Katalis Homogen

BAB I

PENDAHULUAN

1.1         Latar Belakang

Katalis dapat menurunkan energi pengaktifan dengan menghindari tahap penentu laju yang lambat dari reaksi yang tidak dapat dikatalis. Dengan menurunnya energi aktivasi maka pada temperatur yang sama didapatkan laju reaksi dengan konstanta laju yang besar yang artinya reaksi efektifnya dapat terjadi secara cepat. Katalis dapat digunakan dalam pengaktifan reaksi yang akan mempercepat laju reaksi dengan menurunkan energi aktivasi. Jika energi pengaktifan reaksi tinggi, maka untuk temperatur normal, hanya akan terjadi sebagian kecil pertemuan molekul yang nantinya dapat menghasilkan reaksi yang efektif.

Fungsi utama dari katalis ini adalah menyediakan reaksi alternatif dalam suatu reaksi kimia. Katalis memegang peranan penting dalam perkembangan industri kimia. Hampir semua produk industri dihasilkan melalui proses yang memanfaatkan jasa katalis, baik satu atau beberapa proses. Katalis tidak terbatas pada bagian proses konveksi, bahkan juga untuk bagian proses pemisahan. Penggunaan katalis di industri sekitar 50% (Levenspiel,1999). Katalis berdasarkan fase reaksinya dapat digolongkan menjadi katalis homogen dan heterogen. Katalis homogen adalah katalis yang sama fase dengan fase reaktan dan produknya.

1.2         Ramusan Masalah

Atas dasar latar belakang tersebut, maka rumusan masalahnya yaitu:

1.    Apa pengertian dari katalis?

2.    Apa saja jenis-jenis katalis?

3.    Apa itu katalis homogen dan bagaimanakah prinsip kerjanya?

4.    Bagaimana mekanisme reaksi dari katalis homogen?

5.    Apa contoh dari katalis homogen?

6.    Bagaimana peranan dari katalis homogen?

1.3         Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari penulisan makalah ini adalah :

1.    Memberikan informasi mengenai peranan katalis kimia.

2.    Memberitahukan kepada pembaca tentang jenis-jenis katalis kimia.

3.    Menginformasikan kepada pembaca tentang hubungan katalis dengan energi aktivasi.

4.    Memberikan informasi mengenai katalis homogen.

5.    Memberikan informasi tentang mekanisme kerja katalis homogen secara umum.

6.    Mengetahui contoh katalis homogen.

7.    Mengetahui peranan katalis homogen.

8.    Mengetahui keuntungan katalis homogen.

Selain dari tujuan di atas, terdapat pula manfaat dari penyusunan makalah, yaitu sebagai berikut.

1.    Sebagai media pembelajaran dan latihan dalam penyusunan makalah.

2.    Sebagai bahan bacaan tambahan mengenai katalis homogen.

1.4              Metode Penulisan

Adapun metode yang digunakan dalam penyusunan makalah ini yaitu metode studi pustaka, yang merupakan metode mengumpulkan, menyaring, dan menyimpulkan suatu bahan bacaan dari berbagai buku dan studi internet.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1         Katalis

2.1.1   Pengertian Katalis

Katalis merupakan suatu senyawa yang dapat meningkatkan laju reaksi kimia tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri dengan cara memberikan jalur pilihan lain yang membutuhkan energi aktivasi lebih rendah bila dibanding dengan energi aktivasi untuk reaksi tanpa katalis (Whyman, 1994). Katalis ikut berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Adanya katalis dapat mempengaruhi faktor-faktor kinetik suatu reaksi seperti laju reaksi, energi aktivasi, sifat dasar keadaan transisi dan lain-lain (Augustine, 1996).

Penambahan katalis akan mempengaruhi laju reaksi. Pada teori tumbukan dan distribusi energi molekular Maxwell – Boltzman pada gas, tumbukan-tumbukan menghasilkan reaksi jika partikel-partikel bertumbukan dengan energi yang cukup untuk memulai suatu reaksi. Energi minimum yang diperlukan untuk memulai suatu  reaksi tersebut dinamakan energi aktifitas reaksi.

2.1.2   Pengaruh Katalis Terhadap Energi Aktivasi

Katalis mempercepat laju reaksi dengan menurunkan energi aktivasi (Ea) yakni dengan membentuk kompleks teraktifkan baru dengan energi yang lebih rendah, sehingga mempercepat laju reaksi dengan tanpa menimbulkan efek termodinamika reaksi keseluruhan.

Grafik Pengaruh Katalis Terhadap Energi Aktivasi

Energi aktivasi adalah energi kinetik minimum yang diperlukan oleh partikel-partikel pereaksi untuk membentuk kompleks teraktivasi.

Kaitan antara energi aktivasi dengan berlangsungnya suatu reaksi dapat dianalogikan dengan proses mendorong mobil dari suatu tempat (A) ke tempat lain (B) melalui jalan mendaki dan menurun. Perhatikan gambar di bawah ini:

Proses mendorong mobil dari A ke B analog dengan terjadinya proses tumbukan. Ketika mobil didorong sampai tanda X, kemudian si pendorong tidak mampu lagi melakukan usahanya, maka mobil tersebut turun lagi, tidak berhasil melewati puncak dan tidak sampai ke B. Hal ini analog dengan peristiwa tumbukan yang memiliki energi kinetik kurang dari Ea (tidak sampai puncak) sehingga tidak terbentuk kompleks teraktivasi dan reaksipun tidak terjadi.

Agar mobil dapat sampai di B, mobil tersebut harus didorong minimum sampai di puncak sehingga untuk sampai di B tidak perlu didorong lagi.

Dalam reaksi, agar dihasilkan produk maka pereaksi harus memiliki energi minimum untuk membentuk kompleks teraktivasi terlebih dahulu sebelum membentuk hasil reaksi. Energi tersebut yang dinamakan dengan energi aktivasi.

2.1.3   Cara Kerja Katalis

Syarat berlangsungnya reaksi:

(1)          Terjadi kontak (tumbukan) dengan orientasi yang tepat, dan

(2)          disertai dengan energi yang cukup (melebihi energi aktivasi reaksi).

Dengan adanya katalis, kedua syarat di atas dapat terkomodasi dengan baik. Katalis dapat “mengantarkan” reaktan melalui jalan baru yang lebih mudah untuk berubah menjadi produk. Jalan baru yang dimaksud yaitu jalan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Keberadaan katalis juga dapat meningkatkan jumlah tumbukan dengan orientasi yang tepat. Hal itu disebabkan molekul-molekul reaktan akan teradsorpsi pada permukaan aktif katalis sehingga kemungkinan terjadinya tumbukan antar molekul-molekul reaktan akan semakin besar. Selain itu, ketepatan orientasi tumbukan pun akan semakin meningkat.

2.1.4   Parameter dalam Pemilihan Katalis

Katalis dapat dinilai baik-buruknya berdasarkan pada beberapa parameter sebagai berikut:

·      Aktivitas, yaitu kemampuan katalis untuk mengkonversi reaktan menjadi produk yang diinginkan.

·      Selektivitas, yaitu kemampuan katalis mempercepat suatu reaksi diantara beberapa reaksi yang terjadi sehingga produk yang diinginkan dapat diperoleh dengan produk sampingan seminimal mungkin.

·      Kestabilan, yaitu lamanya katalis memiliki aktivitas dan selektivitas seperti pada keadaan semula.

·      Hasil (yield), yaitu jumlah produk tertentu yang terbentuk untuk setiap satuan reaktan yang terkonsumsi.

·      Kemudahan diregenerasi, yaitu proses mengembalikan aktivitas dan selektivitas katalis seperti semula.

2.1.5   Komponen inti katalis

Berdasarkan tingkat kepentinganya, komponen inti katalis dapat dibedakan menjadi tiga bagian diataranya:

·      Selektifitas adalah kemampuan katalis untuk memberikan produk reaksi yang diinginkan (dalam jumlah tinggi) dari sejumlah produk yang mungkin dihasilkan.

·      Aktifitas adalah kemampuan katalis untuk mengubah bahan baku menjadi produk yang diinginkan.

·      Stabilitas adalah sebuah katalis untuk menjaga aktifitas, produktifitas dan selektifitas dalam jangka waktu tertentu.

2.2         Jenis - jenis Katalis

Secara umum katalis dapat dibedakan menjadi 3 jenis yaitu katalis homogen, heterogen dan biokatalisis (katalis enzim).

2.2.1   Katalis Homogen

Katalis homogen merupakan katalis yang mempunyai fasa sama dengan reaktan dan produk. Penggunaan katalis homogen ini mempunyai kelemahan yaitu: mencemari lingkungan dan tidak dapat digunakan kembali. Selain itu katalis homogen juga umumnya hanya digunakan pada skala laboratorium ataupun industri bahan kimia tertentu, sulit dilakukan secara komersil, operasi pada fase cair dibatasi pada kondisi suhu dan tekanan, sehingga peralatan lebih kompleks dan diperlukan pemisahan antara produk dan katalis. Contoh dari katalis homogen yang biasanya banyak digunakan dalam produksi biodiesel, seperti basa (NaOH, KOH), asam (HCl, H₂SO₄)

2.2.2   Katalis Heterogen

Katalis heterogen merupakan katalis yang fasanya tidak sama dengan reaktan dan produk. Katalis heterogen secara umum berbentuk padat dan banyak digunakan pada reaktan berwujud cair atau gas. Contoh-contoh dari katalis heterogen adalah zeolit, CaO, MgO, dan resin penukar ion. Mekanisme katalis heterogen melalui lima langkah, yaitu: Transport reaktan ke katalis, interaksi reaktan-raktan dengan katalis (adsorpsi), reaksi dari spesi-spesi yang teradsorpsi menghasilkan produk-produk reaksi, deadsorpsi produk dari katalis, transport produk menjauhi katalis. Keuntungan dari katalis heterogen adalah ramah lingkungan, tidak bersifat korosif, mudah dipisahkan dari produk dengan cara filtrasi, serta dapat digunakan berulangkali dalam jangka waktu yang lama. Selain itu, katalis heterogen meningkatkan kemurnian hasil karena reaksi samping dapat dieliminasi. Contoh-contoh dari katalis heterogen adalah zeolit, CaO, MgO, dan resin penukar ion.

Katalis Homogen	Katalis Heterogen
Fasa cair atau gas	Fasa padat
Setiap molekul katalis aktif sebagai katalis	Memiliki pusat aktif yang tidak seragam
Tidak mudah teracuni oleh adanya sedikit kotoran	Mudah teracuni oleh adanya sedikit kotoran
Mudah terurai pada temperatur tinggi	Stabil pada temperatur tinggi
Sukar dipisahkan dari campuran reaksi	Mudah dipisahkan dari campuran reaksi

Tabel 1. Perbedaan Katalis Homogen dan Katalis Heterogen.

2.2.3   Biokatalis

Biokatalis adalah katalis yang memiliki keunggulan sifat (aktivitas tinggi, selektivitas dan spesifitas) sehingga dapat membantu proses–proses kimia kompleks pada kondisi lunak dan ramah lingkungan. Kelemahannya antara lain sangat mahal, sering tidak stabil, mudah terhambat, tidak dapat diperoleh kembali setelah dipakai. Salah satu Biokatalis yang telah dilaporkan penggunaanya adalah Enzim lipase (Triacylglycerol Acllydrolases). Enzim lipase atau enzim pemecah lemak dipakai dalam reaksi pembuatan biodiesel. Enzim itu dapat mengatalisis, menghidrolisis, serta mensintesis bentuk ester dari gliserol dan asam lemak rantai panjang seperti halnya minyak goreng dan jelantah. Pemilihan katalis atau pengembangan katalis perlu dipertimbangkan untuk mendapatkan efektivitas dalam pemakaian. Dalam pengembangannya katalis cair dapat digantikan dengan katalis padat seperti asam padat seperti zeolit, clay, dan lain-lain. Keuntungannya adalah dapat di recovery, recycle, dan digantikan kembali. Selain itu, Zeolit juga dapat digunakan sebagai katalis heterogen untuk pembuatan biodiesel.

2.3         Pengertian Katalis Homogen

Katalis homogen adalah senyawa yang memiliki fase sama dengan reaktan ketika reaksi kimia berlangsung. Sebenarnya banyak sekali penggunaan katalis homogen dalam industri, mulai dari yang konvensional, murah meriah semacam katalis asam atau basa hingga senyawa-senyawa organometalik yang mahal. Selektifitas hasil reaksi dan kondisi reaksi yang lembut adalah pertimbangan utama pemilihan katalis homogen.

Contoh katalis homogen:

Reaksi berkatalis homogen, fase gas

CO _(g) + ½ O_{2 (g)} → CO_{2 (g)} katalis: NO _(g)

CH₃CHO _(g) → CH_{4 (g)} + CO _(g) katalis: uap I₂

Reaksi berkatalis homogen, fase cair

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆ katalis: asam

CH₃COOC₂H₅ + H₂O → CH₃COOH + C₂H₅OH katalis: asam

Proses katalitik pada reaksi berkatalis homogen berlangsung melalui pembentukan senyawa kompleks dan penyusunan ulang antara molekul-molekul reaktan dengan ligan katalis.

2.4         Kelebihan dan Kelemahan Katalis Homogen

Kelebihan dari katalis homogen yaitu  mudah dikarakterisasi, misalnya secara spektroskopi, mekanisme reaksi dapat dibuat untuk memprediksi reaksi. Selain itu, katalis mudah terdispersi secara efektif sehingga semua molekul katalis dapat berinteraksi dengan reaktan.

     Penggunaan katalis homogen ini mempunyai kelemahan yaitu : mencemari lingkungan, dan tidak dapat digunakan kembali. Selain itu katalis homogen juga umumnya hanya digunakan pada skala laboratorium ataupun industri bahan kimia tertentu, sulit dilakukan secara komersil, operasi pada fase cair dibatasi pada kondisi suhu dan tekanan, sehingga peralatan lebih kompleks dan diperlukan pemisahan antara produk dan katalis. Contoh dari katalis homogen yang biasanya banyak digunakan dalam produksi biodiesel, seperti basa (NaOH, KOH), asam (HCl, H₂SO₄).

Di industri kimia, masalah terutama berkaitan dengan pemisahan (separation), daur ulang (recycle), usia (life time), dan deaktifasi katalis merupakan isu-isu penting.

Problem pemisahan katalis dari zat pereaksi maupun produk lebih sering ditemui pada sistem katalis homogen. Karena katalis homogen larut dalam campuran, pemisahan tidak cukup dilakukan dengan penyaringan atau dekantasi. Teknik yang umum digunakan adalah destilasi atau ekstraksi produk dari campuran, misalnya katalis asam-basa pada reaksi esterifikasi biodiesel dipisahkan dengan ekstraksi untuk kemudian campuran sisa reaktan-katalis yang tertinggal dialirkan lagi menuju bejana reaksi. Namun demikian, ada beberapa katalis istimewa dari senyawa komplek logam yang didesain sedemikian rupa sehingga bisa terpisah atau mengendap setelah reaksi tuntas. Kasus pemisahan untuk katalis heterogen lebih mudah ditanggulangi karena sudah terpisah dengan sendirinya tanpa membutuhkan usaha lain.

Daur ulang dan usia katalis memiliki kaitan. Selama bisa dipisahkan, katalis homogen boleh dikatakan tetap aktif dan memiliki usia yang sangat panjang bahkan nyaris tak terhingga dan bisa digunakan berulang-ulang. Nyawa katalis homogen mungkin tamat jika mengalami deaktifasi akibat teracuni atau perubahan struktur akibat proses ekstrim.

2.5         Kinetika Reaksi Berkatalis Homogen

Proses katalitik pada reaksi berkatalis homogen berlangsung melalui tahap-tahap:

1.    Tahap pembentukan senyawa kompleks / intermediates (tahap koordinasi)

2.    Tahap penyusunan ulang antara molekul-molekul reaktan dengan ligan katalis (tahap interaksi ligan), dan

3.    Tahap eliminasi produk reaksi

Penentuan persamaan kinetika reaksi berkatalis homogen, berdasarkan mekanismenya, dilakukan dengan cara yang sama (analog) dengan kinetika reaksi homogen, dengan berbantuankan hubungan pendekatan neraca massa katalis.

2.6         Mekanisme Katalis Homogen

Katalis ini mempunyai kesamaan phase dengan reaktan dan  persentuhannnya tak mempengaruhi laju reaksi, keadaan yang demikian disebut katalis homogen. Sebagai contoh :

Reaksi phase gas

CO  +  ½ O₂   à   CO₂

Dengan adanya katalis NO₂  maka  prosesnya menjadi

CO  +  NO₂            à   CO₂  + NO

 NO   +  ½ O₂           à   NO₂

-----------------------------------------------

CO₂  +  ½ O₂           à   CO₂

Iodin uap juga dikenal sebagai  katalis sejumlah reaksi pirolisis zat organik, dekomposisi asetaldehid sebagai reaksi berantai dengan proses sebagai berikut :

          _k1

       I₂    2 I^-

           I^-  + CH₃CHO     CH₃CO ^-  +  HI

                       CH₃CO^-     CH₃    +     CO

        I₂  + CH₃      CH₃I  +  I^-

        HI  + CH₃        CH₄ ^-  +  I^-

                           HI  + CH₃I        CH₄ ^-  +  I₂

Sehingga diperoleh laju reaksi dengan pendekatan steady state dari intermediet adalah

                     =   k  [I₂]^1/2[CH₃CHO]

2.7         Katalis Asam dan Basa

Katalisis asam-basa, percepatan reaksi kimia dengan penambahan asam atau basa, asam atau basa itu sendiri tidak dikonsumsi dalam reaksi. Reaksi katalitik mungkin asam-spesifik (katalis asam), seperti dalam kasus penguraian sukrosa gula menjadi glukosa dan fruktosa dalam asam sulfat; atau basa-spesifik (base katalisis), seperti dalam penambahan hidrogen sianida untuk aldehid dan keton dengan adanya natrium hidroksida. Banyak reaksi yang dikatalisasi oleh asam dan basa.

Mekanisme reaksi asam dan basa-katalis dijelaskan dalam hal konsep Brønsted-Lowry asam dan basa sebagai salah satu di mana ada transfer awal proton dari katalis asam untuk reaktan atau dari reaktan ke katalis dasar. Dalam hal teori Lewis asam dan basa, reaksi saling berbagi pasangan elektron yang disumbangkan oleh katalis basa atau diterima oleh suatu katalis asam.

Katalisis asam digunakan dalam sejumlah besar reaksi industri, di antaranya konversi hidrokarbon minyak bumi untuk bensin dan produk-produk terkait. Reaksi tersebut meliputi dekomposisi hidrokarbon dengan berat molekul tinggi (cracking) menggunakan katalis alumina-silika (asam Brønsted-Lowry), polimerisasi hidrokarbon tak jenuh menggunakan asam sulfat atau hidrogen fluorida (asam Brønsted-Lowry), dan isomerisasi hidrokarbon alifatik menggunakan aluminium klorida (asam Lewis).

Di antara aplikasi industri reaksi basa-dikatalisis adalah reaksi diisosianat dengan alkohol polifungsional dengan adanya amina, yang digunakan dalam pembuatan busa poliuretan.

           

2.8         Contoh Reaksi Menggunakan Katalis Homogen

1.    Penguraian H₂O₂ oleh kalium natrium tartrat, dengan katalis larutan CoCl₂

Pada reaksi H₂O₂ dengan kalium natrium tartrat, mula-mula gelembung gas O₂ tidak kelihatan, tetapi setelah ditetesi larutan kobalt (II) klorida yang berwarna merah muda, gelembung gas O₂ timbul dengan jumlah yang banyak Pada reaksi tersebut, larutan kobalt (II) klorida bertindak sebagai katalis. Kobalt (II) klorida turut bereaksi, tetapi pada akhir reaksi zat itu terbentuk kembali. Hal ini dapat terlihat pada perubahan warna larutan kobalt (II) klorida dari merah muda menjadi kuning, kemudian hijau, dan akhirnya kembali merah muda. Berdasarkan percobaan ini maka dapat disimpulkan katalis adalah zat yang dapat mempercepat suatu reaksi tanpa ikut bereaksi.

2.    Reaksi antara ion persulfat dan ion iodida

Ion besi sebagai katalis pada reaksi antara ion persulfat dan ion iodide. Reaksi antara ion persulfat (ion peroxodisulfat), S₂O₈^2-, dan ion iodida dalam larutan dapat dikatalisis dengan ion besi (II) maupun ion besi (III).

Ion persulfat (peroxodisulfate ion), S₂O₈^2-, merupakan agen pengoksidasi yang sangat kuat. Ion iodida sangat mudah dioksidasi menjadi iodin. Namun reaksi antara keduanya dalam larutan air sangat lambat.

Jika melihat persamaan, mudah untuk melihat mengapa perlu ditambah katalis 

Reaksi berupa tabrakan antara dua ion negatif. Tolakan antara dua ion negatif membuat reaksi berlangsung lambat. Reaksi dikatalisis untuk menghindari masalah tersebut. Katalis dapat berupa besi (II) atau besi (III) ion yang ditambahkan ke dalam larutan yang sama. Ini adalah contoh yang baik dari penggunaan senyawa logam transisi sebagai katalis karena kemampuan mereka untuk mengubah tingkat oksidasi.

Ion-ion persulfat mengoksidasi besi (II) ion besi (III) ion. Dalam proses ini ion persulfat direduksi menjadi ion sulfat.

Besi (III) ion adalah agen cukup pengoksidasi kuat untuk mengoksidasi ion iodida menjadi iodin. Dalam prosesnya, akan kembali menjadi besi (II) ion lagi.

Kedua tahap individu dalam keseluruhan reaksi melibatkan tumbukan antara ion positif dan negatif. Ini akan jauh lebih mungkin untuk menjadi sukses daripada tabrakan antara dua ion negatif dalam reaksi esterifikasi tanpa katalis.

Apa yang terjadi jika Anda menggunakan besi ion (III) sebagai katalis bukan besi (II) ion? Reaksi hanya terjadi dalam urutan yang berbeda. Untuk penjelasannya, kita akan mengunakan katalis besi (II). Reaksi terjadi dalam dua tahap.

 Jika kamu menggunakan ion besi (III), reaksi kedua yang terjadi diatas akan menjadi reaksi yang pertama.

Besi merupakan sebuah contoh yang baik dalam hal penggunaan senyawa logam transisi sebagai katalis karena kemampuan senyawa logam transisi tersebut untuk mengubah tingkat oksidasi.

3.    Reaksi Esterifikasi

Esterifikasi adalah reaksi pengubahan dari suatu asam karboksilat dan alkohol menjadi suatu ester dengan menggunakan katalis asam. Reaksi ini juga sering disebut esterifikasi Fischer. Ester adalah suatu senyawa yang mengandung gugus -COOR dengan R dapat berbentuk alkil maupun aril. Suatu ester dapat dibentuk dengan reaksi esterifikasi berkatalis asam. Reaksi esterifikasi merupakan reaksi dapat balik (reversible).

Mekanisme reaksi esterifikasi merupakan reaksi substitusi asil nukleofil dengan katalisator asam. Gugus karbonil dari asam kaboksilat tidak cukup kuat sebagai elektrofil untuk diserang oleh alkohol. Katalisator asam akan memprotonasi gugus karbonil dan mengaktivasinya ke arah penyerangan nukleofil. Pelepasan proton akan menghasilkan hidrat dari ester, kemudian terjadi transfer proton.

Reaksi transesterifikasi pada dasarnya merupakan reaksi esterifikasi dengan mengganti alkohol R'-OH dengan jenis alkohol lain R"-OH. Reaksi dapat berlangsung dengan adanya asam mineral seperti H₂SO₄ atau HCl. Reaksi Transesterifikasi merupakan reaksi dapat balik hingga alkohol R"-OH harus dalam keadaan berlebihan untuk memaksimalkan produk R-COOR".

           

4.    Kerusakan Lapisan Ozon Akibat Katalis Radikal Bebas C_l

CFC merupakan zat kimia yang mengandung unsur klor, fluor dan carbon yang biasa digunakan sebagai refrigant dan propelant. CFC memiliki nama dagang freon. Senyawa CFC, terutama Freon 11 (CFCl₃) dan Freon 12 (CF₂Cl₂) banyak digunakan sebagai pelarut dalam bidang industri, pembersih dalam alat elektronik, refrigerant pada kulkas dan AC, serta zat propelant pada kosmetika dan alat semprot aerosol. Senyawa CFC pada mulanya dianggap zat kimia yang ideal, karena tidak mudah bereaksi dan tidak beracun. Ironisnya, justru karena sifatnya itu CFC mampu terbang ke lapisan stratosfer dan merusak ozon. Pada tahun 1974 untuk pertama kalinya Rowland dan Molina menemukan teori bahwa senyawa klor dapat merusak ozon (O₃).

Pada tahun 1985, untuk pertama kalinya ditemukan penipisan lapisan ozon di antartika. Bila lapisan ozon rusak, maka sinar UV lebih banyak sampai ke bumi yang dapat mengakibatkan dampak yang merugikan bagi makhluk hidup.

CFC yang digunakan pada refrigerant pada AC, kulkas dan alat-alat pendingin lainnya yang digunakan adalah CFC-12/CFC-502/CFC-11. Aktivitas yang dapat menimbulkan emisi CFC ke udara adalah pada saat dilakukannya perbaikan dan pemeliharaan alat-alat pendingin. Karena biasanya pada saat perbaikan, terjadi pengisian CFC. Pada saat pengisian ini biasanya ada sebagian CFC teremisi ke udara. CFC juga dapat teremisi pada saat terjadi kebocoran pada alat pendingin tersebut. Aerosol adalah campuran zat-zat yang berada dalam fasa cair dan gas. Produk-produknya banyak ditemukan pada produk kosmetik (parfum, bodyspray, deodorant, hairspray, dll). Fungsi CFC dalam produk aerosol adalah sebagai bahan pendorong (propelant). Penggunaan CFC pada produk aerosol disukai karena tidak beracun, tidak korosif dan tidak mudah terbakar.

CFC merupakn senyawa yang stabil, sukar bereaksi, namun karena sifat itu CFC yang teremisi ke udara dapat naik dengan bebas ke stratosfer dan merusak lapisan ozon. Ozon bereaksi dengan senyawa klor seperti CFCl₃ (pada aerosol), CF₂Cl₂ (pada pendingin), dll. Bereaksinya gas ozon dengan senyawa klor hasil aktivitas manusia ini dapat menipiskan, bahkan menghabiskan ozon dalam lapisan stratosfer. Sinar matahari menguraikan senyawa-senyawa klor menjadi atom klor yang akan bertindak sebagai katalis atau mempercepat reaksi dalam reaksi penguraian ozon.
Cl^- dapat menjadi katalis dan siap bereaksi dengan O₃ yang lain. Satu atom klor dapat bereaksi dengan 10.000 sampai 100.000 molekul ozon. Katalis mempercepat reaksi, reaksi kimia dengan batntuan katalisator berakibat bahwa perusakan ozon (O₃) berjalan lebih cepat dibandingkan dengan pembentukannya. Karena proses pembentukannya dan perusakan molekul-molekul ozon di stratosfer tidak lagi seimbang maka lebih banyak molekul-molekul ozon yang rusak daripada molekul-molekul ozon yang terbentuk dalam waktu tertentu. Hal ini berakibat bahwa konsentrasi ozon di stratosfer menjadi berkurang sehingga lapisan ozon menipis dan terbentuk lubang-lubang ozon. Kerusakan ozon ini snagat berbahaya bagi makhluk hidup diantaranya menyebabkan penurunan kekebalan tubuh, kanker kulit dan katarak, karena ozon dapat menyerap sinar UV. UV dalam jumlah kecil dibutuhkan dalam tubuh untuk pembentukan vitamin D. Tetapi akibat makin banyaknya UV yang masuk dapat mengakibatkan kanker kulit, katarak, dan menurunkan kekebalan tubuh. Pemanasan global disebabkan karena fitoplankton mengambil CO₂ yang banyak dari udara untuk fotosintesis, tapi karena UV meningkat, menyebabkan CO₂ banyak yang tidak terserap sehingga menimbulkan pemanasan global.

Mekanisme esterifikasi dengan katalis asam

Tahap pertama adalah katalis asam. Pada tahap pertama, gugus karbonil pada asam diprotonasi. Sebagaimana halnya dengan aldehida dan keton, protonasi menekan muatan positif pada atom karbonil dan menjadikannya sasaran baik bagi serangan nukleofil. Tahap kedua sangat menentukan, tahap ini melibatkan adisi nukleofil yaitu alkohol pada asam yang telah diprotonasi. Pada tahap ini ikatan C-O yang baru (ikatan ester) terbentuk. Tahap 3 dan 4 adalah tahap kesetimbangan dimana oksigen-oksigen melepaskan atau mendapatkan proton. Kesetimbangan ini sifatnya bolak-balik, sangat cepat, dan terus berlangsung dalam suasana asam. Pada tahap 4 salah satu gugus hidroksil harus diprotonasi, karena kedua gugus hidroksilnya identik. Tahap 5 melibatkan pemutusan ikatan C-O dan lepasnya air. Tahap ini adalah kebalikan tahap 2. agar peristiwa ini dapat terjadi, gugus hidroksil harus diprotonasi agar kemampuannya sebagai gugus bebas/lepas lebih baik. Akhirnya pada tahap 6, ester yang berproton melepaskan protonnya. Tahap ini adalah kebalikan tahap 1.

Pada reaksi esterifikasi ini, biasanya digunakan katalis H₂SO₄. Katalis H₂SO₄ dalam reaksi esterifikasi adalah katalisator positif karena berfungsi untuk mempercepat reaksi esterifikasi yang berjalan lambat. H₂SO₄ juga merupakan katalisator homogen karena membentuk satu fase dengan pereaksi (fase cair).

Pemilihan penggunaan asam sulfat (H₂SO₄) sebagai katalisator dalam reaksi esterifikasi dikarenakan beberapa faktor, diantaranya : Menurut Anonim (2007)

1.    Asam sulfat selain bersifat asam juga merupakan agen pengoksidasi yang kuat

2.    Asam sulfat dapat larut dalam air pada semua kepekatan

3.    Reaksi antara asam sulfat dengan air adalah reaksi eksoterm yang kuat

4.    Jika air ditambahkan asam sulfat pekat maka ia mampu mendidih

5.    Karena afinitasnya terhadap air, maka asam sulfat dapat menghilangkan bagian terbesar uap air dan gas yang basah, seperti udara lembab. Menurut Sukardjo, drs (1984)

6.    Konsentrasi ion H⁺ berpengaruh terhadap kecepatan reaksi

7.    Asam sulfat pekat mampu mengikat air (higroskopis), jadi untuk reaksi setimbang yang menghasilkan air dapat menggeser arah reaksi ke kanan (ke arah produk)

Dari faktor-faktor di atas, dapat diambil kesimpulan bahwa penambahan asam sulfat sebagai katalis untuk mempercepat kecepatan reaksi karena reaksi antara asam sulfat dengan air (proses esterifikasi menghasilkan etil asetat dan air) adalah reaksi eksoterm yang kuat. Air yang ditambahkan asam sulfat pekat akan mampu mendidih, sehingga suhu reaksinya akan tinggi. Makin tinggi suhu reaksi, makin banyak molekul yang memiliki tenaga lebih besar atau sama dengan tenaga aktivasi, hingga makin cepat reaksinya. Katalis akan menyediakan rute agar reaksi berlangsung dengan energi aktivasi yang lebih rendah sehingga nilai konstanta kecepatan reaksi (k) akan semakin besar, sehingga kecepatan reaksinya juga semakin besar. Selain itu, karena asam sulfat pekat mampu mengikat air (higroskopis), maka untuk reaksi esterifikasi setimbang yang menghasilkan air, asam sulfat pekat dapat menggeser arah reaksi ke kanan (ke arah produk), sehingga produk yang dihasilkan menjadi lebih banyak.

2.9         Penerapan Katalis Homogen

1.    Biodiesel

Biodiesel saat ini diproduksi melalui transesterifikasi trigliserida dengan alkohol seperti metanol. Transesterifikasi trigliserida terdiri dari tiga berurutan, reaksi reversibel dimana trigliserida bereaksi membentuk digliserida, monogliserida dan gliserol. Di samping catatan, penting bagi seseorang untuk mengetahui kandungan trigliserida dari minyak saat membeli.

Pengolahan biodiesel tradisional terdiri dari dua kategori besar : esterifikasi (atau variasi dari itu seperti glycerolysis, enzimatik atau katalisis padat sementara) dan transesterifikasi. Proses esterifikasi tradisional menggunakan metanol dengan katalis asam homogen seperti asam sulfat untuk mengubah asam lemak bebas (FFA) menjadi ester. Transesterifikasi tradisional menggunakan basis katalis homogen seperti natrium atau kalium metilat methylate bersama dengan metanol untuk mengkonversi ke trigliserida menjadi biodiesel dan gliserin.

Titik diskusi untuk artikel ini adalah tradisional katalis homogen seperti asam sulfat, dan natrium atau kalium metilat, dan kelemahan mereka sebagai berlaku untuk bahan FFA variabel dalam lingkungan multifeedstock.

Dalam FFA sangat rendah (kurang dari 1 persen) lingkungan bahan baku, katalis seperti natrium atau kalium metilat masuk akal yang baik, tetapi dalam lingkungan FFA tinggi, seseorang mulai mengalami berbagai masalah dengan katalis ini.

Katalis

Katalis adalah zat kimia yang membantu mempercepat proses kimia tanpa benar-benar berpartisipasi di dalamnya. Bagaimana katalis homogen seperti asam sulfat atau natrium methylate berbeda dalam hal ini juga merupakan bagian penting dari diskusi.

Ada dua jenis katalis yang khas untuk setiap proses biodiesel: homogen dan heterogen. Katalis homogen berfungsi dalam fase yang sama (cair, gas, dll) sebagai reaktan. Biasanya, katalis homogen dilarutkan dalam pelarut dengan substrat. Katalisis heterogen adalah kebalikan dari katalisis homogen, yang berarti terjadi dalam fase berbeda dari reaktan. Kebanyakan katalis heterogen adalah padatan yang bekerja pada substrat dalam campuran reaksi cair atau gas. Mekanisme yang beragam untuk reaksi pada permukaan diketahui, tergantung pada bagaimana adsorpsi berlangsung. Total luas permukaan padat memiliki penting mempengaruhi laju reaksi; semakin kecil ukuran partikel katalis, semakin besar luas permukaan untuk suatu massa partikel.

Katalis homogen untuk produksi biodiesel telah ada selama beberapa waktu, tetapi katalis heterogen merupakan perkembangan yang cukup baru di ranah produksi biodiesel.

Biasanya asam sulfat digunakan sebagai katalis asam homogen untuk esterifikasi FFA. Kadang-kadang meskipun, asam klorida juga digunakan.

Reaksi

Ester dapat bereaksi dengan alkohol lain. Dalam hal ini, alkohol baru berasal dari ester asli terbentuk, dan ester baru berasal dari alkohol asli. Dengan demikian, etil ester dapat bereaksi dengan metanol untuk membentuk ester metil dan etanol. Proses ini disebut transesterifikasi.

Transesterifikasi sangat penting untuk biodiesel. Biodiesel seperti yang didefinisikan saat ini diperoleh dengan mentransesterifikasi trigliserida dengan metanol. Methanol adalah alkohol pilihan untuk mendapatkan biodiesel karena itu adalah yang termurah, dan paling tersedia, alkohol. Untuk reaksi terjadi dalam waktu yang wajar, namun, katalis harus ditambahkan ke dalam campuran minyak dan metanol. Sering hadir dalam jumlah kecil, katalis mempercepat kecepatan reaksi dan dalam banyak kasus, hampir tidak ada reaksi akan terjadi tanpa satu.

Katalis yang digunakan untuk melaksanakan transesterifikasi biasanya natrium hidroksida (NaOH) atau kalium hidroksida (KOH) atau natrium methylate (SMO). Senyawa ini termasuk ke dalam kelas bahan yang dikenal sebagai basis dan juga merupakan senyawa anorganik, sering digunakan dalam kimia organik untuk melaksanakan atau katalisator reaksi. Basa lainnya juga cocok untuk reaksi transesterifikasi. Rekan-rekan dari basis yang dikenal sebagai asam. Banyak asam juga dapat digunakan sebagai katalis untuk transesterifikasi. Namun, reaksi dasar-katalis memiliki kelebihan seperti laju reaksi yang lebih tinggi.

Sebuah asam lemak dan basa bereaksi membentuk senyawa baru, yang disebut sabun dan air. Senyawa seperti sabun, di mana hidrogen (proton) dari asam telah diganti dengan ion logam, sering disebut garam.

Alasan bahwa senyawa tersebut ada adalah bahwa bahan-bahan seperti NaOH atau KOH dapat membagi terpisah, atau memisahkan, dengan cara yang memberikan Na ⁺ dan OH^- (atau K ⁺ dan OH^-) di mana proton dan elektron yang tidak merata, menyebabkan partikel bermuatan. Dengan demikian, memiliki muatan yang sama, Na ⁺ atau K ⁺ dapat menggantikan H ⁺ di sini.

Proses

Katalis homogen yang paling umum digunakan dalam produksi biodiesel adalah asam sulfat selama esterifikasi dan sodium metilat selama transesterifikasi. Pengolahan biodiesel khas yang melibatkan minyak FFA tinggi terdiri dari dua langkah, esterifikasi dan transesterifikasi. Selama esterifikasi, jumlah yang telah ditentukan asam sulfat berdasarkan isi FFA minyak yang sedang diproses, ditambahkan ke minyak dengan FFA tinggi dan metanol. Ada berbagai cara pengolahan esterifikasi, pada tekanan atmosfer dan 65 derajat Celcius sampai 70, atau di bawah tekanan tinggi dan suhu tinggi, dll. Sampingan penting dari proses esterifikasi adalah air, yang mencairkan katalis sehingga menghambat dalam proses esterifikasi.

Salah satu poin yang perlu diperhatikan di sini adalah transesterifikasi juga terjadi dengan adanya asam sulfat terpisah dari esterifikasi. Percobaan diulangi oleh berbagai peneliti menunjukkan mayoritas transesterifikasi akan terjadi pada saat esterifikasi telah mencapai keseimbangannya.

Setelah mengurangi FFA dari minyak melalui proses esterifikasi menjadi kurang dari 1 persen, minyak masuk ke tahap transesterifikasi. Hal lain yang menarik di sini adalah bahwa beberapa teknologi sarankan pergi langsung ke transesterifikasi jika konten bahan baku FFA kurang dari 4 persen. Kelemahan ini, bagaimanapun, adalah bahwa akan ada penggunaan lebih banyak katalis. Hal ini juga mengakibatkan hilangnya produk besar karena pembentukan sabun. Biaya proses yang lebih tinggi juga mungkin, karena masalah jumlah asam yang perlu diperbaiki sehingga bahan bakar dapat memenuhi spesifikasi ASTM D6751.

Selama transesterifikasi, setelah dihitung jumlah katalis (SMO) dan jumlah yang diperlukan metanol tertutup ke dalam reaktor, proses tidak akan mengubah apakah menggunakan batch atau kontinyu, suhu dipertahankan sekitar 65 derajat Celcius. Tendangan reaksi dimulai.

Pada saat yang sama ketika trigliserida dikonversi ke digliserida dan monogliserida, para FFA akan dikonversi ke sabun. Semakin tinggi kandungan FFA adalah ketika memulai, produksi lebih besar dari sabun akan ada. Hampir 90 persen dari sabun masuk ke fase gliserin dalam proses penyelesaian atau pemusingan. Bertentangan dengan beberapa klaim di luar sana, untuk sepenuhnya menghilangkan sabun sebelum mencuci air atau kering mencuci langkah hampir mustahil.

Ada juga beberapa katalis homogen sisa yang tersisa dari proses biodiesel, yang harus dihapus dalam tahap cuci juga.

BAB III

PENUTUP

3.1       Kesimpulan

1.      Katalis homogen adalah senyawa yang memiliki fase sama dengan reaktan ketika reaksi kimia berlangsung, namun tidak ikut bereaksi dengan pereaksi ataupun produknya.

2.      Katalis homogeny memiliki aktivitas lebih tinggi dibandingkan dengan katalis heterogen karena setiap molekul aktif sebagai katalis.

3.      Contoh Katalis Homogen :

a.             Penguraian H₂O₂ oleh kalium natrium tartrat, dengan katalis

          larutan CoCl₂

b.            Reaksi antara ion persulfat dan ion iodida

c.             Reaksi esterifikasi

4.      Penerapan Katalis Homogen

a.            Biodiesel

b.     Penguraian H₂O₂ oleh kalium natrium tartrat, dengan katalis  

        larutan CoCl₂

c.      Reaksi antara ion persulfat dan ion iodida

d.       Kerusakan Lapisan Ozon Akibat Katalis Radikal Bebas C_l

3.2       Saran

1.   Penulis berharap para pembaca makalah ini dapat mempelajari lebih lanjut mengenai katalis homogen pada sumber-sumber lain.

2.   Kritik dan saran dari pembaca sangat diharapkan demi kesempurnaan penulisan makalah dikemudian hari.

DAFTAR PUSTAKA

Rusdianasari.2016. Kinetika Reaksi Kimia. Palembang : Politeknik Negeri Sriwijaya

http://thofanaradikaonline1.blogspot.com/ (online, diakses tanggal 15 November 2016)

http://serbamurni.blogspot.com/2012/05/jenis-katalis.html (online, diakses tanggal 15 November 2016)

http://matainginbicara.wordpress.com/2009/06/29/ringkasan-katalis-dan-katalisis/ (online, diakses tanggal 15 November 2016)

https://dyahernawati.wordpress.com/2013/12/27/katalis-homogen-dan-katalis-asam-basa/ (online, diakses tanggal 15 November 2016)

http://id.wikipedia.org/wiki/Esterifikasi (online, diakses tanggal 15 November 2016)

http://letshare17.blogspot.com/2010/10/penggunaan-katalis-h2so4-pada.html (online, diakses tanggal 15 November 2016)

https://id.scribd.com/document/249963310/Katalis-Homogen(online, diakses tanggal 15 November 2016)