Pratikum Ilmu Teknik Kimia ILaboratorium Kimia Fisika

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kinetika Kimia

Kinetika kimia yang disebut juga kinetika reaksi merupakan studi tentang laju

berlangsungnya suatu reaksi, yang tercermin dalam suatu persamaan hukum laju.

Kinetika kimia juga mempelajari pengaruh konsentrasi dan suhu terhadap laju reaksi.

Pengetahuan tentang kinetika kimia ini penting untuk mempelajari suatu mekanisme

yang terjadi dalam suatu proses kimia. Meskipun mekanisme reaksi dapat juga di

pelajari dengan penelitian non-kinetika, misalnya dengan deteksi intermediate reaksi

dan pertukaran isotop, namun penjelasan dan bukti-bukti yang memuaskan tentang

pengetahuan mekanisme reaksi diperoleh dari penelitian kinetika secara mendalam.

Kinetika kimia telah dipelajari dan diteliti oleh beberapa ilmuwan seperti C.

F. Wenzel (1777), Louis Jacques Thénard (1818), namun hasil penemuan mereka

tidak ada yang menjelaskan laju secara kuantitatif. Baru pada tahun 1850, Ludwig

Ferdinand Wihelmy (1812-1864) seorang ahli kimia dari Jerman mempelajari laju

inversi sukrosa dan menemukan pertama kalinya laju reaksi dengan pendekatan

kuantitatif. Wilhelmy menginterpretasikan laju reaksi dengan menggunakan

persamaan diferensial dan menyusun persamaan empiris untuk mengungkapkan

kebergantungan laju reaksi pada suhu. Oleh karena itu, tahun 1850 ini dianggap

sebagai kelahiran kinetika kimia. Meskipun demikian, penemuan Wilhelmy ini

hampir luput dari perhatian, sampai suatu saat di mana Friedrich Wilhelm Ostwald

(1853-1932) memberikan perhatian penuh dan meneruskan penelitiannya.

Reaksi kimia dapat terjadi pada fase gas,cairan dan padatan, serta antarmuka.

Namun, terdapat perbedaan pengertian yang mendasar antara kinetika fase gas dan

fase cair. Dalam fase gas molekul-molekul saling berjauhan. Gerakan-gerakan dan

antaraksinya dipelajari melalui teori kinetik gas. Berdasarkan teori ini, laju proses

fase gas dihitung dengan membuat model sederhana gas-gas melalui pendekatan

molekular. Dengan menggunakan tumbukan molekul model bola kaku, frekwensi

tumbukan dan sifat perpindahan (transport properties) dalam gas tak bereaksi seperti

viskositas, difusi, an hantaran kalor telah dapat dihitung.Berdasarkan model

3Berat Molekul Volatil Novita Wahyuni/140405098

Kelompok XL

Pratikum Ilmu Teknik Kimia ILaboratorium Kimia Fisika

tumbukan reaktif dalam teori kinetik gas, laju reaksi melalui pendekatan molekular

pada fase gas dapat ditentukan.

Teori kinetik gas dimulai dari penurunan Daniel Bernoulli (1738) terhadap

hukum Boyle dengan menerapkan hukum gerakan Newton pada molekul. Hasil

Bernoulli diabaikan lebih dari 100 tahun kemudian. Pada tahun 1845, John

Waterston mempresentasikan karyanya di Royal Society,Inggris, yang berisi

pengembangan teori kinetik. Namun sayangnya, karya Waterston ini ditolak karena

dianggap tidak masuk akal. Eksperimen Joule yang medemonstrasikan panas sebagai

suatu energi menjadi dasar untuk mengembangkan gagasan teori kinetik sungguh

masuk akal. Sebagai akibatnya, pada periode tahun 1848 –1898, Joule, Clausius,

Maxwell, dan Boltzmann mengembangkan teori kinetik gas. Teori kinetik gas

menjelaskan tentang energi total gas berasal hanya dari sumbangan energi kinetik

molekul-molekul penyusun gas tersebut.

Ada tiga asumsi mendasari penjelasan ini, yaitu:

1. Gas tersusun dari molekul-molekul bermasa m dan berdiameter d yang bergerak

terus-menerus secara acak.

2. Ukuran molekul gas dapat diabaikan karena diameternya dapat diasumsikan

sangat kecil jika dibandingkan dengan jarak rata-rata yang ditempuh di antara

tumbukan.

3. Molekul-molekul gas tidak saling berantaraksi, dan bertumbukan dengan lenting

sempurna.

Berdasarkan asumsi yang mendasari teori kinetik gas tersebut, molekul-

molekul gas bergerak secara terus menerus, dan tidak saling tarik menarik maupun

tolak menolak. Molekul-molekul tersebut bergerak melalui lintasan-lintasan lurus di

antara tumbukan-tumbukan. Jarak lintasan yang telah ditempuh oleh gas di antara

tumbukan ini sangat besar, sehingga diameter molekul gas dapat diabaikan

dibandingkan dengan panjang lintasan tersebut. Tumbukan-tumbukan molekul

diasumsikan elastis sempurna. Selama tumbukan, energi kinetik total, berbentuk

energi translasi, tidak berubah atau tidak ada energi translasi yang hilang, diserap

atau dilepaskan untuk diubah menjadi energi dalam berupa energi elektronik, vibrasi,

4Berat Molekul Volatil Novita Wahyuni/140405098

Kelompok XL

Pratikum Ilmu Teknik Kimia ILaboratorium Kimia Fisika

dan rotasi didalam masing-masing molekul. Besarnya energi kinetik tersebut

berbanding lurus dengan suhu dalam K, Ek=3

2 RT (Ikhsan, 2013).

Dua buah sistem yang memiliki perbedaan suhu dan dibatasi oleh dinding

penghantar panas, maka secara spontan kedua sistem tersebut akan mengalami proses

menuju ke keadaan kesetimbangan thermal. Jika kesetimbangan thermal telah

tercapai, maka tidak terjadi lagi aliran kalor antara dua sistem tersebut. Dalam

kesetimbangan thermal, semua bagian sistem bertemperatur sama (Zemansky dan

Richard,1997:29).

2.2 Sifat Gas

Bila gas dimasukkan suatu wadah, molekul-molekul gas bergerak bebas di

dalamnya dan menempati seluruh volume wadah yang diisinya. Karena gas

bercampur bebas satu sama lain, maka bila ada beberapa macam gas dalam

campuran, volume setiap komponen akan sama dengan volume yang ditempati oleh

seluruh campuran.

Tekanan (pressure) didefenisikan sebagai gaya per satuan luas; jadi, tekanan

merupakan kuantitas intensif yang dibentuk dari nisbah (ratio) antara dua kuantitas

ekstensif, yaitu gaya dan luas. Dimana :

1 atm = 760 mm Hg

Dalam satuan Inggris, besaran tersebut sama dengan tekanan 14,7 pound/inci2.

Satuan SI untuk tekanan ialah pascal (Pa), didefenisikan sebagai 1 newton (satuan SI

untuk gaya) per meter persegi.

1 Pa = 1 N/m2

Dengan adanya satuan SI maka atmosfer standar didefenisikan lagi dalam satuan

pascal, menjadi

1 atm = 101.325 Pa = 101,325 kPa

Satuan tekanan yang lebih kecil yang acap kali kita jumpai dalam percobaan

ialah torr (berasal dari nama Evangelista Torricelli, penemu barometer). Menurut

defenisi, 760 torr sama dengan 1 atm.

1 atm = 760 torr

4Berat Molekul Volatil Novita Wahyuni/140405098

Kelompok XL

Pratikum Ilmu Teknik Kimia ILaboratorium Kimia Fisika

Untuk semua pengukuran gas yang paling cermat, 1 torr dapat dikatakan sama

dengan tekanan yang diberikan oleh kolom merkuri setinggi 1 mm.

1 torr = 1 mm Hg

(James E. Brady).

2.3 Hukum Gas Ideal

2.3.1 Hukum Gay – Lussac

Hukum ini menyatakan bahwa jika kita mempertahankan volume, maka

tekanan berbanding lurus dengan suhu mutlaknya. Dengan kata lain, bila suhu naik,

tekanan pun demikian. Menurut teori kinetik menaikkan suhu berarti juga menaikkan

energi kinetik rata-rata molekul, sehingga gerakan molekul lebih cepat. Ini berarti

mereka akan menghantam dinding gaya rata-ratanya pun menjhadi lebih besar.

Semua faktor tersebut menyebabkan tekanan meningkat (James E. Brady).

2.3.2 Hukum Charles

Volume meningkat apabila kita menaikkan suhu, asalkan tekanan tetap.

Meningkatkan suhu berarti menyebabkan lebih banyak molekul menghantam dinding

setiap detik dan juga menyebabkan gaya molekul terhadap dinding meningkat. Untuk

menjaga tekanan tekanan gas tetap pada saat suhu dinaikkan, kita harus membiarkan

gas memuai dan menempati volume yang lebih besar (James E. Brady).

2.3.3 Prinsip Avogadro

Gas dengan volume yang sama pada suhu dan tekanan yang sama memiliki

jumlah molekul yang sama. Sejumlah molekul gas yang sama menempati volume

yang sama pada suhu yang sama akan menimbulkan tekanan yang sama pula. Jika

suhu pada gas itu sama, maka energi kinetik rata-ratanya sama, dan jika jumlah

molekul per unit volume sama, maka tekanannya pun harus sama pula (James E.

Brady).

2.3.4 Hukum Dalton Mengenai Tekanan Parsial

Molekul gas ideal tidak menyadari keberadaan molekul lain kecuali jika

bertabrakan, karena mereka tidak saling tarik. Dalam campuran gas yang tidak

bereaksi, masing-masing bertindak bebas dan menimbulkan tekanan seolah-olah ia

4Berat Molekul Volatil Novita Wahyuni/140405098

Kelompok XL

Pratikum Ilmu Teknik Kimia ILaboratorium Kimia Fisika

sendirian. Efek kumulatif dari tekanan parsial masing-masing gas adalah tekanan

total (James E. Brady).

2.4 Persamaan Gas Ideal

Menurut hukum Newton kedua tentang gerakan, dapat dikatakan bahwa laju

perubahan momentum sama dengan gaya yang ditimbulkan oleh tumbukan molekul

gas ke dinding.

Gaya tumbukan = N

VAmv

x2

(3)

Menurut Hukum Pascal, gaya (F) yang ditimbulkan akibat tumbukan molekul gas ke

dinding sama dengan tekanan (p) dikalikan dengan luas permukaan dinding (A),

sehingga besarnya tekanan,

p= FA

= NV

mvx2

(4)

Molekul gas ideal akan memenuhi persamaan keadaan gas pV = nRT (Ikhsan, 2013).

2.5 Senyawa Volatil

Senyawa organik volatil (VOC) berarti setiap senyawa karbon, termasuk mono

karbon xide, karbon dioksida, asam karbonat, karbida logam atau karbonat, dan

amonium karbonat, yang berpartisipasi dalam fotokimia atmosfer

reaksi. Senyawa organik rendah reaktif berikut yang telah dibebaskan oleh EPA AS:

Aseton

Etana

Metil asetat

Perkloro etilen

Para kloro benzo trifluorida

(Schwehr, 2004).

4Berat Molekul Volatil Novita Wahyuni/140405098

Kelompok XL

Pratikum Ilmu Teknik Kimia ILaboratorium Kimia Fisika

4Berat Molekul Volatil Novita Wahyuni/140405098

Kelompok XL