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.