katalis
Post on 03-Jan-2016
195 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
KATALIS
1. Definisi 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. Fungsi
katalis adalah memperbesar kecepatan reaksinya (mempercepat reaksi) dengan jalan
memperkecil energi pengaktifan suatu reaksi dan dibentuknya tahap-tahap reaksi yang baru.
Dengan menurunnya energi pengaktifan maka pada suhu yang sama reaksi dapat berlangsung
lebih cepat.
2. Faktor Mempengaruhi Dalam Pemilihan Katalis
1. Selektifitas
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
2. Stabilitas
Kemampuan sebuah katalis untuk menjaga aktifitas, produktifitas dan selektifitasnya dalam
jangka waktu tertentu
3. Aktifitas
Kemampuan katalis untuk mengubah bahan baku menjadi produk atau aneka produk yang
diinginkan (lebih dari satu).
Aktifitas = massa (kg) bahan baku yang terkonversi/(kg atau liter katalis x waktu)
atau
Konversi, yaitu persentase dari bahan baku menjadi aneka produk.
atau
TON (turnover Number), yaitu banyaknya molekul yang bereaksi/(waktu, misalnya detik x
setiap situs aktif)
4. Berumur panjang
5. Harganya murah
6. Mudah diregenerasi
7. Dapat diproduksi dalam jumlah besar
8. Tahan terhadap racun
9. Memiliki tahanan fisik yang besar
3. Tipe – Tipe Katalisator
1. Katalis Homogen.
Apabila zat-zat yang bereaksi (reaktan) dan katalis berada dalam satu fasa maka katalis
disebut katalis homogen. Cara kerja dari katalis homogen ini ialah dengan merendahkan
energi aktivasi dari reaksi, yaitu dengan jalan membentuk persenyawaan intermediete
dengan reaktan, kemudian persenyawaan ini akan mengurai dengan spontan atau bereaksi
dengan zat lain membentuk hasil akhir yang diinginka.
2. Katalis Heterogen.
Adalah katalis yang membentuk fasa terpisah dengan zat-zat yang bereaksi. Contohnya
MnO2 atau Fe2O3 yang mempercepat penguraian KClO3.
3. Autokatalisa.
Ada beberapa reaksi yang dikatalisa oleh salah satu hasil reaksinya. Misalnya oksidasi
dari asam oksalat oleh KMnO4 dalam suasana asam. Reaksi mula-mula berjalan lambat,
tetapi makin lama makin cepat karena adanya ion Mn++ yang bertindak sebagai katalis.
2. Macam Katalis
Katalisator asam spesifik
Katalisis oleh proton yang tersolvasi, yaitu H3O+ . Hidrolisis ester adalah contoh reaksi katalis
asam spesifik. Di dalam larutan asam kuat, reaksi hanya dipercepat oleh ion hidronium.
Persamaan lajunya: Laju = kas [H3O]+[S]
Dimana [S] : konsentrasi ester
kas : tetapan laju reaksi hidrolisis spesifik asam
Katalisator basa spesifik
Katalisis oleh OH- dalam larutan
Katalisator asam umum
Katalisis oleh asam proton selain H3O+ ,dilakukan oleh asam Bronsted sebagai donor proton.
Seperti halnya katalisis spesifik, berhubungan dengan proton diintroduksikan kepada bagian
molekul yang direaksikan dan serangan elektron terhadap molekul air. Perbedaannya adalah
bahwa katalisator asam spesifik menggunakan ion hidronium sedangkan reaksi katalisis asam
umum menggunakan sembarang asam Bronsted sebagai donor proton. Untuk katalisis asam
umum, pembentukan kation SH+ merupakan tahap lambat. Reaksi kondensasi aidol adalah
merupakan contoh reaksi yang bergantung kepada mekanis
Katalisator basa umum
Katalisis oleh basa Bronsted selain OH- dan basa ini berlaku sebagai penerima proton yaitu
berbagi pasangan elektron denganproton. Katalis menyerang air dulu, kemudian air
menyerang reaktan. Air menjadi lebih polar sehingga interaksi elektrostatiknya menjadi lebih
besar dan kecepatan reaksi meningkat.
Katalisator nukleofilik
Katalisis oleh suatu basa (nukleofil) yang berbagi pasangan elektron dengan atom (biasanya
atom karbon) selain proton. Katalis langsung menyerang reaktan. Basa Bronsted akan
mendonasikan pasangan elektronnya pada atom lain selain hydrogen (biasanya C atau P)
Molekul intermediet mempunyai E yang besar maka diserang oleh air dengan kecepatan
lebih besar daripada menyerang reaktan sehingga kecepatan reaksi menjadi lebih besar
Katalisator elektrofilik
Katalisis oleh asam Lewis, seperti ion logam, yang berlaku sebagai katalisator dengan cara
menerima pasangan elektron.
Katalis logam transisi
Berbagai katalis dapat digunakan untuk proses Fischer-Tropsch, namun yang paling umum
digunakan adalah logam transisi seperti kobalt, besi, dan ruthenium. Logam mulia seperti
platinum, palladium, ruthenium, rhodium, Au, Ag, baik tunggal atau kombinasi merupakan
jenis katalis yang banyak dipergunakan sebagai katalis. Keuntungan penggunaan katalis
logam mulia karena memiliki tingkat aktivitas yang tinggi, selektifitas yang baik, dan daya
tahan yang baik sehingga jangka waktu penggantiannya lama. Nikel juga dapat digunakan,
tetapi cenderung membentuk metana. Kobal kelihatannya katalis yang paling aktif, walaupun
besi juga cukup baik dan lebih cocok untuk sintesis gas berhidrogen rendah seperti yang
berasal dari batu bara karena reaksi promosi konversi udara-gas. Di samping katalis logam
aktif yang biasanya mengandung sejumlah promoter, termasuk kalium dan tembaga, serta
tinggi daerah permukaan yang mendukung seperti silika, alumina, atau zeolit.
Tidak seperti logam lain yang digunakan pada proses ini (Co, Ni, Ru) yang tetap dalam bentuk
logam selama proses sintesis, katalis besi cenderung membentuk beberapa tahap reaksi kimia,
termasuk berbagai besi oksida dan besi karbida selama reaksi. Kontrol dari transformasi fase
ini merupakan tahap penting dalam menjaga aktivitas katalis dan mencegah dari gangguan
partikel katalis.
Contoh-contoh Logam mulia yang banyak digunakan sebagai katalis antara lain:
Platinum:
Merupakan katalis logam mulia yang paling banyak dipergunakan. Katalis ini memiliki
aktivitas yang tinggi dalam proses hidrogenasi, dehidrogenasi, oksidasi, dll. Biasanya
merupakan katalis pertama yang dipilih sebelum memperoleh katalis yang lebih tepat. Saat ini
penggunaannya makin meluas, termasuk dibidang kimia khusus untuk reduksi alkilasi,
hidrogenasi karbonil dan hidrogenasi selektif senyawa nitro tanpa dehalogenasi.
Ruthenium:
Katalis ruthenium memiliki aktivitas yang tinggi dalam hidrogenasi senyawa karbonil alifatik
dan cincin aromatik pada kondisi medium tanpa reaksi sampingan. Jika terdapat air dalam
system reaksi, katalis ini akan memberikan aktivitas yang lebih tinggi lagi. Katalis ini tahan
senyawa sulfuric yang biasanya merupakan racun bagi katalis logam mulia. Katalis ini stabil
dalam pelarut asam dan basa, dan dapat digunakan untuk reaksi dalam asam kuat.
Rhodium:
Merupakan katalis yang memiliki aktivitas tinggi dalam hidrogenasi senyawa aromatik.
Katalis ini menghidrogenasi banyak senyawa aromatik pada suhu ruang dan tekanan normal.
Katalis ini juga memiliki aktivitas lebih tinggi dibanding katalis logam palladium yang biasa
dipergunakan dalam hidrogenasi olefin.
Iridium:
Meskipun katalis iridium memiliki aktivitas yang rendah dan aplikasi yang terbatas
mengingat kelangkaannya, katalis ini mulai mendapat perhatian karena sifat reaksinya yang
unik. Logam-logam lain seperti Sn, Pb, Ni, Co, Ge digunakan sebagai promotor. Logam-
logam ini dilapisi berbagai carrier/pembawa seperti alumina, silica, zeolit dan karbon.
4. Aksi katalitik
Katalis homogen: katalis berada dalam satu fase dengan reaktan, contoh: katalis dan
reaktan terlarut dalam media.
Contoh katalisis homogen: Reaksi antara ion persulfat dan ion iodida
Ini adalah reaksi solusi yang Anda mungkin hanya memenuhi dalam konteks katalisis,
tetapi merupakan Persulfat ion (ion peroxodisulphate), S 2 O 8 2 - adalah agen pengoksidasi
yang sangat kuat. Ion iodida sangat mudah dioksidasi menjadi iodin. Namun reaksi antara
mereka dalam larutan dalam air sangat lambat. Reaksi perlu tabrakan antara dua ion
negatif. Tolakan akan mendapatkan serius di jalan itu!
Reaksi dikatalisis menghindari masalah itu sepenuhnya. Katalis dapat berupa besi (II)
atau (III) ion besi yang ditambahkan ke larutan yang sama. Ini adalah satu lagi contoh
yang baik dari penggunaan senyawa logam transisi sebagai katalis karena kemampuan
mereka untuk mengubah tingkat oksidasi.
Demi argumen, kita akan menjadi katalis besi (II). Seperti yang akan Anda lihat segera, itu
tidak benar-benar peduli apakah Anda menggunakan besi (II) atau (III) ion besi. Ion-ion
persulfat mengoksidasi besi (II) menjadi besi (III) ion. Dalam proses ini ion persulfat
direduksi menjadi ion sulfat.
Besi (III) ion kuat agen pengoksidasi yang cukup untuk mengoksidasi ion iodida menjadi
iodin. Dalam prosesnya, mereka mengurangi kembali ke besi (II) lagi.
Kedua tahap ini individu dalam keseluruhan reaksi melibatkan tumbukan antara ion positif
dan negatif. Ini akan jauh lebih mungkin berhasil dari tabrakan antara dua ion negatif dalam
reaksi esterifikasi tanpa katalis. Apa yang terjadi jika Anda menggunakan besi (III) ion
sebagai katalis bukan (II) ion besi? Reaksi hanya terjadi dalam urutan yang berbeda.
Kerusakan ozon atmosfer
Ini adalah contoh yang baik katalisis homogen dimana semuanya hadir sebagai gas.
Ozon, O 3, terus-menerus terbentuk dan dipecah lagi dalam suasana tinggi oleh aksi sinar
ultraviolet. Molekul oksigen biasa menyerap sinar ultraviolet dan istirahat menjadi atom
oksigen individu. Ini memiliki elektron tidak berpasangan, dan dikenal sebagai radikal
bebas.Mereka sangat reaktif.
Radikal oksigen kemudian dapat menggabungkan dengan molekul oksigen biasa untuk
membuat ozon.
Ozon juga dapat dibagi lagi menjadi oksigen biasa dan oksigen radikal dengan menyerap
sinar ultraviolet.
Ini pembentukan dan putus ozon yang terjadi sepanjang waktu. Secara keseluruhan, reaksi
menghentikan banyak radiasi ultraviolet yang berbahaya menembus atmosfer untuk
mencapai permukaan Bumi. Reaksi katalitik kita tertarik menghancurkan ozon dan berhenti
itu menyerap UV dengan cara ini. Chlorofluorocarbon (CFC) seperti CF 2 Cl 2, misalnya,
digunakan secara luas dalam aerosol dan sebagai refrigeran. Rincian lambat mereka di
atmosfer menghasilkan atom klorin - radikal bebas klorin. Ini mengkatalisis penghancuran
ozon. Hal ini terjadi dalam dua tahap. Pada bagian pertama, ozon rusak dan bebas baru yang
radikal dihasilkan.
atalis radikal klorin dibuat ulang oleh reaksi kedua. Hal ini dapat terjadi dengan dua cara
tergantung pada apakah radikal CLO hits molekul ozon atau oksigen radikal.
Jika hits oksigen radikal (dihasilkan dari salah satu reaksi kita telah melihat sebelumnya):
Atau jika hits molekul ozon:
Karena radikal klorin yang terus diperbaharui, masing-masing dapat merusak ribuan molekul
ozon.
• Katalis heterogen: katalis berada dalam fase yang berbeda dengan reaktan, contoh: katalis
berupa padatan dan reaktan terlarut dalam media.
Contoh katalisis heterogen Hidrogenasi ikatan karbon-karbon rangkap
Contoh paling sederhana dari hal ini adalah reaksi antara eten dan hidrogen dengan adanya
katalis nikel.
Dalam prakteknya, ini adalah reaksi sia-sia, karena Anda mengubah etena sangat berguna ke
dalam etana yang relatif tidak berguna. Namun, reaksi yang sama akan terjadi dengan senyawa
yang mengandung ikatan karbon-karbon ganda. Salah satu penggunaan industri yang penting
adalah dalam hidrogenasi minyak nabati untuk membuat margarin, yang juga melibatkan
reaksi ikatan karbon-karbon rangkap dalam minyak nabati dengan hidrogen dengan adanya
katalis nikel. Molekul etena yang teradsorpsi pada permukaan nikel. Ikatan rangkap antara
atom karbon istirahat dan elektron yang digunakan untuk obligasi ke permukaan nikel.
Catalytic converter
\Catalytic converter mengubah molekul beracun seperti karbon monoksida dan nitrogen oksida
berbagai knalpot mobil menjadi molekul berbahaya lebih seperti karbon dioksida dan nitrogen.
Mereka menggunakan logam mahal seperti platina, paladium dan rhodium sebagai katalis
heterogen.
Logam yang disimpan sebagai lapisan tipis ke sarang lebah keramik. Ini memaksimalkan luas
permukaan dan menjaga jumlah logam yang digunakan untuk minimum.
Mengambil reaksi antara karbon monoksida dan nitrogen monoksida sebagai khas:
Pada jenis yang sama cara seperti contoh sebelumnya, karbon monoksida dan nitrogen
monoksida akan teradsorpsi pada permukaan katalis, di mana mereka bereaksi. Karbon
dioksida dan nitrogen yang kemudian desorbed. Catalytic converter dapat dipengaruhi oleh
keracunan katalis. Hal ini terjadi ketika sesuatu yang bukan merupakan bagian dari reaksi
menjadi sangat kuat teradsorpsi ke permukaan katalis, mencegah reaktan normal dari mencapai
itu. Timbal adalah racun katalis akrab untuk catalytic converters. Ini melapisi sarang lebah dari
logam mahal dan berhenti bekerja. Di masa lalu, senyawa timbal yang ditambahkan ke bensin
(bensin) untuk membuatnya membakar lebih lancar di mesin. Tapi Anda tidak bisa
menggunakan konverter katalitik jika Anda menggunakan bahan bakar bertimbal. Konverter
katalitik Jadi tidak hanya membantu menghilangkan gas beracun seperti karbon monoksida dan
nitrogen oksida, tetapi juga memaksa penghapusan senyawa timbal beracun dari bensin
Penggunaan vanadium (V) oksida pada Proses Contact
Selama Proses kontak untuk pembuatan asam sulfat, belerang dioksida harus diubah menjadi
belerang trioksida. Hal ini dilakukan dengan melewatkan belerang dioksida dan oksigen
melalui katalis (V) oksida padat vanadium.
Belerang dioksida dioksidasi menjadi sulfur trioksida oleh oksida (V) vanadium. Dalam
prosesnya, vanadium (V) oksida direduksi menjadi vanadium (IV) oksid
Vanadium (IV) oksida kemudian kembali dioksidasi oleh oksigen.
Ini adalah contoh yang baik dari cara bahwa katalis dapat diubah selama reaksi. Pada akhir
reaksi, meskipun, itu akan secara kimia sama seperti itu dimulai.
5. Penyebab Kerusakan Aktivitas Katalis.
Berbeda dengan spent katalis yang merupakan katalis yang telah kehilangan fungsinya akibat
berakhirnya umur pemakaian, kerusakan aktivitas katalis biasanya terjadi pada katalis baru
atau katalis yang sebenarnya belum habis umur pemakaiannya. Kerusakan aktivitas katalis
ditunjukkan dengan adanya peningkatan aktivitas berlebih atau penghambatan aktivitas.
Kerusakan aktivitas katalis dapat disebabkan karena adanya kerusakan fisik atau kerusakan
kimia katalis.
Solusi aktivasi katalis
Analisis terhadap kandungan sulfur sebagai zat yang meracuni pada katalis.
Regenerasi katalis akibat deposit coke.
Katalis yang telah kehilangan fungsinya akibat berakhirnya umur pemakaian, kerusakan
aktivitas katalis biasanya terjadi pada katalis baru atau katalis yang sebenarnya belum habis
umur pemakaiannya. Kerusakan aktivitas katalis ditunjukkan dengan adanya
peningkatanaktivitas berlebih atau penghambatan aktivitas. Kerusakan aktivitas katalis dapat
disebabkan karena adanya kerusakan fisik atau kerusakan kimia katalis yang diakibatkan oleh
kandungan sulfur sebagai zat yang meracuni katalis tersebut Katalis serbuk wadah/katalis
lapisan pada dinding wadah platina. Prosesnya disebut katalisis kontak: pereaksi teradsorpsi
pada permukaan kasar katalis yang dikenal sebagai pusat aktif adsorpsi ini berakibat
melemahnya ikatan molekul, menurunkan energi aktivasi. Molekul teraktivasi kemudian dapat
bereaksi dan hasil reaksi melepaskan diri dari dari permukaan katalis.
top related