Bagian i Kinetika Reaksi Kimia

download Bagian i Kinetika Reaksi Kimia

of 22

  • date post

    29-Dec-2015
  • Category

    Documents

  • view

    140
  • download

    13

Embed Size (px)

description

TRK part 1

Transcript of Bagian i Kinetika Reaksi Kimia

  • BAGIAN I KINETIKA REAKSI KIMIATeknik Reaksi KimiaMATERI BAHASANKECEPATAN REAKSI KIMIAKECEPATAN REAKSI HOMOGENKONSEPSI DASAR KINETIKA KIMIAPENGARUH VARIABEL LAIN TERHADAP LAJU REAKSIBENTUK INTEGRASI PERSAMAAN LAJU REAKSI

  • 1. KECEPATAN REAKSI KIMIA Bagian I Kinetika Reaksi KimiaMATERI BAHASANDefinisi Kecepatan ReaksiKecepatan pengurangan jml mol reaktan/penambahan jml mol produk, untuk setiap satuan jml tempat berlangsungnya reaksiPersamaan Umum Kecepatan Reaksi-ri = - dni/Vdt, atau ri = dni/Vdt .... (1)Persamaan Kecepatan Reaksi Heterogeni. Massa Padatan (Ws)-ri = - dni/Wsdt, atau ri = dni/Wsdt mol gr-1(s)dt-1.... (2)ii. Volume Padatan (Vs)-ri = - dni/Vsdt, atau ri = dni/Vsdt mol liter-1(s)dt-1 .. (3)iii. Volume Fluida (Vf)-ri = - dni/Vfdt, atau ri = dni/Vfdt mol liter-1(f)dt-1 .... (4)iv. Luas Permukaan Padatan (Ss)-ri = - dni/Ssdt, atau ri = dni/Ssdt mol cm-2(s)dt-1 ... (5)

  • 2. KECEPATAN REAKSI HOMOGEN Bagian I Kinetika Reaksi KimiaMATERI BAHASANPersamaan Kecepatan Reaksi Homogen -ri = - dni/Vdt

    Kondisi Ideal Sistem Reaksi Homogen tertutup, isotermal, tekanan konstan, homogen melibatkan hanya satu reaksi -ri = - d(ni/V) dt = - dCi/dt ..... (6) Ci = konsentrasi molekul iContoh :Reaksi aA + bB rR + sS-rA = - dCA/dt ; -rB = - dCB/dt ; rR = dCR/dt ; rS = dCS/dt Dari stoikhiometri :rA / rB = a/b ...... (7)

  • 2. KECEPATAN REAKSI HOMOGEN Bagian I Kinetika Reaksi KimiaSehingga : - dCA/a dt = - dCB/b dt = dCR/r dt = dCS/s dt ... (8)Secara Umum :ri = dCi/i dt ....... (9)r = ri/i dt ......... (10)

  • 3. KONSEPSI DASAR KINETIKA KIMIA Bagian I Kinetika Reaksi KimiaMATERI BAHASANFaktor-faktor yang Mempengaruhi Kecepatan ReaksiKonsentrasiTemperaturTekananContoh :aA + bB pP ...... (11)-rA = k CA CB ....... (12), : orde reaksik : konstanta kecepatan reaksi = A e-Ea/RT

    Orde ReaksiAdalah bilangan yang menyatakan derajat ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi reaktanSifat :Hasil dari percobaan, sehingga tidak harus bulatTidak harus sama dengan koefisien stoikhiometri reaksi

  • 3. KONSEPSI DASAR KINETIKA KIMIA Bagian I Kinetika Reaksi KimiaKonstanta Kecepatan ReaksiAdalah nilai laju reaksi pada konsentrasi reaktan sama dengan satu satuan konsentrasiSatuan : tergantung orde total reaksiNilai : tergantung pada komponen yang ditinjauContoh :A + 2B 3C ...... (13)Orde 1 masing-masing terhadap A dan BPersamaan kecepatan reaksi :-rA = kA CA1 CB1dengan : -rA = laju reaksi pengurangan A (mol liter-1 detik-1)CA, CB = konsentrasi A dan B (mol liter-1)kA = konstanta laju reaksi pengurangan A (liter mol-1detik-1)-rA = -1/2 rB = 1/3 rC ...... (14)

  • 3. KONSEPSI DASAR KINETIKA KIMIA Bagian I Kinetika Reaksi Kimia rC = -3 rA= 3 kA CA CB = kC CA CB .... (15) kC = 3 kA ....... (16) -rB = kB CA CB ....... (17) kB = 2 kA ....... (18)

    Mekanisme ReaksiAdalah urutan tahap reaksi elementer yang dilalui oleh reaktan untuk menjadi produk reaksi Contoh :H2 + Br2 2HBr......... (19)Persamaan kecepatan reaksi : (dari Percobaan)rHBr = d(CHBr)/dt = (k1 CBr20,5 CH2) / (1+ k2 (CHBr/CBr2) ..... (20)

  • 3. KONSEPSI DASAR KINETIKA KIMIA Bagian I Kinetika Reaksi KimiaTahapan Reaksi :Br2 2BrBr + H2 HBr + H H + Br2 HBr + Br H + HBr H2 + BrBr + Br Br2Reaksi ElementerAdalah reaksi satu tahap yang merupakan reaksi antara satu atom/molekul reaktan yang satu dengan satu atom/molekul reaktan lainnya. Persamaan laju reaksi elementer dapat dinyatakan dari stoikhiometri reaksiContoh :1. Reaksi elementer A + B k R -rA = -rB = k CA1 CB1

  • 3. KONSEPSI DASAR KINETIKA KIMIA Bagian I Kinetika Reaksi Kimia2. Tahap Kedua Reaksi (19) Br + H2 k2 HBr + H -rBr = -rH2 = rHBr rHBr = k2 CBr CH2MolekularitasAdalah jumlah atom/molekul yang terlibat di dalam reaksi elementer. Molekularitas reaksi elementer = orde total reaksiCiri-ciri reaksi elementer :Molekularitas reaksi biasanya 1 atau 2, dan jarang sekali 3.Reaksi dengan stoikhiometri seperti persamaan reaksi :A 1,45 R + 0,85 S adalah bukan reaksi elementer Untuk reaksi reversibel, bila reaksi ke kanan bukan reaksi elementer, yang ke kiri juga bukan reaksi elementerBila dari percobaan diperoleh persamaan laju reaksi yang tidak sesuai dengan stoikhiometri reaksi, maka reaksi tersebut pasti bukan reaksi elementer

  • 4. PENGARUH VARIABEL LAIN TERHADAP LAJU REAKSI Bagian I Kinetika Reaksi KimiaKonsentrasi : jelas pada persamaan laju reaksiYang terpenting : temperatur : dicakup dalam konstanta laju reaksi (k)Konstanta laju reaksi dipengaruhi oleh :TemperaturUkuran dan berat molekul yang terlibat reaksi Keberadaan katalis

  • 5. BENTUK INTEGRASI PERSAMAAN LAJU REAKSI Bagian I Kinetika Reaksi KimiaAkan dibahas berbagai bentuk dan jenis persamaan laju reaksi untuk proses yang :Hanya dipengaruhi oleh reaksi kimia; kejadian fisika tidak mengganggu reaksi tersebut.Berlangsung secara isotermalBerlangsung di dalam reaktor batch dengan Volume konstan

    MATERI BAHASANReaksi SearahReaksi ReversibelReaksi ParalelReaksi Konsekutif (Seri)

  • 5. BENTUK INTEGRASI PERSAMAAN LAJU REAKSI Bagian I Kinetika Reaksi KimiaReaksi Searah kiA BPersamaan laju reaksi : -rA = ki Cn ........ (21)

    Orde NolAda 2 kemungkinan :Laju reaksi tidak dipengaruhi oleh konsentrasi reaktanReaksi dimulai dengan jumlah reaktan yang sangat besar, sehingga pengurangan jumlahnya terhadap waktu dapat diabaikan : disebut reaksi pseudo orde nol.

    Persamaan laju reaksi : -rA = - dCA/dt = ko ......... (22)Sehingga : CA = CA0 k0 t .......... (23)Waktu Paroh (t1/2) : t1/2 = CA0/2k0 .......... (24)

  • 5. BENTUK INTEGRASI PERSAMAAN LAJU REAKSI Bagian I Kinetika Reaksi KimiaOrde SatuPersamaan laju reaksi : -rA = - dCA/dt = k1 CA.......... (25)Sehingga : ln (CA/CA0) = k1 t ........... (26)Waktu Paroh (t1/2) : t1/2 = (ln 2)/k1 ....... (27)

    Orde Dua2 tipe : 1. A + A produk 2. aA + bB produk

    Tipe 1 : - dCA/dt = k2 CA2.......... (28)Sehingga : 1/CA 1/CA0 = k2 t .......... (29)Waktu Paroh (t1/2) : t1/2 = 1/(k2 CA0)........ (30)

    Tipe 2 : - dCA/dt = k2 CA CB .......... (31)

  • 5. BENTUK INTEGRASI PERSAMAAN LAJU REAKSI Bagian I Kinetika Reaksi KimiaAda 2 kemungkinan :Reaktan ditambahkan sesuai dengan stoikhiometri reaksi ; CAo = a/b CBoReaktan ditambahkan tidak sesuai dengan stoikhiometri reaksi ; CAo = a/b CBo (tidak dibahas)

    Keadaan (1)t = 0 ;CA = CA0t = t ;CA = CA CB = CB0 = b/a CA0 CB = b/a CASehingga Persamaan (31) dapat ditulis :- dCA/dt = k2 CA b/a CA- dCA/dt = k2 CA2 ...................... (32)(Sama dengan tipe 1)

  • 5. BENTUK INTEGRASI PERSAMAAN LAJU REAKSI Bagian I Kinetika Reaksi KimiaReaksi Reversibel

    Persamaan laju reaksi : -rA = = ki CAn k-i CBn ......... (33)Orde NolReaksi :

    = k0 CA0 k-0 CB0 ........... (34) = k0 k-0 CA = CA0 (k0 k-0) t ........... (35)A Bkik-iA Bk0k-0 dCA dt dCA dt

  • 5. BENTUK INTEGRASI PERSAMAAN LAJU REAKSI Bagian I Kinetika Reaksi KimiaOrde SatuReaksi :

    = k1 CA k-1 CB ............... (36) CB = CB0 + (CA0 CA) .............. (37)

    Hasil Integrasi :

    A Bk1k-1 dCA dt dCA dt dCA dt= k1 CA k-1 [CB0 + (CA0 CA)] .......... (38)= (k1 + k-1) CA k-1 (CB0 + CA0) ........... (39) (k1 + k-1) CA k-1 (CB0 + CA0) (k1 CA0 k-1 CB0)ln= (k1 + k-1) t ............ (40)

  • 5. BENTUK INTEGRASI PERSAMAAN LAJU REAKSI Bagian I Kinetika Reaksi KimiaKesetimbangan tercapai :

    k1 CA eq = k-1 CB eqk1 CA eq = k-1 (CB0 + CA0 CA eq)sehingga :

    didefinisikan :Sehingga persamaan (40) menjadi : CB eqCA eqk1k-1 dCB dt= 0CB0 = (k1 + k-1) CA eq k-1 CA0 k-1........... (41)= K =........... (42)ln (CA0 CA eq) (CA CA eq)k1 (K + 1) t K= ............. (43)

  • 5. BENTUK INTEGRASI PERSAMAAN LAJU REAKSI Bagian I Kinetika Reaksi KimiaOrde Dua (sebatas mengenal)Reaksi :

    Masing-masing orde satu terhadap A, B, P dan Q

    A + B P + Qk2k-2 dCA dt= k2 CA CB k-2 CP CQ ........... (44)

  • 5. BENTUK INTEGRASI PERSAMAAN LAJU REAKSI Bagian I Kinetika Reaksi KimiaReaksi Paraleladalah reaksi pengkonversian satu reaktan menjadi beberapa produk sekaligusYang dibahas : Reaksi paralel yang paling sederhana, yaitu reaksi paralel irreversibel orde 1Contoh :

    A

    Persamaan laju reaksi :PQ dCA dt= k1 CA + k2 CA ............ (45)= k1 CA ............. (46)= k2 CA ............. (47) dCP dt dCQ dtk1k2

  • 5. BENTUK INTEGRASI PERSAMAAN LAJU REAKSI Bagian I Kinetika Reaksi KimiaIntegrasi Persamaan (45) :

    Sehingga :

    Dengan cara sama :

    dCA dt= (k1+ k2) t .............. (48) dCP dttlnCACA0== dCP dCA k1 k1+ k2 ...... (49)CP = CP0 CP = CP0 k1 CA0 (k1+ k2) k1 CA0 (k1+ k2)(CACA0 1) ............. (50) (k1+ k2) t(e 1) ............ (51) (k1+ k2) t(e 1) ............ (52)k2 CA0 (k1+ k2)CQ = CQ0

  • 5. BENTUK INTEGRASI PERSAMAAN LAJU REAKSI Bagian I Kinetika Reaksi KimiaReaksi Konsekutif (Seri)

    Tinjauan : Reaksi konsekutif ireversibel orde satu.Persamaan reaksi :ABCk2k1 dCA dt= k1 CA ............. (53) dCB dt= k1 CA k2 CB ............ (54) dCC dt= k2 CB ............. (55)Integrasi (53) : lnCACA0= k1 t .............. (56) dCB dt= k1 CA0 e k2 CB ........... (57) k1t

  • 5. BENTUK INTEGRASI PERSAMAAN LAJU REAKSI Bagian I Kinetika Reaksi KimiaIntegrasi persamaan (57) :CB = CB0 e + dCB dt= 0(1 + ) ............. (59)lnk2k1k1 CA0 (k2 k1)k2t(e e ) ......... (58)k1tk2tCB = CB max tmax = 1 k2 k1CB0CA0k2k1CB0CA0