51
Tabel 4.13. Persamaan Arrhenius dan Nilai Parameter Laju dari Model Power Rate Law
Model 6 untuk Katalis Cr
2
O
3
Zeolit dan Co
3
O
4
Zeolit.
Katalis Persamaan Arrhenius
Ea kJmol A
Rerata ralat 1,5 Cr
2
O
3
Zeolit ln k = -4.02547 + 383.8154 1T
-3.19104 1.785504 x 10
-2
0.8182992 2,5 Cr
2
O
3
Zeolit ln k = -3.405067 + 99.57792 1T
-0.82782 3.32046 x 10
-2
4.853726 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit ln k = -3.29034 + 44.55192 1T
-0.37040 3.724119 x 10
-2
8.270084 1,5 Co
3
O
4
Zeolit ln k = -3.336907 + 114.1059 1T
-0.94868 3.554673 x 10
-2
2.178416 2,5 Co
3
O
4
Zeolit ln k = -3.009452 – 39.15104 1T
0.32550 4.931869 x 10
-2
3.063945 3,5 Co
3
O
4
Zeolit ln k = -3.156964 + 36.25719 1T
-0.30144 4.255474 x 10
-2
3.954414
Dari data parameter laju pada tabel 4.13, maka persamaan laju reaksi lengkap model 6 menjadi sebagai berikut:
Tabel 4.14. Persamaan Laju Lengkap Model Power Rate Law Model 6 untuk Katalis Cr
2
O
3
Zeolit dan Co
3
O
4
Zeolit. Katalis
Persamaan Laju Lengkap Model 6, -r moljamg 1,5 Cr
2
O
3
Zeolit 1.785504x10
-2
e
383.8154T
. P
N2O 0.031009
.P
O2 -0.021009
2,5 Cr
2
O
3
Zeolit 3.32046x10
-2
e
99.57792T
. P
N2O 0.097009
.P
O2 -0.068009
3,5 Cr
2
O
3
Zeolit 3.724119x10
-2
e
44.55192T
. P
N2O 0.103009
.P
O2 -0.086009
1,5
Co
3
O
4
Zeolit
3.554673x10
-2
e
114.1059T
. P
N2O 0.214010
.P
O2 -0.199010
2,5
Co
3
O
4
Zeolit
4.931869x10
-2
e
-39.15104T
.P
N2O 0.374008
.P
O2 -0.371008
3,5
Co
3
O
4
Zeolit
4.255474x10
-2
e
36.25719T
. P
N2O 0.149009
.P
O2 -0.150009
4.3. Pengaruh Konsentrasi
Dari persamaan 2.13 tampak bahwa laju sebanding dengan konsentrasi semua spesies dalam reaktor. Ketika orde reaksi semua spesies berharga positif
dan konsentrasi semua spesies tinggi maka laju akan semakin cepat. Dalam hal ini, laju dipengaruhi oleh konsentrasi reaktan laju alir, konsentrasi produk dan
konsentrasi katalis. Tabel 4.4 menunjukkan bahwa semakin tinggi laju alir gas N
2
O mengakibatkan konversi semakin menurun. Hal ini disebabkan oleh proses
adsorpsi gas N
2
O yang menjadi sangat cepat atau bahkan gas N
2
O tidak mengalami adsorpsi, yang berakibat gas N
2
O tidak bereaksi membentuk produk. Contoh hubungan laju alir gas N
2
O dengan konversi gas N
2
O dapat dilihat pada
52
gambar 4.1 katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit dan gambar 4.2 katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit.
30 40
50 60
70 80
90
30 35
40 45
50 55
60 65
Laju Alir mLmenit K
o n
ver si
Suhu 473 K Suhu 573 K
Suhu 673 K Suhu 773 K
Gambar 4.1. Hubungan antara Laju Alir Versus Konversi Gas N
2
O pada berbagai Suhu untuk Katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit.
40 50
60 70
80 90
30 35
40 45
50 55
60 65
Laju Alir mLmenit K
o n
ver si
Suhu 473 K Suhu 573 K
Suhu 673 K Suhu 773 K
Gambar 4.2. Hubungan antara Laju Alir Versus Konversi Gas N
2
O pada berbagai Suhu untuk Katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit. Pada umumnya semakin turun konversi yang dihasilkan maka laju akan
semakin turun pula namun berdasarkan tabel 4.4 menginformasikan bahwa semakin turun konversi mengakibatkan laju semakin naik. Kejanggalan ini dapat
disebabkan oleh konsentrasi gas N
2
O awal yang sangat tinggi 99,5 , sehingga mengakibatkan akan lebih sering terjadi tumbukan baik antar molekul gas N
2
O
53
maupun antara molekul gas N
2
O dengan katalis. Hal ini menjadikan gas N
2
O makin mudah untuk teradsorpsi dan dalam hal ini ikatan adsorpsi yang terjadi
semakin kuat. Namun, kuatnya ikatan adsorpsi gas N
2
O pada katalis mengakibatkan makin sulitnya proses desorpsi gas O
2
. Adapun hubungan naiknya laju akibat dari turunnya konversi atau naiknya laju alir tersebut dapat terlihat
pada gambar 4.3 katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit dan gambar 4.4 katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit.
0.02 0.025
0.03 0.035
0.04 0.045
0.05
30 35
40 45
50 55
60 65
Laju Alir mLmenit L
a ju
m o
lj g
k a
t
Suhu 473 K Suhu 573 K
Suhu 673 K Suhu 773 K
Gambar 4.3. Hubungan antara Laju Alir Gas N
2
O dengan Laju Reaksi terhadap Variasi Suhu untuk Konsentrasi Katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit.
0.02 0.025
0.03 0.035
0.04 0.045
0.05 0.055
30 35
40 45
50 55
60 65
Laju Alir mLmenit
L a
ju m
o ljg
k a
t
Suhu 473 K Suhu 573 K
Suhu 673 K Suhu 773 K
Gambar 4.4. Hubungan antara Laju Alir Gas N
2
O dengan Laju Reaksi terhadap Variasi Suhu untuk Konsentrasi Katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit. Proses desorpsi gas O
2
merupakan langkah paling sulit dalam reaksi dekomposisi gas N
2
O Kapteijn et al., 1997. Akibatnya, molekul reaktan gas N
2
O
54
makin berkurang namun produk gas O
2
yang dibentuk hanya sedikit. Kondisi ini tidak sesuai dengan definisi laju reaksi, yaitu berkurangnya konsentrasi reaktan
dan bertambahnya konsentrasi produk. Dalam hal ini, produk gas O
2
yang sedikit ini merupakan inhibitor pada reaksi dekomposisi gas N
2
O Kapteijn et al., 1996 dan reaksi ini disebut juga dengan reaksi otoinhibisi Masel, 2001. Pengaruh
inhibitor gas O
2
oleh katalis Cr
2
O
3
Zeolit dialami lebih kuat dibandingkan oleh katalis Co
3
O
4
Zeolit Egerton et al., 1973. Pengaruh inhibitor ini dibuktikan dengan harga orde reaksi terhadap gas O
2
yang negatif pada tabel 4.11. Kapteijn et al
. 1996 juga menambahkan bahwa ketika telah terjadi hambatan O
2
maka harga orde reaksi dari molekul N
2
O berkisar antara 0 – 1 dan orde reaksi molekul O
2
berkisar antara 0 – -0,5. Di samping gas O
2
, reaksi dekomposisi gas N
2
O juga menghasilkan gas lain yang berupa gas NO dan NO
2
. Adapun reaksi yang terjadi adalah: 2 N
2
O 2 N
2
+ O
2
2 N
2
O 2 NO + N
2
2 NO + O
2
2 NO
2
Kehadirannya dari gas produk tersebut mengakibatkan kenaikan konversi tidak signifikan terhadap kenaikan suhu, yang dikarenakan produk gas tersebut dapat
bertindak sebagai agen pereduksi yang dapat menaikkan konversi dan ada kalanya juga dapat bertindak sebagai inhibitor yang dapat menurunkan konversi Kapteijn
et al. , 1996. Perannya gas produk tersebut sebagai agen pereduksi adalah dengan
cara mempermudah proses desorpsi gas O
2
. Reaksi dari agen pereduksi itu dapat digambarkan seperti berikut:
NO : NO + O NO
2
N
2
O + NO
2
N
2
+ NO
2
+ O NO
2
: NO
2
+ O NO + O
2
+
55
Pada laju alir gas N
2
O, konsentrasi katalis dan suhu yang sama dalam tabel 4.4 memperlihatkan konversi reaksi dekomposisi gas N
2
O oleh katalis Co
3
O
4
Zeolit lebih tinggi daripada katalis Cr
2
O
3
Zeolit. Konsentrasi katalis sangat mempengaruhi konversi. Pada umumnya,
semakin tinggi konsentrasi katalis dapat mengakibatkan konversi semakin naik. Peran katalis pada reaksi katalitik adalah memberikan situs yang mempermudah
molekul-molekul reaktan itu untuk mengalami tumbukan yang lebih berkualitas dibanding reaksi tanpa katalis dan berakibat makin mudahnya reaksi itu terjadi
Page, 1987. Semakin tinggi konsentrasi katalis mengindikasikan bahwa situs yang tersedia semakin banyak, sehingga makin mudah untuk terjadinya reaksi.
Namun katalis adalah zat yang memiliki sifat spesifik dan ini juga yang menjadikan semakin tinggi konsentrasi katalis tidak selalu berarti semakin
meningkatnya aktivitas katalis yang dikarenakan aktivitas katalis dipengaruhi oleh merata tidaknya situs aktif Page, 1987. Hubungan antara konsentrasi katalis
dengan konversi dan laju dituangkan pada tabel 4.4 yang dapat diilustrasikan pada gambar 4.5 dan gambar 4.6 untuk katalis Cr
2
O
3
Zeolit sedangkan gambar 4.7 dan gambar 4.8 untuk katalis Co
3
O
4
Zeolit.
56
10 20
30 40
50 60
70 80
Katalis 1,5 Katalis 2,5
Katalis 3,5
Konsentrasi Katalis K
o n
ver s
i
Suhu 473 K Suhu 573 K
Suhu 673 K Suhu 773 K
Gambar 4.5. Hubungan antara Konsentrasi Katalis dengan Konversi pada Laju Alir 50 mLmenit untuk Katalis Cr
2
O
3
Zeolit.
0.01 0.02
0.03 0.04
0.05
Katalis 1,5 Katalis 2,5
Katalis 3,5
Konsentrasi Katalis L
a ju
Suhu 473 K Suhu 573 K
Suhu 673 K Suhu 773 K
Gambar 4.6. Hubungan antara Konsentrasi Katalis dengan Laju pada Laju Alir 50 mLmenit untuk Katalis Cr
2
O
3
Zeolit.
20 40
60 80
100
Katalis 1,5 Katalis 2,5
Katalis 3,5
Konsentrasi Katalis K
o n
versi
Suhu 473 K Suhu 573 K
Suhu 673 K Suhu 773 K
57
Gambar 4.7. Hubungan antara Konsentrasi Katalis dengan Konversi pada Laju Alir 50 mLmenit untuk Katalis Co
3
O
4
Zeolit.
0.01 0.02
0.03 0.04
0.05 0.06
Katalis 1,5 Katalis 2,5
Katalis 3,5
Konsentrasi Katalis L
a ju
m o
ljg k
a t
Suhu 473 K Suhu 573 K
Suhu 673 K Suhu 773 K
Gambar 4.8. Hubungan antara Konsentrasi Katalis dengan Laju pada Laju Alir 50 mLmenit untuk Katalis Co
3
O
4
Zeolit. Menurut Masel 2001, apabila konsentrasi reaktan sangat tinggi maka
mekanisme reaksi yang terjadi mengikuti model Eley-Rideal. Hal ini terbukti dari Model Kinetika Terpilih yang merupakan model Eley-Rideal 2 Model 4.
Berdasarkan model 4, reaksi dekomposisi gas N
2
O terdiri dari 3 tahapan yaitu adsorpsi atom O
2
tahap 1, adsorpsi molekul O
2
tahap 2 dan desorpsi O
2
tahap 3. Menurut Kapteijn 1996, fenomena yang terjadi pada Model Kinetika Terpilih
model 4 adalah: 1.
Tahap 1 telah terjadi adsorpsi N
2
O yang lemah dan pembentukan atom O
2
permukaan yang sangat cepat. 2.
Tahap 2 telah terjadi reaksi permukaan antara atom oksigen permukaan dengan molekul gas N
2
O lain. 3.
Tahap 3 telah terjadi reaksi reversibel sejati dari desorpsi molekul O
2
permukaan.
58
Adapun ketiga tahapan reaksi di atas dapat digambarkan seperti berikut:
4.4. Pengaruh Suhu
