Katalis 1. Pengertian Katalis 2. Jenis Katalis a. Katalis Homogen

Transkripsi

1 Katalis 1. Pengertian Katalis Katalis merupakan suatu zat yang dapat mempercepat laju reaksi dalam reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tetapi bukan sebagai pereaksi (reaktan) ataupun produk. Katalis memungkinkan reaksi dapat berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi. Katalis menyediakan jalur pilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis akan mengurangi energi yang dibutuhkan (energi aktifasi) untuk berlangsungnya reaksi sehingga reaksi akan bertambah cepat. Katalis yang pernah dikembangkan salah satunya yaitu katalis Ziegler-Natta yang digunakan untuk produksi masal polietilen dan polipropilen. Reaksi katalitik yang paling dikenal ialah proses Haber untuk sintesis amoniak, yang menggunakan besi biasa sebagai katalis. Konverter katalitik yang dapat menghancurkan produk samping knalpot yang paling bandel dibuat dari platina dan rodium. 2. Jenis Katalis a. Katalis Homogen Katalis homogen adalah katalis yang berada dalam fase yang sama. Katalis homogen umumnya breaksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk mebentuk suatu perantara kimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Berikut ini merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya: A + C AC (1) B + AC AB + C (2) Meskipun katalis (C) termakan oleh reaksi 1, namun selanjutnya dihasilkan kembali oleh reaksi 2, sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi : A + B + C AB + C 0

2 b. Katalis Heterogen Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase bebeda dengan pereaksi dalam reaksi kimia yang dikatalisisnya. Satu contoh sederhana untuk katalisis heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaan di mana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerat. Ikatan dalam substrat-substrat menjadi lemah sedemikian sehingga memadai terbentuknya produk baru. Ikatan atara produk dan katalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas. c. Katalis Ziegler-Natta Katalis Ziegler-Natta adalah campuran antara senyawa-senyawa titanium seperti titanium (III) klorida, TiCl 3, atau titanium (IV) klorida, TiCl 4, dan senyawa-senyawa aluminium seperti aluminium trietil, Al(C 2 H 5 ) 3. Pada proses polimerisasi alolefin menggunakan katalis Ziegler-Netta, AlEt3 dapat mereduksi TiCl 4 menjadi TiCl 3 dan atom klor digantikan dengan gugus gugus etil. Dasar polimerisasi sebanding dengan jumlah total TiCl 3 dan pengaruh olefin serta konsentrasi AlEt Fungsi Katalis Fungsi katalis yaitu memperbesar laju reaksinya (mempercepat reaksi) dengan cara memperkecil energi aktifasi suatu reaksi dan dibentuknya tahaptahap reaksi yang baru. Dengan menurunnya energi aktifasi maka pada suhu yang sama reaksi dapat berlangsung lebih cepat. Satu yang harus diketahui tentang prinsip kerja katalis adalah bahwa katalis tersebut tetap ikut dalam jalannya reaksi, tetapi pada kondisi akhir, katalis akan keluar lagi dalam bentuk yang sama. Sifat-sifat kimia katalis akan sama sebelum dan sesudah mengkatalis suatu reaksi. Pentingnya katalis ditunjukkan oleh kenyataan bahwa lebih dari 75% proses produksi bahan kimia di Industri disintesis dengan bantuan katalis. Contoh proses kimia yang sangat penting misalnya sintesis metanol dari syngas (CO dan H 2 ) dikatalisis oleh ZnO/Cr 2 O 3, dan reaksi water gas shift (WGS), dikatalisis oleh besi oksida atau oksida campuran Zn, Cu maupun Cr.

3 CO + 2H2O CO2 + H2 Teknologi katalis telah digunakan dalam industri kimia lebih dari 100 tahun lamanya dan penelitian serta pengembangan teknologi katalis telah menjadi semacam bidang kekhususan kimia. Suatu reaksi eksoterm AB(g) + C(g) AC(g) + B(g). Reaksi ini berlangsung lambat, karena energi aktivasinya (Ea) lebih besar dibanding energi molekulnya. Hanya sebagian kecil molekul yang mencapai Ea. Gambar 1 Reaksi Eksoterm Oleh karena itu untuk mempercepat reaksi ini, ditambahkan suatu katalis. Apa fungsi katalis? Mengapa katalis dapat mempercepat reaksi? Bagaimana cara katalis mempercepat reaksi itu? Berdasarkan diagram di atas, Ea' dengan katalis lebih rendah. Mengapa? Katalis itu berupa zat yang dicampurkan dengan reaktan. Jika reaksi di atas tanpa katalis, AB dan C bertumbukan sampai mencapai Ea yang relatif tinggi. Karena umumnya energi molekulnya rendah, jadi tumbukan yang terjadi tidak efektif. Ea sangat sulit dicapai. Untuk itu maka ditambahkan zat yang bertindak sebagai katalis. Ternyata pada saat katalis dicampurkan reaksi makin cepat. Jelas bahwa katalis itu dapat mempengaruhi salah satu reaktan. Misalnya dalam reaksi ini katalis cocok sifatnya dengan AB. Maka seperti robot AB tertarik ke katalis membentuk KAB. KAB tergolong kompleks teraktivasi yang merupakan tahap reaksi hipotesis; KAB kemudian terurai menjadi KA dan B. Setelah itu terjadi tahap reaksi berikutnya, yaitu C ditarik oleh KA menjadi KAC yang kemudian 2

4 langsung K lepas dan terbentuklah AC. Mekanisme reaksi di atas adalah : K + AB KAB KA + B (lambat) KA + C KAC K + AC (cepat) K + AB + C K + AC + B Jadi katalis ikut ambil bagian dalam reaksi, memberi jalan baru melalui mekanisme reaksi baru yang energi aktivasinya lebih rendah, kemudian terbentuk kembali dalam keadaan yang sama. 4. Contoh Penggunaan Katalis Dalam Industri Katalis terutama banyak dipergunakan untuk membantu dalam proses industri seperti dalam pengilangan minyak bumi dan proses produksi bahan kimia umum atau kimia khusus. Selain dikedua jenis industri tersebut, katalis juga dipergunakan dalam proses produksi produk makanan, pembangkit listrik tenaga nuklir, kendaraan, dan untuk kegiatan pengendalian pencemaran. Dalam proses di kilang minyak bumi, katalis yang banyak dipergunakan adalah katalis reforming, isomerasi dan hydrocracking. Fungsi katalis-katalis tersebut pada dasarnya untuk membantu memecah rantai senyawa karbon. Dengan bantuan katalis tersebut minyak mentah (crude oil) dapat diproses sehingga dapat diperoleh variasi turunannya seperti premium, kerosin, avtur, dan produk lainnya tergantung tingkat pemutusan rantai karbonnya. Untuk industri kimia, kebanyakan katalis yang digunakan adalah katalis yang membantu pembentukan (syntetic catalysts) seperti katalis hidrogenasi, katalis oksidasi, dll. Beberapa katalis yang sering dipakai dalam produksi bahan kimia antara lain: Vynil Acetate Monomer (VAM), Purified Terepthalic Acid (PTA) dan proses hidrogenisasi. Untuk bidang lingkungan, katalis tertentu dapat digunakan untuk mendestruksi senyawa yang menghasilkan bau sehingga berfungsi sebagai deodorant. Ada juga katalis yang bisa memecah rantai senyawa organik volatile (VOC) sehingga dapat digunakan untuk destruksi senyawa berbahaya tersebut. 3

5 5. Jenis Grafik Orde Reaksi Orde reaksi menyatakan pangkat dari konsentrasi, maka bentuk grafiknya merupakan grafik perpangkatan. Reaksi : A hasil a. Reaksi Orde Nol (0) Persamaan laju reaksinya : v = k [ A ] 0 v = k Gambar 2 Grafik Orde Nol Dari grafik dapat diperoleh bahwa reaksi orde nol ditunjukkan oleh grafik antara [A] dengan v adalah garis lurus konstan. b. Reaksi Orde Satu Persamaan laju reaksinya : V = k [A] 1 = k [A] Reaksi orde satu ditunjukkan oleh grafik antara [A] dengan v yang merupakan garis linear. 4

6 Gambar 3 Grafik Orde Satu c. Reaksi Orde Dua Persamaan laju reaksinya : v = k [A] 2 Reaksi orde dua ditunjukkan oleh grafik antara [A] dengan v yang merupakan Garis lengkung (parabola). Gambar 4 Grafik Orde Dua 5