20/11/2019

1

Kinetika Kimia

Sumber:

Raymond Chang

Jilid 2

2

Chap. 13 (R. Chang)

20/11/2019

2

Materi Kuliah

• Kecepatan reaksi

• Persamaan Kecepatan Reaksi

• Hubungan antara konsentrasi reaktan dan

waktu reaksi

• Energi aktivasi dan pengaruh temperatur

terhadap konstanta kecepatan reaksi

• Mekanisme Reaksi

• Katalis

1. KECEPATAN REAKSI

• Kinetika kimia = perubahan kimia � akan terkait

dengan rate (kecepatan)

• Kecepatan reaksi � perubahan konsentrasi reaktan

atau produk terhadap waktu (M/s)

• Reaksi rantai (nuklir) � 10-12 – 10-6 s

• Reaksi konversi grafit menjadi diamond � tahunan –

jutaan tahun

• Apa yang dilakukan seorang Chemical Engineer �

mempercepat kecepatan reaksi, selain meningkatkan

yield reaksi.

20/11/2019

3

Tinjauan suatu reaksi:

Reaktan � produk

A � B

Keberlangsungan reaksi dapat dimonitor dari

penurunan konsentrasi reaktan atau peningkatan

konsentrasi produk

Mengapa bertanda negatif???

Bagaimana cara memonitor konsentrasi pada berbagai waktu??

�Metode Analisis kimia (titrasi, gravimetri, dsb.)

�Spectroscopy (Spektrometer) � untuk larutan

�Pengukuran Konduktivitas Listrik � jika lar. mengandung ion

�Pengukuran tekanan � untuk reaksi melibatkan gas

Data yang diperoleh berupa konsentrasi reaktan atau produk

pada berbagai waktu pengambilan sampel:

t (menit) CA (mol/L)

0 10,0

5 9,5

10 8,1

20/11/2019

4

1.1. Kecepatan Reaksi sebagai fungsi

konsentrasi fase cair

Contoh reaksi Bromin dan As. Format (reaksi dlm larutan)

Konsentrasi bromin jg dapat diukur dengan spektrometer

Contoh reaksi Bromin dan As. Format

Data hasil percobaan: Rate dapat dihitung dgn:

Pada 50 menit pertama:

Pada 100 menit pertama:

20/11/2019

5

Contoh reaksi Bromin dan As. Format

k = konstanta kecepatan reaksi

Pada kasus ini satuan k = 1/s

Contoh reaksi Bromin dan As. Format

Rate = k.[Br] � sehingga k = slope garis

k = 3,49 x 10-3 s-1

Persamaan kec.reaksi

pengurangan Bromin:

rBr = - k.[Br]

rBr = - 3,49 x 10-3.[Br]

atau

- rBr = 3,49 x 10-3.[Br]

20/11/2019

6

1.2. Kecepatan Reaksi sebagai fungsi

konsentrasi fase gas

Contoh reaksi Dekomposisi Hidrogen Peroksida (salah

satu produk berfasa gas)

Konsentrasi produk dapat diukur dengan

pengukuran tekanan � manometer

Dari persamaan gas ideal:

Plot data antara rate vs P � didapat konstanta kec.reaksi

20/11/2019

7

1.3. Kec. Reaksi dan Stoikhiometri

Contoh reaksi:

Bentuk reaksi secara umum:

Contoh soal

20/11/2019

8

2. The Rate Law – Pers. Kecepatan ReaksiMenghubungkan antara kecepatan reaksi dengan konstantan

kecepatan reaksi dan pangkat konsentrasi reaktan. Misalkan

reaksi umum berikut:

Nilai x dan y harus ditentukan secara eksperimental . Pada

umumnya x dan y tidak sama dengan koefisien stoikhiometri a

dan b.

�Jika nila k, x dan y sudah diketahui maka persamaan

kec.reaksi diperoleh.

� x = orde reaksi terhadap A, y= orde reaksi terhadap B,

x + y = orde reaksi keseluruhan

Contoh penentuan orde reaksi:

Dari data di atas dapat diketahui bahwa persamaan kecepatan reaksi sbb:

Nilai konstanta kec.reaksi (k) kemudian dapat ditentukan:

Reaksi orde 1 terhadap F2

orde 1 terhadap ClO2

orde 2 terhadap keseluruhan

Lihat satuannya

20/11/2019

9

20/11/2019

10

3. Hubungan antara konsentrasi reaktan dan

waktu

REAKSI ORDE NOL (Zero Order Reaction)

Hub. antara konsentrasi reaktan dan waktu

REAKSI ORDE SATU (First Order Reaction)

20/11/2019

11

Contoh

Tentukan nilai konstanta kecepatan reaksi (k)

Contoh

20/11/2019

12

REAKSI ORDE SATU (First Order Reaction) – Fasa GAS

Slope = -k

20/11/2019

13

REAKSI ORDE DUA (Second Order Reaction)

20/11/2019

14

Hub. antara konsentrasi reaktan dan waktu

28

Data lab:

[A] data vs waktu reaksi

Menentukan nilai k

Trial and error

order reaksi

Verifikasi Data: apakah

[A] hitung mendekati [A] data

Hitung [A] hitung

Dipilih order reaksi

yang [A] hitung

mendekati [A] data

Menentukan persamaan kecepatan reaksi

20/11/2019

15

Latihan

Penentuan persamaan kecepatan reaksi

29

Tentukan persamaan kecepatan reaksi nitrogen

pentoksida dalam pelarut CCl4 pada suhu 45 OC.

Reaksi:

2N2O5 � 4 NO2(g) + O2(g)

Data percobaan:

t (s) [N2O5] (mol/L)

0 0,91

300 0,75

600 0,64

1200 0,44

3000 0,16

Tentukan order reaksi yang

sesuai dengan data

percobaan.

petunjuk

• Jika order nol, turunkan persamaan kecepatan reaksi,

sehingga diperoleh persamaan garis lurus yang berisi

konsentrasi dan waktu. Tentukan nilai k. Tentukan nilai

[N2O5] hitung.

• Ulangi tahap di atas, jika order satu dan jika order

dua.

• Tentukan order reaksi yang sesuai dengan data

percobaan.

30

20/11/2019

16

Evaluasi slope dan intersep garis lurus

berdasarkan beberapa data y dan x

� Persamaan garis: y = ax +b

� Evaluasi nilai a dan b menggunakan metode regresi

linier:

∑ � = � ∑ � + bn

∑ �� = � ∑(��) + b∑ �

31

32

20/11/2019

17

33

34

20/11/2019

18

35

Materi Kuliah

A. Kecepatan reaksi

B. Persamaan Kecepatan Reaksi

C. Hubungan antara konsentrasi reaktan dan waktu

reaksi

D. Energi aktivasi

E. Pengaruh temperatur terhadap konstanta

kecepatan reaksi

F. Mekanisme Reaksi

G. Katalis

36

20/11/2019

19

Energi Aktivasi (Ea)

Energi aktivasi (Ea) adalah jumlah energi minimal yang

diperlukan untuk menginisiasi reaksi kimia.

Jika konsep terjadinya reaksi adalah karena ada tumbukan dari

molekul-molekul reaktan, maka agar terjadi reaksi molekul-

molekul yg saling bertumbukan tersebut harus memiliki energi

kinetik total yang sama atau lebih besar dari energi aktivasi.

Pengaruh Suhu terhadap Konstanta Kec. Reaksi

Persamaan Arrhenius:

Evaluasi A dan Ea/R :

Data yang tersedia berupa nilai k pada beberapa variasi suhu

(T), sehingga:

38

20/11/2019

20

Menentukan konstanta m dan b menggunakanregresi linier dengan sejumlah N data.

Y = m X + b∑Y = m ∑X + b N …(1)

∑(XY) = m ∑(X2) + b ∑X …(2)

Dengan dua persamaan, maka 2 bilangan (yang tak diketahui) dapat dievaluasi.

39

20/11/2019

21

41

42

20/11/2019

22

43

Pengaruh Suhu terhadap Konstanta Kec. Reaksi

20/11/2019

23

20/11/2019

24

Mekanisme Reaksi

Jika dalam suatu reaksi pembentukan produk terdapat

beberapa tahap reaksi dasar (elementary step), maka

kecepatan reaksi keseluruhan ditentukan oleh tahap reaksi

penentu (rate-determining step) yaitu tahap reaksi yang

berjalan paling lambat.

Contoh: Dekomposisi Hidrogen Peroksida

Contoh: Reaksi dekomposisi H2O2

Controlling step:

Rate law:

Then: k= k1 48

20/11/2019

25

• IO- = senyawaintermediate, tidakstabil.

• I- terbentuk lagi � I-

adalah katalis, bukanreaktan.

• Ea step 1 >> step 2

• Step 1 lebh lambatdibanding step 2.

• Step 1 mengendalikankeseluruhan reaksi.

49

Katalis

� Katalis adalah bahan kimia yang dapat mempercepat

kecepatan reaksi dengan menurunkan energi aktivasi.

� Katalis dapat bereaksi dengan reaktan membentuk senyawa

intermediet, namun setelah itu teregenerasi pada tahap reaksi

berikutnya, sehingga dapat dikatakan tidak terkonsumsi

selama reaksi berlangsung.

20/11/2019

26

KatalisJenis-jenis katalis:

1. Katalis Heterogen � reaktan dan katalis berbeda fasa

(reaktan gas/liquid; katalis padat)

2. Katalis Homogen � reaktan dan katalis berfasa sama

(biasanya cairan – katalis asam-basa)

3. Kalatis Enzym (katalis biologis) � bersifat spesifik � pada

umumnya homogen (ada substrat dan enzym)