Jabarkan Katalisis heterogen dari Katalisis

Katalis heterogen bertindak dalam fase yang berbeda dari reaktan. Sebagian besar katalis heterogen adalah padatan yang bekerja pada substrat dalam campuran reaksi cair atau gas. Katalis heterogen yang penting meliputi zeolit, alumina, oksida orde-tinggi, karbon grafit, oksida logam transisi, logam seperti nikel Raney untuk hidrogenasi, dan vanadium(V) oksida untuk oksidasi belerang dioksida menjadi belerang trioksida melalui proses kontak.

Beragam mekanisme reaksi pada permukaan telah diketahui, tergantung pada bagaimana adsorpsi berlangsung (Langmuir–Hinshelwood, Eley–Rideal, dan Mars–van Krevelen). Luas permukaan total padatan memiliki efek penting pada laju reaksi. Semakin kecil ukuran partikel katalis, semakin besar luas permukaan untuk massa partikel tertentu.

Katalis heterogen memiliki bagian aktif, yaitu atom atau permukaan kristal tempat reaksi sebenarnya terjadi. Bergantung pada mekanismenya, bagian aktif dapat berupa permukaan logam yang terbuka rata, tepi kristal dengan valensi logam yang tidak sempurna, atau kombinasi rumit dari keduanya. Jadi, tidak hanya sebagian besar volume tetapi juga sebagian besar permukaan katalis heterogen mungkin tidak aktif secara katalitis. Mencari tahu sifat bagian aktif memerlukan penelitian yang menantang secara teknis. Dengan demikian, penelitian empiris untuk menemukan kombinasi logam baru untuk katalisis terus berlanjut.

Misalnya, dalam proses Haber, besi yang dibelah halus berfungsi sebagai katalis untuk sintesis amonia dari nitrogen dan hidrogen. Gas yang bereaksi akan teradsorpsi ke bagian aktif pada partikel besi. Setelah diadsorpsi secara fisik, reagen itu menjalani kemisorpsi yang menghasilkan disosiasi menjadi spesies atom yang teradsorpsi, dan ikatan baru antara fragmen yang dihasilkan terbentuk sebagian karena kedekatannya. Dengan cara ini, ikatan rangkap tiga yang sangat kuat dalam nitrogen akan terputus, yang akan sangat jarang terjadi pada fase gas karena energi aktivasinya yang tinggi. Dengan demikian, energi aktivasi dari keseluruhan reaksi diturunkan, dan laju reaksinya meningkat. Tempat lain di mana katalis heterogen digunakan adalah dalam oksidasi belerang dioksida pada vanadium(V) oksida untuk produksi asam sulfat.

Katalis heterogen biasanya "didukung", yang berarti katalis itu akan tersebar pada bahan kedua yang meningkatkan efektivitas atau meminimalkan biayanya. Dukungan akan mencegah atau meminimalkan aglomerasi dan penyinteran partikel katalis kecil, membuka lebih banyak area permukaan, sehingga katalis memiliki aktivitas spesifik (per gram) yang lebih tinggi bila didukung. Kadang-kadang, pendukung itu hanyalah permukaan tempat katalis disebarkan untuk menambah luas permukaan. Lebih sering, pendukung dan katalis berinteraksi, mempengaruhi reaksi katalitis. Pendukung juga dapat digunakan dalam sintesis nanopartikel dengan menyediakan tempat bagi masing-masing molekul katalis untuk berikatan secara kimiawi. Pendukung adalah bahan berpori dengan luas permukaan yang tinggi, dengan yang paling sering adalah alumina, zeolit atau berbagai jenis karbon aktif. Terdapat pula heberapa pendukung khusus, seperti silikon dioksida, titanium dioksida, kalsium karbonat, dan barium sulfat.

Dalam reaksi bubur, katalis heterogen dapat hilang dengan pelarutan.

Banyak katalis heterogen sebenarnya adalah nanomaterial. Katalis berbasis nanomaterial dengan aktivitas peniruan enzim secara kolektif disebut sebagai nanozim.