Katalis adalah Zat yang Mengubah Laju Reaksi, Kenali Jenis dan Contohnya

Katalis Adalah

Dalam Kimia, katalis didefinisikan sebagai zat yang mengubah laju reaksi dengan mengubah jalur reaksi. Sebagian besar waktu katalis digunakan untuk mempercepat atau meningkatkan laju reaksi. Namun, jika kita masuk ke tingkat yang lebih dalam, katalis digunakan untuk memutuskan atau membangun kembali ikatan kimia antara atom yang terdapat dalam molekul unsur atau senyawa yang berbeda. 

Intinya, katalis mendorong molekul untuk bereaksi dan membuat seluruh proses reaksi menjadi lebih mudah dan efisien. Beberapa fitur karakteristik penting dari katalis adalah :

- Katalis tidak memulai reaksi kimia.

- Katalis tidak dikonsumsi dalam reaksi.

- Katalis cenderung bereaksi dengan reaktan untuk membentuk zat antara dan pada saat yang sama memfasilitasi produksi produk reaksi akhir. Setelah seluruh proses, katalis dapat beregenerasi.

- Katalis dapat berupa katalis padat, cair atau gas. Beberapa katalis padat termasuk logam atau oksidanya, termasuk sulfida, dan halida. Unsur semi-logam seperti boron, aluminium, dan silikon juga digunakan sebagai katalis. Demikian pula, unsur cair dan gas yang dalam bentuk murni digunakan sebagai katalis. Terkadang, elemen ini juga digunakan bersama dengan pelarut atau pembawa yang sesuai.

Reaksi yang melibatkan katalis dalam sistem mereka dikenal sebagai reaksi katalitik. Dengan kata lain, aksi katalitik adalah reaksi kimia antara katalis dan reaktan. Ini menghasilkan pembentukan intermediet kimia yang selanjutnya dapat bereaksi cukup mudah satu sama lain atau dengan reaktan lain untuk membentuk suatu produk. Namun, ketika reaksi antara zat antara kimia dan reaktan terjadi atau berlangsung, katalis dibuat ulang.

Mode reaksi antara katalis dan reaktan biasanya cenderung sangat bervariasi dan dalam kasus katalis padat, lebih kompleks. Reaksi dapat berupa reaksi asam-basa, reaksi oksidasi-reduksi, pembentukan kompleks koordinasi serta produksi radikal bebas. Untuk katalis padat, mekanisme reaksi sangat dipengaruhi oleh sifat permukaan dan struktur elektronik atau kristal. Beberapa jenis katalis padat seperti katalis polifungsional dapat memiliki beberapa mode reaksi dengan reaktan.

Apa Tujuan Katalisator?

Seperti disebutkan sebelumnya, fungsi katalis adalah mempercepat laju reaksi tanpa dikonsumsi dalam proses. Oleh karena itu, tidak diklasifikasikan sebagai reaktan atau produk dalam reaksi. Proses spesifik dimana katalis mempercepat reaksi adalah dengan menurunkan energi aktivasi reaksi, yang merupakan keadaan energi yang diperlukan untuk memulai reaksi.

Proses umum melibatkan :

- Ikatan yang ada dalam reaktan putus, dan molekul yang dihasilkan berikatan dengan katalis. Ikatan ini bersifat sementara dan cukup lemah.

- Karena ikatan ini lemah, molekul dari satu reaktan berikatan dengan molekul reaktan lainnya ketika mereka bertabrakan, sementara terikat pada permukaan katalis. Ini membentuk produk reaksi, yang memiliki ikatan yang lebih kuat dan lebih permanen. Dalam proses ini, mereka terpisah dari katalis, dan katalis kembali ke keadaan semula, tidak dikonsumsi dan tidak berubah oleh reaksi.

Meskipun katalis berubah selama reaksi, perubahan ini bersifat sementara, sehingga tidak ada perubahan bersih pada katalis pada akhir reaksi. Inilah yang memungkinkan pendefinisian karakteristik katalis - yaitu, mereka dapat berpartisipasi dalam reaksi tanpa dikonsumsi.

Contoh Katalis

Contoh katalis yang sangat umum yang penting dalam kehidupan kita sehari-hari adalah enzim yang ditemukan dalam tubuh kita (serta organisme hidup lainnya). Enzim ini adalah katalis biologis yang mempercepat reaksi biokimia di dalam tubuh. Mereka melakukan katalisis menggunakan model kunci dan gembok, di mana reaktan (disebut substrat) sangat cocok dengan bentuk enzim. Contoh enzim adalah Pepsin, yang disekresikan oleh lambung dan mengkatalisis pemecahan protein yang dikonsumsi, sebagai bagian dari pencernaan.

Contoh reaksi katalis terkenal lainnya melibatkan logam platinum yang ada di konverter katalitik mobil. Platina ini mengkatalisis pengubahan gas beracun, karbon monoksida, menjadi karbon dioksida. Ini membantu membuat asap knalpot mobil tidak terlalu berbahaya bagi manusia.

Sejarah Penemuan Katalis

Jika kita melihat arti umum katalis itu adalah segala sesuatu yang meningkatkan laju suatu proses. Katalis adalah istilah yang berasal dari bahasa Yunani καταλύειν, yang berarti "membatalkan", atau "menyatukan", atau "mengambil". Sedangkan konsep katalisis pertama kali diteliti oleh ahli kimia Elizabeth Fulhame dan diuraikan dalam bukunya pada tahun 1794. Isi buku ini didasarkan pada karyanya dalam eksperimen oksidasi-reduksi. 

Reaksi kimia pertama dalam kimia organik yang menggunakan katalis dipelajari pada tahun 1811 oleh Gottlieb Kirchhoff yang merupakan ahli kimia Rusia asal Jerman. Istilah katalisis kemudian digunakan oleh seorang ahli kimia Swedia bernama Jöns Jakob Berzelius pada tahun 1835 untuk menggambarkan reaksi yang dipercepat oleh zat tertentu. Zat selanjutnya tetap tidak berubah setelah reaksi.

Satuan Katalis

Satuan SI turunan untuk mengukur aktivitas katalitik katalis adalah "katal". Selanjutnya dihitung dalam mol per detik. Jika kita menggambarkan produktivitas suatu katalis, hal itu dapat ditentukan dengan angka turnover (atau TON). Aktivitas katalitik dapat digambarkan dengan turn over frequency (TOF) yaitu TON per satuan waktu. Demikian juga, unit enzim adalah ekuivalen biokimianya.

Jenis Katalisis 

Ada dua jenis utama katalis, yaitu Katalis Homogen dan Katalis Heterogen. Klasifikasi ini tergantung pada apakah katalis membentuk campuran homogen (atau seragam) dengan reaktan, atau campuran heterogen (di mana masing-masing komponen dapat dengan mudah dibedakan). 

1. katalis Homogen

Katalis homogen terjadi ketika reaktan dan katalis berada dalam fase yang sama. Beberapa contoh katalis homogen adalah sebagai berikut:

- Dalam proses bilik timbal, sulfur dioksida dioksidasi menjadi sulfur trioksida dengan oksigen dengan adanya nitrogen oksida sebagai katalis. Semua reaktan, sulfur dioksida dan oksigen, serta katalis, oksida nitrat, berada dalam fase yang sama.

2SO 2 (g) + O 2 (g) → 2SO 3 (g) (dengan adanya gas NO)

- Ion H + yang disediakan oleh asam klorida mengkatalisis hidrolisis metil asetat. Reaktan dan katalis keduanya dalam fase yang sama.

CH 3 COOCH 3 (l) + H 2 O(l) → CH 3 COOH(aq) + CH 3 OH(aq) (dengan adanya larutan HCl)

2. Katalis Heterogen

Katalisis heterogen mengacu pada proses katalitik di mana reaktan dan katalis berada dalam fase yang berbeda. Berikut ini adalah beberapa contoh katalis heterogen:

- Di hadapan Pt, belerang dioksida dioksidasi menjadi belerang trioksida. Reaktan dalam keadaan gas, sedangkan katalisnya padat.

2SO 2 (g) → 2SO 3 (g) (dengan adanya Pt(s))

- Dalam proses Haber, dinitrogen dan dihidrogen bergabung membentuk amonia dengan adanya besi yang terbagi halus. Reaktan berada dalam keadaan gas, sedangkan katalisnya padat.

4NH 3 (g) + 5O 2 (g → 4NO(g) + 6H 2 O(g) (dengan adanya Pt(s))

- Hidrogenasi minyak nabati dengan nikel yang dihaluskan sebagai katalis. Salah satu reaktan dalam keadaan cair, yang lain dalam keadaan gas, dan katalisnya padat.

Minyak nabati (l) + H 2 (g) → ghee sayuran (s) (dengan adanya Nikel padat)