58
Adapun ketiga tahapan reaksi di atas dapat digambarkan seperti berikut:
4.4. Pengaruh Suhu
Pengaruh suhu terhadap laju dapat diungkapkan oleh Arrhenius persamaan 2.14 dan Van’t Hoff persamaan 2.15. Dari persamaan Arrhenius tampak bahwa
semakin naik suhu maka semakin naik tetapan laju k Masel, 2001 dan ini juga terjadi pada Model Kinetika Terpilih model 4 yaitu semakin naik suhu maka
semakin naik tetapan laju tahap 1 k
1
, tetapan laju tahap 2 k
2
dan tetapan laju tahap 3 k
3
Kapteijn et al., 1996. Contoh hubungan antara suhu dan tetapan laju k tercantum pada tabel 4.7 yang juga dapat terlihat pada gambar 4.9 – gambar 4.11
katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit dan gambar 4.12 – gambar 4.14 katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit:
y = -0.001x + 3.3711 3.3686
3.3688 3.369
3.3692 3.3694
3.3696 3.3698
3.37
1 1.1
1.2 1.3
1.4 1.5
1.6 1.7
1.8 1.9
2 2.1
2.2
1T x 1000 1K ln
k 1
k1 Linear k1
Gambar 4.9. Hubungan antara 1T Versus ln k
1
dari tahap 1 Model Kinetika Terpilih Model 4 untuk Katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit. N
2
O
g
+
sf
N
2g
+ O
sf
N
2
O
g
+ O
sf
N
2g
+ O
2sf
O
2sf
O
2g
+
sf
59
y = -0.5743x - 1.8666
-3.7 -3.5
-3.3 -3.1
-2.9 -2.7
-2.5 1
1.1 1.2
1.3 1.4
1.5 1.6
1.7 1.8
1.9 2
2.1 2.2
1T x 1000 1K ln
k 2
k2 Linear k2
Gambar 4.10. Hubungan antara 1T Versus ln k
2
dari tahap 2 Model Kinetika Terpilih Model 4 untuk Katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit.
y = -0.0011x + 3.3712
3.3684 3.3686
3.3688 3.369
3.3692 3.3694
3.3696 3.3698
3.37
1 1.1
1.2 1.3
1.4 1.5
1.6 1.7
1.8 1.9
2 2.1
2.2
1T x 1000 1K ln k
3
k3 Linear k3
Gambar 4.11. Hubungan antara 1T Versus ln k
3
dari tahap 3 Model Kinetika Terpilih Model 4 untuk Katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit. Dari gambar 4.9 - gambar 4.11 di atas terlihat adanya penurunan yang
tajam dari nilai ln k
1
, ln k
2
dan ln k
3
pada 1T = 1 773, hal ini dapat dijelaskan dari kombinasi tabel 4.3 dan tabel 4.7. Dari tabel 4.7 terlihat nilai tetapan k
1
, k
2
dan k
3
pada suhu 773 K mengalami penurunan dengan nilai SSE yang lebih kecil dibandingkan nilai SSE pada suhu 473 K. Hal ini berarti, penurunan titik pada
gambar 4.9 - gambar 4.11 di atas disebabkan oleh nilai k
1
, k
2
dan k
3
pada suhu 473 K. Kondisi ini didukung dari data pada tabel 4.4, pada laju alir yang semakin
tinggi, nilai konversi dan laju yang diperoleh tidak signifikan yaitu konversi dan
60
laju yang diperoleh pada laju alir 50 mLmenit lebih tinggi dibandingkan laju alir 40 mLmenit dan 60 mLmenit.
y = -0.001x + 3.3716 3.3694
3.3695 3.3696
3.3697 3.3698
3.3699 3.37
3.3701 3.3702
3.3703 3.3704
1 1.1
1.2 1.3
1.4 1.5
1.6 1.7
1.8 1.9
2 2.1
2.2
1T x 1000 1K ln
k 1
k1 Linear k1
Gambar 4.12. Hubungan antara 1T Versus ln k
1
dari tahap 1 Model Kinetika Terpilih Model 4 untuk Katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit.
y = -0.3591x - 1.9908 -2.8
-2.75 -2.7
-2.65 -2.6
-2.55 -2.5
-2.45 -2.4
1 1.1
1.2 1.3
1.4 1.5
1.6 1.7
1.8 1.9
2 2.1
2.2
1T x 1000 1K
ln k
2
k2 Linear k2
Gambar 4.13. Hubungan antara 1T Versus ln k
2
dari tahap 2 Model Kinetika Terpilih Model 4 untuk Katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit.
y = -0.0009x + 3.3714
3.3694 3.3695
3.3696 3.3697
3.3698 3.3699
3.37 3.3701
3.3702 3.3703
1 1.1
1.2 1.3
1.4 1.5
1.6 1.7
1.8 1.9
2 2.1
2.2
1T x 1000 1K ln k3
k3 Linear k3
Gambar 4.14. Hubungan antara 1T Versus ln k
3
dari tahap 3 Model Kinetika Terpilih Model 4 untuk Katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit.
61
Dari gambar 4.12 - gambar 4.14 terlihat adanya nilai ln k
1
, ln k
2
dan ln k
3
yang tetap pada kenaikan suhu 1 573 ke 1 673 K. Kondisi ini dapat dibuktikan pada tabel 4.7 dengan menunjukkan nilai tetapan laju k
1
, k
2
dan k
3
yang tetap pada kenaikan suhu dari 573 ke 673 K dengan nilai SSE kedua suhu tersebut lebih kecil
dibandingkan nilai SSE pada suhu 773 K. Hal ini berarti, titik yang tetap pada gambar 4.12 - gambar 4.14 di atas disebabkan oleh nilai k
1
, k
2
dan k
3
pada suhu 773 K. Kondisi ini didukung dari data pada tabel 4.4, pada laju alir yang semakin
tinggi yaitu laju alir 60 mLmenit, nilai konversi yang diperoleh menurun. Berdasarkan persamaan 2.13, semakin tinggi tetapan laju mengakibatkan
laju akan semakin cepat dan sebaliknya. Kondisi ini terlihat pada kombinasi tabel 4.4 dan tabel 4.12 Model Power Rate Law yang menginformasikan bahwa
semakin naik suhu maka semakin turun tetapan laju k dan laju semakin lambat. Hal ini bertentangan dengan persamaan Arrhenius. Menurut Masel 2001
hubungan suhu dan tetapan laju dari persamaan Arrhenius hanya baik digunakan untuk reaksi yang menggunakan kenaikan suhu berkisar antara 50 – 100 K dan
baik diterapkan untuk reaksi elementer. Tahap 1, tahap 2 dan tahap 3 pada Model Kinetika Terpilih merupakan reaksi elementer sedangkan model Power Rate Law
merupakan reaksi overall. Adapun contoh hubungan antara suhu dengan tetapan laju k dapat diilustrasikan pada gambar 4.15 Katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit dan gambar 4.16 Katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit.
62
y = 0.0446x - 3.2903
-3.4 -3.35
-3.3 -3.25
-3.2 -3.15
-3.1 1
1.1 1.2
1.3 1.4
1.5 1.6
1.7 1.8
1.9 2
2.1 2.2
1T x 1000 1K ln
k
k Linear k
Gambar 4.15. Hubungan antara 1T Versus ln k dari Model Power Rate Law Model 6 untuk Katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit.
y = -0.0391x - 3.0095 -3.15
-3.13 -3.11
-3.09 -3.07
-3.05 -3.03
-3.01 1 1.1
1.2 1.3
1.4 1.5
1.6 1.7
1.8 1.9
2 2.1
2.2
1T x 1000 1K ln
k
k Linear k
Gambar 4.16. Hubungan antara 1T Versus ln k dari Model Power Rate Law Model 6 untuk Katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit. Persamaan garis linear yang dibentuk pada gambar 4.15 merupakan
persamaan non-Arrhenius sedangkan persamaan garis linear yang dibentuk pada gambar 4.16 merupakan persamaan Arrhenius.
Di samping tetapan laju, persamaan Arrhenius juga melibatkan faktor tumbukan A dan energi aktivasi Ea. Menurut Masel 2001, peningkatan suhu
mengakibatkan naiknya energi kinetik molekul-molekul reaktan sehingga meningkatkan jumlah tumbukan antar molekul reaktan. Faktor tumbukan akan
berpengaruh pada rendahnya energi aktivasi. Dengan adanya katalis, jumlah tumbukan antar molekul reaktan makin sedikit namun tumbukan yang terjadi
63
semakin berkualitas akibatnya energi aktivasi semakin menurun dan reaksi makin mudah terjadi.
Apabila ditinjau ulang tentang mekanisme reaksi dekomposisi gas N
2
O, banyaknya tumbukan yang dapat mengakibatkan energi aktivasi menurun hanya
terjadi pada tahap 1 dan tahap 2 saja karena tahap 3 desorpsi O
2
adalah tahap sulit. Deskripsi ini dibuktikan pada tabel 4.9. Pada aktivitas konsentrasi katalis
terbaik, katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit memiliki faktor tumbukan A dan energi aktivasi Ea untuk tiap tahapan reaksi berturut-turut adalah A
1
= 29,10992, Ea
1
= 0,00812 kJmol; A
2
= 0,150135, Ea
2
= 4,57876 kJmol dan A
3
= 29,11279, Ea
3
= 0,00874 kJmol sedangkan katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit memiliki A
1
= 29,12497, Ea
1
= 0,00826 kJmol; A
2
= 0,136592, Ea
2
= 2,98591 kJmol dan A
3
= 29,11951, Ea
3
= 0,00745 kJmol. Dengan melihat nilai A
3
dan Ea
3
dari katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit dapat diketahui bahwa sedikitnya tumbukan yang terjadi masih dapat mengakibatkan Ea menurun. Hal ini berarti, tahap 3 dari
katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit lebih mudah terjadi dibandingkan katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit. Menurut Kapteijn et al, 1996, desorpsi O
2
terjadi pada suhu di atas 573 K. Sama halnya dengan tabel 4.9, tabel 4.13 juga memberikan informasi
bahwa energi aktivasi Ea dan faktor tumbukan A yang dimiliki oleh katalis Co
3
O
4
Zeolit lebih baik daripada katalis Cr
2
O
3
Zeolit yaitu berturut-turut Ea = 0,32550 kJ mol dan A = 4,931869x10
-2
untuk katalis Co
3
O
4
Zeolit sedangkan Ea = 0,37040 kJ mol dan A = 3,724119x10
-2
untuk katalis Cr
2
O
3
Zeolit.
64
Dari persamaan Van’t Hoff, terlihat bahwa semakin tinggi suhu maka semakin naik tetapan setimbang adsorpsi K Masel, 2001 dan semakin turun
tetapan setimbang desorpsi K
3
Kapteijn et al., 1996 yang terlihat pada tabel 4.7. Contoh hubungan antara suhu dengan tetapan laju K
3
dapat diilustrasikan pada gambar 4.17 Katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit dan gambar 4.18 Katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit.
y = 0.0005x + 1.8065
1.807 1.8071
1.8072 1.8073
1.8074 1.8075
1.8076 1.8077
1 1.1
1.2 1.3
1.4 1.5
1.6 1.7
1.8 1.9
2 2.1
2.2
1T x 1000 1K ln
K 3
K3 Linear K3
Gambar 4.17. Hubungan antara 1T Versus ln K
3
dari tahap 3 Model Kinetika Terpilih Model 4 untuk Katalis 3,5 Cr
2
O
3
Zeolit.
y = 0.0038x - 0.3741
-0.3695 -0.369
-0.3685 -0.368
-0.3675 -0.367
-0.3665 -0.366
-0.3655 -0.365
1 1.1
1.2 1.3
1.4 1.5
1.6 1.7
1.8 1.9
2 2.1
2.2
1T x 1000 1K ln
K 3
K3 Linear K3
Gambar 4.18. Hubungan antara 1T Versus ln K
3
dari tahap 3 Model Kinetika Terpilih Model 4 untuk Katalis 2,5 Co
3
O
4
Zeolit.
65
Seiring menurunnya laju terhadap kenaikan suhu dapat juga dibuktikan oleh faktor yang tidak signifikan dari konversi yang dihasilkan pada tiap kenaikan
suhu. Pada kebanyakan reaksi, konversi akan meningkat dengan faktor 2 – 3 kali tiap kenaikan suhu 10
K dan akibatnya laju juga akan meningkat dengan faktor yang sama Masel, 2001. Hal ini tidak dialami oleh reaksi dekomposisi gas N
2
O yang telah dilakukan.
4.5. Pengaruh Jenis dan Karakterisasi Katalis
Kategori