14
Laju reaksi keseluruhan ditentukan oleh tahapan reaksi yang paling lambat. Apabila tahapan difusi 1, 2, 6 dan 7 dianggap sangat cepat dibandingkan tahapan
reaksi 3, 4 dan 5 maka konsentrasi situs aktif bulk fluid dapat diabaikan. Dalam kasus ini, tahapan transfer atau difusi tidak mempengaruhi laju reaksi keseluruhan
sehingga yang perlu diperhatikan adalah tahapan adsorpsi, reaksi permukaan dan desorpsi Fogler, 1992.
A. Adsorpsi
Adsorpsi adalah gaya tarik menarik dari komponen atom penyusunnya dalam permukaan sebagai kompensasi adanya ketidakseimbangan gaya pada
permukaan padatan tersebut akibat atom-atom di permukaan tidak memiliki tetangga yang lengkap. Situs aktif katalis terbagi menjadi dua yaitu situs aktif
katalis terisi dan situs aktif katalis kosong. Situs aktif terisi inilah yang telah mengadsorpsi reaktan. Adsorpsi terbagi menjadi 2 yaitu:
1. Adsorpsi molekuler, terjadi bila molekul teradsorpsi secara langsung pada
adsorben dengan tidak mengalami pemutusan ikatan molekul. A
2
+ S A
2
S adsorpsi molekuler Persamaan laju reaksi:
r
AD
= k
A2
P
A2
C
v
– k’
A2
C
A2S
atau r
AD
= k
A2
. P
A2
. C
V
– C
A2S
K
A2
2.1 K
A2
adalah tetapan setimbang adsorpsi, K
A2
= k
A2
k’
A2
2. Adsorpsi disosiatif, terjadi dengan adanya pemutusan ikatan molekul
menjadi atom-atom penyusunnya. A + S AS
adsorpsi disosiatif
k
A
k
’
A
k
A2
k
’
A2
15
Persamaan laju reaksi: r
AD
= k
A
P
A
C
v
– k’
A
C
AS
atau r
AD
= k
A
. P
A
. C
V
– C
AS
K
A
2.2 K
A
adalah tetapan setimbang adsorpsi, K
A
= k
A
k’
A
Masel, 2001
B. Reaksi permukaan
Ketika reaktan telah di adsorpsi pada permukaan, reaktan mampu bereaksi dengan beberapa cara untuk membentuk produk, yaitu:
1. Mekanisme Langmuir-Hinshelwood, terjadi bila gas yang teradsorpsi terikat
pada lapisan monomolekuler, situs aktif permukaannya adalah homogen dan situs aktifnya mempunyai afinitas ikatan yang sama Alberty, 1998.
a. Mekanisme single-site reaktan teradsorpsi hanya dengan satu situs.
AS BS
Persamaan laju reaksi, r
S
= k
S
. C
AS
– C
BS
K
S
2.3 K
s
adalah tetapan setimbang reaksi permukaan, K
S
= k
S
k’
S
Persamaan laju adalah orde satu pada penutupan permukaan: r = k
θ
A
θ
A
= jumlah situs adsorpsi yang terisi jumlah situs adsorpsi yang tersedia.
Jumlah gas yang teradsorpsi pada tekanan tertentu dan suhu tetap didefinisikan sebagai isoterm adsorpsi. Isoterm adsorpsi mengikuti
isoterm Langmuir dengan asumsi tiap situs adsorpsi adalah sama dan kemampuan mengikat partikel tidak tergantung pada dekat tidaknya
situs yang ditempati.
k
S
k’
S
16
Laju perubahan penutupan permukaan karena adsorpsi: N d
θdt = K
A
. P
A
. N1– θ
N1– θ = situs kosong, N = jumlah total situs dan K
A
= tetapan laju adsorpsi.
Sedangkan laju perubahan penutupan permukaan karena desorpsi: N d
θdt = K
D
. N. θ
dengan K
D
= tetapan laju desorpsi Laju adsorpsi dan desorpsi setimbang adalah sama, sehingga
θ
A
= K. P
A
1 + K. P
A
, dengan K = K
A
K
D
Substitusi θ
A
di atas pada persamaan laju, sehingga: r = k. K. P
A
1 + K. P
A
2.4 b.
Mekanisme dual-site reaktan teradsorpsi dengan dua situs i.
Reaksi antara reaktan yang teradsorpsi dengan situs aktif kosong. AS + S’ BS’ + S
Persamaan laju reaksi, r
S
= k
S
. C
AS
. C
V
– C
BS
. C
V
K
S
2.5 ii.
Reaksi antar dua reaktan yang teradsorpsi dengan jenis situs aktif yang sama.
AS + BS CS + DS Persamaan laju reaksi, r
S
= k
S
. C
AS
. C
BS
– C
CS
. C
DS
K
S
2.6 iii.
Reaksi antar dua reaktan yang teradsorpsi dengan jenis situs aktif yang beda.
AS + BS’ CS’ + DS Persamaan laju reaksi, r
S
= k
S
. C
AS
. C
BS’
– C
CS
. C
DS
K
S
2.7
k
S
k’
S
k’
S
k
S
k
S
k’
S
17
Persamaan laju adalah orde dua pada penutupan permukaan: r = k
θ
A
. θ
B
Dengan menggunakan isoterm Langmuir seperti di atas diperoleh: θ
A
= K
A
. P
A
1 + K
A
. P
A
+ K
B
. P
B
θ
B
= K
B
. P
B
1 + K
A
. P
A
+ K
B
. P
B
Maka persamaan laju menjadi: r = k. K
A
. P
A
.K
B
. P
B
1 + K
A
. P
A
+ K
B
. P
B 2
2.8 2.
Mekanisme Eley-Rideal, terjadi bila molekul yang teradsorpsi bereaksi dengan molekul di dalam fluid yang tidak teradsorpsi dalam fase gas.
AS + B
g
CS + D
g
Persamaan laju reaksi, r
S
= k
S
. C
AS
. P
B
– C
CS
. P
D
K
S
Persamaan laju adalah orde satu pada penutupan permukaan : r = k
θ
A
. P
B
Dengan menggunakan isoterm Langmuir seperti di atas diperoleh θ
A
= K. P
A
1 + K. P
A
Maka persamaan laju menjadi: r = k. K. P
A.
P
B
1 + K. P
A
molekul monoatomik 2.9 r = k. K. P
A 12
.
P
B
1 + K. P
A 12
molekul diatomik 2.10 Jocheim, 1998 dan Fogler, 1999
C. Desorpsi
