2.1 Katalis
Katalis merupakan suatu zat yang dapat mempercepat laju reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Kerja katalis adalah dengan cara memperbesar kecepatan reaksi dengan jalan memperkecil energi pengaktifan suatu reaksi dan dibentuknya tahap-tahap reaksi yang baru. Dengan menurunnya energi pengaktifan maka pada suhu yang sama reaksi dapat berlangsung lebih cepat. Katalis akan mempercepat reaksi karena katalis akan mencari jalan dengan energi aktivasi yang lebih rendah sehingga reaksinya akan berlangsung lebih cepat (Chang, 2010).
Satu yang harus diketahui tentang prinsip kerja katalis adalah bahwa katalis tersebut tetap ikut dalam jalannya reaksi, tetapi pada kondisi akhir, katalis akan keluar lagi dalam bentuk yang sama. Sifat-sifat kimia katalis akan sama sebelum dan sesudah mengkatalis suatu reaksi, proses ini disebut siklus katalitik. Proses katalitik dapat dievaluasi melalui perhitungan kuantitas melalui nilai TON (Turnover number) dan TOF (Turnover frequency). Pada sistem homogenus, TON merupakan jumlah siklus katalitik yang berlangsung sebelum katalis menjadi tak aktif, sedangkan pada sistem heterogenus TON didefinisikan sebagai situs aktif katalis per gram katalis. Definisi TOF sangat sederhana yakni nilai TON dibagi waktu reaksi (Atkins, 2006).
membentuk produk akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya (Tarigan, 2003). Berikut ini merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya:
A + C → AC (1)
B + AC → AB + C (2)
Meskipun katalis (C) ikut oleh reaksi 1, namun selanjutnya dihasilkan kembali oleh reaksi 2, sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi :
A + B + C → AB + C
Terdapat beberapa kriteria yang harus diperhatikan untuk menilai layak atau tidaknya suatu katalis untuk digunakan dalam suatu reaksi, diantaranya adalah :
1 Aktivitas, yaitu kemampuan katalis untuk mengkonversi reaktan menjadi produk yang diinginkan.
2 Selektifitas, yaitu kemampuan katalis mempercepat reaksi yang diinginkan diantara beberapa reaksi yang mungkin terjadi.
3 Yield, yaitu jumlah produk yang terbentuk untuk setiap satuan reaktan yang terkonsumsi.
4 Kestabilan, yaitu lamanya katalis memiliki aktivitas dan selektifitas seperti keadaan semula.
5 Kemudahan diregenerasi, yaitu proses mengembalikan aktivitas dan selektifitas katalis seperti keadaan semula (Tarigan, 2003).
2.2 Senyawa Polioksometalat
katalis. Senyawa polioksometalat mempunyai sifat oksidasi reduksi karena adanya muatan negatif yang tinggi. Hal tersebut menjadi keunggulan senyawa polioksometalat sebagai katalis baik dalam reaksi asam basa maupun dalam reaksi reduksi oksidasi. Pemanfaatan senyawa polioksometalat ialah karena memiliki struktur dan komposisi unsur yang beragam. Struktur ion Keggin diketahui memiliki stabilitas termal dan dapat mereduksi bolak balik dengan menerima elektron. Hal ini membuat ion dengan struktur Keggin lebih banyak dipakai sebagai katalis untuk beragam reaksi organik (Kim et al. 2005).
Polioksometalat termasuk dalam klasifikasi besar senyawa logam oksigen yang berukuran nano dengan struktur kluster anion. Umumnya, terdapat dua tipe senyawa polioksometalat dengan komposisi kimia yaitu isopoli anion dan heteropoli anion. Formula umum dari kedua senyawa yakni:
[MmOy]p- isopoli anion
[XxMmOy]q- (x≤ m) heteropoli anion
Dimana M adalah atom adenda dan X adalah heteroatom yang biasa disebut atom pusat yang letaknya dalam pusat polianion (Kozhevnikov, 2002).
Senyawa heteropoli memiliki beberapa keunggulan sebagai katalis, yang paling penting adalah sebagai multifungsi dan mobilitas struktural. Di satu sisi, senyawa asam heteropoli memiliki keasaman Bronsted yang sangat kuat, di sisi lain, mereka efisien sebagai oksidan, berperan cepat untuk reaksi reversibel multielektron redoks transformasi dibawah kondisi biasa. Selain itu, banyak senyawa heteropoli memiliki kelarutan yang sangat tinggi dalam pelarut polar dan stabilitas termal yang cukup tinggi dalam keadaan padat ( Raffie and Shahbazi, 2006).
2.3 Struktur Senyawa Polioksometalat
Dari beberapa struktur senyawa polioksometalat yang paling dikenal ialah struktur Keggin (HnXM12O40) dan struktur Dawson (HnX2M18O62).
2.3.1. Polioksometalat Tipe Struktur Keggin
Struktur Keggin heteropoli anion biasanya dinyatakan dengan formula [XM12O40]x-8, di mana X adalah heteroatom, x adalah keadaan oksidasi, dan M adalah
atom adenda (biasanya Mo6+ atau W6+). Ion-ion M6+ dapat diganti oleh banyak ion
logam lain, misalnya, V5+, Co2+, Zn2+, dll. Struktur Keggin heteropoli anion dapat
dilihat pada Gambar 1. Struktur Keggin anion memiliki diameter 1,2 nm dan terdiri dari pusat tetrahedral XO4dikelilingi oleh 12 sisi dan berbagi sudut logam-oksigen
oktahedral MO6 (Kozhevnikov, 2002).
[image:4.612.182.467.383.507.2]
a b
Gambar 1. Ikatan (a) Polihedral struktur (b) isomer α- Keggin dari anion [XM12O40] x-8 (Kozhevnikov, 2002).
a b c
[image:5.612.200.442.92.329.2]
d e
Gambar 2. Struktur isomer (a) α-XM12O40n- (b) β-XM12O40n- (c) γ-XM12O40n- (d)
δ-XM12O40n- (e) ε-XM12O40n- (Abeysinghe, 2012)
Dengan ukuran yang relatif besar, struktur dan komposisi unsur yang beragam membuat polioksometalat banyak dimanfaatkan. Struktur ion Keggin diketahui memiliki stabilitas termal dan dapat memproduksi bolak-balik dengan menerima elektron. Hal ini membuat ion dengan struktur Keggin banyak dipakai sebagai katalis untuk beragam reaksi organik (Kim et al. 2006).
2.3.2 Polioksometalat Tipe Struktur Dawson
Struktur Wells - Dawson merupakan heteropoli anion dimer (2:18) [X2M18O62]2x-16 (M = Mo6+ atau W6+, X = P5+ atau As5+). Struktur (isomer α)
ditunjukkan pada Gambar 3. Anion ini terdiri dari dua spesies trivacant Keggin lacunary A-{XM9} dihubungkan langsung di kekosongan tersebut. Struktur
Wells-Dawson berisi dua kelompok M3O13. Sebuah rotasi 60o dari salah satu kelompok
menunjukkan kiralitas tersebut mungkin karena kekakuan yang lebih besar dari kerangka tungsten (Kozhevnikov, 2002).
Gambar 3. Struktur Dawson X2M18O62n- (Kozhevnikov, 2002).
2.4 Sifat Katalitik dari Senyawa Polioksometalat
Senyawa polioksometalat dan asam heteropoli dan turunannya sebagai katalis dalam reaksi-reaksi senyawa organik hingga saat ini terus berkembang. Hal ini dikarenakan senyawa asam heteropoli dan garam-garamnya memiliki berbagai sifat yang khas dan memiliki kelebihan dibandingkan asam mineral yang umum seperti H2SO4, HNO3 dan lain-lain. Asam heteropoli sebagai katalis memiliki banyak
keuntungan secara ekonomi maupun lingkungan reaksi. Asam heteropoli merupakan asam Bronsted yang kuat mendekati superacid ( Andriayani, 2005).
Senyawa polioksometalat telah mulai dipelajari secara ekstensif dalam penggunaannya sebagai katalis asam dan katalis redoks dalam reaksi-reaksi homogen dan heterogen. Hal ini menjadikan senyawa polioksometalat sebagai pengoksidasi efisien yang ditunjukkan dengan transformasi redoks dalam kondisi ringan yakni menggunakan pengoksidasi yang ramah lingkungan seperti hidrogen peroksida. Penggunaannya sebagai katalis asam dan katalis pengoksidasi dalam bentuk larutan sama baiknya seperti dalam bentuk padatan ( Kim et al. 2005).
2.5 Titanium
Titanium merupakan unsur dengan kelimpahan terbesar kesembilan pada kulit bumi. Titanium kebanyakan ditemukan dalam batuan dan tanah, bergabung dengan oksigen atau besi. Mineral titanium bisa dalam bentuk rutil dan anatase (keduanya merupakan TiO2), ilmenit ( FeTiO3), dan leukosen (dengan variabel konsentrasi sama
dengan ilmenit tetapi mirip pseudo rutil FeTi3O9). Ilmenit dan leukosen biasanya
ditemukan bersama zirkon (ZrSiO4), sillimanit (Al2O3SiO2) dan garnet ilmenit
merupakan sumber utama bahan pembuat TiO2 (Carp and Reller, 2004).
2.6 Spektrofotometer FT-IR
Spektrofotometer FT-IR atau yang biasa disebut dengan Fourier tranform infrared spectroscopy yang merupakan spektrofotometer inframerah yang dilengkapi dengan interferometri. Instrumen normal yang dilengkapi Michelson interferometer, yang mana menangkap radiasi dari sumber inframerah dan membagi kedua sinar digunakan cermin dengan sudut 45o, maka menghasilkan letak beam yang baik dari
yang lain. Jika sebuah serapan material ditempatkan pada satu beam, hasil interferogram akan menunjukkan spektra karakteristik dari sampel yang ada pada beam tersebut (Vogel, 2000).
Gambar 4. Spektrofotometer FT-IR
Salah satu hasil kemajuan instrumentasi IR adalah pemrosesan data seperti Fourier Transform Infra Red (FTIR). Teknik ini memberikan informasi dalam hal kimia, seperti struktur dan konformasional pada polimer dan polipaduan, perubahan induksi tekanan dan reaksi kimia. Dalam teknik ini padatan diuji dengan cara merefleksikan sinar infra merah yang melalui tempat kristal sehingga terjadi kontak dengan permukaan cuplikan.
Pada tabel 1 Menunjukkan beberapa daftar serapan IR dari asam heteropoli. model vibrasi dari XO4 sering kali berbeda sendiri daripada yang lain untuk P=O
(Misono et al. 2001). secara keseluruhan, analisis menggunakan spektrofotometer ini memiliki dua kelebihan utama dibandingkan metoda konvensional lainnya. pertama, dapat digunakan pada semua frekuensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat. kedua, sensitifitas dari metoda FT-IR lebih besar dari pada caradispersi, sebab radiasi yang masuk ke sistem detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah (Hites dan Biemann, 1970).
Tabel 1.Bilangan gelombang beberapa senyawa polioksometalat yang diukur dengan FT-IR
H3PW12O40
(cm-1)
H4SiW12O40
(cm-1)
H4GeW12O40
(cm-1)
H5BW12O40
(cm-1)
Model Vibrasi (cm-1)
1080 926 818 914 vas(X-O)
982 980 978 960 vas(W=O)
893 878 886 902 vas(W-O-W)
812 779 765 810 vas(W-O-W)
H3PMo12O40
(cm-1)
H4SiMo12O40
(cm-1)
H4GeMo12O40
(cm-1)
Model Vibrasi
(cm-1)
1070 910 802 vas (X-O)
965 958 955 vas(Mo=O)
870 860 875 v(Mo-O-Mo)
790 780 765
Sumber: Misono et al. (2001)
2.7 Difraktometer XRD
Ada berbagai macam teknik pengukuran yang telah digunakan untuk mengetahui ukuran butir seperti transmission elektron microscopy (TEM), scanning probe microscopy (SPM), scanning electron microscopy (SEM), dan X-day diffraction (XRD). Tiga komponen dasar dari X-RD yaitu : sumber sinar-X (X Rau source), material contoh yang diuji (specimen), detektor sinar-X (X-ray detector) (Sartono, 2006).
oleh atom-atom kristal dari material tersebut. Dengan berbagai sudut timbul, pola difraksi yang terbentuk menyatakan karateristik dari sampel. Susunan ini diidentifikasi dengan membandingkannya dengan sebuah data base internasional (Zakaria, 2003).
Metode XRD banyak digunakan untuk mengidetifikasi dan mengkaraterisasi material yang digunakan sebagai katalis, karena banyak material katalis yang berwujud kristal. Teknologi XRD ini juga mempunyai kemampuan untuk mengidentifikasi dan menentukan besarnya bagian fasa dalam padatan, film tipis dan sampel multi fasa (Richadson, 1989).
Tahapan kerja x-ray diffraction (XRD) terdiri dari empat tahap yaitu: produksi, difraksi, deteksi dan interprestasi. untuk dapat dilakukan fungsinya XRD dilengkapi oleh komponen-komponen penting seperti: x-ray sinar-X, monokromator, detektor, dan lain-lain. karakterisasi X-ray Diffraction (XRD) dimaksudkan untuk mengidentifikasi fasa bulk suatu katalis dan untuk menentukan sifat kristal atau kristalinitas suatu katalis. kebanyakan dari katalis adalah berbentuk padatan kristal seperti oksida logam, zeolit dan logam berpenyangga. XRD menjadi teknik yang cukup handal dan mendasar untuk mengevaluasi sifat-sifat kristal dan ukuran kristal (Leofanti et al. 1997).
[image:10.612.165.436.549.667.2]Difraksi sinar-X hanya akan terjadi pada sudut tertentu sehingga suatu zat akan mempunyai pola difraksi tertentu. pengukuran kristalinitas relatif dapat dilakukan dengan membandingkan jumlah puncak pada sudut-sudut tertentu dengan jumlah tinggi puncak pada sampel standar (Warren, 1969).
Pola difraktogram yang dihasilkan berupa deretan puncak-puncak difraksi dengan intensitas relatif bervariasi sepanjang nilai 2θ tertentu. Besarnya intensitas relatif dari deretan puncak-puncak tersebut bergantung pada jumlah atom atau ion yang ada, dan distribusinya di dalam sel satuan material tersebut. Pola difraksi setiap padatan kristalin sangat khas, yang bergantung pada kisi kristal, unit parameter dan panjang gelombang sinar-X yang digunakan. Dengan demikian, sangat kecil kemungkinan dihasilkan pola difraksi yang sama untuk suatu padatan kristalin yang berbeda (Warren, 1969).
2.8 Kromatografi Gas
Kromatografi Gas adalah proses pemisahan campuran menjadi komponen-komponennya dengan menggunakan gas sebagai fase bergerak yang melewati suatu lapisan serapan (sorben) yang diam. kromatografi gas dapat dipakai untuk setiap campuran dimana semua komponennya mempunyai tekanan uap yang berarti, suhu tekanan uap yang dipakai untuk proses pemisahan. tekanan uap atau keatsirian memungkinkan komponen menguap dan bergerak bersama-sama dengan fase gerak yang berupa gas. kromatografi gas metode yang tepat dan cepat untuk memisahkan campuran yang sangat rumit. waktu yang dibutuhkan beragam, mulai dari beberapa detik untuk campuran yang sederhana sampai berjam-jam untuk campuran yang mengandung 500-1000 komponen (Adnan, 1997).
2.9 Kromatografi Gas – Spektrometer Massa
Kromatografi Gas - Spektrometer Massa (GC-MS) merupakan suatu metoda yang mengkombinasikan kromatografi gas dengan spektrometri massa untuk mengidentifikasi zat dengan cara uji sampel. GC-MS telah diterima sebagai "gold standard" untuk identifikasi senyawa yang volatil dan semivolatil dalam campuran senyawa organik, deteksi obat, analisis lingkungan dan identifikasi dari sampel yang tidak diketahui. selain itu GC-MS juga dapat mengidentifikasi unsur yang sedikit dalam material yang tidak dapat terdeteksi oleh teknologi lainnya.
![Gambar 1. Ikatan (a) Polihedral struktur (b) isomer α- Keggin dari anion [XM12O40]x-](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/298846.511078/4.612.182.467.383.507/gambar-ikatan-polihedral-struktur-isomer-keggin-dari-anion.webp)
