kinetika kimia

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 dapat berupa : massa, volume, konsentrasi, tekanan, dll

Lajukuantitas final – kuantitas initial

waktu final – waktu initial

=

=[ ]

tor

p

t

Untuk reaksi:

A B

Laju reaksi dapat diukur dengan mengamati menurunnya konsentrasi A dan bertambahnya konsentrasi B seiring berjalannya waktu.

Karena terjadi perubahan konsentrasi baik reaktan maupun produk maka laju reaksi dari reaksi tersebut di atas dapat dituliskan Sbb:

∆[ A ] ∆[ B ]

Laju = - Laju =

∆t ∆t

Untuk reaksi

2A B

1 ∆[ A ] ∆[ B ]

Laju = - Laju =

2 ∆t ∆t

Tulislah rumus laju untuk reaksi-reaksi berikut ditinjau dari hilangnya reaktan dan munculnya produk:

a. I-(aq) + OCl-(aq) Cl-(aq) + OI-

(aq)

b. 3O2(g) 2O3(g)

c. 4NH3(g) + 5O2(g) 4 NO(g) + 6H2O(g)

Laju Reaksi

Untuk mempelajari kinetika reaksi:Identifikasi reaktan dan produkTuliskan reaksi kimia-nyaMenghitung 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

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

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 CCl4

Ketika N2O5 terdekomposisi, N2O4 akan tetap berada dalam pelarut dan O2 akan terbang 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 reaktanEg.

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


Konsentrasi reaktan Eg.

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

Kenapa?


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.

Kenapa ??

Kehadiran Katalis

Menurunkan energi aktivasi reaksi

Teori Laju Reaksi Teori Tumbukan

Berdasarkan teori kinetik-molekulerReaktan harus bertumbukan agar dapat bereaksiMereka harus bertumbukan dengan energi yang cukup dan orientasi yang tepat,sehingga dapat memutuskan ikatan lama untuk membentuk katan baruBila temperatur naik, maka energi kinetik rata-ratanya bertambah-laju reaksi juga bertambahBila konsentrasi dinaikkan, maka jumlah tumbukan akan bertambah sehingga laju reaksi pun meningkat

Teori Laju ReaksiTeori Tumbukan

tumbukanTumbukan

etuna

oksigen

karbon dioxida

air

Teori Laju ReaksiTransition state

Ketika reaktan bertumbukan mereka akan memebentuk kompleks teraktifkanKompelks teraktifkan tersebut berada pada keadaan transisi.Waktu hidup sekitar 10 – 100 fsKemudian akan membentuk produk atau reaktanKetika produk terbentuk, sangatlah sulit untuk kembali ke keadaan tansisi, untuk reaksi yang eksotermal


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-rata

Kita 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

t

Vlaju O

2


Plot Data


Laju Awal Reaksi (Initial Rate)

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

Laju vs Konsentrasi

Kita dapat mengembangkan secara kuantitatif hubungan antara konsentrasi dengan laju reaksiDengan 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 umum

aA + bB + ….. eE + fF + gG…….

Hukum laju reaksinya :

v = k [A]x[B]y

Dimana

v = laju reaksi

k = konstanta laju reaksi

x, y = orde reaksi terhadap A dan B

x+y = total orde reaksi

Orde reaksi tidak selalu sama dengan koefisien reaksi

Hukum Laju Reaksi

Mencari Hukum Laju Metode laju awal reaksiOrde untuk tiap reaktan dapat dicari dengan

Merubah konsentrasi awalnya

Menjaga konsentrasi dan kondisi reaktan lainnya tetap

Mengukur laju awalnya

Perubahan 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. 2

Kita bagi persamaan eksperimen 1 dengan persamaan eksperimen 2


Contoh yang lebih kompleks

Untuk reaksi dibawah diperoleh hasil :

Contoh yang lebih kompleks

2

20,4

030,0

060,0

/107,1

/108,68

8

x

M

M

sM

sM

x

x

x

Sehinga 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


2/3

29,2

020,0

010,0

/107,1

/109,48

8

y

M

M

sM

sM

y

y

y

0

21

050,0

100,0

/107,1

/107,18

8

z

M

M

sM

sM

z

z

z

Untuk Order C


Tentukan orde reaksi, konstanta laju dan persamaan hukum laju dari reaksi berikut:

S2O82- (aq) + 3I-(aq) 2SO4

2-(aq) + I3-

(aq)

percobaan [S2O82- ] [ I- ] Laju awal

(M/det)

1 0,080 0,034 2,2 x 10-4

2 0,080 0,017 1,1 x 10-4

3 0,16 0,017 2,2 x 10-4


Mencari Hukum Laju Reaksi

Metode 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 PertamaBeberapa aplikasi dari reaksi order I

Menggabarkan berapa banyak obat yang dilepas pada peredaran darah atau yang digunakan tubuh

Sangat berguna di bidang geokimia

Peluruhan radioakif

Reaksi orde pertama adalah reaksi yang lajunya bergantung pada konsentrasi reaktan dipangkatkan satu

Dari reaksi

A produk

laju perubahan konsentrasi persatuan waktu ∆[A]

laju = - ∆t


Persamaan hukum laju

laju = K [A]

jadi kedua persamaan tersebut dapat dituliskan

∆[A] - = K [A]

∆tDalam bentuk diferensial persamaan tersebut menjadi

d[A] - = K [A]

dt

Penataan ulang dari persamaan ini menghasilkan d[A]

- = - K dt [A]

Dengan mengintegralkan antara t = 0 dan t = t dihasilkan

[A] d[A] t ∫ - = - K ∫ dt

[A]0 [A] 0

ln [A] - ln [A]0 = - kt

atau [A] ln = - Kt

[A]0

Dari persamaan

ln [A] - ln [A]0 = - kt dapat diubah menjadi

ln [A] = - k t + ln [A]0

y = a x + b

membentuk persamaan garis lurus

Jadi plot ln [A] vs t (y vs x) menghasilkan garis lurus dengan kemiringan –k atau a.


Contoh soal

Perubahan siklopropana menjadi propena dalam fasa gas adalah reaksi orde pertama dengan konstanta laju 6,7 x 10-4 detik-1 pada suhu 500oC

a. Jika konsentrasi awal siklopropana adalah 0,25 M berapa konsentrasinya setelah 8,8 menit

b. Berapa lama diperlukan agar konsentrasi siklopropana turun dari 0,25 M menjadi 0,15 M

c. Berapa lama diperlukan untuk mengubah 74% dari bahan awalnya

a. [A] ln = - Kt

[A]0 [A] ln = - (6,7x 10-4 s-1 )(8,8 min x 60 det)

0,25 M [A] ln = - 0,354

0,25 M [A] = e-0,354

0,25 M

[A] = 0,18 M

b. [A] ln = - Kt

[A]0 0,15

ln = - (6,7x 10-4 s-1 ) t 0,25

t = 7,6 x 102 detikt = 13 menit


c. Jika 74% bahan awal telah bereaksi maka pada saat t bahan yang tersisa adalah (100% - 74%) atau 26% atau o,26 1 [A]0

t = ln k [A] 1 1,0

t = ln 6,7x 10-4 s-1 0,26

t = 33 menit

Waktu paruh reaksi orde pertama

Waktu paruh atau t1/2 ialah waktu yang diperlukan agar konsentrasi reaktan turun setengah dari konsentrasi awalnya

Untuk reaksi orde pertama kita dapat menata ulang persamaan

1 [A]0

t = ln k [A]

1 [A]0

t1/2 = ln k [A]0 /2 1

t1/2 = ln 2 k 0, 693

t1/2 = k


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 Paruh

Hubungan waktu paruh dengan konstanta laju reaksi

Waktu paruh dapat digunakan untuk menghitung konsntanta laju reaksi orde pertama

Contoh N2O5 dengan waktu paruh 1900 detik

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 energi aktivasinya

Mekanisme Reaksi

Belangsung hanya dengan satu tahap

Contoh:

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 berurutanSetiap tahapan memiliki laju yang bersesuaianLaju 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. Mereka 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 CH2I

OH

+ I -

H3C C CH2I

OH+

I -+ fast H3C C CH2I

O

+ HI

Reaksi yang dikatalisis asam antara propanon dengan iodin

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

r = k[CH3COCH3]1[H+]1[I2]o

H+(aq)

Contoh, lagi….

Reaksi antara metanol dan asam HCl

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

r = k[CH3OH][HCl]

Bila eksperimen dialkukan dengan sangat teliti:

Penambahan [H+] dari suamber asam kuat yang lain dan menambahakan [Cl-] dari NaCl kecepatan reaksi jug bertambah, jadi

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

H3C OH + H+H3C O

H

H

+

C

H

H

OH H

Cl H

C

H

H

H

Cl + O H

H

Katalisis

Katalis meningatkan koefisien reaksi dengan menyediakan jalur reaksi alternatif (atau mekanisme) dengan energi aktivasi yang lebih rendahKatalis tidak mengubah kesetimbangan hanya mempercepat terjadinya kesetimbanganContoh:

Produksi NH3 menggunakan katalis PtCatalytic converter pada knalpot

Aksi Katalis


Katalisis

Homogen : satu fasa

Heterogen : reaktan dan katalis berada pada fasa yang berbeda

Contoh : pada produksi amonia

N2 + 3H2 2NH3 (katalis Pt)

Tahapan penentu laju adalah pemutusan ikatan H-H

kinetika kimia

Documents

Transcript of kinetika kimia