Reaktor kimia

Reaktor kimia adalah volume tertutup di mana reaksi kimia berlangsung. Dalam teknik kimia, umumnya dipahami sebagai bejana proses yang digunakan untuk melakukan reaksi kimia, yang merupakan salah satu unit operasi klasik dalam analisis proses kimia. Desain reaktor kimia berhubungan dengan berbagai aspek teknik kimia. Insinyur kimia merancang reaktor untuk memaksimalkan nilai sekarang untuk reaksi yang diberikan. Desainer memastikan bahwa reaksi berlangsung dengan efisiensi tertinggi menuju produk keluaran yang diinginkan, menghasilkan hasil produk tertinggi sementara membutuhkan biaya paling sedikit untuk membeli dan mengoperasikannya. Biaya operasi normal meliputi masukan energi, pembuangan energi, biaya bahan baku, tenaga kerja, dll. Perubahan energi dapat berupa pemanasan atau pendinginan, pemompaan untuk meningkatkan tekanan, kehilangan tekanan gesekan, atau agitasi.Teknik reaksi kimia adalah cabang dari teknik kimia yang berhubungan dengan reaktor kimia dan desainnya, terutama dengan penerapan kinetika kimia pada sistem industri.

Gambaran Umum

Jenis dasar reaktor kimia yang paling umum adalah tangki (tempat reaktan bercampur dalam seluruh volume) dan pipa atau tabung (untuk reaktor aliran laminar dan reaktor aliran sumbat)

Kedua jenis ini dapat digunakan sebagai reaktor kontinu atau reaktor batch, dan keduanya dapat menampung satu atau lebih padatan (reagen, katalis, atau bahan lembam), tetapi reagen dan produk biasanya berupa cairan (cairan atau gas). Reaktor dalam proses kontinu biasanya dijalankan pada kondisi tunak, sedangkan reaktor dalam proses batch harus dioperasikan dalam keadaan sementara. Ketika sebuah reaktor dioperasikan, baik untuk pertama kalinya atau setelah dimatikan, reaktor tersebut berada dalam keadaan transien, dan variabel-variabel proses utama berubah seiring berjalannya waktu.

Ada tiga model ideal yang digunakan untuk memperkirakan variabel proses yang paling penting dari reaktor kimia yang berbeda:

• Model reaktor batch,
• Model reaktor tangki berpengaduk kontinu (CSTR), dan
• Model reaktor aliran plug (PFR).

Banyak reaktor dunia nyata dapat dimodelkan sebagai kombinasi dari tipe-tipe dasar ini.

Variabel-variabel proses utama meliputi:

• Waktu tinggal (τ, huruf kecil Yunani tau)
• Volume (V)
• Suhu (T)
• Tekanan (P)
• Konsentrasi spesies kimia (C1, C2, C3, ... Cn)
• Koefisien perpindahan panas (h, U)

Reaktor tubular sering kali dapat berupa unggun yang dikemas. Dalam hal ini, tabung atau saluran berisi partikel atau pelet, biasanya katalis padat. Reaktan, dalam fase cair atau gas, dipompa melalui unggun katalis. Reaktor kimia juga dapat berupa unggun terfluidisasi; lihat reaktor unggun terfluidisasi.

Reaksi kimia yang terjadi di dalam reaktor dapat bersifat eksotermis, yang berarti mengeluarkan panas, atau endotermis, yang berarti menyerap panas. Sebuah reaktor tangki mungkin memiliki jaket pendingin atau pemanas atau kumparan pendingin atau pemanas (tabung) yang dililitkan di bagian luar dinding bejana untuk mendinginkan atau memanaskan isinya, sementara reaktor tubular dapat dirancang seperti penukar panas jika reaksinya sangat eksotermis, atau seperti tungku jika reaksinya sangat endotermis.

Jenis
Reaktor batch
Jenis reaktor yang paling sederhana adalah reaktor batch. Bahan-bahan dimasukkan ke dalam reaktor batch, dan reaksi berlangsung seiring waktu. Reaktor batch tidak mencapai kondisi tunak, dan kontrol suhu, tekanan, dan volume sering kali diperlukan. Oleh karena itu, banyak reaktor batch memiliki port untuk sensor dan input dan output material. Reaktor batch biasanya digunakan dalam produksi skala kecil dan reaksi dengan bahan biologis, seperti dalam pembuatan bir, pembuatan pulp, dan produksi enzim. Salah satu contoh reaktor batch adalah reaktor bertekanan.

CSTR (reaktor tangki berpengaduk kontinu)

Dalam CSTR, satu atau lebih reagen fluida dimasukkan ke dalam reaktor tangki yang biasanya diaduk dengan impeler untuk memastikan pencampuran yang tepat dari reagen sementara limbah reaktor dibuang. Membagi volume tangki dengan laju aliran volumetrik rata-rata melalui tangki memberikan ruang waktu, atau waktu yang diperlukan untuk memproses satu volume cairan reaktor. Dengan menggunakan kinetika kimia, persen penyelesaian reaksi yang diharapkan dapat dihitung. Beberapa aspek penting dari CSTR:

• Pada kondisi tunak, laju aliran massa yang masuk harus sama dengan laju aliran massa yang keluar, jika tidak, tangki akan meluap atau kosong (kondisi transien). Ketika reaktor dalam keadaan transien, persamaan model harus diturunkan dari neraca massa dan energi diferensial.
• Reaksi berlangsung dengan laju reaksi yang terkait dengan konsentrasi akhir (output), karena konsentrasi diasumsikan homogen di seluruh reaktor.
• Seringkali, secara ekonomi menguntungkan untuk mengoperasikan beberapa CSTR secara seri. Hal ini memungkinkan, misalnya, CSTR pertama beroperasi pada konsentrasi reagen yang lebih tinggi dan oleh karena itu laju reaksi yang lebih tinggi. Dalam kasus ini, ukuran reaktor dapat divariasikan untuk meminimalkan total investasi modal yang diperlukan untuk mengimplementasikan proses.
• Dapat ditunjukkan bahwa jumlah CSTR yang tak terbatas dan tak terhingga yang beroperasi secara seri akan setara dengan PFR.

Perilaku CSTR sering didekati atau dimodelkan dengan perilaku Reaktor Tangki Berpengaduk Ideal Kontinu (CISTR). Semua perhitungan yang dilakukan dengan CISTR mengasumsikan pencampuran yang sempurna. Jika waktu tinggal 5-10 kali waktu pencampuran, perkiraan ini dianggap valid untuk tujuan rekayasa. Model CISTR sering digunakan untuk menyederhanakan perhitungan teknik dan dapat digunakan untuk menggambarkan reaktor penelitian. Dalam praktiknya, model ini hanya dapat didekati, terutama pada reaktor ukuran industri yang waktu pencampurannya mungkin sangat besar.

Reaktor loop adalah jenis reaktor katalitik hibrida yang secara fisik menyerupai reaktor tubular, tetapi beroperasi seperti CSTR. Campuran reaksi disirkulasikan dalam lingkaran tabung, dikelilingi oleh jaket untuk pendinginan atau pemanasan, dan ada aliran terus menerus dari bahan awal dan produk keluar.

PFR (reaktor aliran steker)

Dalam PFR, kadang-kadang disebut reaktor tubular kontinu (CTR), satu atau lebih reagen fluida dipompa melalui pipa atau tabung. Reaksi kimia berlangsung saat reagen bergerak melalui PFR. Dalam jenis reaktor ini, laju reaksi yang berubah menciptakan gradien sehubungan dengan jarak yang ditempuh; pada saluran masuk ke PFR, lajunya sangat tinggi, tetapi ketika konsentrasi reagen menurun dan konsentrasi produk meningkat, laju reaksi melambat. Beberapa aspek penting dari PFR:

• Model PFR yang ideal mengasumsikan tidak ada pencampuran aksial: elemen fluida apa pun yang mengalir melalui reaktor tidak bercampur dengan fluida di bagian hulu atau hilir, seperti yang tersirat dalam istilah "aliran sumbat".
• Reagen dapat dimasukkan ke dalam PFR di lokasi-lokasi di dalam reaktor selain saluran masuk. Dengan cara ini, efisiensi yang lebih tinggi dapat diperoleh, atau ukuran dan biaya PFR dapat dikurangi.
• PFR memiliki efisiensi teoritis yang lebih tinggi daripada CSTR dengan volume yang sama. Artinya, dengan ruang-waktu yang sama (atau waktu tinggal), suatu reaksi akan berlanjut ke persentase penyelesaian yang lebih tinggi dalam PFR daripada CSTR. Hal ini tidak selalu berlaku untuk reaksi yang dapat dibalik.

Untuk sebagian besar reaksi kimia yang menjadi kepentingan industri, tidak mungkin reaksi berlanjut hingga 100%. Laju reaksi menurun seiring dengan habisnya reaktan hingga titik di mana sistem mencapai kesetimbangan dinamis (tidak ada reaksi bersih, atau perubahan spesies kimia yang terjadi). Titik kesetimbangan untuk sebagian besar sistem kurang dari 100%. Karena alasan ini, proses pemisahan, seperti distilasi, sering kali mengikuti reaktor kimia untuk memisahkan reagen atau produk sampingan yang tersisa dari produk yang diinginkan. Reagen-reagen ini kadang-kadang dapat digunakan kembali pada awal proses, seperti dalam proses Haber. Dalam beberapa kasus, reaktor yang sangat besar akan diperlukan untuk mendekati kesetimbangan, dan insinyur kimia dapat memilih untuk memisahkan campuran yang bereaksi sebagian dan mendaur ulang reaktan yang tersisa.

Dalam kondisi aliran laminar, asumsi aliran sumbat sangat tidak akurat, karena fluida yang bergerak melalui pusat tabung bergerak jauh lebih cepat daripada fluida di dinding. Reaktor baffled osilasi kontinu (COBR) mencapai pencampuran menyeluruh dengan kombinasi osilasi fluida dan orifice baffle, memungkinkan aliran steker diperkirakan dalam kondisi aliran laminar.

Reaktor semibatch

Reaktor semibatch dioperasikan dengan input dan output kontinu dan batch. Fermentor, misalnya, diisi dengan sejumlah media dan mikroba yang secara konstan menghasilkan karbon dioksida yang harus dihilangkan secara terus menerus. Demikian pula, mereaksikan gas dengan cairan biasanya sulit, karena volume gas yang besar diperlukan untuk bereaksi dengan massa cairan yang sama. Untuk mengatasi masalah ini, umpan gas yang terus menerus dapat digelembungkan melalui batch cairan. Secara umum, dalam operasi semibatch, satu reaktan kimia dimasukkan ke dalam reaktor dan bahan kimia kedua ditambahkan secara perlahan (misalnya, untuk mencegah reaksi samping), atau produk yang dihasilkan dari perubahan fasa terus menerus dihilangkan, misalnya gas yang terbentuk oleh reaksi, padatan yang mengendap, atau produk hidrofobik yang terbentuk dalam larutan air.

Reaktor katalitik

Meskipun reaktor katalitik sering diimplementasikan sebagai reaktor aliran sumbat, analisisnya memerlukan perlakuan yang lebih rumit. Laju reaksi katalitik sebanding dengan jumlah katalis yang bersentuhan dengan reagen, serta konsentrasi reaktan. Dengan katalis fase padat dan reagen fase cair, ini sebanding dengan area yang terpapar, efisiensi difusi reagen masuk dan keluar, dan kemanjuran pencampuran. Pencampuran sempurna biasanya tidak dapat diasumsikan. Selain itu, jalur reaksi katalitik sering kali terjadi dalam beberapa langkah dengan zat antara yang terikat secara kimiawi pada katalis; dan karena pengikatan kimiawi pada katalis juga merupakan reaksi kimiawi, maka hal ini dapat mempengaruhi kinetika. Reaksi katalitik sering menampilkan apa yang disebut kinetika yang dipalsukan, ketika kinetika yang terlihat berbeda dari kinetika kimia yang sebenarnya karena efek transportasi fisik.Perilaku katalis juga menjadi pertimbangan. Khususnya dalam proses petrokimia bersuhu tinggi, katalis dinonaktifkan oleh proses seperti sintering, kokas, dan keracunan.

Contoh umum dari reaktor katalitik adalah konverter katalitik yang memproses komponen beracun dari knalpot mobil. Namun, sebagian besar reaktor petrokimia bersifat katalitik, dan bertanggung jawab atas sebagian besar produksi bahan kimia industri, dengan contoh bervolume sangat tinggi termasuk asam sulfat, amonia, reformat/BTEX (benzena, toluena, etilbenzena, dan xilena), dan perengkahan katalitik fluida. Berbagai konfigurasi dimungkinkan, lihat Reaktor katalitik heterogen.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Rekayasa reaksi kimia

Rekayasa reaksi kimia, juga dikenal sebagai teknik reaktor atau rekayasa reaktor, adalah cabang khusus dalam bidang teknik kimia atau kimia industri yang fokus pada pengembangan dan pengoperasian reaktor kimia. Istilah ini sering kali terkait dengan sistem reaksi katalitik di mana terdapat katalis, baik homogen maupun heterogen, yang digunakan dalam reaktor. Terkadang, reaktor itu sendiri tidak berdiri sendiri, tetapi terintegrasi ke dalam suatu proses tertentu, seperti dalam bejana pemisahan reaktif, retort, sel bahan bakar, atau permukaan fotokatalitik. Selain itu, masalah yang berkaitan dengan pengaruh pelarut terhadap kinetika reaksi juga menjadi bagian penting dalam rekayasa reaksi kimia.

Asal usul teknik reaksi kimia

Rekayasa reaksi kimia sebagai bidang studi ilmiah mulai berkembang pada awal tahun 1950-an, didorong oleh para peneliti di pusat penelitian Shell Amsterdam dan Universitas Delft. Istilah "rekayasa reaksi kimia" tampaknya pertama kali digunakan oleh JC Vlugter ketika ia mempersiapkan Syposium Eropa pertama tentang Rekayasa Reaksi Kimia yang diselenggarakan di Amsterdam pada tahun 1957.

Disiplin

Rekayasa reaksi kimia memiliki tujuan untuk mempelajari dan mengoptimalkan proses reaksi kimia guna merancang reaktor yang paling efisien. Oleh karena itu, pemahaman yang mendalam tentang interaksi fenomena aliran, perpindahan massa, perpindahan panas, dan kinetika reaksi sangatlah penting untuk menghubungkan kinerja reaktor dengan komposisi umpan dan kondisi operasional. Meskipun awalnya diterapkan dalam industri perminyakan dan petrokimia, pendekatan ini telah berkembang dan umumnya digunakan untuk mengoptimalkan berbagai sistem yang memerlukan pemodelan atau rekayasa reaksi. Dengan menggabungkan konsep kimia reaksi dan teknik kimia, rekayasa reaksi kimia memungkinkan pengembangan proses baru serta peningkatan teknologi yang sudah ada.

Buku

Beberapa buku kunci dalam bidang rekayasa reaksi kimia meliputi "Rekayasa Reaksi Kimia" edisi ke-2 oleh Lanny Schmidt (2004) yang diterbitkan oleh Oxford University Press dengan nomor ISBN 0195169255, "Teknik Reaksi Kimia" edisi ke-3 oleh Oktaf Levenspiel (1999) yang diterbitkan oleh John Wiley & Sons dengan nomor ISBN 9971512416 dan ISBN 9789971512415, "Elemen Teknik Reaksi Kimia" edisi ke-4 oleh H. Scott Fogler (2005) yang diterbitkan oleh Prentice Hall dengan nomor ISBN 0130473944 dan ISBN 9780130473943, "Analisis dan Desain Reaktor Kimia" edisi ke-2 oleh Gilbert F. Froment dan Kenneth B. Bischoff (1990) yang diterbitkan oleh John Wiley & Sons dengan nomor ISBN 0471510440 dan ISBN 9780471510444, serta "Dasar-dasar Teknik Reaksi Kimia" edisi ke-1 oleh Mark E. Davis dan Robert J. Davis (2003) yang diterbitkan oleh The McGraw-Hill Companies, Inc. dengan nomor ISBN 007245007X dan ISBN 9780072450071.

Simposium ISCRE

Konferensi yang paling berpengaruh adalah International Symposia on Chemical Reaction Engineering atau ISCRE. Konferensi tiga hari ini diadakan setiap dua tahun, bergantian di berbagai lokasi di Amerika Utara, Eropa, dan kawasan Asia-Pasifik, dalam siklus enam tahun. Acara ini menyatukan para peneliti terkemuka dalam bidang teknik reaksi, praktisi industri terkemuka, serta para peneliti dan mahasiswa baru dalam bidang yang beragam ini selama tiga hari. Simposium ISCRE menciptakan ruang bagi para insinyur reaksi untuk memperkuat hasil penelitian dan mengeksplorasi batas-batas baru. Keadaan terkini dari berbagai sub-disiplin rekayasa reaksi dievaluasi secara berkala, sementara inisiatif penelitian baru juga dibahas.

Penghargaan di bidang Teknik Reaksi Kimia

Dewan ISCRE menyelenggarakan dua penghargaan bergengsi dalam bidang teknik reaksi kimia untuk menghargai kontribusi peneliti senior dan junior setiap tiga tahun.

Penghargaan Neal R. Amundson untuk Keunggulan dalam Teknik Reaksi Kimia didirikan pada tahun 1996 oleh Dewan Direksi ISCRE. Penghargaan ini diberikan kepada para pionir dalam bidang Teknik Reaksi Kimia yang telah memberikan dampak yang signifikan pada teori atau praktik bidang tersebut melalui orisinalitas, kreativitas, dan kebaruan konsep atau penerapan. Pemenang penghargaan ini diumumkan setiap tiga tahun selama pertemuan ISCRE, dan mendapat pengakuan dalam bentuk plakat serta hadiah uang sejumlah $5000. Para pemenang penghargaan ini termasuk tokoh-tokoh seperti Neal Amundson, Rutherford Aris, Oktaf Levenspiel, dan lainnya.

Selain itu, Dewan Direksi ISCRE juga menetapkan Penghargaan Penyelidik Muda Rutherford Aris dalam Teknik Reaksi Kimia pada tahun 2016. Penghargaan ini diberikan kepada para peneliti muda yang telah memberikan kontribusi luar biasa dalam penelitian rekayasa reaksi eksperimental dan/atau teoretis pada tahap awal karir mereka. Penerima penghargaan harus berusia di bawah 40 tahun pada akhir tahun kalender saat penghargaan diberikan. Penghargaan ini meliputi plakat, honorarium sebesar $3000, serta dana perjalanan hingga $2000 untuk menyampaikan presentasi pada konferensi ISCRE/NASCRE dan memberikan kuliah di UOP. Beberapa pemenang penghargaan ini termasuk Paul J. Dauenhauer dan Yuriy Roman-Leschkov.

Kedua penghargaan tersebut menjadi penanda keunggulan dalam bidang rekayasa reaksi kimia dan merupakan pengakuan atas dedikasi dan inovasi para pemimpin masa depan dan veteran di bidang ini.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Kinetika kimia

Kinetika kimia, juga dikenal sebagai kinetika reaksi, adalah cabang kimia fisik yang berkaitan dengan pemahaman laju reaksi kimia. Hal ini berbeda dengan termodinamika kimia, yang berhubungan dengan arah terjadinya reaksi tetapi tidak menjelaskan apa pun tentang lajunya. Kinetika kimia mencakup penyelidikan tentang bagaimana kondisi eksperimental mempengaruhi kecepatan reaksi kimia dan menghasilkan informasi tentang mekanisme reaksi dan keadaan transisi, serta konstruksi model matematika yang juga dapat menggambarkan karakteristik reaksi kimia.

Sejarah

Pekerjaan perintis kinetika kimia dilakukan oleh ahli kimia Jerman Ludwig Wilhelmy pada tahun 1850. Dia secara eksperimental mempelajari laju inversi sukrosa dan dia menggunakan hukum laju terintegrasi untuk penentuan kinetika reaksi reaksi ini. Karyanya diketahui 34 tahun kemudian oleh Wilhelm Ostwald. Setelah Wilhelmy, Peter Waage dan Cato Guldberg mempublikasikan hukum aksi massa pada tahun 1864, yang menyatakan bahwa kecepatan reaksi kimia sebanding dengan kuantitas zat yang bereaksi.

Van 't Hoff mempelajari dinamika kimia dan pada tahun 1884 menerbitkan "Études de dynamique chimique" yang terkenal. Pada tahun 1901 ia dianugerahi Hadiah Nobel Kimia pertama "sebagai pengakuan atas jasa-jasa luar biasa yang telah diberikannya melalui penemuan hukum-hukum dinamika kimia dan tekanan osmotik dalam larutan."Setelah van 't Hoff, kinetika kimia berkaitan dengan penentuan laju reaksi secara eksperimental yang darinya hukum-hukum laju dan konstanta laju diturunkan. Hukum laju yang relatif sederhana ada untuk reaksi orde nol (di mana laju reaksi tidak bergantung pada konsentrasi), reaksi orde satu, dan reaksi orde dua, dan dapat diturunkan untuk reaksi-reaksi lainnya.

Reaksi elementer mengikuti hukum aksi massa, tetapi hukum laju reaksi bertahap harus diturunkan dengan menggabungkan hukum laju berbagai langkah elementer, dan dapat menjadi agak rumit. Pada reaksi berurutan, langkah penentu laju sering kali menentukan kinetika. Pada reaksi orde pertama yang berurutan, perkiraan keadaan tunak dapat menyederhanakan hukum laju. Energi aktivasi untuk suatu reaksi ditentukan secara eksperimental melalui persamaan Arrhenius dan persamaan Eyring. Faktor utama yang mempengaruhi laju reaksi meliputi: keadaan fisik reaktan, konsentrasi reaktan, suhu saat reaksi terjadi, dan ada tidaknya katalis dalam reaksi.

Gorban dan Yablonsky telah menyarankan bahwa sejarah dinamika kimia dapat dibagi menjadi tiga era. Yang pertama adalah gelombang van 't Hoff yang mencari hukum-hukum umum reaksi kimia dan menghubungkan kinetika dengan termodinamika. Yang kedua dapat disebut gelombang Semenov-Hinshelwood dengan penekanan pada mekanisme reaksi, terutama untuk reaksi berantai. Yang ketiga dikaitkan dengan Aris dan deskripsi matematis yang terperinci dari jaringan reaksi kimia.

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi

Sifat-sifat reaktan memainkan peran penting dalam menentukan laju suatu reaksi kimia. Reaksi asam/basa, pembentukan garam, dan pertukaran ion umumnya terjadi dengan cepat, sementara reaksi yang melibatkan pembentukan ikatan kovalen antara molekul atau molekul besar cenderung berlangsung lebih lambat.

Selain itu, keadaan fisik reaktan juga memengaruhi laju reaksi. Reaktan yang berada dalam fase yang sama, seperti dalam larutan air, cenderung berkontak lebih sering karena gerakan termal membawa mereka bersentuhan. Namun, jika reaktan berada dalam fase yang berbeda, reaksi hanya dapat terjadi di antarmuka antara keduanya. Konsentrasi reaktan juga berpengaruh, semakin padat molekulnya, semakin besar kemungkinan tumbukan dan reaksi antar mereka.

Faktor lain yang memengaruhi laju reaksi adalah luas permukaan benda padat. Partikel-partikel yang berada di permukaan suatu padatan yang terlibat dalam reaksi, sehingga menghancurkan padatan menjadi partikel yang lebih kecil dapat meningkatkan frekuensi tumbukan dan mempercepat reaksi.

Konsentrasi reaktan juga memainkan peran penting dalam menentukan laju reaksi, semakin tinggi konsentrasi reaktan, semakin besar kemungkinan tumbukan dan reaksi antar mereka. Suhu juga mempengaruhi laju reaksi, dengan suhu yang lebih tinggi meningkatkan energi kinetik molekul dan meningkatkan kemungkinan tumbukan yang berhasil.

Pada suhu tertentu, laju reaksi bergantung pada nilai faktor pra-eksponensial, energi aktivasi, dan konsentrasi reaktan. Persamaan Arrhenius digunakan untuk menggambarkan hubungan antara suhu dan konstanta laju reaksi.

Kinetika reaksi cepat dapat dipelajari dengan menggunakan metode loncatan suhu, yang melibatkan peningkatan suhu secara tajam dan observasi waktu relaksasi untuk kembali ke keseimbangan. Tabung kejut adalah alat yang sering digunakan untuk penelitian ini, mampu meningkatkan suhu gas secara signifikan dalam waktu singkat.

Katalis merupakan zat yang dapat mengubah laju reaksi kimia tanpa mengalami perubahan kimia pada dirinya sendiri. Katalis bekerja dengan menyediakan jalur reaksi alternatif yang memiliki energi aktivasi lebih rendah, sehingga mempercepat terjadinya reaksi. Dalam autokatalisis, produk reaksi tersebut juga berperan sebagai katalis, menciptakan umpan balik positif. Dalam reaksi biokimia, protein yang bertindak sebagai katalis disebut enzim, yang kinetikanya dapat dijelaskan dengan model Michaelis-Menten. Pentingnya, katalis tidak memengaruhi posisi kesetimbangan dalam reaksi karena hanya mempercepat reaksi maju dan mundur secara seimbang.

Peningkatan tekanan dalam reaksi gas meningkatkan jumlah tumbukan antar reaktan, sehingga meningkatkan laju reaksi. Hal ini mirip dengan efek peningkatan konsentrasi dalam larutan. Namun, selain efek langsung ini, tekanan juga dapat memengaruhi koefisien laju reaksi itu sendiri. Dalam beberapa reaksi gas pada suhu tinggi, penambahan gas inert ke campuran reaksi dapat mengubah koefisien laju dan produk reaksi, fenomena ini dikenal sebagai kejatuhan dan aktivasi kimia.

Pada reaksi fase kondensasi, tekanan juga dapat memengaruhi koefisien laju, namun, efek ini biasanya hanya terlihat pada tekanan yang sangat tinggi karena ion dan molekul memiliki kompresibilitas yang rendah. Pendekatan lompatan tekanan digunakan untuk mempelajari kinetika reaksi dalam kondisi perubahan tekanan yang cepat.

Selain itu, penyerapan cahaya juga dapat memengaruhi laju reaksi kimia dengan memberikan energi aktivasi ketika molekul reaktan menyerap cahaya dan dipromosikan ke keadaan tereksitasi. Studi tentang reaksi yang diprakarsai oleh cahaya dikenal sebagai fotokimia, dan salah satu contoh yang terkenal adalah proses fotosintesis.

Metode eksperimental

Penentuan laju reaksi secara eksperimental melibatkan pengukuran bagaimana konsentrasi reaktan atau produk berubah seiring waktu. Misalnya, konsentrasi suatu reaktan dapat diukur dengan menggunakan spektrofotometri pada panjang gelombang dimana tidak ada reaktan atau produk lain yang menyerap cahaya dalam sistem.

Untuk reaksi yang memakan waktu beberapa menit atau lebih, pengamatan dimulai setelah reaktan dicampur pada suhu yang diinginkan. Namun, untuk reaksi yang lebih cepat, waktu yang diperlukan untuk mencampur reaktan dan membawanya ke suhu tertentu mungkin sama atau lebih lama dari waktu paruh reaksi itu sendiri. Beberapa metode khusus untuk memulai reaksi cepat tanpa langkah pencampuran yang lambat meliputi metode aliran terhenti, relaksasi kimia, dan fotolisis kilat.

Dalam reaksi reversibel, kesetimbangan kimia dicapai ketika laju reaksi maju dan reaksi balik sama. Pada titik ini, konsentrasi reaktan dan produk tidak lagi berubah. Prinsip ini diperlihatkan dalam proses Haber-Bosch yang menghasilkan amonia. Meskipun kinetika menggambarkan seberapa cepat suatu reaksi terjadi, termodinamika menentukan sejauh mana reaksi terjadi.

Perubahan energi bebas (ΔG) suatu reaksi menentukan apakah perubahan kimia akan terjadi, sementara kinetika menjelaskan seberapa cepat reaksi tersebut berlangsung. Prinsip Curtin-Hammett, misalnya, berlaku ketika menentukan rasio produk untuk dua reaktan yang saling berkonversi dengan cepat. Kinetika kimia memberikan informasi tentang waktu tinggal dan perpindahan panas dalam reaktor kimia, serta distribusi massa molar dalam kimia polimer. Hal ini juga berguna dalam rekayasa korosi.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Reaksi Kimia

Reaksi kimia adalah proses di mana zat-zat kimia berubah menjadi zat-zat lainnya. Dalam reaksi kimia, terjadi perubahan pada susunan elektron dalam ikatan antar atom tanpa mengubah unsur-unsurnya secara inti, yang biasanya dijelaskan melalui persamaan kimia. Saat terjadi perubahan elektronik dan nuklir pada unsur yang tidak stabil dan radioaktif, ini disebut sebagai kimia nuklir.

Dalam reaksi kimia, bahan-bahan awal yang terlibat disebut sebagai reaktan, yang kemudian mengalami perubahan kimia dan menghasilkan produk dengan sifat yang berbeda. Reaksi ini sering terdiri dari beberapa langkah, yang disebut reaksi elementer, dan rangkaian langkah ini dikenal sebagai mekanisme reaksi. Persamaan kimia digunakan untuk menggambarkan reaksi, yang mencakup bahan awal, produk akhir, serta kondisi reaksi.

Laju reaksi kimia tergantung pada suhu dan konsentrasi kimia tertentu. Peningkatan suhu dapat meningkatkan laju reaksi karena lebih banyak energi panas yang tersedia untuk mencapai energi aktivasi yang dibutuhkan untuk memutus ikatan antar atom. Reaksi kimia bisa berupa redoks, yang melibatkan oksidasi dan reduksi, atau non-redoks, di mana tidak ada perubahan oksidasi dan reduksi.

Berbagai jenis reaksi kimia digunakan dalam sintesis kimia untuk menghasilkan produk yang diinginkan, sementara dalam biokimia, serangkaian reaksi kimia membentuk jalur metabolisme yang diatur oleh enzim. Enzim mempercepat laju reaksi biokimia, memungkinkan sintesis dan dekomposisi metabolik yang penting untuk berlangsung dalam kondisi seluler.

Konsep reaksi kimia juga mencakup reaksi nuklir, peluruhan radioaktif, dan interaksi partikel elementer, yang semuanya dijelaskan melalui teori medan kuantum. Dengan demikian, reaksi kimia membentuk dasar bagi berbagai proses kimia yang terjadi di alam maupun dalam laboratorium.

Sejarah

Sejak zaman kuno, manusia telah mengenal berbagai reaksi kimia seperti pembakaran, fermentasi, dan proses reduksi logam dari bijih. Teori awal tentang transformasi materi telah dikembangkan oleh filsuf Yunani, seperti Teori Empat Elemen Empedocles yang menyatakan bahwa zat terdiri dari empat elemen dasar: api, air, udara, dan tanah. Pada Abad Pertengahan, para alkemis mempelajari transformasi kimia, terutama dalam upaya mereka untuk mengubah timbal menjadi emas dengan menggunakan reaksi antara timbal dan paduan timbal-tembaga dengan belerang.

Produksi bahan kimia buatan menjadi fokus utama para alkemis pada Abad Pertengahan. Mereka berhasil mensintesis amonium klorida dari bahan organik dan menghasilkan asam mineral seperti asam sulfat dan asam nitrat. Perkembangan dalam produksi asam sulfat dan natrium karbonat terjadi pada abad ke-17, dengan proses yang semakin besar seperti proses ruang timbal dan proses Leblanc. Pada tahun 1880-an, teknologi asam sulfat semakin dioptimalkan dengan munculnya proses kontak, sementara proses Haber dikembangkan pada awal abad ke-20 untuk sintesis amonia.

Sejak abad ke-16, para peneliti seperti Jan Baptist van Helmont, Robert Boyle, dan Isaac Newton berusaha membangun teori tentang transformasi kimia. Teori flogiston yang dikemukakan pada tahun 1667 mengusulkan adanya unsur mirip api yang disebut "phlogiston", namun hal ini dibantah oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1785 dengan penemuan bahwa pembakaran adalah reaksi dengan oksigen dari udara.

Pada tahun 1808, Joseph Louis Gay-Lussac mengenali bahwa gas selalu bereaksi dalam perbandingan tertentu satu sama lain, dan Joseph Proust mengembangkan hukum perbandingan tetap yang mengarah pada konsep stoikiometri dan persamaan kimia. Dalam bidang kimia organik, konsep vitalisme yang menyatakan bahwa senyawa organik memiliki "kekuatan vital" dan berbeda dari senyawa anorganik diakhiri pada tahun 1828 ketika Friedrich Wöhler berhasil mensintesis urea dari prekursor anorganik. Kontribusi lain dalam kimia organik datang dari Alexander William Williamson dengan sintesis eter dan Christopher Kelk Ingold, yang membuat terobosan dalam mekanisme reaksi substitusi, di antara penemuan lainnya.

Persamaan Kimia

Persamaan kimia adalah representasi grafis dari reaksi kimia. Mereka terdiri dari rumus atau struktur kimia untuk reaktan di sebelah kiri dan produk di sebelah kanan, dipisahkan oleh sebuah panah (→) yang menunjukkan arah dan jenis reaksi, di mana panah ini diartikan sebagai "menghasilkan". Ujung panah menunjuk ke arah di mana reaksi berlangsung. Dalam kasus reaksi kesetimbangan, digunakan panah ganda (⇌) yang menunjukkan reaksi berjalan ke arah yang berlawanan. Untuk memastikan keseimbangan, jumlah atom dari setiap spesies harus sama di kedua sisi persamaan, yang biasanya dicapai dengan menyesuaikan jumlah molekul yang terlibat menggunakan bilangan bulat yang sesuai.

Representasi persamaan kimia sederhana dapat dinyatakan sebagai berikut:
a A + b B → c C + d D

Reaksi yang lebih kompleks sering kali diilustrasikan melalui skema reaksi, yang selain menampilkan bahan awal dan produknya, juga mencakup keadaan antara atau keadaan transisi yang relevan. Selain itu, beberapa penambahan kecil pada reaksi, seperti air, panas, atau katalis, dapat ditunjukkan di atas panah reaksi. Sebaliknya, produk kecil kadang-kadang ditempatkan di bawah panah, sering kali dengan tanda minus untuk menunjukkan bahwa mereka merupakan produk sampingan dari reaksi tersebut.

Reaksi dasar

Reaksi elementer merupakan bagian terkecil di mana suatu reaksi kimia dapat dibagi, dan tidak memiliki produk antara. Sebagian besar reaksi yang diamati dapat direpresentasikan sebagai serangkaian reaksi elementer yang terjadi secara bersamaan atau berurutan. Urutan sebenarnya dari setiap langkah reaksi elementer dikenal sebagai mekanisme reaksi. Reaksi elementer melibatkan beberapa molekul, biasanya satu atau dua, karena kemungkinan beberapa molekul bertemu pada waktu tertentu adalah kecil.

Dua jenis reaksi elementer yang penting adalah reaksi unimolekuler dan bimolekuler. Reaksi unimolekuler melibatkan hanya satu molekul yang berubah menjadi satu atau lebih molekul lain, seperti dalam kasus isomerisasi cis-trans. Reaksi ini membutuhkan energi tambahan dalam bentuk panas atau cahaya. Di sisi lain, dalam reaksi disosiasi, sebuah molekul terpecah menjadi dua fragmen molekul. Pemisahan ini bisa homolitik, di mana setiap fragmen mempertahankan elektron, atau heterolitik, di mana elektron ikatan berada pada satu produk, menghasilkan ion bermuatan. Disosiasi ini penting dalam memicu reaksi berantai, seperti reaksi hidrogen-oksigen atau polimerisasi.

Dalam reaksi bimolekuler, dua molekul bertabrakan dan bereaksi satu sama lain, menghasilkan produk gabungan. Reaksi ini dikenal sebagai sintesis kimia atau reaksi adisi. Ada juga reaksi di mana hanya sebagian dari satu molekul yang berpindah ke molekul lainnya, seperti pada reaksi redoks dan asam basa. Dalam reaksi redoks, partikel yang ditransfer adalah elektron, sedangkan dalam reaksi asam-basa adalah proton. Jenis reaksi ini juga dikenal sebagai metatesis.

Kesetimbangan kimia

Banyak reaksi kimia bersifat reversibel, yang berarti mereka dapat berlangsung ke arah maju dan balik. Laju reaksi maju dan balik saling bersaing, tergantung pada konsentrasi bahan kimia yang terlibat, dan dapat berubah seiring waktu. Ketika laju reaksi balik bertambah, secara bertahap ia menjadi sama dengan laju reaksi maju, mencapai suatu titik di mana kesetimbangan kimia terbentuk. Waktu yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan dipengaruhi oleh faktor seperti suhu, tekanan, dan jenis bahan kimia yang terlibat, dan ditentukan oleh nilai energi bebas minimum. Dalam keadaan kesetimbangan, energi bebas Gibbs harus nol. Prinsip Le Chatelier menjelaskan bagaimana peningkatan tekanan dapat mempengaruhi kesetimbangan kimia: jika tekanan meningkat karena volume berkurang, reaksi akan bergeser ke arah dengan jumlah mol gas yang lebih sedikit.

Walaupun hasil reaksi stabil pada kesetimbangan, konsentrasi produk dapat ditingkatkan dengan menghapusnya dari campuran reaksi atau dengan meningkatkan suhu atau tekanan. Meskipun demikian, perubahan konsentrasi reaktan tidak akan mempengaruhi nilai tetapan kesetimbangan, meskipun akan mempengaruhi posisi kesetimbangan.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Reagen

Katalisis (/kəˈtæləsɪsɪs/) adalah peningkatan laju reaksi kimia karena adanya zat tambahan yang dikenal sebagai katalis (/ˈkætəlɪst/). Katalis tidak dikonsumsi oleh reaksi dan tetap tidak berubah setelahnya, jika reaksi cepat dan katalis mendaur ulang dengan cepat, jumlah katalis yang sangat kecil sering kali sudah cukup, pencampuran, luas permukaan, dan suhu merupakan faktor penting dalam laju reaksi. Katalis umumnya bereaksi dengan satu atau lebih reaktan untuk membentuk zat antara yang kemudian menghasilkan produk reaksi akhir, dalam proses regenerasi katalis.

Peningkatan laju terjadi karena katalis memungkinkan reaksi terjadi dengan mekanisme alternatif yang mungkin jauh lebih cepat daripada mekanisme non-katalis. Namun mekanisme non-katalis tetap memungkinkan, sehingga laju total (katalis plus non-katalis) hanya dapat meningkat dengan adanya katalis dan tidak pernah berkurang. Katalisis dapat diklasifikasikan sebagai homogen, yang komponennya terdispersi dalam fase yang sama (biasanya gas atau cairan) dengan reaktan, atau heterogen, yang komponennya tidak dalam fase yang sama. Enzim dan biokatalis lainnya sering dianggap sebagai kategori ketiga.

Katalisis ada di mana-mana dalam semua jenis industri kimia. Diperkirakan 90% dari semua produk kimia yang diproduksi secara komersial melibatkan katalis pada tahap tertentu dalam proses pembuatannya.Istilah "katalis" berasal dari bahasa Yunani καταλύειν, kataluein, yang berarti "melonggarkan" atau "melepaskan". Konsep katalisis ditemukan oleh ahli kimia Elizabeth Fulhame, berdasarkan karya novelnya dalam eksperimen reduksi oksidasi.

Prinsip-prinsip umum

Contoh ilustrasi adalah efek katalis untuk mempercepat penguraian hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen:

2 H2O2 → 2 H2O + O2
Reaksi ini berlangsung karena produk reaksi lebih stabil daripada senyawa awal, tetapi penguraian ini sangat lambat sehingga larutan hidrogen peroksida tersedia secara komersial. Dengan adanya katalis seperti mangan dioksida, reaksi ini berlangsung lebih cepat. Efek ini dapat dilihat dari buih oksigen yang dihasilkan. Katalis tidak dikonsumsi dalam reaksi, dan dapat diperoleh kembali tanpa perubahan dan digunakan kembali tanpa batas waktu. Oleh karena itu, mangan dioksida dikatakan mengkatalisis reaksi ini. Pada organisme hidup, reaksi ini dikatalisis oleh enzim (protein yang berfungsi sebagai katalis) seperti katalase.

Satuan
Satuan turunan SI untuk mengukur aktivitas katalitik katalis adalah katal, yang dikuantifikasi dalam mol per detik. Produktivitas katalis dapat digambarkan dengan angka perputaran (atau TON) dan aktivitas katalitik dengan frekuensi perputaran (TOF), yaitu TON per unit waktu. Setara dengan biokimia adalah unit enzim. Untuk informasi lebih lanjut mengenai efisiensi katalisis enzimatik, lihat artikel tentang enzim.

Mekanisme reaksi katalitik
Pada umumnya, reaksi kimia terjadi lebih cepat dengan adanya katalis karena katalis memberikan mekanisme reaksi alternatif (jalur reaksi) yang memiliki energi aktivasi yang lebih rendah daripada mekanisme yang tidak dikatalisis. Pada mekanisme yang dikatalisis, katalis diregenerasi.

Sebagai contoh sederhana yang terjadi pada fase gas, reaksi 2 SO2 + O2 → 2 SO3 dapat dikatalisis dengan menambahkan oksida nitrat. Reaksi ini terjadi dalam dua langkah:

2 NO + O2 → 2 NO2 (menentukan laju)

NO2 + SO2 → NO + SO3 (cepat)

Katalis NO diregenerasi. Laju keseluruhan adalah laju langkah lambat

v = 2k1[NO]2[O2].
Contoh katalisis heterogen adalah reaksi oksigen dan hidrogen pada permukaan titanium dioksida (TiO2, atau titania) untuk menghasilkan air. Pemindaian mikroskop tunneling menunjukkan bahwa molekul-molekul tersebut mengalami adsorpsi dan disosiasi. Atom O dan H yang terdisosiasi dan terikat di permukaan berdifusi bersama. Keadaan reaksi antara adalah: HO2, H2O2, kemudian H3O2 dan produk reaksi (dimer molekul air), setelah itu molekul air terdesorpsi dari permukaan katalis.

Energi reaksi
Katalis memungkinkan jalur yang berbeda dari reaksi tanpa katalis. Jalur ini memiliki energi aktivasi yang lebih rendah. Akibatnya, lebih banyak tumbukan molekul yang memiliki energi yang dibutuhkan untuk mencapai keadaan transisi. Oleh karena itu, katalis dapat memungkinkan reaksi yang seharusnya diblokir atau diperlambat oleh penghalang kinetik. Katalis dapat meningkatkan laju reaksi atau selektivitas, atau memungkinkan reaksi pada suhu yang lebih rendah. Efek ini dapat diilustrasikan dengan diagram profil energi.

Dalam reaksi elementer yang dikatalisis, katalis tidak mengubah tingkat reaksi: katalis tidak berpengaruh pada kesetimbangan kimiawi suatu reaksi. Rasio laju reaksi maju dan mundur tidak terpengaruh (lihat juga termodinamika). Hukum termodinamika kedua menjelaskan mengapa katalis tidak mengubah kesetimbangan kimia suatu reaksi. Misalkan ada katalis yang menggeser kesetimbangan. Memasukkan katalis ke dalam sistem akan menghasilkan reaksi yang berpindah ke kesetimbangan baru, menghasilkan energi.

Produksi energi adalah hasil yang diperlukan karena reaksi bersifat spontan hanya jika energi bebas Gibbs dihasilkan, dan jika tidak ada penghalang energi, tidak diperlukan katalis. Kemudian, menghilangkan katalis juga akan menghasilkan reaksi, menghasilkan energi; yaitu penambahan dan proses kebalikannya, penghilangan, akan menghasilkan energi. Dengan demikian, katalis yang dapat mengubah kesetimbangan akan menjadi mesin yang bergerak terus-menerus, yang bertentangan dengan hukum termodinamika. Dengan demikian, katalis tidak mengubah konstanta kesetimbangan. (Namun, katalis dapat mengubah konsentrasi kesetimbangan dengan bereaksi pada langkah berikutnya. Katalis ini kemudian dikonsumsi saat reaksi berlangsung, dan dengan demikian juga merupakan reaktan. Sebagai ilustrasi adalah hidrolisis ester yang dikatalisis oleh basa, di mana asam karboksilat yang dihasilkan segera bereaksi dengan katalis basa dan dengan demikian kesetimbangan reaksi bergeser ke arah hidrolisis).

Katalis menstabilkan keadaan transisi lebih dari sekadar menstabilkan bahan awal. Ini mengurangi penghalang kinetik dengan mengurangi perbedaan energi antara bahan awal dan keadaan transisi. Ini tidak mengubah perbedaan energi antara bahan awal dan produk (penghalang termodinamika), atau energi yang tersedia (ini disediakan oleh lingkungan sebagai panas atau cahaya).

Konsep terkait

Beberapa yang disebut katalis sebenarnya adalah prekatalis. Prekatalis berubah menjadi katalis dalam reaksi. Sebagai contoh, katalis Wilkinson, RhCl(PPh3)3, kehilangan satu ligan trifenilfosfina sebelum memasuki siklus katalitik yang sebenarnya. Prekatalis lebih mudah disimpan tetapi mudah diaktifkan di tempat. Karena langkah praaktivasi ini, banyak reaksi katalitik melibatkan periode induksi. Dalam katalisis kooperatif, spesies kimia yang meningkatkan aktivitas katalitik disebut kokatalis atau promotor.Dalam katalisis tandem, dua atau lebih katalis yang berbeda digabungkan dalam reaksi satu pot.

Dalam autokatalisis, katalis adalah produk dari keseluruhan reaksi, berbeda dengan semua jenis katalisis lainnya yang dibahas dalam artikel ini. Contoh paling sederhana dari autokatalisis adalah reaksi tipe A + B → 2 B, dalam satu atau beberapa langkah. Reaksi keseluruhan hanya A → B, sehingga B adalah produk. Tetapi karena B juga merupakan reaktan, maka B dapat hadir dalam persamaan laju dan mempengaruhi laju reaksi. Saat reaksi berlangsung, konsentrasi B meningkat dan dapat mempercepat reaksi sebagai katalis. Akibatnya, reaksi mempercepat dirinya sendiri atau autokatalisis. Contohnya adalah hidrolisis ester seperti aspirin menjadi asam karboksilat dan alkohol. Dengan tidak adanya katalis asam yang ditambahkan, produk asam karboksilat mengkatalisis hidrolisis.

Katalis sejati dapat bekerja bersama-sama dengan katalis korban. Katalis sejati dikonsumsi dalam reaksi elementer dan diubah menjadi bentuk yang dinonaktifkan. Katalis korban meregenerasi katalis sejati untuk siklus berikutnya. Katalis korban dikonsumsi dalam reaksi, dan dengan demikian, ini sebenarnya bukan katalis, tetapi reagen. Sebagai contoh, osmium tetroksida (OsO4) adalah pereaksi yang baik untuk dihidroksilasi, tetapi sangat beracun dan mahal. Dalam dihidroksilasi Upjohn, katalis pengorbanan N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) meregenerasi OsO4, dan hanya jumlah katalitik OsO4 yang dibutuhkan.

Klasifikasi

Katalisis dapat diklasifikasikan sebagai homogen atau heterogen. Katalisis homogen adalah katalisis yang komponennya terdispersi dalam fase yang sama (biasanya gas atau cairan) dengan molekul reaktan. Katalisis heterogen adalah katalisis yang komponen reaksinya tidak berada dalam fase yang sama. Enzim dan biokatalis lainnya sering dianggap sebagai kategori ketiga. Prinsip-prinsip mekanistik yang sama berlaku untuk heterogen, homogen, dan biokatalisis.

Katalisis heterogen

Katalis heterogen bekerja dalam fase yang berbeda dari reaktan. Sebagian besar katalis heterogen adalah padatan yang bekerja pada substrat dalam campuran reaksi cair atau gas. Katalis heterogen yang penting termasuk zeolit, alumina, oksida tingkat tinggi, karbon grafit, oksida logam transisi, logam seperti nikel Raney untuk hidrogenasi, dan vanadium (V) oksida untuk oksidasi sulfur dioksida menjadi sulfur trioksida melalui proses kontak.

Mekanisme yang beragam untuk reaksi pada permukaan telah diketahui, tergantung pada bagaimana adsorpsi berlangsung (Langmuir-Hinshelwood, Eley-Rideal, dan Mars-van Krevelen). 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, yang merupakan atom atau permukaan kristal di mana substrat benar-benar berikatan. Situs aktif adalah atom tetapi sering digambarkan sebagai aspek (tepi, permukaan, langkah, dll.) dari suatu padatan. Sebagian besar volume tetapi juga sebagian besar permukaan katalis heterogen mungkin tidak aktif secara katalitik. Mencari tahu sifat situs aktif secara teknis menantang.

Sebagai contoh, katalis untuk proses Haber untuk sintesis amonia dari nitrogen dan hidrogen sering digambarkan sebagai besi. Namun, studi terperinci dan banyak optimasi telah menghasilkan katalis yang merupakan campuran besi-kalium-kalsium-aluminium-oksida. Gas-gas yang bereaksi teradsorpsi ke situs aktif pada partikel besi. Setelah teradsorpsi secara fisik, reagen-reagen tersebut terpisah sebagian atau seluruhnya dan membentuk ikatan baru. Dengan cara ini, ikatan rangkap tiga yang sangat kuat dalam nitrogen diputuskan, yang akan sangat jarang terjadi pada fase gas karena energi aktivasinya yang tinggi. Dengan demikian, energi aktivasi dari keseluruhan reaksi diturunkan, dan laju reaksi meningkat. Tempat lain di mana katalis heterogen diterapkan adalah dalam oksidasi sulfur dioksida pada vanadium (V) oksida untuk produksi asam sulfat. Banyak katalis heterogen yang sebenarnya adalah material nano.

Katalis heterogen biasanya "didukung", yang berarti bahwa katalis didispersikan pada bahan kedua yang meningkatkan efektivitas atau meminimalkan biayanya. Pendukung mencegah atau meminimalkan aglomerasi dan sintering partikel katalis kecil, mengekspos lebih banyak area permukaan, sehingga katalis memiliki aktivitas spesifik yang lebih tinggi (per gram) pada pendukung. Kadang-kadang penyangga hanya berupa permukaan tempat katalis disebarkan untuk meningkatkan luas permukaan.

Lebih sering, pendukung dan katalis berinteraksi, mempengaruhi reaksi katalitik. Pendukung juga dapat digunakan dalam sintesis nanopartikel dengan menyediakan tempat bagi molekul individu katalis untuk berikatan secara kimiawi. Pendukung adalah bahan berpori dengan luas permukaan yang tinggi, biasanya alumina, zeolit, atau berbagai jenis karbon aktif. Pendukung khusus termasuk silikon dioksida, titanium dioksida, kalsium karbonat, dan barium sulfat.

Elektrokatalis
Dalam konteks elektrokimia, khususnya dalam rekayasa sel bahan bakar, berbagai katalis yang mengandung logam digunakan untuk meningkatkan laju setengah reaksi yang membentuk sel bahan bakar. Salah satu jenis elektrokatalis sel bahan bakar yang umum didasarkan pada nanopartikel platina yang didukung oleh partikel karbon yang sedikit lebih besar. Ketika bersentuhan dengan salah satu elektroda dalam sel bahan bakar, platina ini meningkatkan laju reduksi oksigen menjadi air atau hidroksida atau hidrogen peroksida.

Katalisis homogen
Katalis homogen berfungsi dalam fase yang sama dengan reaktan. 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. Proses volume tinggi yang membutuhkan katalis homogen meliputi hidroformilasi, hidrosilasi, hidrosianasi. Bagi ahli kimia anorganik, katalisis homogen sering kali identik dengan katalis organologam. Namun, banyak katalis homogen yang tidak bersifat organologam, diilustrasikan dengan penggunaan garam kobalt yang mengkatalisis oksidasi p-xilena menjadi asam tereftalat.

Organokatalisis
Meskipun logam transisi terkadang menarik sebagian besar perhatian dalam studi katalisis, molekul organik kecil tanpa logam juga dapat menunjukkan sifat katalitik, seperti yang terlihat dari fakta bahwa banyak enzim tidak memiliki logam transisi. Biasanya, katalis organik membutuhkan pemuatan yang lebih tinggi (jumlah katalis per satuan jumlah reaktan, dinyatakan dalam mol% jumlah zat) daripada katalis berbasis logam transisi (-ion), tetapi katalis ini biasanya tersedia secara komersial dalam jumlah besar, sehingga membantu menurunkan biaya. Pada awal tahun 2000-an, organokatalis ini dianggap sebagai "generasi baru" dan bersaing dengan katalis yang mengandung logam (-ion) tradisional.

Organokatalis seharusnya beroperasi mirip dengan enzim bebas logam yang memanfaatkan, misalnya, interaksi non-kovalen seperti ikatan hidrogen. Disiplin organokatalisis dibagi menjadi penerapan organokatalis kovalen (misalnya, prolin, DMAP) dan non-kovalen (misalnya, organokatalisis tiourea) yang mengacu pada pengikatan dan interaksi katalis-substrat yang lebih disukai. Penghargaan Nobel Kimia 2021 diberikan secara bersama-sama kepada Benjamin List dan David W.C. MacMillan "untuk pengembangan organokatalisis asimetris."

Fotokatalis
Fotokatalisis adalah fenomena di mana katalis dapat menerima cahaya untuk menghasilkan keadaan tereksitasi yang mempengaruhi reaksi redoks. Oksigen tunggal biasanya diproduksi oleh fotokatalisis. Fotokatalis adalah komponen sel surya yang peka terhadap zat warna.

Enzim dan biokatalis
Dalam biologi, enzim adalah katalis berbasis protein dalam metabolisme dan katabolisme. Sebagian besar biokatalis adalah enzim, tetapi kelas biomolekul berbasis non-protein lainnya juga menunjukkan sifat katalitik termasuk ribozim dan deoksiribozim sintetis.

Biokatalis dapat dianggap sebagai perantara antara katalis homogen dan heterogen, meskipun sebenarnya enzim yang dapat larut adalah katalis homogen dan enzim yang terikat membran adalah heterogen. Beberapa faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim (dan katalis lainnya) termasuk suhu, pH, konsentrasi enzim, substrat, dan produk. Pereaksi yang sangat penting dalam reaksi enzimatik adalah air, yang merupakan produk dari banyak reaksi pembentukan ikatan dan reaktan dalam banyak proses pemutusan ikatan. Dalam biokatalisis, enzim digunakan untuk membuat banyak bahan kimia komoditas termasuk sirup jagung fruktosa tinggi dan akrilamida.

Beberapa antibodi monoklonal yang target pengikatannya adalah molekul stabil yang menyerupai keadaan transisi reaksi kimia dapat berfungsi sebagai katalisator lemah untuk reaksi kimia tersebut dengan menurunkan energi aktivasinya. Antibodi katalitik semacam itu kadang-kadang disebut "abzim".

Disadur dari: en.wikipedia.org

Teknik biokimia

Teknik biokimia, juga dikenal sebagai teknik bioproses, adalah bidang studi yang berakar dari teknik kimia dan teknik biologi. Bidang ini terutama berkaitan dengan desain, konstruksi, dan kemajuan unit proses yang melibatkan organisme biologis (seperti fermentasi) atau molekul organik (sering kali enzim) dan memiliki berbagai aplikasi di bidang-bidang yang diminati seperti bahan bakar nabati, makanan, farmasi, bioteknologi, dan proses pengolahan air. Peran seorang insinyur biokimia adalah mengambil temuan yang dikembangkan oleh ahli biologi dan ahli kimia di laboratorium dan menerjemahkannya ke dalam proses produksi berskala besar.

Sejarah
Selama ratusan tahun, manusia telah memanfaatkan reaksi kimia organisme biologis untuk menciptakan barang. Pada pertengahan tahun 1800-an, Louis Pasteur adalah salah satu orang pertama yang meneliti peran organisme ini ketika ia meneliti fermentasi. Karyanya juga berkontribusi pada penggunaan pasteurisasi, yang masih digunakan hingga hari ini. Pada awal 1900-an, penggunaan mikroorganisme telah meluas, dan digunakan untuk membuat produk industri.

Hingga saat itu, teknik biokimia belum berkembang sebagai sebuah bidang. Baru pada tahun 1928, ketika Alexander Fleming menemukan penisilin, bidang teknik biokimia didirikan. Setelah penemuan ini, sampel dikumpulkan dari seluruh dunia untuk melanjutkan penelitian tentang karakteristik mikroba dari berbagai tempat seperti tanah, kebun, hutan, sungai, dan sungai. Saat ini, insinyur biokimia dapat ditemukan bekerja di berbagai industri, mulai dari makanan hingga farmasi. Hal ini disebabkan oleh meningkatnya kebutuhan akan efisiensi dan produksi yang membutuhkan pengetahuan tentang bagaimana sistem biologis dan reaksi kimia berinteraksi satu sama lain dan bagaimana mereka dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan ini.

Pendidikan

Teknik biokimia bukanlah jurusan yang ditawarkan oleh sebagian besar universitas dan merupakan bidang minat di bawah jurusan teknik kimia dalam banyak kasus. Universitas-universitas berikut ini diketahui menawarkan gelar dalam bidang teknik biokimia:

• Brown University - Providence, RI
• Christian Brothers University - Memphis, TN
• Sekolah Pertambangan Colorado - Golden, CO
• Universitas Rowan - Glassboro, NJ
• Universitas Colorado Boulder - Boulder, CO
• Universitas Georgia - Athena, GA
• Universitas California, Davis - Davis, CA
• University College London - London, Inggris Raya
• Universitas California Selatan - Los Angeles, CA
• University of Western Ontario - Ontario, Kanada
• Institut Teknologi India (BHU) Varanasi - Varanasi, UP
• Institut Teknologi India Delhi - Delhi
• Institut Teknologi Tijuana - Meksiko
• Universitas Baghdad, Sekolah Tinggi Teknik, Biokimia Al-Khawarizmi

Aplikasi

Bioteknologi

Bioteknologi dan teknik biokimia terkait erat satu sama lain karena teknik biokimia dapat dianggap sebagai sub-cabang bioteknologi. Salah satu fokus utama bioteknologi adalah di bidang medis, di mana para insinyur biokimia bekerja untuk merancang obat-obatan, organ buatan, perangkat biomedis, sensor kimia, dan sistem pengiriman obat. Insinyur biokimia menggunakan pengetahuan mereka tentang proses kimia dalam sistem biologis untuk menciptakan produk nyata yang meningkatkan kesehatan masyarakat. Bidang studi spesifik meliputi metabolisme, enzim, dan rekayasa jaringan. Studi tentang kultur sel banyak digunakan dalam teknik biokimia dan bioteknologi karena banyak aplikasinya dalam mengembangkan bahan bakar alami, meningkatkan efisiensi dalam memproduksi obat-obatan dan proses farmasi, dan juga menciptakan obat untuk penyakit. Aplikasi medis lainnya dari teknik biokimia dalam bioteknologi adalah pengujian genetika dan farmakogenomik.

Industri Makanan

Insinyur biokimia terutama berfokus pada perancangan sistem yang akan meningkatkan produksi, pemrosesan, pengemasan, penyimpanan, dan distribusi makanan. Beberapa makanan yang biasa diproses termasuk gandum, buah-buahan, dan susu yang menjalani proses seperti penggilingan, dehidrasi, dan pasteurisasi untuk menjadi produk yang dapat dijual. Ada tiga tingkat pengolahan makanan: primer, sekunder, dan tersier.

Pengolahan pangan primer melibatkan proses mengubah produk pertanian menjadi produk lain yang dapat diubah menjadi makanan, pengolahan pangan sekunder adalah pembuatan makanan dari bahan-bahan yang sudah tersedia, dan pengolahan pangan tersier adalah produksi komersial makanan siap santap atau makanan siap saji. Mengeringkan, mengawetkan, mengasinkan, dan memfermentasi makanan adalah beberapa teknik pengolahan makanan tertua yang digunakan untuk mengawetkan makanan dengan mencegah ragi, jamur, dan bakteri yang menyebabkan pembusukan. Metode untuk mengawetkan makanan telah berevolusi untuk memenuhi standar keamanan makanan saat ini tetapi masih menggunakan proses yang sama seperti di masa lalu.

Insinyur biokimia juga bekerja untuk meningkatkan nilai gizi produk makanan, seperti pada beras emas, yang dikembangkan untuk mencegah kekurangan vitamin A di daerah-daerah tertentu di mana hal ini menjadi masalah. Upaya untuk memajukan teknologi pengawetan juga dapat memastikan retensi nutrisi yang tahan lama saat makanan disimpan. Pengemasan memainkan peran kunci dalam mengawetkan serta memastikan keamanan makanan dengan melindungi produk dari kontaminasi, kerusakan fisik, dan gangguan.Pengemasan juga dapat mempermudah pengangkutan dan penyajian makanan. Pekerjaan umum bagi insinyur biokimia yang bekerja di industri makanan adalah merancang cara untuk melakukan semua proses ini dalam skala besar untuk memenuhi permintaan populasi. Tanggung jawab untuk jalur karier ini termasuk merancang dan melakukan eksperimen, mengoptimalkan proses, berkonsultasi dengan kelompok untuk mengembangkan teknologi baru, dan menyiapkan rencana proyek untuk peralatan dan fasilitas.

Disadur dari: en.wikipedia.org