1

DAFTAR ISI BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................................................... 2

1. Latar belakang ............................................................................................................................. 2

2. Rumusan masalah ....................................................................................................................... 3

3. Tujuan ......................................................................................................................................... 3

BAB II ISI ............................................................................................................................................... 4

1. Pengertian kinetika katalis heterogen.......................................................................................... 4

2. Kinetika katalis heterogen ........................................................................................................... 4

3. Contoh-contoh katalis heterogen ................................................................................................ 5

4. Mekanisme reaksi katalis heterogen ........................................................................................... 6

5. Proses yang terjadi selama mekanisme reaksi katalis heterogen .............................................. 12

6. Katalis pendukung dibutuhkan oleh katalis heterogen .............................................................. 14

7. Aplikasi penggunaan katalis heterogen di bidang industri........................................................ 15

BAB III PENUTUP .............................................................................................................................. 21

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................................... 21

2

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

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 nantinya

dapat menghasilkan reaksi yang efektif. Katalis dapat menurunkan energi pengaktifan dengan

menghindari tahap penentu laju yang lambat dari reaksi yang tidak dapat dikatalisa. Dengan

menurunnya energi aktifasi maka pada temperatur yang sama didapatkan laju reaksi dengan

konstanta laju yang besar yang artinya reaksi efektifnya dapat terjadi secara cepat.

Fungsi utama dari katalis ini adalah menyediakan reaksi alternatif dalam suatu reaksi

kimia.Katalis memegang peranan penting dalam perkembangan industri kimia. Dewasa ini,

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. Penggunaan katalis di industri sekitar 50%

(Levenspiel,1999). Katalis berdasarkan fase reaksinya dapat digolongkan menjadi katalis

homogen dan heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang berbeda fase dengan fase

reaktan dan produknya.

Proses katalitik menggunakan katalis heterogen dalam industri, pertama kali

dilakukan pada tahun 1857, menggunakan Pt untuk mengoksidasi SO2 menjadi SO3

dalam larutan asam. Penggunaan katalis heterogen biasanya pada suhu dan tekanan tinggi.

Umumnya katalis heterogen berupa zat padat yang terdiri dari logam atau oksida logam.

Keuntungan 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. Dalam makalah ini, akan dibahas lebih mendalam mengenai katalis heterogen

khususnya tentang cara kerja dan mekanisme reaksi dari katalis heterogen.

3

2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, rumusan masalah dalam makalah ini, antara lain:

1. Pengertian katalis heterogen?

2. Bagaimanakah prinsip kerjanya?

3. Apa saja contoh dari katalis heterogen?

4. Bagaimana mekanisme reaksi dari katalis heterogen?

5. Bagaimana kinetika reaksi dari katalis heterogen?

6. Proses apa yang terjadi selama mekanisme reaksi katalis heterogen?

7. Katalis pendukung apa saja yang dibutuhkan oleh katalis heterogen?

8. Apa saja aplikasi penggunaan katalis heterogen di bidang industri?

3. Tujuan

Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini, antara lain:

1. Memberikan informasi mengenai peranan katalis kimia.

2. Memberitahukan kepada pembaca tentang jenis-jenis katalis kimia.

3. Memberikan informasi mengenai katalis heterogen beserta contohnya.

4. Memberikan informasi tentang mekanisme kerja enzim katalis heterogen secara umum.

5. Mengetahui perbedaan antara mekanisme Langmuir-Hinshelwood dengan mekanisme

dengan Eley-Rideal.

6. Mengetahui kinetika reajsi dari katalis heterogen

7. Memberikan informasi katalis pendukung yang dibutuhkan oleh katalis heterogen

8. Mengetahui peranan katalis heterogen.

4

BAB II

ISI

1. PENGERTIAN KINETIKA KATALIS HETEROGEN

Katalis heterogen adalah katalis yang fasenya tidak sama dengan reaktan atau produk.

Pada umumnya fase katalis berupa padatan dan fase reaksi berupa gas. Penggunaan katalis ini

mempunyai keunggulan, yaitu mudah dipisahkan dari campuran reaksi dengan cara filtrasi,

tahan dan stabil terhadap suhu relatif tinggi, ramah lingkungan, tidak bersifat korosif, dapat

digunakan berulangkali dalam jangka waktu yang lama, mudah disiapkan dalam bentuk pallet

katalis padat, dan konstruksinya sederhana. Selain itu, katalis heterogen dapat meningkatkan

kemurnian hasil karena reaksi samping dapat dieliminasi. Hingga tahun 1980-an: sekitar 90%

katalis yang digunakan di dalam proses industri kimia berupa katalis heterogen. Mayoritas

dari katalis heterogen ini didasari pada silika, terutam sejak beberapa riset menunjukkan

keuntungan dari penggunaan silika, antara lain:

a) Kestabilan yang baik,

b) Luas permukaan yang lebih besar,

c) Mudah dan murah,

d) Kemudahan gugus organik dalam menjangkar ke permukaan, untuk menyediakan pusat

katalitis (Gupta et al, 2008)

2. KINETIKA KATALIS HETEROGEN

Reaksi antara gas dengan cairan dapat dibagi menjadi 8 kelompok dari reaksi yang

sangat cepat sampai reaksiyang sangat lambat.

Jika diambil reaksi sebagai berikut:

A (g) + Bb (larutan) → hasil

Gas A larut dalam cairan.

B tidak larut dalam phase gas.

Jadi A masuk phase cair dan reaksi hanya terjadi pada phase cair.

Salah satu contoh kinetika dengan reaksi yang sangat cepat adalah sebagai berikut: Bidang

reaksi terletak di dalam lapisancairan. Kecepatan difusi dari A dan B menentukan kecepatan

reaksi. Gas A habis bereaksi di dalam bidang reaksi.

5

Jika tahanan lapisan gas tidak berpengaruh: kAg= ∞ ; pA= Pa

Dengan:

DBl = koefisien difusi zat B dalam phase cair

DAl = koefisien difusi zat A dalam phase cair

pA = tekanan parsiil A

HA = konstanta Henry

kAg = koefisien transfer massaA dalam phase gas

kAl = koefisien transfer massaA dalam phase cair

i = interface

3. CONTOH-CONTOH KATALIS HETEROGEN

Contoh-contoh dari katalis heterogen adalah zeolit, CaO, MgO, dan resin penukar ion.

Mekanisme katalis heterogen melalui lima langkah, yaitu: transport reaktan ke katalis,

interaksi reaktan-raktan dengan katalis (adsorpsi), reaksi dari spesi-spesi yang teradsorpsi

menghasilkan prodduk-produk reaksi, deadsorpsi produk dari katalis, transport produk

menjauhi katalis.

Contoh:

Katalis padat Fe untuk Proses Haber pada pembuatan amonia:

N2(g) + 3 H2(g) ↔2 NH3(g)

Katalis padat Fe2O3-BiO2 untuk oksidasi amonia pada pembuatan asam nitrat:

4 NH3(g) + 5 O2(g) ↔4 NO(g) + 6 H2O(g)

Katalis padat Ni pada hidrogenasi hidrokarbon:

R1CH=CHR2(l) + H2(g) →R1CH2CH2R2(l)

(minyak tak jenuh) (lemak jenuh)

Katalis arang (C) pada pembuatan asam khlorida:

H2(g) + Cl2(g) →2 HCl (g)

6

Tabel contoh-contoh katalis heterogen

Reaksi Katalis

C4H10 Butena dan C4H6 (butadiena) Cr2O3 - Al2O3

CH4 atau hidrokarbon lain + H2O CO + H2 Ni support

C2H2 + 2H2 C2H6 Pd dalam Al2O3 atau padatan

pendukung Ni-Sulfida.

Hidrocraking Logam (seperti Pd) pada zeolit

CO + 2H2 CH3OH Promotor ZnO dengan Cr2O3 atau

promoter Cu1 – ZnO dengan Cr2O3 atau

Al2O3

4. MEKANISME REAKSI KATALIS HETEROGEN

Mekanisme yang tepat dari katalis heterogen belum dimengerti secara sempurna.

Walaupun demikian tersedianya elektron d dan orbital d pada atom-atom permukaan katalis

memegang peranan penting. Oleh karena itu aktifitas katalisis heterogen banyak dilakukan

pada sejumlah besar unsur peralihan (transisi) dan senyawa – senyawanya. Persyaratan kunci

dalam katalisis heterogen ialah bahwa pereaksi fase gas atau larutan diadsorpsi kepermukaan

katalis. (Fessenden,1986). Tidak semua atom – atom permukaan sama efektifnya sebagai

katalis, bagian yang efektif tersebut disebut sisi aktif katalis.

Contoh sederhana katalisis heterogen adalah katalis menyediakan suatu permukaan

dimana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerap. Ikatan dalam substrat-

substrat menjadi lemah sehingga memadai terbentuknya produk baru. Ikatan antara produk

baru dan katalis lebih lemah sehingga akhirnya terlepas. 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.

7

1. Mekanisme Katalis menurut Langmuir – Hinshelwood

Pada mekanisme menurut Langmuir-Hinshelwood,laju reaksi heterogen

dikendalikan oleh reaksi molekul teradsorpsi, dan bahwa semua adsorpsi dan tekanan

desorpsi berada dalam kesetimbangan. Dengan mekanismenya sebagai berikut:

1. Adsorpsi dari fase gas

2. Desorpsi ke fase gas

3. Disosiasi molekul di permukaan

4. Reaksi antara molekul teradsorpsi

Berikut ini merupakan gambaran mekanisme katalis menurut Langmuir-

Hinshelwood:

Menurut Langmuir-Hinshelwood, mekanisme katalis heterogen C2H4 + H2 → C2H6

menggunakan katalis tembaga ialah sebagai berikut:

8

Contoh reaksi dengan mekanisme Langmuir-Henshelwood :

2 CO + O2 → 2 CO2 menggunakan katalis Platina

CO + 2H2 → CH3OH menggunakan katalis ZnO.

C2H4 + H2 → C2H6 menggunakan katalis tembaga

N2O + H2 → N2 + H2O menggunakan katalis Platina

C2H4 + ½ O2 → CH3CHO menggunakan katalis Paladium

CO + OH → CO2 + H+ + e- menggunakan katalis Platina

9

Isotherm Langmuir :

Isoterm adsorbsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben antara

fase teradsorbsi pada permukaan adsorben dengan fase ruah kesetimbangan pada

temperatur tertentu. Ada tiga jenis hubungan matematik yang umumnya digunakan

untuk menjelaskan isoterm adsorbsi (anonim,2008).

10

Isoterm Langmuir ini berdasarkan asumsi bahwa :

a. Adsorben mempunyai permukaan yang homogen dan hanyadapat mengadsorbsi

satu molekul untuk setiap molekul adsorbennya. Tidak ada interaksi antara

molekul-molekul yang terserap.

b. Semua proses adsorbsi dilakukan dengan mekanisme yang sama.

c. Hanya terbentuk satu lapisan tunggal saat adsorbsi maksimum.

Namun, biasanya asumsi-asumsi sulit diterapkan karena hal-hal berikut :

selalu ada ketidaksempurnaan pada permukaan, molekul teradsorbsi tidak inert dan

mekanisme adsorbsi pada molekul pertama asangat berbeda dengan mekanisme pada

molekul terakhir yang teradsorpsi. Langmuir mengemukakan bahwa mekanisme

adsorpsi yang terjadi adalah sebagai berikut: Proses adsorbsi dapat dijelaskan melalui

proses kimia. Jika adsorbatnya gas, kesetimbangannya :

A(g) + S ⇌ AS

dengan :

A = gas adsorbat

S = sisi terbuka di permukaan

AS = molekul terserap dari A atau sisi tertutup di permukaan

Konstanta kesetimbangannya :

Px

xK

s

AS

dengan :

xAS = fraksi mol tertutup di permukaan

xs = fraksi mol sisi terbuka di permukaan

P = tekanan gas

Namun xAS lebih umum digunakan , sehingga xs = (1-) dan persaman sebelumnya

menjadi:

1Kp

Persamaan ini terkenal disebut isoterm Langmuir dengan K = konstanta

kesetimbangan untuk adsorpsi. Untuk mencari harga :

Kp

Kp

1

11

Jumlah substansi terserap, m akan sebanding dengan untuk adsorbent tetentu

sehingga m = b. Bila dikonversikan ke persamaan sebelumnya menjadi :

bKpbm

111

Dengan memplotkan 1/m dengan 1/p harga k dan b bisa ditentukan dari nilai slope

dan interseptnya.

2. Mekanisme katalis menurut Eley-Rideal :

Berikut ini merupakan mekanisme katalis menurut Eley-Rideal sebagai berikut:

1. Adsorpsi dari fase gas

Difusi adalah peristiwa mengalirnya / berpindahnya suatu zat dalam pelarut dari

bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian berkonsentrasi rendah. Proses difusi

molekul reaktan kepermukaan atau difusi pada produk desorpsi merupakan

proses yang paling lambat dan tidak dapat ditentukan kecuali pada penentuan

proses teknik yang melibatkan penyerapan katalis.

2. Desorpsi ke fase gas

3. Disosiasi molekul di permukaan

4. Reaksi antara molekul teradsorpsi

5. Reaksi antara gas dan molekul teradsorpsi

Contoh reaksi dimisalkan sebagai berikut:

A2 + 2B = 2AB

Mekanisme Eley-Rideal :

A2 + * = A2*

A2* + * = 2A*

A* + B = AB + *

di mana langkah terakhir adalah reaksi langsung antara molekul teradsorpsi A * dan

gas-molekul B.Contoh reaksi dengan mekanisme Eley-Rideal :

C2H4 + ½ O2 (adsorbed) → H2COCH2 .

Adsorpsi disosiatif oksigen kemungkinan akan terjadi, sehingga akan membentuk

produk sampingan karbon dioksida dan air.

CO2 + H2(ads.) → H2O + CO

12

2NH3 + 1½ O2 (ads.) → N2 + 3H2O on a platinum catalyst

C2H2 + H2 (ads.) → C2H4 on nickel or iron catalysts

Untuk mekanisme Langmuir-Hinshelwood, laju akan melalui maksimal dan

berakhir di nol, ketika permukaan benar-benar tertutup oleh A *. Sedangkan untuk

mekanisme Eley-Rideal, laju akan meningkat dengan meningkatkan cakupan sampai

permukaan benar-benar tertutup oleh A * Hal ini terjadi karena langkah B + * = B

* tidak dapat melanjutkan bila A * blok semua situs. Kuncinya adalah bahwa langkah

B + * = B memerlukan situs gratis. Contoh katalisis heterogen ialah sebagai berikut:

CH2 = CH2 + H2 → CH3 - CH3 dengan menggunakan katalis Ni

Molekul etena yang teradsorpsi pada permukaan nikel.Ikatan rangkap antara

atom karbon terputus dan elektron yang digunakan untuk obligasi ke permukaan

nikel.Molekul hidrogen juga teradsorpsi ke permukaan nikel.Ketika ini terjadi,

molekul hidrogen yang rusak menjadi atom.Ini dapat bergerak pada permukaan

nikel.Jika atom hidrogen berdifusi dekat dengan salah satu karbon terikat, ikatan

antara karbon dan nikel digantikan oleh satu antara karbon dan hidrogen.Itu akhir

etena asli sekarang istirahat bebas dari permukaan, dan akhirnya hal yang sama akan

terjadi di ujung lain. Seperti sebelumnya, salah satu atom hidrogen membentuk ikatan

dengan atom karbon, dan tujuan itu juga istirahat bebas. Saat ini sudah ada ruang di

permukaan nikel untuk molekul reaktan baru untuk pergi melalui seluruh proses lagi.

5. PROSES YANG TERJADI SELAMA MEKANISME REAKSI KATALIS

HETEROGEN

Mekanisme yang terjadi pada katalis heterogen, melibatkan proses adsorpsi dan

desorpsi. Sebelum digunakan katalis biasanya diaktivasi terlebih dahulu. Proses adsorpsi akan

membawa molekul reaktan pada sisi aktif dari katalis, yang akan merubah sifat dari reaktan,

13

dan membentuk intermediet tertentu, kemudian produk dilepaskan dari permukaan melalui

proses desorpsi (Whyman, 1994).

Desorpsi molekul produk dibutuhkan untuk mengembalikan sisi aktif pada katalis

heterogen yaitu analog dengan disosiasi kompleks dalam katalis homogen. Adsorpsi dapat

merupakan fisisorpsi ketika tidak terbentuk ikatan kimia yang baru, dapat pula merupakan

kemisorpsi ketika terbentuk ikatan kimia permukaan adsorben-adsorbat. Temperatur rendah

fisisorpsi pada gas seperti nitrogen berguna untuk determinasi pada area total permukaan

padatan, dimana kemosorpsi digunakan untuk determinasi tingkat sisi reaktif.

Katalis heterogen perlu diaktivasi terlebih dahulu sebelum digunakan. Proses aktivasi

katalis dalam beberapa hal lebih cenderung untuk melakukan desorpsi dalam adsorpsi

molekul seperti air dari permukaan. Namun dalam kasus lain lebih cenderung untuk preparasi

sisi aktif dengan reaksi kimia, seperti reduksi logam oksida menghasilkan logam aktif.

Mekanisme umum yang terjadi pada katalis heterogen adalah proses adsorpsi dan proses

desorpsi yang terjadi pada sisi aktif katalis. Proses adsorpsi akan membawa molekul-molekul

reaktan pada sisi aktif katalis, membentuk intermediet dan pada akhirnya menghasilkan

produk yang kemudian dilepaskan ke permukaan katalis kembali (Atkins, 1994). Berikut ini

merupakan jenis-jenis adsorpsi katalis:

1. Adsorpsi Kimia (Kemisorpsi)

Adsorpsi ini bersifat spesifik dan

terjadi karena adanya ikatan kimia

antara adsorben dengan zat yang

teradsorpsi (adsorbat). Pada adsorpsi

kimia hanya satu

lapisan(monolayer)yang terjadi dan

biasanya terjadi pada suhu tinggi. Besarnya energi adsorpsi kimia ±100 kj/mol.

Adsorpsi jenis ini menyebabkan terbentuknya ikatan secara kimia sehingga diikuti

dengan reaksi kimia, maka adsorpsi jenis ini akan menghasilkan produksi reaksi

berupa senyawa yang baru. Ikatan kimia yang terjadi pada kemisorpsi sangat kuat

mengikat molekul gas atau cairan dengan permukaan padatan sehingga sangat sulit

untuk dilepaskan kembali (irreversibel). Dengan demikian dapat diartikan bahwa

pelepasan kembali molekul yang terikat di adsorben pada kemisorpsi sangat kecil

(Alberty, 1997).

14

2. Adsorpsi Fisika (Fisisorpsi)

Adsorpsi ini tidak spesifik dan terjadi akibat adanya perbedaan energi atau

gaya tarik bermuatan listrik (gaya Van Der Waals).Pada jenis adsorpsi fisika ini,

terjadi beberapa lapisan (multilayer) dan terjadi pada suhu rendah.Besarnya energi

adsorpsi fisika ±10 kj/mol. Molekul-molekul yang di adsorpsi secara fisika tidak

terikat kuat pada permukaan, dan biasanya terjadi proses balik yang cepat (reversibel),

sehingga mudah untuk diganti dengan molekul yang lain. Adsorpsi fisika didasarkan

pada gaya Van Der Waals, dan dapat terjadi pada permukaan yang polar dan non

polar. Adsorpsi juga mungkin terjadi dengan mekanisme pertukaran ion. Permukaan

padatan dapat mengadsorpsi ion-ion dari larutan dengan mekanisme pertukaran ion.

Oleh karena itu, ion pada gugus senyawa permukaan padatan adsorbennya dapat

bertukar tempat dengan ion-ion adsorbat. Mekanisme pertukaran ini merupakan

penggabungan dari mekanisme kemisorpsi dan fisisorpsi, karena adsorpsi jenis ini

akan mengikat ion-ion yang diadsorpsi dengan ikatan secara kimia, tetapi ikatan ini

mudah dilepaskan kembali untuk dapat terjadinya pertukaran ion (Atkins, 1990).

6. KATALIS PENDUKUNG DIBUTUHKAN OLEH KATALIS HETEROGEN

Katalis heterogen biasanya membutuhkan pendukung (support), karena pendukung

katalis memiliki kekuatan mekanik, tahan panas, mempunyai kerapatan ruah yang optimal,

dan kemampuan pelarutan fase aktif. Pendukung juga meningkatkan luas permukaan,

memiliki pori serta ukuran partikel yang optimal, dan peningkatan fungsi kimiawi seperti

perbaikan aktivitas. Pemilihan pendukung didasarkan pada beberapa hal :

1. Keinertan

2. Sifat mekanik yang diinginkan, termasuk ketahanan terhadap kikisan, kekerasan dan

ketahanan terhadap tekanan.

3. Kestabilan pada kondisi reaksi dan regenerasi.

4. Luas permukaan, diutamakan yang memiliki luas permukaan besar agar semakin banyak

sisi aktif katalis yang terdistribusi.

5. Porositas, meliputi ukuran pori rata-rata dan distribusi ukuran pori

6. Sifat ekonomis bahan.

15

7. APLIKASI PENGGUNAAN KATALIS HETEROGEN DI BIDANG INDUSTRI

1. Industri Pembuatan Amonia

Amonia merupakan zat kimia yang digunakan sebagai bahan baku pada

pabrik pupuk dan pabrik bahan peledak. Amonia disintesis dari gas N2 dan H2

dengan reaksi sebagai berikut:

Pada suhu kamar, reaksi berlangsung lambat. Untuk mempercepat laju reaksi, ke

dalam zat pereaksi ditambahkan katalis.

Gambar 1. Bagan Sintesis Amonia

Proses sintesis amonia menggunakan katalis ini ditemukan oleh ahli kimia

Jerman, Fritz Haber pada 1905 sehingga proses ini dikenal dengan nama

Proses Haber. Katalis yang digunakan adalah logam besi yang merupakan

katalis heterogen. Katalis dapat dibuat lebih aktif dengan menambahkan

aluminium oksida dan kalium oksida.

Di Indonesia, terdapat beberapa perusahaan milik pemerintah (Bahan

Usaha Milik Negara/ BUMN) yang memproduksi amonia untuk digunakan

sebagai bahan baku pembuatan pupuk. Perusahaan-perusahaan tersebut di

antaranya, PT Pupuk Kujang di Cikampek, Jawa Barat; PT Pupuk Iskandar

Muda di Nanggroe Aceh Darussalam; PT Pupuk Sriwijaya di Palembang,

Sumatera Selatan; PT Pupuk Kalimantan Timur di Bontang, Kalimantan

Timur; PT Petrokimia di Gresik, Jawa Timur.

N2(g) +3H2(g) → 2NH3(g)

16

2. Industri Otomotif

Gas buang mesin merupakan salah satu pousi udara yang paling besar.

Oleh karena itu digunakanlah catalytic conventer yang merupakan alat yang

digunakan sebagai kontrol emisi gas buang yang diletakkan setelah exhaust

manifold pada sistem kendaraan bermotor (Husselbee,1985).

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 (Shelef, 2000).

Gas karbonmonoksida (CO), nitrogen oksida (NOx) dan kidrokarbon (

HC) yangmerupakan gas buang dari kendaraan pada saat pembakaran yang

sangat merugikan manusia.Terbuangnya gas CO yang dapat mengurangi kadar

oksigen dalam lingkungan sehingga bila terhirup manusia menyebabkan kadar

oksigen di dalam darah berkurang.Hal ini disebabkan karena gas CO akan

lebih mudah bereaksi dengan hemoglobin (Hb) yang mengakibatkan

kemampuan darah untuk mentransfer oksigen berkurang. Selain gas CO, gas

lain yang juga merupakan hasil pembuangan pada proses pembakaran adalah

gas HC. Gas HC dapat menyebabkan iritasi mata, batuk, rasa mengantuk dan

bercak kulit. Sedangkan gas NOx dapat mengganggu sistem pernafasan dan

merusak paru-paru. NOx juga dapat bereaksi dengan air membentuk hujan

asam dan sangat berbahaya bagi lingkungan (Hardianto, 1998).

Katalis yang digunakan pada alat ini ialah logam-logam mulia, seperti

Platinum (Pt), Rhodium (Rh), dan Palladium (Pd). Logam-logam mulia

tersebut mempunyai aktifitas spesifik yang tinggi sehingga menghasilkan

konversi yang besar (Shelef, 2000). Palladium berfungsi sebagai katalis reaksi

oksidasi, rhodium digunakan sebagai katalis rekasi reduksi dan platina dapat

melakukan kedua reaksi tersebut (oksidasi dan reduksi). Logam lain yang

terkadang digunakan walaupun secara terbatas adalah cerium, besi, mangan,

tembaga dan nikel. Digunakan secara terbatas karena memiliki produk

sampingan yang juga cukup berbahaya. Nikel dilarang di uni eropa karena

reaksinya dengan CO menghasilkan nikel tetrakarbonil. Sedangkan tembaga

dilarang di amerika utara karena menghasilkan senyawa dioksin. Ada beberapa

tahapan pada catalytic converter.

17

a) Tahap awal dari proses yang terjadi pada Catalytic Converter adalah reaksi

reduksi.

Catalytic converter menggunakan platina dan rhodium sebagai katalis

logam pada reaksi reduksi. Ketika gas NOx (NO atau NO2) masuk ke dalam

catalytic converter, katalis logam akan mengadsorpsi dan menyimpan atom

Nitrogen dan membebaskan oksigen dalam bentuk gas Oksigen (O2). Atom

Nitrogen yang tersimpan akan bereaksi dengan atom nitrogen lainnya yang

teradsorpsi pada katalis membentuk gas Nitrogen (N2). Reaksi yang terjadia

dalah sebagai berikut:

2NO(g) → N2(g) + O2(g) atau

2NO2 (g) → N2(g) + 2O2(g)

b) Tahap kedua dari proses yang terjadi pada Catalytic Converter adalah reaksi

oksidasi.

Katalis logam yang digunakan catalytic converter untuk reaksi oksidasi

adalah Platina atau Paladium. Katalis logam tersebut membantu proses

pengubahan emisi gas buang seperti gas Karbon monoksida (CO) dan sisa

hidrokarbon menjadi gas karbondioksida (CO2). Reaksi yang terjadi adalah

sebagai berikut:

2 CO(g) + O2(g) = 2CO2 dan

CxHy(g) + O2(g) = CO2 (g) + H2O(g)

c) Tahap ketiga adalah sistem kontrol yang mengawasi aliran gas buang pada

catalytic converter. Informasi yang didapatkan pada sistem kontrol digunakan

untuk mengatur perbandingan laju alir udara terhadap bahan bakar yang

masuk ke ruang pembakaran. Sistem kontrol memungkinkan catalytic

converter bekerja sedekat mungkin dengan titik stoikiometri (Farrauto, 1999) .

Mekanisme reaksi rektan (CO, HC dan NOx) pada permukaan katalis

mengikuti mekanisme tipe Langmuir-Hinselwood, di mana masing-masing

reaktan

akanteradsorpsi pada permukaan katalis membentuk pusat aktif, kemudian ked

ua pusat aktif bereaksi pada permukaan menghasilkan produk yang selanjutny

a didesorpsi, sebagai contoh adalah reaksi CO dan O2 pada permukaan katalis

18

Pt menghasilkan molekul CO2 seperti yang terlihat padaGambar di bawah ini

(Ertl, 2008) .

Gambar 2. Mekanisme Adsorpsi CO pada Permukaan Katalis Pt

3. Industri Kimia

Salah satu katalis heterogen yang paling terkenal yaitu katalis Zeolit.

Katalis ini telah banyak digunakan dalam bidang industri kimia baik sebagai

penukar ion, dan pemisahan gas. Hal ini dikarenakan katalis zeolit dapat

mengkatalisa beberapa reaksi seperti crakcing, isomerisasi dan sintesa

hidrokarbon. Peran dan aktivitas zeolit dalam mengkatalisa sangat ditentukan

oleh jumlah dan situs asam yang terdapat pada permukaan. Karena kekuatan

asam zeolit alam berada pada daerah yang lebar maka selektivitas katalis

menjadi rendah. Dengan demikian perlu dilakukan penyeragaman kekuatan

asam katalis yang dapat dilakukan dengan cara dealuminasi parsial.

Katalis zeolit dapat digunakan dengan beberapa metoda.Metoda yang

paling sering digunakan untuk mendistribusikan logam Ni dalam zeolit

dilakukan dengan cara impregnasi dan ion exchange. Pada metoda ion

exchange, cara memasukkan kation ke dalam kerangka zeolit dilakukan

melalui pertukaran antara kation alkali atau alkali tanah dengan larutan garam

logam prekursor. Bila ion exchange berlangsung pada zeolit alam, maka

19

dengan cara menukarkan logam alkali atau alkali tanah dengan ion Ni2+

dan

reaksi ini berlangsung pada temperature 180o

4. Industri Minyak

Minyak mentah juga dapat diproses melalui metode cracking. Dalam

metode ini, senyawa hidrokarbon rantai panjang diubah menjadi senyawa

hidrokarbon rantai pendek dengan pemanasan untuk memutuskan ikatan

karbon-karbon. Hidrokarbon akan merengkah jika dipanaskan jika

temperaturnya melebihi 350-400 oC dengan atau tanpa bantuan katalis. Parafin

adalah hidrokarbon yang paling mudah merengkah, disusul dengan senyawa-

senyawa naftena. Sedangkan senyawa aromatik sangat sukar merengkah. Proses

perengkahan yang terjadi hanya karena pemanasan dinamakan perengkahan

termal (thermal cracking). Untuk menghemat penggunaan panas, maka

digunakan katalis dan proses ini dinamakan catalytic cracking. Senyawa yang

biasa digunakan sebagai katalis yaitu zeolit (senyawa kompleks aluminosilikat)

dan suhu reaksi adalah sekitar 500˚C (lebih rendah daripada tidak menggunakan

katalis). Karena campuran menunjukkan sifat seperti liquid (padahal campuran

terdiri dari senyawa gas dan padatan) maka dikenal sebagai fluid catalytic

cracking. Reaksi ini adalah contoh dari reaksi katalisis heterogen (katalis yang

memiliki perbedaan fasa dengan reaktan). Ketika reaksi telah selesai dilakukan,

produk akan dihasilkan dan dipisahkan dengan distilasi.

Reaksi yang terjadi adalah :

4. Industri polimer

Polimerisasi Ziegler-Natta merupakan metode sintetis polimer dengan

monomer yang memiliki ikatan rangkap, termasuk jenis polimerisasi adisi, metode

ini sesuai dengan namanya, ditemukan oleh dua ilmuawan yaitu Ziegler dan Natta.

Polimerisasi Ziegler-Natta menggunakan sistem katalis dan ko-katalis dalam

reaksi polimerisasinya. Katalis ini merupakan senyawa komplek dari golongan I –

III dengan halida dan turunan logam transisi golongan IV – VII.

20

Katalis Ziegler-Natta biasanya adalah senyawa TiCl3 sebagai ko-katalis

yang digunakan adalah TiCl3 dan Al(C2H5)2Cl atau TiCl4 dengan

Al(C2H5)3. Reaksi antara katalis dan ko-katalis ini akan menghasilkan suatu

komplek yang selanjutnya akan bereaksi dengan molekul propilena. Pada

proses pengakhiran, polimerisasi Ziegler-Natta dilakukan dengan

menambahkan molekul Hidrogen akan memutuskan pertumbuhan rantai

polimer. Polimer Komersial yang Dibuat dengan Katalis Ziegler–Natta, antara

lain: Polietilena, Polipropilena, Kopolimer etilena dan 1-alkena, Polibutena-1,

Polimetilpentena, Polisikloolefin, Polibutadiena, Poliisoprena, Poli-alfa-olefin

amorf (APAO), Poliasetilena.

21

BAB III

PENUTUP

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.

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. Cara kerjanya dengan menempel pada bagian substrat

tertentu dan pada akhirnya dapat menurunkan energi pengaktifan dari reaksi, sehingga reaksi

berlangsung dengan cepat.

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, E James. Th. Kimia Univesitas Asas Dan Struktur. Tangerang: Binarupa Aksara

Chang, Raymond. 2004 . Kimia Dasar. Jilid 2. Jakarta : Erlangga

Sastrohamidjodjo, Hardjono. 2005. Kimia Dasar. Yogyakarta : UGM Press

http//www.chemis-try.org.com