Katalis Heterogen

KATALIS HETEROGEN

Disusun Guna Memenuhi Tugas Mata Kuliah Kimia Fisika 4

Dosen Pengampu : Nanik Dwi Nurhayati, S.SI, M.SI

uns

Disusun Oleh :

 1.     Nur Fajariyah                                   (K3311061)

2.     Rahardian Prihastoto                       (K3311064)

3.     Wiwit Pratiwi                                    (K3311081)

4.     Yuli Amiroh                                       (K3311083)

 

 

 PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2013

ABSTRAK

Katalis memegang peranan penting dalam perkembangan industri kimia, hampir semua produk industri dihasilkan melalui proses yang memanfaatkan jasa katalis, baik satu atau beberapa proses. Katalis tidak terbatas pada bagian proses konveksi, bahkan juga untuk bagian proses pemisahan. Selain itu katalis juga sangat diperlukan oleh tubuh dalam proses pencernaan makanan di dalam tubuh. Fungsi penting katalis (enzim) ini memberikan dampak besar terhadap kelancaran pencernaan makanan di dalam tubuh.Misalnya saja adalah enzim amilase di dalam mulut (air liur)  yang membantu memecah amilosa menjadi  maltosa.

Katalis dapat digunakan dalam pengaktifan reaksi yang akan mempercepat laju reaksi dengan menurunkan energi aktifasi. Jika energi pengaktifan reaksi tinggi, maka untuk temperatur normal, hanya akan terjadi sebagian kecil pertemuan molekul yang dapat menghasilkan reaksi.

Katalis dapat digolongkan mejadi katalis homogen dan heterogen. Katalis heterogen mempunyai kelebihan dalam pemisahan dari sisa reaktan dan produk serta tahan terhadap temperatur tinggi.

Kata kunci : Katalis, energi pengaktifan, absorpsi, converter katalitik

PENDAHULUAN

Katalis adalah zat yang ditambahkan pada reaksi kimia dengan tujuan untuk mempercepat reaksi tersebut. Katalis dapat mempercepat reaksi kekanan atau kekiri sehingga keadaan setimbang lebih cepat tercapai, katalis ini disebut dengan katalis positif. Penambahan katalis juga dapat menghambat reaksi, katalis tersebut disebut katalis negatif atau anti katalis atau inhibitor.

Penambahan katalis akan mempengaruhi laju reaksi. Pada teori tumbukan dan distribusi energi molecular Maxwell – Boltzman pada gas, tumbukan-tumbukan menghasilkan reaksi jika partikel-partikel bertumbukan dengan energi yang cukup untuk memulai suatu reaksi. Energi minimum yang diperlukan disebut dengan reaksi aktifitas reaksi.

Katalis dapat dibagi berdasarkan dua tipe dasar, heterogen dan homogen. Katalis heterogen merupakan katalis yang fasanya tidak sama dengan reaktan dan produk. Katalis heterogen secara umum berbentuk padat dan banyak digunakan pada reaktan berwujud cair atau gas. Penggunaan  katalis  heterogen  biasanya  pada  suhu  dan tekanan tinggi.

PEMBAHASAN

A.      Pengertian Katalis Heterogen

Katalis heterogen merupakan katalis yang memiliki fasa yang berbeda dengan reaktannya atau dapat didefinisikan bahwa katalis heterogen merupakan katalis yang fasanya tidak sama dengan reaktan dan produk. Katalis heterogen secara umum berbentuk padat dan banyak digunakan pada reaktan berwujud cair atau gas.

 B.       Cara Kerja Katalis Heterogen.

Katalis  dapat    bekerja  dengan  membentuk  senyawa  antara  atau  mengabsorpsi  zat yang direaksikan.  Sehingga katalis dapat meningkatkan laju reaksi, sementara katalis itu  sendiri  tidak  mengalami  perubahan  kimia  secara  permanen.

Cara  kerjanya  yaitu dengan menempel pada bagian substrat tertentu dan pada akhirnya dapat menurunkan energi pengaktifan dari reaksi, sehingga reaksi berlangsung dengan cepat.

Secara umum proses suatu reaksi kimia dengan penambahan katalis dapat dijelaskan sebagai berikut.  Zat A dan zat B yang direaksikan membentuk zat AB dimana zat C sebagai katalis.

A    +    B     →     AB     (reaksi lambat)

Bila  tanpa  katalis  diperlukan    energi  pengaktifan  yang  tinggi  dan  terbentuknya  zat   AB  lambat.    Namun, dengan adanya katalis  C,  maka terjadilah reaksi  :

A    +    C        →       AC  (reaksi cepat)

Energi pengaktifan diturunkan,   maka AC    terbentuk  cepat  dan  seketika  itu  juga  AC  bereaksi  dengan    B    membentuk senyawa  ABC.

AC   +   B           ABC     (reaksi cepat).

Energi  pengaktifan  reaksi  ini  rendah  sehingga  dengan  cepat  terbentuk  ABC  yang kemudian mengurai menjadi AB dan C.   sesuai reaksi

ABC     →       AB    +    C     (reaksi cepat)

Ada  dua  macam  katalis,  yaitu  katalis  positif  (katalisator)  yang  berfungsi mempercepat  reaksi,  dan  katalis  negatif  (inhibitor)  yang  berfungsi  memperlambat laju reaksi.   Katalis positif  berperan menurunkan energi pengaktifan, dan membuat orientasi  molekul  sesuai  untuk  terjadinya  tumbukan.    Akibatnya  molekul  gas  yang teradsorpsi  pada  permukaan  logam  ini  menjadi  lebih  reaktif  daripada  molekul  gas yang  tidak  terabsorbsi.

Prinsip  ini  adalah  kerja  dari  katalis  heterogen,  yang  banyak dimanfaatkan untuk mengkatalisis reaksi-reaksi gas.

  1. C.      Contoh Katalis Heterogen

Umumnya katalis heterogen berupa zat padat yang terdiri dari logam atau oksida logam. Contoh-contoh dari katalis heterogen adalah zeolit, CaO, MgO, dan resin penukar ion.

Proses katalitik menggunakan katalis heterogen dalam industri pertama kali pada tahun 1857, menggunakan Pt untuk mengoksidasi SO2 menjadi SO3 dalam larutan asam.

Tabel 3.1. Beberapa contoh katalis heterogen dalam dunia industri

Reaksi

Katalis

C4H10  ® Butena dan C4H6 (butadiena)CH4 atau hidrokarbon lain + H2O ® CO + H2

C2H2   +   2H2  ®  C2H6

Hidrocraking

CO  +   2H2  ® CH3OH

Cr2O3 –  Al2O3Ni support

Pd dalam Al2O3 atau padatan pendukung Ni-Sulfida.

Logam (seperti Pd)  pada zeolit

Promotor ZnO dengan Cr2O3 atau promoter Cu1 – ZnO dengan Cr2O3 atau Al2O3.

Katalisis heterogen sejauh ini adalah jenis katalisis yang paling penting dalam kimia industry, terutama dalam sintesis berbagai bahan kimia penting. Di sini dijelaskan dua contoh katalisis heterogen yang spesifik.

Pembuatan Asam Nitrat

Asam nitarat ialah salah satu asam anorganik yang paling penting. Asam ini digunakan dalam produksi pupuk, zat warna,obat-obatan dan bahan peledak. Metode industri yang utama dalam memproduksi asam nitrat ialah proses Ostwalk. Bahan awalnya yaitu ammonia dan molekul oksigen, dipanaskan dengan tambahan adanya katalis platina-rodiumsampai sekitar 800̊ C :

4NH3(g) +5O2(g)  →  4NO(g) +6H2O(g)

Nitrat oksida yang terbentuk mudah teroksidasi (tanpa katalis) menjadi nitrogen dioksida:

2NO(g) + O→  2NO2(g)

Ketika dilarutkan di dalam air, NO2 membentuk asam nitrit dan asam nitrat:

2NO2(g) + H2O(l)  →  HNO2(aq) + HNO3(aq)

Jika dipanaskan, asam nitrit berubah menjadi asam nitrat sebagai berikut:

3HNO2(aq) → HNO3(aq) + H2O(l) + 2NO(g)

NO yang dihasilkan dapat didaur ulang untuk menghasilkan NO2 pada tahap kedua.

Konverter Katalitik

Pada suhu tinggi di dalam mesin mobil yang sedang berjalan gas nitrogen dan oksigen bereaksi membentuk nitrat oksida:

N2(g) + O2(g)  →  2NO(g)

Ketika lepas ke atmosfer, NO segera bergabung dengan O2 membentuk NO2. Nitrogen dioksida dan gas lain yang diemisikan oleh mobil, seperti karbon monoksida (CO) dan berbagai hidrokarbon yang terbakar, menjadikan mobil sebagai sumber pencemar udara yang utama. Sebagian besar mobil baru dilengkapi dengan converter katalitik. Konverter katalitik yang efisien memiliki dua tujuan : mengoksidasi CO dan H2O, dan mereduksi NO dan NO2 menjadi N2 dan O2. Gas buang panas yang telah diinjeksi dengan udara dilewatkan ke bilik pertama dari salah satu converter untuk mempercepat pembakaran hidrokarbon yang sempurna dan untuk menurunkan emisi CO. Namun karena suhu tinggi meningkat produksi NO, diperlukan satu lagi bilik kedua yang berisi katalis berbeda (logam transisi atau oksida logam transisi) dan bekerja pada suhu yang lebih rendah untuk menguraikan NO menjadi N2 dan O2 sebelum gas dibuang lewat knalpot.

Mekanisme dari katalis padat dengan reaktan fasa gas, dimana terjadi pembentukan kompleks reaktan dengan katalis setelah pembentukan produk adalah sebagai berikut :

  1. Reaktan terbawa oleh aliran gas pembawa sampai kepermukaan luar partikel katalis.
  2. Difusi reaktan dari permukaan luar masuk melalui pori dalam partikel katalis.
  3. Reaktan diadsorpsi pada sisi aktif katalis sehingga menimbulkan energi adsorpsi
  4. Reaksi pembentukan produk antara permukaan sampai terjadinya produk.
  5. Produk didesorpsi dari katalis keluar melalui pori bagian partikel katalis.
  6. Difusi produk menuju permukaan luar partikel katalis.
  7. Produk mengikuti aliran gas pembawa.

Persyaratan kunci dalam katalisis heterogen ialah bahwa pereaksi fase gas atau larutan diadsorpsi kepermukaan katalis. Tidak semua atom – atom permukaan sama efektifnya sebagai katalis, bagian yang efektif tersebut disebut sisi aktif katalis. Pada dasarnya, katalis heterogen mencakup :

(1) adsorpsi pereaksi,

(2) difusi pereaksi sepanjang permukaan,

(3) reaksi pada sisi aktif membentuk hasil reaksi yang diadsorpsi, dan

(4) lepasnya (desorpsi) hasil reaksi.

 

D.      Peranan Katalis Heterogen

Katalis heterogen merupakan katalis yang memiliki fasa yang berbeda dengan reaktannya. Salah satu peranan katalis heterogen adalah Al2O3 sebagai katalis converter gas buang pada kendaraan bermotor.

Jenis katalis heterogen yang berfungsi disini adalah Catalytic converter yang  merupakan alat yang digunakan sebagai kontrol emisi gas buang yang diletakkan setelah exhaust manifold pada sistem pembuangan kendaraaan bermotor . Katalis automotive (converter)  ini pertama kali didesain pada tahun 1975 di US yang bertujuan untuk mengurangi polusi udara dengan cara mengkonversi gas karbonmonoksida (CO), nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) yang merupakan gas buang dari reaksi pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna pada kendaraan bermotor

Katalis heterogen penting juga dalam industry minyak. Salah satu terapan yang menarik adalah produksi bahan bakar cair sintesis seperti bensin dari minyak diesel dengan cara reaksi hidrogemn, H2 dengan karbon monoksida, CO. Dengan suatu katalis logam yang tepat seperti nikel atau kobalt, karbon monoksida akan bereaksi dengan hidrogen untuk menghasilkan air dan hidrokarbon.

Penggunaan katalis pada alat control yang disebut auto exhaust emissions.

Mobil-mobil yang dijual di Amerika sekarang dilengkapi dengan “catalytic converters”. Alat ini menggunakan suatu lempeng campuran oksida logam dimana gas-gas yang sudah kotor lewat setelah gas-gas tersebut bercampur dengan udara. Katalis secara efektif menaikkan oksidasi CO dan hidrokarbon lain-lain menjadi CO2 dan H2O. Katalis pada catalytic converters yang baru menghilangkan juga pencemar oksida nitrogen dengan mempercepat penguraiannya menjadi nitrogen dan oksigen.

Kekurangan alat ini adalah katalisnya dapat diracuni oleh logam Pb. Akibatnya, mobil yang menggunakannya harus menggunakan bensin yang bebas Pb (timbal). Kekurangan yang lain adalah katalis ini juga akan mempercepat oksidasi SO2 menjadi SO3 yang akan bereaksi dengan uap air membentuk uap asam sulfat. Oleh karena SO2 dihasilkan dari pembakaran bensin yang mengandung kadar sulfur yang tinggi, maka hal ini menjadi persoalan serius.

 E.       Keuntungan Katalis Heterogen

Keuntungan dari katalis heterogen adalah ramah lingkungan, tidak bersifat korosif, mudah dipisahkan dari produk dengan cara filtrasi, serta dapat digunakan berulangkali dalam jangka waktu yang lama. Selain itu, katalis heterogen meningkatkan kemurnian hasil karena reaksi samping dapat dieliminasi.

Keuntungan lain penggunaan katalis heterogen adalah katalisnya dapat dipisahkan  dengan  penyaringan  dari  produk  bila  reaksi  telah  selesai.  Banyak  proses industri  yang  menggunakan  katalis  heterogen,  sehingga  proses  dapat  berlangsung lebih cepat dan biaya produksi dapat dikurangi. Beberapa logam ada  yang  dapat mengikat cukup banyak molekul-molekul gas pada permukannya,  misalnya  Ni,  Pt,  Pd  dan  V.  Gaya  tarik  menarik  antara  atom  logam dengan  molekul  gas  dapat  memperlemah  ikatan  kovalen  pada  molekul  gas,  dan bahkan  dapat  memutuskan  ikatan  itu.

PENUTUP

  1. Katalis merupakan suatu zat yang sangat di perlukan dalam kehidupan manusia. Katalis dapat dibagi berdasarkan dua tipe dasar, heterogen dan homogen. Katalis heterogen merupakan katalis yang fasanya tidak sama dengan reaktan dan produk. Katalis heterogen dapat berupa zat padat yang terdiri dari logam atau oksida logam misalnya zeolit, CaO, MgO, dan resin penukar ion.
  2. Pada dasarnya, katalis heterogen mencakup : adsorpsi pereaksi, difusi pereaksi sepanjang permukaan, reaksi pada sisi aktif membentuk hasil reaksi yang diadsorpsi, dan lepasnya (desorpsi) hasil reaksi.
  3. Cara  kerjanya  dengan menempel pada bagian substrat tertentu dan pada akhirnya dapat menurunkan energi pengaktifan dari reaksi, sehingga reaksi berlangsung dengan cepat.
  4. Keuntungan katalis heterogen adalah ramah lingkungan, tidak bersifat korosif, mudah dipisahkan dari produk dengan cara filtrasi, serta dapat digunakan berulangkali dalam jangka waktu yang lama.

 

DAFTAR PUSTAKA

 

Brady, James E. 1986. Kimia Universitas Asas & Struktur Jilid 2. Tangerang : Binarupa Aksara.

Reaksi Heterogen Katalisis. Diakses http://newalchemistupdate.blogspot.com/2012/10/reaksi-heterogen-katalisis.html pada 6 Desember pukul 19.45

Arhal Maturidi. Katalis. Diakses http://arhalmaturidi.blogspot.com/2012/05/katalis.html pada 6 Desember 2013, pukul 20.00

Toni Albertus Sinaga. Paper Aplikasi Kimia Dalam kehidupan. Diakses http://tonialbertussinaga.blogspot.com/2013/05/paper-aplikasi-kimia-dalam-kehidupan.html pada 7 Desember pukul 14.08

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s