UAS SENI BUDAYA

katalis dalam dunia industri

PERANAN KATALIS DALAM

BIDANG INDUSTRI

 

Oleh XI IPA 3 :

AULIA RACHMA DENY SAFITRI                  (03)

MAGVIE ALCHA HIDAYAH YUNARDI        (17)

KATA PENGANTAR

            Puji syukur kehadiarat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmat, taufik, dan Hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan tugas makalah kimia yang berjudul “PERANAN KATALIS DALAM BIDANG INDUSTRI”. Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah untuk memenuhi  tugas kimia bab laju reaksi dan untuk mengetahui peranan katalis dalam bidang industri.

            Kami menyadari dalam penulisan makalah ini  masih jauh dari kata sempurna, untuk itu kritik dan saran sangat kami perlukan. Tidak lupa kami mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu kami, antara lain:

1.      Guru kimia kelas XI IPA 3

2.      Serta segenap pihak yang membantu kami dalam proses penyelesaian makalah ini baik secara langsung maupun tidak langsung.

Mudah-mudahan makalah ini dapat memberikan banyak manfaat bagi pembaca.

Talun, 24 November 2013

Penulis               

LATAR BELAKANG

Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri (lihat pula katalisis). Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk.

Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi.
Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama: katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang dikatalisinya, sedangkan katalis homogen berada dalam fase yang sama. Satu contoh sederhana untuk katalisis heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaan di mana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerap. Ikatan dalam substrat-substrat menjadi lemah sedemikian sehingga memadai terbentuknya produk baru. katan atara produk dan katalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas.
Katalis homogen umumnya bereaksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk membentuk suatu perantara kimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Berikut ini merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya:

A + C → AC (1)

B + AC → AB + C (2)

Meskipun katalis (C) termakan oleh reaksi 1, namun selanjutnya dihasilkan kembali oleh reaksi 2, sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi,

A + B + C → AB + C

katalis tidak termakan atau pun tercipta. Enzim adalah biokatalis. Penggunaan istilah "katalis" dalam konteks budaya yang lebih luas, secara bisa dianalogikan dengan konteks ini.

beberapa katalis ternama yang pernah dikembangkan di antaranya katalis Ziegler-Natta yang digunakan untuk produksi masal polietilen dan polipropilen. Reaksi katalitik yang paling dikenal ialah proses Haber untuk sintesis amoniak, yang menggunakan besi biasa sebagai katalis. Konverter katalitik--yang dapat menghancurkan produk samping knalpot yang paling bandel--dibuat dari platinadan rodium.

PEMBAHASAN

PENERAPAN KONSEP LAJU REAKSI DALAM INDUSTRI

TUJUAN :

.Adapun tujuan dari penulisan tugas ini yaitu:

• Menjelaskan apa saja peranan katalis dalam dunia industri.
• Menjelaskan cara kerja katalis dalam industri roti
• Menjalaskan cara cracking minyak bumi

1.      Pembuatan Amonia menurut proses Haber-Bosch

Dalam proses pembuatannya banyak diterapkan prinsip dalam ilmu kimia, diantaranya sifat-sifat larutan, kelarutan, kejenuhan larutan, konsentrasi larutan, dansebagainya. Semua itu termasuk factor yang harus diperrhatikan dalam proses pembuatan minuman olahraga itu. Dengan mengetahui cara proses pembuatan yang baik dari minuman-meinuman olahraga tersebut serta kandungan-kandungan yangsebaiknya ada dan ditiadakan di dalamnya maka siswa dapat memilah produk yanglebih layak untuk dikonsumsi. Lebih jauhnya ketika mereka terjun ke masyarakat atau berkecimpung di dunia yang berhubungan dengan produksi minuman sejenis itu maka produk yang dihasilkan itu akan lebih baik dan berkualitas daripada yang sebelumnyadikenal olehnya.

 Penerapan laju reaksi dalam industry kimia dapat ditemukan pada penggunaan katalis pada industry pembuatan ammonia menurut proses Haber-Bosch . Dalam pembuatan gas ammonia dilakukan dengan mereaksikan gas nitrogen dengan gas hidrogen Nitrogen terdapat melimpah di udara, yaitu sekitar 78% volume. Walaupun demikian, senyawa nitrogen tidak terdapat banyak di alam. Satu-satunya sumber alam yang penting ialah NaNO₃ yang disebut Sendawa Chili. Sementara itu, kebutuhan senyawa nitrogen semakin banyak, misalnya untuk industri pupuk, dan bahan peledak. Oleh karena itu, proses sintesis senyawa nitrogen, fiksasi nitrogen buatan, merupakan proses industri yang sangat penting. Metode yang utama adalah mereaksikan nitrogen dengan hidrogen membentuk amonia. Selanjutnya amonia dapat diubah menjadi senyawa nitrogen lain seperti asam nitrat dan garam nitrat.

Dasar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hidrogen ditemukan oleh Fritz Haber (1908), seorang ahli kimia dari Jerman. Sedangkan proses industri pembuatan amonia untuk produksi secara besar-besaran ditemukan oleh Carl Bosch, seorang insinyur kimia juga dari Jerman.Persamaan termokimia reaksi sintesis amonia adalah :

Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi yang menguntungkan untuk ketuntasan reaksi ke kanan (pembentukan NH₃) adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500^oC sekalipun. Dilain pihak, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan mengurangi rendemen. Proses Haber-Bosch semula dilangsungkan pada suhu sekitar 500^oC dan tekanan sekitar 150-350 atm dengan katalisator, yaitu Fe₂O₃ Katalis ini mempercepat laju reaksinya dengan cara mengadsorbsi zat-zat pereaksi pada permukaannya, reaksinya sebagai berikut:

Seiring dengan kemajuan teknologi, digunakanlah tekanan yang jauh lebih besar, bahkan mencapai 700 atm. Untuk mengurangi reaksi balik, maka amonia yang terbentuk segera dipisahkan. Mula-mula campuran gas nitrogen dan hidrogen dikompresi (dimampatkan) hingga mencapai tekanan yang diinginkan. Kemudian campuran gas dipanaskan dalam suatu ruangan yang bersama katalisator sehingga terbentuk amonia.

2. Dalam industri roti

Katalis yang digunakan dalam pembuatan roti adalah enzim zimase yang merupakan bio katalis.Penambahan zimase dilakukan pada proses peragian pengembangan roti.Ragi di tambahkan ke dalam adonan sehingga glukosa dalam adonanterurai menjadi etil alkohol dan karbon dioksida.

Penguraian berlangsung dengan bantuan enzim zimase yang dihasilkan ragi.

Pada proses ini, CO  berfungsi mengembangkan adonan roti.Banyaknya rongga kecil pada roti membuktikan terjadinya gelembung CO  saat peragian

3. Perengkahan Minyak Bumi ( CRACKING)

CRACKING dalam bahasa Indonesia sering juga diterjemahkan sebagai perengkahan. Secara garis besar reaksi perengkahan adalah reaksi pemutusan ikatan C-C dari suatu senyawa hidrokarbon. Perengkahan dibagi menjadi dua jenis yaitu perengkahan termal (Thermal cracking) dan perengakahan katalitik (Catalytic cracking). Perengakahan termal pemutusan ikatan C-C dapat berlangsung sebagai akibat kenaikan temperatur yang tinggi, sedangkan pada perengkahan katalitik, reaksi pemutusan C-C berlangsung dengan peran serta katalis dalam reaksi.

Sejak 1940 cracking adalah proses penting dalam industri minyak bumi. Proses ini digunakan untuk memproduksi gasolin (fraksi bensin dan kerosin) dari minyak berat atau crude oil. Proses dapat berlangsung melalui dua mekanisme yaitu mekanisme radikal yang dilakukan secara termal (dengan temperatur tinggi) atau secara katalitik.

Thermal Cracking

Thermal cracking dilakukan pada temperatur bervariasi dari 455oC hingga 730oC dan tekanan bervariasi dari tekanan normal hingga 1000 psig. Mekanisme yang terjadi adalah pemutusan ikatan C-C homolitik. Reaksi bersifat ireversibel endotermis . Thermal cracking dari molekul parafin umumnya akan menghasilkan rantai dengan ukuran molekul yang lebih rendah yang umumnya masuk dalam golongan paranin dan olefin.

Sebagai contoh:

R-CH₂=CH₂-CH₂-R ¾® R-CH=CH₂ ¾]-CH₃-R

MEKANISME:

1. Radikal primer mengalami pemutusan pada posisi karbon b (b-fission) membentuk molekul etena.

RCH₂CH₂ ¾® R + CH₂=CH₂ 

2. Radikal primer menyerang molekul parafin membentuk molekul stabil parafin yang baru dan radikal sekunder

RCH₂CH₂  + R’-CH₂-CH₂-CH₂-R’’ ¾® R-CH₂-CH₃ + R’-CH₂-CH₂-CH₂-R”

3. Dapat terjadi perpindahan posisi hidrogen pada molekul yang sama bila rantai hidrokarbon poanjang dan membentuk rantai paradin memberntuk radikal primer yang terdiri dari 5 hingga 6 karbon ( C ).

4. Radikal sekunder dapat mengalami b-fission membentuk radikal primer dan a-olefin

R-CH₂-CH₂-CHR ¾® RCH₂ + R’CH=CH₂

Perengkahan termal pada umumnya berlangsung pada kondisi temperatur bervariasi dari 455⁰C sampai 730⁰C dan tekanan normal sampai 1000 psig. Pada kondisi reaksi yang sama akan terjadi pemutusan ikatan C-C (C-C bond scission), dehidrogenasi, isomerisasi dan polimerisasi. Namun demikian, reaksi yang disebutkan pertama tersebut adalah reaksi yang utama. Sebagai contoh reaksi:

R-CH₂-CH₂-CH₂-R R-CH₂=CH₂ + CH₃-R

Reaksi pemutusan ikatan C-C dari suatu molekul parafin akan menghasilkan molekul lebih ringan jenis parafin dan olefin.Olefin juga akan dihasilkan melalui dehidrogenasi reversibel dari parafin:

R-CH₂-CH₃ R-CH=CH₂ + H₂

Reaksi-reaksi tersebut bersifat endotermis.

Olefin yang terbentuk dari kedua reaksi tersebut di atas dapat mengalami reaksi lebih lanjut:

Isomerisasi : CH₃-CH₃-CH=CH₂ CH₃-CH=CH-CH₃

Dehidrogenasi : CH₃-CH₃-CH=CH₂ CH₂=CH₂-CH=CH₂

Polimerisasi : 2 CH₃-CH₃-CH=CH₂ CH₃-C-CH₂-C=CH₂

Isomerisasi dan dehidrogenasi merupakan reaksi endotermis sedangkan polmerisasi merupakan reaksi eksotermis.

Beberapa hal yang dapat terjadi:

1. Pada perengkahan termal, naften dengan cincin aromatik tunggal lebih stabil dibandingkan parafin dan olefin, meskipun pada temperatur tinggi akan dihasilkan pembukaan cincin.

2. Dehidrogenasi dapat terjadi membentuk cincin aromatik tak jenuh atau senyawa aromatik.

3. Polimerisasi menghasilkan olefin atau senyawa dengan berat molekul sangat tinggi

4. perengkahan lanjutan menghasilkan etena dan propena

Catalytic Cracking

Untuk merngurangi kebutuhan energi yang cukup besar serta menghasilkan produk dengan selektifitas yang tinggi, digunakan berbagai katalis termasuk dalam proses perengkahan. Katalis perengkahan dalam industri minyak bumi umumnya merupakan katalis heterogen atau padatan dengan luas permukaan dan keasaman yang tinggi serta stabilitas termal yang cukup besar. Luas permukaan katalis yang digunakan dalam proses ini berkisar antara 300m²/gram hingga 700 m²/gram. Bahan padatan tersebut antara lain adalah g-alumina, Aluminium oksida (Al₂O₃), Silika alumina, zeolit dan clay. Pada produksi gasolin, dilaporkan penggunaan katalis pada perengkahan minyak bumi menghasilkan angka oktan yang tinggi. Mekanisme dasarnya adalah pada pembentukan muatan elektrik suatu molekul yang disebabkan oleh keasaman padatan katalis.

Dilakukan menggunakan katalis dengan luas permukaan spesifik yang tinggi (300 higga 700 m²/g), memiliki sifat asam dan stabil pada temperatur tinggi.

Mekanisme :

1. Catalytic Cracking terjadi melalui pembentukan karbokation dari mokekul yang berlanjut pada penyerangan molkeul yang lain:

Pembentukan karbokation baru dan pemutusan ikatan C-C dari molekul didasarkan pada kestabilan hiperkonjugasi yang mungkin dalam molekul

Karbokation yang terbentuk bersifat sangat reaktif dan dapat menyerang parafin atau naften menghasilkan karbokation baru.

RCH₂-CH=CH₂  + (CH₃)₃CH -----> (CH₃)₃C + RCH₂-CH₂-CH₃

Senyawa aromatik tersubtitusi alkil dapat bereaksi dalam beberapa mekanisme , salah satunya pemutusan rantai

2. Aromatik tersubstitusi alkil dapat menghasilkan karbokation dan senyawa aromatik

3. Perpindahan hidrogen (hidrogen shift) dan perpindahan metil (methyl shift) dari karbokation dapat terjadi membentuk produk isomer.

4. Dapat terjadi siklisasi pada hidrokarbon rantai panjang

KESIMPULAN

Katalis sangat berperan dalam mempercepat laju reaksi,agar suatu zat dihasilkan sebanyak mungkin suatu reaksi kimia harus diusahakan supaya berlangsung ke arah hasil reaksi (ke arah kanan) jika reaksinya merupakan reaksi kesetimbangan, maka faktor-faktor konsentrasi, suhu, tekanan gas, serta katalis harus diperhitungkan agar reaksi itu berlangsung cepat dan ekonomis.

Dalam dunia industri katalis sangat bermanfaat. Yang sering digunakan adalah :

• Pembuatan Amoniak dengan proses Proses Haber-Bosch
• Dalam industri roti
• Cara cracking minyak bumi

DAFTAR PUSTAKA

http://elisa.ugm.ac.id/community/show/katalis-dalam-industri/

http://answers.yahoo.com/question/index?qid=20111122000102AAitk4n

http://www.scribd.com/doc/60478759/KATALIS-PADA-INDUSTRI

http://ryuzaki93an.wordpress.com/2009/12/24/peranan-katalis-dalam-industri/

http://tiar04.wordpress.com/2008/08/30/katalis-dalam-craking-minyak-bumi/