Kegiatan 4 Kinetika kimia

download Kegiatan 4 Kinetika kimia

of 26

  • date post

    30-Jun-2015
  • Category

    Documents

  • view

    1.434
  • download

    4

Embed Size (px)

Transcript of Kegiatan 4 Kinetika kimia

KEGIATAN 4

KINETIKA KIMIAA. Tujuan Kegiatan ini dimaksudkan untuk membantu guru dalam memahami konsepkonsep dalam kinetika kimia. Beberapa konsep yang perlu dipahami guru antara lain Laju Reaksi, Hukum Laju, Waktu Paruh, Orde reaksi, Mekanisme reaksi, dan ketergantungan reaksi pada temperatur. B. Uraian I. Petunjuk Belajar Setelah membaca pokok-pokok dan hal yang penting, mulailah mempelajari contoh soal, kemudian mengerjakan soal-soal latihan. Untuk membuktikan apakah kita sudah mampu atau belum dalam mengerjakan soal latihan, disarankan tanpa melihat contoh uraian. Bila belum bisa mengerjakannya baca lagi materi dan lakukan latihan sampai benar-benar telah dipahami. II. Uraian Materi 1. Pendahuluan Pada termodinamika kimia dibahas arah reaksi, spontanitas reaksi terkait dengan perubahan energi bebas. Energi bebas dapat diramalkan apakah suatu proses atau reaksi dapat berlangsung atau tidak. Tetapi termodinamika tidak menjawab berapa lama proses atau reaksi berlangsung, bagaimana mekanisme perubahan pereaksi menjadi hasil. Dalam mempelajari suatu reaksi tidak cukup hanya dengan termodinamika, tetapi diperlukan pula kinetika kimia. Kinetika kimia membahas tentang kecepatan reaksi, faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi, orde reaksi dan mekanisme reaksi. Kecepatan reaksi berkaitan dengan besarnya perubahan suatu zat terhadap fungsi waktu. Ada dua alasan dasar mengapa kecepatan reaksi dipelajari : pertama kecepatan reaksi dipelajari untuk memprediksi waktu yang diperlukan oleh suatu reaksi dari campuran sehingga tercapai kesetimbangan. Kecepatan reaksi dipengaruhi olehKinetika Kimia

86

konsentrasi, temperatur, tekanan dan pemberian katalis serta faktor lainnya. Dari ke empat faktor ini, melalui pemilihan kondisi laju reaksi dihasilkan sesuai dengan yang diinginkan. Alasan kedua kita mempelajari kecepatan reaksi adalah untuk mempelajari atau mengetahui mekanisme reaksi. Terjadinya suatu reaksi mungkin berupa tumbukan reaktif dalam fasa gas dan mungkin juga berupa pertemuan reaktif dalam fasa larutan. 2. Kecepatan reaksi Kecepatan reaksi adalah besarnya perubahan zat yang bereaksi terhadap waktu. Data yang diperlukan untuk menghitung kecepatan reaksi adalah konsentrasi reaktan yang membentuk produk dan waktu yang diperlukan untuk reaksi. Skema variasi reaktan dan produk sebagai fungsi waktu dapat digambarkan sebagai berikut.

35 30 25 konsentrsi 20 15 10 5 0 0 10 20 30 Wak tu 40 50 reaktan produk

Gambar 1. Menunjukkan bahwa konsentrasi reaktan menurun sampai tercapainya harga kesetimbangan dan konsentrasi produk meningkat dari mula-mula berharga nol sampai terciptanya keadaan kesetimbangan.

Gambar 1. variasi konsentrasi reaktan dan produk

Gambar di atas seperti halnya penguraian ozon menjadi oksigen reaktan adalah O3 dan produknya adalah O2, dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi 2O3 3O2 Selama reaksi berlangsung selang waktu ( t), terjadi pengurangan konsentrasi O3 dan peningkatan konsentrasi O2. Laju reaksi dapat dinyatakan dari pengurangan zat O3 dan penambahan zat O2. Laju pengurangan = [O 3 ] [O 2 ] atau Laju pembentukan = t t

Tanda negatif menunjukkan bahwa O3 berkurang, sedangkan untuk O2 positif karena bertambah.

Kinetika Kimia

87

3. Stoikiometri Laju reaksi Suatu reaksi kimia dengan dua pereaksi A1 dan A2 dengan dua hasil reaksi A3 dan A4 dapat dinyatakan sebagai berikut : 1A1 + 2A2 3A3 + 4A4 (1) dimana sebagai koefesien stoikiometri. Di sini akan digunakan konvensi bahwa koefisien stoikiometri positif untuk hasil reaksi dan negatif untuk pereaksi (reaktan), sehingga reaksi kimia umum dapat ditulis sebagai : 0 = iAi reaksi. Jumlah mol dari spesies ke i (ni ) diberikan dengan,n i = n io + i

(2)

dengan i sebagai koefesien spesies i yang terlibat dalam reaksi dan Ai spesies i dalam

(3)o Xi ) adalah cakupan reaksi (advancement of the reaction) ni

dengan

(dibaca

adalah jumlah mol spesies ke-i pada waktu awal, yaitu saat harga = 0. Dengan mendiferensialkan terhadap waktu, didapatkan, dC i d = vi dt dt Laju reaksi didefinisikan sebagai laju kenaikan cakupan reaksi : laju reaksi =d 1 dC i = dt i dt

(4)

(5)

Contoh Soal 1. Tuliskan ungkapan laju reaksi terhadap pengurangan reaktan dan produk.: aA Penyelesaian Ingat untuk koefesien reaktan harga A = -a, maka dari persamaan 5 didapatkan Kecepatan reaksi = 1 d[A] 1 d[C] 1 d[D] = = a dt c dt d dt

penambahan (6)

cC + dD

Contoh Soal 2. Dengan cara yang sama selesaikan persamaan laju untuk reaksi : 2N2O5(g)Kinetika Kimia

4NO2(g) + O2(g) 88

Penyelesaian : laju reaksi untuk reaksi ini dapat ditulis dengan menghubungkan jumlah mol yang berubah seperti : Laju = dimana : d 1 d[N 2 O5 ] 1 d[NO 2 ] d[O 2 ] = = = dt 2 dt 4 dt dt d[N 2 O 5 ] = laju pengurangan N2O5 dt = laju pembentukan NO2 = laju pembentukan O2

d[NO 2 ] dt d[O 2 ] dt Contoh Soal 3.

Laju Pembentukan NO(g) dalam reaksi : 2NOBr(g) 2NO(g) + Br2(g) adalah 1,6 x 10-4 M s-1 . Berapa laju reaksi dan laju penguraian NOBr ? Penyelesaian * Laju reaksi : Laju reaksi = v =d 1 d[NO] = dt 2 dt

* Laju penguraian NOBr : 1 d[NOBr] 1 d[NO] = 2 dt 2 dt = d[NO] =1,6 x 10-4 M S-1 dt

= x (1,6 x 10-4 M.s-1 ) = 0,8 x 10-4 M.s-1

d[NOBr] dt

4. Hukum Kecepatan Reaksi Persamaan yang menyatakan kecepatan sebagai fungsi konsentrasi setiap zat yang mempengaruhi laju reaksi disebut hukum laju atau persamaan laju untuk reaksi. Hukum kecepatan reaksi hanya dapat ditentukan dengan eksperimen dan tidak dapat disimpulkan hanya dari persamaan reaksi. Kecepatan reaksi merupakan fungsi temperatur, tekanan, dan konsentrasi dari semua komponen yang bereaksi reaksi. Selain itu juga untuk reaksi homogen (misal dalam fasa gas) kecepatan reaksi juga

Kinetika Kimia

89

proporsional dengan volume (V). Jika reaksi terjadi pada suatu permukaan aktif maka kecepatan reaksi proporsional terhadap luas dari permukaan aktif (A). Jika reaksi homogen, kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh permukaan aktif , maka reaksi hanya akan dipengaruhi oleh konsentrasi, temperature, dan tekanan. Pengaruh tekanan hanya terjadi pada reaksi yang memiliki fasa gas. Untuk persamaan reaksi A + B +C[ ] V = kA

hasil

hukum kecepatan reaksi yang ditulis dalam bentuk,[B ] [C ]

(7)

dimana [A][B][C] adalah notasi dari konsentrasi spesies yang terlibat, dan k adalah tetapan, total , , sebagai orde reaksi. Rumusan ini disebut hukum kecepatan untuk suatu reaksi homogen. Hukum ini ditentukan dengan percobaan dan tidak boleh diramalkan dari persamaan stoikiometri untuk total reaksi. Sebagai contoh hukum kecepatan pada reaksi antara H2 dan Br2 : H2(g) + Br2(g) V= 2HBr(g) (8)1 d[HBr] k[H 2 ][Br 2 ]1/2 = 2 dt 1 + k[HBr]/[Br 2 ]

Salah satu obyek dalam percobaan kinetika adalah membuktikan alasan bentuk mekanisme yang sesuai dengan pendekatan hukum kecepatan reaksi. Langkah yang penting pada setiap kinetika adalah penentuan komponen yang aktif dari sistem reaksi tersebut yang diukur dari perubahan konsentrasi dalam unit volume. Jika konsentrasi produk memberikan pengaruh langsung pada komponen aktif dari sistem reaksi maka disebut Auto-katalitik (untuk pengaruh positif) dan auto-inhibisi (untuk pengaruh negatif). Hubungan fungsi antara kenaikan konsentrasi dari produk atau pengurangan konsentrasi reaktan dalam satuan waktu pada suatu reaksi disebut kecepatan reaksi. Pada umumnya kecepatan reaksi dapat diramalkan dengan hanya mengetahui persamaan stiokiometri. Tetapi tidak semua reaksi dapat dibuat semacam itu sebagai contoh reaksi Bromine atau Iodin dengan hidrogen yang mempunyai stoikiometri sama tetapi kecepatan reaksinya sangat berbeda bentuknya. Br2(g) + I2(g) V=1 d[BrI] = k[Br 2 ][I 2 ] 2 dt

2BrI(g) (9) 90

Kinetika Kimia

H2(g) + Br2(g)

2HBr(g)

v=

1 d[H ] k[HB2] B 2][ r r = 2 d 1t+ k[H ]/ B 2{] B r r

1/ 2

(10)

Contoh Soal 4. Isopren merupakan suatu senyawa yang digunakan untuk membuat karet alam membentuk dimmer yang disebut dipenten, suatu dimmer dari pembentukan dua molekulH C H2C C CH2 H2C

CH3

H C

H

H2C C H2C

CH C HC C

CH3

CH2

Bagaimanakah hukum laju untuk reaksi, jika data kecepatan awal untuk pembentukan dipenten sebagai berikut Konsentrasi Isopren (mol L-1) 0,5 1,5 Penyelesaian Kita menganggap hukum laju pembentukan V = k [Isopren]xV1 k[isopren 1] x = V2 k[isopren 2] x 1,98 k [0,5] x = 17 ,8 k [1,5] x

Kecepatan pembentukan awal dipenten (mol L-1 s-1) 1,98 17,8

x =2

Laju = k [isoprene]2 5. Reaksi Orde satu Untuk suatu reaksi dekomposisi sederhana dengan tipe reaksi yang memiliki koefesien reaksi satu ditulis dengan,Kinetika Kimia

91

A

hasil reaksi

Reaksi di atas disebut reaksi orde satu karena kecepatan reaksi berbanding langsung dengan konsentrasi reaktan [A] dan tidak tergantung pada konsentrasi hasil reaksi. Hukum kecepatan reaksi untuk reaksi orde ke satu dapat ditulis v= d [ A] = k [A] dt

(11)

dengan [A] adalah konsentrasi A. bila diintegralkan terhadap waktu dengan batasan t = 0 ketika [A] =[A]o terhadap waktu t, didapatkanln [ A] = kt [ A]0

(12) (13)

atau dapat juga ditulis persamaan berikut :

[A] = [A]oe-kt

bentuk persamaan ini tetapan laju k dapat dihitung dari grafik ln [A] terhadap t dari ln [A] = ln [A]o - kt. sehingga diperoleh -k sebagai slopenya (14)

Contoh Soal 5. Berikut ini diberikan data reaksi : A produk pada berbagai variasi waktu Pengukuran 1 2 3 4 5 20 0.14 6 25 0,10

T (detik) 0 5 10 15 [A] (mol/L) 0,5 0,36 0,25 0,19 Buatlah grafik hubungan antara log [A] vs t Simpulkan apakah reaksi orde ke satu atau bukan. Tentukan harga k PenyelesaianT (detik) [A] (mol/L) Log [A] 0 0,5 -0,301 5