----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1. Uraikan terminologi (istilah) berikut:

a. kesetimbangan reaksi, kinetika, katalis dan katalisis

Kesetimbangan kimia adalah satu kondisi yang dicapai dalam sebuah reaksi kimia

yang terjadi secara seimbang dalam lajunya pada saat reaksi maju dan reaksi

baliknya.

Kinetika adalah ilmu yang mempelajari kecepatan reaksi kimia dan mekanismenya.

Katalis adalah senyawa yang dapat meningkatkan suatu reaksi ke arah

kesetimbangan tanpa terkonsumsi selama proses reaksi berlangsung. Sebagai hasil

dari partisipasinya dalam suatu reaksi, katalis dapat mengalami perubahan dalam

struktur dan komposisinya. Suatu katalis tidak dapat mengubah kesetimbangan yang

ditetapkan melalui termodinamika reaksi. Fungsinya hanya mempercepat kecepatan

reaksi untuk mencapai kesetimbangan.

Katalisis adalah suatu proses untuk meningkatkan kecepatan reaksi kearah

kesetimbangan dengan menggunakan suatu senyawa yang disebut katalis.

b. aktivitas dan selektivitas suatu katalis

Aktivitas katalis merupakan kecepatan yang menyebabkan berlangsungnya reaksi ke

arah kesetimbangan.

selektivitas katalis ialah persentase reaktan yang terkonsumsi yang membentuk hasil

yang dikehendaki.

2. Aspek penting dalam suatu reaksi katalitik adalah energi aktivasi.

a. Apa pengertian energi aktivasi,

Aktivasi energi adalah energi minimum yang diperlukan untuk melangsungkan

terjadinya suatu reaksi.

b. Kenapa energi aktivasi reaksi katalitik lebih rendah dari energi aktivasi reaksi non

katalitik, jelaskan

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.

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 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.

3. Katalis padat diklasifikasikan atas katalis logam, oksida logam dan katalis logam-

pengemban atau metal supported catalyst (MSC). Pada katalis MSC ini jelaskan

a. syarat-syarat material sebagai pengemban (support), dan berikan contoh

Bersifat inert

Luas permukaan relatif tinggi dengan ukuran pori terdistribusi dengan baik.

Memiliki sifat mekanik yang baik,tahan terhadap gesekan dan penekanan

Stabil dalam kondisi reaksi, per-treatment, dan regenerasi

Relatif murah dan mudah diperoleh

Tipe Oksida

Basa MgO,CaO,Ca2SiO4,BaO,Ca3SiO5

Amfoter ThO2,ZrO2,CeO2,TiO2

Netral MgAl2O4,MgCrO4

Asam γ-Al2O3,SiO2,SiO2-Al2O3

b. logam aktif yang biasa digunakan dan sebutkan contoh

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Kelas Konduktivitas Reaksi Contoh

Logam Konduktor/Redoks Hidrogenasi,

Hidrogenolisi,

Oksidasi

Fe, Ni, Pt,

Pd, Cu, Ag

Oksida Sulfida Semikonduktor Hidrogenolisi,

Oksidasi

NiO, ZnO,

CuO

Oksida-oksida Insulator Polimerisasi,

Isomerisasi,

Dehidrasi,

Cracking

Al2O3,

SiO2,MgO,

SiO2-Al2O3

c. pembuatan katalis MSC ini

3.1 Impregnasi

Pada metode ini, bahan penyangga dicampurkan dengan sejumlah tertentu larutan

senyawa awal logam katalis, kemudian dikeringkan dan dikalsinasi. Berdasarkan jumlah

larutan yang digunakan, metode ini dapat dibagi lagi menjadi dua kategori:

a) Impregnasi kering

Apabila volum larutan senyawa awal logam katalis yang digunakan tidak melebihi volum

pori penyangga. Pada metode ini, larutan senyawa awal logam katalis disemprotkan pada

penyangga secara terus menerus disertai dengan pengadukan. Penetrasi senyawa awal

logam katalis yang lebih dalam lagi ke bagian dalam pori dapat dicapai dengan

mengeluarkan air yang terperangkap dalam pori, sehingga diperoleh distribusi logam

perkusor yang lebih seragam dan merata.

b) Impregnasi basah

Apabila larutan senyawa awal logam katalis yang digunakan melebihi volume pori

penyangga. Campuran kemudian dibiarkan beberapa saat sambil terus diaduk hingga

semua pelarutnya habis dan kering.

Impregnasi bertujuan untuk menditribusikan komponen aktif logam dengan cara yang

paling efisien (yaitu dengan dispersi yang merata untuk mendapatkan luas permukaan

spesifik yang besar dan aktivitas per berat komponen aktif logam yang maksimum) pada

permukaan pengemban.

3.2 Presipitasi

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Secara umum metode ini dapat dibagi atas 2 kategori yaitu:

a) Metode kopresipitasi

Pada metode ini larutan yang mengandung garam logam dan garam dari senyawa yang

akan dikonversi menjadi penyangga dicampur dengan larutan basa sambil dilakukan

pengadukan untuk diendapkan sebagai hidroksida dan atau karbonat. Setelah pencucian,

hidroksida atau karbonat tersebut dapat diubah menjadi oksida dengan pemanasan. Contoh

katalis yang biasanya dipreparasi dengan metode ini Ni/Al2O3 dan Cu-Zn oksida-/Al2O3,

yang keduanya digunakan dalam skala industri sebagai katalis steam reforming dan

produksi metanol. Pemilihan larutan alkali yang digunakan didasarkan pada kelarutan

dalam pelarut (air), dan yang lebih penting lagi adalah menghindari masuknya senyawa-

senyawa yang dapat menyebabkan efek negatif pada katalis akhir. Sebagai contoh, ion-ion

klorin dan sulfat dikenal sebagai racun katalis, sehingga keberadaannya harus dihindari.

b) Deposisi presipitasi

Metode ini secara prinsip sama dengan metode kopresipitasi, yaitu presipitasi logam

hidroksida atau karbonat pada partikel penyangga lewat reaksi basa dengan senyawa awal

logam katalis. Hal yang ditekankan pada metode ini adalah presipitasi senyawa awal

logam katalis terjadi di dalam pori penyangga. Oleh karena itu, nukleasi dan pertumbuhan

pada permukaan penyangga akan menghasilkan distribusi yang seragam dari partikel-

partikel kecil pada penyangga. Sebaliknya nukleasi dan pertumbuhan yang cepat pada

larutan bulk hanya akan menghasilkan ukuran kristal yang besar dan distribusi yang tidak

homogen, karena partikel yang besar tidak dapat masuk ke dalam pori tapi hanya

terdeposit pada permukaan eksternal. Untuk mendapatkan hasil yang baik, harus dilakukan

pencampuran yang efisien dengan penambahan larutan alkali secara perlahan-lahan untuk

menghindari terbentuknya konsentrasi lokal.

3.3 Pertukaran Ion

Oksida anorganik seperti Al2O3, SiO2, TiO2, MgO yang biasa digunakan sebagai

penyangga katalis cenderung terpolarisasi dan mempunyai muatan permukaan ketika

disuspensikan dengan larutan berair. Muatan ini dapat dikontrol dengan pH larutan menurut

persamaan reaksi:

M-OH + H+A- M-OH2 + A- (1)

M-OH + OH- M-O- + H2O (2)

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Dalam media asam seperti pada persamaan (1) sisi permukaan adsorpsi (M-OH) bermuatan

positif yang dikelilingi oleh anion, sementara pada media basa persamaan (2) akan bermuatan

negatif dan dikelilingi oleh kation. Pada masing-masing oksida terdapat pH tertentu dimana

sisi permukaan pada larutannya tidak bermuatan, pH ini disebut dengan PZC (zero point of

charge) atau titik isoelektrik. Dengan mengetahui titik isoelektrik ini akan sangat bermanfaat

dalam mendesain katalis, karena dapat digunakan untuk meramalkan sifat adsorpsi dari

oksida yang berbeda sebagai fungsi dari pH larutan impregnasi. Sebagai contoh, jika

melarutkan Al2O3 (PZC=8) dalam larutan dengan pH di atas PZC, maka permukaannya akan

terpolarisasi negatif dan akan mengadsorpsi kation, sementara sebaliknya jika pH larutan di

bawah PZC akan bermuatan positif dan mengadsorpsi anion pada permukaan. Tergantung

pada muatan permukaannya dalam larutan, beberapa oksida akan lebih mengadsorpsi kation

(silika, silika-alumina, zeolit), anion (magnesia, lantania) dan keduanya (alumina, kromia,

titania, dan zirkonia).

Untuk adsorpsi kation sederhana persamaan reaksi umumnya adalah:

M-OH+ + C+ M-OC+ + H+ (3)

Adapun untuk adsorpsi anion sederhana persamaan reaksi umumnya adalah:

M-(OH)- + A- M-A- + (OH) (4)

Menurut model adsorpsi Brunelle yang didasarkan pada interaksi elektrostatik, variabel

penting yang harus dikontrol pada metode ini adalah:

a. jenis dan konsentrasi prekursor logam

b. pH larutan

c. jenis penyangga, titik isoelektriknya dan ketergantungan pH terhadap perubahan polarisasi

permukaan penyangga.

4. Mekanisme suatu reaksi kimia adalah langkah-langkah perubahan suatu umpan (reaktan)

menjadi hasil (produk). Uraikan mekanisme suatu reaksi katalitik umpan fasa gas pada

katalis padat logam-pengemban (MSC) dan lengkapi dengan ilustrasi.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5. Uraikan pendapat saudara tentang peran reaksi katalitik dalam

a. perkembangan teknik reaksi kimia katalitik masa depan

b. penyelamatan lingkungan masa depan

Pencemaran udara yang terjadi di kota-kota besar telah menyebabkan

menurunnya kualitas udara sehingga mengganggu kenyamanan bahkan telah

menyebabkan terjadinya gangguan kesehatan. Menurunnya kualitas udara tersebut

terutama disebabkan oleh penggunaan bahan bakar fosil untuk sarana transportasi dan

industri yang umumnya terpusat di kota-kota besar. Proses pembakaran bahan bakar

fosil tersebut sepenuhnya tidak sempurna, sehingga gas hasil buangannya mengandung

gas-gas yang berbahaya bagi kesehatan dan lingkungan. Selain itu efek rumah kaca

juga menjadi sebab utama atas meningkatnya pencemaran udara, sehingga memicu

terjadinya global warming, yaitu meningkatnya suhu permukaan bumi akibat adanya

pencemaran di berbagai lingkungan, salah satunya pencemaran udara yang disebabkan

oleh meningkatnya produksi polusi udara dari hasil pembakaran bahan bakar fosil.

Untuk mencegah terjadinya pencemaran udara tersebut perlu dilakukan usaha untuk

mengendalikan pencemaran, yaitu dengan mengurangi konsentrasi dari zat-zat

berbahaya yang dilepaskan ke lingkungan. Cara yang dilakukan dapat berupa usaha

mengkonversikan gas-gas berbahaya tersebut menjadi gas yang ramah lingkungan.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Saat ini sudah banyak dikembangkan berbagai macam teknologi yang ditujukan

untuk mengurangi pencemaran lingkungan akibat berbagai aktivitas mesin-mesin

kendaraan dan industri. Salah satu penelitian yang dikembangkan adalah mengenai

catalytic converter. Catalytic converter merupakan pengembangan dari jenis katalis

padatan yang digunakan untuk membantu proses konversi, reduksi dan oksidasi zat-zat

berbahaya hasil pembakaran bahan bakar dari mesin kendaraan bermotor dan industri.

Pada dasarnya mesin-mesin kendaraan yang ada sudah didesain untuk dapat melakukan

pembakaran dengan sempuran terhadap bahan bakar mesin, sehingga zat-zat hasil

pembakaran adalah berupa gas H2O, CO2 dan NO2 yang ramah liengkungan. Namun

keadaan yang terjadi di lapangan, pembakaran yang terjadi pada mesin kendaraan dan

industri selalu tidak sempurna, sehingga zat-zat yang dihasilkan berupa gas-gas beracun

yang berbahaya bagi lingkungan dan makhluk hidup, yaitu gas CO, NOx, HC. Gas CO

jika terhirup dan masuk ke dalam saluran pernapasan selanjutnya akan berikatan

dengan Haemoglobin (Hb), sehingga mengganggu transport oksigen. Gas NOx selain

berakibat langsung pada kerusakan tanaman dan meracuni manusia, hasil akhir

pencemarannya adalah asam nitrat (HNO3) yang terintersepsi ke dalam lingkungan

dalam bentuk garam-garam nitrat dalam air hujan, sehingga terjadilah huja asam. Hujan

asam menyebabkan tumbuh-tumbuhan rusak dan mati. Adapun senyawa HC bersifat

karsinogenik jika masuk ke dalam jaringan makhluk hidup, dengan oksida nitrogen, HC

akan bereaksi secara foto oksidasi membentuk smog.

Selanjutnya dengan adanya katalis konverter adalah untuk mengatasi pencemaran

zat-zat berahaya tersebut dengan proses konversi, yaitu mereduksi dan mengoksidasi.

Katalis akan mengoksidasi gas CO dan HC menjadi CO2 dan H2O, mereduksi gas NOx 

menjadi N2, O2 dan NO2 dengan bantuan sebuah pengemban (media/support) dari

bahan alam yang ada di Indonesia, seperti batuan alam Zeolit yang memiliki ketahan

termal yang tinggi sehingga tahan pada proses bersuhu tinggi. Logam yang bertindak

sebagai katalis sendiri diantaranya adalah Cu (tembaga), Mg (Magnesium), Fe (besi),

Mn (Mangan), Pt (Platina), dan lainnya. Selain dibantu dengan adanya pengemban

(support), katalis konverter juga terdiri senyawa pereduksi (reduction agent) yang akan

bereaksi dengan gas CO, HC dan NOx, sehingga dihasilkan gas-gas yang ramah

lingkungan (H2O, CO, NO2). Reduction agent tersebut bisa berupa senyawa NH3, CH4

atau senyawa hidro karbon lainnya. Secara teknis katalis konverter akan di letakkan

pada saluran pembuangan gas hasil pembakaran pada kendaraan bermotor, yaitu pada

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

bagian knalpot. Pada knalpot tersebut gas-gas hasil pembakaran sebelum keluar ke

lingkungan, akan melewati katalis konverter, sehingga terjadi reaksi oksidasi CO dan

HC menjadi CO2 dan H2O, mereduksi NOx menjadi NO2. Dengan demikian gas

berbahaya hasil pembakaran tak sempurna mesin kendaraan bermotor dapat

diminimalisir, sehingga komposisinya di udara menjadi lebih sedikit. Hal ini tentunya

akan mengurangi jumlah polutan di udara dan menjadikan lingkungan menjadi lebih

bersih dan sehat tidak berpolusi.

c. konversi biomassa menjadi bioenergi (biofuel)

Contoh penyangga yang mempunyai sifat khas antara lain

1. Pengemban Silika (SiO2), bersifat netral dengan luas permukaan 150 – 800 m²/gram

2. Pengemban Alumina (Al2O3), bersifat asam dan luas permukaannya 250 – 350

m²/gram

3. Pengemban Zeolit (SiO2.Al2O3), sifatnya merupakan kombinasi sifat alumina dan

silica

No. Tipe Bentuk

1. Pellets silinder,seragam

2. Extrudates Panjang beraturan

3. Sphere Bulat-bulat

4. Granula Butir-butir

5. Powder Bubuk