Kinetika kimia

41
Kinetika kimia Shinta Rosalia Dewi

description

Kinetika kimia. Shinta Rosalia Dewi. Pendahuluan. Pendahuluan (cont’). Kinetika reaksi adalah studi tentang laju reaksi , perubahan konsentrasi reaktan ( atau produk ) sebagai fungsi dari waktu - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Kinetika kimia

Page 1: Kinetika kimia

Kinetika kimiaShinta Rosalia Dewi

Page 2: Kinetika kimia

mendesain

Termodinamika

Mekanika fluida reaktor kimia

Pindah panas

neraca massa

ekonomi

Kinetika Reaksi

Pendahuluan

Page 3: Kinetika kimia

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

Page 4: Kinetika kimia

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.

Page 5: Kinetika kimia

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

Page 6: Kinetika kimia

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

Page 7: Kinetika kimia

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?

Page 8: Kinetika kimia

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

Page 9: Kinetika kimia

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?

Page 10: Kinetika kimia

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

Page 11: Kinetika kimia

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 :

Page 12: Kinetika kimia

''' 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

Page 13: Kinetika kimia

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

Page 14: Kinetika kimia

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

Page 15: Kinetika kimia

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.

Page 16: Kinetika kimia

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’)

Page 17: Kinetika kimia

• 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

Page 18: Kinetika kimia

• 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

Page 19: Kinetika kimia

[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

Page 20: Kinetika kimia

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

Page 21: Kinetika kimia

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

Page 22: Kinetika kimia

Reaksi orde nol (cont’) atau 0[A] [A] k t

0[A] [A]k

t

Page 23: Kinetika kimia

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

Page 24: Kinetika kimia

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’)

Page 25: Kinetika kimia

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]

Page 26: Kinetika kimia

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’)

Page 27: Kinetika kimia

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.

Page 28: Kinetika kimia

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]

Page 29: Kinetika kimia

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

Page 30: Kinetika kimia

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.

Page 31: Kinetika kimia

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.

Page 32: Kinetika kimia

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

Page 33: Kinetika kimia

C2H4 + 1/2 O2k1 C2H4O

etilen oksigen etilen oksida

C2H4 + 3 O2k2 2CO2

etilen oksigen karbondioksida

+ 2H2O

air

Reaksi kompleks

Page 34: Kinetika kimia

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

Page 35: Kinetika kimia

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.

Page 36: Kinetika kimia

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

Page 37: Kinetika kimia

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

Page 38: Kinetika kimia

Katalis

Page 39: Kinetika kimia

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

Page 40: Kinetika kimia

• 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!

Page 41: Kinetika kimia

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