Kinetika kimia
description
Transcript of Kinetika kimia
Kinetika kimiaShinta Rosalia Dewi
mendesain
Termodinamika
Mekanika fluida reaktor kimia
Pindah panas
neraca massa
ekonomi
Kinetika Reaksi
Pendahuluan
Pendahuluan (cont’)
• Kinetika reaksi 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
Pendahuluan (cont’)
• Laju reaksi dinyatakan sebagai laju berkurangnya konsentrasi pereaksi atau bertambahnya konsentrasi produk per satuan waktu.
• Laju reaksi mempunyai satuan mol per liter per detik (mol. L-1. s-1 atau M.s-1).
• Laju pengurangan reaktan dinyatakan sebagai -r, sedangkan laju pembentukan produk dinyatakan sebagai +r.
Mengekspresikan Laju Reaksi
A
A B RdN
r k[A][B]dt
ttt
A)Konst (AKonst AKonst waktuPerubahan
A ikonsentrasPerubahan reaksiLaju
12
12
t
B
t
ALaju
Ekspresi Laju dalam Konsentrasi Reaktan dan Produk
2 4 3 2 4 2
2 4 3 2 4 2
2 2
2 2
2 2
C H O C H O O
C H O C H O OLaju
tt tt
H (g) I (g) 2HI(g)
H I HI1Laju
tt 2 tHI H I
Laju 2 2tt t
Untuk reaksi hidrogen dan iodine membentuk HI
atau
Soal latihan
Laju pembentukan NO(g) pada reaksi 2NOBr(g) 2NO(g) + Br2(g)
adalah sebesar 1,6 x 10-4 M/s. berapa laju konsumsi NOBr?
4
-4 -5
4 4
d[NO]1,6x10 M / s
dt1 d[NO] 1 d[NOBr]
r2 dt 2 dt
sehingga r = 0,5x1,6x10 M/s = 8x10 M/sd[NOBr]
dan 2 x r=2 x (8x10 M / s) 1,6x10 M / sdt
Soal Latihan
Karena menghasilkan produk gas non polusi, hidrogen digunakan sebagai bahan bakar roket dan sumber energi masa depan: 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)
1. Tuliskan laju reaksi ini dalam bentuk perubahan [H2], [O2] dan [H2O] terhadap waktu
2. Saat O2 turun pada 0,23 mol/L.s berapa kenaikan terbentuknya H2O?
2
2 2 2
2 2
2 2
d[O ]0,23mol / L
dtd[H ] d[O ] d[H O]1 1
laju2 dt dt 2 dt
d[O ] d[H O]10,23mol / L
dt 2 dtd[H O] d[O ]
2 2x0,23mol / L 0,46mol / Ldt dt
Slide Tambahan
• Apabila diberikan satu komponen reaksi, i, dan laju perubahan jumlah mol komponen i adalah dNi/dt, maka laju reaksi dalam berbagai bentuk dapat ditulis dengan :
1
( ) ( )i
i
mol idNr
V dt volume fluida waktu
' 1( )( )
ii
mol idNr
W dt massa zat padat waktu
Didasarkan pada unit volume reaksi fluida :
Didasarkan pada unit masa padatan dalam system padat-fluida :
''' 1( ) ( )
ii
s
mol idNr
V dt volume zat padat waktu
'''' 1( ) ( )
ii
r
mol idNr
V dt volume reaktor waktu
Didasarkan pada unit volume padatan dalam system gas-padat :
Didasarkan pada unit volume reaktor :
Slide Tambahan
Seorang perempuan dengan berat 60 kg mengkonsumsi sekitar 6000 kJ energi dari makanan. Dan asumsikan bahwa seluruh makanannya adalah glukosa dan reaksi keseluruhannya adalah sebagai berikut :C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O ∆HR = -2816 kJTentukan laju metabolik perempuan tersebut dalam mol oksigen per m3 tubuh per detik! (densitas = 1000 kg/m3)
Slide Tambahan
2
2
O 2O 3
dN mol O yang digunakan1r
V dt (m tubuh). s
p 3
kgdensitas perempuan 1000 x
m
3p 3
60 kgV 0,06 m
1000 kg /m
2O 22
dN 6000 kJ/hari 6 mol O12,8 mol O /hari
dt 2816 kJ/mol glukosa 1 mol glukosa
2
2
2
2
OO
2O 3
-3 3O 2
dN1r
V dt12,78 mol O yang digunakan 1hari1
r x0,06 m hari 24 x 3600 s
r 2,47 x 10 mol O yang digunakan/m s
Untuk setiap mol glukosa yang dikonsumsi, digunakan 6 mol O2 dan melepas 2816 kJ energi.
Slide Tambahan
Orde reaksi
• Orde reaksi (tingkat reaksi) adalah jumlah eksponen faktor konsentrasi yang terdapat dalam persamaan laju.
• Orde reaksi menyatakan besarnya pengaruh konsentrasi pereaksi terhadap laju reaksi.
Misalnya reaksi : a A + b B + . . . + d D P
a + b + . . . + d = nJadi reaksi tingkat a terhadap A, tingkat b terhadap B dan tingkat n terhadap keseluruhan reaksi. Dimana nilai : a. b, ......, d tidak harus selalu sama dengan koefisien stoikiometri.
Orde reaksi (cont’)
• Reaksi yang harga orde reaksi terhadap suatu komponen sama dengan koefisien reaksi komponennya disebut reaksi elementer
Orde reaksi total = 2
A
A B RdN
r k[A][B]dt
• Reaksi yang harga orde reaksinya tidak sama dengan koefisien stoikhiometri komponennya disebut reaksi non elementer.5 Br- + BrO3- + 6 H+ 3 Br2 + 3 H2O,
orde reaksi total = 4
3BrO - - 23 2
dNr k [BrO ][Br ][H ]
dt
[P]-awal (M)
[Q]-awal (M)
Laju reaksi (M/s)
a2a3aaa
Bbb
2b3b
V4v9vvv
Tabel di bawah ini merupakan data dari reaksi P + Q →R + S
Dari data tersebut, tentukan:
1.orde reaksi P2.orde reaksi Q3.orde reaksi total4.persamaan laju reaksi
Latihan
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
Eksperimen
Laju awal (mol/L.s)
[NO2] awal (mol/L)
[CO] awal (mol/L)
123
0,00500,080
0,0050
0,100,400,10
0,100,100,20
Reaksi orde nol
Misalnya diberikan reaksi sederhana :
R PReaksi orde nol adalah reaksi yang laju reaksinya dapat ditulis sebagai :
di mana k adalah konstanta laju reaksi orde nol dan [R] adalah konsentrasi reaktan.
0d[R]k [R] k
dt
Reaksi orde nol (cont’) atau 0[A] [A] k t
0[A] [A]k
t
Reaksi orde satu
Misalnya diberikan reaksi sederhana : A P
0
0
d[A] d[A]k [A] atau k dt
dt [A][A]
ln kt[A]
ln [A] ln [A] kt
0[A]1k ln
t [A]
Apabila dibuat grafik ln [A] versus t akan diperoleh slope = -k.
Konstanta laju reaksi juga dapat ditentukan dengan rumus :
Reaksi orde satu (cont’)
Reaksi orde dua
• Pada reaksi orde dua, laju reaksi berbanding langsung dengan kuadrat konsentrasi dari satu reaktan atau dengan hasil kali konsentrasi yang meningkat sampai pangkat satu atau dua dari reaktan.
• Misalkan pada reaksi orde dua : 2A P, maka persamaan lajunya :
22
d[A] d[A]k [A] atau k dt
dt [A]
0
0
1 1kt atau
[A] [A]1 1
kt[A] [A]
2
2
d[A]k [A] atau
dtd[A]
k dt[A]
Reaksi orde dua (cont’)
d[A]k [A][B]
dt
d[A]k dt
[A][B]
A + B P, maka persamaan lajunya :
[A]0 – [A] = [B]0 – [B] sehingga [B] = [B]0 – [A]0 + [A], dengan [A] dan [B] adalah konsentrasi reaktan dan [A]0 dan [B]0 adalah konsentrasi awal reaktan.
0 0
d[A]k dt
[A]([B] [A] [A]
Jika [B] disubstitusi ke persamaan, maka :
0
0 0 0
[A] [B]1ln kt
[B] [A] [B] [A]
00 0
0
[A][B]ln ([B] [A] )kt ln
[A] [B]
Jenis reaksi
Berdasarkan banyaknya fase yang terlibat dalam sistem reaksi
• Reaksi homogen : sistem reaksi dengan fase tunggal (fasa yang sama). Berupa reaksi homogen fase gas atau reaksi homogen fase cair. Reaksi terjadi di seluruh bagian fase
• Reaksi heterogen : sistem reaksi yang mengandung lebih dari 1 (satu) fase sedikitnya dua fasa pereaksi supaya reaksi dapat berlangsung. Reaksi terjadi di permukaan antar fase
Jenis reaksi (cont’)
Berdasarkan keberadaan atau penggunaan katalis
• Reaksi katalitik : sistem reaksi yang menggunakan peran katalis atau katalisator. Ada 2 macam :1. reaksi katalitik homogen (jika fase
katalis = fase reaksi) 2. reaksi katalitik heterogen (jika fase
katalis ≠ fase reaksi).• Reaksi non-katalitik : sistem reaksi yang
tidak menggunakan peran katalis.
Jenis reaksi (cont’)
Berdasarkan mekanisme atau kompleksitasnya
• Reaksi tunggal (single reaction) : reaksi yang mempunyai satu persamaan stoikiometri dan satu persamaan laju yang bertanggung jawab pada jalannya reaksi.
• Reaksi kompleks / ganda (multiple reaction) : reaksi yang mempunyai lebih dari satu persamaan stoikiometri dan kinetika reaksi yang bertanggung jawab pada jalannya reaksi.
Reaksi kompleks
• Reaksi seri
• Reaksi paralel
1 2k kA B P
C2H4O + NH3k1 HOCH2CH2NH2
EO (HOCH2CH2NH)2NHEO
(HOCH2CH2)3N
etilenoksida amoniak mono-etanol amin di-etanol amin tri-etanol amin
A Pk1
B Rk2
A
P
R
k1
k2
C2H4 + 1/2 O2k1 C2H4O
etilen oksigen etilen oksida
C2H4 + 3 O2k2 2CO2
etilen oksigen karbondioksida
+ 2H2O
air
Reaksi kompleks
A + Bk1 R
R + Bk2 S
C2H5OH +C2H4
k1H2O
etanol etana air
C2H4 +k3
etana etanal butadiena+ H2O
air
C2H5OH +CH3CHOk2 H2
etanol etanal hidrogen
CH3CHO C4H6
Reaksi kompleks
Jenis reaksi (cont’)
Berdasarkan arah reaksinya• Reaksi reversibel (bolak-balik) :
reaksi reversibel merupakan reaksi bolak-balik; dalam hal ini terjadi kesetimbangan.
• Reaksi ireversibel (searah) : reaksi ireversibel merupakan reaksi satu arah atau tak dapat balik; tidak ada keadaan setimbang.
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
• Luas permukaan : semakin besar luas permukaan, laju reaksi semakin cepat
• Temperatur: molekul harus bertumbukan dengan energi yang cukup untuk bereaksi
• Katalis : penggunaan katalis akan mempercepat laju reaksiN2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) ∆H = -92,4Kj Pada 25oC : Kp = 6,2×105
Katalis
Persamaan kecepatan reaksi H2 + I2 → 2 HI
V = k [H2][I2].
Jika konsentrasi H2 dinaikkan 2x dan I2 dinaikkan 3x, maka laju reaksi menjadi?
Contoh
• Reaksi antara NO(g) dan O2 (g) adalah reaksi berorde dua terhadap NO(g) dan berorde dua untuk O2 (g). Jika konsentrasi kedua pereaksi dijadikan 3 kali konsentrasi semula. Tentukan laju reaksinya dibandingkan dengan laju semula menjadi!
Home work
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