Kinetika Kimia

50
Kinetika Kimia Amin Fatoni 2009

description

Kinetika Kimia. Amin Fatoni 2009. Pendahuluan. Perubahan kimia secara sederhana ditulis dalam persamaan reaksi dengan koefisien seimbang Namun persamaan reaksi tidak dapat menjawab 3 isu penting Seberapa cepat reaksi berlangsung Bagaimana konsentrasi reaktan dan produk saat reaksi selesai - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Kinetika Kimia

Page 1: Kinetika Kimia

Kinetika Kimia

Amin Fatoni2009

Page 2: Kinetika 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 memerlukan energi untuk bereaksi?

Page 3: Kinetika Kimia

Pendahuluan

• Kinetika kimia adalah studi laju reaksi kimia dan mekanisme (tahapan) reaksinya

• Laju Reaksi : menggambarkan seberapa cepat reaktan terpakai dan produk terbentuk

• 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

Contoh

• Reaksi Dekomposisi N2O5

Dinitrogen pentaoksida dapat terdekomposisi menurut reaksi :

2N2O5(g) 2N2O4(g) + O2(g)Reaksi ini dapat berlangsung dalam suatu pelarut

inert seperti CCl4

Ketika N2O5 terdekomposisi, N2O4 akan tetap berada dalam pelarut dan O2 akan terbang sehingga dapat diukur

Page 5: Kinetika Kimia

Kita dapat mengukur O2 selama reaksi dekomposisi N2O5 berlangsung

• Temperatur harus dijaga sampai ketelitian 0,01oC

• Larutan harus dikocok untuk menghindari adanya O2 yang terlarut jenuh

• Diketahui bahwa pada awalnya reaksi berlangsung cepat kemudian melambat

Page 6: Kinetika Kimia

Stirring bar

Page 7: Kinetika Kimia

Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Sifat alami reaktanEg.• Bensin cair terbakar perlahan, tetapi bensin

gas terbakar eksplosif • Dua larutan yang tidak bercampur

( immiscible) bereaksi lambat pada interface, tetapi ketika dikocok reaksi bertambah cepat

• Fosfor putih terbakar spontan dalam udara, tetapi, fosfor merah stabil di udara

Page 8: Kinetika Kimia

Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Konsentrasi reaktan Eg.• Untuk reaksi 2HCl(aq) + Mg(s) MgCl2(aq) +

H2(g) meningkatkan konentrasi HCl meningkatkan laju reaksi yang dapat diamati dengan pelepasan gas hidrogen

Page 9: Kinetika Kimia

Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Temperatur• Tergantung dari perubahan entalpi reaksi, DHrxn = +,

membutuhkan kalor, sehingga meningkatkan temperatur akan meningkatkan laju.

• Secara umum, peningkatan 10 K menyebabkan kenaikan laju dua kali lipatnya.

Katalis• Menurunkan energi aktivasi reaksi

Page 10: Kinetika Kimia

Teori Laju Reaksi

Teori Tumbukan (Collision Theory)• Berdasarkan teori kinetik-molekuler• Reaktan harus bertumbukan agar dapat bereaksi• Mereka harus bertumbukan dengan energi yang

cukup dan orientasi yang tepat,sehingga dapat memutuskan ikatan lama untuk membentuk ikatan baru

• Bila temperatur naik, maka energi kinetik rata-ratanya bertambah-laju reaksi juga bertambah

• Bila konsentrasi dinaikkan, maka jumlah tumbukan akan bertambah sehingga laju reaksi pun meningkat

Page 11: Kinetika Kimia

Teori Laju Reaksi

Page 12: Kinetika Kimia

Teori Laju Reaksi

Keadaan transisi (Transition state)• Ketika reaktan bertumbukan mereka akan

membentuk kompleks teraktifkan• Kompelks teraktifkan tersebut berada pada

keadaan transisi.• Kemudian akan membentuk produk atau

reaktan• Ketika produk terbentuk, sangatlah sulit untuk

kembali ke keadaan tansisi, untuk reaksi yang eksotermal

Page 13: Kinetika Kimia

Energi Aktivasi

Amin Fatoni

Page 14: Kinetika Kimia

Teori keadaan transisi

Amin Fatoni

Page 15: Kinetika Kimia

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Examples of Reaction Profile

Contoh Profil Reaksi

Page 16: Kinetika Kimia

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Examples of Reaction Profile

Contoh Profil Reaksi

Energi aktivasi tinggi, panas reaksi rendah

Energi aktivasi rendah, panas reaksi tinggi

Page 17: Kinetika Kimia

Mengekspresikan Laju Reaksi

tx

ttxx

DD

12

12

waktuPerubahan posisiPerubahan Gerak Laju

ttt DD

A)Konst (AKonst AKonst waktuPerubahan

A ikonsentrasPerubahan reaksiLaju

12

12

tB

tALaju

DD

D

D

Untuk reaksi : A B

Page 18: Kinetika Kimia

Soal Latihan

Hidrogen sebagai bahan bakar roket dan diusulkan sumber energi masa depan karena menghasilkan produk gas non polusi: 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 M.s-1, berapa kenaikan terbentuknya H2O?

Page 19: Kinetika Kimia

Kembali ke ……Reaksi dekomposisi N2O5

2N2O5(g) 2N2O4(g) + O2(g)

Page 20: Kinetika Kimia

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Dekomposisi Reaksi N2O5

Hasil ekperimen Laju produksi

O2 berkurang

Page 21: Kinetika Kimia

tV

laju O

D

D 2

Laju reaksi rata-rataKita dapat menghitung laju reaksi rata-rata pembentukan oksigen selang waktu tertentu

Satuan laju untuk reaksi ini adalah mL O2 (STP) / s

Perhatikan bahwa laju reaksi berkurang sejalan meningkatnya waktu

Kecepatan rata-rata pembentukan O2

Page 22: Kinetika Kimia

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Plot Data

Page 23: Kinetika Kimia

Laju sesaat (Instantaneous)Dari grafik terlihat

bahwa laju reaksi berkurang selama waktu reaksi

Laju sesaat• Laju pada waktu

tertentu• Dilihat dari slope

(tengensial)

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Slope pada 1600 s

Slope pada 2400 s

Slope pada 4000 s

Laju pembentukan O2 semakin berkurang

Page 24: Kinetika Kimia

Laju Awal Reaksi (Initial Rate)

• Laju pembentukan O2 pada waktu nol ( 0 s) atau pada saat reaksi tepat akan dimulai

Page 25: Kinetika Kimia

Laju vs Konsentrasi

• Kita dapat mengembangkan secara kuantitatif hubungan antara konsentrasi dengan laju reaksi

• Dengan mencari tangensial dari kurva [N2O5], kita dapat mengukur laju reaksi

• Sesuai dengan data dapat diketahui bahwa laju raksi berbanding lurus dengan konstanta laju reaksi

• Laju = k [N2O5]• Sehingga kita dapat

menghitung nilai k untuk tiap nilai laju reaksi

Page 26: Kinetika Kimia

Hukum Laju Reaksi• Untuk reaksi umumaA + bB + ….. eE + fF + gG…….Hukum laju reaksinya :

v = k [A]x[B]y

Dimana v = laju reaksik = konstanta laju reaksix, y = orde reaksi terhadap A dan Bx+y = total orde reaksiOrde reaksi tidak selalu sama dengan koefisien reaksi

Page 27: Kinetika Kimia

Mencari Hukum Laju

Metode laju awal reaksiOrde untuk tiap reaktan dapat dicari dengan• Merubah konsentrasi awalnya• Menjaga konsentrasi dan kondisi reaktan lainnya

tetap• Mengukur laju awalnyaPerubahan pada kecepatan digunakan untuk mengukur

orde tiap reaktan. Prosesnya dilakukan secara berulang-ulang

Page 28: Kinetika Kimia

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Contoh : N2O5

Diambil dari dekomposisi N2O5

Hukum laju : v = k[N2O5]x

Tujuannya adalah mencari x

Page 29: Kinetika Kimia

Contoh N2O5

Eksp. 1

Eksp. 2

Kita bagi persamaan eksperimen 1 dengan persamaan eksperimen 2

Page 30: Kinetika Kimia

Contoh yang lebih kompleks

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Untuk reaksi dibawah diperoleh hasil :

Page 31: Kinetika Kimia

Contoh yang lebih kompleks

220,4

030,0060,0

/107,1/108,6

8

8

x

MM

sMsM

x

x

x

2/329,2

020,0010,0

/107,1/109,4

8

8

y

MM

sMsM

y

y

y

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Sehinga diperoleh

X = 2, y = 3/2 dan z = 0

Hukum Laju:

V = k [A]2[B]3/2

Total orde : 31/2

Untuk Order AGunakan Reaksi 1 dan 2

Untuk Order BGunakan Reaksi 1 dan 3

021

050,0100,0

/107,1/107,1

8

8

z

MM

sMsM

z

z

z

Untuk Order CGunakan Reaksi 1 dan 2

Page 32: Kinetika Kimia

Mencari Hukum Laju ReaksiMetode GrafikDengan menggunakan persamaan integral, dapat diperoleh garis lurus dari plot data. Order reaksi ditetntukan apabila data sesuai dengan plotnya

Page 33: Kinetika Kimia

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Finding the Rate LawMencari Hukum Laju Reaksi

Dilihat dari plot ini maka dapat disimpulkan bahwa reaksi dekomposisi N2O5 merupakan reaksi order 1 karena menghasilkan garis lurus

Page 34: Kinetika Kimia

Reaksi Order Pertama

Beberapa aplikasi dari reaksi order I• Menggambarkan berapa banyak obat yang

dilepas pada peredaran darah atau yang digunakan tubuh

• Sangat berguna di bidang geokimia• Peluruhan radioakifWaktu Paruh (t1/2)Waktu yang dibutuhkan untuk meluruhkan ½

dari kuantitas awal suatu reaktan

Page 35: Kinetika Kimia

Waktu Paruh

Dari data N2O5 dilihat bahwa dibutuhkan waktu 1900 detik untuk mereduksi jumlah awal N2O5 menjadi setengahnya.

Butuh 1900 detik lagi untuk mereduksi setengahnya kembali

Page 36: Kinetika Kimia

Waktu Paruh

Hubungan waktu paruh dengan konstanta laju reaksi

Waktu paruh dapat digunakan untuk menghitung konsntanta laju reaksi orde pertama

Contoh N2O5 dengan waktu paruh 1900 detik

Page 37: Kinetika Kimia

• Persamaan yang menyatakan hubungan ini adalah persamaan Arrhenius

Pengaruh Temperatur

Page 38: Kinetika Kimia

Pengaruh Temperatur

Laju reaksi sangat bergantung dengan temperaturBerikut adalah konstanta reaksi dekomposisi N2O5 pada berbagai temperatur

Page 39: Kinetika Kimia

• Bentuk lain persamaan Arrhenius:

Pengaruh Temperatur

Jika ln k diplot terhadap 1/T maka akan didapat garis lurus dengan nilai tangensial –Ea/R

Energi AktivasiEnergi yang dibutuhkan oleh suatu molekul untuk dapat bereksi

Page 40: Kinetika Kimia

Hasil dari perhitungan data N2O5

Page 41: Kinetika Kimia

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Temperatur dan Ea

Bila temperatur meningkat, fraksi molekul yang memiliki energi kinetik pun meningkat sehingga meningkatkan energi aktivasinya

Page 42: Kinetika Kimia

Mekanisme Reaksi

• Belangsung dapat berlangsung hanya dengan satu tahapContoh: Na+(aq) + OH-(aq) + H+(aq) + Cl-(aq) H2O(l) + Na+(aq) + Cl-(aq)

Spectator ions

Page 43: Kinetika Kimia

Mekanisme Reaksi

• Kebanyakan reaksi kimia berjalan dengan beberapa tahap yang berurutan

• Setiap tahapan memiliki laju yang bersesuaian• Laju keseluruhanditentukan oleh tahapan yang

berlangsung paling lambat (rate-determining step) Mengapa?

• Prinsip: “ Jika konsentrasi suatu reaktan muncul dalam persamaan laju reaksi, maka reaktan tersebut atau sesuatu yang merupakan hasil penurunan reaktan tsb terlibat dalam tahapan yang lambat. Jika tidak muncul dalam persamaan laju reaksi, maka baik reaktan maupun turunannya tidak terlibat dalam tahapan yang lambat.”

Page 44: Kinetika Kimia

Go to ……

Reaksi dekomposisi N2O5

2N2O5(g) 2N2O4(g) + O2(g)Reaksi ini bukan reaksi orde 2 walaupun ini

merupakan reaksi bimolecular

tumbukan

Dua molekul gas dalam tumbukan

Page 45: Kinetika Kimia

v = k [N2O5]Persamaan ini menunjukkan bahwa tahapan yang

paling lambat melibatkan satu molekul N2O5 yang terdekomposisi

lambat

Tahapan pertama merupakan unimolecular – dimana tiap molekul pecah. Mereka tidak bertumbukan terlebih dahulu

cepat

lambat+

cepat

Page 46: Kinetika Kimia

energi

waktu

Ea1Ea2

Tahap I

Ea3

Tahap II

Tahap III

Page 47: Kinetika Kimia

Contoh, lagi….

H3C C CH3

O+ H+ fast H3C C CH3

OH+

+

H3C C CH3

OH slowH3C C CH2

OH+ H+

H3C C CH2

OH+ I2 fast

+

H3C C CH2IOH

+ I-

H3C C CH2IOH+

I-+ fast H3C C CH2IO

+ HI

Reaksi yang dikatalisis asam antara propanon dengan iodin

CH3COCH3(aq) + I2(aq) CH3COCH2I(aq) + HI(aq)

r = k[CH3COCH3]1[H+]1[I2]o

H+(aq)

Page 48: Kinetika Kimia

Katalisis

• Katalis meningatkan koefisien reaksi dengan menyediakan jalur reaksi alternatif (atau mekanisme) dengan energi aktivasi yang lebih rendah

• Katalis tidak mengubah kesetimbangan hanya mempercepat terjadinya kesetimbangan

• Contoh:Produksi NH3 menggunakan katalis PtCatalytic converter pada knalpot

Page 49: Kinetika Kimia

Aksi Katalis

Page 50: Kinetika Kimia

Katalisis

•Homogen : satu fasa•Heterogen : reaktan dan katalis berada pada

fasa yang berbeda•Contoh : pada produksi amonia N2 + 3H2 2NH3 (katalis Pt)Tahapan penentu laju adalah pemutusan ikatan H-H