Sebagian besar reaksi yang terjadi di alam atau secara sintetis membutuhkan banyak waktu untuk penyelesaiannya. Untuk mempercepat reaksi, zat yang disebut katalis harus ditambahkan. Jadi katalisis adalah proses mempercepat suatu reaksi. Mari kita telusuri lebih lanjut tentang fenomena katalisis, katalis dan peran kimia permukaan dalam katalisis.
Apa itu Katalis?
Katalis adalah beberapa bahan yang mempercepat reaksi kimia. Dengan bantuan katalis, molekul yang mungkin membutuhkan waktu bertahun-tahun untuk berinteraksi sekarang dapat melakukannya dalam hitungan detik.
Pabrik bergantung pada katalis untuk membuat segala sesuatu mulai dari plastik hingga obat-obatan.
Katalis membantu mengolah minyak bumi dan batu bara menjadi bahan bakar cair. Mereka adalah pemain kunci dalam teknologi energi bersih.
Katalis alami dalam tubuh — yang dikenal sebagai enzim — bahkan memainkan peran penting dalam pencernaan dan banyak lagi.
Selama reaksi kimia apa pun, molekul memutuskan ikatan kimia antara atom-atomnya. Atom juga membuat ikatan baru dengan atom yang berbeda. Ini seperti bertukar pasangan di pesta dansa persegi. Terkadang, kemitraan itu mudah dipatahkan. Sebuah molekul mungkin memiliki sifat tertentu yang memungkinkannya menarik atom dari molekul lain. Tetapi dalam kemitraan yang stabil, molekul-molekulnya puas sebagaimana adanya. Ditinggalkan bersama untuk jangka waktu yang sangat lama, beberapa mungkin akhirnya berganti pasangan. Tapi tidak ada hiruk-pikuk massal pemutusan dan pembangunan kembali ikatan.
Katalis membuat pemecahan dan pembangunan kembali seperti itu terjadi lebih efisien. Mereka melakukan ini dengan menurunkan energi aktivasi untuk reaksi kimia.
Energi aktivasi adalah jumlah energi yang diperlukan untuk memungkinkan terjadinya reaksi kimia. Katalis hanya mengubah jalan menuju kemitraan kimia baru. Ini membangun setara dengan jalan raya beraspal untuk melewati jalan tanah bergelombang. Namun, katalis tidak habis dalam reaksi.
Enzim adalah katalis alami biologi. Mereka berperan dalam segala hal mulai dari menyalin materi genetik hingga memecah makanan dan nutrisi. Produsen sering membuat katalis untuk mempercepat proses di industri.
Salah satu teknologi yang membutuhkan katalis untuk bekerja adalah sel bahan bakar hidrogen. Dalam perangkat ini, gas hidrogen (H2) bereaksi dengan gas oksigen (O2) untuk membuat air (H2O) dan listrik. Sistem ini dapat ditemukan di kendaraan hidrogen di mana mereka menciptakan listrik untuk menyalakan mesin. Sel bahan bakar perlu memisahkan atom-atom dalam molekul hidrogen dan oksigen sehingga atom-atom tersebut dapat reshuffle untuk membuat molekul baru (air). Namun, tanpa bantuan, perombakan itu akan berlangsung sangat lambat. Jadi sel bahan bakar menggunakan katalis — platinum — untuk mendorong reaksi tersebut.
Apa itu Katalisis?
Katalisis adalah peningkatan laju reaksi kimia karena partisipasi zat tambahan yang disebut katalis. yang tidak dikonsumsi dalam reaksi yang dikatalisis dan dapat terus bekerja berulang kali. Biasanya, bahkan sejumlah kecil katalis sudah cukup untuk menghasilkan efek ini. Dalam mekanisme katalis, katalis biasanya bereaksi membentuk intermediet sementara yang kemudian meregenerasi katalis asli dalam proses siklik.
Mekanisme Katalisis
Dengan adanya katalis, lebih sedikit energi bebas yang dibutuhkan untuk mencapai keadaan transisi, tetapi energi bebas total dari reaktan ke produk tidak berubah. Katalis dapat berpartisipasi dalam beberapa transformasi kimia. Efek katalis dapat bervariasi karena adanya zat lain yang dikenal sebagai inhibitor (yang mengurangi aktivitas katalitik) atau promotor (yang meningkatkan aktivitas dan juga mempengaruhi suhu reaksi).
Reaksi yang dikatalisis memiliki energi aktivasi yang lebih rendah (energi bebas aktivasi pembatas laju) daripada reaksi tanpa katalis yang sesuai, menghasilkan laju reaksi yang lebih tinggi pada suhu yang sama dan untuk konsentrasi reaktan yang sama. Seperti dalam kasus reaksi kimia lainnya, laju reaksi tergantung pada frekuensi kontak reaktan pada langkah penentuan laju.
Biasanya, katalis berpartisipasi dalam langkah paling lambat ini. Laju reaksi tergantung pada jumlah katalis. Meskipun katalis tidak dikonsumsi oleh reaksi itu sendiri, katalis dapat dihambat, dinonaktifkan, atau dihancurkan oleh proses sekunder.
Jenis Katalis
Tergantung pada apakah katalis ada dalam fase yang sama dengan katalis substrat dapat diklasifikasikan sebagai katalis Heterogen dan Homogen. Biokatalis (enzim) sering dilihat sebagai kelompok yang terpisah.
1- Katalis heterogen
Katalis heterogen bekerja dalam fase yang berbeda dari reaktan. Kebanyakan katalis heterogen adalah padatan yang bekerja pada substrat dalam campuran reaksi cair atau gas. Beragam mekanisme reaksi di permukaan diketahui, tergantung pada bagaimana adsorpsi berlangsung.
Luas permukaan total padatan memiliki efek penting pada laju reaksi. Semakin kecil ukuran partikel katalis, semakin besar luas permukaan untuk massa partikel tertentu. Katalis heterogen memiliki situs aktif, yaitu atom atau permukaan kristal tempat reaksi sebenarnya terjadi. Sebagian besar permukaan katalis tidak aktif secara katalitik.
2- Katalis Homogen
Katalis homogen berfungsi dalam fase yang sama dengan reaktan, tetapi prinsip mekanistik yang terlibat dalam katalisis heterogen umumnya berlaku. Biasanya katalis homogen dilarutkan dalam pelarut dengan substrat. Salah satu contoh katalisis homogen melibatkan pengaruh H+ pada esterifikasi asam karboksilat, seperti pembentukan metil asetat dari asam asetat dan metanol.
Enzim dan Biokatalis
Dalam biologi, enzim adalah senyawa berbasis protein yang mengkatalisis metabolisme serta reaksi biokimia lainnya. Meskipun enzim adalah biokatalis yang paling umum dikenal, kelas biomolekul berbasis non-protein tertentu juga menunjukkan sifat katalitik. Ini termasuk ribozim serta deoxyribosymes sintetis.
Biokatalis dianggap sebagai perantara antara katalis homogen dan heterogen, tepatnya, enzim yang larut dapat dianggap sebagai katalis homogen sedangkan enzim yang terikat membran dapat dimasukkan ke dalam kategori enzim heterogen.
Beberapa faktor mempengaruhi aktivitas enzim (serta katalis lainnya). Beberapa di antaranya termasuk suhu, pH, konsentrasi enzim, substrat, dan produk. Reagen penting yang berperan sebagai katalis adalah air. Ia bertindak dalam berbagai pembentukan ikatan serta reaksi pemutusan ikatan.