KINETIKA KIMIA

KIMIA DASARoleh

Siti Nurkhamidah, ST, MS, Ph.D

Laju Reaksi

• Kinetika kimiaadalahbagiandarikimia yang berkaitandenganlajureaksidanurutanlangkahdimanareaksiterjadi.

• Lajudarireaksikimiasangatberbeda-beda, ada yang terjadisecaracepat, danada yang lambat.

• Lajureaksidinyatakansebagaikonsentrasireaktanatauproduk yang berubah per satuanwaktu.

• Lajureaksidapatdidefinisikanbaiksebagaikenaikankonsentrasiproduk per satuanwaktuataupenurunankonsentrasireaktan per satuanwaktu.

• Untukreaksi:

• Tabel 1. Konsentrasi sebagai fungsi waktu untuk reaksi diatas.

• Laju pembentukan NO2 adalah 4 kali laju pembentukan O2.

• Laju reaksi secara umum untuk penguraian N2O5 adalah sbb:

• Instantaneous rate pada waktu tertentu t adalah slope dari tangent untuk kurva konsentrasi vs waktu pada suatu waktu t.

• Instantaneous rate pada saat reaksi dimulai (t = 0) disebut initial rate.

• Laju reaksi kimia bergantung pada konsentrasi dari setidaknya beberapa reaktan.

• Untuk reaksi umum berikut:

dimana A dan B adalah reaktan, dan a dan b adalah koefisien stoichiometri dalam persamaan neraca kimia.• Ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi dari tiap reaktan

diberikan oleh suatu persamaan yang disebut rate law.• Rate law biasanya ditulis dalam bentuk:

Dimana k adalah konstanta laju. Eksponen m dan n pada rate law menunjukkan bagaimana sensitifnya laju untuk mengubah [A] dan [B]. Eksponen m dan n tidak berkaitan dengan koefisien a dan b pada persamaan neraca kimia.

Rate Law dan Orde Reaksi

• Harga m dan n menentukan orde reaksi masing-masing terhadap A dan B. Jumlah dari eksponen (m + n) mendefinisikan overall orde reaksi.

• Harga m dan n bisa bilangan bulat positif, negatif, nol atau bahkan pecahan. Jika m=2 dan n=1, maka rate law:

Reaksi adalah orde ke-2 pada A, dan orde ke-1 pada B, dan overall orde ke-3.

• Harga eksponene pada suatu rate law harus ditentukan melalui eksperimen, tidak dapat disimpulkan dari stoichiometri reaksi.

• Tabel 2 menunjukkan persamaan neraca kimia dan rate law dari beberapa reaksi yang ditentukan dari eksperimen.

• Satuan untuk k tergantung pada jumlah konsentrasi pada rate law dan pada harga eksponen. Satuan untuk k bisa dilihat di Tabel 3

• Tabel 2.

• Tabel 3.

• Contoh soal 1:Data initial rate untuk penguraian gas N2O5 pada 55oC adalah sbb:

a. Bagaimana persamaan rate law-nya?b. Berapa harga konstanta lajunya?

• Reaksi orde ke-1:• Reaksiorde ke-1 adalahsuatureaksi yang

lajunyabergantungpadakonsentrasireaktantunggal yang berpangkat 1. Rate law:

• Integrated rate law:

atau

dimana adalahkonsentrasipada t = 0.• Bentukpersamaandiatasadalah, dimanaadalahfungsi linear

waktu:

• Sehingga

Integrated Rate Law untuk Reaksi Orde Ke-1

• Half lifedarisuatureaksi yang disimbolkandengan, yaituwaktu yang dibutuhkanuntukmenurunkankonsentrasireaktanmenjadisetengahdarihargaawal.

• Untukreaksiorde ke-1:

• Ketika, fraksidari A yang tersisa, adalah ½. Sehingga:

Half Life dari Reaksi Orde Ke-1

• Half life dari reaksi orde ke-1 adalah konstan karena tidak dia hanya tergantung pada konstanta laju dan bukan pada konsentrasi.

• Reaksi orde ke-2 adalahsuatureaksi yang lajunyabergantungpadakonsentrasireaktantunggal yang berpangkat 2 ataupadakonsentrasiduareaktan yang berbeda, yang masing-masingberpangkatsatu.

• Untukreaksi:

• Integrated rate law:

• Karena integrated rate law mempunyaibentuk, grafik 1/[A] vswaktuadalahgarislurusjikareaksiadalahorde ke-2.

Slope darigarislurusadalah k, dan intercept adalah.

Reaksi Orde Ke-2

• Half life untukreaksiorde ke-2 melaluisubstitusidankedalam integrated rate law:

• Padareaksiorde ke-2, waktu yang dibutuhkanuntukmenurunkankonsentrasi A menjadi ½ hargaawalbergantungpadakonstantalajudankonsentrasiawal.

• Tabel 4 menunjukkanperbedaanantarareaksiorde ke-1 dan ke-2 untukreaksi.

Tabel 4.

• Reaksiordekenoluntukreaksi adalah reaksi yang mempunyairate lawsbb:

• Dalamhalinilajureaksiadalahkonstan(= k) tidaktergantungdarikonsentrasireaktan.

• Integrated law:

• Dari grafik [A] vswaktudidapatkangarislurusdengan slope = - k.

Reaksi Orde Ke-0

• Mekanisme reaksi yaitu urutan kejadian molekuler atau step-step reaksi yang mendefinisikan jalan dari reaktan menjadi produk.

• Step tunggal dalam mekanisme reaksi adalah elementary reaction / elementary step.

• Contoh reaksi fasa gas nitrogen dioksida dan karbon monoksida untuk mendapatkan nitrit oksida dan karbondioksida:

• Secara eksperimen diketahui reaksi terjadi melalui dua step mekanisme:

• Pada elementary step pertama, 2 molekul NO2 bertabrakan dengan energi yang cukup untuk memecah satu ikatan N-O dan membentuk yang lain, yang menghasilkan perpindahan atom oksigen dari molekul NO2 ke lainnya.

• Pada step kedua, molekul NO3 yang terbentuk pada step pertama bertabrakan dengan molekul CO, dan perpindahan atom oksigen dari NO3 ke CO menghasilkan molekul NO2 dan molekul CO2.

Mekanisme Reaksi

• Persamaan kimia untuk elementary reaction adalah suatu gambaran dari kejadian molekuler individu yang meliputi pemecahan dan/atau pembuatan ikatan kimia. Sebaliknya, persamaan neraca untuk reaksi overall hanya menggambarkan stoichiometri dari proses keseluruhan, tetapi tidak menyediakan informasi tentang bagaimana reaksi terjadi.

• Penjumlahan dari mekanisme reaksi akan mendapatkan reaksi overall

• Suatu spesies yang terbentuk dalam satu step mekanisme reaksi dan dikonsumsi step berikutnya, seperti NO3, disebut intermediate reaction. Reaksi intermediate tidak tampak dalam persamaan untuk overall reaction.

• Elementary reaction dikelompokkan berdasarkan molekuleritas-nya, yaitu jumlah molekul (atau atom) pada sisi reaktan dari persamaan kimia untuk elementary reaction:1. Unimolecular reaction: yaitu elementary reaction yang

meliputi molekul reaktan tunggal. Contoh penguraian ozone pada atmosfer bagian atas.

2. Bimolecular reaction: yaitu elementary reaction yang menghasilkan energi tabrakan antara dua molekul reaktan. Contoh: reaksi antara molekul ozone dengan atom oksigen untuk menghasilkan dua molekul O2.

3. Termolecular reaction: yaitu elementary reaction yang meliputi 3 atom atau molekul. Tetapi reaksi ini jarang.

• Laju reaksi kimia meningkat dengan kenaikan suhu. • Berdasarkan model teori tabrakan/tumbukan, reaksi

bimolekuler terjadi ketika 2 molekul reaktan yang tepat berorientasi datang bersamaan pada energi tabrakan yang cukup.

• Untuk reaksi berikut:

• Contoh: reaksi oksigen atom dengan molekul HCl untuk memberikan molekul OH dan atom klorin:

• Progres reaksi bisa digambarkan sbb:

• Energi aktifasi adalah energi penghalang yang harus diatasi sebelum reaktan dapat diubah menjadi produk seperti gb. 1. Dan konfigurasi atom pada energi potensial maksimum disebut transition state atau activated complex.

Laju Reaksi dan Suhu: Persamaan Arrhenius