11. Terangkan apa yang dimaksud dengan pendekatan termodinamis dan kinetis dalam suatu reaksi dan juga terangkan pula perbedaan antara tentang komplek teraktivasi dan madyaditinjau dari tingkat energi, stabilitas, dan strukturnya? (nilai 10)

Jawaban

Pendekatan termodinamikDalam pendekatan termodinamik jalannya proses selama reaksi berlangsung tidak menjadi fokus perhatian untuk dikaji. Pendekatan termidinamik disusun berdasarkan sifat diri dari reaktan (sifat keadaan awal) dan sifat dari produk (sifat keadaan akhir). Dimana sifat tersebut ditentukan oleh struktur reaktan dan produk.Misal:dalam reaksi antara AB dan CD menjadi produk AC dan BDAB + CD → AC + BDDalam reaksi tersebut terjadi perubahan sifat dan struktur dari AB dan CD menjadi AC dan BDSifat dan struktur reaktan dan produk ditentukan oleh beberapa besaran fisis (besaran termodinamika) seperti temperature (T), tekanan (P), energy dalam (∆E), energy panas (∆H), energy bebas (∆G), entropi (∆E) dan tetapan kesetimbangan (K).

Secara termodinamik syarat reaksi akan berlangsung jika secara kualitatif produk memiliki tingkat kestabilan yang lebih tinggi dibanding dengan tingkat kestabilan reaktannya. Sedangkan secara kualitatif syarat reaksi akan berlangsung jika energy bebas reaksi (∆G reaksi) bernilai negative atau ∆G reaksi<0. Harga ∆G dari reaktan dan produk dimana sifat ini ditentukan oleh energy dalam (∆E), energy panas (∆H), dan entropi (∆S) dari masing-masing senyawa yang terlibat dalam reaksi baik senagai reaktan atau produk.

Pendekatan termodinamik dapat dilakukan tanpa melakukan kajian dalam laboratorium dan biasanya pendekatan ini dilakukan pada awal perancangan suatu reaksi. Secara termodinamik reaksi kimia digambarkan sebagai reaksi satu tahap yang juga dikenal sebagai reaksi sederhana, yang diagram energinya dapat digambarkan sebagai berikut:

Dari gambar tersebut terlihat bahwa reaksi akan terjadi bila sejumlah energy ditambahkan dalam sistem reaksi. Penambahan energy akan dilakukan sampai pada tingkat energy tertentu yang disebut denga barrier energy atau energy teraktifasi, yang merupakan energy minimum yang diperlukan untuk berlangsungnya suatu reaksi. Dalam tingkat ini senyawa reaktan akan mengalami keadaan teraktivasi

sebelum berubah menjadi produk. Pada keadaan teraktivasi senyawa dalam keadaan tidak stabil, senyawa secara eksperimental tidak dapat diukur atau ditentukan, orang sering menyebut senyawa imaginer atau senyawa abstrak tetapi energy aktivasinya secara eksperimental dapat diukur dan ditentukan. Dalam reaksi termodinamik reaksi kimia digambarkan hanya terdiri dari dua spesies yaitu spesies reaktan dan spesies produk yang memiliki ksetabilan yang lebih dari kompleks teraktifasi. Reaktan dan produk memiliki waktu kestabilan yang tinggi dari kompleks teraktivasi.

C. Pendekatan kinetis adalah pendekatan yang didasarkan pada jalannya proses. Dalam pendekatan kinetis yang dikaji tidak hanya sifat dan struktur senyawa pada keadaan awal dan akhir, tetapi juga ditentukan oleh hasil-hasil kajian yang diperoleh selama berlangsungnya proses. Dalam pengertian reaksi kinetis adalah reaksi yang memiliki spesies tidak hanya reaktan dan produk, tetapi juga memiliki spesies lain yang disebut zat antara atu madya. Spesies reaktan dan produk memiliki tingkat kestabilan yang lebih tinggi dari madya, dimana madya memiliki tingkat kestabialn yang juga lebih tinggi disbanding dengan tingkat kestabilan komplek teraktivasi . reaktan dan produk memiliki waktu kestabilan yang lebih tinggi dari waktu kestabilan madya dan kompleks teraktivasi, treaktan, tproduk>tmadya>tkompleks teraktivasi.

Reaksi kinetis sering disebut sebagai reaksi yang berlangsung dalam beberapa tahap atau disebut sebagai reaksi rumit.

1.a. Apakah yang dimaksud dengan pengertian termodinamis dan kinetis dalam reaksi kimia dan berikan contoh beberapa parameter termodinamis dan kinetis dalam suatu reaksi dan juga jelaskan dengan lengkap apa yang dimaksud dengan reaksi sederhana dan reaksi tidak sederhana (komplek) dan berikan contoh!

Jawab :Pengertian termodinamis dalam reaksi kimia adalah menyatakan bahwa suatu reaksi hanya ditinjau dari sifat dan struktur dari keadaan awal (reaktan) dan keadaan akhir (produk). Dalam pendekatan ini jalannya reaksi tidak diperhatikan. Parameter termodinamis terdapat beberapa macam yaitu temperatur (T), tekanan (P), energi dalam (∆ E), energi panas (∆ H ), energi bebas (∆ G), entropi (∆ S), dan tetapan kesetimbangan (K). Pengertian kinetis dalam reaksi kimia adalah menyatakan bahwa suatu reaksi tidak hanya ditinjau dari sifat dan struktur dari reaktan dan produknya saja melainkan juga ditinjau dari jalanya proses reaksi (keadaan transisi). Parameter kinetisnya adalah laju reaksi (r), tetapan laju reaksi (k), waktu

reaksi (t), waktu paroh reaksi (t 12), dan waktu hidup madya.

Reaksi sederhana adalah reaksi yang berlangsung dalam satu tahap. Dalam reaksi ini spesies yang terlibat dalam reaksi adalah reaktan dan produk. Diagram energinya dapat digambarkan sebagai berikut:

Contoh reaksi sederhana adalahHCl + NaOH NaCl + H2O

Reaksi tidak sederhana (komplek) adalah reaksi yang berlangsung dengan beberapa tahap . dalam reaksi ini spesies yang terlibat dalam reaksi adalah reaktan, produk, dan madya. Diagram energinya dapat digambarkan sebagai berikut:

Contoh reaksinya adalah :Fe2+ + Ti3+ Fe3+ + Ti2+

Fe2+ + Ti2+ Fe3+ +Ti+

1. Terangkan dengan jelas konsep deduksi mekanisme dalam suatu reaksi dan sebutkan kaidah-kaidah penting dalam deduksi mekanisme dan berikan contoh dari masing-masing kaidah!

Mekanisme reaksi dapat dirumuskan dengan dua langkah, langkah pertama yaitu merubah data percobaan yang umumnya berupa data perubahan konsentrasi sebagai fungsi waktu keadaan persamaan laju reaksi dalam bentuk persamaan differensial dan langkah kedua membentuk persamaan laju reaksi sebagai fungsi konsentrasi. Merupakan konsep menyusun mekanisme reaksi yang merupakan kumpulan dari beberapa reaksi dasar berdasarkan interpretasi terhadap persamaan laju reaksinya. Mekanisme reaksi yang dihasilkan harus sesuai atau cocok dengan data kinetika reaksiya. Interpretasi kimiawi terhadap masing-masing tahapan reaksi juga dilakukan yang bertujuan untuk memahami secara detail bagaimana kontribusi masing-masing tahapan terhadap keseluruhan mekanisme reaksi.

Petunjuk yang digunakan untuk meramalkan mekanisme reaksi dengan cara meramalkan spesies madya yang terbentuk dimana spesies ini secara eksperimen dapat dibuktikan keberadaannya yaitu :

1. Konsentrasi spesies reaktan penentu laju reaksi berpengaruh dalam menentukan komposisi kimia dan muatan madya

Contoh: persamaan laju reaksi untuk reaksi ClO2- dan I- dalam larutan asam.

Laju reaksi : r = = k5 [ClO2-] [I-] [H+]

Laju reaksi ditentukan oleh spesies reaktan dari ion-ion [ClO2-] [I-] [H+] dan ion-ion inilah

yang menentukan komposisi kimia dan muatan madya. Komposisi kimia dan muatan madya merupakan jumlah komposisi kimia dan muatan yang terlibat dalam menetukan laju reaksi. Sehingga madya yang sesuai dengan persamaan laju reaksi adalah [HClO2I>

n(H2O) ‡.

2. Persamaan laju reaksi diinterpretasikan dengan tepat sesuai dengan aturan 1 dan persamaan laju reaksi hanya ditulis berdasarkan spesies-spesies penentu laju reaksi bukan oleh spesies reaktan awal.

Contoh: reaksi oksidasi ion iodida dengan ion khlorit dalam suasana larutan asam memiliki persamaan laju reaksi sebagai berikut:

r = = k5 [ClO2 -] [I-] [H+]

dimana kinetika reaksinya dilakukan dengan menggunakan HI sebagai sumber ion I - dan H+, laju reaksi akan sebanding dengan kwadrat konsentrasi [HI]. Hasil kali [H+] [I-] adalah sama dengan [HI]2 selama HI adalah asam kuat atau elektrolit kuat dalam sistem air. Sesuai dengan aturan 1 maka diperkirakan bahwa keadaan transisinya berisi dua molekul dari HI, bukan satu. Bila spesies HI terlibat dalam kesetimbangan yang lain maka penerapan aturan kedua secara matematis dapat menyebabkan persamaan laju reaksi semakin rumit karena harus mempertimbangkan keterlibatan kesetimbangan yang lain dan dalam hal ini kesetimbangan di antara HI dan H+ dan I-.

3. Suku (“term”) positif dan negatif dalam persamaan laju reaksi menunjukkan arah pengaruh spesies dalam menentukan laju reaksi. Untuk reaksi paralel maka suku negatif diartikan sebagai arah yang berlawanan dengan arah pembentukan produk atau reaksi sebaliknya. Sedangkan suku positif searah dengan arah pembentukan produk.Sebagai contoh untuk reaksi oksida iodida dengan peroksida dalam suasana asam yang persamaan reaksinya ditulis sebagai berikut:

3I- + H2O2 + 2H+ I3- + 2H2O

Persamaan laju reaksinya adalah:

+ = k17a [H2O2] [I-] + k17b [H2O2] [H+][I-]

Persamaan di atas menunjukkan adanya dua suku yang berbeda yang mengindikasikan adanya dua mekanisme yang berbeda yang berjalan secara paralel dengan komposisi madya yang berbeda pula yaitu [H2O2I>]‡ dan [H3O2I]‡.

3. Jelaskan apa yang kau ketahui tentang pengertian bahasan termodinamik dan bahasan kinetic dalam reaksi fasa larutan dan untuk memperjelas penjelasan saudara berikan contohnya dalam bentuk persamaan reaksi , diagram energy, spesies yang terlibat dalam reaksi dll?

Jawab

Bahasan termodinamika adalah bahasan atau pendekatan yang didasarkan pada keadaan awal dan akhir reaksi, jalannya proses selama reaksi berlangsung tidak menjadi focus perhatian untuk dikaji. Bahasan termodinamika disusun berdasarkan sifat diri dari reaktan dan sifat diri dari produk . Misalnya reaksi :

AB + CD AC + BD

Dalam reaksi ini, secara bahasan termodinamika, pengkajian didasarkan pada perubahan sifat dan struktur AB dan CD sebagai reaktan dan sifat dan struktur AC dan BD sebagai produk.

Secara termodinamika reaksi kimia digambarkan sebagai reaksi sederhana, yang diagram energinya dapat digambarkan sebagai berikut:

Dalam tingkat energi ini senyawa reaktan akan mengalami keadaan teraktivasi sebelum berubah menjadi produk. Secara eksperimental, senyawa ini tidak dapat ditentukan atau dihitung namun tetap memiliki enenrgi aktivasi yang dapat diukur sehingga sering disebut senyawa abstrak atau imaginer. Dalam reaksi termodinamis, reaksi kimia hanya digambarkan terdiri dari dua jenis spesies yaitu spesies reaktan dan spesies produk yang memiliki tingkat kestabilan lebh tinggi dari kompleks teraktivasi.

Sedangkan bahasan kinetic adalah bahasan yang didasarkan atas jalannnya proses, yang dikaji tidak hanya sifat dan struktur senyawa pada keadaan awal dan akhir saja tetapi juga ditentukan oleh hasil-hasil kajian yang doperoleh selama berlangsungnya proses. Keberhasilan kajian kinetic ditandai dengan keberhasilan mengidentifikasi keberadaan senyawa antara atau madya.

Misalnya pada reaksi:

Secara kinetikreaksi kimia digambarkan sebagai reaksi rumit, yang diagram energinya dapat digambarkan sebagai berikut:

A adalah reaktan, G adalah produk, B,D,F merupakan kompleks teraktivasi dan C dan E adalah madya. Zat antara (madya) adalah senyawa yang terbentuk selama berlangsungnya proses reaksi, senyawa tersebut memiliki waktu kestabilan yang lebih tinggi dari komplek teraktivasi sehingga dapat diisolasi dan memiliki struktur yang jelas. Reaksi kimia yang telah berhasil dikaji secara kinetic diartikan sebagai reaksi yang telah memiliki mekanisme reaksi atau tahapan reaksi dan sering disebut sebagai reaksi lambat, sedang reaksi yang belum berhasil dikaji mekanismenya disebut reaksi cepat. Spesies yang terlibat dalam reaksi adalah spesies reaktan, produk, dan madya.

Nomor 1b. 2 november 2009

Pengaruh Ag (I) pada laju reaksi oksidasi Fe (II) oleh Co(III) telah dikaji oleh Huchital dkk (1967). Dengan adanya Ag (I) dan Fe(II) dengan konsentrasi yang berlebihan. Mekanisme reaksinya diperkirakan berlangsung sebagai berikut :

Co (III )+ Ag ( I )⟵K1→ Co ( II )+ Ag ( II )

Ag (II )+Fe ( II ) k2→

Fe (III )+Ag ( I )

Co (III )+Fe ( II ) k3→

Co ( II )+Fe (III )

Secara eksperimental diketemukan bahwa pada konsentrasi Fe(II) yang tinggi secara kinetik memiliki persamaan laju reaksi order dua terhadap reaktan Co(III) dan Fe(II) yang ditulis sebagai berikut :

−ddt

[ Fe ( II ) ]=k obs [Co (III ) ] [ Fe ( II ) ]

Tetapan laju reaksi yang teramati adalah sebagai berikut :

k obs=k3+k1

[ Ag (I ) ][Fe ( II ) ]

Hanya dengan konsep keadaan ajek jabarkan persamaan laju reaksi dari meanisme tersebut, tuliskan secara lengkap mekanisme reaksi oksidasi Fe(II) oleh Co(III) dengan katalis Ag(I) yang sesuai dengan fakta eksperimental, serta terangkan arti fisis dari persamaan laju reaksinya?

Jawaban:

Co (III )+ Ag ( I )⟵K1→ Co ( II )+ Ag ( II )

Ag (II )+Fe ( II ) k2→

Fe (III )+Ag ( I )

Co (III )+Fe ( II ) k3→

Co ( II )+Fe (III )

−ddt

[ Fe ( II ) ]=k 2 [ Ag (II ) ] [ Fe ( II ) ]+k3 [Co ( III ) ] [ Fe ( II ) ](1)

−ddt

[ Ag (II ) ]=k1 [Co ( III ) ] [ Ag (I ) ]−k−1 [Co ( II ) ] [ Ag ( II ) ]−k2 [ Ag (II ) ] [ Fe ( II ) ]

[ Ag (II ) ]= k1 [Co ( III ) ] [ Ag ( I ) ]k−1 [Co ( II ) ]+k2 [ Fe (II ) ]

(2 )

Subsitusi persamaan 1 dan 2 :

−ddt

[ Fe ( II ) ]= k2 . k1 [Co ( III ) ] [ Ag ( I ) ] [ Fe ( II ) ]k−1 [Co ( II ) ]+k2 [ Fe (II ) ]

+k3 [Co ( III ) ] [ Fe ( II ) ]

−ddt

[ Fe ( II ) ]={ k2 . k1 [ Ag ( I ) ]k−1 [Co ( II ) ]+k 2 [ Fe ( II ) ]

+k3} [Co (III ) ] [ Fe ( II ) ]

Untuk k−1 [Co ( II ) ]≪¿ k2 [ Fe ( II ) ]

−ddt

[ Fe ( II ) ]={k2. k 1 [ Ag ( I ) ]k2 [ Fe (II ) ]

+k3}[Co ( III ) ] [Fe (II ) ]

−ddt

[ Fe ( II ) ]={k1

[ Ag (I ) ][ Fe ( II ) ]

+k3}[Co ( III ) ] [Fe (II ) ]

Dimana k obs=k1

[ Ag ( I ) ][ Fe ( II ) ]

+k3

Jadi, persamaan laju reaksinya sesuai dengan eksperimental, yaitu kenaikan konsentrasi reaktan Co (III) dapat mempercepat reaksi dan pada konsentrasi Fe(II) yang tinggi memiliki persamaan laju reaksi order dua.−ddt

[ Fe ( II ) ]=k obs [Co (III ) ] [ Fe ( II ) ]

1.1. Pengaruh Ag (I) pada laju reaksi oksidasi Fe (II) oleh Co(III) telah dikaji oleh Huchital dkk (1967). Dengan

adanya Ag (I) dan Fe(II) dengan konsentrasi yang berlebihan. Mekanisme reaksinya diperkirakan

berlangsung sebagai berikut :

Co (III )+ Ag ( I )⟵K1→ Co ( II )+ Ag ( II )

Ag (II )+Fe ( II ) k2→

Fe (III )+Ag ( I )

Co (III )+Fe ( II ) k3→

Co ( II )+Fe (III )

Secara eksperimental diketemukan bahwa pada konsentrasi Fe(II) yang tinggi secara kinetik memiliki

persamaan laju reaksi order dua terhadap reaktan Co(III) dan Fe(II) yang ditulis sebagai berikut :

−❑t

[ Fe ( II ) ]=k obs [Co (III ) ] [ Fe ( II ) ]

Tetapan laju reaksi yang teramati adalah sebagai berikut :

k obs=k3+k1

[ Ag (I ) ][Fe ( II ) ]

Hanya dengan konsep keadaan ajek jabarkan persamaan laju reaksi dari meanisme tersebut, tuliskan

secara lengkap mekanisme reaksi oksidasi Fe(II) oleh Co(III) dengan katalis Ag(I) yang sesuai dengan

fakta eksperimental, serta terangkan arti fisis dari persamaan laju reaksinya?

Jawaban:

Laju pembentukan produk :

+❑t

[Co (II ) ]=k1 [Co (III ) ] [ Ag (I ) ]−k−1 [Co ( II ) ] [ Ag ( II ) ]−k3 [Co ( III ) ] [ Fe ( II ) ](1)

−❑t

[ Fe ( III ) ]=k2 [ Ag ( II ) ] [ Fe ( II ) ]+k3 [Co (III ) ] [Fe ( II ) ](2)

laju pengurangan reaktan :

−❑t

[Co ( III ) ]=k1 [Co ( III ) ] [ Ag ( I ) ]−k−1 [Co ( II ) ] [ Ag (II ) ]+k3 [Co ( III ) ] [ Fe ( II ) ](3)

−❑t

[ Fe ( II ) ]=k 2 [ Ag (II ) ] [ Fe ( II ) ]+k3 [Co ( III ) ] [ Fe ( II ) ](4 )

Dari persamaan 1, 2, 3 dan 4 yang dipilih sebagai persamaan laju untuk penyelesaian soal adalah

persamaan 2 dan 4 karena karena persamaan tersebut adalah yang paling sederhana. Untuk

penyelesaian dipilih 1 persamaan, yaitu persamaan 4.

Persamaan laju pengurangan Fe(II) :

−❑t

[ Fe ( II ) ]=k 2 [ Ag (II ) ] [ Fe ( II ) ]+k3 [Co ( III ) ] [ Fe ( II ) ](4 )

¿ [ Fe ( II ) ](k2 [ Ag ( II ) ]+k 3 [Co (III ) ])

Reaktan Madya Reaktan

Laju pembentukan madya dapat dirumuskan menggunakan konsep keadaan ajek, yaitu :

[Ag(II)] /t = 0

−❑t

[ Ag (II ) ]=k1 [Co ( III ) ] [ Ag (I ) ]−k−1 [Co ( II ) ] [ Ag ( II ) ]−k2 [ Ag (II ) ] [ Fe ( II ) ]=0

k 1 [Co (III ) ] [ Ag ( I ) ]+[ Ag ( II ) ](−k−1 [Co (II ) ]−k2 [ Ag ( II ) ])=0

[ Ag (II ) ]= k1 [Co ( III ) ] [ Ag ( I ) ]k−1 [Co ( II ) ]+k2 [ Fe (II ) ]

Jika konsentrasi Fe (II) tinggi, k−1 [Co ( II ) ]≪¿ k2 [ Fe ( II ) ], maka :

[ Ag (II ) ]= k1 [Co ( III ) ] [ Ag ( I ) ]k2 [Fe ( II ) ]

(5)

Selanjutnya persamaan 5 ini dimasukkan ke dalam persamaan 4

−❑t

[ Fe ( II ) ]={k2. k 1 [ Ag ( I ) ]k2 [ Fe (II ) ]

+k3}[Co ( III ) ] [Fe (II ) ]

−❑t

[ Fe ( II ) ]={k1

[ Ag (I ) ][ Fe ( II ) ]

+k3}[Co ( III ) ] [Fe (II ) ]

- Dimana k obs=k1

[ Ag ( I ) ][ Fe ( II ) ]

+k3

- Mekanisme reaksi lengkap oksidasi Fe(II) oleh Co(III) dengan katalis Ag(I) :

- Persamaan laju reaksi menunjukkan bahwa r dipengaruhi oleh k3 dan k1 dan persamaan laju

reaksinya sesuai dengan eksperimental, yaitu kenaikan konsentrasi reaktan Co (III) dapat

mempercepat reaksi dan pada konsentrasi Fe(II) yang tinggi secara kinetik memiliki persamaan laju

reaksi order dua terhadap reaktan Co(III) dan Fe(II)

−❑t

[ Fe ( II ) ]=k obs [Co (III ) ] [ Fe ( II ) ] Nomor 3

Bahasan termodinamika dalam reaksi fasa larutan disusun berdasarkan sifat diri dari reaktan (sifat keadaan awal) dan sifat diri dari produk (sifat keadaan akhir), dimana sifat tersebut ditentukan oleh struktur reaktan dan struktur produk. Dalam pendekatan termodinamika, jalannya proses selama reaksi berlangsung tidak menjadi fokus perhatian yang dikaji. Secara termodinamis reaksi kimia digambarkan sebagai reaksi satu tahap yang juga dikenal sebagai reaksi sederhana (simple reaction atau elementary reaction). Spesies yang terlibat dalam reaksi termodinamik hanya dua macam, yaitu reaktan dan produk. Misal dalam reaksi diantara reaktan PQ dan RS menjadi produk PS dan QR sebagai berikut :

PQ + RS PS + QRDalam reaksi tersebut terjadi perubahan sifat dan struktur dari PQ dan RS menjadi PS dan QR. Dalam hal ini, pengkajian didasarkan atas sifat dan struktur PQ dan RS sebagai rektan dan PS dan QR sebagai produk. Sifat dan struktur reaktan dan produk ditentukan oleh beberapa besaran fisis, seperti temperatur (T), tekanan (P), energi dalam (ΔE), energi panas (ΔH), energi bebas (ΔG), entropi (ΔS) dan tetapan kesetimbangan (K). Besaran-besaran tersebut dikenal sebagai besaran termodinamis.

Diagram energi reaksi satu tahap atau reaksi termodinamis dapat digambarkan sebagai berikut

:

(Cepat)

(Cepat)

Pada bahasan kinetika dalam reaksi fasa larutan, pendekatan didasarkan pada jalannya proses reaksi. Dalam pendekatan kinetis, yang dikaji tidak hanya sifat dan struktur senyawa pada keadaan awal dan akhir, tetapi juga ditentukan oleh hasil-hasil kajian selama berlangsungnya proses. Reaksi kinetis adalah reaksi yang memiliki spesies tidak hanya reaktan dan produk, tetapi juga memiliki spesies lain, yaitu zat antara atau madya. Spesies reaktan dan produk memiliki kestabilan yang lebih tinggi daripada spesies madya. Reaksi kinetis disebut juga sebagai reaksi yang berlangsung dalam beberapa tahap, atau disebut reaksi rumit (complex reaction).

A + B C +DC + E F + G F + D H + BA + E G + H

Dimana A dan E adalah reaktan, G dan H adalah produk, dan C dan F adalah madya. Diagram energi reaksi beberapa tahap / reaksi kinetis adalah sebagai berikut :

1.“ Diffusion rate determining step “ Terangkan dengan jelas apa yang dimaksud dengan pernyataan

tersebut dalam reaksi fasa larutan dan pernyatan tersebut merupakan pernyataan termodinamis atau

kinetis ?

Jawaban :

Elementary step: NO + NO N2O2

Elementary step: N2O2 + O2 2NO2Overall reaction: 2NO + O2 2NO2

Ada tiga jenis proses interaksi materi pada reaksi fasa larutan yakni proses tumbukan dimana interaksi

proses tumbukan berlangsung dengan kecepatan yang rendah karena materi dalam sistim tersolvasi, sehingga

tumbukannya berlangsung dengan lambat dan energi tumbukan yang dibutuhkan untuk terjadinya reaksi

adalah kecil , proses difusi yakni laju difusinya lambat, energi difusinya yang dibutuhkan adalah relatif besar,

waktu difusi berkisar 10-10 – 10-11 detik, merupakan tahap lambat dari reaksi dan proses vibrasi dimana laju

vibrasi sangat cepat, energi vibrasinya yang dibutuhkan adalah relatif besar) waktu vibrasi berkisar 10 -12 – 10-13

detik, merupakan tahap cepat dari reaksi.Sedangkan proses difusi adalah proses yang lebih mudah diikuti dan

terukur dan tahapan ini menentukan jalannya reaksi. Karena proses difusi adalah proses penentu tahapan

reaksi, maka istilah difusi merupakan istilah kinetis.

Terangkan dengan jelas konsep deduksi mekanisme dalam suatu reaksi, sebutkan kaidah-kaidah penting dalam deduksi mekanisme dan berikan contoh dari masing-masing kaidah?

Deduksi mekanisme dari suatu reaksi adalah rancangan mekanisme reaksi yang mungkin terjadi dalam suatu reaksi kimia, yaitu memberikan keterangan tentang proses reaksi berdasarka laju reaksi dari data eksperimental. Deduksi mekanisme dari suatu reaksi harus memenuhi beberapa kaidah. Setiap tahapan reaksi berupa proses dasar yaitu kejadian molekular yang secara signifikan merubah energi geometri molekul atau menghasilkan molekul baru. Intermediet akan terbentuk pada salah satu proses dasar dan akan bereaksi membentuk produk.

H2(g) + 2 ICl(g) → I2(g) + 2 HCl(g)dt

= k[H2][ICl]

d[P]

mekanisme:

H2(g) + 2 ICl(g) → I2(g) + 2 HCl(g)

slowH2(g) + ICl(g) HI(g) + HCl(g)

fastHI(g) + ICl(g) I2(g) + HCl(g)

dt= k[H2][ICl]

d[HI]

dt= k[HI][ICl]

d[I2]

dt= k [H2][ICl]

= k[H2][ICl]= k[H2][ICl]= k[H2][ICl]= k[H2][ICl]

d[P]

Kedua Mekanisme yang terjadi harus konsisten terhadap stokiometri keseluruhan reaksi dan laju reaksi dari data eksperimental. Salah satu proses dasar memiliki laju yang lebih lambat dibanding yang disebut langkah penentu laju reaksi.

5.2011

Apa yang dimaksud dengan pendekatan termodinamis dan kinetik dalam suatu reaksi dan juga terangkan pula perbedaan antara tentang komplek teraktivasi dan madya ditinjau dari tingkat energi, stabilitas dan struktur?

Jawab :

Tinjauan termodinamis

Disusun berdasarkan keadaan awal dan keadaan akhir reaksi. Jalannya proses selama reaksi berlangsung tidak menjadi fokus perhatian untuk dikaji. Pendekatan ini disusun berdasarkan dari sifat diri reaktan (sifat keadaan awal) dan sifat diri dari produk (sifat keadaan akhir). Dimana sifat terdebut ditentukan oleh struktur reaktan dan produk. Spesies yang terlibat hanya reaktan dan produk yang memiliki tingkat kestabilan lebih tinggi dari komplek teraktivasi. Reaktan dan produk memiliki waktu kestabilan lebih tinggi dari waktu kestabilan komplek teraktivasi.

Eax > ER dan EP

tax < tR dan tP

Keadaan paling stabil ketika spesies berbentuk reaktan dan produk. Pada keadaan teraktivasi (ax), senyawa berada dalam keadaan tidak stabil. Perubahan kimia datau reaksi kimia akan terjadi apabila sifat dan struktur reaktan tidak sama dengan sifat dan struktur produk. Pendekatan ini ditentukan oleh beberapa besaran fisis seperti T, P, K, ΔS, ΔH, ΔE, dan ΔG.

Tinjauan Kinetik

Pendekatan ini tidak hanya memperhitungkan sifat dan struktur senyawa reaktan dan produk, tetapi juga ditentukan oleh hasil kajian yang diperoleh selama berlangsungnya proses. Spesies yang terlibat adalah reaktan, produk, dan madya. Spesies produk dan reaktan memiliki kestabilan lebih tinggi daripada spesies madya, dimana madya memiliki tingkat kestabilan lebih tinggi dari komplek teraktivasi. Eax > Em > ER dan EP. Reaktan dan produk memiliki waktu kestabilan lebih tinggi daripada waktu kestabilan madya dan komplek teraktivasi. tax < tm < tR dan tP

1) a. Terangkan dengan singkat dan jelas apa yang dimaksud dengan “proses kinetika

dalam reaksi fasa larutan” dan “diffusion controlled rate reaction” dalam reaksi

fasa larutan?

Jawaban:

1. Proses kinetika dalam reaksi fasa larutan

Tahapan kinetika dalam reaksi fasa larutan dapat digambarkan sebagai berikut:

A(aq) + B(aq) kD/k-D A…..B (aq) kr (P…..Q)(aq)

ks P(aq) + Q(aq)

madya madya

Reaksi fasa larutan terdapat 3 jenis gaya pengendali reaksi, yaitu

energi kinetis, energi difusi dan energi vibrasi. Energi kinetik timbul dari

tumbukan antar materi terlarut, energi difusi yaitu energi yang dibutuhkan

oleh ion/padatan terlarut untuk menembus lapisan tipis dalam sangkar

pelarut, dan energi vibrasi yang timbul akibat ion atau molekul terlarut

saling bersinggungan.

Gerakan ion atau molekul terlarut dalam larutan kecepatannya

lambat maka gaya pengendali reaksi fasa larutan tidak ditentukan oleh

besarnya tumbukan antar partikel dalam reaksi, tapi oleh energi difusi dan

energi vibrasinya. Energi kinetik yang timbul dari tumbukan antar

partikelnya adalah kecil sehingga tidak menentukan terjadinya reaksi.

Molekul terlarut bergerak untuk saling mendekat akibat adanya

pengadukan dan interaksi coloumb atau interaksi dipol di antara ion-ion

atau molekul terlarut.

Molekul-molekul atau ion-ion reaktan biasanya dalam keadaan

terlarut pada pelarut tertentu dimana reaktan terlarut berada dalam

keadaan dikelilingi oleh molekul-molekul pelarut sebagai sangkar pelarut.

Akibat adanya sangkar pelarut mobilitas reaktan menjadi tidak bebas,

mobilitasnya menjadi rendah, tumbukan antar molekul reaktan menjadi

lemah , molekul reaktan tidak dapat bersinggungan secara langsungkarena

dibatasi oleh dinding sangkar pelarut sehingga pada saat bersinggungan

kemungkinan untuk saling bervibrasi menjadi sangat kecil.

Molekul terlarut akan bersinggungan dan bila energi coloumb atau

energi dipole cukup kuat atau lebih besar dari energi pelarutan atau energi

solvasi, yaitu energi yang dibutuhkan untuk merusak system sangkar

pelarut, akan terjadi penembusan atau difusi lapisan tipis pelarut oleh ion-

ion terlarut. Proses ini disebut dengan proses difusi dan terbentuk madya

terlarut yang berubah menjadi suatu produk.

Reaksi dalam fasa larutan terjadi bila reaktan saling

bersinggungan. Agar molekul terlarut dapat saling bersinggungan

diperlukan proses penembusan lapisan tipis pelarut oleh molekul terlarut

kemudian reaktan saling bersinggungan dan bervibrasi untuk

menghasilkan produk.

Jadi, 3 tahapan proses kinetika dalam reaksi fasa larutan yaitu:

a. Difusi reaktan pada larutan untuk menuju jarak tumbukan dengan reaktan

yang lain.

b. Reaksi kimia diantara spesies reaktan dalam sangkar pelarut

c. Difusi produk keluar dari sangkar pelarut menuju larutan

2. Difussion controlled rate reaction

Secara termodinamika proses yang berpengaruh pada laju reaksi fasa

larutan adalah proses difusi dan vibrasi. Proses difusi berjalan dengan waktu yang

jauh lebih lambat (tdifusi=10-10-10-11 detik) dari waktu vibrasi (tvibrasi=10-11-10-12)

sehingga tahapan reaksi atau laju reaksi dalam reaksi fasa larutan ditentukan oleh

proses difusi sehingga laju reaksi fasa larutan disebut laju reaksi terkontrol oleh

difusi (diffusion controlled rates reaction).

Dalam reaksi fasa larutan, media pelarut bersifat lembam kimiawi, pelarut

memberikan pengaruh sebagai konsekuensi sifatnya sebagai fasa terkondensasi

dengan molekul yang saling berdekatan. Sehingga distribusi tumbukan jauh lebih

penting dibandingkan dengan frekuensi tumbukan.

2) Terangkan dengan jelas bagaimana pengaruh jenis pelarut atau sifat pelarut dalam reaksi

fasa larutan baik yang terjadi dalam reaksi antar ion dan ion atau ion dan molekul polar?

Jawab:

Semakin polar pelarut yang digunakan maka reaksi akan semakin cepat. Hal ini

disebabkan karena adanya pembentukan madya yang bersifat polar, dimana madya akan

stabil dalam media pelarut dengan tetapan dielektrikum yang tinggi. Tumbukan antar

molekul dalam reaksi fasa larutan, molekul reaktan dalam keadaan terlarut pada pelarut

tertentu mengalami tumbukan berganda dalam sangkar pelarutnya, molekul-molekul

yang terlarut lebih suka dalam keadaan berdampingan atau bertetangga dan mengalami

tumbukan yang berulang-ulang. Gaya elektrostatik diantara ion-ion dan molekul-molekul

terlarut mendorong ion dan molekul terlarut saling bertumbukan, dan menyebabkan ion

dan molekul terlarut melakukan difusi untuk keluar dari sangkar pelarut dan kemudian

molekul reaktan akan saling bersinggungan dan bervibrasi. Proses persinggungan dan

vibrasi 2 ion atau molekul reaktan untuk menjadi produk disebut encounter process.

Pada interaksi dipol-dipol, ion atau molekul yang terlarut kuat, ion-ion atau

molekul tersebut lebih susah untuk dilarutkan kembali sehingga ion atau molekul tersebut

cenderung menampakkan sisi aktifnya. Untuk reaksi dimana ion yang dihasilkan seperti

bentuk madya dari rekatan biasanya akan dipercepat dengan bertambahnya tetapan

dielektrikum dan momen dipol pelarut. Bertambahnya pelarutan ion penyusun madya

akan memberikan pengaruh pada reaksi. Berbeda dengan reaksi yang melibatkan

kombinasi ion untuk menghasilkan madya dengan muatan yang rendah akan tertahan

oleh pelarut kuat. Agar ion-ion dapat berkombinasi, ion-ion tersebut harus dipisahkan

dari molekul pelarut dimana secara energy cara seperti ini lebih tidak disukai.

Sir Christopher Ingold mempertimbangkan untuk melibatkan netralisasi muatan

sebagai akibat reaksi ion positif dan negatif dan dispersi muatan sebagai akibat ion positif

dan negatif sebagian atau keseluruhan muatan tersebar pada madya. Dalam hal

melibatkan netralisasi muatan, laju reaksi berkurang bila reaksi dilakukan dalam sederet

pelarut dengan polaritas yang bertambah. Ion-ion lebih suka terpisah atau terlarut dalam

pelarut polar daripada dalam bentuk madya yang muatannya terdispersi atau terkurangi.

Untuk reaksi yang melibatkan molekul dengan distribusi muatan yang simetri

terbentuk madya dengan muatan yang terpisah, laju reaksi akan bertambah dengan

bertambahnya polaritas pelarut. Muatan dari madya lebih suka berinteraksi dengan

pelarut molekul polar, disebut sebagai pembentukan madya yang terbantu oleh pelarut.

Sisi negatif dari dipol sedikit terlindungi daripada sisi positif, kation cenderung lebih kuat

terlarut daripada anion dalm pelarut. Pelarutan yang lebih lemah dari anion

mengakibatkan ion dapat segera bereaksi. Semakin besar ukuran molekul pelarut maka

laju reaksi bertambah pula.