Kinetika Reaksi

Laju Reaksi dan Kinetika Kimia

Laju reaksi menggambarkan seberapa cepat reaktan terpakai dan produk terbentuk

Kinetika Kimia mempelajari laju reaksi kimia dan mekanisme (tahapan) reaksinya

Penting ???

Laju Reaksi dan Kinetika Kimia

Definisi MatematikaPerubahan kuantitas reaktan atau produk selang waktu tertentu

Kuantitasnya : massa, volume, konsentrasi, tekanan, dll

Lajukuantitas final – kuantitas initial

waktu final – waktu initial

=

=[ ]

tor

p

t

Laju ReaksiUntuk mempelajari kinetika reaksi:

• Identifikasi reaktan dan produk• Tuliskan reaksi kimia-nya• Menghitung konsentrasi salah satu reaktan atau

produk selama interval waktu tertentu• Harus punya prosedur untuk mengukur

konsentrasi salah satu spesies yang terlibat• Monitoring yang berkelanjutan harus dilakukan

sebisa mungkin

Bagaimana Memonitornya ?

• Pengurangan massa • Gas yang dilepaskan• Intensitas warna• Perubahan tekanan• Beberapa analisis kimia

Contoh• Reaksi Dekomposisi N2O5

Dinitrogen pentaoksida dapat terdekomposisi menurut reaksi :

2N2O5(g) 2N2O4(g) + O2(g)

Reaksi ini dapat berlangsung dalam suatu pelarut inert seperti CCl4Ketika N2O5 terdekomposisi, N2O4 akan tetap berada dalam pelarut dan O2 akan menguap sehingga dapat diukur

Contoh

Kita dapat mengukur O2 selama reaksi dekomposisi N2O5 berlangsung•Temperatur harus dijaga sampai ketelitian 0,01oC•Larutan harus dikocok untuk menghindari adanya O2 yang terlarut jenuh•Diketahui bahwa pada awalnya reaksi berlangsung cepat kemudian melambat

Stirring bar

Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Sifat alami reaktan• Bensin cair terbakar perlahan, tetapi

bensin gas terbakar eksplosif • Dua larutan yang tidak bercampur

(immiscible) bereaksi lambat pada interface, tetapi ketika dikocok reaksi bertambah cepat

• Fosfor putih terbakar spontan dalam udara, tetapi fosfor merah stabil di udara

Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Konsentrasi reaktan • Untuk reaksi

2HCl(aq) + Mg(s) MgCl2(aq) + H2(g) meningkatkan konentrasi HCl meningkatkan laju reaksi yang dapat diamati dengan pelepasan gas hidrogen

Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Temperatur• Tergantung dari perubahan entalpi reaksi, Hrxn =

+ membutuhkan kalor sehingga meningkatkan temperatur akan meningkatkan laju.

• Secara umum, peningkatan 10 K menyebabkan kenaikan laju dua kali lipatnya.

Kehadiran Katalis• Menurunkan energi aktivasi reaksi

Teori Laju Reaksi Teori Tumbukan

• Berdasarkan teori kinetik-molekuler• Reaktan harus bertumbukan agar dapat bereaksi• Reaktan harus bertumbukan dengan energi yang cukup

dan orientasi yang tepat sehingga dapat memutuskan ikatan lama untuk membentuk ikatan baru

• Bila temperatur naik energi kinetik rata-ratanya bertambah, laju reaksi juga bertambah

• Bila konsentrasi dinaikkan jumlah tumbukan akan bertambah sehingga laju reaksi pun meningkat

Teori Laju ReaksiTeori Tumbukan

tumbukanTumbukan

etuna

oksigen

karbon dioxida

air

Teori Laju Reaksi

Transition state• Ketika reaktan bertumbukan akan

membentuk kompleks teraktifkan• Kompelks teraktifkan tersebut berada pada

keadaan transisi.• Kemudian akan membentuk produk atau

reaktan• Ketika produk terbentuk, sangatlah sulit

untuk kembali ke keadaan tansisi, untuk reaksi yang eksotermal

Teori Keadaan Transisi

Reaction Profile Profil Reaksi

Examples of Reaction Profile

Contoh Profil Reaksi

Examples of Reaction Profile

Contoh Profil Reaksi

Energi aktivasi tinggi, panas reaksi rendah

Energi aktivasi rendah, panas reaksi tinggi

Kembali ke ……

Reaksi dekomposisi N2O5

2N2O5(g) 2N2O4(g) + O2(g)

Dekomposisi Reaksi N2O5

Hasil ekperimen Laju produksi

O2 berkurang

Laju reaksi rata-rataKita dapat menghitung laju reaksi rata-rata pembentukan oksigen selang waktu tertentu

Satuan laju untuk reaksi ini adalah mL O2 (STP) / s

Perhatikan bahwa laju reaksi berkurang sejalan meningkatnya waktu

Kecepatan rata-rata pembentukan O2

tV

laju O

2

Plot Data

Laju Instantaneous

Dari grafik terlihat bahwa laju reaksi berkurang selama waktu reaksi

Laju Instantaneous• Laju pada waktu

tertentu• Dilihat dari slope

(tengensial)

Slope pada 1600 s

Slope pada 2400 s

Slope pada 4000 s

Laju pembentukan O2 semakin berkurang

Laju Awal Reaksi (Initial Rate)

• Laju pembentukan O2 pada waktu nol ( 0 s) atau pada saat reaksi tepat akan dimulai

Laju vs Konsentrasi

• Dengan mencari tangensial dari kurva [N2O5], kita dapat mengukur laju reaksi

• Sesuai dengan data dapat diketahui bahwa laju raksi berbanding lurus dengan konstanta laju reaksi

• Laju = k [N2O5]• Sehingga kita dapat

menghitung nilai k untuk tiap nilai laju reaksi

• Untuk reaksi umumaA + bB + ….. eE + fF + gG…….Hukum laju reaksinya :

v = k [A]x[B]y

Dimana v = laju reaksik = konstanta laju reaksix, y = orde reaksi terhadap A dan Bx+y = total orde reaksiOrde reaksi tidak selalu sama dengan koefisien

reaksi

Hukum Laju Reaksi

Mencari Hukum Laju

Metode laju awal reaksi

Orde untuk tiap reaktan dapat dicari dengan• Merubah konsentrasi awalnya• Menjaga konsentrasi dan kondisi reaktan lainnya

tetap• Mengukur laju awalnyaPerubahan pada kecepatan digunakan untuk

mengukur orde tiap reaktan. Prosesnya dilakukan secara berulang-ulang

Contoh : N2O5

Diambil dari dekomposisi N2O5

Hukum laju : v = k[N2O5]x

Tujuannya adalah mencari x

Contoh N2O5

Eksp. 1

Eksp. 2Kita bagi persamaan eksperimen 1 dengan persamaan eksperimen 2

Contoh yang lebih kompleks

Untuk reaksi dibawah diperoleh hasil :

Contoh yang lebih kompleks

220,4

030,0060,0

/107,1/108,6

8

8

x

MM

sMsM

x

x

x

Sehingga diperoleh

X = 2, y = 3/2 dan z = 0

Hukum Laju:

V = k [A]2[B]3/2

Total orde : 31/2

Untuk Order A

Gunakan Reaksi 1 dan 2

Untuk Order B

Gunakan Reaksi 1 dan 3

2/329,2

020,0010,0

/107,1/109,4

8

8

y

MM

sMsM

y

y

y

021

050,0100,0

/107,1/107,1

8

8

z

MM

sMsM

z

z

z

Untuk Order C

Gunakan Reaksi 1 dan 4

Mencari Hukum Laju ReaksiMetode Grafik

Dengan menggunakan integrated laws, dapat diperoleh garis lurus dari plot data. Order reaksi ditetntukan apabila data sesuai dengan plotnya

Finding the Rate LawMencari Hukum Laju Reaksi

Dilihat dari plot ini maka dapat disimpulkan bahwa reaksi dekomposisi N2O5 merupakan reaksi order 1 karena menghasilkan garis lurus

Reaksi Order Pertama

Beberapa aplikasi dari reaksi order I• Menggambarkan berapa banyak obat yang

dilepas pada peredaran darah atau yang digunakan tubuh

• Sangat berguna di bidang geokimia• Peluruhan radioakif

Waktu Paruh (t1/2)

Waktu yang dibutuhkan untuk meluruhkan ½ dari kuantitas awal suatu reaktan

Waktu Paruh

Dari data N2O5 dilihat bahwa dibutuhkan waktu 1900 detik untuk mereduksi jumlah awal N2O5 menjadi setengahnya.

Butuh 1900 detik lagi untuk mereduksi setengahnya kembali

Waktu ParuhHubungan waktu paruh dengan konstanta laju reaksi

Waktu paruh dapat digunakan untuk menghitung konsntanta laju reaksi orde pertama

Pengaruh Temperatur

Laju reaksi sangat bergantung pada T temperaturkonstanta reaksi dekomposisi N2O5 pada berbagai temperatur

Waktu Paruh Reaksi Orde 2

• Persamaan yang menyatakan hubungan ini adalah persamaan Arrhenius

Pengaruh Temperatur

• Bentuk lain persamaan Arrhenius:

Pengaruh Temperatur

Jika ln k diplot terhadap 1/T maka akan didapat garis lurus dengan nilai tangensial –Ea/R

Energi Aktivasi

Energi yang dibutuhkan oleh suatu molekul untuk dapat bereksi

Hasil dari perhitungan data N2O5

Temperatur dan Ea

Bila temperatur meningkat, fraksi molekul yang memiliki energi kinetik pun meningkat sehingga meningkatkan laju reaksi energi aktivasinya

Mekanisme Reaksi

• Belangsung dapat berlangsung hanya dengan satu tahapContoh: Na+(aq) + OH-(aq) + H+(aq) + Cl-(aq) H2O(l) + Na+(aq) + Cl-(aq)

Spectator ions

Mekanisme Reaksi

• Kebanyakan reaksi kimia berjalan dengan beberapa tahap yang berurutan

• Setiap tahapan memiliki laju yang bersesuaian• Laju keseluruhanditentukan oleh tahapan yang

berlangsung paling lambat (rate-determining step) Mengapa?

• Prinsip: “ Jika konsentrasi suatu reaktan muncul dalam persamaan laju reaksi, maka reaktan tersebut atau sesuatu yang merupakan hasil penurunan reaktan tsb terlibat dalam tahapan yang lambat. Jika tidak muncul dalam persamaan laju reaksi, maka baik reaktan maupun turunannya tidak terlibat dalam tahapan yang lambat.”

Go to ……

Reaksi dekomposisi N2O5

2N2O5(g) 2N2O4(g) + O2(g)

Reaksi ini bukan reaksi orde 2 walaupun ini merupakan reaksi bimolecular

tumbukan

Dua molekul gas dalam tumbukan

v = k [N2O5]

Persamaan ini menunjukkan bahwa tahapan yang paling lambat melibatkan satu molekul N2O5 yang terdekomposisi

lambat

Tahapan pertama merupakan unimolecular – dimana tiap molekul pecah. Reaktan tidak bertumbukan terlebih dahulu

cepat

lambat+

cepat

energi

Koordinat reaksi

Ea1Ea2

Tahap I

Ea3

Tahap II

Tahap III

Contoh, lagi….

H3C C CH3

O+ H+ fast H3C C CH3

OH+

+

H3C C CH3

OH slowH3C C CH2

OH+ H+

H3C C CH2

OH+ I2 fast

+

H3C C CH2IOH

+ I -

H3C C CH2IOH+

I -+ fast H3C C CH2IO

+ HI

Reaksi yang dikatalisis asam antara propanon dengan iodin

CH3COCH3(aq) + I2(aq) CH3COCH2I(aq) + HI(aq)

r = k[CH3COCH3]1[H+]1[I2]oH+(aq)

Contoh, lagi….

Reaksi antara metanol dan HCl

CH3OH(aq) + HCl(aq) CH3Cl(aq) + H2O(aq)

r = k[CH3OH][HCl]

Bila eksperimen dilakukan dengan sangat teliti:

Penambahan [H+] dari sumber asam kuat yang lain dan menambahkan [Cl-] dari NaCl kecepatan reaksi juga bertambah, jadi

r = k[CH3OH][H+][Cl-]

H3C OH + H+ H3C OHH

+

CH

HOH H

Cl H

CH

HH

Cl + O HH

Katalisis

• Katalis meningkatkan koefisien reaksi dengan menyediakan jalur reaksi alternatif (atau mekanisme) dengan energi aktivasi yang lebih rendah

• Katalis tidak mengubah kesetimbangan hanya mempercepat terjadinya kesetimbangan

• Contoh:Produksi NH3 menggunakan katalis PtCatalytic converter pada knalpot

Aksi Katalis

Katalisis•Homogen : satu fasa•Heterogen : reaktan dan katalis berada pada fasa yang berbedaContoh : pada produksi amonia N2 + 3H2 2NH3 (katalis Pt)

Tahapan penentu laju adalah pemutusan ikatan H-H