A.  Struktrur permukaan padatan

Baca kembali buku tentang struktur senyawa padat khususnya indeks miller.
Koordinasi atom pada tiap bidang permukaan adalah berbeda.
Permukaan dengan koordinasi atom yang kecil memiliki energi bebas permukaan yang tinggi, keraktifan yang tinggi untuk adsoprsi dan pengikatan yang kuat dari adsorbat (panas adsorpsi yang tinggi).  Atom pada Bidang 100  memiliki 4 atom tetangga terdekat pada permukaan, pada bidang 110 hanya memiliki 2 atom tetangga terdekat, dan pada bidang 111 dengan struktur terjejal (close-packed) memiliki  6 atom tetangga terdekat.
Hal ini memberikan pengaruh kereaktifan yang signifikan. Pada permukaan yang terbuka, cenderung lebih reaktif dibanding dengan pada struktur terjejal

 

Pada umumnya struktur atom pada permukaan padatan dapat dibagi seperti terlihat pada gambar 2.2.

Lihat Gambar 2.2.

No.

Tipe Atom

Koordinasi pada bidang

Jumlah Koordinasi

1.

Adatom

0

3

2.

Dimer

1

4

3.

Trimer

2

5

4.

Kink Edge

3

6

5.

Step

4

7

6.

Terrace vacancy neighbour

5

8

7.

Terrace

6

9

8.

Step Adatom

2

5

9.

Step vacancy

10.

Terrace vacancy

 

 

B. Restrukturisasi Permukaan Padatan

Karena permukaan adalah daerah dengan energi tinggi, secara termodinamika, akan cenderung untuk meminimalkan energi tersebut. Secara alamiah, Hal ini dapat dibagi menjadi beberapa cara :

  1. Relaksasi Struktur
  2. Rekonstruksi Permukaan
  3. Sintering
  4. Adsorpsi

 

Relaksasi Stuktur

Semua permukaan memperlihatkan perubahan parameter kisi pada lapisan atas karena kurangnya atom tetangga pada satu sisi antarfasa (antarmuka). Secara umum, permukaan atom akan lebih ditarik ke bulk, yang mana ini meningkatkan koordinasi permukaan atom kecil, dengan ditingkatkan overlap elektron dengan lapisan bawah (lihat gambar 2.9). Perluasan relaksasi ini tergantung pada bidang kristal dan materialnya, tetapi secara umum rentangnya antara ~2 sampai 10% dari parameter kisi bulk.

 

Rekonstruksi Permukaan

Disini terdapat penataan ulang permukaan atom, biasanya menghasilkan sejumlah perubahan pada lapisan paling atas (lihat gambar 2.10).  Pada gambar tersebut terlihat rekonstruksi permukaan adalah mencoba untuk memaksimalkan koordinasi permukaan; rekonstruksi Pt(100) menghasilkan struktur yang mendekati struktur terjejal, dengan koordinasi permukaan adalah 6, yang lebih besar dari koordinasi 4 untuk permukaan yang tidak terrekonstruksi.

 

Sintering

Jika katalis dibuat, yang mana terdiri partikel logam yang terpisah, total energi permukaan dapat diminimalkan dengan menggabungkan unit-unit tersebut untuk membentuk partikel yang lebih besar (lihat gambar 2.11 dan 1.2). Ini menghasilkan daerah permukaan yang kecil dan koordinasi permukaan rata-rata yang tinggi. Efek ini adalah salah satu dari yang terbanyak menyebabkan  kehilangan efisiensi dari katalis.

 

Adsorpsi

Salah satu cara untuk mengurangi energi bebas permukaan adalah dengan adsorpsi molekul pada permukaan, menghasilkan pembentukan senyawa pada permukaan dan mengisi valensi permukaan yang bebas. Ini adalah sangat signifikan hubungannya dengan katalis karena ini adalah tahap utama dalam reaksi dan gaya penggerak untuk katalisis.

 

C. Struktur Permukaan Katalis

Dengan menggunakan struktur kubus berpusat muka sebagai dasar, kita dapat membangun atom katalis dengan atom seperti terlihat pada gambar 2.13.  Ilustrasi ini secara kualitatif perubahan dalam koordinasi rata-rata pada permukaan sebagai partikel yang meningkat dalam ukuran, jadi ketidakjenuhan akan turun dan energi permukaan akan berkurang. Bagaimanapun, atom individu memiliki koordinasi rendah, walaupun memiliki partikel besar. Koordinasi terlihat pada gambar 2.13.

Dalam katalis, jumlah atom pada permukaan dari partikel, dibandingkan dengan total atom, disebut dispersi. Hubungan antara atom permukaan dan diameter partikel diberikan pada gambar 2.15. Secara umum, ini dapat dihubungkan dengan persamaan untuk daerah permukaan (surface area / SA)

SA (m2) = 3V/r = 3W/ρr

dimana V adalah volume total material katalis, r adalah rata-rata jari-jari partikel, ρ adalah kerapatan material, dan W adalah berat sampel. Hubungan ini berasal dari jumlah atom pada permukaan dan fasa bulk. Untuk partikel hemispherical, daerah permukaan adalah

SA = 2πr2

dan volume partikel adalah

V = 2πr2/3

jika r kita gunakan N untuk jumlah atom pada jarak partikel, dan jumlah atom pada permukaan, NS, diberikan oleh persamaan

NS = 2πN2

Dan total jumlah atom dalam partikel dengan persamaan

NT = 2/3 πN3

Sehingga dispersi dapat digambarkan sebagai :

D (%) = NS/NT x 100% = 3/N x 100

D. Ketergantungan dan Ketidaktergantungan Struktur Pada Reaksi Katalisis