dengan demikian, katalis hanya bersifat

    memberikan alternatif.

    Berdasarkan teori keadaan-transisi (atau teori

    kompleks aktif), katalis mampu menurunkan

  • hambatan energi potensial (potential energy barrier)

    yang harus dilalui oleh reaktan-reaktan untuk

    membentuk produk-produk reaksi.

    Katalis dapat digolongkan menjadi:

    1. Katalis heterogen adalah katalis yang ada

    dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam

    reaksi yang dikatalisinya.

    Mekanisme dari katalis padat dengan reaktan

    fasa gas, dimana terjadi pembentukan kompleks

    reaktan dengan katalis setelah pembentukan

    produk adalah sebagai berikut :

    a. Reaktan terbawa oleh aliran gas pembawa

    sampai kepermukaan luar partikel katalis.

    b. Difusi reaktan dari permukaan luar masuk

    melalui pori dalam partikel katalis.

  • c. Reaktan diadsorpsi pada sisi aktif katalis

    sehingga menimbulkan energi adsorpsi

    d. Reaksi pembentukan produk antara permukaan

    sampai terjadinya produk.

    e. Produk didesorpsi dari katalis keluar melalui

    pori bagian partikel katalis.

    f. Difusi produk menuju permukaan luar partikel

    katalis.

    g. Produk mengikuti aliran gas pembawa.

    Keuntungan penggunaan katalis heterogen

    adalah katalisnya dapat dipisahkan dengan

    penyaringan dari produk bila reaksi telah

    selesai. Banyak proses industri 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 terserap. 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) 2 HCl(g) arang

  • Ada beberapa pendapat tentang mekanisme reaksi

    katalisis heterogen adalah sebagai berikut:

    a. Difusi molekul reaktan ke permukaan katalis

    b. Adsorpsi reaktan pada permukaan katalis.

    c. Reaksi difusi reaktan pada permukaan katalis.

    d. Reaksi dalam lapisan adsorpsi.

    e. Desorpsi produk reaksi dari permukaan

    katalis.

    f. produk keluar dari permukaan katalis

    Mekanisme katalisis heterogen menurut Langmuir-

    hinshelwood :

    a. Atom A dan B teradsorpsi kepermukaan

    katalis.

    b. Atom A dan B berdifusi melalui permukaan.

    c. Atom A dan B berinteraksi satu sama lain.

  • d. Sebuah molekul terbentuk dan terjadi

    desorpsi

    Mekanisme katalisis heterogen menurut Rideal-

    Eley :

    a. 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.

    b. Atom B lewat, kemudian berinteraksi dengan

    atom A yang ada dipermukaan katalis (k).

  • Katalis menyediakan suatu permukaan dimana

    pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk

    sementara terserap.

    c. Atom A dan B saling berinteraksi satu sama

    lain

    d. 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.

    2. katalis homogen berada dalam fase yang sama.

    Katalis homogen umumnya bereaksi dengan satu

    atau lebih pereaksi untuk membentuk suatu zat

  • antara (intermediet) yang selanjutnya bereaksi

    membentuk produk akhir reaksi, kemudian katalis

    akan lepas kembali.

    Skema umum reaksi katalitik

    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 sebagai katalis.

    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, 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 yang kemudian

    mengurai menjadi AB dan C.

    sesuai reaksi ABC AB + C (reaksi cepat)

    Beberapa katalis ternama yang pernah

    dikembangkan di antaranya :

    katalis Ziegler-Natta yang digunakan untuk

    produksi masal polietilen dan polipropilen.

    katalis Besi sebagai yang digunakan pada

    proses Haber untuk sintesis amoniak.

  • platina dan rodium sebagai Konverter katalitik

    yang dapat menghancurkan produk samping

    knalpot.

    MACAM KATALIS

    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 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.

  • Katalis mempunyai tiga fungsi katalitik:

    1. Aktivitas

    Merupakan kemampuan katalis untuk

    memberikan produk reaksi yang diinginkan

    (dalam jumlah tinggi) dari sekian banyak produk

    yang mungkin dihasilkan. Produk yang diinginkan

    tadi sering disebut sebagai yield sedangkan

    banyaknya bahan baku yang berhasil diubah

    menjadi aneka produk dikatakan sebagai

    konversi.

    Yield = %selektifitas x konversi

    Peningkatan aktivitas tersebut memberikan

    beberapa keuntungan sbb:

    a. Kecepatan reaksi yang lebih tinggi untuk

    kondisi operasi yang sama.

  • b. Kecepatan reaksi yang sama, tetapi dengan

    jumlah produk yang lebih tinggi atau ukuran

    reaktor yang lebih kecil.

    c. Kecepatan reaksi yang sama pada kondisi

    yang lebih lunak (berupa suhu atau tekanan

    operasi yang lebih rendah), dengan yield

    meningkat, operasi menjadi lebih mudah,

    deaktivasi berkurang, dan selektivitas yang

    lebih baik.

    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 (dapat dimaknai sebagai

  • Kemampuan sebuah katalis untuk menjaga

    aktifitas, produktifitas dan selektifitasn