Kinetika kimia

Click here to load reader

  • date post

    27-Dec-2015
  • Category

    Documents

  • view

    54
  • download

    7

Embed Size (px)

description

Kinetika kimia

Transcript of Kinetika kimia

Kinetika kimia

Kinetika kimiaMahreni1Kinetika KimiaKinetika kimiaadalah suatu ilmu yang membahas tentang laju (kecepatan) dan mekanisme reaksi. Berdasarkan penelitianyang mula mula dilakukan oleh Wilhelmy terhadap kecepatan inversi sukrosa, ternyata kecepatan reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi / tekanan zat zat yang bereaksi.Laju reaksidinyatakan sebagai perubahan konsentrasi atau tekanan dari produk atau reaktan terhadap waktu.

2Dalamkimia fisik,kinetika kimiaataukinetika reaksimempelajarilaju reaksidalam suatureaksi kimia. Analisis terhadap pengaruh berbagai kondisi reaksi terhadap laju reaksi memberikan informasi mengenaimekanisme reaksidankeadaan transisidari suatu reaksi kimia. Pada tahun1864,Peter Waagemerintis pengembangan kinetika kimia dengan memformulasikanhukum aksi massa, yang menyatakan bahwa kecepatan suatu reaksi kimia proporsional dengan kuantitas zat yang bereaksi.3PersamaanPersamaan reaksidigunakan untuk menggambarkan reaksi kimia. Persamaan reaksi terdiri darirumus kimiaataurumus strukturdari reaktan di sebelah kiri dan produk di sebelah kanan. Antara produk dan reaktan dipisahkan dengan tanda panah () yang menunjukkan arah dan tipe reaksi. Ujung dari tanda panah tersebut menunjukkan reaksinya bergerak ke arah mana. Tanda panah ganda (), yang mempunyai dua ujung tanda panah yang berbeda arah, digunakan padareaksi kesetimbangan. Persamaan kimia haruslah seimbang, sesuai denganstoikiometri, jumlah atom tiap unsur di sebelah kiri harus sama dengan jumlah atom tiap unsur di sebelah kanan. Penyeimbangan ini dilakukan dengan menambahkan angka di depan tiap molekul senyawa (dilambangkan denganA, B, CdanDdi diagram skema di bawah) dengan angka kecil (a, b, cdand) di depannya.[7]Reaksi yang lebih rumit digambarkan dengan skema reaksi, tujuannya adalah untuk mengetahui senyawa awal atau akhir, atau juga untuk menunjukkanfase transisi. Beberapa reaksi kimia juga bisa ditambahkan tulisan di atas tanda panahnya; contohnya penambahan air, panas, iluminasi, katalisasi, dsb. Juga, beberapa produk minor dapat ditempatkan di bawah tanda panah.

4Reaksi elementerReaksi elementeradalah reaksi pemecahan paling sederhana dan hasil dari reaksi ini tidak memiliki produk sampingan.[9]Kebanyakan reaksi yang berhasil ditemukan saat ini adalah pengembangan dari reaksi elementer yang munculnya secara secara paralel atau berurutan. Sebuah reaksi elementer biasanya hanya terdiri dari beberapa molekul, biasanya hanya satu atau dua, karena kemungkinannya kecil untuk banyak molekul bergabung bersama.5Reaksi paling penting dalam reaksi elementer adalah reaksi unimolekuler dan bimolekuler. Reaksi unimolekuler hanya terdiri dari satu molekul yang terbentuk dari transformasi ataudiasosiasisatu atau beberapa molekul lain. Beberapa reaksi ini membutuhkan energi dari cahaya atau panas. Sebuah contoh dari reaksi unimolekuler adalahisomerisasi cistrans, di mana sebuah senyawa bentuk cis akan berubah menjadi bentuk trans6

7Dalam reaksidisosiasi, ikatan di dalam sebuah molekul akan terpecah menjadi 2 fragmen molekul. Pemecahan ini dapat berupahomolitikataupunheterolitik. Dalam pemecahan homolitik, ikatan akan terpecah sehingga setiap produknya tetap mempunyai satu elektron sehingga menjadiradikalnetral. Dalam pemecahan heterolitik, kedua elektron dari ikatan kimia akan tersisa pada salah satu produknya, sehingga akan menghasilkanionyang bermuatan. Reaksi disosiasi memegang peranan penting dalamreaksi berantai, seperti contohnyahidrogen-oksigenatau reaksipolimerisasi.8Disoasi dari molekul AB menjadi fragmen A dan BPada reaksi bimolekular, 2 molekul akan bertabreakan dan saling bereaksi. Hasil reaksinya dinamakansintesis kimiaataureaksi adisi.Kemungkinan reaksi yang lain adalah sebagian dari sebuah molekul berpindah ke molekul lainnya. Reaksi tipe seperti ini, contohnya adalah reaksi redoks dan reaksi asam-basa. Pada reaksi redoks partikel yang berpindah adalah elektron, sedangkan pada reaksi asam-basa yang berpindah adalah proton. Reaksi seperti ini juga disebut denganreaksi metatesis.contohnyaNaCl(aq)+AgNO3(aq)NaNO3(aq)+AgCl(s)9Empat reaksi dasarSintesis[sunting|sunting sumber]Dalam reaksikombinasi langsungatausintesis, dua atau lebih senyawa sederhana bergabung membentuk senyawa baru yang lebih kompleks. Dua reaktan atau lebih yang bereaksi menghasilkan satu produk juga merupakan salah satu cara untuk mengetahui kalau itu reaksi sintesis. Contoh dari reaksi ini adalah gas hidrogen bergabung dengan gas oksigen yang hasilnya adalah air.[15]Contoh lainnya adalah gas nitrogen bergabung dengan gas hidrogen akan membentuk amoniak, dengan persamaan reaksi:N2+ 3H2 2NH310Dekomposisisi[sunting|sunting sumber]Reaksidekomposisiatauanalisisadalah kebalikan dari reaksi sintesis. Sebuah senyawa yang lebih kompleks akan dipecah menjadi senyawa yang lebih sederhana.[15][16]Contohnya adalah molekul air yang dipecah menjadi gas oksigen dan gas hidrogen, dengan persamaan reaksi:2H2O 2 H2+O2

Penggantian tunggal[sunting|sunting sumber]Dalamreaksi penggantian tunggalatausubstitusi, sebuah elemen tunggal menggantikan elemen tunggal lainnya di suatu senyawa. Contohnya adalah logam natrium yang bereaksi dengan asam klorida akan menghasilkannatrium kloridaatau garam dapur, dengan persamaaan reaksi:2Na(s) + 2HCl(aq) 2NaCl(aq) + H2(g)11Penggantian gandaDalam reaksi penggantian ganda, dua senyawa saling bergantiionatau ikatan untuk membentuk senyawa baru yang berbeda.[15]Hal ini terjadi ketika kation dan anion dari 2 senyawa yang berbeda saling berpindah tempat, dan membentuk 2 senyawa baru.[16]Rumus umum dari reaksi ini adalah:AB + CD AD + CBContoh dari reaksi penggantian ganda adalah timbal(II) nitrat bereaksi dengan kalium iodida untuk membentuk timbal(II) iodida dan kalium nitrat, dengan persamaan reaksi:Pb(NO3)2+ 2 KI PbI2+ 2 KNO3Contoh lainnya adalah natrium klorida (garam dapur) bereaksi dengan perak nitrat membentuk natrium nitrat dan perak klorida, dengan persamaan reaksi:NaCl(aq) +AgNO3(aq) NaNO3(aq) +AgCl(s)12Oksidasi dan reduksiIlustrasi dari reaksi redoks (reduksi oksidasi)Dua bagian reaksi redoksReaksiredoksdapat dipahami sebagai transfer elektron dari salah satu senyawa (disebutreduktor) ke senyawa lainnya (disebutoksidator). Dalam proses ini, senyawa yang satu akan teroksidasi dan senyawa lainnya akan tereduksi, oleh karena itu disebutredoks. Oksidasi sendiri dimengerti sebagai kenaikanbilangan oksidasi, dan reduksi adalah penurunanbilangan oksidasi. Dalam prakteknya, transfer dari elektron ini akan selalu mengubah bilangan oksidasinya, tapi banyak reaksi yang diklasifikasikan sebagai reaksi redoks walaupun sebenarnya tidak ada elektron yang berpindah (seperti yang melibatkan ikatankovalen).[17][18]Contoh reaksi redoks adalah:2 S2O32(aq) + I2(aq) S4O62(aq) + 2 I(aq)Yang mana I2direduksi menjadi I-dan S2O32-(aniontiosulfat) dioksidasi menjadi S4O62-.13Berdasarkan jumlah molekul yang bereaksi, reaksi terdiri atas :1. Reaksi unimolekular : hanya 1 mol reaktan yang bereaksiContoh : N2O5 > N2O4 + O22. Reaksi bimolekular : ada 2 mol reaktan yang bereaksiContoh : 2HI > H2 + I23. Reaksi termolekular : ada 3 mol reaktan yang bereaksiContoh : 2NO + O2 > 2NO2Berdasarkan banyaknya fasa yang terlibat, reaksi terbagi menjadi :1. Reaksi homogen : hanya terdapat satu fasa dalam reaksi (gas atau larutan)2. Reaksi heterogen : terdapat lebih dari satu fasa dalam reaksiSecara kuantitatif, kecepatan reaksi kimia ditentukan oleh orde reaksi, yaitu jumlah dari eksponen konsentrasi pada persamaan kecepatan reaksi.1. Reaksi Orde Nol

Orde reaksi14Pada reaksi orde nol, kecepatan reaksi tidak tergantung pada konsentrasi reaktan.Persamaan laju reaksi orde nol dinyatakan sebagai :A A0 = k0. tA = konsentrasi zat pada waktu tA0= konsentrasi zat mula mulaContoh reaksi orde nol ini adalah reaksi heterogen pada permukaan katalis.

Reaksi Orde Nol15Pada reaksi prde satu, kecepatan reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi reaktan.Persamaan laju reaksi orde satu dinyatakan sebagai :ln = k1(t t0)Bila t = 0 > A = A0ln [A] = ln [A0] - k1t[A] = [A0] e-k1t

Reaksi Orde Satu166.3. Reaksi Orde DuaPersamaan laju reaksi untuk orde dua dinyatakan sebagai :-dA/dt= k2[A]2-dA/[A]2 = k2t1/[A] -1/[Ao]= k2(t t0)

1718KatalisDiagram skema energi yang menunjukkan efek dari pemberian katalis pada sebuah reaksi kimia endotermik. Adanya katalis akan mempercepat reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi. Hasil akhirnya akan sama dengan reaksi tanpa katalis.Padakatalisis, reaksinya tidak berlangsung secara spontan, tapi melalui substansi ketiga yang disebut dengankatalis. Tidak seperti reagen lainnya yang ikut dalam reaksi kimia, katalis tidak ikut serta dalam reaksi itu sendiri, tapi dapat menghambat, mematikan, atau menghancurkan melalui proses sekunder. Katalis dapat digunakan pada fase yang berbeda (katalis heterogen) maupun pada fase yang sama (katalis homogen) sebagai reaktan. Fungsi katalis hanyalah mempercepat reaksi - zat kimia yang memperlambat reaksi disebut dengan inhibitor.[27][28]Substansi yang meningkatkan aktivitas katalis disebut promoter, dan substansi yang mematikan katalis disebut racun katalis. Sebuah reaksi kimia yang semestinya tidak bisa berlangsung karena energi aktivasinya terlalu tinggi, bisa menjadi berlangsung karena kehadiran katalis ini.

19

20Katalis heterogen biasanya padat dan berbentuk bubuk agar dapat memaksimalkan luas permukaan yang bereaksi. Zat-zat yang penting pada katalisis heterogen di antaranya logam-logamgrup platinumdan logam transisi lainnya. Zat-zat ini biasanya digunakan padahidrogenasi,pembentukan katalitikdan sintesis dari senyawa-senyawa kimia sepertiasam nitratdanamonia. Asam adalah contoh dari katalis homogen, mereka meningkatkan nukleofilitas darikarbonil. Kelebihan dari katalis homogen adalah mudah untuk dicampurkan dengan reaktannya, tapi kekurangannya adalah susah dipisahkan dari produk akhirnya. Oleh karena itu, katalis heterogen lebih dipilih di banyak proses industri21Reaksi lainnyaIsomerisasi, yang mana senyawa kimia menjalani penataan ulang struktur tanpa perubahan pada komposisi atomnyaPembakaran, adalah sejenis reaksi redoks yang mana bahan-bahan yang dapat terbakar bergabung dengan unsur-unsur oksidator, biasanya oksigen, untuk menghasilkan panas dan membentuk produk yang teroksidasi. Istilah pembakaran biasanya digunakan untuk merujuk hanya pada oksidasi skala besar pada keseluruhan molekul. Oksidasi terkontrol hanya pada satu gugus fungsi tunggal tidak termasuk dalam proses pembakaran.C10H8+ 12 O2 10 CO2+ 4 H2OCH2S + 6F2CF4+ 2HF+SF622Kinetika kimia[sunting|sunting sumber]Artikel utama untuk bagian ini adalah:Kinetika kimiaLaju reaksisuatu reaksi kimia merupakan pengukuran bagaimanakonsentrasiataupuntekananzat-zat yang terlibat dalam reaksi berubah seiring dengan berjalannya waktu. Analisis laju reaksi sangatlah penting dan memiliki banyak kegunaan, misalnya dalamteknik kimiadan kajiankesetimbangan kimia. Laju reaksi secara mendasar tergantung pada:Konsentrasireaktan, yang biasanya membuat reaksi berjalan dengan lebih cepat apabila konsentrasinya dinaikkan. Hal ini diakibatkan karena peningkatan pertumbukan atom per satuan waktu,Luas permukaanyang tersedia bagi reaktan untuk saling berinteraksi, terutama reaktan padat dalam sistem heterogen. Luas permukaan yang besar akan meningkatkan laju reaksi.Tekanan, dengan meningkatkan tekanan, kita menurunkan volume antar molekul sehingga akan meningkatkan frekuensi tumbukan molekul.

23Energi aktivasi, yang didefinisikan sebagai jumlah energi yang diperlukan untuk membuat reaksi bermulai dan berjalan secara spontan. Energi aktivasi yang lebih tinggi mengimplikasikan bahwa reaktan memerlukan lebih banyak energi untuk memulai reaksi daripada reaksi yang berenergi aktivasi lebih rendah.

Temperatur, yang meningkatkan laju reaksi apabila dinaikkan, hal ini dikarenakan temperatur yang tinggi meningkatkan energi molekul, sehingga meningkatkan tumbukan antar molekul per satuan waktu.24Keberadaan ataupun ketiadaankatalis. Katalis adalah zat yang mengubah lintasan (mekanisme) suatu reaksi dan akan meningkatkan laju reaksi dengan menurunkanenergi aktivasiyang diperlukan agar reaksi dapat berjalan. Katalis tidak dikonsumsi ataupun berubah selama reaksi, sehingga ia dapat digunakan kembali.Untuk beberapa reaksi, keberadaanradiasi elektromagnetik, utamanyaultraviolet, diperlukan untuk memutuskan ikatan yang diperlukan agar reaksi dapat bermulai. Hal ini utamanya terjadi pada reaksi yang melibatkanradikal.Laju reaksi berhubungan dengankonsentrasizat-zat yang terlibat dalam reaksi. Hubungan ini ditentukan olehpersamaan lajutiap-tiap reaksi. Perlu diperhatikan bahwa beberapa reaksi memiliki kelajuan yangtidak tergantungpada konsentrasi reaksi. Hal ini disebut sebagai reaksi orde nol.

25Laju reaksi adalah laju pengurangan reaktan tiap satuan waktuatau laju pembentukan produk tiap satuan waktu. Laju reaksi dipengaruhi oleh: sifat dan keadan zat, konsentrasi, temperatur, dan katalisator. Secara stoikiometri ditulis:A = - d[A]/dt= - d[B]/dt Laju reaksi terukur sebanding dengan konsentrasi reaktan dengansuatu pangkattertentu. Misal:A + B AB = k [A] [B] ------> hukum lajuk= konstanta laju yang tidakbergantungpadakonsentrasitetapi bergantungpada suhu.26Orde reaksi atau tingkat reaksi terhadap suatuKomponen adalah pangkat dari konsentrasiKomponen itu dalam hukum laju. Misal: = k [A]1/2 [B] artinya reaksi mempunyaiorde setengah terhadap A dan orde satuTerhadap B sehingga keseluruhanreaksiMempunyai orde 3/2. Hukum laju diperoleh dari hasil eksperimen dan umumnya tidak dapat diduga dari persamaan reaksinya.27ReaksiA hasilreaksiLaju reaksi: k [A]oLajureaksi: k-d[A]/dt= kd[A] = - k dt d[A] = - k dt[A] = -kt + [A]0Orde ReaksiNol

28ReaksiA hasilreaksiLaju reaksi: k [A]1Lajureaksi: k [A]-d[A]/dt= k [A]d[A]/[A] = - k dt d[A]/[A] = - k dtln[A] = -kt + ln [A]0log [A] = (-k/2,302)t + log [A]0Orde reaksi satu

29Orde reaksi dua

30

31

32

33

34

35

36

37http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pendidikan/Sulistyani,%20M.Si/KINETIKA%20KIMIA.pdf

38