Pentingnya Permukaan padatan pada katalis

Katalis –> zat yang dapat meningkatkan laju reaksi.
Secara makroskopik katalis tidak bereaksi, namun secara mikroskopik katalis bereaksi dengan reaktan melalui suatu jalur tertentu sehingga menurunkan energi aktivasi dari reaksi kimia tersebut. Dengan demikian katalis akan diperoleh kembali pada akhir reaksi tersebut.
Sedangkan katalisis adalah proses yang mempercepat reaksi kimia dengan adanya katalis.

Katalis dapat dibagi ke dalam dua tipe, yaitu: Katalis homogen dan katalis heterogen

1. Katalis homogen adalah katalis yang memiliki fasa yang sama dengan reaktannya.
2. Katalis heterogen adalah adalah katalis yang berbeda fasa dengan reaktannya. contoh katalis jenis ini adalah katalisnya berfasa padat, sedangkan reaktannya gas, seperti Sintesis amoniak dari gas N₂ dan H₂ dengan menggunakan katalis logam besi.

Beberapa istilah penting pada katalis heterogen adalah :

1. Peracunan katalis (Poison): materi yang dapat menurunkan kereaktifan katalis (menutupi sisi aktif katalis)
2. Promoter : materi yang dapat meningkatkan kereaktifan sisi aktif katalis.

Pada katalis heterogen, komponen utama yang memegang peran penting dalam reaksi (sisi aktif katalis) adalah permukaan padatan.

Pada dunia industri, katalis umumnya digunakan dalam bentuk pellet (lihat gambar 1.1). Pellet tersebut biasanya dibuat dengan memiliki pori untuk meningkatkan luas permukaan dari sisi aktif katalis.

Partikel Katalis ketika digunakan dapat terjadi yang namanya proses sintering yang dapat mengurangi kereaktifan katalis karena berkurangnya sisi aktif dari katalis tersebut.
Sintering adalah proses penyatuan beberapa partikel menjadi satu partikel (lihat gambar 1.2).

Sisi aktif katalis yang berperan dari permukaan katalis adalah bilangan koordinasi yang kecil dari atom-atom yang ada pada permukaan katalis tersebut.

Pembuatan bilangan koordinasi yang kecil dari katalis atau penambahan luas permukaan dari katalis dapat dilakukan dengan menggunakan gunting untuk memotong bahan tersebut sehingga terbentuk permukaan baru (lihat gambar 1.4). Pembentukan permukaan baru ini membutuhkan energi yang tinggi karena pemutusan ikatan pada logam dan pembuatan permukaan baru.

Siklus katalisis pada permukaan padatan

Siklus katalisis dapat dibagi ke dalam tiga tahapan utama yaitu :

1. Difusi molekul gas pada permukaan padatan (adsorpi reaktan)
2. Pemutusan ikatan dari molekul reaktan dan reaksi kimia pada permukaan katalis
3. Desorpsi produk dari permukaan padatan

Contoh Reaksi CO + O₂ –> CO₂ (lihat gambar 1.5):

1. Gas CO dan O₂ teradsorpsi pada padatan logam
2. Disosiasi gas O₂ pada padatan logam dan reaksi kimia antara atom O dan gas CO yang teradsorpsi pada permukaan logam
3. Desorpsi gas CO₂

 

Pemutusan ikatan gas O₂ lebih mudah dari gas CO karena energi ikat dari O=O lebih kecil dari energi ikat C=O. Kecilnya energi ikat O=O dibanding energi ikat C=O karena ukuran atom (jari-jari) atom O yang lebih besar dari atom C, sehingga panjang ikatan dari C=O lebih pendek dari O=O, menyebabkan ikatan O=O lebih lemah dari ikatan C=O.

 

 

Pemutusan ikatan dan pembentukan ikatan kimia baru dari reaksi tersebut di atas (lihat gambar 1.7) akan melepaskan banyak panas, sehingga dalam skala industri dibutuhkan pendingin pada dinding reaktor kimia yang dimaksudkan untuk keselamatan kerja pada skala besar (lihat gambar 1.6).

Adsorpsi pada permukaan katalis

Adsorpsi pada permukaan katalis, secara umum dibagi ke dalam dua tipe yaitu:

1. Adsorpsi kimia (Chemisorption)
2. Adsorpsi Fisik (Physisorption)

Baca kembali buku kimia fisika Sukarjo atau Atkins