KINETIKA KIMIA
BAB X
Laju reaksi kimia
KINETIKA KIMIA
1
Hukum laju reaksi kimia2
Reaksi orde nol, satu dan dua3
Pengaruh suhu terhadap laju reaksi4
Katalis5
2
Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Laju Reaksi
1. Sifat Reaktan1. Sifat Reaktan
2. Konsentrasi Reaktan2. Konsentrasi Reaktan
3. Temperatur3. Temperatur
4. Katalis4. Katalis
3
4
Fosfor merah Fosfor putih
SIFAT REAKTAN
Fosor putih akan menyala jika terpapar oksigen sedangkan allotropesnya fosfor merah tidak menyala jika terpapar oksigen
5
• Genangan minyak terbakar secara perlahan sedangkan uap minyak terbakar dengan sangat cepat diiringi ledakan
• Campuran padat K2SO4 dengan Ba2(NO3)2 tidak bereaksi selama bertahun-tahun, sedangkan campuran cairnya akan bereaksi dengan sangat cepat
Sifat Reaktan
Kinetika Kimia
Laju Reaksi
Bagian dari ilmu kimia yang mangkaji kecepatan atau laju terjadinya reaksi kimia
Perubahan konsentrasi reaktan atau produk terhadap waktu (M/dt)
aA + bB cC + dD
tdtctbta
D
C
B-
A- reaksiLaju
Hukum laju untuk reaksi yang melibatkan reaktan A, B, ….. dapat ditulis sebagai berikut:
Laju = k[A]x[B]y ….
LAJU REAKSI
7
……….Laju Reaksi
Laju dalam perubahan konsentrasi terhdap waktu
A B
Menurunnya jumlah molekul A dan meningkatnya molekul B seiring dengan waktu
t
ALaju
t
BLaju
∆[A] = perubahan konsentrasi selama waktu ∆t
∆[B] = perubahan konsentrasi selama waktu ∆t
2 mol A menghilang untuk setiap mol B yang terbentuk
Laju hilangnya A adalah dua kali lebih cepat dibandingkan laju
terbentuknya B
2A B
……….Laju Reaksi
t
BLajuatau
t
ALaju
2
1
Laju reaksi A B, dinyatakan sebagai penurunan molekul A seiring dengan waktu dan sebagai peningkatan molekul B seiring dengan waktu
aA + bB cC + dD
……….Laju Reaksi
2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g)
1
1
1
1
t
D
dt
C
ct
B
bt
A
aLaju
Contoh Contoh
Laju ?????
Tulislah rumus laju untuk reaksi-reaksi berikut ini ditinjau hilangnya reaktan dan munculnya produk
1
2
3
I-(aq) + OCl-(aq) Cl-(aq) + OI-(aq)
3O2(g) 2O3(g)
4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(aq)
LATIHAN
Table : Data Laju Untuk Reaksi Antara F2 dan ClO2
[F2] (M) [ClO2] (M)
Laju Awal(M/dt)
1. 0.10 0.010 1.2 x 10-3
2. 0.10 0.040 4.8 x 10-3
3. 0.20 0.010 O2.4 x 10-3
F2(g) + 2ClO2(g) 2FClO2(g)
HUKUM LAJU
Pada data 1 dan 3 dalam Tabel Jika melipat duakan [F2], sementara [ClO2] dijaga tetap maka laju menjadi 2 kali lipatlaju berbanding lurus dengan [F2]
Pada data 1 dan 2 dalam Tabel Jika melipat duakan [ClO2] pada [F2] dijaga tetap maka laju meningkat menjadi sebanyak 4 kali laju berbanding lurus dengan [ClO2]
k = konstanta laju : konstanta kesebandingan antara laju reaksi dan konsentrasi reaktan
HUKUM LAJU
Laju ∞[F2][ClO2]
= k [F2][ClO2]
dtM
MM
dtMx
ClOF
lajuk
./2.1
)010.0)(10.0(
/10 2.1 3
22
aA + bB cC + dDUntuk reaksi umum dengan jenis
........Hukum Laju
Hukum Lajunya berbentuk
Laju = k[A]x[B]y
Jika nilai k, x dan y serta konsentrasi A dan B maka hukum laju dapat digunakan
untuk menghitung laju reaksi
Orde reaksi : jumlah dari pangkat-pangkat setiap konsentrasi reaktan yang ada dalam hukum laju
Pada persamaan diatas, orde reaksi adalah x+ y Orde reaksi memungkinkan melihat ketergantungan laju terhadap
konsentrasi reaktan Misal x= 1 dan y = 1 maka hukum laju adalah
Laju = k[A]1[B]2
Reaksi ini adalah orde pertama dalam A, orde kedua dalam B dan orde ketiga secara keseluruhan (1 + 2)
14
Arti Dari Pangkat Konsentrasi
Laju = k[A]pangkat zat A adalah satu (1), berarti laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi A
Laju = k[A]2
pangkat zat A adalah dua (2), berarti laju reaksi meningkat seiringan dengan kuadrat konsentrasi A
aA + bB cC + dD
15
Contoh Persamaan Laju• 3NO(g) N2O(g) + NO2(g)
Laju = k[NO]2
orde reaksi NO adalah 2 dan orde reaksi keseluruhan adalah 2
• 2NO2(g) + F2(g) 2NO2F(g)Laju = k[NO2][F2]orde reaksi NO2 adalah 1, orde reaksi F2 adalah 1 dan orde reaksi keseluruhan adalah 2
• H2O2(aq) + 3I-(aq) + 2H+(aq) 2H2O(l) + I3-(aq)Laju = k[H2O2][I-]orde reaksi H2O2 adalah 1, orde reaksi I- adalah 1, orde reaksi H+ adalah nol dan orde reaksi keseluruhan adalah 2
16
Konstanta Laju, k
Nilai k spesifik untuk setiap reaksi, ditentukan berdasarkan reaksi yang setimbang.Satuan k tergantung dengan orde reaksi keseluruhan.Nilai k tidak berubah meskipun konsentrasi reaktan atau produk berubah.Nilai k tidak akan berubah dengan perubahan waktuNilai k untuk setiap reaksi spesifik pada temperatur tertentu.Nilai k dipengaruhi oleh keberadaan katalis.Nilai k harus ditentukan melalui percobaan untuk setiap reaksi pada kondisi tertentu.
17
Konsentrasi ReaktanPersamaan Laju Reaksi Untuk Reaktan A, B,…
Laju = k[A]x[B]y
k adalah konstanta laju, nilainya tetap tidak dipengaruhi konsentrasi reaktan
Exponen x dan y adalah nilai yang ditentukan secara eksperimen, dan x+y merupakan order reaksi
Contoh: A + B + C D
laju = k[A][B]2
Pengaruh perubahan konsentrasi terhadap laju:• Jika konsetrasi A 2x dan yang lain tetap maka: laju = 21 = 2• Jika konsentrasi B 2x dan yang lain tetap maka: laju = 22 = 4• Perubahan C tidak mempengaruhi laju• Jika konsentrasi A dan B 2x maka: laju = 21 x 22 = 8
18
MENENTUKAN PERSAMAAN LAJU
Contoh: A + 2B C
Percobaan [A] [B] Laju awal pembentukan C
1 0,020 M 0,020 M 3,0 x 10-4 M.s-1
2 0,020 M 0,040 M 3,0 x 10-4 M.s-1
3 0,040 M 0,060 M 12,0 x 10-4 M.s-1
a. Tentukan nilai x, y dan k dan persamaan lajunya
b. Tentukan orde reaksi A, B dan keseluruhan
19
Perumusan MasalahDiketahui: • Persamaan laju umum untuk reaksi
A + 2B AB2 adalah laju = k[A]x[B]y • Nilai yang harus ditentukan adalah k, x dan y
Penjelasan dan penyelesaian:
• Data dari eksperimen 1 dan 2
y
2x
2
y1
x1
2
1
BA
BA
laju
laju
k
k
y
2
1
2
1
B
B
laju
laju
Percobaan
[A] [B] Laju awal pembentukan C
1 0,020 M 0,020 M 3,0 x 10-4 M.s-1
2 0,020 M 0,040 M 3,0 x 10-4 M.s-1
3 0,040 M 0,060 M 12,0 x 10-4 M.s-1
y
1-4
-14
M 040,0
M 020,0
M.s100,3
M.s100,3
1,0 =(0,5) maka y = 0
laju = k[A]x[B]0 atau laju = k[A]x
20
• Data eksperimen 1 dan 3
x
1
3
1
3
A
A
laju
laju
x
1-4
-14
M 020,0
M 040,0
M.s100,3
M.s100,12
4,0 = (2,0)x diperoleh x =2
laju = k[A]2 • Menentukan nilai k
laju1 = k[A1]2 x1
1
A
lajuk
2
14
M 020,0
M.s100,3 k
maka
= 0,75 M-1.s-1
21
Hukum Laju Terintegrasi: Konsentrasi Vs Waktu
Reaksi orde nolaA B
Laju reaksi tak tergantung pada reaksi
akt 0AA
akt
2
A 02/1
Persamaan yang menunjukan hubungan konsentrasi dan waktu dikenal
dengan PERSAMAAN LAJU TERINTEGRASI.
Persamaan ini dapat digunakan untuk menentukan waktu paruh (t1/2) reaktan.
Waktu paruh merupakan waktu yang diperlukan oleh setengah dari jumlah
reaktan untuk berubah menjadi produk.
22
Hubungan Waktu Dengan Konsentrasi:
Reaksi order 1
akt
A
Aln 0
akakt
693,02ln2
1
aA BReaksi orde satu terhadap A sehingga orde reaksi keseluruhan adalah satu
[A]o = konsentrasi awal dari reactan A[A] = consentrasi setelah waktu t setelah reaksi mula-mula
23
Hubungan Waktu Dengan Konsentrasi:
akt0A
1
A
1
0A
12
1
akt
Reaksi order 2
Reaksi orde dua terhadap A sehingga orde reaksi keseluruhan adalah dua
[A]o = konsentrasi awal dari reactan A[A] = consentrasi setelah waktu t setelah reaksi mula-mula
CONTOH Senyawa A terdekomposisi menjadi B dan C dengan reaksi orde satu terhadap A dan orde reaksi keseluruhan adalah satu. Pada 25°C, konstanta laju reaksi adalah 0.045s-1. Berapa waktu paruh reaksi pada 25°C tsb?
Reaksi A → B + COrde reaksi = 1
ssakak
t 4.15)045.0(1
693,0693,02ln12
1
Jadi setelah 15.4 detik, setengah reaktan akan bersisa sehingga [A] = ½ [A]o
CONTOH Senyawa A dan B bereaksi membentuk C dan D dengan reaksi orde dua terhadap A dan orde reaksi keseluruhan adalah dua. Pada 30°C, konstanta laju reaksi adalah 0.622L/mols-1. Berapa waktu paruh reaksi bila 4.10 x 10-2 M dari A dengan B berlebih?
Reaksi A + B → CLaju = k[A]2
Selama reaksi, hanya konsentrasi A yang berpengaruh terhadap laju. Reaksi adalah orde kedua terhadap [A] dan orde reaksi keseluruhan adalah dua maka
min2.39)101.4)(min.622.0)(1(
1
A
1211
02
1 MxMakt
26
Waktu Paruh Reaksi
28
Reaksi 2N2O5(g) 2N2O4(g) + O2(g) memiliki persamaan laju = k[N2O5] dengan konstanta laju spesifik 0,00840 s-1 pada temperatur tertentu. Jika 2,50 mol N2O5 ditempatkan dalam wadah 5,00 L, berapa mol N2O5 tersisa setelah 1,00 menit. Diketahui:
• 2N2O5(g) 2N2O4(g) + O2(g)
• laju = k[N2O5] dengan k = 0,00840 s-1
• N2O5 = 2,50 mol, volume = 5,00 L Ditanya: mol N2O5 setelah 1 menit ?????
Strategi: tentukan [N2O5] tentukan mol N2O5 sisa setelah 1 menit
29
Penjelasan dan penyelesaian:
30
Konsentrasi N2O5 setelah 1 menit adalah
0,182 M, maka mol N2O5 yang tersisa
adalah:
Jadi mol N2O5 yang tersisa setelah 1 menit adalah 0,910 mol
Berapa waktu yang diperlukan untuk mereaksikan 90% dari N2O5 ?
Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
• Konsentrasi: molekul-molekul harus bertumbukan agar terjadi reaksi dalam konteks ini laju reaksi proporsional dengan konsentrasi reaktan
Misal NO2(g) + CO(g) → NO(g) + CO2(g)
Reaksi dapat terjadi bila molekul-molekul NO2 bertumbukan dengan molekul CO.Jika konsentrasi NO2 dinaikkan dua kali lipat maka molekul CO adalah menjadi dua kali lipat. Hanya sangat sedikit kemungkinan setiap reaksi terjadi menjadi dua kali lipat seandainya konsentrasi NO2 yang dua kali lipat.
Karbon terbakar lebih cepat dalam oksigen murni (a)dibandingkan dalam udara (b)Karena konsentrasi dari spesi yang bereaksi yaitu O2 lebih besar
NO bereaksi dengan O3. Meningkatnya konsentrasi NO atau O3 akan meningkatkan laju reaksi
….Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
• TekananTekanan tak berpengaruh pada reaksi yang terjadi dalam cairan atau padatanPada gas, tekanan gas dinaikkan dua kali lipat maka konsentrasi naik dua kali lipat Sehingga perubahan tekanan dari gas atau campuran gas hanya akan merubah konsentrasi aksi
….Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
• Temperatur: molekul harus bertumbukan dengan energi yang cukup untuk bereaksi
Temperatur akan mempengaruhi reaksi dan laju dari reaksi kimia akan meningkat dengan meningkatnya temperatur Temperatur akan naik 10 % dari 273 ke 300 K
36
TemperaturKenaikan temperatur dapat meningkatkan laju reaksi.
RTEaAek / RT
EAk alnlnatau
e = 2,718
A adalah konstanta yang nilainya sama dengan konstanta laju
k adalah konstantan laju pada temperatur tertentu
R =8,314 J/mol
Persamaan Arrhenius
37
….Pengaruh temperaturRTEaAek /
Sb(antimoni)
38
…Pengaruh Temperatur
Persamaan Arrhenius untuk dua temperatur yang berbeda
Pengaruh Struktur Molekul : Faktor Frekuensi
• Tumbukan Efektif: molekul harus bertumbukan sedemikian rupa sehingga atom yang bereaksi melakukan kontak dengan energi yang cukup sehingga membentuk produk
• 2 kriteria: energi yang cukup dan orientasi molekul yang tepat
Soal Latihan
• Salah satu reaksi gas yang terjadi dalam kendaraan adalah:NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g)Laju = k[NO2]m[CO]n
• Jika diketahui data sebagai berikut, tentukan orde reaksi keseluruhan
Eksperimen
Laju awal (mol/L.s)
[NO2] awal (mol/L)
[CO] awal (mol/L)
123
0,00500,080
0,0050
0,100,400,10
0,100,100,20
Soal Latihan
Siklobutana (C4H8) terdekomposisi pada 1000oC menjadi dua molekul etilen (C2H4) dengan konstanta laju reaksi orde satu 87 s-1
1. Jika konsentrasi awal siklobutana 2,00 M berapa konsentrasinya setelah 0,010 s?
2. Berapa fraksi siklobutana terdekomposisi pada waktu tersebut
42
Collision Theory
Sebelum reaksi bisa terjadi, molekul, atom atau ion harus bisa mencapai keadaan untuk bisa saling berbenturan/bertabrakan
Peningkatan jumlah konsentrasi reaktan akan meningkatkan jumlah tabrakan per satuan waktu
Faktor-faktor yang mempengaruhi tabrakan reaktan:
1. Harus mencapai keadaan energi minimum yang dibutuhkan untuk menata ulang elektron terluar sehingga bisa terbentuk ikatan
2. Harus dalam keadaan orientasi yang tepat untuk bisa bereaksi
43
Collision theory
44
Katalis
Zat lain yang ditambahkan untuk tujuan mempercepat laju reaksi.
Katalis dapat menurunkan energi aktivasi, sehingga bisa memepercepat laju reaksi
Katalis tidak terlibat dalam reaksi
Katalis terbagi dua kelompok :
• Katalis homogen: fasa sama dengan reaktan
• Katalis heterogen: fasa berbeda dengan reaktan
45
SELAMAT BELAJAR