tuga merangkum katalis
TRANSCRIPT
KATALIS1. SEJARAH KATALIS
katalis pertama kali dikemukakan oleh Ostwalsd sebagai suatu substansi yang mengubah laju
suatu reaksi kimia tanpa merubah besarnya energi yang menyertai reaksi tersebut. Pada tahun
1902 Ostwald mendefinisikkan katalis sebagai substansi yang mengubah laju reaksi tanpa
terdapat sebagai produk pada akhir reaksi, dengan kata lain katalisator mempengaruhi laju reaksi
dan berperan sebagai reaktan sekaligus produk reaksi. Selanjutnya pada tahun 1941, Bell
menjelaskan substansi yang dapat disebut sebagai katalis suatu reaksi adalah ketika sejumlah
tertentu substansi ditambahkan maka akan mengakibatkan laju reaksi bertambah dari laju pada
keadaan stoikiometri biasa. Jika substansi tersebut ditambahkan pada reaksi maka tidak
mengganggu kesetimbangan.
2. PENGGUNAAN KATALIS DALAM INDUSTRI
Proses: Diindustri Input Proses Produk
Proses biologi tidak memerlukan katalis (missal: VCO, pupuk kandang). Proses industry kimia
menggunakan katalis agar produk cepat terjadi. Katalis adalah Suatu senyawa yang
mempercepat laju reaksi. Setiap zat (sebagian kecil) yang tercatat mempengaruhi laju reaksi dari
suatu kimia, tanpa dia sediri berubah (cosume). Reaksi kimia terjadi apabila berlangsung
penataan electron valensi. Suatu molekul mungkin dapat berubah jutaan molekul dalam beberapa
menit akibat terjadinya tumbukan.
Additive
Flavor
Filler
antioksidan
Energi Katalis
Suatu katalis bisa dalam bentuk padat, cair maupun gas. Bisa juga dalam senyawa organic
maupun senyawa kompleks. Suatu senyawa ada juga yang dapat menghambat kerja dari katalis
(seerti: anorganik). Zat atau senyawa yang dapat mengganggu berlangsungnya suatu reaksi
katalis disebut inhibitor.Suatu kkatalis cenderung bersifat sangat spesifik karena hanya bereaksi
pada sifat tertentu.
Suatu katalis sangat penting khususnya dalam industry pengelolaan minyak bumi, industry kimia
organic sintetik, industry polimer dan lain-lain.
KATALIS PADAT
Pada umumnya katalis zat padat berasal dari unsure-unsur transisi atau logam yang di buat
sedemikian rupa berupa powder (poros). Misalnya logam Pt yang merupakan katalitik koverter
yaitu mempercepat reaksi pembakaran yang terdapat pada mobil. Pt disini berfungsi untuk
menyempurnakan reaksi hidrokarbon dan nitrogen yang sangat berbahaya.
Komponen utama katalis padat, ada 3 faktor yang dikaji yaitu:
A. Fasa aktif
Katalis tersebut apakah mempunyai kemampuan mendorong terjadinya reaksi dan
bersifat selektif
B. Penggunaannya
Harus efektif, stabil dan juga selektif
C. Apakah mengandung promotor, yaitu suatu senyawa yang bersifat merangsang katalis itu
sendiri, apakah aktif, selektif dan stabil?
3. KATALIS DIBAGI 3 YAITU:
1. Katalis homogen
Yaitu katalis yang dapat bercampur secara homogen dengan zat pereaksinya karena
mempunyai wujud yang sama. Mempunyai fasa yang sama dengan fase reaktan
Contoh:
Katalis dan pereaksi berwujud gas
2SO2 (g) + O2 NO(g) → 2SO3 (g)2SO2 (g) + O2 NO(g) → 2SO3 (g)
Mekanisme kerja dalam katalis homogenya:
a) Koordinasi dan disosiasi
Pada mekanisme ini harus ada proses dimana reaktan (missal:olefin) diaktifasi
kemudian bereaksi dengan reaktan lain setelah terlebih dahulu dikoordinasikan
dengan logam pusat kemudian akan mengalami disosiasi.
2. Katalis Heterogen
Katalis heterogen adalah katalis yang tidak dapat bercampur secara homogen dengan
pereaksinya karena wujudnya berbeda. Mempunyai fase yang berbeda dengan fase
reaktan
Contoh:
Katalis berwujud padat, sedangkan pereaksi berwujud gas
3. Biokatalis
Biokatalis adalah suatu senyawa yang digunakan dalam proses reaksi biokimia. Enzim
dikenal sebagai biokatalis karena bertindak sebagai katalis pada proses metabolisme.
untuk mempelajari biokatalis pada umumnya adalah banyak memepelajari kimia organi
metalik
Contoh: Aldehid direduksi didalam suatu sel-sel ragi , direduksi menjadi suatu etanol.
Dengan reaksi sebagaiberikut:
CH3 – C =O + 2[H] CH3 – CH2 - OH
enzim dihidrogenase
Reaksi berlangsung apabila ada suatu enzim yang disebut dengan alkohol dehidrogenase.
Asam dehidrogenase merupakan proses dehidrogenasi akan tetapi enzim tersebut
berfungsi melakukan reaksi katalisis dari dua arah. Kondisi-kondisi dari kesetimbangan
C2H4 (g) + H2 (g) Ni (s) → C2H6 (g)
tidak dipengaruhi oleh enzim tetapi kecepatan dimana zat-zat tersebut bereaksi sehingga
mencapai suatu kesetimbangan ternyata dipengaruhi enzim. Enzim adalah suatu molekul
protein, akan tetapi tidak semua protein berperan sebagai enzim. Molekul-molekul
protein sebagai enzim sangat besar dengan berat molekul mencapai seratus ribu.
Zat dimana enzim dapat bekerja disebut substrat, substrat lebih kecil dari enzi. Hal ini
memberikan gambar bahwa reaksi dimana molekul-molekul substrat tersebut menempel
pada suatu molekul protein yang besar sehingga berlangsung suatu reaksi.
Hasil reaksi terdesosiasi dari permukaan enzim dan molekul substrat baru melekat pada
enzim dan reaksi berulang kembali sehingga bila digambarkan adalah:
E + S AS kompleks
AS kompleks E + P
Pada umumnya enzim-enzim tersebut bekerja sangat spesifik terhadap substrat tertentu
maka bisa di manfaatkan untuk tujuan-tujuan pengobatan
4. KATALISATOR
Faktor lain yang dengan cepatan reaksi adalah katalisator. Proses berlangsung kimia
berperan untuk menurunkan energi aktifasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar
Gambar Penurunan Energi aktifasi oleh sebuah katalisator
Prinsip kerja katalis adalah menurunkan energi aktifasi dari pada lintasan reaksi yang
terjadi. Katalis dapat menurunkan energi aktifasi karena ada proses absorpsi dan desorpsi.
Dalam sebuah reaksi, katalisator dapat terlibat dalam reaksi namun tidak mempengaruhi
hasil reaksi, seperti persamaan reaksi dibawah ini.
SO2 + 2 NO2 → SO3 + 2 NO (cepat)
MEKANISME KERJA KATALIS:
Syaratnya adalah jumlah katalis harus sangat kecil untuk meningkatkan laju reaksi
tersebut
X + C XC Dimana:
XC + Y XYC C = katalis
XYC CZ X = reaktan
CZ C + Z Z = prduk
5. ZAT YANG MENGHAMBAT KERJA KATALIS
a. Inhibitor
Inhibitor adalah zat yang dapat memperlambat reaksi atau menghentikan reaksi. kerja
inhibitor merupakan kebalikan dari katalisator yaitu meningkatkan energi aktifasi
Sebagai contoh adalah reaksi logam Natrium dengan air, kehadiran logam air raksa
memperlambat reaksi, seperti reaksi dibawah ini:
Reaksi pembentukan; SO2 + O2 → SO3 (lambat)
Katalisator gas NO; 2 NO + O2 → 2 NO2 (cepat)
Pembentukan SO3 dengan katalisator gas NO
X + Y Z
Na + H2O → NaOH + ½ H2 …..(cepat)
Na + H2O —→ NaOH + ½ H2 ….(lambat)
b. Autokatalis
Autokatalis adalah zat hasil reaksi yang bertindak sebagai katalis yang terbentuk dengan
sendirinya dalam suatu reaksi. Misal dalam reaksi KMnO4 dan H2C2O4 reaksi ini makin
lama makin cepat karena terbentuk Mn2+ yang merupakan katalisator bagi reaksi
tersebut.
c. Racun Katalis
Inhibitor yang dalam jumlah sangat sedikit, dapat mengurangi atau menghambat kerja
katalis.
Contoh:
CO2, CS2, atau H2S merupakan racun katalis pada reaksi:
2H2 (g) + O2 (g) → Pt 2H2O (l)
6. LAJU REAKSI
Laju reaksi atau kecepatan reaksi adalah perubahan konsentrasi reaktan dalam persatuan
waktu(mol/liter). Akan tetapi reaksi pada fase gas maka sebagai penggantu dinyatakan
dalam tekanan atmosfir(mmhg) sedangkan dalam waktu(jam,menit, detik)
Misal:
2AB A2 + B2
AB pada waktu t1 = [AB]1
AB pada waktu t2 = [AB]2
Sedangkan laju pembentukan A2 dan B2 dinyatakan sebagai berikut:
Laju reaksi rata-rata = [ AB ]−[ AB ] 1t 2−t 1 = ∆ [ AB ]
∆ t
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LAJU REAKSI
1. Sifat dari reaktan
2. Konsentrasi dari reaktan
3. Temperature
4. Luas permukaan
5. Katalis
7. HUBUNGAN ANTARA PROGRES DARI REAKSI DENGAN ENERGI
Untuk mengetahui bagaimana reaksi yang terjadi khususnya katalis heterogen. Proses yang
terjadi pada reaksi tersebut disebut katalisis.
Katalis mempengaruhi reaksi kimia dalam 2 cara yaitu:
1. Cara adsorpsi dan desorpsi pada katalis heterogen
2. Pembentukan suatu senyawa intermediet (hantaran) pada katalis homogeny
Katalis homogeny membentuk senyawa intermediet (senyawa hantaran)
A + B AB (tanpa katalis)
A + C AC (dengan katalis)
B + AC AB + C
Salah satu contoh(katalis homogeny):
Ketika mereaksikan gas SO2 dengan O2 membentuk SO3, reaksi tersebut berlangsung
sangat lambat karena energi aktifasinya sangat tinggi. Tapi laju reaksi akan dipercepat
dengan menambahkan NOyang merupakaan suatu katalis.
maka reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
2NO + O2 2NO2
NO2 + SO2 SO3 + NO
∆ [ A 2]∆ t
=−∆ [B 2]
∆ t
Kedua reaksi tersebut berlangsung sangat cepat dibandingkan dengan reaksi tanpa
menggunakan katalis. NO2 yang terbentuk pada reaksi pertama adalah merupakan reaksi
intermediet. NO2 terbentuk secara temporer (sementara) dan senyawa sementara ini
dapat dipisahkan.
Bentuk adsorpsi ada 3 macam yaitu:
1. Adsorpsi fisika
Tidak selektif, energi adsorpsinya rendah, tidak terjadi pemecahan ikatan didala
mlekul-molekul dan perubahan energi didalamnya dapat di abaikan karena nilainya
yang sangat kecil.
2. Adsorpsi kimia asosiatif
Adsorpsinya sangat selektif, sangat bergantung pada permukaan zat padatnya dan
gasnya, energiya lebih tinggi bila dibandingkan dengan adsorpsi fisika, ikatan-ikatan
dalam molekul bisa berubah tetapi tidak bisa memecahkan ikatan
3. Adsorpsi kimia disosiatif
Bersifat selektif, bergantung pada sifat dari gas maupun permukaan zat padat yang
bereaksi, energinya lebih besar, ikatan-ikatan pada molekul-molekul tersebut dapat
menjadi fragnen-fragmen.
Bila digambarkan mekanismenya adalah: (mekanisme katalis heterogen)
C-O C-O C O CO C O
Molekul sampel
Adsorpsi fisika
Adsorpsi kimia asosiatif
Adsorpsi kimia disosiatif
Reaksi dan absorpsi
8. KARAKTERISTIK KATALIS
1) Aktifitasnya dari katalis itu sendiri
a. kemampuan suatu katalis dalam mengkorversi reaktan dalam berbagai macam
produk
b. Perubahan persentase katalis dalam reaktan
2) Selektifitas
Kemampuan dikatalis untuk memberikan produk yang diinginkan
3) Umur katalis
4) Korositas
Dengan adanya korositas berpeluang dalam proses absorpsi dan disorpsi
5) Kristalinitas
Mengguankan suatu alat XRD, mengukur % Kristal kristalinitas dari suatu katalis
6) Keasaman
Pengujian katalis khususnya katalis heterogen:
1. Tes kekuatan mekanik
2. Tes kekerasa
3. Uji kekuatan pemecahan
9. LOGAM
Logam yang berlimpah di alam: Ru, Ra, Pd, Os, Ir, Pt.
Pada umumnya logam-logam ini merupakan zat pengotor dalam batuan.
Pt merupakan logam yang paling besar dari pada logam-logam yang lain. Pemisahan Pt
dari logam-logam yang lain cukup rumit dan perlu biaya tinggi, tiap tahun logam Pt dapat
di hasilkan sekitar 25 ton. Biasanya Pt diperoleh dari hasil samping dari pengolahan biji
nikel. Kedua jenis logam ini banyak digunakan sebagai katalis didalam industry.Logam
Pt dan Pd mudah dibentuk dengan menggunakan mesin karena sifatnya kenyal sedangkan
logam Ru, Ra, Os, dan Ir lebih keras dan mudah rapuh sehingga susah di bentuk.
Unsur-unsur dalam keluarga Pt sangat istimewa ketahananya nangkapan hydrogen (H2),
kelarutan H2 dalam Pt jauh lebih besar dibandingkan dengan Pd, akan tetapi Pt dapat
elarutkan O2 jauh lebih besar dibandingkan P
dalam bahan kimia. Pt dan Pd mudah larut dalam aqua regia, aqua regia tetap digunakan
untuk keperluan melarutkan Pt dan Pd dapat larut dalam HNO3. Pt digunakan dalam
tungku pemanas listrik, serta digunakan pada termokopel dalam panas yang tinggi,
merupakan katalis yang penting, tapi sebagian Pt dihasilkan dalam pertambangan yang
digunakan dalam tujuan non produktif (digunakan dalam pembuatan perhiasan). Pt
berada dalam senyawa yang stabil sebagai kompleks. Misa: H2(PtCN)$, H2(PtCl4),
Pt(OH)4
Contoh reaksi Pt(OH)4:
Pt(OH)4 + 2 NaOH ↔ Na2(Pt(OH)6)
Pt(OH)4 + 6 HCl ↔ P2[PtCl6] + 4H2O
Fungsi Pt sebagai katalis dan cara membuatnya:
Yang paling penting adalah factor luas permukaan. Fungsinya adalah sebagai berikut:
1. Didepositkan pada bahan berpori(inert) biasanya adalah asbes dan juga zeolit. Asbes
yang ditebari Pt didapat dengan jalan mengimpregrasi dalam suatu laritan encer
dimana t ergantung Pt sebesar 2% didalam H2(PtCl6) dimana Pt terabsorpsi didalam
pori-pori asbes dan dibakat sehingga terjadi dekomposisi:
2. Misal Pt dalam bentuk busa (spons) dapat dibuat dengan pembakaran berhati-hati
(NH4)2PtCl6 dengan dibakar sedemikian rupa sehingga terjadi / terbentuk busa atau
spons
3. Pt , blog dibuat dengan mereduksi H2(PtCl6) denga larutan Zn dengan reaksi:
4. Pt koloid, dibuat dengan mereduksi H2(PtCl6) dengan senyawa SnCl2
H2(PtCl) ↔ 2HCl + Cl2 + Pt
H2(PtCl6) + 3Zn ↔ 3ZnCl2 + H2 + Pt
H2(PtCl6) + 2SnCl2 ↔ 2SnCl4 + 2HCl + Pt
Industri yang paling banyak menggunakan Pt adalah:
a. Industry petroleum
b. Industry polimer
c. Industry kimia lingkungan
10. KATALIS DALAM INDUSTRI PETROLIUM
Proses pengolahan bahan bakar minyak:
1. Proses fisika, menggunakan prinsip destilasi dan ekstraksi
2. Proses kimia, yaitu proses yang melibatkan katalis dimana terjadi konversi kimia
misalnya pemutusan ikatan, pengerapan dan penukaran.
Proses pengolahan crude oil 70% menggunakan:
A. Katalis reforming
Kegunaannya adalah untuk menaikkan nomor oktan bensin (gasoline) dengan
mengkonversikan molekul yang mempunyai angka oktan rendah menjadi tinggi,
missal: N-pentan oktan (angka oktan 62) dirubah menjadi siklopentanoktan (angka
oktan 82)
Didalam petroleum digunakan untuk konversi fraksi nata menjadi fraksi isomernya.
Kondisi optimasi dari reforming umumnya pada suhu 800 oC dan tekanan 30 bar
B. Katalitik Cracking
Kegunaannya untuk menaikkan fraksi gasoline. Pada dasarnya dapat dilakukan secara
termal. Penggunaan besar-besaran dalam penggunaannya adalah FCC dan banyak
digunakan dalam industry. Pengembangan teknologi ini adalah hidro
cracking/rresiduae cracking dan yang paling penting sangat bergantung bagaimana
suatu katalis di buat. Dalam proses ini terjadi reaksi yang berlangsung secara simultan
yaitu:
pemutusan karbon-karbon paraffin
reaksi dealkilasi (pemutusan gugus alkil) supaya rantainya menjadi pendek
Pada industry petroleum FCC dan RCC digunakan untuk merubah gas oil menjadi
gasoline.
C. Proses Hidro Treatmen
Yaitu proses pembersihan umpan terhadap senyawa pengotor. Merupakan senyawa
organic yang memiliki unsure S, N dan O serta memiliki ikatan rangkap. Dilakukan
tritmen karena dengan adanya unsure S, N dan O merupakan unsure-unsur yang
beracun yang dapat menurunkan kuali5as dari katalis tersebut.
Tahap hidro cracking pada umumnya digunakan sebelum katalitik cracking maupun
reforming yaitu campuran metal sulfidan atau nikel sulfide dicampur molybdenum
sulfide.
11.Teknik Pengolahan Minyak Bumi
Di Indonesia, sumber minyak bumi terdapat di daerah-daerah Aceh, Sumatra Utara, Riau,
Irian Jaya, Kalimantan, dan sebagian ada di pulau Jawa, yaitu Cepu dan beberapa daerah
lain. Biasanya kandungan minyak bumi ini ada pada 3 – 4 km di bawah permukaan tanah.
Untuk itu proses pengambilannya dengan menggunakan sumur-sumur bor yang sengaja
dibuat. Beberapa di antaranya karena sumber minyak bumi ada di dasar laut, maka
pengeboran dilakukan di laut. Minyak mentah yang dihasilkan ditampung dalam kapal
tanker atau dialirkan melalui pipa ke stasiun tangki atau kilang minyak. Minyak mentah
atau yang biasa disebut dengan crude oil ini berbentuk cairan kental hitam dan berbau
kurang sedap, yang selain mengandung kotoran, juga mengandung mineral-mineral yang
larut dalam air. Minyak ini belum dapat digunakan untuk bahan bakar atau berbagai
keperluan lainnya, tetapi harus melalui pengolahan terlebih dahulu. Minyak mentah ini
mengandung sekitar 500 jenis hidrokarbon dengan jumlah atom karbon 1 – 50.
Prinsip pengolahan minyak bumi dilakukan dengan dua langkah, yaitu:
A. Desalting
Proses desalting merupakan proses penghilangan garam yang dilakukan dengan cara
mencampurkan minyak mentah dengan air, tujuannya adalah untuk melarutkan zat-zat
mineral yang larut dalam air. Pada proses ini juga ditambahkan asam dan basa dengan
tujuan untuk menghilangkan senyawa-senyawa selain hidrokarbon. Setelah melalui
proses desalting, maka selanjutnya minyak akan menjalani proses distilasi.
B. Distilasi
Minyak mentah yang telah melalui proses desalting kemudian diolah lebih lanjut dengan
proses distilasi bertingkat, yaitu cara pemisahan campuran berdasar perbedaan titik
didih. Fraksi-fraksi yang diperoleh dari proses distilasi bertingkat ini adalah campuran
hidrokarbon yang mendidih pada interval (range) suhu tertentu. Proses distilasi
bertingkat dan fraksi yang dihasilkan dari distilasi bertingkat tersebut dapat digambarkan
sebagai berikut.
Diagram menara fraksionasi (distilasi bertingkat) untuk penyulingan minyak bumi.
Pandangan irisan menunjukkan bagaimana fasa uap dan cairan dijaga agar selalu kontak satu
sama lain, sehingga pengembunan dan penyulingan berlangsung menyeluruh sepanjang
kolom.
Fraksi Hidrokarbon yang Didapatkan dari Distilasi Bertingkat
Fraksi Jumlah Atom C Titik Didih Kegunaan
Gas C1 – C5 -164 °C – 30 °C bahan bakar gas
Eter petroleum C5 – C7 30 °C – 90 °C pelarut, binatu kimia
Bensin C5- C12 30 °C – 200 °C bahan bakar motor
Minyak tanah C12 – C16 175 °C – 275 °C minyak lampu, bahan
bakar kompor
Minyak gas, bakar, C15 – C18 250 °C – 400 °C bahan bakar mesin
dan diesel diesel
Minyak-minyak
pelumas, gemuk, jeli
petroleum
C16 ke atas 350 °C ke atas pelumas
Parafin (lilin) C20 ke atas meleleh 52 °C – 57 °C lilin gereja,
pengendapan air bagi
kain, korek api,dan
pengawetan
Ter Residu aspal buatan
Kokas petroleum Residu bahan bakar, elektrode
Fraksi-faksi yang didapatkan setelah proses distilasi selanjutnya diolah lebih lanjut dengan
proses seagai berikut:
1. Reforming
Reforming merupakan suatu cara pengubahan bentuk, yaitu dari rantai lurus menjadi bercabang.
Proses ini digunakan untuk meningkatkan mutu bensin.
2. Polimerisasi
Polimerisasi merupakan suatu cara penggabungan monomer (molekul molekul
sederhana) menjadi molekul-molekul yang lebih kompleks.
3. Treating
Treating merupakan proses penghilangan kotoran pada minyak bumi.
4. Blending
Blending merupakan proses penambahan zat aditif.
12. Kilang Minyak di Indonesia
Di Indonesia terdapat sejumlah kilang minyak, antara lain:
1. Pertamina Unit Pengolahan I Pangkalan Brandan, Sumatera Utara
Kapasitas 5 ribu barel/hari. Kilang minyak pangkalan brandan sudah ditutup sejak awal
tahun 2007
2. Pertamina Unit Pengolahan II Dumai/Sei Pakning, Riau
Kapasitas Kilang Dumai 127 ribu barel/hari, Kilang Sungai Pakning 50 ribu barel/hari
3. Pertamina Unit Pengolahan III Plaju, Sumatera Selatan
Kapasitas 145 ribu barel/hari
4. Pertamina Unit Pengolahan IV Cilacap
Kapasitas 548 ribu barel/hari
5. Pertamina Unit Pengolahan V Balikpapan, Kalimantan Timur
Kapasitas 266 ribu barel/hari
6. Pertamina Unit Pengolahan VI Balongan, Jawa Barat
Kapasitas 125 ribu barel/hari
7. Pusdiklat Migas Cepu, Jawa Tengah
Kapasitas 45 ribu barel/hari
8. Pertamina Unit Pengolahan VII Sorong, Irian Jaya Barat
Kapasitas 10 ribu barel/hari
Semua kilang minyak di atas dioperasikan oleh Pertamina.