K I N E T I K A
K I M I A
1. PENDAHULUAN
1.1 Konsep-konsep
penting dalam Kinetika Kimia
·
Kinetika Kimia
Adalah ilmu yang mempelajari tentang laju reaksi dan
mekanisme reaksi.
·
Laju atau Kecepatan :
Adalah
suatu perubahan dengan satuan waktu terdapat pada penyebut.
·
Laju
Reaksi (V):
Adalah
perubahan konsentrasi terhadap waktu yg diperlukan untuk perubahan tsb,
atau
kecepatan
berkurangnya pereaksi atau bertambahnya produk reaksi dinyatakan dlm
molar/detik (mol.L−1.s−1).
·
Persamaan Laju atau
Hukum Laju
Adalah
persamaan yg mengaitkan laju reaksi dengan konsentrasi molar pereaksi dgn
pangkat yang sesuai.
dX/dt =
V = k. [A]a.[B]b
Hukum laju: - diperoleh dari hasil eksperimen.
- dapat dinyatakan dlm bentuk
differensial
atau integral.
·
Orde Reaksi (n):
Adalah jumlah pangkat konsentrasi dalam hukum laju bentuk
differensial.
n = umumnya bil. bulat kecil (1,2,3…) dalam hal tertentu
bisa berupa pecahan atau nol.
·
Tetapan Laju (k):
Adalah tetapan perbandingan antara laju reaksi dan hasil
kali konsentrasi spesi yang mempengaruhi laju reaksi.
Tetapan laju = koefisien laju = laju
reaksi jenis.
·
Kemolekulan Reaksi:
Adalah jumlah spesi tahap penentu laju reaksi, yang
merupakan suatu konsep teoritis yang dapat digunakan jika sudah diketahui
mekanisme reaksi.
·
Mekanisme Reaksi
Adalah deret tahap-tahap dalam suatu reaksi kimia yang
merupakan perubahan keseluruhan,
atau
seperangkat proses elementer yang menjelaskan kemolekulan
reaksi.
·
Koordinat Reaksi
Adalah parameter yang terus bervariasi, dan setiap nilai
sesuai dengan seperangkat atom atau molekul sistem reaksi sepanjang jalannya
reaksi.
·
Katalis
Zat yang mempengaruhi laju reaksi (mempercepat laju reaksi)
dengan menurunkan energi pengaktifan.
Zat yang memperlambat reaksi : Inhibitor
·
Kompleks Teraktivasi
Gabungan atom, molekul atau ion pereaksi (tidak stabil) yang
menghasilkan produk reaksi. Bentuk ini
disebut juga keadaan transisi.
Energi Pengaktifan (Energi Aktivasi)
Energi
minimum yang harus dimiliki peraksi untuk menghasilkan produk reaksi. (Energi
minimum yang harus dimiliki oleh molekul pereaksi agar menghasilkan tabrakan
yang efektif).
·
Waktu Paroh
Adalah waktu yang diperlukan agar setengah dari jumlah A
bereaksi.
1.
Laju Reaksi
1.1.
Konsep Laju Reaksi
Laju reaksi dapat dinyatakan sbb:
Laju reaksi = Perubahan Konsentrasi……………
Waktu yg diperlukan untuk perubahan
Untuk reaksi : A + B → C
Laju = - d[A] atau Laju
= - d[B] atau Laju = + d[C]
dt dt dt
(konsentrasi/waktu)
1.2.
Pengukuran Laju Reaksi
Laju suatu reaksi dapat ditentukan dengan cara mengikuti
perubahan sifat selama terjadi reaksi.
a.
Analisis volumetri dan gravimetri
Untuk reaksi hidrolisis ester
CH3COOH2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH
b.
Mengukur Perubahan Tekanan
Pada cara ini, reaksi yang menyangkut gas, perubahan tekanan
dari sistem dapat diukur. Pada reaksi
C6H5N2Cl
+ H2O C2H5OH
+ HCl + N2
c.
Mengukur Perubahan Beberapa Sifat Fisik
-
mengukur indeks bias
-
mengukur intensitas warna
-
mengukur sifat optik aktif
-
mengukur daya hantar
-
mengukur viskositas
d.
Mengukur kalor yang dilepaskan pada reaksi eksoterm.
1.3.
Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
a.
Keadaan Pereaksi dan Luas Permukaan
Pada umumnya, makin kecil partikel
pereaksi makin besar permukaan pereaksi yang bersentuhan dalam reaksi, sehingga
reaksinya makin cepat.
b.
Konsentrasi ~ makin besar konsentrasi, laju reaksi makin
cepat
c.
Suhu ~ umumnya suhu dinaikkan laju reaksi bertambah.
d.
Katalis ~ mempercepat laju reaksi
e.
Cahaya ~ Fotosintesis dan fotografi sangat berkaitan dengan
reaksi yang peka terhadap cahaya.
3. HUKUM LAJU DAN ORDE REAKSI
3.1 Hukum Laju
Untuk
Reaksi ; A + B Produk
Hukum
laju ~ Laju (V) = k[A]a[B]b
3.2 Orde Reaksi
3.3 Definisi Laju reaksi
a
A + b
B p P + q Q
Laju (V) =
- 1 dA = - 1 dB =
+ 1 dP = + 1 dQ =
k [A]x[B]y
a dt b
dt p dt q dt
Dimana:
x = orde reaksi terhadap A
Y = orde reaksi terhadap B
x+y = orde total
Contoh:
Pada reaksi penguraian Nitrogen dioksida,
NO2, menjadi nitrogen oksida, NO, dan oksigen, O2:
2NO2
2NO + O2
a.
Tulislah pernyataan laju rata-rata berkurangnya konsentrasi
NO2 dan laju rata-rata bertambahnya konsentrasi NO dan O2!
b.
Jika diketahui laju berkurangnya konsentrasi NO2
adalah 4,0x10-13 mol.L-1s-1, berapa laju
bertambahnya konsentrasi NO dan O2?
Jawab:
a.
Laju berkurangnya konsentrasi NO2 =- d[NO 2] = - Δ[NO2]
dt Δt
Laju
bertambahnya konsentrasi NO =+ d[NO]
= + Δ[NO]
dt
Δt
Laju
bertambahnya konsentrasi O2 = + d[O2] =
+ Δ[O2]
dt Δt
b.
Untuk tiap 2 molekul NO2 yang bereaksi, terbentuk
2 molekul NO. Jadi berkurangnya konsentrasi NO2 dan bertambahnya
konsentrasi NO berlangsung dengan laju yang sama:
- 1 Δ[NO2] = 1 Δ[NO]
= 4,0 x 10-13 mol L-1s-1
2 Δt 2 Δt
Sedangkan
O2 hanya satu molekul yang diperoleh, maka:
-
1 Δ[NO2] = 1 Δ[O2] = 4,0 x 10-13 mol L-1s-1
2 Δt 1 Δt
Δ[O2] = 4,0 x 10-13 mol L-1s-1
= 2,0 x 10-13 mol L-1s-1
Δt 2
3.4 Penetapan Hukum Laju atau Persamaan
Laju
Perhatikan data:
1. 2N2O5 4NO2 + O2 2. 2NO2 2NO
+ O2
[N2O5]
|
Laju
(mol L-1s-1)
|
[NO2]
|
Laju
(mol L-1s-1)
|
|
0,020
0.040
0,080
|
0,70
x 10-6
1,40
x 10-6
2,80
x 10-6
|
0,020
0.040
0,080
|
0,75
x 10-13
3,00
x 10-13
12,00
x 10-13
|
Jadi ~ Laju (V) = k [N2O5] Laju (V) = k [NO2]2
Reaksi orde 1 Reaksi orde 2
3. 2A +
B2 2AB
Percobaan
|
[A]
|
[B]
|
Laju,
mol L-1s-1
|
1
2
3
|
0,50
0,50
1,00
|
0,50
1,00
1,00
|
1,6
x 10-4
3,2
x 10-4
3,2
x 10-4
|
Jadi Laju (V) = k [A]0[B2] atau Laju (V) = k [B2]
Orde
0 terhadap A
Orde
1 terhadap B2
Orde
reaksi total = 0 + 1 = 1
Bentuk-bentuk Hukum Laju Berdasarkan jenis
Orde Reaksi
No
|
Jenis Reaksi
|
n
|
Hukum
Laju
|
Satuan k
|
Waktu Paro
|
|
Bentuk Diff
|
Bentuk integral
|
|||||
1
|
A
Produk
|
0
|
V = k [A]0
|
[A]0-[A]t = kt
|
mol L-1s-1
|
t1/2 = [A]0/2k
|
2
|
A
Produk
|
1
|
V = k [A]
|
ln[A]0-ln[A]t =kt
|
s-1
|
t1/2 = ln 2/k
|
3
|
2A
Produk
|
2
|
V = k[A]2
|
1 - 1 = kt
[A]t [A]0
|
L mol-1s-1
|
t1/2 = 1/k[A]0
|
4
|
A+B Produk
|
2
|
V=k[A][B]
|
1
ln [B]0[A]t=
kt
[A]0–[B]0 [A]0[B]t
|
L mol-1s-1
|
t1/2 = 1/k[A]0
|
5
|
3A
Produk
|
3
|
V = k[A]3
|
1 - 1 =
kt
2[A]t2 2[A]02
|
L2mol-2s-1
|
t1/2= 3 .
2k[A]02
|
n = orde reaksi
Contoh Soal
- Penguraian termal aseton, (CH3)2C=O,
pada 600oC adalah reaksi orde pertama (1) dengan waktu paro 80
detik (s).
- Hitung tetapan laju (k)!
- Berapa waktu yang diperlukan agar 25 % suatu contoh
tertentu terurai?
Jawab :
- Tetapan laju, k = ln
2 = 0,693 = 8,7 x 10-3 s-1
t1/2 80 s
- Jika [A]0 = 100 %, terurai 25 % ~ [A]t
= 75 %, sehingga
kt = ln [A]0 , 8,7 x 10-3 s-1t = 100%
[A]t 75%
~
t = 33 s
- Data di bawah ini diperoleh dari peluruhan radikal metil
yang merupakan reaksi orde 2 :
Waktu [CH3●]
0 x 10-6 s 12,5 x 10-7 mol L-1
10
x 10-6 s 10,0 x
10-7 mol L-1
a.
Hitung tetapan laju (k)!
b.
Hitung waktu paro peluruhan!
Jawab:
a. Untuk reaksi
orde 2: 1 - 1 = kt
[A]t
[A]0
1 - 1 =k x10x 10-6 s
10,0
x 10-7 mol L-1 12,5 x 10-7 mol L-1
2
x 10-5 mol-1L = 10 x
10-6s k
k = 2 x 1010 mol-1Ls-1
====================
b. Waktu paro, t1/2 = 1 .
k[A]0
= 1 .
2 x 1010 mol-1Ls-1
x 12,5 x 10-7 mol L-1
t1/2 = 4 x 10-5 s
===============
- Data di bawah ini diperoleh untuk reaksi
A
+ B →
Produk
[A],
M [B], M Laju, Ms-1
1. 4,32
x 10-2 1,07
x 10-2 1,32
x 10-4
2. 4,32
x 10-2 1,56
x 10-2 2,84
x 10-4
3. 1,07
x 10-1 1,56
x 10-2 6,99
x 10-4
a)
Tulis persamaan laju
b)
Hitung laju reaksi jika
[A] = 8,42 x 10-2 M dan
[B] = 4,52 x 10-2 M
JAWAB
a)
Perhatikan 1 & 2
y log
1,46 = log 2,15
Jadi orde 2 terhadap B
Perhatikan 2 & 3 :
Jadi orde 1 terhadap A
Jadi hukum laju, V = k [A][B]2
b)
Untuk menghitung laju V1,
k harus dicari terlebih dahulu :
V
= 26,69 M-2S-1 p 8,42 x 10-2 M x (4,52 x 10-2M)2
= 1,59 x 10-3MS-1
IV. TETAPAN LAJU, SUHU dan ENERGI AKTIFASI
Energi Aktifasi →
Energi minimum yang dibutuhkan untuk
menghasilkan
reaksi jika saling tumbukan.
Reaski kimia dapat terjadi karena adanya
tumbukan untuk molekul-molekul yang bereaksi, tumbukan yang terjadi harus
tumbukan efektif.
Syarat tumbukan efektif :
- Energinya harus cukup → Ea
- Orientasi molekul selama tumbukan
Mis
: 2AB →
A2 + B2
A
B A B
B
A B A
(tidak menghasilkan Rx)
A
A A A A2 (menghasilkan Rx)
B B B B B2
R = tetapan gas = 8,314 J/mo
Pers Arrhenius : k = A e-Ea/RT
k
= tetapan laju
A
= faktor pra-eksponensial
Ea
= energi aktifasi
T
= suhu (ºK)
e = 2,71828
bila k1 adalah konstanta laju
pada T1 dan
k2 adalah konstanta laju pada T2
Dari persamaan Arrehensius : k = A e-Ea/RT
Jadi :
1.
Ea bertambah, e-Ea/RT
berkurang → makin banyak energi yang diperlukan,
molekul-molekul lebih sukar mencapai energi ini, sehingga laju berkurang.
2.
T bertambah, e-Ea/RT
bertambah → k bertambah
Laju reaksi bergantung pada suhu :
(V2/V1)
= 2 (T2 − T1)
10
V2 = laju akhir
V1
= laju awal
T2 = suhu akhir
T1 = suhu awal
CONTOH SOAL
Data di bawah ini diperoleh untuk suatu
reaksi :
Suhu Laju
0ºC 3 x 10-3
mol L-1S-1
20ºC 1,5 x 10-2
mol L-1S-1
a)
hitung energi
pengaktifan
b)
hitung laju reaksi pada
suhu 50ºC
JAWAB
a)
Ea
= 53525,35 J mol-1
= 53,53 kJ mol-1
b)
Jadi
laju (50ºC) = 38,47 x 3 x 10-3mol.L-1s-1
=
1,154 x 10-1mol.L-1s-1
0 komentar:
Posting Komentar