KINETIKA KIMIA
-
Upload
rebecca-francis -
Category
Documents
-
view
76 -
download
8
description
Transcript of KINETIKA KIMIA
KINETIKA KIMIA
LAJU DAN MEKANISME DALAM REAKSI KIMIA
Pendahuluan
Perubahan kimia secara sederhana ditulis dalam persamaan reaksi dengan koefisien seimbang
Namun persamaan reaksi tidak dapat menjawab 3 isu penting1. Seberapa cepat reaksi berlangsung2. Bagaimana konsentrasi reaktan dan produk
saat reaksi selesai3. Apakah reaksi berjalan dengan sendirinya dan
melepaskan energi, ataukah ia memerlukan energi untuk bereaksi?
Pendahuluan lanjutan
Kinetika kimia adalah studi tentang laju reaksi, perubahan konsentrasi reaktan (atau produk) sebagai fungsi dari waktu
Reaksi dapat berlangsung dengan laju yang bervariasi, ada yang serta merta, perlu cukup waktu (pembakaran) atau waktu yang sangat lama seperti penuaan, pembentukan batubara dan beberapa reaksi peluruhan radioaktif
Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
Pada kondisi tertentu masing-masing reaksi memiliki karakteristik laju masing-masing yang ditentukan oleh sifat kimia reaktan
Pada suhu kamar:H2(g) + F2(g) 2HF(g) sangat cepat
3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) sangat lambat
Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
Konsentrasi: molekul-molekul harus bertumbukan agar terjadi reaksi dalam konteks ini laju reaksi proporsional dengan konsentrasi reaktan
Keadaan fisik: molekul-molekul harus bercampur agar dapat bertumbukan
Temperatur: molekul harus bertumbukan dengan energi yang cukup untuk bereaksi
Mengekspresikan Laju Reaksi
t
x
tt
xx
12
12
waktuPerubahan
posisiPerubahan Gerak Laju
ttt
A)Konst (AKonst AKonst waktuPerubahan
A ikonsentrasPerubahan reaksiLaju
12
12
t
B
t
ALaju
Laju Reaksi Rerata, Instan dan Awal
3,20 x 10-5
2,42 x 10-5
1,95 x 10-5
1,63 x 10-5
1,40 x 10-5
1,23 x 10-5
1,10 x 10-5
0,010,020,030,040,050,060,0
Konsentrasi O3
(mol/L)Waktu (s)
C2H4(g) + O3(g) C2H4O(g) + O2(g)Konsentrasi O3 pada beberapa waktu dalamReaksinya dengan C2H4 pada 303 K
Plot Konsentrasi vs Waktu
Ekspresi Laju dalam Konsentrasi Reaktan dan Produk
t
I
t
H
t
HILaju
t
HI
t
I
t
HLaju
gHIgI(g)H
t
O
t
OHC
t
O
t
HCLaju
22
22
22
242342
22
atau2
1
)(2)(
HImembentuk iodinedan hidrogen reaksiUntuk
Persamaan Laju dan komponennya
Untuk reaksi umum:aA + bB + ... cC + dD + ...
Persamaan lajunya berbentukLaju = k[A]m[B]n
Konstanta proporsionalitas k disebut juga konstanta laju dan karakteristik untuk reaksi pada suhu tertentu serta tidak berubah saat reaksi terjadi
m dan n disebut orde reaksi didefinisikan sejauh mana laju reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi masing-masing reaktan
Komponen persamaan laju: laju, orde reaksi dan konstanta laju harus ditentukan berdasarkan eksperimen bukan berdasarkan persamaan stoikiometris yang seimbang
Soal Latihan
Karena menghasilkan produk gas non polusi, hidrogen sebagai bahan bakar roket dan sumber energi masa depan: 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)
1. Tuliskan laju reaksi ini dalam suku perubahan [H2], [O2] dan [H2O] terhadap waktu
2. Saat O2 turun pada 0,23 mol/L.s berapa kenaikan terbentuknya H2O?
Hubungan antara konsentrasi reaktan dan waktu Hukum laju memungkinkan kita untuk
menghitung laju reaksi dari konstanta laju dan konsentrasi reaktan.
Hukum laju dapat dikonversi menjadi persamaan yang memungkinkan kita untuk menentukan konsentrasi reaktan di setiap waktu selama reaksi berlangsung.
Hubungan ini dapat dijelaskan dengan reaksi orde pertama, reaksi orde dua, dan waktu paruh.
Terminologi Orde Reaksi
NO(g) + O3(g) NO2(g) + O2(g)
Persamaan laju hasil eksperimenLaju = k[NO][O3]
Reaksi dikatakan orde satu terhadap NO dan O3 dan secara overall reaksi berorde dua
Menentukan Orde Reaksi
Misalkan suatu reaksi:O2(g) + 2NO(g) 2NO2(g)
Persamaan laju dituliskan sebagaiLaju = k[O2]m[NO]n
Untuk menentukan orde reaksi kita harus melakukan serangkaian eksperimen masing-masing dimulai dengan satu set konsentrasi reaktan yang berbeda-beda dan dari masing-masing akan diperoleh laju awal
Laju Awal serangkaian eksperimen pada reaksi O2 dan NO
3,21 x 10-3 6,40 x 10-3 12,8 x 10-3 9,60 x 10-3 28,8 x 10-3
1,30 x 10-2 1,30 x 10-2 2,60 x 10-2 1,30 x 10-2 3,90 x 10-2
1,10 x 10-2 2,20 x 10-2 1,10 x 10-2 3,30 x 10-2 1,10 x 10-2
12345
NOO2
Laju awal (mol/L.s)
Konsentrasi reaktan awal (mol/L)Eksperimen
Soal Latihan
Salah satu reaksi gas yang terjadi dalam kendaraan adalah:NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g)
Laju = k[NO2]m[CO]n
Jika diketahui data sebagai berikut, tentukan orde reaksi keseluruhan
0,100,100,20
0,100,400,10
0,00500,080
0,0050
123
[CO] awal (mol/L)
[NO2] awal (mol/L)
Laju awal (mol/L.s)
Eksperimen
Persamaan laju Integral Perubahan Konsentrasi terhadap waktu
2
0
2
0
0
k[A] laju dua orde Reaksi11
dua orde reaksiUntuk
lnln :}Alaju {satu orde Reaksi
lnmaka
B A reaksi Misal
ktAA
Akt
Alaju
ktAAk
ktA
AAk
t
A
AkLajuataut
ALaju
t
t
t
Soal Latihan
Siklobutana (C4H8) terdekomposisi pada 1000oC menjadi dua molekul etilen (C2H4) dengan konstanta laju reaksi orde satu 87 s-1
1. Jika konsentrasi awal siklobutana 2,00 M berapa konsentrasinya setelah 0,010 s?
2. Berapa fraksi siklobutana terdekomposisi pada waktu tersebut
Menentukan Orde Reaksi dari Persamaan Laju Integral
00
11lnln
Akt
AAktA
tt
Waktu Paruh Reaksi
Waktu Paruh, t½
Waktu paruh (half-life) suatu reaksi, t½, ialah waktu yang diperlukan agar konsentrasi reaktan turun menjadi setengah dari konsentrasi awalnya.
Pengaruh Temperatur Terhadap Laju Reaksi
Persamaan Arrhenius
121
2
11
22
/
11ln
1lnln
1lnln
1lnln
TTR
Ea
k
k
TR
EaAk
TR
EaAk
TR
EaAk
Aek RTEa
Pengaruh Konsentrasi dan Temperatur
Diagram Tingkat Energi
Pengaruh Struktur Molekul : Faktor Frekuensi
Tumbukan Efektif: molekul harus bertumbukan sedemikian rupa sehingga atom yang bereaksi melakukan kontak dengan energi yang cukup sehingga membentuk produk
2 kriteria: energi yang cukup dan orientasi molekul yang tepat
Mekanisme Reaksi dan Hukum Laju Urutan tahap-tahap elementer yang mengarah pada
pembentukan produk dinamakan mekanisme reaksi Banyaknya molekul yang bereaksi dalam tahap
elementer menentukan molekularitas reaksi Reaksi bimolekular yaitu tahap elementer yang
melibatkan dua molekul Reaksi unimolekuler yaitu reaksi yang tahap
elementernya hanya melibatkan satu molekul yang bereaksi
Reaksi termolekular yaitu suatu reaksi yang melibatkan tiga molekul dalam satu tahap elementer yang diketahui
Dengan mengetahui tahap elementer suatu reaksi, kita dapat menentukan hukum laju
Teori Keadaan Transisi
Diagram Energi dan Keadaan Transisi 3 Jenis Reaksi
Diagram Energi Reaksi 2 Tahap
Katalisis
Katalis ialah zat yang mempercepat laju reaksi tanpa ikut bereaksi.
Katalis dapat membentuk zat antara, tetapi akan diperoleh kembali dalam tahap reaksi berikutnya.
Terdapat tiga jenis katalisis yang umum: katalisis heterogen, katalisis homogen, dan katalisis enzim.
Lanjutan... Katalis mempercepat reaksi dengan menyediakan
serangkaian tahapan elementer dengan kinetika yang lebih baik dibandingkan jika tanpa katalis.
Dari persamaan Arrhenius, kita ketahui bahwa konstanta laju k reaksi bergantung pada faktor frekuensi A dan energi aktivasi Ea
Semakin besar A atau semakin kecil Ea, semakin tinggi lajunya.
Diagram Energi Reaksi Katalisis dan Non Katalisis
a b
Profil energi potensial Berdasarkan diagram energi reaksi non katalisis
(a) dan katalisis (b), dapat disimpulkan bahwa energi total reaktan dan energi total produk tidak dipengaruhi oleh katalis.
Satu-satunya perbedaan di antara keduanya adalah penurunan energi aktivasi dari Ea(fwd) menjadi Ea(rev).
Hal ini dikarenakan energi aktivasi untuk reaksi ke kiri juga turun, katalis meningkatkan laju reaksi ke kiri sama besarnya dengan laju reaksi ke kanan.
Jenis katalisis
Katalisis Heterogen Katalisis Homogen Katalisis Enzim
Katalisis Heterogen
reaktan dan katalis berbeda fasa, biasanya katalis berupa padatan dan reaktan berupa gas atau cairan.
Katalisis heterogen adalah jenis yang paling penting dalam kimia industri
2 contoh katalisis heterogen yang spesifik, yaitu pembuatan asam nitrat dan konverter katalitik
Pembuatan asam nitrat Metodenya adalah proses Ostwald. Bahan
awal berupa amonia dan oksigen, pemanasan sekitar 8000C dengan katalis platina-rodium.
Konverter katalitik
Memiliki dua tujuan: Mengoksidasi CO dan hidrokarbon yang
tidak terbakar menjadi CO2 dan H2O
Mereduksi NO dan NO2 menjadi N2 dan O2
Katalisis Homogen
Reaktan dan katalis terdispersi dalam satu fasa, biasanya berupa fasa cair.
Katalisis asam dan basa adalah jenis yang paling penting dalam larutan cairan
Katalisis Enzim
Merupakan katalis biologis Enzim tidak saja dapat meningkatkan laju reaksi
biokimiawi sebanyak sekitar 106 sampai 108 kali, tetapi juga sangat spesifik.
Satu enzim hanya bekerja untuk molekul-molekul tertentu, yang disebut substrat.
Skema sederhananya: