Kinetika Reaksi Berkatalis Heterogen

Presentasi berjudul: "Kinetika Reaksi Berkatalis Heterogen"— Transcript presentasi:

1 Kinetika Reaksi Berkatalis Heterogen
Fungsi: Mempercepat ataupun memperlambat reaksi Jenis: Katalis alami (katalis biokimia, beroperasi pada suhu ambient) dan katalis buatan manusia yang beoperasi pada suhu tinggi. Katalis biokimia  enzim  ditemukan dimanasaja baik dalam lingkungan biokimia maupun pada mahluk hidup. Katalis buatan  kebanyakan padatan  kebanyakan industri kimia menggunakan katalis ini. Pada reaksi paralel  berguna untuk selektivitas Beberapa observasi umum Pemilihan katalis untuk mempromosikan suatu reaksi belum dipahami benar; oleh karena itu, untuk menghasilkan suatu katalis memuaskan dilakukan secara trial & error

2 …Berkatalis Heterogen
Duplikasi bahan kimia konstitusi suatu katalis yang baik tidak menjamin padatan yang diproduksi akan mempunyai aktivitas katalitis. Pengamatan ini menyarankan bahwa struktur fisik atau kristalin yang bagaimanapun juga menggambarkan aktivitas katalitis bagi suatu material. Pandangan ini diperkuat oleh fakta bahwa memanaskan suatu katalis di atas suatu temperatur kritis tertentu mungkin menyebabkan katalis kehilangan aktivitasnya, seringkali secara permanen. Karenanya penelitian katalis saat ini betul-betul terpusat pada struktur permukaan padatan. Untuk menjelaskan aksi katalis, bagaimana molekul reaktan diubah, diberi tenaga, atau dipengaruhi untuk membentuk intermediet di permukaan katalis. Berbagai teori telah diusulkan untuk menjelaskan detil dari aksi ini. Teori I: intermediet dipandang sebagai asosiasi suatu molekul reaktan dengan suatu daerah permukaan; dengan kata lain, molekul tersebut menempel ke permukaan. Teori II: molekul diperkirakan bergerak turun ke dalam atmosfir dekat permukaan dan dipengaruhi gaya permukaan. Pada pandangan ini molekul-molekul tetap mobil meskipun dimodifikasi. Teori III: di permukaan dari katalis terbentuk kompleks aktif dan radikal bebas. radikal bebas ini kemudian bergerak mundur ke dalam arus gas utama, mencetuskan suatu reaksi berantai dengan molekul-molekul segar sebelum akhirnya dimusnahkan. Berbeda dengan dua teori lainnya, yang mempertimbangkan reaksi terjadi di sekitar permukaan, teori ini memandang permukaan katalis secara sederhana sebagai suatu generator radikal bebas, dengan reaksi terjadi pada bagian utama gas

3 …Berkatalis Heterogen
Berdasarkan teori transition-state, katalis menurunkan halangan energi potensial seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

4 …Berkatalis Heterogen
Meskipun suatu katalis dapat mempercepat suatu reaksi, tetapi tidak pernah menentukan kesetimbangan ataupun akhir suatu reaksi. Ini diatur oleh thermodinamika tersendiri. Sehingga dengan atau tanpa suatu katalis konstanta keseimbangan untuk suatu reaksi adalah selalu sama. Karena permukaan padatan adalah berhubungan dengan aktivitas katalitis, suatu permukaan besar siap diakses pada material yang mudah ditangani adalah diinginkan. Dengan berbagai metoda, per centimeter kubik katalis dapat memiliki area permukaan aktif seukuran lapangan sepak bola.

5 Tahapan-tahapan dalam reaksi katalitik
Perhatikan suatu partikel katalis yang direndam dalam reaktan A. Laju reaksi A untuk partikel secara keseluruhan mungkin bergantung pada: Kinetika permukaan, atau apa yang terjadi di permukaan, interior atau eksterior partikel tersebut. Ini mungkin melibatkan adsorpsi reaktan A ke permukaan, reaksi pada permukaan, atau desorption produk kembali ke arus gas. Tahanan difusi pori yang mungkin menyebabkan interior partikel menjadi kekurangan reaktan. T partikel atau gradien temperatur di dalam partikel. Ini disebabkan oleh pelepasan atau absopsi panas yang besar selama reaksi. T film antara permukaan luar partikel dan arus gas utama. Sebagai contoh, temperatur partikel mungkin seragam tetapi lebih panas dibanding gas di sekelilingnya. Tahanan difusi film atau gradien konsentrasi melintasi film gas yang melingkupi partikel tersebut.

6 Tahapan-tahapan dalam…
Tabel 18.1 Faktor yang mempengaruhi laju reaksi partikel Rate influencing factor Porous catalyst particle Catalyst coated surface Burning of droplet of fuel Cells or simple living creatures Surface reaction Yes No Pore diffusion Maybe Particle T Not too likely Film T Sometimes Rare All important Film mass transfer Could be

7 Persamaan laju untuk kinetika permukaan
Tiga tahap laju terjadi pada kinetika permukaan Tahap 1: sebuah molekul di adsorp pada permukaan dan menempel pada suatu tempat aktif (active site) . Tahap 2: kemudian molekul tersebut bereaksi dengan molekul lain pada tempat bersebelahan (mekanisme tempat-ganda, dual-site mechanism), atau molekul tersebut terdekomposisi pada tempat yang sama (single-site mechanism) Tahap 3: produk-produk terdesorpsi dari permukaan, yang kemudian membebaskan/mengosongkan tempat tersebut. Sebagai tambahan, seluruh spesies molekul, reaktan-reaktan bebas, dan produk-produk bebas seperti halnya reaktan tempat- melekat, intermediet, dan produk berada pada kesetimbangan Ekspresi laju dinyatakan dengan:

8 Contoh: untuk reaksi: …kinetika permukaan
Ekspresi laju jika adsorpsi A mengontrol dan terdapat material inert U adalah: Ekspresi laju jika reaksi antara molekul-molekul A dan B tempat-menempel berdampingan mengontrol: Ekspresi laju jika desorpsi R mengontrol adalah