SEMUA MATERI KATALIS

BAB I

PENDAHULUAN

Dengan berkembangnya zaman, katalisator memainkan peranan dominan dalam

bidang industri. Industri tersebut meliputi industri perminyakan, otomotif, farmasi bahkan

industri makanan dan minuman juga menggunakan katalis. Selain itu, banyak proses

manufaktur melibatkan kimia katalitik. Kimia katalitik tersebut akan terus ditingkatkan

dalam berbagai penelitian seiring dengan perkembangan zaman.

1.1 PENGERTIAN KATALIS

Katalis merupakan suatu zat atau substansi yang dapat mempercepat reaksi (dan

mengarahkan atau mengendalikannya), tanpa terkonsumsi oleh reaksi, namun bukannya

tanpa bereaksi. Katalis bersifat mempengaruhi kecepatan reaksi, tanpa mengalami

perubahan secara kimiawi pada akhir reaksi. Peristiwa / fenomena / proses yang

dilakukan oleh katalis ini disebut katalisis. Istilah negative catalyst (atau inhibitor)

merujuk kepada zat yang berperan menghambat atau memperlambat berlangsungnya

reaksi.

1.2 SEJARAH KATALIS

Istilah katalisator berawal dari penelitian Berzelius pada tahun 1836 tentang proses

proses pemercepatan laju reaksi dan menjabarkannya sebagai akibat adanya gaya

katalisis. Sebutan “gaya” katalisis ternyata tidak terbukti, tetapi istilah katalisator tetap

digunakan untuk menyebuitkan pengaruh substansi tertentu yang ikut dalam proses tanpa

mengalami perubahan. Senyawa yang menurunkan laju reaksi biasa disebut sebagai

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 1902 Ostwald mendefinisikan katalis sebagai substansi yang

mengubah laju reaksi tanpa terdapat sebagai produk pada akhir reaksi, dengan kata lain

katalisator mempengaruhi laju reaksi dan berperan sebagai reaktan sekaligus produk

reaksi.

1.3 KARAKTERISTIK KATALIS

Berikut ini merupakan karakteristik dari katalis:

1) Katalis berperan mempercepat reaksi (meningkatkan kecepatan/laju reaksi)

1| Makalah Kimia Katalis

2) Katalis tidak muncul di dalam persamaan stoikiometri reaksi, karena katalis

bukanlah reaktan dan juga bukan produk. Hal berlaku secara umum, kecuali pada

kasus reaksi autokatalitik. Katalis muncul di dalam mekanisme reaksi, serta muncul

(secara langsung maupun tidak langsung) dalam persamaan kecepatan reaksi.

3) Kuantitas atau banyaknya katalis tidak mengalami perubahan selama reaksi

berlangsung. Kendatipun demikian, seiring dengan berlangsungnya proses, pada

kenyataannya katalis dapat mengalami perubahan sifat-sifat kimia dan fisika secara

irreversibel yang mengarah kepada terjadinya deaktivasi.

4) Komposisi kimiawi suatu katalis tidak berubah pada akhir reaksi.

5) Katalis dibutuhkan oleh suatu reaksi dalam kuantitas yang sangat sedikit. Contoh: 1

gram katalis logam Pt dibutuhkan untuk reaksi penguraian 108 liter H2O2.

6) Jika lebih dari 1 (satu) reaksi berlangsung secara simultan pada saat yang

bersamaan, maka pada umumnya katalis mempengaruhi arah atau selektivitas atau

spesifisitas reaksi. Artinya, katalis bersifat unik (spesifik); katalis tertentu hanya

mempercepat jenis reaksi tertentu.

7) Katalis tidak mengubah atau menggeser kesetimbangan reaksi, termasuk semua sifat

termodinamikanya, seperti kecenderungan keberlangsungan reaksi (berdasarkan

perubahan energi bebas Gibbs reaksi, ΔG), besarnya panas reaksi (ΔH), harga

tetapan kesetimbangan reaksi (K), dan konversi maksimum reaksi (Xe) yang dapat

dicapai pada kondisi tertentu. Dengan atau tanpa katalis, sifat-sifat termodinamika

reaksi tidak mengalami perubahan. Katalis hanya berpengaruh terhadap sifat

kinetika reaksi.

8) Katalis tidak memulai berlangsungnya suatu reaksi, tetapi mempengaruhi kecepatan

reaksinya. Katalis hanya mempromosikan reaksi-reaksi yang perubahan energi bebas

Gibbs (ΔG)-nya berharga negatif. Dengan kata lain, katalis tidak mampu

mempercepat suatu reaksi, pada kondisi tertentu, yang secara termodinamika tidak

dapat berlangsung.

9) Katalis hanya mempercepat reaksi untuk mencapai kesetimbangan (Bandingkan 2

grafik profil konversi reaksi versus waktu reaksi yang diilustrasikan pada gambar di

bawah ini. Reaksi yang menggunakan katalis jauh lebih cepat mencapai

kesetimbangan dibandingkan dengan reaksi tanpa katalis).


Karena tetapan kesetimbangan reaksi (K) yang merupakan perbandingan antara

tetapan kecepatan reaksi ke kanan terhadap tetapan kecepatan reaksi ke kiri tidak

mengalami perubahan, maka katalis bersifat mempercepat reaksi dalam kedua arah.

Artinya, katalis yang mempercepat reaksi ke kanan juga akan mempercepat reaksi ke

kiri (reaksi balik). Contoh: logam baik digunakan sebagai katalis reaksi hidrogenasi

dan sekaligus dehidrogenasi.

10) Katalis mempunyai suhu operasi optimum

11) Katalis dapat teracuni oleh suatu zat dalam jumlah yang sangat sedikit yang disebut

racun katalis. Contoh:

Keaktifan katalis dapat diperbesar oleh suatu zat yang disebut pemercepat katalis

(promotor). Contoh: Efisiensi katalis CuO-ZnO yang digunakan untuk mengkatalisis

reaksi shift conversion(CO (g) + H2O (g) ↔CO2(g) + H2(g)) pada proses pembuatan

pupuk urea ditingkatkan melalui penambahan promotor Al2O3.

12) Pada reaksi-reaksi tertentu, terdapat salah satu produk reaksi yang dapat berfungsi

sebagai katalis untuk reaksi yang bersangkutan. Zat atau produk reaksi ini disebut

autokatalis, sedangkan reaksinya biasa disebut reaksi autokatalitik. Contoh:


13) Katalis yang dapat menghambat atau memperlambat kecepatan reaksi disebut katalis

negatif (atau inhibitor). Contoh:

1.4 KECEPATAN REAKSI DAN FAKTOR YANG MEMPENGARUHINYA

Laju reaksi atau kecepatan reaksi menyatakan banyaknya reaksi kimia yang

berlangsung per satuan waktu. Laju reaksi menyatakan molaritas zat terlarut dalam reaksi

yang dihasilkan tiap detik reaksi. Berikut ini merupakan faktor-faktor yang

mempengaruhi kecepatan reaksi.

1. Konsentrasi ( C )

Konsentrasi yang berkaitan dengan jumlah partikel yang bereaksi. Makin

besar konsentrsi berarti makin banyak partikel sehingga makin banyak yang

bergerak dan makin banyak tumbukan yang terjadi. Dengan banyaknya laju reaksi

partikel yang bertumbukan laju reaksi akan semakin besar.

2. Luas permukaan sentuhan ( A )

Laju reaksi barbanding lurus dengan luas permukaan sentuhan, laju reaksi ini

barpengaruh terhadap tumbukan. Dengan luasnya permukaan maka menyebabkan

semakin besarnya jumlah tumbukan. Sehingga laju raksinya pula makin basar.

3. Suhu ( T )

Laju raksi akan bertambah apabila suhunya naik. Pada umumnya kenaikan

suhu 10⁰C manyebabkan kenaikan laju reaksi sebesar dua sampai tiga kali. Jika

untuk setiap kenaikan suhu 10⁰C laju raksi a kali, maka untuk kenaikan suhu n x 10⁰ laju reaksinya menjadi :

Kenaikan suhu n x 10⁰, laju raksi = a⁰kali

Jika t₁ lama reaksi pada suhu T₁ ⁰C dan t₂ = lama reaksi pada suhu T₂ ⁰C,

maka : t₂ = x t₁ (catatan jika nilai a tidak diketahui maka dianggap a=2)


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

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

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

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

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

4. Katalis

Katalis adalah suatu zat yang dapat mempercepat atau memperlambat laju

reaksi, tanpa dirinya mengalami perubahan yang kekal. Suatu katalis mungking

dapat terlibat dalam proses reaksi atau mengalami perubahan selama reaksi

berlangsung, tetapi setelah reaksi itu selesai maka katalis akan diperoleh kembali

dalam jumlah yang sama. Katalis yang sifatnya mempercepat reaksi disebut

katalisator (katalis positif). Yang memperlambat siatu reaksi disebut inhibitor

(katalis negatif). Secara umum bahwa katalis adalah katalisator, yaitu zat yang

dapat mempercepat laju raksi.

1.5 FUNGSI KATALIK KATALIS

Berdasarkan karakteristik yang telah dijelaskan sebelumnya, maka paling tidak

terdapat 2 fungsi katalis yaitu untuk:

1. Mempercepat reaksi menuju kesetimbangan atau fungsi aktivitas

2. Meningkatkan hasil reaksi yang dikehendaki atau fungsi selektivitas.

Walaupun katalis tidak secara permanen terlibat dalam reaksi kimia, namun

ketika katalis melakukan fungsinya, maka katalis mengalami perubahan baik secara

kimiawi maupun secara fisik yang sangat mempengaruhi kinerja. Oleh karena itu

terdapat 3 parameter utama dari kinerja katalis, yaitu:

1. Aktivitas, yaitu peran katalis yang berkaitan dengan kemampuannya mempercepat

reaksi,

2. Selektivitas atau spesifisitas, yaitu peran katalis yang berkaitan dengan

kemampuannya meningkatkan produk yang diinginkan,

3. Stabilitas atau lifetime, yaitu peran katalis yang berkaitan dengan kemampuannya

menahan hal-hal yang dapat mengarahkan terjadinya deaktivasi katalis.

Untuk setiap reaksi yang dikatalisisnya, katalis harus mempunyai aktivitas kimia,

selektivitas, dan stabilitas yang cukup tinggi. Peningkatan aktivitas tersebut memberikan

beberapa keuntungan, antara lain:

1. Kecepatan reaksi yang lebih tinggi untuk kondisi operasi yang sama.

2. Kecepatan reaksi yang sama, tetapi dengan throughput yang lebih tinggi atau ukuran

reaktor yang lebih kecil.


3. Kecepatan reaksi yang sama pada kondisi yang lebih lunak (berupa suhu atau tekanan

operasi yang lebih rendah), dengan yieldmeningkat, operasi menjadi lebih mudah,

deaktivasi berkurang, dan selektivitas yang lebih baik.

1.6 DEAKTIVASI KATALIS DAN CARA MENGATASINYA

Seiring dengan berlangsungnya proses, katalis dapat mengalami perubahan

sifat kimia dan fisika secara reversibel maupun ireversibel yang mengarah kepada

terjadinya penurunan (atau kehilangan) aktivitasnya. Semua katalis akan mengalami

penurunan (atau kehilangan) aktivitasnya sepanjang waktu penggunaan (time on

stream, TOS). Peristiwa inilah yang dinamakan deaktivasi. Deaktivasi reversibel

bersifat sementara, sehingga katalis dapat diaktifkan kembali dan diregenerasi;

sedangkan deaktivasi ireversibel bersifat permanen, sehingga harus dilakukan

penggantian katalis baru.

Proses deaktivasi dapat berlangsung: sangat cepat, seperti pada katalis-katalis

perengkahan (cracking) hidrokarbon, atau sangat lambat, seperti pada katalis besi

promoted untuk reaksi sintesis amonia, yang dapat digunakan selama beberapa tahun

tanpa kehilangan aktivitas secara berarti (signifikan).

Deaktivasi katalis dapat mempengaruhi kinerja reaktor. Penurunan jumlah

active sites katalis dapat menurunkan aktivitas katalitiknya. Katalis yang telah

terdeaktivasi harus diregenerasi atau bahkan diganti secara periodik. Dengan

mengetahui hal-hal yang dapat menyebabkan deaktivasi, bagaimana deaktivasi dapat

mempengaruhi performa katalis, bagaimana mencegah terjadinya deaktivasi, serta

bagaimana meregenerasi katalis yang telah terdeaktivasi, maka persoalan deaktivasi

ini dapat diminimasi.

Ada 3 macam penyebab deaktivasi secara garis besar, yakni:

1. Fouling (pengerakan),

2. Poisoning (peracunan), dan

3. Sintering.

A. FOULING (PENGERAKAN)

Deaktivasi katalis akibat pengerakan pada umumnya berlangsung cepat.

Pengerakan terjadi jika ada zat-zat dalam reaktor (bisa reaktan, produk, atau

intermediet) terdeposit di atas permukaan katalis dan menutup pori-pori (atau

active sites) katalis secara fisik. Karbon (coke/kokas) merupakan bentuk kerak


yang paling umum, dan proses pembentukannya dinamakan coking. Misalnya,

pembentukan coke(C) pada reaksi perengkahan hidrokarbon dengan katalis

silika-alumina:

C10H22 →C5H12+ C4H10+ C(s)

Bentuk coke yang terbentuk bergantung kepada jenis katalis, suhu, dan

tekanan parsial senyawa-senyawa karbonnya. Beberapa hal yang dapat

dilakukan untuk meminimasi coking:

mengoperasikan reaktor dengan waktu tinggal yang singkat

menambahkan hidrogen ke dalam aliranproses, untuk mengkonversi karbon

(fase gas) menjadi metana

meminimasi suhu upstreamdari unggun (bed) katalis, karena karbon (fase

gas) kurang mudah terbentuk pada suhu rendah.

B. POISONING (PERACUNAN)

Deaktivasi katalis akibat peracunan pada umumnya berlangsung lambat.

Peracunan disebabkan oleh adsorpsi kimia (chemisorption) zat-zat dalam aliran

proses. Zat-zat ini kemudian menutup atau memodifikasi active sites pada katalis.

Racun dapat menyebabkan perubahan morfologi permukaan katalis, baik melalui

rekonstruksi permukaan maupun relaksasi permukaan atau memodifikasi ikatan

antara katalis logam dengan support-nya. Zat yang bisa menjadi racun pada

umumnya adalah pengotor (impurity) dalam aliran umpan, namun produk dari

reaksi yang diinginkan pun bisa berperan sebagai racun. Ada 3 jenis utama racun,

yaitu:

1. Molekul-molekul dengan heteroatom yang reaktif (misal: sulfur)

2. Molekul-molekul dengan ikatan kompleks antar atom (misal: hidrokarbon tak

jenuh)

3. Senyawa-senyawa logam atau ion-ion logam (misal: Hg, Pd, Bi, Sn, Cu, Fe)

Toksisitas sebuah racun P ditentukan oleh besarnyaperubahan entalpi

adsorpsi racun P dan perubahan energi bebas proses adsorpsi, yang menentukan

besarnya konstanta kesetimbangan adsorpsi kimia oleh racun P (KP).Fraksi

permukaan katalis yang tertutupi oleh racun P yang teradsorp secara reversibel

(θP) dapat dihitung menggunakan isoterm adsorpsi Langmuir:


dengan:

KA ≡ konstanta kesetimbangan adsorpsi reaktan A

KP ≡ konstanta kesetimbangan adsorpsi racun P

pA ≡ tekanan parsial reaktan A

pP ≡ tekanan parsial racun P

Aktivitas katalis yang tersisa sebanding dengan fraksi permukaan katalis

yang tidak tertutupi oleh racun (yaitu sebesar 1-θP). Ikatan antara racun dengan

katalis (atau supportkatalis) dapat berlangsung lemah atau kuat. Jika ikatannya

kuat, peracunan akan mengakibatkan terjadinya deaktivasi yang ireversibel.

Namun jika ikatannya sangat lemah, deaktivasi katalis yang teramati dapat

dibalikkan dengan cara mengeliminasi (menghilangkan) pengotor (racun) dari

aliran umpan.

Racun katalis dapat dihilangkan dengan cara:

Pemisahan secara fisik, atau

Treatmentkimia, untuk mengkonversi zat racun menjadi senyawa-senyawa

yang nontoksik, yaitu dengan oksidasi (untuk jenis racun 1)) dan hidrogenasi

(untuk jenis racun 2)).

Jika produk reaksi dapat berperan sebagai racun,maka reaktor harus dioperasikan

pada tingkat konversi yang rendah, dan/atau memisahkan produk tersebut secara

selektif pada tahap intermediet (untuk jenis reaktor multitahap).

C. SINTERING

Deaktivasi katalis akibatsinteringdisebabkan olehpertumbuhan atau

aglomerasi kristal yang akan mengubah struktur kimia katalis atau support-nya.

Structural rearrangementyang teramati selama sintering mengakibatkan

penurunan luas permukaan katalis, dan karenanya mengakibatkan penurunan

banyaknya active sites katalis secara ireversibel.


Pada umumnya sinteringberlangsung jikasuhu lokal katalis melampaui

sepertiga hingga setengah dari suhu leleh (melting-point, Tm)-nya. Batas atas

suhu (yaitu ½ Tm) diterapkan pada kondisi ”kering”, sedangkan batas bawah

suhu (yaitu 1/3 Tm) diterapkan jika ada steam/kukus/uap dalam aliran proses. Hal

ini dikarenakan steam memudahkan terjadinya reorganisasi beberapa logam,

alumina, dan silika. Berikut adalah daftar beberapa katalis logam dengan suhu

sintering-nya.

Untuk mencegah terjadinya sintering (dan/atau proses aglomerasi kristal),

katalis biasanya dimodifikasi melalui penambahan komponen stabilizer yang

mempunyai titikleleh tinggi. Beberapa contoh:

Chromia, alumina, dan magnesia (yang mempunyai titik leleh tinggi) sering

kali ditambahkan sebagai stabilizerpada katalis logam.

Sintering platinum dapat dicegah dengan menambahkan sejumlah kecil

senyawa-senyawa terklorinasi ke dalam aliran gas. Dalam hal ini, klorin

berperan meningkatkan energi aktivasi proses sintering, sehingga kecepatan

sinteringmenjadi turun.

1.7 REGENERASI KATALIS

Aktivitas katalis yang telah terdeaktivasi dapat dipulihkan kembali, secara parsial

maupun sempurna, melalui treatment kimia. Proses regenerasi yang berlangsung lambat

dapat disebabkan oleh meningkatnya batasan termodinamika atau tahanan difusi akibat

menutupnya pori-pori katalis. Peningkatan tahanan difusi ini akan menurunkan

effectiveness factorkatalis. Meskipun kecepatan desorpsi pada umumnya meningkat pada

suhu tinggi, namun pengontakan katalis dengan aliran gas bersuhu tinggi untuk jangka

waktu lama dapat memicu terjadinya sintering dan hilangnya aktivitas katalis secara

ireversibel. Deaktivasi katalis karena peracunan dan pengerakan akan berlangsung


ireversibel, jika zat-zat penyebab deaktivasi tersebut tidak dapat digasifikasi pada suhu di

bawah suhu sintering-nya.

Contoh-contoh kasus regenerasi katalis:

1. Untuk katalis yang teracuni oleh sulfur, ikatan logam-sulfur biasanya diputuskan

dengan menambahkan steam. Contohnya, pada katalis logam nikel:

Ni-S + H2O →NiO + H2S … (i)

H2S + 2 H2O ⇔SO2+ 3 H2… (ii)

Kesetimbangan reaksi (ii) yang menggeser H2S dicapai pada suhu yang sangat

tinggi (>700oC). Artinya, sintering katalis menjadi persoalan (karena suhu

sinteringNi ≈500oC). Selain itu, SO2 biasanya merupakan racun untuk beberapa

katalis. Jika sinteringatau peracunan oleh SO2 menghalangi treatmentregenerasi

dengan steam, maka sulfur yang terdeposit pada katalis Ni biasanya dipisahkan

dengan cara melewatkan aliran gas yang bebas-sulfur pada katalis, pada suhu-

sedang, selama periode waktu tertentu.

2. Regenerasi katalis yang terdeaktivasi oleh cokebiasanya dilakukan dengan proses

gasifikasi menggunakan oksigen, steam, hidrogen, atau karbon dioksida:

C + O2 →CO2............. (iii)

C + H2O →CO + H2... (iv)

C + 2 H2 →CH4........... (v)

C + CO2 →2 CO ........ (vi)

Reaksi (iii) berlangsung sangat eksotermik sehingga dapat menghasilkan suhu

lokal yang tinggi di dalam katalis. Oleh karena itu, suhu harus benar-benar

dikontrol untuk mencegah terjadinya sintering. Unsur-unsur transisi beserta

senyawanya banyak digunakan sebagai katalis, misalnya: Pt, Ni, Fe, HgSO4,

V2O5, dan MnO2.

1.8 TEORI TUMBUKAN

Menurut teori tumbukan, kecepatan reaksi ditentukan oleh faktor frekuensi

tumbukan efektif (f) dan orientasi tumbukan (p). Kedua faktor tersebut terkandung dalam

tetapan pada kecepatan reaksi, yaitu:

k = p. F


Oleh karena tetapan berbanding lurus dengan kecepatan reaksi maka faktor-faktor

tersebut berbanding lurus dengan kecepatan reaksi. Dengankata lain, jika frekuensi

tumbukan tinggi maka kecepatan reaksi akan meningkat, sebaliknya jika frekuensi

tumbukan rendah maka kecepatan reaksi akan menurun.

Menurut pengertian teori tumbukan, selama tumbukan antara

molekul A2 dan B2 (dianggap) ikatan A–A dan B–B putus dan terbentuk ikatan A–B.

Pada gambar 2. ditunjukkan bahwa anggapan itu tidak selamanya berlaku untuk setiap

tumbukan.

Molekul-molekul harus mempunyai orientasi tertentu agar tumbukan efektif

untuk menghasilkan reaksi kimia. Pada gambar 2. ditunjukkan bahwa jumlah tumbukan

yang orientasinya tidak memungkinkan terjadi reaksi umumnya lebih banyak daripada

jumlah tumbukan yang memungkinkan terjadinya reaksi. Hal itu berarti peluang suatu

tumbukan tertentu untuk menghasilkan reaksi umumnya kecil.


BAB II

KATALIS HOMOGEN

2.1 PENGERTIAN KATALIS HOMOGEN

Katalis homogen adalah katalis yang mempunyai fase sama dengan reaktan atau

produk. Pada umumnya berupa fase cair, dengan katalis dan reaktan berada dalam larutan.

Penggunaan katalis homogen ini mempunyai keunggulan, yaitu: memiliki aktivitas dan

selektivitas yang tinggi, tidak mudah teracuni oleh keberadaan pengotor, mudah

dioperasikan, mudah dimodifikasi, mudah untuk dipelajari.

2.2 KINETIKA REAKSI

Penentuan persamaan kinetika reaksi berkatalis homogen, berdasarkan

mekanismenya, dilakukan dengan cara yang sama (analog) dengan kinetika reaksi

homogen dengan berbantuankan hubungan pendekatan neraca massa katalis.

Contoh:

Reaksi enzimatik (berkatalis enzim) fase cair: .... (*)

yang berlangsung dalam reaktor batchisotermal bervolume-tetap.

Mekanisme reaksi yang diperkirakan terjadi untuk reaksi ini:

dengan:

A ≡ reaktan (substrat),

P ≡ produk reaksi,

E ≡ enzim,

AE ≡ zat antara (intermediet) yang merupakan molekul enzim yang terikat pada

reaktan

Berdasarkan persamaan (*): r = -rA= rP .... (**)

Berdasarkan mekanisme reaksi, tahap (ii) lambat, sehingga tahap (ii) menjadi tahap

penentu kecepatan reaksi: r = r tahap (ii) = rP .... (***)

Kecepatan reaksi tahap (ii): r = k2[AE] .... (1)


Pendekatan kesetimbangan untuk reaksi tahap (i): .... (2)

Neraca massa katalis: [E0] = [E] + [AE]atau: [E] = [E0] – [AE] .... (3)

dengan:

[E0] ≡ konsentrasi enzim mula-mula

[AE] ≡ konsentrasi enzim yang berikatan dengan reaktan A pada saat t

[E] ≡ konsentrasi enzim bebas pada saat

Substitusikan (3) ke (2):

. ... (4)

Substitusikan (4) ke (1):

2.3 MEKANISME REAKSI KATALIS HOMOGEN

Mekanisme pada reaksi berkatalis homogen berlangsung melalui tahap-tahap:

1. Tahap pembentukan senyawa kompleks / intermediates (tahap koordinasi)

2. Tahap penyusunan ulang antara molekul-molekul reaktan dengan ligan katalis (tahap

interaksi ligan), dan

3. Tahap eliminasi produk reaksi

2.4 CONTOH REAKSI KATALIS HOMOGEN

Berikut ini merupakan beberapa contoh dari 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: asam

CH3COOC2H5+ H2O →CH3COOH + C2H5OH katalis: asam


2.5 KELEBIHAN DAN KEKURANGAN KATALIS HOMOGEN

Reaksi katalisis jenis ini terjadi sangat spesifik dan dapat menghasilkan selektivitas

yang tinggi dan biasanya dapat dilakukan pada kondisi operasi yang tidak terlalu sulit.

Walaupun secara operasional reaksi katalisis ini lebih mudah dan lebih tidak

membutuhkan energi, namun katalis homogen ini jarang digunakan dalam industri. Hal

tersebut dikarenakan penggunaan katalis homogen memiliki beberapa kelemahan

diantaranya, yaitu: mencemari lingkungan karena tidak dapat digunakan kembali. Selain

itu, katalis homogen juga umumnya hanya digunakan pada skala laboratorium ataupun

industri bahan kimia tertentu, sulit dilakukan secara komersil, karena operasi pada fase

cair dibatasi pada kondisi suhu dan tekanan, sehingga peralatan lebih kompleks dan

diperlukan peralatan tambahan untuk memurnikan produk dari katalis homogen. Karena

alasan-alasan tersebut, katalisis homogen terbatas penggunaannya di industri, biasanya

dalam pembuatan zat kimia khusus, obat-obatan, dan makanan, kecuali pada produksi

asam asetat, proses alkilasi olefin, dan hidroformilasi. Contoh dari katalis homogen yang

biasanya banyak digunakan dalam produksi biodiesel, seperti basa (NaOH, KOH), asam

(HCl, H2SO4).

Katalis homogen yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari ialah katalis

basa dan katalis asam. Banyak reaksi organik yang bersangkutan yang dengan salah satu

katalis tersebut. Katalis asam bronsted merupakan transfer ion hidrogen dari substrat ke

basa

X + HA HX+ + A- Kemudian HX+ bereaksi

Reaksi tersebut merupakan proses primer dalam pelarutan ester, tantomerisasi

ketonel, dan inversi sukrosa. Sedangkan, katalis basa bronsted merupakan transfer ion

hidrogen dari substrat ke basa :

XH + B X- + BH+ Kemudian X- bereaksi

Reaksi tersebut merupakan tahap primer dalam isomerasi dan halogenasi senyawa organik,

dan dalam reaksi claisen dan adol.

2.6 APLIKASI PENGGUNAAN KATALIS HOMOGEN

Industri Biodiesel


Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono--

alkyl ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan

bakar dari mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak

sayur atau lemak hewan. Sebuah proses dari transesterifikasi lipid digunakan untuk

mengubah minyak dasar menjadi ester yang diinginkan dan membuangasam lemak bebas.

Setelah melewati proses ini, tidak seperti minyak sayur langsung, biodiesel memiliki

sifat pembakaran yang mirip dengan diesel (solar) dari minyak bumi, dan dapat

menggantikannya dalam banyak kasus

Proses pembuatan biodiesel selama ini dengan alkohol dengan minyak tumbuhan

menggunakan katalis homogen berupa NaOH atau KOH. Namun proses pembuatan

biodiesel secara konvesional memiliki beberapa kelemahan, diantaranya terbentuknya

produk samping berupa sabun, rumitnya pemisahan produk biodiesel yang dihasilkan

dengan katalis,.


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

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Minyak_sayur_langsung&action=edit&redlink=1

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

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

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Transesterifikasi&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Lemak_hewan&action=edit&redlink=1

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

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

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

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

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

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

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Alkyl&action=edit&redlink=1

BAB III

KATALIS HETEROGEN

3.1 PENGERTIAN KINETIKA KATALIS HETEROGEN

Katalis heterogen adalah katalis yang fasenya tidak sama dengan reaktan

atau produk. Pada umumnya fase katalis berupa padatan dan fase reaksi berupa

gas. Penggunaan katalis ini mempunyai keunggulan, yaitu mudah dipisahkan dari

campuran reaksi dengan cara filtrasi, tahan dan stabil terhadap suhu relatif tinggi,

ramah lingkungan, tidak bersifat korosif, dapat digunakan berulangkali dalam

jangka waktu yang lama, mudah disiapkan dalam bentuk pallet katalis padat, dan

konstruksinya sederhana. Selain itu, katalis heterogen dapat meningkatkan

kemurnian hasil karena reaksi samping dapat dieliminasi. Hingga tahun 1980-an:

sekitar 90% katalis yang digunakan di dalam proses industri kimia berupa katalis

heterogen. Mayoritas dari katalis heterogen ini didasari pada silika, terutam sejak

beberapa riset menunjukkan keuntungan dari penggunaan silika, antara lain:

a) Kestabilan yang baik,

b) Luas permukaan yang lebih besar,

c) Mudah dan murah,

d) Kemudahan gugus organik dalam menjangkar ke permukaan, untuk

menyediakan pusat katalitis (Gupta et al, 2008)

3.2 KINETIKA KATALIS HETEROGEN

Reaksi antara gas dengan cairandapat dibagi menjadi 8 kelompok dari reaksi

yang sangat cepat sampai reaksiyang sangat lambat.

Jika diambil reaksi sebagai berikut:

A (g) + Bb (larutan) → hasil

Gas A larutdalam cairan.

B tidak larut dalam phase gas.

Jadi A masuk phase cair dan reaksi hanya terjadi pada phase cair.

Salah satu contoh kinetika dengan reaksi yang sangat cepat adalah sebagai

berikut: Bidang reaksi terletak di dalam lapisancairan. Kecepatan difusi dari A dan B

menentukan kecepatan reaksi. Gas A habis bereaksi di dalam bidang reaksi.


Jika tahanan lapisan gas tidak berpengaruh: kAg= ∞ ; pA= Pa

Dengan:

DBl = koefisiendifusizatBdalamphase cair

DAl = koefisiendifusizatAdalamphase cair

pA = tekananparsiilA

HA = konstantaHenry

kAg = koefisientransfer massaA dalamphase gas

kAl = koefisientransfer massaA dalamphase cair

i = interface

3.3 CONTOH-CONTOH KATALIS HETEROGEN

Contoh-contoh dari katalis heterogen adalah zeolit, CaO, MgO, dan resin

penukar ion. Mekanisme katalis heterogen melalui lima langkah, yaitu: transport

reaktan ke katalis, interaksi reaktan-raktan dengan katalis (adsorpsi), reaksi dari spesi-

spesi yang teradsorpsi menghasilkan prodduk-produk reaksi, deadsorpsi produk dari

katalis, transport produk menjauhi katalis.

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)


3.4 MEKANISME RAKSI KATALIS HETEROGEN

Mekanisme yang tepat dari katalis heterogen belum dimengerti secara

sempurna. Walaupun demikian tersedianya elektron d dan orbital d pada atom-atom

permukaan katalis memegang peranan penting. Oleh karena itu aktifitas katalisis

heterogen banyak dilakukan pada sejumlah besar unsur peralihan (transisi) dan

senyawa – senyawanya. Persyaratan kunci dalam katalisis heterogen ialah bahwa

pereaksi fase gas atau larutan diadsorpsi kepermukaan katalis. (Fessenden,1986).

Tidak semua atom – atom permukaan sama efektifnya sebagai katalis, bagian yang

efektif tersebut disebut sisi aktif katalis.

Contoh sederhana katalisis heterogen adalah katalis menyediakan suatu

permukaan dimana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerap. Ikatan

dalam substrat-substrat menjadi lemah sehingga memadai terbentuknya produk baru.

Ikatan antara produk baru dan katalis lebih lemah sehingga akhirnya terlepas.

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.

3.5 KATALIS PENDUKUNG DIBUTUHKAN OLEH KATALIS 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. Pendukung juga

meningkatkan luas permukaan, memiliki pori serta ukuran partikel yang optimal, dan

peningkatan fungsi kimiawi seperti perbaikan aktivitas. Pemilihan pendukung

didasarkan pada beberapa hal :

1. Keinertan


2. Sifat mekanik yang diinginkan, termasuk ketahanan terhadap kikisan, kekerasan

dan ketahanan terhadap tekanan.

3. Kestabilan pada kondisi reaksi dan regenerasi.

4. Luas permukaan, diutamakan yang memiliki luas permukaan besar agar

semakin banyak sisi aktif katalis yang terdistribusi.

5. Porositas, meliputi ukuran pori rata-rata dan distribusi ukuran pori

6. Sifat ekonomis bahan.

3.6 APLIKASI PENGGUNAAN KATALIS HETEROGEN DI BIDANG INDUSTRI

1. Industri Pembuatan Amonia

Amonia merupakan zat kimia yang digunakan sebagai bahan baku pada

pabrik pupuk dan pabrik bahan peledak. Amonia disintesis dari gas N2 dan H2

dengan reaksi sebagai berikut:

Pada suhu kamar, reaksi berlangsung lambat. Untuk mempercepat laju reaksi, ke

dalam zat pereaksi ditambahkan katalis.

Gambar 1. Bagan Sintesis Amonia

Proses sintesis amonia menggunakan katalis ini ditemukan oleh ahli kimia

Jerman, Fritz Haber pada 1905 sehingga proses ini dikenal dengan nama

Proses Haber. Katalis yang digunakan adalah logam besi yang merupakan

katalis heterogen. Katalis dapat dibuat lebih aktif dengan menambahkan

aluminium oksida dan kalium oksida.


N2(g) +3H2(g) → 2NH3(g)

Di Indonesia, terdapat beberapa perusahaan milik pemerintah (Bahan

Usaha Milik Negara/ BUMN) yang memproduksi amonia untuk digunakan

sebagai bahan baku pembuatan pupuk. Perusahaan-perusahaan tersebut di

antaranya, PT Pupuk Kujang di Cikampek, Jawa Barat; PT Pupuk Iskandar

Muda di Nanggroe Aceh Darussalam; PT Pupuk Sriwijaya di Palembang,

Sumatera Selatan; PT Pupuk Kalimantan Timur di Bontang, Kalimantan

Timur; PT Petrokimia di Gresik, Jawa Timur.

2. Industri Otomotif

Gas buang mesin merupakan salah satu pousi udara yang paling besar.

Oleh karena itu digunakanlah catalytic conventer yang merupakan alat yang

digunakan sebagai kontrol emisi gas buang yang diletakkan setelah exhaust

manifold pada sistem kendaraan bermotor (Husselbee,1985).

Katalis automotive (converter) ini pertama kali didesain pada tahun 1975 di

US yang 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 (Shelef, 2000).

Gas karbonmonoksida (CO), nitrogen oksida (NOx) dan kidrokarbon (

HC) yangmerupakan gas buang dari kendaraan pada saat pembakaran yang

sangat merugikan manusia.Terbuangnya gas CO yang dapat mengurangi kadar

oksigen dalam lingkungan sehingga bila terhirup manusia menyebabkan kadar

oksigen di dalam darah berkurang.Hal ini disebabkan karena gas CO akan

lebih mudah bereaksi dengan hemoglobin (Hb) yang mengakibatkan

kemampuan darah untuk mentransfer oksigen berkurang. Selain gas CO, gas

lain yang juga merupakan hasil pembuangan pada proses pembakaran adalah

gas HC. Gas HC dapat menyebabkan iritasi mata, batuk, rasa mengantuk dan

bercak kulit. Sedangkan gas NOx dapat mengganggu sistem pernafasan dan

merusak paru-paru. NOx juga dapat bereaksi dengan air membentuk hujan

asam dan sangat berbahaya bagi lingkungan (Hardianto, 1998).

Katalis yang digunakan pada alat ini ialah logam-logam mulia, seperti

Platinum (Pt), Rhodium (Rh), dan Palladium (Pd). Logam-logam mulia

tersebut mempunyai aktifitas spesifik yang tinggi sehingga menghasilkan

konversi yang besar (Shelef, 2000). Palladium berfungsi sebagai katalis reaksi


oksidasi, rhodium digunakan sebagai katalis rekasi reduksi dan platina dapat

melakukan kedua reaksi tersebut (oksidasi dan reduksi). Logam lain yang

terkadang digunakan walaupun secara terbatas adalah cerium, besi, mangan,

tembaga dan nikel. Digunakan secara terbatas karena memiliki produk

sampingan yang juga cukup berbahaya. Nikel dilarang di uni eropa karena

reaksinya dengan CO menghasilkan nikel tetrakarbonil. Sedangkan tembaga

dilarang di amerika utara karena menghasilkan senyawa dioksin. Ada beberapa

tahapan pada catalytic converter.

a) Tahap awal dari proses yang terjadi pada Catalytic Converter adalah reaksi

reduksi.

Catalytic converter menggunakan platina dan rhodium sebagai katalis

logam pada reaksi reduksi. Ketika gas NOx (NO atau NO2) masuk ke dalam

catalytic converter, katalis logam akan mengadsorpsi dan menyimpan atom

Nitrogen dan membebaskan oksigen dalam bentuk gas Oksigen (O2). Atom

Nitrogen yang tersimpan akan bereaksi dengan atom nitrogen lainnya yang

teradsorpsi pada katalis membentuk gas Nitrogen (N2). Reaksi yang terjadia

dalah sebagai berikut:

2NO(g) → N2(g) + O2(g) atau

2NO2 (g) → N2(g) + 2O2(g)

b) Tahap kedua dari proses yang terjadi pada Catalytic Converter adalah reaksi

oksidasi.

Katalis logam yang digunakan catalytic converter untuk reaksi oksidasi

adalah Platina atau Paladium. Katalis logam tersebut membantu proses

pengubahan emisi gas buang seperti gas Karbon monoksida (CO) dan sisa

hidrokarbon menjadi gas karbondioksida (CO2). Reaksi yang terjadi adalah

sebagai berikut:

2 CO(g) + O2(g) = 2CO2 dan

CxHy(g) + O2(g) = CO2 (g) + H2O(g)

c) Tahap ketiga adalah sistem kontrol yang mengawasi aliran gas buang pada

catalytic converter. Informasi yang didapatkan pada sistem kontrol digunakan

untuk mengatur perbandingan laju alir udara terhadap bahan bakar yang


masuk ke ruang pembakaran. Sistem kontrol memungkinkan catalytic

converter bekerja sedekat mungkin dengan titik stoikiometri (Farrauto, 1999) .

Mekanisme reaksi rektan (CO, HC dan NOx) pada permukaan katalis

mengikuti mekanisme tipe Langmuir-Hinselwood, di mana masing-masing

reaktan

akanteradsorpsi pada permukaan katalis membentuk pusat aktif, kemudian ked

ua pusat aktif bereaksi pada permukaan menghasilkan produk yang selanjutny

a didesorpsi, sebagai contoh adalah reaksi CO dan O2 pada permukaan katalis

Pt menghasilkan molekul CO2 seperti yang terlihat padaGambar di bawah ini

(Ertl, 2008) .

Gambar 2. Mekanisme Adsorpsi CO pada Permukaan Katalis Pt

3. Industri Kimia

Salah satu katalis heterogen yang paling terkenal yaitu katalis Zeolit.

Katalis ini telah banyak digunakan dalam bidang industri kimia baik sebagai

penukar ion, dan pemisahan gas. Hal ini dikarenakan katalis zeolit dapat

mengkatalisa beberapa reaksi seperti crakcing, isomerisasi dan sintesa

hidrokarbon. Peran dan aktivitas zeolit dalam mengkatalisa sangat ditentukan

oleh jumlah dan situs asam yang terdapat pada permukaan. Karena kekuatan

asam zeolit alam berada pada daerah yang lebar maka selektivitas katalis


menjadi rendah. Dengan demikian perlu dilakukan penyeragaman kekuatan

asam katalis yang dapat dilakukan dengan cara dealuminasi parsial.

Katalis zeolit dapat digunakan dengan beberapa metoda.Metoda yang

paling sering digunakan untuk mendistribusikan logam Ni dalam zeolit

dilakukan dengan cara impregnasi dan ion exchange. Pada metoda ion

exchange, cara memasukkan kation ke dalam kerangka zeolit dilakukan

melalui pertukaran antara kation alkali atau alkali tanah dengan larutan garam

logam prekursor. Bila ion exchange berlangsung pada zeolit alam, maka

dengan cara menukarkan logam alkali atau alkali tanah dengan ion Ni2+ dan

reaksi ini berlangsung pada temperature 180o

4. Industri Minyak

Minyak mentah juga dapat diproses melalui metode cracking. Dalam

metode ini, senyawa hidrokarbon rantai panjang diubah menjadi senyawa

hidrokarbon rantai pendek dengan pemanasan untuk memutuskan ikatan

karbon-karbon. Hidrokarbon akan merengkah jika dipanaskan jika

temperaturnya melebihi 350-400 oC dengan atau tanpa bantuan katalis. Parafin

adalah hidrokarbon yang paling mudah merengkah, disusul dengan senyawa-

senyawa naftena. Sedangkan senyawa aromatik sangat sukar merengkah. Proses

perengkahan yang terjadi hanya karena pemanasan dinamakan perengkahan

termal (thermal cracking). Untuk menghemat penggunaan panas, maka

digunakan katalis dan proses ini dinamakan catalytic cracking. Senyawa yang

biasa digunakan sebagai katalis yaitu zeolit (senyawa kompleks aluminosilikat)

dan suhu reaksi adalah sekitar 500˚C (lebih rendah daripada tidak menggunakan

katalis). Karena campuran menunjukkan sifat seperti liquid (padahal campuran

terdiri dari senyawa gas dan padatan) maka dikenal sebagai fluid catalytic

cracking. Reaksi ini adalah contoh dari reaksi katalisis heterogen (katalis yang

memiliki perbedaan fasa dengan reaktan). Ketika reaksi telah selesai dilakukan,

produk akan dihasilkan dan dipisahkan dengan distilasi.

Reaksi yang terjadi adalah :


4. Industri polimer

Polimerisasi Ziegler-Natta merupakan metode sintetis polimer dengan

monomer yang memiliki ikatan rangkap, termasuk jenis polimerisasi adisi, metode

ini sesuai dengan namanya, ditemukan oleh dua ilmuawan yaitu Ziegler dan Natta.

Polimerisasi Ziegler-Natta menggunakan sistem katalis dan ko-katalis dalam

reaksi polimerisasinya. Katalis ini merupakan senyawa komplek dari golongan I –

III dengan halida dan turunan logam transisi golongan IV – VII.

Katalis Ziegler-Natta biasanya adalah senyawa TiCl3 sebagai ko-katalis

yang digunakan adalah TiCl3 dan Al(C2H5)2Cl atau TiCl4 dengan

Al(C2H5)3. Reaksi antara katalis dan ko-katalis ini akan menghasilkan suatu

komplek yang selanjutnya akan bereaksi dengan molekul propilena. Pada

proses pengakhiran, polimerisasi Ziegler-Natta dilakukan dengan

menambahkan molekul Hidrogen akan memutuskan pertumbuhan rantai

polimer. Polimer Komersial yang Dibuat dengan Katalis Ziegler–Natta, antara

lain: Polietilena, Polipropilena, Kopolimer etilena dan 1-alkena, Polibutena-1,

Polimetilpentena, Polisikloolefin, Polibutadiena, Poliisoprena, Poli-alfa-olefin

amorf (APAO), Poliasetilena.

3.7 PERBANDINGAN KATALIS HOMOGEN DAN HETEROGEN

Tabel 1. Perbandingan Karakteristik Katalis Heterogen dengan Homogen

No Karakteristik Katalis Heterogen Katalis Homogen

1 Pusat Reaktif Hanya pada permukaan Semua atom logam

2 Bentuk Padat, sering kali logam

atau oksida logam

Kompleks logam

3 Jumlah Banyak Kecil

4 Sensitivitas terhadap

Racun

Tinggi Rendah

5 Masalah Difusi Terjadi Tidak Terjadi

6 Spesifik/ Selektivitas Variabel (rendah) Tinggi


7 Stoikiometri Lebih sulit diketahui Dapat diketahui

8 Modifikasi Sukar Mudah

9 Kondisi Reaksi Tinggi Ringan

10 Pemisahan Katalis Mudah Sulit

11 Kejelasan Mekanisme Sulit Mungkin

12 Daur Ulang (Recycling) Mudah Sukar dan Mahal

13 Rata-Rata Waktu Pakai Variabel Lama


BAB IV

BIOKATALIS

4.1 PENGERTIAN BIOKATALIS

Biokatalis atau yang biasa disebut dengan enzim merupakan senyawa protein

berukuran koloid. Enzim biasa dijumpai dalam sistem biokimia dan makhluk hidup. Setiap

enzim mempunyai suhu optimum (suhu operasi ketika aktivitasnya mencapai maksimum).

Peningkatan suhu di atas suhu optimumnya akan mengakibatkan kerusakan enzim

(denaturasi protein).

4.2 KINETIKA REAKSI

Menurut Michaelis –Menten, laju awal reaksi enzimatis dapat ditentukan berdasarkan

fungsi terhadap konsentrasi substrat dan parameter yg berpengaruh dalam enzim. Berikut

ini merupakan persamaan reversibel dari kinetika reaksi Michaelis –Menten:


4.3 MEKANISME KERJA BIOKATALIS

Ada dua model yang menjelaskan tentang mekanisme kerja enzim terkait

kespesifikannya terhadap substrat yaitu :

a. Model Kunci dan Gembok (Lock and Key)

Model ini diajukan oleh Emil Fischer pada tahun 1894 yang menjelaskan bahwa

enzim dan substrat memiliki bentuk yang saling memenuhi seperti kunci dan

gemboknya bentuknya kaku dan tetap (tidak berubah-ubah).

b. Model Ketepatan Induksi (Induced-fit)

Model Ketepatan Induksi merupakan modifikasi model kunci dan gembok yang

diajukan oleh Daniel Koshland pada tahun 1958. Ia menjelaskan oleh karena enzim

memiliki struktur yang fleksibel, sehingga sisi aktifnya dapat secara terus menerus

berubah bentuk sesuai interaksinya dengan substrat. Akibatnya, substrat tidak

berikatan dengan sisi aktif yang kaku. Rantai-rantai samping asam amino dapat

berubah sesuai dengan substrat dan mengijinkan enzim untuk menjalankan fungsi

katalitiknya.

4.4 KEUNGGULAN DAN KELEMAHAN BIOKATALIS

Enzim atau biokatalis memiliki keunggulan sifat (aktivitas tinggi, selektivitas dan

spesifitas) sehingga dapat dapat membantu proses–proses kimia kompleks pada kondisi

lunak dan ramah lingkungan. Kelemahannya antara lain sangat mahal, sering tidak stabil,

mudah terhambat, tidak dapat diperoleh kembali setelah dipakai.

4.5 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI BIOKATALIS

Enzim sebagai biokatalisator berstruktur protein dalam mekanisme kerjanya

aktiitasnya dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu antara lain, pH, Suhu, konsentrasi

substrat, konsentrasi enzim, kehadiran aktiator atau inhibitor.

1. pH (Derajat Keasaman)

pH merupakan salah satu faktor penting yang harus diperhatikan apabila

kita bekerja dengan enzim, hal ini dikarenakan enzim hanya mau dan mampu

bekerja pada kondisi pH tertentu saja. Suatu kondisi pH di mana enzim dapat

bekerja dengan aktivitas tertinggi yang dapat dilakukannya dinamakan dengan pH


optimum. Sebaliknya pada pH tertentu enzim sama sekali tidak lagi aktif atau

bahkan rusak.

2. Suhu / Temperatur

Seperti halnya oleh pH, aktivitas kerja enzim juga dipengaruhi oleh

temperatur lingkungan dimana ia bekerja. Seperti reaksi kimia biasa suhu biasanya

dapat mempercepat proses reaksi, namun demikian pada titik suhu tertentu

kecepatan reaksi yang dikatalisis oleh enzim akan mulai menurun bahkan

aktivitasnya tidak lagi nampak. Kondisi suhu di mana enzim dapat menghasilkan

aktivitas tertinggi dinamakan suhu atau temperatur optimum. Oleh karena enzim

berstruktur protein, sebagaimana kita ketahui bahwa protein dapat dirusak oleh

panas, sehingga pada suhu tinggi tertentu aktivitas enzim mulai menurun dan

bahkan aktiitasnya menghilang. Hal ini sangat dimungkinkan karena terjadinya

denaturasi atau kerusakan struktur protein oleh pengaruh panas. Panas yang

berlebihan akan menybabkan terjadinya kerusakan struktur enzim yang dapat

menybabkan kerusakan enzim baik secara keseluruhan maupun sebagian terutama

sisi aktifnya.

3. Konsentrasi Substrat

Reaksi-reaksi biokimia yang diktalisis oleh enzim diperngaruhi pula oleh

jumlah substrat. Jika kita melakukan pengujian konsentrasi substrat dari rendah ke

tingi terhadap kecepatan reaksi enzimatis, maka pada awalnya akan diperoleh

hubungan kesebandingan yang menyatakan kecepatan reaksi akan mkeningkat

seiring dengan meninkatnya konsentrasi substrat, namun kemudian akan diperoleh

data yang menyatakan pada konsentrasi substrat tinggi tertentu kecepatan reaksi

tidak lagi bertambah. Pada kondisi ini konsentrasi substrat menjadi jenuh dan

kecepatan reaksi menjadi maksimum yang sering juga disebut sebaai kecepatan

maksimum (Vmax). Hubungan antara konsentrasi substrat dan kecepatan reaksi

biasanya dinyatakan dengan konstanta Michelis-Menten (KM). Nilai KM

didefinisikan sebagai konsentrasi substrat tertentu pada saat kecepatan reaksi

enzimatis mencapai setengah dari kecepatan maksimumnya. Hubungan tersebut

dapat digambarkan dalam sebuah kurva yang dikenal sebaai Kurva Michelis-

Menten.

4. Konsentrasi Enzim


Peningkatan konsentrasi enzim dalam suatu reaksi biokimia akan

meningkatkan kecepatan kecepatan reaksi yang dikatalisisnya.

5. Kehadiran aktivator/inhibitor.

Aktivator adalah zat atau senyawa yang dapat menyebabkan meninkatnya

aktiitas enzim apabila ia berada pada saat terjadinya reaksi, dan sebaliknya inhibitor

adalah zat yang dapat menghambat aktivitas reaksi.

4.6 APLIKASI PENGGUNAAN BIOKATALIS DI BIDANG INDUSTRI

Industri Roti

Katalis yang digunakan dalam pembuatan roti adalah enzim zimase yang

merupakan biokatalis. Penambahan zimase dilakukan pada proses peragian atau

pengembangan roti. Ragi ditambahkan ke dalam adonan sehingga glukosa dalam

adonan terurai menjadi etil alkohol dan karbon dioksida. Penguraian ini berlangsung

dengan bantuan enzim zimase yang dihasilkan ragi.

Pada proses ini, CO2 berfungsi mengembangkan adonan roti. Banyaknya rongga

kezil yang terdapat pada roti merupakan bukti terjadinya gelembung CO2 saat

peragian.

Industri Makanan dan Minuman

Beberapa contoh jenis enzim yang umum dan banyak digunakan dalam industri

makanan dan minuman antara lain :

1. Rennet

Rennet adalah enzim yang digunakan dalam proses pembuatan keju (cheese)

yang terbuat dari bahan dasar susu. Susu adalah cairan yeng tersusun atas

protein yang terutama kasein yang dapat mempertahankan bentuk cairnya.

Rennet merupakan kelompok enzim protease yang ditambahkan pada susu

pada saat proses pembuatan keju. Rennet berperan untuk menghidrolisis

kasein terutama kappa kasein yan berfungsi mempertahankan susu dari

pembekuan. Enzim yang paling umum yang diisolasi dari rennet adalah

chymosin. Chymosin dapat diisolasi dari beberapa jenis binatang, mikroba


atau sayuran, akan chymosin yang berasal dari mikroorganisme lokal atau

asli yang belum mendapat rekayasa gebetik kadang aplikasinya dalam

pembuatan keju atau cheddar menjadi kurang efektif.

2. Laktase

Lactase adalah enzim likosida hidrolase yang berfungsi untuk memecah

laktosa menjadi gula penyusunnya yaitu glukosa dan galaktosa. Tanpa

suplai atau produksi enzim laktase yang cukup dalam usus halus, akan

menyebabkan terjadinya lactose intolerant yang mengakibatkan rasa tidak

nyaman diperut seperti kram, banyak buang gas, atau diare) dalam saluraqn

cerna selama proses pencernaan produk-produk susu. Secara komersial

laktase digunakan untuk menyiapkan produk-produk bebas laktosa seperti

susu. Ini juga dapat digunakan untuk membuat es krim untuk membuat

cream dan rasa produk yang lebih manis. Laktase biasanya diisolasi dari

yeast (Kluyveromyces sp.) dan fungi (Aspergillus sp.).

3. Katalase

Katalase adalah enzim yang dapat diperoleh dari hati sapi (bovine livers)

atau sumber microbial. Dan digunakan untuk mengubah hydrogen peroksida

menjadi air dan molekul oksigen. Enzim ini digunakan secara terbatas pada

proses produksi keju.

4. Lipases

Lipase digunakan untuk memecah atau menghidrolisis lemak susu dan

memberikan flavour keju yang khas. Flavour dihasilkan oleh karena adanya

asam lemak bebas yang diproduksi ketika lemak susu dihidrolisis. Selain

pada industri engolahan susu juga pada industri lainnya.

5. Protease

Protease adalah enzim yang berfungsi untuk menghidrolisis ikatan peptida

dari senyawa-senyawa protein dan diurai menjadi senyawa lain yang lebih

sederhana (asam amino). Contoh protease yang dapat dimanfaatkan adalah

bromelin dan papain sebagai bahan pengempuk daging.

6. Amilase

Amilase merupakan enzim yang berfungsi untuk menghidrolis amilum

(pati) menjadi gula-gula sederhana seperti dekstrin dan glukosa. Enzim

amilase dapat digunakan dalam proses pembuatan biskuit, minuman

beralkohol, dan pembuatan sirup glukosa.


BAB V

TEKNIK PEMBUATAN KATALIS

Tujuan utama dari suatu metode preparasi adalah untuk mendistribusikan fasa

aktif (metal) dengan cara yang paling efesien (misalnya dalam bentuk terdispersi, yaitu

untuk memperoleh luas permukaan spesifik yang besar dan juga aktivitas maksumumum

persatuan berat dari senyawa aktif) pada permukaan padatan penyangga. Secara garis

besar pembuatan katalis yang biasa digunakan:

1. Proses pembuatan katalis dengan impregnasi

Impregnasi merupakan metode deposisi yang paling sederhana dan simpel

dilakukan dengan cara perendaman. Tujuannya adalah untuk memenuhi pori dengan

konsentrasi yang cukup untuk memberikan loading yang tepat. Larutan dibuat dalam

jumlah yang cukup untuk mengisi pori dan hasrus didasarkan pada perhitungan

volume pori pada preparasi oksida tunggal, hanya saja larutan garam logam tidak

mengalami perlakuan pemanasan. Partikel penyangga dimasukkan dalam larutan

garam logam dan setelah larutan mengisi pori penyangga, dilakukan pengeringan dan

kalsinasi. Apabila loading yang dikehendaki belum terpenuhi, maka dilakukan

perendaman penyangga lagi untuk pengisian pori kembali sampai loading terpenuhi.

Dengan demikian, metode ini memberikan loading sebesar volume pori yang tersedia.

Menurut teknik pembuatannya, preparasi katalis dengan metode impregnasi

dibagi menjadi dua, yaitu:

a) Impregnasi Basah

Pada metode ini penyangga dibasahi dengan sejumlah larutan yang

mengandung senyawa logam yang sesuai dengan volume pori-pori penyangga.

Setelah itu, dikeringkan. Keuntungan cara ini adalah proses pembuatannya

sederhana, murah, dan pemuatan logam dapat dilakukan berulang kali.

Sedangkan kelemahannya adalah jumlah logam yang terimpregnasi sangat

tergantung pada kelarutan senyawa logam tersebut.

b) Impregnasi Rendam

Pada metode ini penyangga dicelupkan dalam suatu larutan senyawa

logam. Larutan diaduk selama beberapa waktu tertentu, disaring dan hasilnya

dikeringkan. Sedangkan cairan induknya dapat dimanfaatkan kembali. Cara ini


sering digunakan pada jenis prekursor yang berinteraksi dengan penyangga.

Secara industri, proses ini lebih mahal karena produktivitas tendah dan sistem

daur ulang cairan induknya cukup rumit.

2. Proses pembuatan katalis dengan presipitasi

Secara umum prosedur presitisipasi adalah mengontakkan larutan garam

logam dengan larutan alkali, ammonium hidroksida, atau natrium karbonat untuk

mengendapkan logam hidroksida atau logam karbonat. Dasar pemilihan senyawa

yang akan digunakan dalam metode presiptitasi berdasarkan pada kemudahan

perolehannya dan sifat kelarutannya dalam air. Berikut ini tahap pembuatan katalis

dengan metode presipitasi:


3. Proses pembuatan katalis dengan adsorpsi

Penyangga yang berada pada larutan garam logam akan mengadsorpsi

sejumlah ion garam dan mengalami kesetimbangan mengikuti aturan adsorpsi

isotermis. Adsorpsi merupakan metode merupakan metode yang dipilih untuk

mendeposisikan inti aktif.

4. Proses pembuatan katalis dengan pertukaran ion

Pertukaran ion pada preparasi katalis sangat serupa dengan adsorpsi, akan

tetapi masuknya inti aktif melibatkan terjadinya pertukaran ion antara inti aktif

dengan ion yang telah berikatan kimia di permukaan katalis. Pertukaran ion selain

bertujuan untuk memasukkan inti aktif juga berguna dalam menghilangkan senyawa

berbahaya dan dapat juga menambah promoter. Karena pertukaran ion hanay dapat

terjadi antara inti aktif yang dimasukkan dengan ion yang terikat secara kimia oleh

katalis, maka loading yang dicapai sangat kecil tergantung dengan jumlah ion yang

dapat dipertukarkan yang biasanya kurang dari 1% dari berat katalis.


BAB VI

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dari pembahasan diatas dapat diambil kesimpulan bahwa katalis adalah zat yang

dapat mempercepat laju reaksi tanpa ikut terpakai. Larutan dalam reaksinya apabila tanpa

ditambah dengan katalisator mempunyai laju reaksi yang lebih lambat dibandingkan

dengan larutan yang berkatalisator. Fungsi katalisator dalam reaksi kesetimbangan

adalah mempercepat tercapainya kesetimbangan dan tidak merubah letak kesetimbangan

(harga tetapan kesetimbangan Kc tetap), hal ini disebabkan katalisator mempercepat

reaksi ke kanan dan ke kiri sama besar.

DAFTAR PUSTAKA

Brady, E James. Th. Kimia Univesitas Asas Dan Struktur. Tangerang: Binarupa Aksara

Chang, Raymond. 2004 . Kimia Dasar Jilid 2. Jakarta : Erlangga

Sastrohamidjodjo, Hardjono. 2005. Kimia Dasar. Yogyakarta : UGM Press

http//www.chemis-try.org.com


SEMUA MATERI KATALIS

Documents

Transcript of SEMUA MATERI KATALIS