BAB 9

BAB 9. KINETIKA KIMIA

9.1 TEORI TUMBUKAN DARI LAJU REAKSI9.2 TEORI KEADAAN TRANSISI DARI LAJU

REAKSI9.3 HUKUM LAJU REAKSI9.4 FAKTOR-FAKTOR LAJU REAKSI9.5 MEKANISME REAKSI9.6 ENZIM SEBAGAI KATALIS

9.1 TEORI TUMBUKAN DARI LAJU REAKSI

• LAJU REAKSI BERBANDING LURUS:- FREKUENSI TUMBUKAN (x)- FRAKSI MOLEKUL TERAKTIFKAN (f)- PELUANG UNTUK BERTUMBUKAN (p)

Reaksi : A + B C + D

Laju reaksi = f. p. x = f. p. [A].[B]= k. [A].[B]

9.2 TEORI KEADAAN TRANSISI DARI LAJU REAKSI

Diagram koordinat reaksi eksoterm dan molekul teraktifkanNO2(g) + CO(g) → NO(g) + CO2(g)

NO2(g) + CO(g)Reaktan

Produk: NO(g) + CO2(g)

energi reaksi ke kiri

energi reaksi ke kanan

∆E reaksi

N….O…..COO

Koordinat Reaksi

Ener

giPo

tens

ial

9.3 HUKUM LAJU REAKSI

NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g)

Laju reaksi • Laju pengurangan konsentrasi reaktan terhadap waktu• Laju kenaikan konsentrasi produk terhadap waktu

Laju = - = - = =d[NO2] d[CO] d[NO] d[CO2]dt dt dt dt

Reaksi umum : aA + bB cC + dD

Laju = - = - = =1 d[A] 1 d[B] 1 d[C] 1 d[D]a dt b dt c dt d dt

Contoh 9. 1

Pada suhu tinggi, HI bereaksi menurut persamaan berikut:2 HI(g) → H2(g) + I2(g)

Pada suhu 443°C laju reaksi meningkat seiring dengan meningkatnyakonsentrasi HI sebagai berikut:

[HI] (mol/L 0,0050 0,010 0,020Laju (mol/L detik) 7,5 x 10-4 3,0 x 10-3 1,2 x 10-2

a. Tentukan orde reaksi dan tulislah hukum lajunyab. Hitunglah tetapan laju dan nyatakan satuannyac. Hitunglah laju reaksi untuk HI dengan konsentrasi 0,0020 M

Penyelesaian

a. Hukum laju pada dua konsentrasi [HI]1 dan[HI]2yang berbedaialah:

laju2 [HI]2laju1 [HI]1

= nlaju1 = k([HI]1)n

laju2 = k([HI]2)n

4 = (2)n n = 2

Hukum laju = k[HI]2

3,0 x 10-3 0,0107,5 x 10-4 0,0050

=n

b. Tetapan laju k dihitung dengan memasukan nilai pada set data yang mana saja dengan menggunakan hukum laju yang sudahditetapkan. Misalnya, jika kita ambil set data pertama:

7, 5 x 10-4 mol L-1 s-1 = k(0,0050 mol L-1)2

Jadi, k = 30 L mol-1 s-1

c. Laju dapat dihitung untuk [HI] = 0,0020 M:

laju = k[HI]2 = (30 L mol-1 s-1)(0,0020 mol L-1)2

= 1,2 x 10-4 mol L-1 s-1

Orde Reaksi

aA → Produk

Reaksi Orde Nol

Laju = k [A]n......n = orde reaksi (tidak berkaitan langsung dengan koefisien a)-d[A] = k [A]0

dtd[A] = -kdt[A] – [A]0 = -ktLaju = k (orde nol)

[A]

[A]0

Waktu (t)

Laju yang berkaitan pada dua atau lebih unsur kimia yang berbeda

Laju = - = - = - k [A]m [B]n

aA + bB → Produk

1 d[A] 1 d[B] a dt b dt

Reaksi Orde Pertama:

N2O5(g) → 2NO2(g) + ½O2(g)Hukum laju = k [N2O5)

-d[N2O5] = k[N2O5]dt

d[N2O5] = -kdt[N2O5]Bila diintegrasikanln [N2O5]t – ln [N2O5]0 = -kt[N2O5]t = [N2O5]0 e-kt

Waktu paruh, t½ = ln 2 = 0,6931k k

Intersep = ln [N2O5]0

ln[N

2O5]

Slope = - k

Waktu (t)

Grafik: ln c vs t

Contoh 9. 2Penguraian termal aseton pada suhu 600oC merupakan reaksiorde pertama dengan waktu paruh 80 detik

1. Hitunglah nilai konstanta laju reaksi (k)

2. Berapa waktu yang diperlukan agar 25% dari contoh aseton ituterurai

Penyelesaian

1. k = 0,693/t½ = 0,693/80 detik = 8,7 x 10-3 detik-1

2. Jika yang terurai 25% maka yang tersisa = 100% - 25% = 75%

[A]0kt = 2,303 log

[A]t

(8,7 x 10-3) t = 2,303 (log 1,0/0,75)

t = 23 detik

Reaksi Orde Kedua:

Untuk reaksi 2NO2(g) → 2NO(g) + O2(g)

Hukum lajunya = k [NO2]2

-d[NO2] = k[NO2]2

dtd[NO2] = -kdt[NO2]2

Bila diintegrasikan

= + 2 kt

2 = koefisien stoikiometri dari NO2

1 1 [NO2]t [NO2]0

Slope = 2 k

Waktu (t)

1[N

O2]

(L m

ol-1

)

Reaksi Orde Pertama Semu

Merupakan reaksi orde kedua atau orde yang lebih tinggi tapimengikuti reaksi orde pertamaContoh: C + D hasil reaksi

Laju reaksinya = k [C] [D]d[C]

- = k [C] [D]; bila k[D] tetap maka laju reaksinya = k’ [C]dt

d[C]atau - = k’ [C] dan k’ = k [D], k’= tetapan laju orde 1 semu

dt

dan waktu paruhnya (t ½) = 0,693/k’

Contoh 9. 3Reaksi radikal OH- dengan metana di atmosfir mempunyai konstantalaju reaksi pada suhu 25oC sebesar 6,3 x 10-15 mol/L detik.

Reaksinya: OH- (g) + CH4 (g) H2O (g) + CH3- (g)

1. Tentukan hukum laju reaksi orde pertama semu jika OH- konstandan hitunglah k’ jika [OH-] = 1,2 x 106 mol/L

2. Hitunglah waktu paruh metana bila [OH-] = 1,2 x 106 mol/L

Penyelesaian

1. Laju reaksi = k [OH-] [CH4]karena [OH-] konstan maka konstanta laju reaksi = k’laju reaksi menjadi = k’ [CH4]; dan k’ = k [OH-]

k’ = (6,3 x 10-15 mol/L detik) (1,2 x 106 mol/L)= 7,6 x 10-9 detik-1

2. t½ = 0,693/k’ = 0,693/ 7,6 x 10-9 detik-1 = 2 tahun 11 bulan

9.4 FAKTOR-FAKTOR LAJU REAKSI

1. Macam zat yang bereaksi

2. Konsentrasi zat yang bereaksiKonsentrasi pereaksi berbanding lurus dengan laju reaksi

3. Tekananuntuk reaksi yang melibatkan gas, karena konsentrasi gas berhubungan dengan tekanan

4. Luas permukaansemakin halus bentuk zat yang bereaksi semakin cepat lajureaksi. Contoh: laju reaksi Alumunium dalam bentuk serbuk > laju

reaksi alumunium dalam bentuk batangan

5. Suhusemakin tinggi suhu maka energi kinetik molekul meningkatsehingga frekuensi tumbukan semakin tinggi sehingga lajureaksi meningkat

EaRT

Tetapan laju bervariasi secara eksponensial dengankebalikan suhu

k = A e-Ea/RT

ln k = ln A - ≈ ln k = ln A - EaR( ) 1

T( )y xba

6. Kataliszat yang mempercepat reaksi kimia tetapi tidak mengalamiperubahan yang permanen

• Katalis homogen : fasa sama dengan reaktan• Katalis heterogen : fasa berbeda dengan reaktan

Katalis Inhibitor><Contoh:

H2 + C2H4 → C2H6

Logam platina (Pt) mengkatalis reaksi hidrogenasi etena menjadi etana

Pt

Permukaan Pt

EtilenaFasa gas

H2Fasa gas

Atom H2teradsorpsi

Etilena, C2H4teradsorpsi

C2H5,Zat antara

Etana, C2H6teradsorpsiEtana, C2H6

terdesorpsi

Katalis

Menurunkan energi aktivasiReaktan

Produk

Penghalang energidengan katalis

Penghalang energitanpa katalis

Ener

giPo

tens

ial

Koordinat reaksi

Ea.r

∆E

Ea.r

Ea.f

Ea.f

9.5 MEKANISME REAKSI

Mekanisme reaksi menyatakan jenis dan jumlah tahappada suatu reaksi

Reaksi Elementer

Unimolekular : N2O5* → NO2 + NO3laju = k [N2O5*]

Bimolekular : NO(g) + O3(g) → NO2(g) + O2(g)laju = k [NO] [O3]

Termolekular : I + I + Ar → I2 + Arlaju = k [ I ]2 [Ar]laju = k [ I ]2

Contoh 9. 4

Carilah molekularitas pada reaksi satu tahap beikut:

a. NO + N2O5 3NO2

b. 2NO + Cl2 2NOCl

c. Cl + Cl + M Cl2 + M

d. C6H5 – CH C6H5 – CH (isomer cis trans)

NC – CH CH - CN

Penyelesaian

a. bimolekular (2 molekul yaitu NO dan N2O5)

b. termokular (3 molekul yaitu 2 molekul NO dan 1 molekul Cl2)

c. termokular (3 molekul yaitu Cl, Cl, dan M)

d. unimolekular (1 molekul)

9.6 ENZIM SEBAGAI KATALIS

Enzim merupakan protein globular yang dapat mengkatalisisreaksi biokimia spesifik

Mekanisme Kerja Enzim

E + S E – S E – P E + P

S = substrat; P = produk

Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzima. pH

muatan enzim bergantung pada pH lingkungannya danmempengaruhi keaktifan dari sisi aktif enzim

b. Suhusuhu dapat merusak struktur tiga dimensi dari enzim (protein)

c. Aktivatoraktivitas enzim dapat meningkat dengan adanya ion-ion anorganik. Contohnhya: ion Cl- pada enzim amilase air liur

LATIHAN SOAL-SOAL

1. Dalam mengkaji reaksi piridina (C5H5N) dengan metil iodida (CH3I) dalam larutan benzena, berikut ini adalah data laju reaksi awal yang diukur pada suhu 25oC untuk berbagai konsentrasi awal dari duareaktan:

a. Tentukan hukum laju untuk reaksi inib. Hitunglah konstanta laju dan nyatakan satuannyac. Hitunglah laju reaksi untu larutan dengan [C5H5N] 5,0 x 10-5 M

dan [CH3I] 2,0 x 10-5 M

[C5H5N] (mol/L) [CH3I](mol/L) Laju(mol/L detik)1,00 x 10-4 1,00 x 10-4

2,00 x 10-4

4,00 x 10-4

7,5 x 10-7

2,00 x 10-4 3,0 x 10-6

2,00 x 10-4 6,0 x 10-6

2. Senyawa A terurai membentuk B dan C pada reaksi yang mengikutiordo pertama. Pada suhu 25oC konstanta laju reaksinya adalah 0,0450 detik-1. Hitunglah waktu paruh zat A pada suhu 25oC

3. Dimerisasi tetrafluoroetilena (C2F4) menjadi oktafluorosiklobutana (C4F8) mempunyai orde kedua untuk pereaksi C2F4 dan pada suhu 450 K konstanta lajunya k = 0,0448 L mol-1 detik-1. Jika konsentrasi awal C2F40,100 M, berapa konsentrasinya sesudah 250 detik

4. Pada suhu 600 K, konstanta laju untuk dekomposisi reaksi ordo pertamanitroetana : CH3CH2NO2 (g) C2H4 (g) + HNO2 (g)adalah 1,9 x 10-4 detik-1. Sampel CH3CH2NO2 dipanaskan pada suhu600 K dan pada suhu ini tekanan parsial awalnya adalah 0,078 atm. Hitunglah tekanan parsialnya setelah 3 jam

5. Identifikasi setiap reaksi elementer berikut sebagai unimolekular, bimolekular, atau termolekular, dan tulislah hukum lajunyaa. HCO + O2 HO2 + COb. CH3 + O2 + N2 CH3O2N2

c. HO2NO2 HO2 + NO2

6. Tetapan laju dari reaksi elementer:

BH4- (aq) + NH4

+ (aq) BH3NH3 (aq) + H2 (g)

ialah k = 1,94 x 10-4 L/mol detik pada suhu 30oC dan reaksi memilikienergi aktivasi 161 kJ/mol. Hitunglah tetapan laju reaksi di atas padasuhu 40oC