Kinetika Rx Kimia

download Kinetika Rx Kimia

of 64

  • date post

    06-Mar-2016
  • Category

    Documents

  • view

    37
  • download

    2

Embed Size (px)

description

chemistry

Transcript of Kinetika Rx Kimia

  • KINETIKA REAKSI KIMIA

    TIM DOSEN KIMIA DASAR FTP UB 2012

  • Laju reaksi menyatakan laju perubahan

    konsentrasi zat-zat komponen reaksi setiap

    satuan waktu:

    Laju pengurangan konsentrasi pereaksi per satuan waktu

    Laju penambahan konsentrasi hasil reaksi per satuan waktu

    Perbandingan laju perubahan masing-masingkomponen sama dengan perbandingan

    koefisien reaksinya

    Konsep Kinetika/

    Laju Reaksi

    t

    MV

    ][

  • Pada reaksi :

    N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g),

    Laju reaksi :

    - laju penambahan konsentrasi NH3- laju pengurangan konsentrasi N2 dan H2.

    Konsep Laju Reaksi

  • Laju reaksi dipengaruhi oleh :

    Faktor-faktor yang

    mempengaruhi Laju Reaksi

    Suhu

    Luas permukaan sentuhan/ Ukuran partikel

    Konsentrasi

    Katalis

  • Suhu

    Kenaikan suhu dapat mempercepat laju reaksi

    karena dengan naiknya suhu energi kinetik

    partikel zat-zat meningkat sehingga

    memungkinkan semakin banyaknya tumbukan

    efektif yang menghasilkan perubahan

  • Suhu

    Hubungan Kuntitatif perubahan suhu terhadap laju reaksi:

    Hubungan ini ditetapkan dari suatu percobaan, misal diperoleh

    data sebagai berikut:

    Suhu (oC) Laju reaksi (M/detik)

    10

    20

    30

    40

    T

    0,3

    0,6

    1,2

    2,4

    Vt

  • Suhu

    Hubungan Kuntitatif perubahan suhu terhadap laju reaksi:

    Dari data diperoleh hubungan:

    Setiap kenaikan suhu 10 oC, maka laju mengalami kenaikan 2 kali

    semula, maka secara matematis dapat dirumuskan

    T T

    tV V .

    0

    100 2

    Dimana :

    Vt = laju reaksi pada suhu t

    Vo = laju reaksi pada suhu awal (to)

  • Konsentrasi

    Konsentrasi mempengaruhi laju reaksi, karena banyaknya partikel

    memungkinkan lebih banyak tumbukan, dan itu membuka peluang

    semakin banyak tumbukan efektif yang menghasilkan perubahan.

    Ilustrasi

    Mana yang lebih mungkin terjadi tabrakan, di jalan lenggang atau

    dijalanan padat?

    ?

  • Konsentrasi

    Hubungan kuantitatif perubahan konsentrasi dengan laju reaksi

    tidak dapat ditetapkan dari persamaan reaksi, tetapi harus

    melalui percobaan.

    Dalam penetapan laju reaksi ditetapkan yang menjadi patokan

    adalah laju perubahan konsentrasi reaktan.

    Ada reaktan yang perubahan konsentrasinya tidak

    mempengaruhi laju reaksi:

    on

    1x

    1V x [reaktan]

    V reaktan][

    n

  • Konsentrasi

    Pangkat perubahan konsentrasi terhadap perubahan laju

    disebut orde reaksi

    Ada reaksi berorde O, dimana tidak terjadi perubahan laju

    reaksi berapapun perubahan konsentrasi pereaksi.

    Ada reaksi berorde 1, dimana perubahan konsentrasi

    pereaksi 2 kali menyebabkan laju reaksi lebih cepat 2 kali.

    Ada reaksi berorde 2, dimana laju perubahan konsentrasi

    pereaksi 2 kali menyebabkan laju reaksi lebih cepat 4 kali,

    dst.

    Orde Reaksi

  • Konsentrasi

    Untuk reaksi

    A + B C

    Rumusan laju reaksi adalah :

    V =k.[A]m.[B]n

    Dimana :

    k = tetapan laju reaksi

    m = orde reaksi untuk A

    n = orde reaksi untuk B

    Orde reakasi total = m + n

  • Konsentrasi

    Rumusan laju reaksi tersebut diperoleh dari percobaan.

    Misalkan diperoleh data percobaan untuk reaksi :

    NO(g) + Cl2(g) NOCl2(g)Diperoleh data sebagai berikut :

    Perc [NO] M [Cl2] M V M/s

    1

    2

    3

    4

    0,1

    0,1

    0,2

    0,3

    0,1

    0,2

    0,1

    0,3

    4

    16

    8

    ?

  • Konsentrasi

    1

    22

    4

    8

    1,0

    2,0

    ][

    ][

    ][

    1

    3

    1

    3

    m

    V

    V

    NO

    NO

    VNO

    m

    m

    m

    m

    Rumusan laju reaksi untuk reaksi tersebut adalah :

    V = k.[NO]m.[Cl2]n

    Orde NO = m Orde Cl2 = n

    Percobaan 1 dan 3 Percobaan 1 dan 2

    2

    42

    4

    16

    1,0

    2,0

    ][

    ][

    ][

    1

    2

    12

    22

    2

    n

    V

    V

    Cl

    Cl

    VCl

    n

    n

    n

    n

  • Konsentrasi

    Maka rumusan laju reaksinya adalah :

    V=k.[NO]1.[Cl2]2

    Harga k diperoleh dengan memasukan salah satu data

    percobaan

    123

    2

    2

    2

    10.4

    1,0.1,0

    4

    ]].[[

    sMk

    k

    ClNO

    Vk

  • Konsentrasi

    Maka laju reaksi pada percobaan 4 adalah :

    V= k.[NO].[Cl2]2

    V= 4.103.0,3. 0,32

    V= 108 Ms-1

  • Luas Permukaan

    Mana yang lebih luas permukaannya?

    Sepotong tahu utuh atau sepotong tahu dipotong 4?

  • Luas Permukaan

  • Luas Permukaan

    Perhatikan bahwa luas permukaan tahu utuh lebih kecil dari

    tahu yang dipotong 4

    Sekarang!

    Mana yang lebih luas permukaannya, gula berukuran butir

    kasar atau gula berukuran butiran halus?

    Mana yang lebih mudah larut, gula yang berukuran butir

    kasar atau yang berukuran butiran halus ?

  • Luas Permukaan

    Luas permukaan mempercepat laju reaksi karena semakin

    luas permukaan zat, semakin banyak bagian zat yang

    saling bertumbukan dan semakin besar peluang adanya

    tumbukan efektif menghasilkan perubahan

    Semakin luas permukaan zat, semakin kecil ukuran

    partikel zat. Jadi semakin kecil ukuran partikel zat, reaksi

    pun akan semakin cepat.

  • Katalis

    Katalis adalah zat yang dapat mempercepat laju reaksi.

    Ada 2 jenis katalis :

    1. Katalis aktif yaitu katalis yang ikut terlibat reaksi dan

    pada akhir reaksi terbentuk kembali.

    2. Katalis pasif yaitu katalis yang tidak ikut bereaksi, hanya

    sebagai media reaksi saja.

    Bagaimana katalis bekerja akan dibahas pada teori tumbukan

  • ORDE REAKSI

    Orde reaksi adalah jumlah pangkat konsentrasi-konsentrasi yang menghasilkan suatu garis lurus

    Persamaan umum kinetika :

    dA/dt = laju reaksi A

    k = konstanta laju reaksi A

    [A] = konsentrasi A

    n = orde reaksi

    nAk - dt

    dA

  • Untuk reaksi orde 0 :

    kt - A A

    kt- A - A

    dtk - dA

    k- dt

    dA

    k- dt

    dA

    Ak - dt

    dA

    0t

    0t

    t

    0

    t

    0

    t

    0

    t

    0

    0

  • A0 = konsentrasi A pada waktu ke- 0

    At = konsentrasi A pada waktu ke- t

    k = konstanta laju reaksi

    t = waktu

    Karakteristik dari reaksi orde nol hubungan linier antara reaktan atau produk dengan waktu

    waktu

    Ko

    nsen

    trasi A

    waktu

    Ko

    nsen

    trasi ASlope = - k

    Slope = k

  • Waktu paruh (t1/2)

    Waktu yang dibutuhkan untuk meluruh/hilangnya zat, menjadi separuhnya.

    Untuk orde nol :

    o

    o

    k

    At

    22/1

  • Waktu kadaluwarsa (t90)

    Waktu suatu zat telah terurai sampai tinggal 90% dari konsentrasi mula-mula (yaitu

    , terurai 10%).

    Untuk orde nol :

    o

    o

    k

    At

    1,090

  • Untuk reaksi orde 1 :

    kt - Aln Aln

    kt- A

    Aln

    kt- dA A

    1

    dtk - A

    dA

    A k- dt

    dA

    Ak - dt

    dA

    Ak - dt

    dA

    0t

    0

    t

    t

    0

    t

    0

    t

    0

    t

    0

    t

    0

    1

  • Karakteristik orde I :

    waktu

    ln A

    waktu

    ln A

    Slope = - k Slope = k

  • Waktu paruh (t1/2)

    Waktu yang dibutuhkan untuk meluruh/hilangnya zat, menjadi separuhnya.

    Untuk orde pertama :

    kt

    693,02/1

  • Waktu kadaluwarsa (t90)

    Waktu suatu zat telah terurai sampai tinggal 90% dari konsentrasi mula-mula (yaitu , terurai

    10%).

    Untuk orde pertama:

    kt

    105,090

  • Reaksi orde kedua

    BAk

    dt

    Bd

    dt

    Ad

    2xakdt

    dx

    bjikaa

    xbxakdt

    dx

    xa

    x

    atk

    ktxaa

    x

    ktaxa

    dtkxa

    dx tx

    1

    0

    11

    00 2

  • )(

    )(log

    )(

    303,2

    )(

    )(log

    303,2

    00

    xba

    xab

    batk

    ktxba

    xab

    ba

    dtkxbxa

    dx

    bjikaa

    tx

  • Waktu paruh (t1/2)

    Waktu yang dibutuhkan untuk meluruh/hilangnya zat, menjadi separuhnya.

    Untuk orde kedua :

    kat

    12/1

  • Menentukan Orde reaksi

    Metode substitusi

    Metode Grafik

    Metode waktu paruh

  • 1) Metode substitusi

    Data yang terkumpul dari hasil pengamatanjalannya suatu reaksi disubstitusikan ke dalam

    bentuk integral dari berbagai orde reaksi.

    Jika menghasilkan k yang konstan , maka reaksidianggap berjalan sesuai orde tersebut

  • 2) Metode Grafik

    Plot data pada grafik

    Untuk orde nol :

    Konsentrasi diplot terhadap waktu linear

    Untuk orde pertama :

    Log konsentrasi diplot terhadap waktu linear

    Untuk orde kedua :

    1/konsentrasi diplot terhadap waktu linear

  • 3) Metode waktu paruh

    Hubungan antara waktu paruh dengan seluruh konsentrasi jika seluruh reaktan

    sama :

    1

    12/1

    nat

    n adalah orde reaksi

  • Ko

    ns

    en

    tra

    si A

    (%

    )

    Waktu

  • Cara menentukan apakah suatu reaksi orde 0 atau 1

    1. Plot data sumbu y (misal : konsentrasi A) vs

    sumbu x (waktu) regresi linier : y = bx + a

    didapatkan juga R2 (koefisien korelasi).

    2. Plot data ln A (sumbu y) vs waktu (sumbu x)

    regresi linier : y = bx + a didapatkan juga R2

    3. Bandingkan kedua R2 tersebut, yang paling

    mendekati R2 = 1 dipilih. Jika (1) yang

    mempunyai R2 lebih mendekati 1 maka orde 0.

    Jika (2) mempunyai R2 lebih mendekati 1 maka

    orde 1

  • Contoh :

    Suatu percobaan tentang kerusakan vitamin C

    selama proses sterilisasi (121,1 0C) sari buah anggur

    memperoleh data sebagai berikut :

    Tentukan nilai k dan perkirakan pada waktu berapakah kadar

    vitamin C sebesar 50 % !

    Waktu

    (menit)

    Kadar Vit. C

    (%)

    0 100

    5 90

    10 79

    15 68

    20 54

  • Plot Orde 0

    y = -2,28x + 101

    R2 = 0,996

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    0 5 10 15 20 25

    Waktu (menit)

    (Vit

    am

    in C

    (%

    )

    Plot Orde 1

    y = -0,0303x + 4,6391

    R2 = 0,9762

    3,9

    4

    4,1

    4,2

    4,3

    4,4

    4,5

    4,6

    4,7

    0 5 10 15 20 25

    Waktu (menit)

    Ln

    (V

    itam

    in C

    )

  • Dari kedua plot (orde 0 dan orde 1) maka diperoleh :

    Plot orde 0 : y = - 2,28x + 101 dengan R2 = 0,996

    Plot orde 1 : y = - 0,0303x + 4,6391 dengan R2 =0,9762

    Dari kedua plot tersebut maka reaksi tersebut

    mempunyai orde 0 R2 lebih mendekati 1 dibandingR2 pada plot orde 1. Sehingga persamaan reaksi

    penurunan vitamin C adalah :

    y = - 2,28x + 101

    dari persamaan tersebut didapatkan slope = - 2,28

    dan intersep = 101

    slope = k nilai k = 2,28 / menit

    Tanda negatif (-) atau positif (+) pada slope

    persamaan menunjukkan : jika (+) berarti

    penambahan; jika (-) berarti pengurangan

  • Persamaan : y = - 2,28x + 101

    50 = - 2,28x + 101

    - 51 = - 2,28x

    x = 22,37

    Jadi kadar vitamin C tinggal 50 % ketika waktu

    sterilisasi 22,37 menit.

  • PENGARUH SUHU TERHADAP

    LAJU REAKSI

    PERSAMAAN ARRHENIUS

    k = konstanta laju reaksi

    k0 = faktor frekuensi reaksi

    R = konstanta gas (1,987 kal / g-mole K)

    Ea = energi aktivasi, yang nilainya dianggap konstan

    pada suatu kisaran suhu tertentu

    Energi aktivasi diartikan sebagai suatu tingkat energi minimum yangdiperlukan untuk memulai suatu reaksi.

    T

    1

    R

    E -

    0RT

    E -

    0

    T

    1 -

    T

    1

    R

    Ea-

    0

    RT

    E-

    0

    RT

    E-

    00

    aa

    0

    a

    0

    a

    e . ke . k k

    e k

    k

    e .Ak e .A k

  • Persamaan Arrhenius juga dapat dinyatakan dalambentuk :

    Persamaan di atas merupkan persamaan garis lurus

    (linier), dengan 1/T sebagai sumbu X dan ln k sebagai

    sumbu Y. Dengan demikian, slope dari kurva tersebut

    adalah Ea / R.

    T

    1

    R

    E -kln k ln a0

  • Q10

    Q10 didefinisikan sebagai berapa kali perubahan lajureaksi jika suhu berubah 10 0C. Jika laju reaksi

    meningkat menjadi 2 kalinya saat suhu dinaikkan 100C, maka Q10 = 2.

    Untuk reaksi perubahan warna dan flavor secaraenzimatis, degradasi pigmen natural, pencoklatan

    non enzimatis, dan laju pertumbuhan mikrobia

    biasanya besarnya Q10 = 2.

  • 12

    21

    T

    1 -

    T

    1

    R

    Ea-

    1

    012012

    1012

    1

    2

    10

    T- T

    1012

    10

    22

    11

    e k

    k

    Arrheniuspersamaan dalam

    T Tdan T; T ;k k k; k Substitusi

    Qln 10

    T - T

    k

    kln

    Qk k

    : Q definisi dari

    T pada reaksilaju konstanta k

    T pada reaksilaju konstanta k

  • e Q

    TT 10

    )(Qln

    R

    Ea

    Qpersamaan subtitusi

    T T

    T - T

    R

    Ea -

    k

    kln

    T

    1

    T

    1

    R

    Ea -

    k

    kln

    21TT

    10

    R

    Ea

    10

    1210

    10

    12

    21

    1

    2

    121

    2

  • Nilai Z

    Nilai z didefinisikan sebagai perubahan suhu yang diperlukanuntuk mengubah laju reaksi sebesar 1 log cycle.

    2112

    12

    1

    2

    )T(T

    12

    TT

    REa

    (10)ln z

    TT

    1

    R

    Ea

    z

    (10)ln

    : arrheniuspersamaan dan atas dipersamaan dari

    (10)ln z

    T - T

    k

    kln

    (10) k k12

    z

  • Contoh :

    Kinetika reaksi inaktivasi enzim polifenol oksidase pada jamur

    mengikuti orde 1 dan konstanta laju reaksinya pada 50 0C, 550C, dan 60 0C adalah 0,019; 0,054; dan 0,134 / menit. Tentukan

    energi aktivasi, nilai z, dan Q10 !

    Jawab :

    Regresi linier 1 / T (sumbu x) vs ln k (sumbu y)

    Suhu (0C) T (0K) 1 / T K (1/menit) ln k

    50 323 0,003096 0,019 - 3,96332

    55 328 0,003049 0,054 - 2,91877

    60 333 0,003003 0,134 - 2,00992

  • y = -21016x + 61,12

    R2 = 0,999

    -4,5

    -4

    -3,5

    -3

    -2,5

    -2

    -1,5

    -1

    -0,5

    0

    0,00298 0,003 0,00302 0,00304 0,00306 0,00308 0,0031 0,00312

    1/T

    ln k

  • Slope = - 21016

    - Ea / R = - 21016 Ea = 21016 x 1,987

    = 41758,792 kal / gmol

    = 41,76 kkal / gmol

    7,028 Q

    1,95 (333) (323)

    1 (21016) 10

    TT

    1

    R

    Ea 10 )(Qln

    e Q

    10

    21

    10

    TT

    10

    R

    Ea

    1021

  • C 11,8 333) x (323 21016

    (10)ln

    TT R / Ea

    (10)ln z

    0

    21

  • Penyedap rasa berbentuk bubuk dalam kemasan sachetakan mengalami penurunan mutu aroma selama

    penyimpanan. Pengujian aroma selama penyimpanan

    dilakukan dengan uji sensoris. Data skor sensori

    penyedap rasa tersebut adalah :

    Suhu Pengujian (0C) Waktu (hari) Skor Sensori

    40 0

    3

    6

    9

    12

    8

    7,93

    7,86

    7,83

    7,79

    45 0

    3

    6

    9

    12

    8

    7,86

    7,72

    7,59

    7,41

    50 0

    3

    6

    9

    12

    8

    7,69

    7,31

    7,03

    6,66

  • Pertanyaan :

    1. Tentukan persamaan kinetika reaksi penurunan aroma

    selama penyimpanan! Tentukan juga orde reaksinya!

    2. Tentukan nilai k untuk masing-masing suhu pengujian!

    3. Tentukan energi aktivasi! Gunakan plot Arrhenius!

    4. Tentukan Q10!

    Jawab :

  • y = -0,017x + 7,986R = 0,969

    7,75

    7,8

    7,85

    7,9

    7,95

    8

    8,05

    0 2 4 6 8 10 12 14

    Sko

    r sen

    so

    ris

    Waktu (hari)

    Plot Orde 0 suhu 40 C

    y = -0,048x + 8,006R = 0,996

    7,3

    7,4

    7,5

    7,6

    7,7

    7,8

    7,9

    8

    8,1

    0 2 4 6 8 10 12 14

    Sko

    r sen

    so

    ris

    Waktu (hari)

    Plot Orde 0 Suhu 45 C

    y = -0,111x + 8,006R = 0,998

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    0 2 4 6 8 10 12 14

    Sko

    r sen

    so

    ris

    Waktu (hari)

    Plot Orde 0 Suhu 50 C

  • y = -0,002x + 2,077R = 0,971

    2,05

    2,05

    2,06

    2,06

    2,07

    2,07

    2,08

    2,08

    2,09

    0 2 4 6 8 10 12 14

    Ln

    sko

    r sen

    so

    ris

    Waktu (hari)

    Plot Orde 1 Suhu 40 C

    y = -0,006x + 2,080R = 0,995

    1,99

    2,00

    2,01

    2,02

    2,03

    2,04

    2,05

    2,06

    2,07

    2,08

    2,09

    0 2 4 6 8 10 12 14

    Ln

    sko

    r sen

    so

    ris

    Waktu (hari)

    Plot Orde 1 Suhu 45 C

    y = -0,015x + 2,082R = 0,997

    1,85

    1,90

    1,95

    2,00

    2,05

    2,10

    0 2 4 6 8 10 12 14

    Ln

    sko

    r sen

    so

    ris

    Waktu (hari)

    Plot Orde 1 Suhu 50 C

  • Dipilih orde 0 karena nilai R2 lebih mendekati 1. Nilai k

    masing-masing suhu :

    Suhu (0C) k Suhu (K) 1 / T Ln k

    40 0,0173 313 0,00319 - 4,057

    45 0,0483 318 0,00314 - 3,030

    50 0,1113 323 0,00309 - 2,196

    y = -18828x + 56,12R = 0,997

    -4,5

    -4

    -3,5

    -3

    -2,5

    -2

    -1,5

    -1

    -0,5

    0

    0,00308 0,0031 0,00312 0,00314 0,00316 0,00318 0,0032

    Ln

    k

    1 / T

    Plot Arrhenius

  • Evaluasi

    Dalam bejana bervolume 10 L, mula-mula terdapat 5 mol gas

    NO2. Gas tersebut mengalami penguraian menurut reaksi :

    2 NO2(g) 2 NO(g) + O2(g).

    Setelah tiga jam tersisa 1,4 mol gas NO2. Tentukan

    a.Laju reaksi penguraian gas NO2!

    b.Laju pembentukan gas NO!

    c.Laju pembentukan gas O2!

  • Evaluasi

    Diketahui reaksi A + B + C D. Jika persamaan laju reaksi reaksi tersebut v = k.[B]2.[C]1, berapa

    kali perubahan laju reaksinya bila konsentrasi

    masing-masing komponen pereaksi diperbesar 2

    kali semula?

  • Evaluasi

    Dari percobaan reaksi A + B AB, diperoleh data sebagai berikut

    Perc [A] M [B] M V M/s

    1

    2

    3

    4

    1,3.10-2

    6,5.10-3

    3,9.10-2

    1,3.10-2

    2,1.10-2

    1,05.10-2

    4,2.10-2

    1,05.10-2

    1,4.10-1

    3,5.10-2

    8,4.10-1

    7.10-2

    Tentukan

    A. Orde reaksi untuk A dan B

    B. Persamaan laju reaksi

    C. Harga tetapan laju reaksi

    D. Laju reaksi jika konsentrasi A 0,026 M dan konsentrasi B

    0,021 M

  • Evaluasi

    Jika laju suatu reaksi meningkat 2 kali lebih cepat setiap

    kenaikan suhu 15oC dan pada suhu 30oC lajunya 3.10-3

    M/s, berapakah laju reaksinya pada 105oC?

  • Evaluasi

    Dari data berikut :

    Perc Fe [HCl] M Suhu oC

    1

    2

    3

    4

    5

    Serbuk

    Kepingan

    Serbuk

    Kepingan

    Serbuk

    0,1

    0,1

    0,3

    0,1

    0,1

    25

    25

    50

    50

    50

    Urutkan kelajuan reaksinya dari yang paling lambat ke yang paling cepat