KINETIKA KIMIA

1 TEORI TUMBUKAN DARI LAJU REAKSI

2 TEORI KEADAAN TRANSISI DARI LAJU

REAKSI

3 HUKUM LAJU REAKSI

4 FAKTOR-FAKTOR LAJU REAKSI

5 MEKANISME REAKSI

6 ENZIM SEBAGAI KATALIS

TEORI TUMBUKAN DARILAJU REAKSI

• LAJU REAKSI BERBANDING LURUS:

- FREKUENSI TUMBUKAN (x)

- FRAKSI MOLEKUL TERAKTIFKAN (f)

- PELUANG UNTUK BERTUMBUKAN (p)

Reaksi : A + B C+D

Laju reaksi = f. p. x = f. p. [A].[B]

= k. [A].[B]

En

ergi

Pot

ensi

alTEORI KEADAAN TRANSISI

DARI LAJU REAKSI

Diagram koordinat reaksi eksoterm dan molekul teraktifkan

NO2(g) + CO(g) → NO(g) + CO2(g)

energi reaksi ke kiri

N….O…..COO

energi reaksi ke kanan

NO2(g) + CO(g)Reaktan

∆E reaksi

Produk: NO(g) + CO2(g)

Koordinat Reaksi

=- =

HUKUM LAJU REAKSI

NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g)

Laju reaksi • Laju pengurangan konsentrasi reaktan terhadap waktu• Laju kenaikan konsentrasi produk terhadap waktu

Laju = - d[NO2] = - d[CO] = d[NO] = d[CO2]dt dt dt dt

Reaksi umum : aA + bB cC + dD

Laju = - =1 d[A] 1 d[B]a dt b dt

1c

d[C] 1 d[D]dt d dt

Contoh 1

Pada suhu tinggi, HI bereaksi menurut persamaan berikut:

2 HI(g) → H2(g) + I2(g)Pada suhu 443°C laju reaksi meningkat seiring dengan meningkatnya

konsentrasi HI sebagai berikut:

[HI] (mol/L 0,0050 0,010 0,020Laju (mol/L detik) 7,5 x 10-4 3,0 x 10-3 1,2 x 10-2

a. Tentukan orde reaksi dan tulislah hukum lajunyab. Hitunglah tetapan laju dan nyatakan satuannya

c. Hitunglah laju reaksi untuk HI dengan konsentrasi 0,0020 M

Penyelesaian

a. Hukum laju pada dua konsentrasi [HI]1 dan[HI]2yang berbedaialah:

[HI]2

[HI]1

laju2

laju1 =

nlaju1 = k([HI]1)n

laju2 = k([HI]2)n

4 = (2)n n = 2

Hukum laju = k[HI]2

3,0 x 10-3

7,5 x 10-4= 0,010

0,0050

n

b. Tetapan laju k dihitung dengan memasukan nilai pada set datayang mana saja dengan menggunakan hukum laju yang sudahditetapkan. Misalnya, jika kita ambil set data pertama:

7, 5 x 10-4 mol L-1 s-1 = k(0,0050 mol L-1)2

Jadi, k = 30 L mol-1 s-1

c. Laju dapat dihitung untuk [HI] = 0,0020 M:

laju = k[HI]2 = (30 L mol-1 s-1)(0,0020 mol L-1)2

= 1,2 x 10-4 mol L-1 s-1

Orde Reaksi

Reaksi Orde Nol

aA → Produk

Laju = k [A]n......n = orde reaksi (tidak berkaitan langsung dengan koefisien a)-d[A] = k [A]0

dtd[A] = -kdt

[A] – [A]0 = -ktLaju = k (orde nol)

[A]

[A]0

Waktu (t)

=-Laju = - = - k [A]m [B]n

Laju yang berkaitan pada dua atau lebih unsur kimia yangberbeda

aA + bB → Produk

1 d[A] 1 d[B]a dt b dt

ln [

N2O

5]

Reaksi Orde Pertama:

N2O5(g) → 2NO2(g) + ½O2(g)Hukum laju = k [N2O5)

-d[N2O5] = k[N2O5]dt

d[N2O5] = -kdt[N2O5]

Bila diintegrasikan

ln [N2O5]t – ln [N2O5]0 = -kt[N2O5]t = [N2O5]0 e-kt

Waktu paruh, t½ = ln 2 = 0,6931k k

Waktu (t)

Grafik: ln c vs t

Intersep = ln [N2O5]0

Slope = - k

Contoh 2

Penguraian termal aseton pada suhu 600oC merupakan reaksiorde pertama dengan waktu paruh 80 detik

1. Hitunglah nilai konstanta laju reaksi (k)

2. Berapa waktu yang diperlukan agar 25% dari contoh aseton ituterurai

Penyelesaian

1. k = 0,693/t½ = 0,693/80 detik = 8,7 x 10-3 detik-1

2. Jika yang terurai 25% maka yang tersisa = 100% - 25% = 75%

kt = 2,303 log[A]0

[A]t

(8,7 x 10-3) t = 2,303 (log 1,0/0,75)

t = 23 detik

1(L

mol

-1)

[NO

2]

Reaksi Orde Kedua:

Untuk reaksi 2NO2(g) → 2NO(g) + O2(g)

Hukum lajunya = k [NO2]2

-d[NO2] = k[NO2]2

dt

d[NO2] = -kdt[NO2]2

Bila diintegrasikan

2 = koefisien stoikiometri dari NO2

1 = 1 + 2 kt[NO2]t [NO2]0

Slope = 2 k

Waktu (t)

Reaksi Orde Pertama Semu

Merupakan reaksi orde kedua atau orde yang lebih tinggi tapimengikuti reaksi orde pertama

Contoh: C + D hasil reaksi

Laju reaksinya = k [C] [D]

- = k [C] [D]; bila k[D] tetap maka laju reaksinya = k’ [C]d[C]

dt

atau - = k’ [C] dan k’ = k [D], k’= tetapan laju orde 1 semud[C]

dt

dan waktu paruhnya (t ½) = 0,693/k’

Contoh 3

Reaksi radikal OH- dengan metana di atmosfir mempunyai konstantalaju reaksi pada suhu 25oC sebesar 6,3 x 10-15 mol/L detik.

Reaksinya: OH- (g) + CH4 (g) H2O (g) + CH3- (g)

1. Tentukan hukum laju reaksi orde pertama semu jika OH- konstandan hitunglah k’ jika [OH-] = 1,2 x 106 mol/L

2. Hitunglah waktu paruh metana bila [OH-] = 1,2 x 106 mol/L

Penyelesaian

1. Laju reaksi = k [OH-] [CH4]karena [OH-] konstan maka konstanta laju reaksi = k’

laju reaksi menjadi = k’ [CH4]; dan k’ = k [OH-]k’ = (6,3 x 10-15 mol/L detik) (1,2 x 106 mol/L)

= 7,6 x 10-9 detik-1

2. t½ = 0,693/k’ = 0,693/ 7,6 x 10-9 detik-1 = 2 tahun 11 bulan

4 FAKTOR-FAKTOR LAJU REAKSI

1. Macam zat yang bereaksi

2. Konsentrasi zat yang bereaksiKonsentrasi pereaksi berbanding lurus dengan laju reaksi

3. Tekananuntuk reaksi yang melibatkan gas, karena konsentrasi gasberhubungan dengan tekanan

4. Luas permukaansemakin halus bentuk zat yang bereaksi semakin cepat lajureaksi.

Contoh: laju reaksi Alumunium dalam bentuk serbuk > lajureaksi alumunium dalam bentuk batangan

ln k = ln A - ( ) ( )

5. Suhusemakin tinggi suhu maka energi kinetik molekul meningkatsehingga frekuensi tumbukan semakin tinggi sehingga lajureaksi meningkat

Tetapan laju bervariasi secara eksponensial dengankebalikan suhu

k = A e-Ea/RT

EaRT

≈ ln k = ln A - Ea 1R T

y xba

→

6. Kataliszat yang mempercepat reaksi kimia tetapi tidak mengalamiperubahan yang permanen

• Katalis homogen• Katalis heterogen

: fasa sama dengan reaktan: fasa berbeda dengan reaktan

Katalis >< Inhibitor

H2 + C2H4 C2H6

Contoh:

Logam platina (Pt) mengkatalis reaksi hidrogenasi etena menjadi etana

Pt

EtilenaFasa gas

Permukaan Pt

H2

Fasa gas

Etilena, C2H4

teradsorpsi

Atom H2

teradsorpsi

C2H5,Zat antara

Etana, C2H6

teradsorpsiEtana, C2H6

terdesorpsi

Ene

rgi P

oten

sial Katalis

Menurunkan energi aktivasiReaktan

Penghalang energidengan katalis

Penghalang energitanpa katalis

Ea.r

∆E

Produk

Koordinat reaksi

Ea.r

Ea.f

Ea.f

5 MEKANISME REAKSI

Mekanisme reaksi menyatakan jenis dan jumlah tahappada suatu reaksi

Reaksi Elementer

Unimolekular :

Bimolekular :

Termolekular :

N2O5* → NO2 + NO3

laju = k [N2O5*]

NO(g) + O3(g) → NO2(g) + O2(g)laju = k [NO] [O3]

I + I + Ar → I2 + Arlaju = k [ I ]2 [Ar]laju = k [ I ]2

Contoh 4

Carilah molekularitas pada reaksi satu tahap beikut:

a. NO + N2O5

b. 2NO + Cl2

c. Cl + Cl + M

d. C6H5 – CH

NC – CH

3NO2

2NOCl

Cl2 + M

C6H5 – CH (isomer cis trans)

CH - CN

Penyelesaian

a. bimolekular (2 molekul yaitu NO dan N2O5)

b. termokular (3 molekul yaitu 2 molekul NO dan 1 molekul Cl2)

c. termokular (3 molekul yaitu Cl, Cl, dan M)

d. unimolekular (1 molekul)

6 ENZIM SEBAGAI KATALIS

Enzim merupakan protein globular yang dapat mengkatalisisreaksi biokimia spesifik

Mekanisme Kerja Enzim

E+ S E– S E– P E+ P

S = substrat; P = produk

Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim

a. pH

muatan enzim bergantung pada pH lingkungannya danmempengaruhi keaktifan dari sisi aktif enzim

b. Suhu

suhu dapat merusak struktur tiga dimensi dari enzim (protein)

c. Aktivator

aktivitas enzim dapat meningkat dengan adanya ion-ionanorganik. Contohnhya: ion Cl- pada enzim amilase air liur

[C5H5N] (mol/L) [CH3I](mol/L) Laju(mol/L detik)-41,00 x 10 -41,00 x 10 -77,5 x 10-42,00 x 10 -42,00 x 10 -63,0 x 10-42,00 x 10 -44,00 x 10 -66,0 x 10

LATIHAN SOAL-SOAL

1. Dalam mengkaji reaksi piridina (C5H5N) dengan metil iodida (CH3I)dalam larutan benzena, berikut ini adalah data laju reaksi awal yangdiukur pada suhu 25oC untuk berbagai konsentrasi awal dari duareaktan:

a. Tentukan hukum laju untuk reaksi inib. Hitunglah konstanta laju dan nyatakan satuannya

c. Hitunglah laju reaksi untu larutan dengan [C5H5N] 5,0 x 10-5 Mdan [CH3I] 2,0 x 10-5 M

2. Senyawa A terurai membentuk B dan C pada reaksi yang mengikutiordo pertama. Pada suhu 25oC konstanta laju reaksinya adalah 0,0450detik-1. Hitunglah waktu paruh zat A pada suhu 25oC

3. Dimerisasi tetrafluoroetilena (C2F4) menjadi oktafluorosiklobutana (C4F8)mempunyai orde kedua untuk pereaksi C2F4 dan pada suhu 450 Kkonstanta lajunya k = 0,0448 L mol-1 detik-1. Jika konsentrasi awal C2F4

0,100 M, berapa konsentrasinya sesudah 250 detik

4. Pada suhu 600 K, konstanta laju untuk dekomposisi reaksi ordo pertama

nitroetana : CH3CH2NO2 (g) C2H4 (g) + HNO2 (g)adalah 1,9 x 10-4 detik-1. Sampel CH3CH2NO2 dipanaskan pada suhu600 K dan pada suhu ini tekanan parsial awalnya adalah 0,078 atm.Hitunglah tekanan parsialnya setelah 3 jam

5. Identifikasi setiap reaksi elementer berikut sebagai unimolekular,bimolekular, atau termolekular, dan tulislah hukum lajunya

a. HCO + O2

b. CH3 + O2 + N2

HO2 + CO

CH3O2N2

c. HO2NO2 HO2 + NO2

6. Tetapan laju dari reaksi elementer:

BH4- (aq) + NH4+ (aq) BH3NH3 (aq) + H2 (g)

ialah k = 1,94 x 10-4 L/mol detik pada suhu 30oC dan reaksi memilikienergi aktivasi 161 kJ/mol. Hitunglah tetapan laju reaksi di atas padasuhu 40oC