Penambahan katalis pada suatu reaksi akan berakibat bertambahnya laju reaksi. Katalis sangat berfungsi untuk efisiensi proses kimia dan menurunkan semua biaya pembuatan. Telah dilakukan proses pemcarian katalis yang paling baik namun sampai saat ini mekanisme sebagian besar katalis belum dapat dimengerti,

Perlu kita pahami bahwa katalis tak mempengaruhi secara langsung reaksi secara thermodinamika. Katalis berfungsi untuk mempercepat tercapainya kesetimbangan reaksi. Sebagai contoh adalah reaksi Haber Bosch :

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

Dengan diberinya katalis tak akan mengubah konstanta kesetimbangan reaksi, dengan adanya katalis maka pada 450^oC reaksi akan berjalan dengan baik dan spontan serta ekonomis. Katalis dapat menurunkan energi activasi suatu reaksi dengan perbedaan energy.

Lawan dari katalis adalah inhibitor atau racun katalis. Penambahan racun katalis atau inhibitor akan berakibat menurunnya laju reaksi.

I. KATALIS HOMOGEN

Katalis ini mempunyai kesamaan phase dengan reaktan dan persentuhannnya tak mempengaruhi laju reaksi, keaddaan yang demikian disebut katalis homogen. Sebagai contoh :

Reaksi phase gas

CO + ½ O₂ à CO₂

Dengan adanya katalis NO₂ maka prosesnya menjadi

CO + NO₂ à CO₂ + NO

NO+ ½ O₂ à NO₂

-----------------------------------------------

CO₂ + ½ O₂ à CO₂

Iodin uap juga dikenal sebagai katalis sejumlah reaksi pirolisis zat organik, dekomposisi asetaldehid sebagai reaksi berantai dengan proses sebagai berikut :

k₁

I₂ == 2 I^-

k₂

k₃

I^- + CH₃CHO à CH₃CO ^-+ HI

k₄

CH₃CO^- à CH₃+ CO

k₅

I₂ + CH₃ à CH₃I+ I^-

k₆

HI + CH₃à CH₄ ^-+ I^-

k₇

HI + CH₃Ià CH₄ ^-+ I₂

Sehingga diperoleh laju reaksi dengan pendekatan steady state dari intermediet adalah

- d(CH₃CHO)/dt = k [I₂]^1/2[CH₃CHO]

Mekanisme ini dapat dibandingkan mekanisme reaksi tanpa katalis, katalis iodin diperoleh kembali diakhir reaksi.

II.KATALIS ASAM BASA

Sebagian besar reaksi katalis homogen adalah asam basa, seperti halnya reaksi hidrolisis dari ester atau mutarotasi glukosa.

Dengan menganggap S adlah suatu subtrat denga suatu reaksi asam basa. Sedang asam basa menurut Bronsted – Lowry adalah :

HA + H₂O à H₃O⁺ + A^-

A^- + H₂O à HA + OH^-

Maka laju reaksi katalitik adalah:

r = k_kat [S]

di mana k_kat = k_o + k_H [H₃O] + k_OH [OH] + k_HA [HA] + k_A [A] dan k₀ adalah laju tanpa katalis sedang yang lain adalah laju dengan katalis sesuai dengan zatnya masing – masing

III. KATALIS HETEROGEN

Sebagian besar reaksi antara daua phase misalnya pada interface dari gas – padat atau gas–cair, biasanya yang bertindak sebagai katalis adalah yang lebih padat, karenanya luas permukaan dari padatan harus benar – benar diperhatikan. Beberapa contoh yang dilakukan oleh dunia industri lain katalis akan menghasilkan lain produk :

Dekomposisi organik

C₂H₅OH (Al₂O₃ , 300^oC ) à C₂H₄ + H₂O

C₂H₅OH (Cu , 300^oC ) à CH₃CHO + H₂O

Dehidrogenasi

C₄H₈ (Al₂O₃, Cr₂O₃ ) à CH₂=CHCH=CH₂ + H₂

Ethyl Benzene (Fe₂O₃, 650^oC) à Styrene + H₂

Hidrasi hidrokarbon takjenuh

Dengan adsorben asam posforat dan katalis celite maka

C₂H₄ + H₂O (300^oC ) à C₂H₅O H

Hidroclorinasi

Vinil clorida dibuat dengan katalis merkuriclorida dan arang dari reaksi

CHºCH + HCl (200^oC) à CH₂=CHCl

Sebagian besar proses katalitik industri terjadi pada interface gas – padat. Mekanismenya berdasar pada teori yang dipostulatkan Langmuir pada tahun 1916, yaitu :

1. Gerakan molekul gas kepermukaan berlangsung dengan konveksi atau difusi

2. Adsorpsi reaktan, dengan ikatan kimia yang kuat (kemisorpsi). Pada banyak kasus di awali dulu dengan ikatan fisika

3. Reaksi antar molekul yang diadsorpsi

4. Desorpsi produk

5. Meninggalkan permukaan dengan konveksi atau difusi

IV. KATALIS ENZIM

Enzim adalah katalis biologi yang aktiv dalam kehidupan, yang sifat – sifat kinetikanya sama dengan katalis heterogen atau seringkali dikatakan mikroheterogen katalis

Suatu contoh yang sangat menarik dan khas adalah urease yang merupakan katalis terbaik bagi urea untuk dikonversi ke amonia dan karbon dioksida

CO(NH₂)₂ + H₂O à 2 NH₃ + CO₂

Urease

Enzim hanya dikenal untuk satu proses yang sfesifik, namun kinetikanya cukup sulit karena enzim tak mudah didapatkan, artinya mekanismenya sangatlah komplek.

Mekanisme reksi enzimatis adalah sebagai berikut :

Suatu substrat S dikatalis dengan enzim E, mula – mula terbentuk komplek subtrat – enzim, yang akhirnya akan kembali terpisah dan terbentuk produk, dengan gambaran mekanisme

k₁

E + S ==== ES 1

k₂

E S ==== Produk + E 2

Michaelis – Menten telah menerangkan pengaruh konsentrasi subtrat pada laju reaksi. E dan S adalah konsentrasi mula – mula enzim dan subtrat, ES adalalah konsentrasi komplek enzim – subtrat, sedang konsentrasi enzim bebas adalah E – ES, konsentrasi subtrat senantiasa lebih besar dari enzim, karenanya konsentrasinya tak berubah. Maka konstanta kesetimbangannya adalah

K = ({ E - ES } S) / ( ES )

Atau

ES = ( E S) / (K + S)

Bila asumsinya reaksi 2 sangat lambat, maka

n = k₂ ( ES)

= k₂ ( E )( S) / (K_m + S)

reaksi maksimum jika semua enzim membentuk komplek ES, yaitu ketika konsentrasi ES sama dengan konsentrasi mula – mula E, maka pada kondisi ini laju reaksi menjadi :

n_mak = k₂ ( E)

masukkan kembali ke persamaan sebelumnya , menjadi

n = n_mak ( S) / (K_m + S)

K_m adalah konstanta Michaelis.

Lineweaver dan Burk merubah persamaan diatas menjadi persamaan linear yaitu