Download - KINETIKA KIMIA

Transcript
Page 1: KINETIKA KIMIA

KINETIKA KIMIA

BAB X

Page 2: KINETIKA KIMIA

Laju reaksi kimia

KINETIKA KIMIA

1

Hukum laju reaksi kimia2

Reaksi orde nol, satu dan dua3

Pengaruh suhu terhadap laju reaksi4

Katalis5

2

Page 3: KINETIKA KIMIA

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Laju Reaksi

1. Sifat Reaktan1. Sifat Reaktan

2. Konsentrasi Reaktan2. Konsentrasi Reaktan

3. Temperatur3. Temperatur

4. Katalis4. Katalis

3

Page 4: KINETIKA KIMIA

4

Fosfor merah Fosfor putih

SIFAT REAKTAN

Fosor putih akan menyala jika terpapar oksigen sedangkan allotropesnya fosfor merah tidak menyala jika terpapar oksigen

Page 5: KINETIKA KIMIA

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

Page 6: KINETIKA KIMIA
Page 7: KINETIKA KIMIA

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

Page 8: KINETIKA KIMIA

……….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

Page 9: KINETIKA KIMIA

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

Page 10: KINETIKA KIMIA

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 ?????

Page 11: KINETIKA KIMIA

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

Page 12: KINETIKA KIMIA

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

Page 13: KINETIKA KIMIA

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)

Page 14: KINETIKA KIMIA

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

Page 15: KINETIKA KIMIA

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

Page 16: KINETIKA KIMIA

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.

Page 17: KINETIKA KIMIA

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

Page 18: KINETIKA KIMIA

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

Page 19: KINETIKA KIMIA

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

Page 20: KINETIKA KIMIA

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

Page 21: KINETIKA KIMIA

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.

Page 22: KINETIKA KIMIA

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

Page 23: KINETIKA KIMIA

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

Page 24: KINETIKA KIMIA

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

Page 25: KINETIKA KIMIA

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

Page 26: KINETIKA KIMIA

26

Page 27: KINETIKA KIMIA

Waktu Paruh Reaksi

Page 28: KINETIKA KIMIA

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

Page 29: KINETIKA KIMIA

29

Penjelasan dan penyelesaian:

Page 30: KINETIKA KIMIA

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 ?

Page 31: KINETIKA KIMIA

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.

Page 32: KINETIKA KIMIA

Karbon terbakar lebih cepat dalam oksigen murni (a)dibandingkan dalam udara (b)Karena konsentrasi dari spesi yang bereaksi yaitu O2 lebih besar

Page 33: KINETIKA KIMIA

NO bereaksi dengan O3. Meningkatnya konsentrasi NO atau O3 akan meningkatkan laju reaksi

Page 34: KINETIKA KIMIA

….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

Page 35: KINETIKA KIMIA

….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

Page 36: KINETIKA KIMIA

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

Page 37: KINETIKA KIMIA

37

….Pengaruh temperaturRTEaAek /

Sb(antimoni)

Page 38: KINETIKA KIMIA

38

…Pengaruh Temperatur

Persamaan Arrhenius untuk dua temperatur yang berbeda

Page 39: KINETIKA KIMIA

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

Page 40: KINETIKA KIMIA

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

Page 41: KINETIKA KIMIA

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

Page 42: KINETIKA KIMIA

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

Page 43: KINETIKA KIMIA

43

Collision theory

Page 44: KINETIKA KIMIA

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

Page 45: KINETIKA KIMIA

45

Page 46: KINETIKA KIMIA

SELAMAT BELAJAR