Sabtu, 29 Juni 2013

MATERI KULIAH TENTANG KINETIKA KIMIA


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
  1. Penguraian termal aseton, (CH3)2C=O, pada 600oC adalah reaksi orde pertama (1) dengan waktu paro 80 detik (s).
    1. Hitung tetapan laju (k)!
    2. Berapa waktu yang diperlukan agar 25 % suatu contoh tertentu terurai?




Jawab :
  1. Tetapan laju, k  = ln 2  = 0,693      = 8,7 x 10-3 s-1
      t1/2       80 s

  1. 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

  1. 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
                        ===============



  1. 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
       (1,46)y  = 2,15
                                        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 :
  1. Energinya harus cukup Ea


  1. 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