Interaksi Asam-Basa, Kimia Anorganik

1

Pendahuluan

nteraksi asam-basa ini menegaskan adanya suatu interaksi

benda padat-padat, padat-cair, padat-gas, cair-cair, dan gas-

gas. Setiap benda padat, cair dan gas dapat bersifat basa atau

asam kuat, tetapi dapat juga bersifat basa atau asam lemah.

Interaksi asam-basa ini sangat berperan kuat sekali pada reaksi

katalis, reaksi permukaan, atau reaksi kondisi cair. Karena

benda-benda di alam mempunyai oksida-oksida diskret yang

bersifat basa atau asam tergantung pembandingnya. Logam-

logam katalis Ni, Pd, Pt, Co meskipun dimurnikan, tetap

mempunyai oksida-oksida diskret di pori-porinya, sehingga

logam-logam demikian dapat bersifat basa atau asam dalam

reaksi katalitik. Interaksi asam-basa juga melibatkan energi

permukaan, di mana logam-logam, bentonit mempunyai energi

permukaan tinggi, hal ini dibandingkan dengan cairan atau gas.

Dengan demikian logam-logam dalam reaksi katalitik selalu

berinteraksi dengan cairan atau gas, sehingga kontak dua bahan

ini menyebabkan energi permukaan campuran turun. Turunnya

energi permukaan hal ini disebabkan adanya interaksi asam-basa

yang terjadi secara serentak diantarmukanya.

Buku ini menceritakan hasil-hasil penelitian penulis yang

menceritakan peran begitu kuat dari adanya interaksi asam-basa

I

Bab I. Pendahuluan

2

pada reaksi katalis. Katalis fungsinya sebagai suatu yang

mengakibatkan reaksi lebih cepat mencapai kesetimbangan.

Katalis tidak akan mengubah nilai tetapan kesetimbangan.

Beberapa katalis mengalaminya dengan membentuk reaksi untuk

mencapai kompleks teraktifkan yang sama dengan bila tanpa

adanya katalis. Namun kebanyakan katalis tampaknya

memberikan suatu mekanisme yang berbeda. Hidrogenasi olefin

merupakan contoh dimana kedua katalis heterogen dan homogen

dapat dipergunakan secara efektif. Reaksi tanpa katalis berjalan

lambat kecuali dengan suhu yang sangat tinggi yang

menyebabkan timbulnya kesulitan lain seperti kesulitan

mengatur suhu yang lebih tinggi dan terjadi reaksi lain yang

tidak dikehendaki, (Cotton dan Wilkinson, 1989).

Semua katalisator mempunyai sifat yang sama, yaitu:

a. Katalisator tidak berubah selama reaksi berlangsung, namun

ada kemungkinan katalisator ikut dalam reaksi tetapi setelah

reaksi berakhir, katalisator tersebut diperoleh kembali.

b. Katalisator tidak mempengaruhi letak kesetimbangan, juga

tidak mempengaruhi besarnya tetapan kesetimbangan, sebab

semua reaksi berakhir dengan kesetimbangan.

c. Katalisator tidak dapat mengawali suatu reaksi, reaksi yang

dikatalisir harus sudah berjalan walaupun sangat lambat.

d. Katalisator yang diperlukan untuk mempercepat reaksi

biasanya hanya sedikit namun pada umumnya jumlah

katalisator juga mempengaruhi kecepatan reaksi (Sukardjo,

1990).

Titanium dioksida mempunyai pita valensi yang terisi penuh dan

pita konduksi yang kosong. Celah pita pada TiO2 sekitar 3,2 eV,

Interaksi Asam-Basa, Kimia Anorganik

3

dimana energi foton dari cahaya memiliki panjang gelombang

400 nm, di luar daerah visibel mendekati ultraviolet. Bagian

ultraviolet dari cahaya matahari dapat mengeksitasi elektron dari

pita valensi TiO2 kedalam pita konduksi dan meninggalkan

lubang positif pita valensi. Dengan cara ini, TiO2 dengan adanya

sinar matahari dapat menyediakan elektron yang berenergi tinggi

dari pita konduksi. Energi pasangan elektron donor 3,2 eV (309

kJ/mol) lebih dari cukup untuk menguraikan air menjadi

hidrogen dan oksigen (Wilson, 1997). Fotokatalisis yang

didukung oleh alumina mampu mereduksi air untuk

menghasilkan hidrogen. Adanya interaksi kimia antara katalis

dan alumina akan meningkatkan aktivitas katalis sehingga

mengakibatkan interaksi yang kuat. Campuran semikonduktor

(CdS-ZnS)-TiO2 dapat juga didukung oleh MgO, CaO, γ-Al2O3,

SiO2, dan modifikasi MgO dan CaO (Gilbret, 2001). Katalis

homogen merupakan katalis yang fasanya sama dengan

larutannya. Katalis homogen biasanya berupa molekul atau ion

yang terbentuk dalam komleks yang teraktivasi dengan harga G

yang berkurang (Heslop, 1961).

Keuntungan dari katalis homogen adalah kespesifikannya dan

tidak dibutuhkannya suhu dan tekanan yang tinggi dalam reaksi.

Kerugian dari katalis homogen ini adalah sulitnya katalis ini

untuk dipisahkan dari produknya. Katalis dapat terdegradasi dan

harganya relatif tinggi. Katalis heterogen adalah katalis yang

dapat berlangsung lebih dari satu fasa. Biasanya reaktan dan

produk terdapat dalam padat gas atau cairan, sedangkan katalis

yang digunakan dalam bentuk padatan. Reaksi katalitik terjadi

pada permukaan katalis. Katalis heterogen memiliki keuntungan

dibandingkan katalis homogen khususnya dalam pemisahannya

Bab I. Pendahuluan

4

karena produk yang terlarut dalam medium reaksi dapat

dipisahkan dari katalisnya dengan menyaringnya (Leach. B. E,

1983).Persyaratan utama dalam katalisis heterogen adalah bahwa

pereaksi fase gas atau larutan diadsorpsi kepermukaan katalis.

Tidak semua permukaan atom memiliki tingkat efektifitas yang

sama sebagai katalis bagian yang efektif tersebut disebut sebagai

sisi aktif katalis. Pada dasarnya, katalisis heterogen mencakup:

1. Reaktan akan terjerap (adsorpsi) pada permukaan aktif

katalis

2. Terjadi interaksi pada sepanjang permukaan katalis atau

terjadi pelemahan ikatan dari molekul yang terjerap.

3. Setelah reaksi terjadi molekul hasil reaksi (produk)

dilepas dari permukaan katalis.

Oleh karena itu, suatu katalis perlu memiliki kemampuan

menyerap dan melepaskan yang baik (http://www.b3.menlh.go.

id/3r/article.php). Tahap-tahap ini dapat dijelaskan dalam proses

hidrogenasi katalitik berikut:

Keterangan: Tahap-tahap katalisis oleh nikel pada reaksi C2H4

C2H4 kedua molekul diadsorbsi oleh gaya tarik yang lemah.

Interaksi Asam-Basa, Kimia Anorganik

5

Aktivasi berlangsung ketika elektron-elektron yang terikat pada

molekul tertata ulang untuk membentuk ikatan dengan atom-

atom logam. Kelanjutan reaksi dari aktivasi atom, molekul C2H6

yang teradsorpsi lemah akan melepaskan diri dari permukaan.

Nikel menyerap sejumlah hidrogen bila dipisahkan secara halus

dan bentuk khusus dan digunakan untuk reduksi katalitik (Cotton

dan Wilkinson, 1989). Logam nikel dipergunakan secara luas

sebagai katalis untuk hidrogenasi atau pembekuan minyak yang

merupakan bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan sabun

dan produk-produk makanan; untuk pembuatan hidrogen dari gas

alam atau gas buangan yang dihasilkan dari pemurnian dan

pemecahan minyak bumi; untuk meningkatkan tenaga mesin

melalui hidrogenasi pemecahan batu bara atau minyak damar;

untuk pemisahan karbon monoksida dan hidrogen. Proses yang

menggunakan nikel dalam jumlah besar sebagai katalis adalah

hidrogenasi dari minyak, seperti biji kapas, biji rami, kacang

kedelei, biji tumbuhan, ikan paus, ikan gembung dan anjing laut.

Hal ini ditetapkan sebagai salah satu cara yang efektif untuk

menghilangkan bau amis ikan dari minyak ikan, dan kemudian

minyak ini dijernihkan sehingga dapat digunakan untuk

komsumsi. Katalis pada proses batch dibagi menjadi dua bagian,

yaitu yang dikenal dengan proses kering dan proses basah

(Johnstone dan Johnstone,1961). Satu bentuk yang istimewa dari

nikel yang dikenal adalah Raney nikel. Nikel ini diproduksi

secara komersial sebagai suatu campuran nikel-aluminium, yang

dididihkan dengan natrium hidroksida yang pekat untuk

menghilangkan aluminiumnya. Perlakuan ini akan menghasilkan

suatu residu nikel hitam yang halus yang bersifat piroforik. Nikel

ini sangat penting sebagai katalis untuk hidrogenasi, yaitu

hidrogenasi minyak tumbuhan yang tidak jenuh. Nikel halus ini

Bab I. Pendahuluan

6

merupakan suatu katalis yang sangat aktif dan secara berkala

digunakan hidrogenasi minyak biji kapas, minyak rami dan

senyawa organik lainnya yang tidak jenuh (Soine dan Wilson,

1961).

Oksida dari alluminium dinamakan alumina (Al2O3). Secara

sederhana alumina dipakai sebagai pengganti berbagai macam

polimorp, jenis hidrasi dan sebagainya. Susunan alumina

tergantung pada kondisi persiapannya. Beberapa bentuk Al2O3

anhidrous diantaranya adalah: α-Al2O3 dan γ-Al2O3. Pada α-

Al2O3, ion oksida berbentuk susunan hexagonal tetutup dan ion

alluminium didistribusikan secara simetrik diantara celah

oktahedral, jadi setiap atom oksigen dikelilingi oleh 4 atom Al.

Alpha-Al2O3 stabil pada temperatur tinggi (antara 5000C dan

15000C) dan setengah stabil pada temperatur rendah. (Cotton.

F.A dan Wilkinson. G, 1989). Alpha-Al2O3 sangat keras dan

tidak larut dalam asam. Sementara itu γ-Al2O3 mempunyai

bentuk kubik yang sifatnya higroskopis dan larut dalam asam,

karena sifatnya yang higroskopis dan larut dalam asam, alumina

jenis ini dapat diaktivasi dan biasa digunakan sebagai katalis,

pendukung katalis, dan dalam kromatografi. Sedangkan α-Al2O3

merupakan komponen utama perhiasan seperti rubi dan safir

(Partington, 1961). Alumina dapat dibuat dalam berbagai bentuk

sesuai dengan kebutuhan. Dimana partikel alumina dikalsinasi

pada temperatur tinggi. Pemanasan pada 21000C akan

memberikan bentuk α, sedangkan pemanasan lebih dari 21000C

akan memberikan bentuk γ. Industri katalis mempunyai

spesifikasi untuk sifat-sifat yang harus dimiliki oleh alumina

sebagai pendukung katalis. Gamma-Al2O3 merupakan

pendukung katalis yang umum karena harganya relatif murah,

Interaksi Asam-Basa, Kimia Anorganik

7

stabil pada suhu tinggi dan dapat dibuat dengan pori-pori yang

bervariasi (Gates, 1992) Gamma alumina banyak dipakai sebagai

katalis maupun pendukung katalis dalam reaksi dehidrasi dan

dehidrogenasi alkohol. Keaktifan dan kereaktifan katalis

heterogen ditentukan oleh beberapa faktor, antara lain adalah

luas permukaan katalis padatan, volume dan besarnya pori serta

distribusi sisi aktif. Gamma-alumina banyak digunakan sebagai

katalis dan pendukung katalis, karena selain memiliki luas

permukaan yang besar (150-300 m2/g) juga memiliki sisi aktif

yang bersifat asam dan basa (Wibowo W, 2007).