Makalah Kimfis-kinetika Reaksi

of 34/34
BAB I JAWABAN PERTANYAAN I. Etanol Dalam Tubuh Manusia 1.Untuk mengetahui bagaimana perjalanan etanol dalam tubuh manusia, kita dapat memanfaatkan ilmu farmakokinetik, cabang ilmu farmakologi. Analisa dilakukan terhadap darah, dimana konsentrasi etanol waktu tertentu. Suatu percobaan dilakukan dan hasil analisis terhadap darah sampel adalah sebgai berikut: t, min 30 60 120 150 240 360 480 c x 10 6 , g/cm 3 0,69 9 0,62 2 0,413 0,29 2 0,15 2 0,06 0 0,02 4 a. Ada berapa metode yang dapat digunakan untuk menentukan kinetika reaksi etanol dalam darah berdasarkan data yang diberikan? Jelaskan dan berikan contoh untuk masing-masing metode tersebut. b. Berdasarkan data tersebut, metode apakah yang paling sesui, dan tentukanlah orde reaksi, konstanta laju reaksi, dan waktu paruh dari etanol dalam sampel darah. Jawaban a. Metode-Metode untuk Menentukan Laju Reaksi Metode-metode yang digunakan untuk menentukan laju reaksi ada 5, antara lain: 1. Metode Integrasi Pada metoda integrasi, orde reaksi dapat ditentukan dengan mencocokan data percobaan dengan persamaan laju reaksi standar setiap orde reaksi. Setelah mengamati perubahan konsentrasi dengan waktu yang diukur, harga
  • date post

    26-Jul-2015
  • Category

    Documents

  • view

    1.186
  • download

    16

Embed Size (px)

description

makalah kimfis kinetika reaksi

Transcript of Makalah Kimfis-kinetika Reaksi

BAB I JAWABAN PERTANYAAN I.Etanol Dalam Tubuh Manusia 1.Untuk mengetahui bagaimana perjalanan etanol dalam tubuh manusia, kita dapat memanfaatkan ilmu farmakokinetik, cabang ilmu farmakologi. Analisa dilakukan terhadapdarah,dimanakonsentrasietanolwaktutertentu.Suatupercobaan dilakukan dan hasil analisis terhadap darah sampel adalah sebgai berikut: t, min3060120150240360480 c x 106, g/cm3 0,6990,6220,4130,2920,1520,0600,024 a.Adaberapametodeyangdapatdigunakanuntukmenentukankinetikareaksi etanoldalamdarahberdasarkandatayangdiberikan?Jelaskandanberikan contoh untuk masing-masing metode tersebut. b. Berdasarkan data tersebut, metode apakah yang paling sesui, dan tentukanlah ordereaksi,konstantalajureaksi,dan waktuparuhdarietanoldalamsampel darah. Jawaban a.Metode-Metode untuk Menentukan Laju Reaksi Metode-metode yang digunakan untuk menentukan laju reaksi ada 5, antara lain: 1.Metode Integrasi Pada metoda integrasi, orde reaksi dapat ditentukan dengan mencocokan data percobaandenganpersamaanlajureaksistandarsetiapordereaksi.Setelah mengamatiperubahankonsentrasidenganwaktuyangdiukur,hargakdapat dihitung dengan menggunakan persamaan terintegrasi. Harga k ini berbeda untuk orde reaksi yang berbeda.Sebagaicontoh,untukreaksiordesatu,persamaanlajureaksinyasesuai dengan persamaan (1.1-1) Setelah diintegrasikan, persamaan tersebut menjadi(1.1-2) Denganpersamaan(1.1-2),nilaikdapatdicari,laludibandingkandengandata laju reaksi dari beberapa data untuk menentukan orde reaksi dari tiap reaktan. Metodeintegrasimemilikikelemahan,yaituordereaksiyangdidapatkan kurang akurat apabila terjadi reaksi samping (reaksi paralel) dan reaksi reversibel. |||| A kA d- =dt.t] [] [ln0kAA=2.Metode Grafik Padametodegrafik,kitamenggambarkanterlebihdahulusetiapdatayang ada.Konstantalajureaksidapatditentukanberdasarkaninformasiyangdidapat dari grafik. Tabel 1. Kurva reaksi berbagai orde sumber: http://www.colby.edu/chemistry/PChem/notes/1st2ndRate.pdf 3.Metode Diferensiasi Dalammetodeini,datatidakdikumpulkandalambentukkonsentrasi terhadapwaktu,tetapidinyatakansebagailajuperubahankonsentrasiwaktu terhadapkonsentrasireaktan.Misalnya,persamaanlajuumumyangmelibatkan dua reaktan A dan B yaitu (1.1-3) l (atau m) dapat dievaluasi dari kemiringan plotantara logdan log| | A(atau log| | B ) dengan menjaga| | B(atau| | A ) tetap, k dapat dihitung dari intersep dan orde reaksi.4.Metode Laju Reaksi Awal (Initial Rates Method) Metodeinidilakukandenganlajureaksiawaldengankonsentrasiawal reaktanyangberbeda-beda.Misalnya,lajusuatureaksi=kaxbycz,makadalam metodeinimula-mulaaxbyczdibuattetapdenganjalanmenambahkanadanb dalam konsentrasi yang tinggi sehingga banyaknya a dan b yang bereaksi dengan c dapat diabaikan, dengan demikian persamaan laju reaksinya akan menjadi: Laju reaksi = k1c2 Denganmengubah-ubahkonsentrasic,kitadapatmengukurlajuawaltiap reaksidandibuatkurvaperubahankonsentrasicterhadapwaktu,sepertipada gambar 1 di bawah ini. OrdeNolOrde PertamaOrde Kedua ,- garis horizontal ,- garis lurus ,- garis lurus | || | | | B m A l kdtA dlog log log log + + = |.|

\|| || | | |m lB A kdtA d= | ||.|

\|dtA d Gambar 1. Metode laju reaksi awal untuk menentukan orde reaksi sumber: Bird, Tony. 1993. Kimia Fisik Untuk Universitas. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama. Misalkan laju reaksi awal adalah , maka dari gambar di atas diperoleh: 1 = k(c0)z1(1.1-4) 2 = k(c0)z2(1.1-5) 3 = k(c0)z3(1.1-6) denganz=ordereaksiterhadapc,c0=konsentrasiawalc,k=konstantalaju reaksi (termasuk di dalamnya axby). Bila persamaan diatas di-log-kan, akan diperoleh: log =log k+z log c0 (1.1-7) Jikakitamembuatkurvamelaluipersamaan(1.1-7)diatasdiperolehgaris lurus dengan gradien z. Dengan demikian orde reaksi terhadap c dapat ditentukan. Kitadapatmengulangicaradiatasuntukreaktanadanb,sehinggaordereaksi terhadapadanbjugadapatditentukan.Akantetapi,dengancarainisulituntuk memperoleh nilai orde reaksi yang tepat. 5.Metode Waktu Paruh Waktuparuhdidefinisikansebagaiwaktuyangdibutuhkanbilaseparuh konsentrasidarisuatureaktandigunakan.Waktuparuhdapatditentukandengan tepathanyajikasatujenisreaktanyangterlibat.Namun,jikasuatureaksi berlangsungantarajenisreaktanyangberbeda,waktuparuhharusditentukan terhadapreaktantertentusaja.Metodeinimemerlukanpenentuanwaktuparuh suatuzat(t1/2)sebagaisuatufungsikonsentrasi.Waktuparuhbergantungpada konsentrasi awal zat. Untuk sistem satu komponen, waktu paruh dihubungakan dengan konsentrasi awalnya oleh persamaan , untuk n 1(1.1-8)

, untuk n = 1(1.1-8a)dan, untuk n = 2(1.1-8b) k A ntnn. ] ).[ 1 (1 21012 / 1 =kt693 , 02 / 1=| |0211A kt = Daripersamaan(1.1-8a)terlihatbahwauntukreaksiordepertama(n=1)waktu paruh tidak dipengaruhi oleh konsentrasi awal, [A]0. Sebagaicontoh,untukreaksiordekedua,persamaanwaktuparuhnya menggunakanpersamaan(1.1-8b),sehinggakonstantalajureaksi(k)dapat ditentukandenganmemplotkan

terhadap,-

dihasilkangrafikberupa garis lurus, dengan perpotongan terletak pada ] /[ 10A dan gradien k. MetodewaktuparuhtidakdapatdigunakanolehreaksiyangkonsentrasiA danBnyaberbedakarenaAdanBakanmemilikiwaktuparuhyangberbeda. Jadi,metodeinidapatdipakaisaatduamolekulyangbereaksimempunyai konsentrasi yang sama. b. Penentuan Laju Reaksi Etanol Darimetode-metodeyangtelahdijelaskanpadabagiana,metodeyangpaling sesuaiuntukmenentukankinetikareaksietanolberdasarkandatapadasoaladalah metodeintegrasi.Sebab,dalammetodeininilaikdihitungdenganmenggunakan persamaanterintegrasiberdasarkanperubahankonsentrasiterhadapwaktu.Orde reaksidiperolehdaripersamaanyangmemberikanhargakyangkonsisten.Metode integrasi dapat dilakukan secara analitis ataupun grafik. Dalammenjawabpermasalahanini,kamimelakukananalisisdengangrafik untuk persamaan reaksi orde pertama dan orde kedua.-Reaksi Orde Pertama Persamaan laju reaksi pada reaksi orde satu, yaitu ,-

,- ,-,-

(1.1-9) Dengan menyusun dan mengintegrasikannya dengan batas t = 0 t dan konsentrasi reaktan = ,-

,-, maka,-,-

,-,-

(1.1-10)

,-,-

,- ,-

(1.1-11) dengan [A] merupakan konsentrasi etanol dalam darah. Kemudian,membuatgrafikantara,-sehinggakonstantalajureaksinya didapat dari nilai positif gradien grafik, sedangkan ,-

adalah intersepnya. y = -0.0076x - 0.0514 R = 0.9984 -4-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.500 200 400 600Ln [A] t (menit) ln [A] vs Waktu (t) Gambar 2. Grafik ,- Darigrafikdiatas,diperolehpersamaangaris,dengan gradien sebesar . Maka, nilai konstanta laju reaksi adalah

()

Untuk waktu paruh, dapat menggunakan persamaan (1.1-8a) sehingga

-Reaksi Orde Kedua Hasil pengintegralan persamaan laju reaksi pada reaksi orde dua, yaitu(1.1-12) Persamaan (1.1-12) menunjukkan bahwa dengan memplotkan] /[ 1 A terhadap waktu t dihasilkan grafik, dengan perpotongan terletak pada ] /[ 10A dan kemiringan garis k. t menit [A] x 106 g/cm3 ln [A] 300,699-0,3581 600,622-0,47482 1200,413-0,88431 1500,292-1,231 2400,152-1,88387 3600,06-2,81341 4800,024-3,7297 t, min3060120150240360480 [A]x 106 g/cm3 0,6990,6220,4130,2920,1520,0600,024

,-1,430621,607722,421313,424666,5789516,666741,6667 t .] [1] [10kA A+ =k1 k2 Gambar 3. Grafik 1/[A] terhadap waktu (t) Darigrafikpadagambar3,diperolehpersamaangaris , dengangradiensebesaryangmerupakannilaikonstantalajureaksi.Untuk reaksi orde dua ini, persamaanuntuk menentukan waktu paruh dapat menggunakan peramaan (1.1-8b) sehingga diperoleh

,-

Dari kedua grafik dan perhitungannya tersebut, terlihat bahwa grafik pada reaksi ordesatumemilikibentukyanglebihlineardannilaiR2yanglebihmendekati1, sehingga dapat disimpulkan bahwareaksi etanol dalam tubuh merupakan reaksi ordesatudengankonstantalajureaksisebesar0.0076min-1danwaktu paruhnya adalah 91.203 menit. 2.Jikadiasumsikanbahwareaksiyangterjaditerhadapetanoldalamtubuh manusia merupakan reaksi konsekutif, yaitu a.TurunkanpersamaanlajureaksiuntukpeluruhanreaktanAdanlaju pembentukan spesi B dan C. Asumsikan pada awal reaksi [A] = [A]o,[B] = [C] = 0, dan tentukan konsentrasi tiap spesi pada waktu t. b. Jika konsentrasi maksimum B dicapai pada saat tm, dimana

(

,-

) Tentukan persamaan yang menunjukkan konsentrasi B saat tm. y = 0.082x - 6.319 R = 0.8403 -10010203040500 100 200 300 400 500 6001/[A] t, min Kurva 1/[A] vs t Jawaban a.PersamaanlajureaksiuntukpeluruhanreaktanA,lajupembentukanspesiB dan C, dan konsentrasi tiap spesi pada waktu t. Asumsi [A] = [A]o,[B] = [C] = 0Reaksi yang berlangsung adalah:

Karenareaksipertamamerupakanreaksiordesatu,lajupeluruhankonsentrasiA dapat dituliskan ,-

,- ,-,-

(1.2-1) Denganmenyusundanmengintegrasikannyadenganbatast=0tdan konsentrasi reaktan = ,-

,-, maka,-,-

,-,-

(1.2-2)

,-,-

,- ,-

(1.2-3) Jadi, konsentrasi A pada waktu t dapat ditulis sebagai berikut: ,- ,-

atau,-,-

(1.2-4) Dalam menentukan laju pembentukan spesi B terhadap waktu, kita memiliki dua persamaan, yaitu .,-

/

,-.,-

/

,- (1.2-5) sehingga laju pembentukan spesi B total adalah .,-

/ .,-

/

.,-

/

,-

,- (1.2-6) Dengan mensubstitusi konsentrasi A dari persamaan (1.2-4) ke persamaan (1.2-6), maka diperoleh ,-

,-

,-(1.2-7) Bila persamaan (1.2-7) diintegralkan, akan didapatkan persamaan konsentrasi B pada waktu t sebesar ,-

,-

(

)(1.2-8) Persamaan laju reaksi pembentukan spesi C, yaitu: ,-

,-(1.2-9) Bila pada saat t = 0, [A] = [A]0 dan [B] = [C] = 0, dan diasumsikan keadaan tunak, makapenurunanuntukmendapatkanpersamaankonsentrasispesiCpadawaktut adalah sebagai berikut: ,-,-

,-

,-

(

) (

)

,-

,-

,-

(

)[(

)]

,-

,-

(

)[(

) (

)] ,-

,-

(

)*

+ ,- ,-

(

)(

)

,-

(

)(

) ,-,-

,-

(

)(

) ,-,-

0 .

/ (

)1 (1.2-10)

,- ,-

.

/ (1.2-11) b. Persamaan konsentrasi B saat tm Pada persamaan (1.2-8) telah diketahui persamaan konsentrasi B pada waktu t, yakni ,-

,-

(

),dandarisoaldiketahuibahwakonsentrasiB mencapaimaksimumpadasaattm.HaliniberartiuntukmencarikonsentrasiB maksimum, kita mensubstitusi nilait dalam persamaan(1.2-8) dengan nilaitm pada soal, sehingga diperoleh ,-

,-

,

(

,-

)

(

,-

)- ,-

,-

,(,-

)

(

,-

)- ,-

,-

,,-

(,-

)-(1.2-12) 3.Kita mengetahui ada beberapa jenis reaksi, tentu saja salah satunya adalah reaksi konsekutif, seperti disebutkan di soal 2. Turunkanlah persamaan laju reaksi orde n untuk setiap jenis reaksi tersebut. Jawaban Persamaan laju reaksi untuk setiap jenis reaksi sebagai berikut: a.Reaksi Irreversibel Reaksiirreversibeladalahreaksikimiadimanaketikasuatureaktantelah berubahmenjadiproduk,makaprodukyangtelahterbentuktidakakandapat mengalamireaksikebalikanyangmembuatnyadapatberubahkembalimenjadi reaktan.Reaksiirreversibelmerupakanreaksipalingumumdanyangpalingsering kitajumpai.Persamaanlajureaksiuntukreaksiinisamadenganpersamaanumum dalam persamaan laju reaksi. Jika terdapat suatu reaksi irreversibel seperti a A + b B c C + d D Persamaan laju reaksinya adalah:

,- ,- ,- ,-

(1.3-1) atau ,-

,-

(1.3-2) DenganxadalahordereaksizatAdanyadalahordereaksizatB.bilareaksi merupakan reaksi elementer, makax dan y sama dengan koefisien dari zat tersebut, tetapibilareaksimerupakanreaksinon-elementer,makaordereaksitidaksama dengan koefisien dari zat tersebut. Contoh dari reaksi irreversibel adalah: 2 N2O5 4 NO2 + O2 Dari reaksi diatas maka persamaan laju reaksinya adalah

,

- ,

-

,

- ,

- b.Reaksi Reversibel Reaksireversibeladalahreaksiyangmemungkinkanprodukyangtelah terbentukkembalimenjadireaktandengansendirinya.Dalammenjelaskan persamaanlajureaksipadareaksireversibeldigunakancontohreaksiesterifikasi dibawah ini: k1 C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5 +H2O k2 Konsentrasi awal:a mol/liter a mol/liter- - Konsentrasi reaksi:x xx x Konsentrasi pada t: (a - x) (a - x)x x JikaaadalahkonsentrasiC2H5OHdanCH3COOHawal,sedangkanxadalah konsentrasisaatterjadinyareaksi,dan(a-x)adalahkonsentrasipadawaktut.Maka terdapat dua laju reaksi, yaitu: Reaksi ke kanan:.

/

( )

(1.3-3) Reaksi ke kiri:.

/

(1.3-4) Reaksidiatasadalahreaksiorde2,danbiladianggapreaksitersebut berlangsung dalam satu tahap, maka laju reaksi totalnya dapat dituliskan sebagai:

.

/

.

/

(1.3-5)

*

( )

+ (

)(1.3-6) Padasaattercapaikesetimbangan,reaksikekanansamadenganreaksikekiri. Jadi, tidak ada peningkatan produk sehingga, maka laju reaksinya dapat ditulis menjadi: *

(

)

+ (

)

(

)

(1.3-7) dimanaK = konstanta kesetimbangan k1 = konstanta laju reaksi ke kanan k2= konstanta laju reaksi ke kiri Xe = konsentrasi pada saat setimbang c.Reaksi Konsekutif (Seri) Padareaksiini,produkdarisebuahreaksimenjadireaktandalamreaksi selanjutnya,halinidisebutdenganmekanismereaksiberkelanjutan.Kitaakan membahaskasussederhanadariduareaksikonsekutifsearahordesatu:AB dengan konstanta laju reaksi k1 dan B C dengan konstanta laju reaksi k2 :

dimanauntukmenyederhanakan,kitamengasumsikankoefisienstoikiometriper kesatuan.Karenareaksidiasumsikanordesatu,makalajudarireaksipertamadan keduaadalahr1=k1[A]danr2=k2[B].LajuperubahankonsentrasiBterhadap waktu dikarenakan reaksi pertama dan kedua masing-masing adalah .,-

/

,- .,-

/

,-(1.3-8) sehingga.,-

/ .,-

/

.,-

/

,-

,- (1.3-9) Kita mempunyai persamaan:,-

,- ,-

,-

,- ,-

,- Apabila hanya A yang ada dalam sistem pada t = 0, maka ,-

,-

,-

Karenareaksiinimerupakanreaksiordepertama,makadalamhaliniberlaku persamaan ,-,-

(1.3-10) Setelah disubtitusi, menghasilkan:

,-

,-

,- (1.3-11) Jika persamaan ini diintegralkan, maka akan menghasilkan: ,-

,-

(

) (1.3-12) Untukmenghitung[C],kitadapatmengintegralkanpersamaanlaju pembentukanspesiC,sepertipadajawabansoalbagianInomor2a,sehingga diperoleh ,- ,-

.

/ (1.3-13) d.Reaksi Paralel Reaksiparaleladalahreaksi-reaksiyangmenggunakanreaktanyangsamadan berlangsungpadasaatyangbersamaan.Padareaksiini,zatyangbereaksiselain dihasilkanprodukutama,dihasilkanpulasatuataulebihproduksamping.Contoh dari reaksi ini adalah reaksi nitrasi fenol, saat fenol di nitrasi oleh HNO3, fenol dapat membentukorto-nitrofenoldanpara-nitrofenolsecarabersamaan.Berikutadalah reaksinya:

+ HNO3

+ H2O Persamaan laju reaksi dari pembentukan orto-nitrofenol adalah ()

( )( )(1.3-14) Sedangkan persamaan laju reaksi untuk pembentukan para-nitrofenol adalah ()

( )( )(1.3-15) Sehingga laju reaksi totalnya adalah

(

)()( )(1.3-16)Denganadanbberturut-turutadalahkonsentrasifenoldanasamnitratpadaawal reaksi, x adalah jumlah zat yang bereaksi dan (a-x) dan (b-x) adalah konsentrasi pada saat t. e.Reaksi Rantai Reaksi rantai adalah reaksi yang berlangsung dalam suatu rangkaian reaksi yang berurutanyangdiinisiasiolehprosesprimeryangsesuai.Dalamreaksirantai, senyawa intermedietreaktif (sering juga disebutchain carrier) dikonsumsi, reaktan dikonversimenjadiproduk,dankemudiansenyawaintermedietreaktifdiregenerasi kembali.Regenerasidarisenyawaintermedietreaktifyangkemudianmengijinkan siklusiniterjadiberulang-ulang.Kebanyakandarireaksipembakaran,peledakan, danadisipolimerisasiadalahreaksirantaidanbiasanyamelibatkanradikalbebas sebagai senyawa intermediet. Reaksi rantai juga banyak ditemui dalam oksidasi dari berbagaimacamgashidrokarbon,phosfine,danmetilalkohol;dalamdekomposisi ozon dan dalam reaksi fotokimia. Salah satu reaksi rantai yang paling dimengerti adalah reaksi antara H2 dan Br2. Reaksi umum dari reaksi ini adalah: H2 + Br2 2 HBr(1.3-17) Pada tahun 1906, Bodenstein dan Lind menemukan bahwa laju reaksi dari reaksi di atas tidak bisa diekspresikan dengan persamaan laju dalam basis sederhana apapun. Laju pada persamaan di atas ternyata dapat ditentukan secara eksperimen, persamaan lajunya adalah + HNO3

+ H2O ,-

,

-,

-

,-,

- (1.3-18) Penjelasanyangmemuaskandaripersamaan(1.3-17)kemudianditemukandengan membagi reaksi menjadi 5 tahap yaitu: (1)Br2 2 Brdengan konstanta laju k1 (2)Br + H2 HBr + Hdengan konstanta laju k2 (3)H + Br2 HBr + Brdengan konstanta laju k3 (4)H + HBr H2 + Brdengan konstanta laju k4 (5)Br + Br Br2 dengan konstanta laju k5 Tahap (1) disebut juga tahap inisiasi (initation) karena terjadinya pembentukan intermedietreaktifBr,sedangkantahap(2)dan(3)disebutjugatahap perbanyakan/propagasi(propagation)karenaterjadinyareaksipembuatanHBr (produkyang diinginkan) dan juga terjadi regenerasi Br (bahan untuk reaksi rantai-senyawaintermediet).Tahap(4)disebutjugatahappenghambatan/inhibisi (inhibition) karena terjadi pemakaian produk HBr yang mengecilkan laju, dan tahap (5)disebuttahappemutusan/terminasi(termination)karenaterjadireaksi penghilangan Br, reaksi tahap (5) disebut juga chain-breaker. Faktorlainyangpentingdalampemutusanatauterminasiadalahbenturandari zatyangmem-propagasidengandindingdariwadahtempatreaksiberlangsung. Benturaninidapatmenghasilkandeaktifasizatataureaksiantarazatdengan dinding. Konsekuensi dari hal dalam kedua kasus diatas adalah rantai yang rusak. Menurut mekanisme diatas, HBr dibentuk pada tahap (2) dan (3), dan kemudian menghilang pada tahap (4). Karena itu, reaksi pembentukan HBr diberikan dengan ,-

,-,

-

,-,

-

,-,- (1.3-19) KarenaatomHdanBrhanyaintermedietyangadasebentarsaja,karenaitukita dapat mengaplikasikan prinsip steady state, sehingga diperoleh ,-

,-,

-

,-,

-

,-,-(1.3-20) ,-

,

-

,-,

-

,-,-

,-,

-

,-

(1.3-21) Ketika persamaan (1.3-20) dan (1.3-21) dijumlah, maka

,

-

,-

,-0

,

-

1(1.3-22) Danketikapersamaan(1.3-22)disubtitusikankepersamaan(1.3-20),maka menghasilkan ,-

(

),

-,

-

,

-

,-(1.3-23) Persamaan(1.3-23)ketikadisubstitusikepersamaan(1.3-19),makaakan memberikan ,-

(

),

-,

-

,-,

- (1.3-24) Dapatdilihatbahwapersamaan(1.3-24)hampirsamadenganpersamaan(1.3-19),dimanak=2k2 (k1/k3)1/2dank=k4/k3;kdankmerupakangabungandari berbagai macam konstanta pada tahap reaksi individu. Bagian ii T, K295295223218213206200195 k, 106 dm3 mol-1 s-1 3,703,550,4940,4520,3790,2950,2410,271 Pertanyaan: II. Polutan Metana 1.Jelaskan reaksi elementer yang terjadi antara metana dengan radikal hidroksil, dan produk apakah yang terbentuk? Tahap inisiasi Pembentukan radikal-radikal bebas hidroksil dari asam peroksida HOOH 2HO* Tahap Propagasi Radikalbebashidroksilmengawalisederetanreaksidalammanaterbentukradikal bebas baru HO*

CH3 H2O + *CH3 *CH3 H

OH CH3OH + *OH Tahap Terminasi Reaksiyangmemusnahkanradikalbebasatauyangmengubahradikalbebasmenjadi radikal bebas yang stabil dan tak reaktif. HO* + *CH3CH3OH *CH3 + *CH3 CH3CH3 Darikeseluruhantahapdiatasdapatkitabuatsuatureaksielementermetanadengan radikal hidroksil, CH4 + *OH CH3OH + CH3CH3 + H2O 2.Turunkanlah persamaanArhenniusyangmenghubungkanantaralajukonstanta kdanenergiaktivasiEa.Jelaskansemuaistilahyangadadalampersamaan tersebut. PersamaanArrheniusmenjelaskanbahwavariasikonstantalajureaksiterhadap temperaturdapatdirepresentasikandenganpersamaanyangserupadengankonstanta kestimbangan, yaitu :

Jika persamaan di atas diintegrasikan, kita dapat memperoleh

atau

(

)

dimanaCdanCadalahkonstantaintegrasi.Jikakitamengintegrasikanpadabatas antara k = k1 pada T = T1 dan k = k2 dan T = T2, akan didapatkan :

(

) Pada umumnya, kita mengetahui persamaan Arrhenius adalah sebagai berikut :

k: tetapan laju reaksi A:tetapan Arrhenius yang harganya khas untuk setiap reaksi Ea :energi pengaktifan R :tetapan gas universal = 0.0821.atm/moloK = 8.314 joule/moloK T : suhu reaksi (oK) atau

dimana Temperatur atau suhu, T Agar berlaku dalam persamaan, suhu harus diukur dalam kelvin. Konstanta atau tetapan gas, R Tetapaninidatangdaripersamaan,pV=nRT,yangberhubungandengantekanan, volume dan suhu dalam jumlah tertentu dari mol gas. Energi aktivasi, EA Inimerupakanenergiminimumyangdiperlukanbagireaksiuntukberlangsung.Agar berlakudalampersamaan,kitaharusmengubahnyamenjadisatuanJoulepermole, bukan kJ mol-1 e Hargadarisatuaniniadalah2.71828daninimerupakansatuanmatematisseperti layaknya pi. Ekspresi, e-(EA/RT) Ekspresiinimenghitungfraksidarimolekulyangberadadalamkeadaangasdimana memiliki energi yang sama atau lebih dari energi aktivasi pada suhu tertentu. Faktor frekuensi, A Kita juga dapat menyebut ini sebagai faktor pre-eksponensial atau faktor sterik. A merupakan istilah yang meliputi faktor seperti frekuensi tumbukan dan orientasinya. Asangatbervariasibergantungpadasuhuwalauhanyasedikit.Aseringdianggap sebagai konstanta pada jarak perbedaan suhu yang kecil. 3.Terangkanbagaimanaenergiaktivasidapatdiukursecaraeksperimendan jelaskan bagaimana data dapat dimanipulasi untuk mendapatkan nilai EA. Pengukuran Ea Plot ArrheniusPlotArrheniusdigunakanuntukmempelajaribagaimanatemperaturberpengaruhpada lajureaksi.PlotArrheniusdiperolehdenganmenggrafikannilailogaritmikkonstanta laju,K,denganinverssuhu(1/T).Gariskemiringannegatifyangdihasilkanberguna untukmencarikomponenyanghilangdaripersamaanArrhenius.Ekstrapolasigaris kembalikesumbuy,menghasilkanintersepyangmerupakannilailnA.Kemiringan garisadalahsamadenganenergiaktivasinegatifdibagidengangaskonstanPlot Arrheniusdiperolehdenganmenggrafikannilailogaritmikkonstantalaju,K,dengan invers suhu (1/T)., R. Penentuan Ea reaksi secara grafis

() PersamaanArrheniusdapatdisusunkembaliuntukmenghadapisituasitertentu (Persamaanx).Untukmembuatnyalebihmudahuntukmenghubungkanpersamaan Arrhenius dengan plot Arrhenius, persamaan Arrhenius dapat disusun kembali ke dalam formatgrafislinier,y=mx+b,denganmengambillogaritmadarikeduabelahpihak. BentukpersamaanArrheniusmemudahkanuntukmenentukanslopedany-intercept dariplotArrhenius.Halinijuganyamanuntukdicatatbahwapersamaandiatas menunjukkanhubunganantarasuhudanlajukonstan.Dengannaiknyasuhu,tingkat menurunkonstanketikapersamaandiatasdiplot.Halyangsamaberlakuketikasuhu menurun,meningkatkanlajukonstan.Darihubunganini,kitadapatmenyimpulkan bahwa tingkat konstan berbanding terbalik dengan suhu.

(

) () Kita juga dapat menggunakan bentuk terintegrasi dari persamaan Arrhenius (Persamaan y).VariasidaripersamaanArrheniusmelibatkanpenggunaanduaplotArrhenius dibangun pada grafikyang sama untuk menentukan energi aktivasi. Dari persamaan di atas,kitadapatmelihatpengaruhsuhuterhadapkonstantalajuganda.Halini memungkinkankitauntukdenganmudahmenyimpulkantingkatkonstantasensitivitas terhadapperubahanaktivasienergidansuhu.Jikaenergiaktivasiyangtinggiuntuk kisaransuhutertentu,makalajukonstanakansangatsensitif.Iniberartibahwa perubahansuhuakanberdampakbesarpadalajuyangkonstan.Jikaenergiaktivasi yangrendahuntukkisaransuhutertentu,makatingkatkonstantidakakansensitif.Ini berartibahwaperubahansuhuakanmemilikisedikitefekpadalajukonstan.Secara grafiskitabisamelihatfenomenainidaricontohberikut(berdasarkanhasil eksperimen). Table 1. Tabel Data Eksperimental Sampel(Petrucci, RH, WS Harwood, et al, General Chemistry: Grafik 2 menunjukkan bahwa plot dengan kemiringan yang lebih besar memiliki energi aktivasiyanglebihtinggidanplotdengankemiringanyangcuramkurangmemiliki energiaktivasiyanglebihkecil.Iniberartibahwaselamarentangsuhuyangsama, reaksidenganenergiaktivasiyanglebihtinggiakanberubahlebihcepatdarireaksi dengan energi aktivasi yang lebih rendah. 4.TentukannilaiAdanEAdarireaksioksidasitersebutberdasarkandatayang diberikan. T, K295295223218213206200195 k, 106 dm3 mol-1 s-1 3,703,550,4940,4520,3790,2950,2410,217 Jawaban:

PlotArrheniusdiperolehdenganmenggrafikannilailogaritmikkonstantalaju,K, denganinverssuhu(1/T).Gariskemiringannegatifyangdihasilkanbergunauntuk Grafik 2. Plotterisasi Integradi Persamaan Arhenius (Alberty, RA and RJ Silbey, Physical Chemistry, 1997) mencarikomponenyanghilangdaripersamaanArrhenius,dalamhaliniyaitunilaiA dan Ea. Ekstrapolasi garis kembali ke sumbu y, menghasilkan intersep yang merupakan nilai ln A. Kemiringangaris adalah sama dengan energiaktivasi negatif dibagi dengan konstanta gas. Plot Arrhenius diperoleh dengan menggrafikan nilai logaritmik konstanta laju k, sebagai sumbu y,dengan invers suhu (1/T) sebagai x. TKxy 2950,00000370,00339-12,507 2950,000003550,00339-12,549 2230,0000004940,00448-14,521 2180,0000004520,00459-14,61 2130,0000003790,00469-14,786 2060,0000002950,00485-15,036 2000,0000002410,005-15,238 1950,0000002170,00513-15,343 Hasil plot data di atas, menghasilkan grafik sebagai berikut : Dari hasil plot data pada grafik di atas didapatkanlah persamaan garis yaituy = -1.675,180x - 6,884 nilai gradien menunjukkan nilai Ea/R, sehingga -1675,180 = -Ea/0,0821 L.atm/mol.K Ea = -(-1675,180 x 0,0821) Ea= 137,53 L.atm/mol Ea= 1,39 x 104 J/mol y = -1,675.180x - 6.884 R = 0.996 -18-16-14-12-10-8-6-4-200 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006ln k 1/TGrafik 1/T vs Ln k Nilai intersep menunjukkan nilai ln A, sehingga -6,884= ln A A= 1,024 x 103 L.atm/mol.s III. 1.Jelaskan sumber keberadaan senyawa senyawa silane di lingkungan dan bahaya apa saja yang bisa ditimbulkan ileh senyawa tersebut terhadap manusia dan lingkungannya. 2.Berdasarkan tahap reaksi yang diberikan, turunkanlah persamaan yang menunjukkan laju konsumsi silane. 3.Berikanlah saran Anda untuk meminiminalisasi keberadaan senyawa silane di lingkungan III. Pencemaran Silane Silane merupakan gas toksik yang sangat mematikan. Silane dapat teroksidasi oleh nitrous oxide mengikuti mekanisme reaksi rantai berikut ini:

(inisiasi)

(propagasi)

(

)

(terminasi) 1.Jelaskan sumber keberadaan senyawa-senyawa silane di lingkungan dan bahaya apa saja yang bisa ditimbulkan oleh senyawa tersebut terhadap manusia dan lingkungannya. Silane (SiH4) adalah gas tidak berwarna dengan bau yang menjijikkan pada suhu kamar dan tekanan atmosfer. Silane stabil dalam wadah logam, dan dalam keadaan murni akan terbakar di udara. 2.Berdasarkan tahap reaksi yang diberikan, turunkanlah persamaan laju konsumsi silane. ,

-

,-,

-

,-,

-

,

-,

- ,-

,

-

,-,

-

,

-

,-,

- (1) ,-

,-,

-

,-,

- = 0

,-,

-

,-,

-

,-

,-(2) ,

-

,

-

,

-,

-

,

-,

-

,

-(3) ,

-

,

-,

-

,

-,

-

,

-,

-

,

-,

-

,

-,

-

,

-,

- (4) Substitusi persamaan (3) ke (4)

,

-,

-

,

-

,

-,

- (5) ,

-

,-,

-

,-,

-

,

-,

-

,

-,

-

,

-,

- Substitusi persamaan (1), (2), dan (4), menjadi:

,

-

,

-,

-

,

-

,

-,

- (6) Substitusi persamaan (6) ke (5), menjadi:

,

-,

-

,

-

,

-

,

-,

- (7) Jadi, ,

-

,-,

-

,-,

-

,

-,

- ,

-

,

-

,

-,

-

,

- Laju konsumsi silane = ,

-

,

-