Diktat Kinetika Reaksi_Abdul Kahar

Konsep Dasar Kinetika Kimia – A. Kahar

DIKTA IKTAT BU BUKU AJAR

Laju Reaksi Dan Mekanisme Reaksi Kimia

oleh Abdul Kahar, S.T, S.T, M.Si. M.Si.

JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS MULAWARNAN

FMIPA KIMIA - UNMUL

1

Titles you can't find anywhere else

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.


















SAMARINDA 2005

2

















3


HALAMAN PENGESAHAN DIKTAT BUKU AJAR

1. a. Judu Judull Dikt Diktat at Buku Buku Ajar Ajar : b. Bidang

:

2. a. Nama Penyusun b. Jenis Kelamin

Laju Laju Reak Reaksi si Dan Dan Mek Mekan anis isme me Reak Reaksi si Kimi Kimiaa Kimia (MIPA)

: :

Abdul Kahar, S.T. M.Si. Pria

c. Go Gol. Pa Pangkat da dan NI NIP

:

III/a, Pe Penata Mu Muda, 13 132 29 298 42 427

d. Jabatan Fungsional

:

Asisten Ahli

e. Jabatan Struktural

:

-

f. Fakultas/Jurusan

:

MIPA/Kimia

Samarinda, 15 Juli 2005

Mengesahkan, Dekan FMIPA

Drs. Sudrajat, S.U. NIP: 131 411 529

Penyusun,

Abdul Kahar, S.T, M.Si. NIP: 132 298 427

















4


KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan yang Maha Esa, kita panjatkan karena karena berkat Rahman dan Rahim-Nya Rahim-Nya jualah kita semua dapat dapat melaksan melaksanakan akan aktifitas aktifitas keseha keseharian rian kita dan penulis penulis dapat dapat menyelesaikan penulisan diktat buku ajar ini. Semoga Allah selalu memberi memberikan kan kekua kekuatan tan kepada kepada kita dalam dalam melaksan melaksanakan akan semua semua aktifitas keseharian keseharian kita. Dan tak lupa pula kita haturkan salam dan syalawat kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW, karena atas perjuangannyalah perjuangannyalah kita dapat mengenyam Islam. Diktat

ini

disusun

guna

memudahkan

mahasiswa

memp mempel elaj ajar arii Laju Laju Reaks eaksii dan dan Meka Mekani nism sme e Reaks eaksii Kimi Kimia a yang yang meru merupa paka kan n sala salah h satu satu mata mata kulia uliah h waji wajib b yang yang disa disaji jika kan n pada pada sem semeste esterr VI di Prog Progra ram m Stud Studii Kim Kimia, ia, khus khusus usny nya a di Fakul akulta tas s Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. UP FMIPA. Adapun isinya meru merupa paka kan n

mate materi ri

yang yang

diaj diajar ark kan

pada pada

sete seteng ngah ah

seme semest ster er

pertama. Diktat Buku Ajar ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penu penuli lis s mene meneri rima ma krit kritik ik dan dan sara saran n demi demi peny penyem empu purn rnaa aann nnya ya,, semoga bermanfaat. Wassalamu alaikum war, wab.

















5


Penulis

















6


DAFTAR ISI

Halaman Pengesahan Kata Pengantar Daftra Isi

ii iii iv

BAB I. KONSEP DASAR KINETIKA KIMIA 1. Termo ermodi dina nami mika ka Kimi Kimiaa 2. Kine Kineti tika ka Kimi Kimiaa 3. Klasif Klasifika ikasi si Reaksi Reaksi Kimia Kimia 4. Variabel Yang Berpengaruh Berpengaruh Terhadap Laju Reaksi Reaksi 5. Defi Defini nisi si Laju Laju Reak Reaksi si BAB II. LAJU REAKSI KIMIA 1. Keterga Ketergantun ntungan gan Laju Laju Reaksi Reaksi pada pada Konsen Konsentras trasii 1.1. Laju Reaksi Reaksi 1.2. Hukum Laju dan dan Konsentrasi Konsentrasi Laju Reaksi Reaksi 1.3. Orde Reaksi Reaksi 1.4. Hukum Laju Terintegrasi erintegrasi 1.5. Waktu Paruh Paruh 2. Keterga Ketergantun ntungan gan Laju Laju Reaksi Reaksi pada Temperatu emperatur r 2.1. Paramete Parameterr Arrheniu Arrheniuss 2.2. Termodina ermodinamika mika 2.3. Teori Tumbukan Tumbukan 2.4. Teori Keadaan-Transisi Keadaan-Transisi (Kompleks Teraktivasi) eraktivasi) 3. Metode Metode Penen Penentuan tuan Konstant Konstantaa dan dan Orde Orde Reaks Reaksii 3.1. Metode Diferensial Diferensial (Laju Awal) Awal) 3.2. Metode Metode Integral Integral 3.3. Metode Waktu Paruh 3.4. Metode Metode Relaksasi Relaksasi 3.5. Metode Analisis Guggenheim Contoh Soal Latihan Soal BAB III. MEKANISME REAKSI DAN HUKUM LAJU 1. Reaksi Reaksi Dasar Dasar Bimole Bimolekul kuler er 2. Reak Reaksi si Dasa Dasarr Bertu Berturu ruta tann 2.1. Pendekatan Keadaan Tetap 2.2. Prakesei Prakeseimban mbangan gan 2.3. Mekanisme Kerja Enzim 3. Reak Reaksi si Unim Unimol olek ekul ul Contoh Soal Latihan Soal

1 1 1 7 7 8 10 11 11 16 17 18 24 24 25 26 27 28 31 31 33 33 34 35 36 42 44 44 45 46 47 48 50 53 58

DAFTAR PUSTAKA



















7


BAB I KONSEP DASAR KINETIKA KIMIA Tujuan Pembelajaran :

Setelah mempelajari konsep dasar kinetika kimia, diharapkan mahasiswa mampu: 1. memahami memahami tujua tujuann dan pentingny pentingnyaa kinetik kinetikaa kimia. kimia. 2. memahami memahami hubunga hubungann termodina termodinamika mika kimia kimia dengan dengan kinetika kinetika kimia. kimia. 3. memahami memahami variabe variabel-va l-variab riabel el yang mempeng mempengaruh aruhii laju reaksi. reaksi. 4. mema memaha hami mi defi defini nisi si:: laju laju reak reaksi si,, huku hukum m laju laju,, orde orde reak reaksi si,, kons konsta tant ntaa laju laju reaksi, reaksi dasar, reaksi kompleks, molekularitas reaksi, mekanisme reaksi, kompleks teraktivasi, energi aktivasi, dan katalis. 1. Termodinamika Kimia

Termodinamika ermodinamika kimia mempelajari mempelajari hubungan antara reaktan dan hasil reaksi, tidak tidak mempel mempelaj ajari ari bagaim bagaiman anaa suatu suatu reaksi reaksi terse tersebut but berlan berlangsu gsung ng dan denga dengann kecepata kecepatann berapa berapa kesetimb kesetimbanga angann reaksi reaksi kimia kimia dicapai. dicapai. Hal ini dipelaj dipelajari ari dalam dalam kinetika kimia, sehingga kinetika kimia merupakan pelengkap bagi termodinamika kimia. Termodinamika kimia memberikan 2 hal penting yang diperlukan dalam merancang reaktor, yaitu : panas yang dibebaskan atau panas yang diserap selama reaksi berlangsung dan tingkat reaksi maksimum yang tepat. aA + bB → cC + dD

 positif, endoterm ∆ H r  ………………….. 1. negatif, eksoterm

Termodinamika juga memberikan perhitungan persamaan konstanta K dari energi bebas standar G O, bahan-bahan yang bereaksi.

∆G O = cGC O + dG DO − aG AO + bG BO = − RT ln K 2.

……………………………..


















8

reaksi menjadi rangkaian (tahap-tahap) reaksi dasar. Beberapa alasan pentingnya mempelajari kinetika kimia, yaitu: 1. Untuk Untuk kimia kimia fisik fisika, a, sebagai sebagai jalan jalan untuk untuk memahami memahami lebih lebih dalam sifat sifat dari sistem sistem reaksi, reaksi, untuk untuk memahami memahami bagaima bagaimana na pemutusa pemutusann ikatan ikatan kimia kimia dan terbentuknya ikatan kimia yang baru, dan untuk memperkirakan energi dan kestabilan suatu produk. 2. Untuk Untuk kimia organik organik,, kinetika kinetika kimia sangat sangat penting penting karena karena reaksi reaksi kimia akan akan memberik memberikan an petunjuk petunjuk pada struktur struktur molekul. molekul. Suatu sifat sifat yang penting dari setiap reaksi organik adalah bagaimana pemutusan satu atau lebih ikatan kimia (pada reaktan) dan pembentukan ikatan kimia yang baru (pada produk). Kemudian dengan membandingkan struktur pada reaktan dan produk, akan dapat ditentukan ikatan yang hilang dan ikatan yang terbentuk. Jadi kekuatan relatif ikatan kimia dan struktur molekul senyawa dapat ditelusuri dengan kinetika kimia. 3. Untuk Untuk teknik teknik kimia, kimia, kinetik kinetikaa suatu suatu reaksi reaksi harus harus diket diketahu ahuii jika jika kita ingin ingin meran merancan cangg peral peralata atann untuk untuk mengh menghasi asilka lkann reaks reaksii yang yang baik baik pada pada skala skala keteknikan. 4. Disampin Disampingg itu, merupakan merupakan teori teori dasar dasar yang penting penting dalam proses proses pembakar pembakaran an dan pelarutan serta melengkapi proses perpindahan massa dan perpindahan panas, dan memberikan masukan pada metode pemecahan masalah penomena laju dalam studi yang lain. Dalam mempelajari laju reaksi, ada beberap hal yang perlu diperhatikan yaitu; a. b. c. d. e.

Apakah Apakah reaksi reaksi berla berlangsu ngsung ng dengan dengan cepat cepat atau atau lamba lambat? t? Bagaiman Bagaimanaa kebergant kebergantunga ungann laju reaksi reaksi pada konsen konsentras trasi? i? Bagaiman Bagaimanaa keberga kebergantun ntungan gan laju laju reaksi reaksi pada pada temperat temperatur? ur? Apakah Apakah reaksi reaksi berlangsu berlangsung ng dalam dalam satu tahapan tahapan atau atau dalam beberap beberapaa tahap? tahap? FaktorFaktor-fakt faktor or apa yang yang mempenga mempengaruhi ruhi laju laju tiap-ti tiap-tiap ap tahap? tahap?


















9

2.2. Laju Reaksi (Kecepatan Reaksi), r

Laju reaksi reaksi adalah adalah kecepata kecepatann (laju) (laju) berkuran berkurangny gnyaa pereaksi pereaksi (reaktan (reaktan)) atau terbentuknya produk reaksi. Dapat dinyatakan dalam satuan mol/L atau atm/s. 2.3. Persamaan Laju Reaksi (Hukum Laju)

Huku Hukum m laju laju adal adalah ah pers persam amaa aann yang yang meng mengai aitk tkan an laju laju reak reaksi si deng dengan an konse konsentr ntrasi asi molar molar atau atau tekan tekanan an parsia parsiall pereak pereaksi si dengan dengan pangk pangkat at yang yang sesua sesuai. i. Persamaan laju laju atau Hukum laju laju diperoleh dari dari hasil eksperimen. eksperimen. Persamaan Persamaan laju reaksi dinyatakan dalam bentuk diferensiaal atau bentuk integral. 2.4. Orde Reaksi, n

Orde Orde reaks reaksii adala adalahh pangka pangkatt konsen konsentr trasi asi dalam dalam persam persamaa aann laju laju bentuk bentuk diferensial. Secara teoritis orde reaksi merupakan bilangan bulat, namun dari hasil eksperimen, dapat berupa bilangan pecahan atau nol. 2.5. Konstanta Laju, k

Konstanta laju reaksi adalah tetapan perbandingan antara laju reaksi dan hasil kali konsentrasi spesi yang mempengaruhi laju reaksi. Contoh, untuk reaksi: a A + b B → Pr oduk Jadi persamaan hukum lajunya adalah: - r A = k [ A] x [ B] y dimana : - r A : laju reaksi komponen A k : konstanta laju reaksi [ A] dan [ B] : konsentrasi reaktan A dan B x dan y : orde reaksi terhadap A dan B 2.6. Katalis

Berzelius adalah orang yang pertama yang menggunakan istilah katalis pada tahun 1835. Katalis adalah zat yang mempercepat laju reaksi tanpa mengalami perubahan swecara kimia pada akhir reaksi. Katalis memberikan jalan lain dengan energi aktivasi yang lebih kecil. Sedangkan zat yang memperlambat laju reaksi disebut inhibitor

















10


Tipe-tipe intermediate: 1. Radikal bebas : CH 3 •, C 2 H 5 •, I•, H•, CCl 3 • + 2. Ion –ion dan zat-zat polar: N 3 , Na + , OH - , H 3 O + , CH 3 OH 2 , I 3. Kompleks transisi 4. Molekul-molekul 2.8. Energi Aktivasi, EA

Energi aktivasi adalah energi minimum yang harus dimiliki pereaksi (reaktan) untuk menghasilkan produk reaksi. 2.9. Reaksi Elementer dan Non-elementer Reaksi elementer adalah reaksi dimana persamaan laju reaksinya sesuai

denga persamaan stoikiometrinya. stoikiometrinya. Reaksi elementer elementer (reaksi dasar) adalah tiap reaksi yang merupakan proses satu tahap. Contoh:

→ k → P A  → k → P 2 A  → k → P A + B  → k → P A + 2 B  k

1 → P A 

k 2 →  → S A 

k 1

A ↔ P k 2

− r A − r A − r A − r A − r A − r A − r A − r A

1

2

= k .[ A] = k .[ A] 2 = k .[ A].[ B] = k .[ A].[ B]2 = k 1 .[ A] ; = k 2 .[ A] = −r A + −r A = k 1 .[ A] + k 2 .[ A] 1

2

− r A = k 1 .[ A] ;

r A 2

− r A = −r A − r = k .[ A]

k .[ P ]

1

1

= k 2 .[ P ]

r A2

















11


k 1

2 A + B ↔ A2 B

r A2 B

k 2

0,72.[ A] 2 .[ B] = 1 + 2.[ A]

Kinetika kesetimbangan reaksi elementer

Perhatikan reaksi elementer reversibel, sebagai berikut: k 1

A + B ↔ R + S k 2

K , c , K

Maka; laju pembentukan R, untuk reaksi kedepan adalah: r R, kedepan

= k 1 .[ A].[ B]

dan laju kehilangan (konsumsi), untuk reaksi balik adalah:

− r R, balik = k 2 .[ R].[S ] Pada keadaan setimbang; r R, kedepan

+ r R, balik = 0 atau

k 1 .[ A].[ B ] = k 2 .[ R].[S ]

r R, kedepan k 1 k 2

= −r R, balik

= [ R].[S ] ……………………. 3. [ A].[ B]

sehingga kesetimbangan ini dapat dikombinasikan; menjadi: K c

=

k 1 k 2

= [ R].[S ] ………………………………………………………. 4. [ A].[ B ]

Bila reaksi tidak berada dalam keadaan setimbang, maka persamaan 3 dan 4 tidak berlaku. Model kinetika reaksi Non-elementer




















12

Maka untuk menjelaskannya dibuat langkah-langkah, sebagai berikut: k 1

1. A2 ↔ 2 A * k 2

k 3

2. A * + B2 ↔ AB + B * k 4

k 5

3. A * + B * ↔ AB k 6

Tanda bintang bintang ( *) menunjuk menunjukkan kan intermed intermediate iate (komplek (komplekss teraktiv teraktivasi) asi) yang “tak“takteramati”. Reaksi Kompleks

Reaksi kompleks adalah suatu kumpulan dari reaksi-reaksi elementer (reaksi dasar) yang memberikan produk-produk yang diperlukan atau menguraikan tahaptahap atau mekanisme terjadinya suatu reaksi. Contoh:

↔ NO2 + NO3 …………………………… (1) NO2 + NO3 → NO2 + O2 + NO ……………….... (2) NO + NO3 → 2 NO2 ………………………….…. (3) N 2 O5

Dari keempat tipe intermediate diatas, terdapat 2 macam reaksi: 1. Reak Reaksi si taktak-be bera rant ntai ai



















13


berl berlang angsun sungg dalam dalam tiga tiga tahap. tahap. Reaksi Reaksi tahap tahap (2) adalah adalah reaks reaksii yang yang lamba lambatt dan tahap pen penent entu u laju laju reaks reaksii. Reaksi disebut disebut sebagai sebagai tahap Reaksi diata diatass adala adalahh orde orde kesatu kesatu,, moleku molekula larit ritas as tahap tahap penent penentuu laju laju reaksi reaksi adalah adalah dua, dua, sehin sehingga gga disebu disebutt reaksi bimolekular. 3. Klasifikasi Reaksi Kimia

Ada banyak cara untuk mengelompokkan reaksi kimia, yang disesuaikan dengan jumlah, macam, dan fase yang terlibat dalam suatu reaksi. Reaksi dikatakan homogen apabila berlangsungnya reaksi dalam satu fase saja. Dalam reaksi homogen seluruh bahan yang bereaksi (reaktan) ditemukan dalam keadaan keadaan fase tunggal, tunggal, yaitu yaitu apakah apakah itu padat, cair cair atau gas. Jika reaksi berkatalis, berkatalis, maka maka katal katalis is harus harus juga juga dalam dalam fase fase yang yang sama sama dengan dengan reakt reaktan an.. Ada sejuml sejumlah ah landasan dasar untuk mendefinisikan laju reaksi, namun pengukuran yang intensif yang didasark didasarkan an pada volume volume fluida fluida yang berreaks berreaksii (reaktan (reaktan), ), yang merupaka merupakann penggunaan secara prakits untuk sistem homogen. Klasifikasi reaksi kimia yang berguna dalam perencanaan perencanaan reaktor kimia: Non Katalitis

Reaksi Homogen

-

keba ebanyak nyakaan re reaksi aksi fase gas

-

reaksi aksi yang ang ber berlan langsun gsungg cepat seperti; pembakaran

Katalitis

-

keb kebany anyaka akan re reaksi ksi fa fase cair reaksi da dalam si sistem koloid reaksi enzim dan mikrobial




















14

Variabe ariabell yang yang mempe mempenga ngaruh ruhii laju laju reaks reaksii adala adalahh konsen konsentra trasi, si, tekana tekanan, n, tempe temperat ratur ur,, dan keber keberada adaan an katal katalis. is. Variab ariabel el inilah inilah yang yang kita kita kontr kontrol ol untuk untuk mempelajari laju reaksi. Dalam sistem yang homogen; konsentrasi, tekanan, dan temperatur, adalah variabel yang nyata, sedangkan dalam sistem heterogen yang lebih dari satu fase akan menjadi permasalahan yang lebih kompleks. Dan kita dapat menyi menyimpu mpulk lkan an bahwa bahwa laju laju reaksi reaksi kompon komponen en A merupa merupakan kan fungsi fungsi dari dari sebaga sebagaii berikut:

= f (keadaaan sistem) r A = f ( temperatur , tekanan, konsentras i) rA = f (T, P, C) r A

Variabel ariabel temperat temperatur ur dan tekanan tekanan saling saling mempengar mempengaruhi, uhi, jika temperat temperatur ur ditent ditentuka ukann maka maka tekana tekanann akan akan terte tertentu ntu pula. pula. Jadi Jadi pada pada dasar dasarny nyaa hany hanyaa ada ada dua variabel variabel yang mempenga mempengaruhi ruhi laju laju reaksi reaksi yaitu yaitu konsent konsentrasi rasi dan temperat temperatur ur atau atau konsentrasi dan tekanan. Sehingga kita dapat menuliskan: r A r A

= f (temperatur , konsentras i) = f (T, C)

Dalam industri suatu proses perlu dipercepat atau diperlambat. Oleh karena itu setiap reaksi kimia dalam industri perlu dilangsungkan pada kondisi tertentu agar produkny produknyaa dapat dapat diperole diperolehh dalam dalam waktu waktu yang singkat. singkat. Jadi dengan mengetah mengetahui ui faktor-faktor yang mempengaruhi suatu reaksi, maka reaksi itu dapat dikendalikan.




















r i =

15

1 d Ni (mol komponen i yang terbentuk ) = ...................................... ...................................... . 8. S dt ( permukaan) (waktu)

Jika laju reaksi didasarkan pada satuan volume padatan dalam sistem gas padat, maka: r i =

1 d Ni (mol komponen i yang terbentuk ) = ..................................... ..................................... 9. V S dt (volume padatan) (waktu)

Sedang Sedangkan kan laju laju reaksi reaksi yang yang didasa didasarka rkann pada pada satua satuann volum volumee reakto reaktorr dan apabila berbeda dengan laju reaksi yang didasarkan atas satuan volume fluida, maka persamaan lajunya: r i =

1 d Ni (mol komponen i yang terbentuk ) = ...................................... ...................................... 10. V R dt (volume reaktor) (waktu)

Pada sistem homogen, volume fluida dalam reaktor seringkali sama dengan volume reaktor sehingga V dan V R adalah sama.




















16






















17

BAB II LAJU REAKSI KIMIA Tujuan Pembelajaran :

Setelah mempelajari laju reaksi kimia, diharapkan mahasiswa mampu: 1. mema memaha hami mi kete keterrgant gantun unga gann laju laju reak reaksi si pada pada kons konsen entr tras asii dan dan meng menguk ukur ur konsentrasi reaktan dan produk reaksi. 2. memahami memahami pengert pengertian ian laju laju reaksi reaksi sesaat sesaat dan laju reaksi reaksi rata-ra rata-rata. ta. 3. memahami memahami penerap penerapan an praktis praktis dan penerapa penerapann teoritis teoritis dari dari hukum laju. laju. 4. mema memaha hami mi wakt waktuu paru paruhh zat zat dala dalam m reak reaksi si dan dan hubu hubung ngan anny nyaa deng dengan an konsentrasi awal dan orde reaksi. 5. memahami memahami keterga ketergantun ntungan gan laju reaksi reaksi pada temperat temperatur ur mengenai: mengenai: persama persamaan an Arrhenius dan persamaan Van’t Hoff, keadaan transisi, serta teori tumbukan. 6. memahami memahami penggun penggunaan aan metode metode penentu penentuan an konstant konstantaa laju dan orde orde reaksi. reaksi.






















r A =

1

d P A

RT

dt

18

............................................. .................................................................... ........................................... .................... 1c.

Jadi, laju reaksi untuk setiap komponen dapat dinyatakan dengan perubahan laju konsentrasi atau tekanan parsialnya. Reaksi dikatakan heterogen terjadi apabila berlangsungnya paling sedikit 2 fase. Kadang klasifikasi ini tidak jelas batasnya untuk kelompok besar reaksi secara biol biologi ogis, s, reaksi reaksi subst substrat rat-e -enzi nzim. m. Disin Disinii enzim enzim bertin bertindak dak sebag sebagai ai katali kataliss dalam dalam memproduksi protein, padahal kenyataannya enzim sendiri merupakan gabungan protein dengan berat molekul yang besar dengan ukuran 10 – 100 mμ. Larutan yang mengandung enzim mengaburkan batasan yang sama antara sistem homogen dan sistem heterogen. 1. Kete Ketergan rgantung tungan an Laju Laju Reaksi Reaksi pada pada Konse Konsentra ntrasi si

Laju rekasi rekasi dipelaja dipelajari ri karena karena pentingny pentingnyaa kemampua kemampuann untuk untuk meramalk meramalkan an





















19


Laju reaksi dinyatakan sebagai perubahan konsentrasi zat perekasi (reaktan) atau produk reaksi dalam satuan waktu tertentu. Jadi: Perubahan Konsentras i Laju Reaksi = Waktu yang diperlukan Perhatikan rekasi umum yang berbentuk: aA + bB → cC + dD

pada suatu saat tertentu, konsentrasi reaktan A dan B adalah [A] dan [B], dan konsentrasi produk reaksi C dan D adalah [C] dan [D]. Laju dapat dinyatakan dalam batasan laju pembentukan produk reaksi atau laju konsumsi reaktan (pereaksi) tertentu. Maka:

−

1 d [ A]

=−

1 d [ B ]

=

1 d [ C ]

=

1 d [ D ]

= k [ A] l [ B] m ………………….. 1d.






















20

dari persamaan reaksi diatas terlihat bahwa : berkurangnya konsentrasi A adalah 5 kali lebih cepat dibandingkan dengan B dan berkurangnya konsentrasi C adalah 6 kali lebih cepat dibandingkan dengan B. 1 Dengan demikian , laju reaksi adalah kali perubahan konsentrasi persatuan n waktu untuk zat dengan n mol yang terdapat dalam persamaan reaksi tersebut. Oleh karena itu, hubungan antara laju reaksi pembentukan dan laju konsumsi reaktan akan lebih rumit. Dalam hal ini adalah:

−

1 d [ A] d [ B ] 1 d [ C ] 1 d [ D ] 1 d [ E ] =− =− = = 5 dt dt 6 dt 3 dt 3 dt

Ada 2 pengertian tentang Laju Reaksi, yaitu: - Laj Laju Re Reaks aksi ra ratata-rat rata - Laju sesaat





















21


Limit

=

[

∆ N 2 O5

∆t → 0

∆t

]

=

[

d N 2 O5

]

dt

Waktu, s

Konsentrasi N2O5,mol/L

0

2,15

100

2,00

........................................... ................................................................. ...................... 3 Laju rata-rata, mol/L.s -3

1,5.10

Laju sesaat pada t, mol/L.s

1,34.10-3

1,26.10-3 1,3.10-3

300

1,12.10-3

1,75 1,0.10-3
























0.25

5 0.2 O 2 N i 0.15 s a r t n e 0.1 s n o k

A

22
























Laju Reaksi =

d [Re ak tan] dt

= tan α

Untuk produk: Laju reaksi =

d [Pr oduk ]

= tan β

23
























24

Hukum laju (persamaan laju) dapat diungkapkan dalam bentuk diferensial atau bentuk integral. 1.3. Orde Reaksi Reaksi

Orde reaksi terhadap suatu komponen merupakan pangkat dari konsentrasi komponen tersebut, dalam hukum laju bentuk diferensial. Pada umumnya orde reaksi merupakan bilangan bulat dan kecil, namun dalam banyak hal bisa merupakan peca pecahan han atau atau nol Conto Contohny hnya, a, reaks reaksii dengan dengan hukum hukum laju laju dalam dalam persam persamaan aan 6,
























25

1.4. Hukum Laju Terintegrasi

Kare Karena na huku hukum m laju laju meru merupa paka kann pers persam amaa aann turu turuna nan, n, maka maka kita kita haru haruss mengintegrasikannya jika kita ingin mencari konsentrasi sebagai fungsi dari waktu. Reaksi Orde Kenol

Reaksi orde nol adalah reaksi-reaksi yang lajunya dapat ditulis sebagai: d [ A]
























26

dan diperoleh: [ A] − ln = k .t atau ln [ A]0 = k .t ............................................. ......................................................... ............ 11b. [ A]O [ A] [ A] = [ A]O .e -k.t ............................................ ................................................................... ............................................. ...................... 11c Huku kum m Laju Laju Kedu Keduaa pers persam amaa aann ini ini (11b (11b dan dan 11c) 1c) meru merupa paka kann vers versii dari dari Hu Terintegrasi, yaitu bentuk integrasi dari persamaan laju reaksi.


























27


























28


























29


























30


























31













































































































































































































































































































































































































62


Asumsi keadaan tetap (steady-state) = r A =

d [ A2* ]

* 2

dt

=0

= k 1 .[ A] 2 − k 2 [A *2 ] - k 3 [A *2 ] [B] + k 4 [A 2 B] = 0 , jadi:

r A* 2

k 1 .[ A]

2

+ k 4 [A 2 B] = k 2 [A *2 ] + k 3 [A *2 ] [B] , sehingga diperoleh:

k 1 [A]2 + k 4 [A 2 B] [A ] = k 2 + k 3 [B] * 2

d [ A2 B ]

dan

r A B =

r A2 B

= k 3 [A *2 ] [B] - k 4 [A 2 B]

2

(a)

dt

(b)

Selanjutnya persamaan (a) disubstitusi ke persamaan (b), dperoleh: r A2 B

r A2 B

r A2 B

 k 1 [A]2 + k 4 [A 2 B]   = k 3   [B] - k 4 [A 2 B] + k k [B] 2 3   = =

k 3 [B] k 1 [A]2

+ k 3 [B] k 4 [A 2 B] - k 4 [A 2 B] ( k 2 + k 3 [B]) k 2 + k 3 [B]

k 3 [B] k 1 [A]2

+ k 3 [B] k 4 [A 2 B] - k 2 k 4 [A 2 B] + k 3 [B] k 4 [A 2 B] k 2 + k 3 [B]

jadi: r A2 B

k 1 k 3 [B] [A]2 - k 2 k 4 [A 2 B] = k 2 + k 3 [B]

sehingga, jika k 2 <<, maka persamaan (c) menjadi: r A2 B

k 1 k 3 [B] [A]2 = = k 1 [A]2 k 3 [B]

jika k 4 <<, maka persamaan (c) menjadi: r A2 B

k 1 k 3 [B] [A]2 = → /k 2, diperoleh: k 2 + k 3 [B]

r A2 B

k 1k 3 [B] [A]2 k 2 0,72.[ A] 2 .[ B] = ≠ r A2 B = k 3 1 + 2.[ A] 1 + [B] k 2

sehingga kita mengajukan hipotesa II, sebagai berikut:

(c)

















63


k 3

A + AB ↔ A 2 B *

k 4

dengan reaksi elementer: k 1 →  → AB* A + B 

1

k 2 →  → A+B AB* 

2

k 3 →  → A2B AB* + A 

3

k 4 →  → AB* + A A 2 B 

4

Asumsi keadaan tetap (steady-state) = r AB* = r AB*

d [ AB * ] dt

=0

= k 1 .[ A] [B] − k 2 [AB* ] - k 3 [AB* ] [A] + k 4 [A 2 B] = 0 , jadi:

k 2 [AB* ] + k 3 [AB* ] [A] = k 1 .[ A] [B] + k 4 [A 2 B] , sehingga diperoleh: [AB* ] =

k 1.[ A] [B]

+ k 4 [A 2B]

k 2 + k 3 [A] d [ A2 B ]

dan

r A B =

r A2 B

= k 3 [AB* ] [A] - k 4 [A 2 B]

2

(a)

dt

(b)

selanjutnya persamaan (a) disubstitusi ke persamaan (b), diperoleh: r A2 B

 k .[ A] [B] + k 4 [A 2 B]   = k 3 [A]  1  - k 4 [A 2 B] + k k [A]  2 3 

r A2 B

=

r A2 B

=

k 3 [A] k 1 .[ A] [B]

+ k 3 [A] k 4 [A 2 B] - k 4 [A 2 B] ( k 2 + k 3 [A]) k 2 + k 3 [A]

k 3 [A] k 1 .[ A] [B]

+ k 3 [A] k 4 [A 2 B] - k 2 k 4 [A 2 B] − k 3 [A] k 4 [A 2 B] k 2 + k 3 [A]

jadi: r A2 B =

k 3 k 1 .[ A] 2 [B] - k 2 k 4 [A 2 B]

k 2 + k 3 [A]

maka, jika k 4 <<, maka persamaan (c) menjadi: r A2 B

=

k 1 k 3 .[ A]2 [B]

k 2 + k 3 [A]

, → /k 2, diperoleh:

(c)

















64


k 1 k 3 r A2 B

k 2

=

1+

dimana:

.[ A] 2 [B] k 3 k 2

k 1 k 3 k 2

≅

r A2 B

[A]

~ 0,72 dan

0,72.[ A] 2 .[ B] = 1 + 2.[ A]

k 3 ~2 k 2

jadi mekanisme reaksi yang terjadi seperti pada hipotesa II. k 1

k 2 3. Suatu Suatu reak reaksi si prake prakesei seimba mbanga ngan: n: A + B ↔ C  →  →P k 1 '

Tentukanlah laju pembentukan P, tetapi tanpa mengabaikan kenyataan bahwa zat antara C berkurang secara perlahan-lahan karena membentuk P. Jawab: Reaksi diatas reaksi elementernya sebagai berikut: k 1 →  →C A + B 

(1)

k 1 ' →  → A+B C 

(2)

k 2 →  →P C 

(3)

Maka; laju pembentukan: d [C] = k 1 [A] [B] - k 1 ' [C] - k 2 [C] dt

(4)

dengan dengan mengguna menggunakan kan pendekat pendekatan an keadaan keadaan tetap tetap (steady (steady-sta -state) te) untuk untuk zat antara C,

d [C] = 0 ; diperoleh: dt

k 1 [A] [B] - k 1 ' [C] - k 2 [C] = 0 → k 1 [A] [B] = ( k 1 ' + k 2 ) [C] [C] = d [P] dt

k 1 [A] [B] ( k 1 ' + k 2 )

(5)

= k 2 [C]

(6)

Selanjutnya dengan mensubstitusi persamaan 5 ke persamaan 6, diperoleh: d [P]

k 1 [A] [B]

d [P]

k 1 k 2

















65


Latiahan Soal

1. Reaksi : Cl Cl2 + CO → COCl, dianggap berlangsung dengan mekanisme berikut ini: Cl 2

↔ 2Cl ∗

cepat, pada kesetimbangan

Cl ∗

+ CO ↔ COCl ∗

cepat, pada kesetimbangan

COCl ∗

+ Cl 2 ↔ COCl 2 + Cl ∗

lambat dan mengontrol laju

Tentukan persamaan laju reaksi untuk pembentukan COCl 2. 2. Reaksi Reaksi dasar dasar yang terjadi terjadi dalam dalam dekomposi dekomposisi si homogen homogen nitrogen nitrogen oksida oksida:: k 3 →  → N 2 + 1/2 O 2 N 2 O 

dengan laju: − r N O = 2

k 1 [N 2 O] 2 1 + k 2 [N 2 O]

Tentukan suatu mekanisme untuk menjelaskan laju yang diamati. 3. Mekanisme berikut ini diusulkan untuk oksidasi amoniak dengan tambahan ClO; NH 3 + ClO → NH 2 * + HCl * NH 2 + O 2 → NO + H 2 O

NH 2 * + O 2 → HNO* + OH 2 HNO* + O 2 → H 2 O + N 2 O a. Turunk Turunkan an suatu suatu pernya pernyataa taann untuk untuk laju pembent pembentuka ukann

N 2O yang yang hany hanyaa

mengandung konsentrasi O 2, NH3, dan ClO konstanta laju reaksinya. b. Hal-hal apa yang membatasi pernyataan ini; jika 1. k 2 >> k 3 2. k 3 >> k 2 c. Jelaskan laju reaksi relatif pembentukan N 2O dan H2O dalam kedua hal diatas (b). 4. Dari Dari hasil hasil peneli penelitin tin laborat laboratori orium um menunj menunjuk ukkan kan bahwa bahwa reaksi reaksi fase gas thermal thermal

















66


k 1 →  → 2 Br • Br 2 

inisiasi

k 2 →  → HBr + H • Br • + H 2 

propagasi

k 3 →  → HBr + Br • H • + Br 2 

propagasi

→ 4 → H 2 H • + HBr  k

+ Br •

inhibisi

k 1 →  → Br 2 Br • + Br • 

Tuliskan pernyataan untuk

terminasi d [HBr] d [H] d [Br] , , dan ; dengan asumsi bahwa H dt dt dt

dan Br sebagai zat antara reaktif. Buktikan bahwa persamaan laju reaksinya dapat 1/ 2

 k  d [HBr] = 2 k 2  1   dituliskan dalam bentuk : dt  k 5 

[H 2 ] [Br 2 ]1/2 k [HBr] 1+ 4 k 3 [Br 2 ]

5. Buktikan Buktikan bahwa bahwa mekan mekanisme isme prakesei prakeseimban mbangan: gan: k 1

2A ↔ B k 1 '

k 2 →  →P B + C 

mengikuti orde reaksi ketiga, dengan laju

d [P] = k [A]2 [B] dt

→ k → CO 2 + NO pada 6. Mekani Mekanisme sme berik berikut ut diusulk diusulkan an untuk untuk reaksi reaksi CO + NO 2  temperatur rendah. k 1

I. 2 NO 2 ↔ N 2 O 4 k 2

k 3 →  → 2 CO 2 + 2 NO N 2 O 4 + CO  k 1 →  → NO 3 + NO II. 2 NO 2  k 2 →  → NO 2 + CO NO 3 + CO 

(cepat) (lambat) (lambat) (cepat)

7. Suatu Suatu reaks reaksii mempuny mempunyai ai mekan mekanisme isme berikut: berikut:



















67


k 3 →  → E +D C + B  k 4 →  →F 2 D 

dimana A dan B adalah reaktan, C dan D adalah zat antara reaktif, E dan F adalah produk. Jika r2 >> r3 dan dengan menggunakan pendekatan steady-state, carilah: a. laju laju reaks reaksii dalam dalam bata batasan san A dan dan B. b. orde parsial parsial berkenaa berkenaann dengan dengan A dan B. B. c. orde orde tota totall dari dari reak reaksi si ter terseb sebut. ut. 8. Mekanisme Rice-Herzfeld Rice-Herzfeld yang sederhana untuk penguraian penguraian asetaldehid asetaldehid adalah: k 1 →  → CH 3 CH 3 CHO 

+ CHO

k 2 →  → CO + H CHO  k 3 →  → CH 3 CO + H 2 H + CH 3 CHO  k 4 →  → CH 3 CO + CH 4 CH 3 + CH 3 CHO  k 5 →  → CH 3 + CO CH 3 CO  k 6 →  → C2H6 2 CH 3 

Jika Jika laju laju dari dari tahap tahap perta pertama ma diabai diabaikan kan,, maka maka laju laju pengur pengurai aian an asetal asetaldeh dehid id mengikuti orde 3/2. Carilah konstanta laju efektif. 9. Perhatik Perhatikan an mekanism mekanismee berikut berikut ini untuk untuk dekomp dekomposis osisii termal termal R2: k 1  → 2 R R 2 

R + R 2

R'

k 3

k  →  → 2

(1) PB

→ P + R

+ R'

(2) (3)

















68


k 1  → 2 OH H 2 + O 2 

(1)

k 2 →  → H2O + H ⋅ OH ⋅ + H 2 

(2)

k 3 →  → OH ⋅ + ⋅ O ⋅ O 2 + H ⋅ 

(3)

k 4 →  → OH ⋅ + H ⋅ H 2 + ⋅ O ⋅ 

(4)

k 5 →  →P H ⋅ 

(5)


















69

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P.W. 1997. Kimia Fisika. Edisi Keempat. Penerbit Erlangga. Jakarta. Dogra. S.K dan Dogra. S. 1990. Kimia Fisik dan Soal-Soal . Penerbit Penerbit Universi Universitas tas Indonesia. Struktur tur Atom, Atom, Strukt Struktur ur Mole Molekul kul & Siste Sistem m Perio Periodik dik.. Hisk Hiskia ia Achm Achmad ad.. 1992 1992.. Struk Penerbit PT. Citra Aditya Bakti. Bandung.

Levenspiel, Octave . 1972. Chemical Reaction Engineering . Second Edition. John Wiley & Sons Inc. New York. Sukardjo. 1989. Kimia Fisika. Edisi kedua. Jilid 1. Bina Akasara. Jakarta Syukri. S. 1990. Kimia Dasar I . ITB. Bandung. Tony Bird. 1987. Kimia Fisika Untuk Universitas. Penerbit PT. Gramedia. Jakarta.

Diktat Kinetika Reaksi_Abdul Kahar

Recommend Documents