KEGIATAN 4

KINETIKA KIMIA

A. Tujuan

Kegiatan ini dimaksudkan untuk membantu guru dalam memahami konsep-

konsep dalam kinetika kimia. Beberapa konsep yang perlu dipahami guru antara lain

Laju Reaksi, Hukum Laju, Waktu Paruh, Orde reaksi, Mekanisme reaksi, dan

ketergantungan reaksi pada temperatur.

B. Uraian

I. Petunjuk Belajar

Setelah membaca pokok-pokok dan hal yang penting, mulailah mempelajari

contoh soal, kemudian mengerjakan soal-soal latihan. Untuk membuktikan apakah kita

sudah mampu atau belum dalam mengerjakan soal latihan, disarankan tanpa melihat

contoh uraian. Bila belum bisa mengerjakannya baca lagi materi dan lakukan latihan

sampai benar-benar telah dipahami.

II. Uraian Materi

1. Pendahuluan

Pada termodinamika kimia dibahas arah reaksi, spontanitas reaksi terkait dengan

perubahan energi bebas. Energi bebas dapat diramalkan apakah suatu proses atau

reaksi dapat berlangsung atau tidak. Tetapi termodinamika tidak menjawab berapa

lama proses atau reaksi berlangsung, bagaimana mekanisme perubahan pereaksi

menjadi hasil. Dalam mempelajari suatu reaksi tidak cukup hanya dengan

termodinamika, tetapi diperlukan pula kinetika kimia. Kinetika kimia membahas

tentang kecepatan reaksi, faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi, orde

reaksi dan mekanisme reaksi. Kecepatan reaksi berkaitan dengan besarnya perubahan

suatu zat terhadap fungsi waktu.

Ada dua alasan dasar mengapa kecepatan reaksi dipelajari : pertama kecepatan

reaksi dipelajari untuk memprediksi waktu yang diperlukan oleh suatu reaksi dari

campuran sehingga tercapai kesetimbangan. Kecepatan reaksi dipengaruhi oleh

Kinetika Kimia 86

konsentrasi, temperatur, tekanan dan pemberian katalis serta faktor lainnya. Dari ke

empat faktor ini, melalui pemilihan kondisi laju reaksi dihasilkan sesuai dengan yang

diinginkan. Alasan kedua kita mempelajari kecepatan reaksi adalah untuk mempelajari

atau mengetahui mekanisme reaksi. Terjadinya suatu reaksi mungkin berupa tumbukan

reaktif dalam fasa gas dan mungkin juga berupa pertemuan reaktif dalam fasa larutan.

2. Kecepatan reaksi

Kecepatan reaksi adalah besarnya perubahan zat yang bereaksi terhadap waktu.

Data yang diperlukan untuk menghitung kecepatan reaksi adalah konsentrasi reaktan

yang membentuk produk dan waktu yang diperlukan untuk reaksi. Skema variasi

reaktan dan produk sebagai fungsi waktu dapat digambarkan sebagai berikut.

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50Waktu

kon

sen

trsi reaktan

produk

Gambar 1. variasi konsentrasi reaktan dan produk

Gambar 1. Menunjukkan bahwa

konsentrasi reaktan menurun sampai

tercapainya harga kesetimbangan

dan konsentrasi produk meningkat

dari mula-mula berharga nol sampai

terciptanya keadaan kesetimbangan.

Gambar di atas seperti halnya penguraian ozon menjadi oksigen reaktan adalah O3 dan

produknya adalah O2, dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi

2O3 3O2

Selama reaksi berlangsung selang waktu (t), terjadi pengurangan konsentrasi O3 dan

peningkatan konsentrasi O2. Laju reaksi dapat dinyatakan dari pengurangan zat O3 dan

penambahan zat O2.

Laju pengurangan = atau Laju pembentukan =

Tanda negatif menunjukkan bahwa O3 berkurang, sedangkan untuk O2 positif karena

bertambah.

Kinetika Kimia 87

3. Stoikiometri Laju reaksi

Suatu reaksi kimia dengan dua pereaksi A1 dan A2 dengan dua hasil reaksi A3

dan A4 dapat dinyatakan sebagai berikut :

1A1 + 2A2 3A3 + 4A4 (1)

dimana sebagai koefesien stoikiometri. Di sini akan digunakan konvensi bahwa

koefisien stoikiometri positif untuk hasil reaksi dan negatif untuk pereaksi (reaktan),

sehingga reaksi kimia umum dapat ditulis sebagai :

0 = ΣνiAi (2)

dengan νi sebagai koefesien spesies i yang terlibat dalam reaksi dan Ai spesies i dalam

reaksi. Jumlah mol dari spesies ke i (ni ) diberikan dengan,

(3)

dengan (dibaca Xi ) adalah cakupan reaksi (advancement of the reaction) nio adalah

jumlah mol spesies ke-i pada waktu awal, yaitu saat harga =

0. Dengan mendiferensialkan terhadap waktu, didapatkan,

(4)

Laju reaksi didefinisikan sebagai laju kenaikan cakupan reaksi :

laju reaksi =

(5)

Contoh Soal 1.

Tuliskan ungkapan laju reaksi terhadap pengurangan reaktan dan penambahan

produk.:

aA cC + dD (6)

Penyelesaian

Ingat untuk koefesien reaktan harga νA = -a, maka dari persamaan 5 didapatkan

Kecepatan reaksi =

Contoh Soal 2.

Kinetika Kimia 88

Dengan cara yang sama selesaikan persamaan laju untuk reaksi :

2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g)

Penyelesaian :

laju reaksi untuk reaksi ini dapat ditulis dengan menghubungkan jumlah mol yang

berubah seperti :

Laju =

dimana : = laju pengurangan N2O5

= laju pembentukan NO2

= laju pembentukan O2

Contoh Soal 3.

Laju Pembentukan NO(g) dalam reaksi : 2NOBr(g) 2NO(g) + Br2(g) adalah 1,6 x

10-4 M s-1 . Berapa laju reaksi dan laju penguraian NOBr ?

Penyelesaian

* Laju reaksi :

Laju reaksi = v

= ½ x (1,6 x 10-4 M.s-1 )

= 0,8 x 10-4 M.s-1

* Laju penguraian NOBr :

=1,6 x 10-4 M S-1

4. Hukum Kecepatan Reaksi

Persamaan yang menyatakan kecepatan sebagai fungsi konsentrasi setiap zat

yang mempengaruhi laju reaksi disebut hukum laju atau persamaan laju untuk reaksi.

Hukum kecepatan reaksi hanya dapat ditentukan dengan eksperimen dan tidak dapat

disimpulkan hanya dari persamaan reaksi. Kecepatan reaksi merupakan fungsi

temperatur, tekanan, dan konsentrasi dari semua komponen yang bereaksi reaksi.

Selain itu juga untuk reaksi homogen (misal dalam fasa gas) kecepatan reaksi juga

Kinetika Kimia 89

proporsional dengan volume (V). Jika reaksi terjadi pada suatu permukaan aktif maka

kecepatan reaksi proporsional terhadap luas dari permukaan aktif (A).

Jika reaksi homogen, kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh permukaan aktif , maka

reaksi hanya akan dipengaruhi oleh konsentrasi, temperature, dan tekanan. Pengaruh

tekanan hanya terjadi pada reaksi yang memiliki fasa gas. Untuk persamaan reaksi

A + B + C hasil

hukum kecepatan reaksi yang ditulis dalam bentuk,

V = (7)

dimana [A][B][C] adalah notasi dari konsentrasi spesies yang terlibat, dan k adalah

tetapan, total , , sebagai orde reaksi.

Rumusan ini disebut hukum kecepatan untuk suatu reaksi homogen. Hukum ini

ditentukan dengan percobaan dan tidak boleh diramalkan dari persamaan stoikiometri

untuk total reaksi. Sebagai contoh hukum kecepatan pada reaksi antara H2 dan Br2 :

H2(g) + Br2(g) 2HBr(g)

V =

(8)

Salah satu obyek dalam percobaan kinetika adalah membuktikan alasan bentuk

mekanisme yang sesuai dengan pendekatan hukum kecepatan reaksi.

Langkah yang penting pada setiap kinetika adalah penentuan komponen yang aktif dari

sistem reaksi tersebut yang diukur dari perubahan konsentrasi dalam unit volume.

Jika konsentrasi produk memberikan pengaruh langsung pada komponen aktif dari

sistem reaksi maka disebut Auto-katalitik (untuk pengaruh positif) dan auto-inhibisi

(untuk pengaruh negatif). Hubungan fungsi antara kenaikan konsentrasi dari produk

atau pengurangan konsentrasi reaktan dalam satuan waktu pada suatu reaksi disebut

kecepatan reaksi. Pada umumnya kecepatan reaksi dapat diramalkan dengan hanya

mengetahui persamaan stiokiometri. Tetapi tidak semua reaksi dapat dibuat semacam

itu sebagai contoh reaksi Bromine atau Iodin dengan hidrogen yang mempunyai

stoikiometri sama tetapi kecepatan reaksinya sangat berbeda bentuknya.

Br2(g) + I2(g) 2BrI(g)

Kinetika Kimia 90

V=

(9)

H2(g) + Br2(g) 2HBr(g)

v =

(10)

Contoh Soal 4.

Isopren merupakan suatu senyawa yang digunakan untuk membuat karet alam

membentuk dimmer yang disebut dipenten, suatu dimmer dari pembentukan dua

molekul

Bagaimanakah hukum laju untuk reaksi, jika data kecepatan awal untuk

pembentukan dipenten sebagai berikut

Konsentrasi Isopren (mol L-1) Kecepatan pembentukan awal

dipenten (mol L-1 s-1)

0,5

1,5

1,98

17,8

Penyelesaian

Kita menganggap hukum laju pembentukan V = k [Isopren]x

x = 2

Laju = k [isoprene]2

5. Reaksi Orde satu

Untuk suatu reaksi dekomposisi sederhana dengan tipe reaksi yang memiliki koefesien

reaksi satu ditulis dengan,

A hasil reaksi

Kinetika Kimia 91

Reaksi di atas disebut reaksi orde satu karena kecepatan reaksi berbanding langsung

dengan konsentrasi reaktan [A] dan tidak tergantung pada konsentrasi hasil reaksi.

Hukum kecepatan reaksi untuk reaksi orde ke satu dapat ditulis

v= = k [A] (11)

dengan [A] adalah konsentrasi A. bila diintegralkan terhadap waktu dengan batasan t =

0 ketika [A] =[A]o terhadap waktu t, didapatkan

(12)

atau dapat juga ditulis [A] = [A]oe-kt (13)

bentuk persamaan ini tetapan laju k dapat dihitung dari grafik ln [A] terhadap t dari

persamaan berikut :

ln [A] = ln [A]o - kt. (14)

sehingga diperoleh -k sebagai slopenya

Contoh Soal 5.

Berikut ini diberikan data reaksi : A produk pada berbagai variasi waktu

Pengukuran 1 2 3 4 5 6

T (detik) 0 5 10 15 20 25

[A] (mol/L) 0,5 0,36 0,25 0,19 0.14 0,10

Buatlah grafik hubungan antara log [A] vs t

Simpulkan apakah reaksi orde ke satu atau bukan.

Tentukan harga k

Penyelesaian

T (detik) 0 5 10 15 20 25

[A] (mol/L) 0,5 0,36 0,25 0,19 0.14 0,10

Log [A] -0,301 -0,444 -0,585 -0,721 -0,852 -1,0

Grafik hubungan antara log [A] vs t data di atas adalah

Kinetika Kimia 92

Gambar 2. Kurva reaksi orde pertama : log C versus t

b. Dari persamaan 12 bahwa , ingat ln a = 2,303 log a.

log [A] – log [A]0 = - (1/2,303)kt. (15)

Jika grafik hubungan antara log [A] lawan t membentuk garis lurus, Gambar 2

memenuhi persamaan garis lurus, maka data tesebut berasal dari reaksi orde satu

c. Dari persamaan log [A] = log [A]0 - (1/2,303) kt, harga slope = - (1/2,303)k

k = 6,4 x 10-2 detik

Penguraian N2O5 berikut merupakan salah satu contoh dari reaksi orde satu :

2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g)

6. Reaksi Orde Dua

6.1 Reaksi Orde Dua dengan satu reaktan

Contoh yang paling sederhana dari reaksi orde-dua adalah reaksi yang

kecepatannya sebanding dengan kuadrat dari konsentrasi satu pereaksi. Dari reaksi

dekomposisi dibawah ini,

A hasil reaksi

bila reaksi ini diasumsikan dengan reaksi orde-dua, dengan [A] adalah konsentrasi A

pada waktu tertentu hukum laju dapat ditulis:

(16)

hasil integrasi dari ([A]o, 0) ke ([A], t) :

Kinetika Kimia 93

diperoleh : (17)

Persamaan yang dihasilkan ini adalah untuk reaksi orde-dua yang hanya terdiri dari

satu komponan reaktan. Harga k dapat dihitung dari grafik antara 1/c versus t , k

sebagai slope.

Waktu paruh dari reaksi orde-dua ini diberikan oleh persamaan :

(18)

Contoh Soal 5.

Suatu reaksi A B + C mengikuti reaksi orde ke dua, hitunglah konstanta

kecepatan reaksi bila data yang dihasilkan adalah sebagai berikut :

Pengukuran 1 2 3 4 5

Waktu (jam) 0 1 2 4 6

Konsentrasi (M) 0,6 0,45 0,36 0,26 0,20

Penyelesaian

Karena reaksinya terdiri dari satu reaktan , maka penentuan k dapat ditentukan dengan

membuat plot antara 1/[A] versus t. Dengan demikian data data dapat dibuat hubungan

antara t dan 1/[A] sebbagai berikut.

Pengukuran 1 2 3 4 5

Waktu (jam) 0 1 2 4 6

Konsentrasi (M) 0,6 0,45 0,36 0,26 0,20

1/[A] 1,67 2,22 2,78 3,85 5,00

Grafik hubungan antara 1/[A] versus t di dapat sebagai berikut.

Kinetika Kimia 94

Gambar 3. Kurva reaksi orde dua

Dari persamaan , maka hubungan antara 1/[A] dengan t didapat harga

slope = k = 0,553 jam-1

6.2 Reaksi Orde-dua dengan dua reaktan

Reaksi orde dua yang terdiri dari dua macam reaktan yang konsentrasinya

berbeda, secara stoikiometri dituliskan dengan persamaan reaksi :

A + B produk (19)

bila reaksi ini mengikuti reaksi orde-satu terhadap A dan orde- satu terhadap B, maka

laju reaksi dapat ditulis,

v= (20)

dimisalkan konsentrasi reaktan yang terurai x, dan pertambahan dalam waktu t

sebanding dengan pengurangan reaktan,

, (21)

maka laju reaksi dapat diungkapkan dengan persamaan,

(22)

Dengan dimisalkan konsentrasi A mula-mula adalah a konsentrasi B mula-mula adalah

b dan pada waktu t masing-masing terurai sebesar x. Maka kecepatan reaksi untuk

orde-dua seperti yang dituliskan pada persamaan 22 dapat ditulis :

Kinetika Kimia 95

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6

t(Jam)

1/[

A]

(23)

untuk menyelesaikan persamaan ini ke dalam bentuk integral, ada dua kemungkinan

yang dapat dihasilkan. Bila konsentrasi konsentrasi A dan B mula-mula sama, a = b,

persamaan tersebut dapat disederhanakan sebagai berukut :

(24)

hasil integrasi dari persamaan ini diperoleh hubungan sebagai berukut :

(25)

dengan x sebagai konsentrasi reaktan yang bereaksi selama waktu t, a konsentrasi

mula-mula dari reaktan A dan B, dan k konstanta kecepatan reaksi. Pada waktu

setengah umur atau waktu paruh, x yang terbentuk besarnya sama dengan ½ a. Maka

besarnya waktu paruh,

tka1 2

1/ (26)

Kalau konsetrasi reaktan A dan B tidak sama, a b, laju reaksi seperti yang tertulis

pada persamaan 26 tidak dapat disederhanakan. Penyelesaian persamaan tersebut

dapat dilakukan dengan matematika fraksi parsial. Hasil yang didapat diintegrasikan

terhadap t sehingga didapatkan persamaan akhir

(27)

dimana : k = konstanta kecepatan reaksi

t = waktu

a = konsentrasi A mula-mula

b = konsentrasi B mula-mula

x = konsentrasi A atau B yang bereaksi pada waktu t.

Di sini perhitungan waktu paruh ada dua keadaan yang mungkin didapatkan,

pertama bila konsentasi a berlebih maka besarnya x = ½ b. besarnya waktu paruh

untuk kondisi ini adalah :

(28)

bila konsentrasi b yang berlebih, maka harga x = 1/2

Kinetika Kimia 96

(29)

Contoh Soal 6.

Suatu reaksi orde ke dua telah ditemukan, A + B C

Dalam suatu larutan mula-mula yang terdiri dari 0,40 M zat A dan 0,7 M zat B.

setelah 1 jam konsentrasi A ditemukan 0,15 M. Hitung konstanta kecepatan reaksi !.

Penyelesaian

Reaksi di atas adalah tipe reaksi dengan konsentrasi reaktan mula-

mula tidak sama, sehingga

a – x = 0,15 M

x = 0,25 M

b - x = 0,45 M

k =

k = 1,8 M-1Jam-1

7. Reaksi Orde-Tiga

7.1 Reaksi Orde-tiga dengan tiga reaktan

Gambaran untuk persamaan stoikiometri suatu reaksi yang terdiri dari tiga reaktan.

A + B + C hasil

reaksibila konsentrasi yang bereaksi pada ketiga reaktan sama, dimisalkan x dan

konsentrasi mula-mula untuk A, B, dan C masing-masing dinyatakan dengan a, b, dan

c. maka hukum laju reaksi dapat ditulis,

(30)

integrasi persamaan 30. Pada to = 0 x=0 dan pada waktu t yang bereaksi = x

(31)

hasil integrasi dengan menggunakan fraksi parsial didapatkan :

(32)

Kinetika Kimia 97

Atau

(33)

7.2 Reaksi Orde-tiga dengan dua reaktan

Reaksi yang terdiri dari dua reaktan mengikuti kecepatan reaksi orde-tiga, secara

sederhana dapat digambarkan apabila salah satu reaktan mempunyai orde satu dan

yang satunya mempunyai orde dua

A + 2 B produk.

konsentrasi A yang terurai pada waktu yang sama sebanding dengan dua kali

konsentrasi B {(a-x)=(b-2x)}, maka laju reaksi dapat ditulis dengan :

(34)

bentuk integrasi x terhadap t, adalah :

(35)

Persamaan ini bila diselesaikan secara matematika akan didapatkan,

(36)

8. Waktu Paruh

Waktu paruh dari suatu reaksi adalah waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi

setengahnya dari besarnya konsentrasi pereaksi semula.

8.1 Waktu Paruh Reaksi Orde satu

Untuk reaksi orde satu didapatkan hubungan waktu paruh dengan harga k,

(37)

Contoh Soal 7.

Kinetika Kimia 98

Turunkan ungkapan lamanya waktu yang diperlukan untuk konsentrasi reaktan

menjadi setangah dari konsentrasi awal orde satu.

Penyelesaian

Hasil integrasi dari persamaan reaksi orde pertama adalah :

-ln = k t

kita menginginkan waktu cA = 1/2cA,0, yang didefinisikan dengan t1/2, sehingga

-ln = k t1/2

t1/2= ln 2 =

8.2 Waktu Paruh Reaksi Orde Dua

Waktu paruh untuk reaksi orde dua untuk reaksi A produk dapat di rumuskan

dari persamaan 17, yaitu . Pada saat reaktan tinggal setengahnya

dari konsentrasi semula, maka t = t1/2, [A] = 0,5[A]0. Sehingga besarnya t1/2 adalah :

t1/2 = (38)

Contoh Soal 8.

Turunkan ungkapan untuk menghitung waktu paruh suatu reaksi orde dua dengan tipe

pereaksi tunggal

Penyelesaian

Integrasi dari persamaan 17 dengan mengsubtitusikan t = t1/2, dan [A] = 0,5[A]0

t1/2 =

8.3 Waktu Paruh Reaksi Orde Lainnya

Kinetika Kimia 99

Dari persamaan 41, terlihat bahwa pangkat konsentrasi awal menunjukkan

jumlah orde dikurang satu. Rumus umum dari waktu paruh dapat ditulis :

t1/2 ∞ (39)

Untuk orde nol t1/2 = , (40)

dan ordea tiga : t1/2 = (41)

9. Penentuan Orde Reaksi

Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk menentukan Orde reaksi

suatu reaksi dari data eksperimen diantaranya adalah dengan metoda grafik, metode

setengah reaksi dan metode laju mula-mula.

9.1 Metode Grafik

Data laju reaksi berdasarkan hasil eksperimen dapat di buat dalam bentuk grafik

dengan mengikuti hubungan melalui persamaan hasil integrasi laju reaksi. Jika grafik

yang dihasilkan dari data eksperimen memenuhi persamaan (17) yaitu grafik

hubungan ln C versus t membentuk garis lurus, maka reaksinya adalah orde satu.

Seandainya grafik yang diperoleh dari hubungan antara 1/c versus t didapatkan garis

lurus dapat disimpulkan reaksi orde dua.

9.2 Metode Kecepatan Awal

Untuk reaksi dengan dua reaktan atau lebih, eksperimen penentuan orde reaksi

dapat dilakukan dengan membuat perbedaan konsentrasi awal pada salah satu reaktan,

sedangkan yang lainnya dibuat dengan konsentrasinya sama. Berikutnya reaktan yang

mulanya sama dibuat berbeda, sedangkan yang lainnya sama. Yang mendasari asumsi

ini bahwa untuk waktu yang singkat, semua konsentrasi pada dasarnya tetap. Metode

ini tidak bisa dipakai jika “induksi periodik” terjadi sebelum steady state.

Contoh Soal 9.

Dari data berikut, tentukan orde dengan mengikuti tiap reaktan untuk reaksi

Kinetika Kimia 100

A + B produk.

Perlakuan cA cB Kecepatan Mula

1 1,0 0,8 0,08

2 0,5 0,8 0,02

3 0,5 1,6 0,04

Penyelesaian

Pesamaan kecepatan untuk reaksi

v = k [A]x[B]y

Untuk reaktan A dipilik yang konsen-

trasi B tetap, kita membandingkan

perlakuan 1 dan 2, Membandingkan

rasio dari 2 persamaan.

x = 2

Untuk reaktan B, kita menggunakan

perlakuan 2 dan 3 dimana konsentrasi

reaktan A sama

y = 1

Persamaan laju eksperimen adalah

v = k[A]2[B]

9.3 Metode Waktu Paruh

Metode ini dapat dilakukan dengan membuat dua perlakuan dengan konsentrasi

mula-mula yang berbeda. Pada masing-masing ditentukan waktu paruhnya. Jika waktu

yang diperlukan untuk reaksi sama, maka reaksinya merupakan orde pertama, Jika

tidak sama, orde reaksinya dihitung dengan menggunakan rasio perbandingan.

Contoh Soal 10.

Turunkan ungkapan untuk menentukan orde reaksi dengan metode waktu paruh

dengan berdasarkan perbedaan konsentrasi awal

Penyelesaian

Ungkapan umum untuk waktu paruh adalah

dengan menggunkan logaritma, maka orde

reaksi adalah :

Kinetika Kimia 101

t1/2 = ,

rasio perbandingan antara dua perlakuan dapat ditulis :

p = +1

10. Pengaruh Temperatur pada Laju Reaksi

Umumnya kecepatan reaksi meningkat dengan peningkatan temperatur.

Kenaikannya tergantung pada sifat dari macam zat yang bereaksi. Di bawah ini

ditunjukkan beberapa perubahan kecepatan reaksi seiring dengan perubahan

temperatur reaksi.

Gambar 4. Bentuk laju reaksi sebagai fungsi terperatur

Pada kurva (a) tipe reaksi yang paling banyak dijumpai, (b) tipe reaksi peledakan ( c)

suatu tipe raksi hidrogenasi katalis dan tipe reaksi enzim sedangkan (d) tipe reaksi

seperti NO dengan O2.

Tipe reaksi a adalah tipe reaksi yang mengikuti persamaan Arrhenius, sedangkan

tipe b s/d d merupakan tipe reaksi yang bertentangan dengan persamaan Arrhenius.

Reaksi yang mengikuti persamaan Arrhenius biasanya kecepatannya meningkat

menjadi dua kali atau tiga kali lebih besar dengan kenaikan temperatur 10 oC. Dengan

persamaan Arrhenius

atau (42)

bila Ea adalah energi aktivasi yang harganya konstan pada interval temperatur tertentu,

hasil integrasi

Kinetika Kimia 102

a b c ctemperatur

laju

(43)

atau dapat ditulis

(44)

dari grafik k lawan t dari persamaan ini dapat dihasilkan seperti gambar berikut

Gambar 5. Kurva k versus T persamaan Arrhenius

Contoh Soal 11.

Suatu reaksi mula-mula dilakukan pada suhu kamar, ketika suhu reaksi dinaikkan

menjadi 10 oC, kecepatan reaksi meningkat dua kali dari kecepatan semula, Hitung

energi aktivasi Ea.

Penyelesaian

Pada dua temperatur yang berbeda, kita dapat mengintegralkan persamaan Arrheniuss.

Jika kecepatan meningkat dua kali, berarti rasio tetapan laju adalah 2. temperatur

dipilih dari 290 K – 300 K.

Ea= R ln =

Ea = 8,314 JK-1 mol-1ln 2

= 50,1 kJ mol-1

11. Mekanisme Reaksi

Mekanisme reaksi menyatakan deretan reaksi yang mungkin terjadi dalam reaksi

kimia. Mekanisme reaksi kimia biasanya menjelaskan tahapan-tahapan mulai dari

perubahan reaktan sampai menjadi produk. Mekanisme reaksi yang diusulkan harus

Kinetika Kimia 103

sesuai dengan hukum kecepatan reaksi yang didapatkan dari eksperimen. Misalkan

dalam pembentukan gas fosgen dari karbon monoksida dan Cl2.

CO + Cl2 COCl2

reaksi di atas hanya menggambarkan bentuk reaktan dan produknya saja. Sedangkan

mekanisme yang dimaksud adalah bagaimana langkah-langkah reaksi yang terjadi

sehingga CO dan Cl2 itu bisa menghasilkan COCL2.

Berdasarkan percobaan hukum kecepatan untuk reaksi pembentukan COCl2

adalah

= k[Cl2]3/2[CO] (48)

Mekanisme yang mungkin terjadi dalam reaksi ini adalah :

Cl2 2Cl* Step 1

Cl* + CO ClC*O Step 2

ClC*O + Cl2 COCl2 + Cl* Step 3

Step 1 merupakan tahap pembentukan radikal Cl*, Step 2 merupakan penguraian Cl*

bereaksi dengan CO, step 3 memproduksi kembali Cl* yang kemudian terurai step 2.

Mekanisme di atas bahwa pada step 1 merupakan reaksi awal, step ini merupakan

tahap penentu kecepatan reaksi karena mempengaruhi jumlah Cl* yang ada.

Contoh Soal 12.

Buktikan hukum laju dengan pembentukan COCl2menggunakan mekanisme reaksi

step 1, 2 dan 3 di atas

Penyelesaian

= -k(-3)[Cl2CO][Cl*] + k3[ClC*O][Cl2]

= 2k1 + [Cl2] - 2k(-1)[Cl*]2 – k2[Cl*][CO] +

K(-2)[ClC*O] -k-3[Cl2CO][Cl*] + k3[ClC*O][Cl2]

Langkah berikutnya adalah menentukan reaksi pembatas, yaitu menentukan

reaksi yang kecepatannya paling lambat. Reaksi yang paling lambat sebagai penentu

laju reaksi. Reaksi pembatasnya adalah kecepatan pembentukan COCl2

Kinetika Kimia 104

= k3[ClC*O][Cl2]

K1 = ; K2 =

Hilangkan [Cl*] dari dua persamaan kesetimbangan di atas sehingga menghsilkan

[ClC*O] = K2[Cl*][CO] = K2 [Cl2]1/2[CO]

= k3 K2 [Cl2]1/2[CO][Cl2]

= k3 K2 [Cl2]3/2[CO]

= k[Cl2]3/2[CO]

Note : k = k3 K2

Contoh Soal 13.

Bagaimana mekanisme reaksi 2NO2 + F2 2NO2F. Secara eksperimen ditemukan

merupakan reaksi orde dua, persamaannya adalah

= k[NO2][F2]

Penyelesaian

Dari persamaan terlihat masing-masing komponen berpangkat 1, dengan demikian

keduannya merupakan tahap penentu laju (rate-determining step). Jika dihasilkan

molekul secara langsung, reaksinya akan dimulai dari

NO2 + F NO2F + F Step 1

Kita perlu untuk mengeliminasi atom F yang dibebaskan yaitu membutuhkan NO2F

yang kedua, sehingga keduanya bereaksi sebagai tahap berikutnya.

NO2 + F NO2F Step 2

Penjumlahan dari kedua tahap akan didapatkan

2NO2 + F2 2 NO

Dua tahap mekanisme reaksi yang mungkin tetapi yang sangat menentukan hanya satu.

Reaksi step 1 yang menentukan persamaan kecepatan secara eksperimen, hal ini

Kinetika Kimia 105

disimulkan sebagai rate-determining step. Selanjutnya kesimpulan itu diperkuat dari

fakta bahwa reaksi pada step 2 yaitu reaksi NO2 dengan F adalah reaktif, sehingga

reaksinya cepat.

Contoh Soal 14.

Perhatikan reaksi yang mempunyai mekanisme

A + B C (step 1)

C D (step 2)

Subskrip pada k menunjukkan orde reaksi yang sesuai dengan tanda panah dan tanda

minus di depannya menandai reaksi ke kiri. Orde reaksi diketahui karena ada reaksi

elementer, untuk yang molekularitasnya sama ordenya sama. Tiap step bisa

menghasilkan satu penentu kecepatan. Masing-masing berperan dalam memperoleh

persamaan kecepatan untuk menghasilkan D. Tunjukkan persamaan dalam bentuk

konsentrasi A dan B

Penyelesaian

Dimulai dari analisis secara umum untuk sistem sistem. Kecepatan pembentukan D

dirumuskan oleh

=k1[C] (i)

Konsentrasi dari D ditentukan oleh ketiga reaksi,

=k2[A][B]-k(-1)[C]-k1[

dengan pendekatan steady-state, [C] adalah konstan

=0=k2[A][B]-k(-1)[C]-k1[C] (ii)

Sekarang persamaan (ii) kita selesaikan untuk mendapatkan [C]

[C]= [A][B]

Subtitusikan ke dalam persamaan (i), akan dihasilkan ungkapan untuk semua situasi

= k1 [A][B] (iii)

Kinetika Kimia 106

Jika step 2 berjalan lambat, kita dapat menghilangkan k1[C] dalam persamaan (ii) dan

k1 dalam persamaan (iii)

=k1

Rasio k2/k(-1) adalah konstanta kesetimbangan untuk reaksi step 1, sehingga akan

didapatkan

=k1K[A][B]

Jika step 1 berjalan lambat, kita dapat menghilangkan k(-1) dengan kata lain sama

seperti A + B menghasilkan C dengan segera berubah menjadi D. Sehingga persamaan

(iii) menjadi :

= k2[A][B]

Pengukuran kecepatan reaksi melalui waktu reaksi akan terlihat besarnya pengaruh k1

dan k(-1). Sehingga akan ditemukan rate-determining state

C. Latihan

1. Hitung laju rata-rata penguraian N2O5, [ N2O5]/t, dari reaksi 2N2O5 (g) 4NO(g) + 3O2 (g)Selama selang waktu dari t = 600 s dan t = 1200 s. Gunakan data

di bawah iniWaktu (s) [N2O5](M)

600 1,24 x 10-2

1200 0,93 x 10-2

Kunci: 5,2 x 10-6 M s-1

2. Untuk reaksi orde pertama, A B + C, konsentrasi A mula-mula adalah 0,35 M. setelah 30 detik konsentrasinya tinggal 0,31 M. (a) hitung konstanta laju reaksi. (b) hitung konsentrasinya setelah 3 menit. (c) berapa detik waktu yang diperlukan agar reaktan bereaksi sebanyak 90 %

Kunci: k = 4 x 10-3 s-1 ; [N2O5]2 = 0,16 M

Kinetika Kimia 107

3. Reaksi 2NO2(g) 2NO(g) + O2(g) mengikuti reaksi orde dua dengan konstanta reaksi 12 M-1 menit-1. Jika dimulai dengan 0,4 mol NO2 dalam wadah 0,5 L . berapa banyak yang tersisa setelah bereaksi selama 2 jam.

Kunci: [NO2] sisa = 6,4 x 10-4 M

4. Reaksi A + B produk, mengikuti reaksi orde dua dengan hukum laju

. Tetapan reaksinya adalah 27,8 mol-1 dm-3 menit-1. Bila

konsentrasi mula-mula untuk A dan B masing-masing 0,05 mol dm-1 dan 0,02 mol dm-1. berapa lama untuk mereaksikan 95 % B.

Kunci: t = 3 menit

5. Hitung orde reaksi untuk data berikutNo CA,0(mol dm-1) T1/2(menit)

1 0,5 7,32 0,3 12,1

Kunci: reaksi orde dua

6. Tentukan konstanta laju dan orde reaksi untuk data berikut dengan mengunakan metode grafik

Waktu (s) 0 20 40 60 100Konsentrasi (mol dm-1) 0,200 0,165 0,142 0,121 0,089

Kunci:

y = -0.008x - 1.6266

R2 = 0.9983

-3.00

-2.50

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0 50 100 150

waktu

ln [

A]

Series1

Linear (Series1)

Reakasi Orde satu; k = 8 x 10-3

7. Laju penguraian radikal CH3* dalam reaksi : 2CH3* CH3-CH3

adalah 1,2 M s-1 pada kondisi tertentu dalam bejana 5,0 liter. Berapakaha. Laju reaksib. Laju pembentukan CH3-CH3

Kunci: a. Laju reaksi = 0,6 M s-1 b. laju pembentukan CH3-CH3)= 0,6 M s-1

8. Tuliskan ungkapan kecepatan reaksi dari tiga spesies yang terlibat dalam reaksi di bawah ini

aA + bB cC

Kinetika Kimia 108

Kunci: Laju Reaksi = VA = VB= VC

9. Diketahui data di bawah ini untuk reaksi 2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)

[NO2] Laju awal pembentukan O2

(mol L-1 s-1)Eksperimen 1 0,01 7,0 x 10-5

Eksperimen 2 0,02 28 x 10-5

Tentukan orde reaksiKunci: Reaksi orde dua

10. Pada reaksi : P + Q R , didapatkan data No [P] mol/L [Q] mol/L Laju reaksi123

112

122

1 X 10-2

4 X 10-2

8 X 10-2

Tentukan hukum laju untuk reaksi di atas.Kunci: V = k [P][Q]2

11. Isomerisasi siklopropan C3H6 menjadi propilen CH2=CHCH3 adalah reaksi orde satu terhadap siklopropan dan reaksi orde satu keseluruhan. Tetapan laju pada 1000oC adalah 9,2 s-1. Hitung waktu paruh pada 1000oC. Hitung waktu yang diperlukan agar konsentrasi siklopropan menjadi 50 % dari konsentrasi semula, dan 25% dari konsentrasi semula.Kunci: t1/2 =75,34 x 10-3 s; t = 75,34 x 10-3 s; t = 150,7 x 10-3 s

12. Dekomposisi HI mempunyai konstanta kecepatan reaksi k = 0,079 L mol-1s-1 pada 508 oC dan k = 0,24 L mol-1s-1 pada 540 oC. Berapakah energi aktivasi reaksi dalam satuan kJ/mol.Kunci: Ea =1,68 x 102 kJ mol-1

13. Data reaksi antara zat A dan zat B didapatkan sebabagi berikut : [A] [B] Laju raksi1 1 20002 2 160009 3 162000

a. Tentukan reaksi orde keseluruhan b. Tentukan hukum laju reaksinya kunci a. Reaksi merupakan orde 3 b. Hukum laju : V = k[A][B]2

Kinetika Kimia 109

Kinetika Kimia 110