TUGAS KIMIA FISIKA KINETIKA REAKSI
Disusun oleh : Kelompok 10 Kelas A
Arbhy Indera Ikhwansyah
(1007113576)
Ahmed Zikri
(1007133856)
Dedi Meier Silaban
(1007113662)
Elia Simanjuntak
(1007135318)
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU 2011
BAB I PENDAHULAAN
1.1 Latar Belakang
Terjadinnya reaksi kimia disebabkan karena adannya tumbukan atau tabrakan antar molekul – molekul pereaksi dengan arah yang tepat dan memiliki energy yang cukup untuk mengatasi energy aktivasi molekul pereaksi. Molekul pereaksi yang menerima tumbukan akan berubah menjadi molekul teraktivasi (Komplek transisi) dan segera berubah menjadi produk (hasil reaksi). Senyawa pada keadaan kompleks teraktivasi ini bersifat tidak stabil. Untuk mencapai keadaan kompleks teraktifasi,diperlukan energy yang disebut energy aktivasi. Energy aktivasi adalah energy potensial yang harus dilampaui sebelum terjadi reaksi kimia. Kompleks teraktivasi merupakan tahap persimpangan ketika kenaikan mulus energy potensial pada saat reaksi (reaktan) saling mendekati menjadi penurunan mulus ketika molekul hasil reaksi (produk) memilsah. Ini berarti,tidak semua pasangan yang bereaksi menghasilkan reaksi. Hanya pasangan yang memiliki energy kinetic cukup dapat melonggarkan ikatannya dan menata ulang ato-atomnya sewaktu mencapai keadaan transisi yang memisahkan preaksi dari hasil reaksi. Jika halangan ini terlalu tinggi,hampir semua pasangan molekul reaksi yang bertumbukan berpisah satu sama lain tanpa reaksi. 1.2Tujuan
Tujuan dari makalah yang dibuat adalah : 1.Mengetahui defenisi dari Kinetika reaksi kimia 2.Mengetahui Faktor – Faktor – faktor faktor yang mempengaruhi laju reaksi 3..Mengetahui Persamaan Laju Reaksi 4..Mengetahui orde dari suatu Reaksi Kimia
5. mengetahui cara penentuan orde reaksi
BAB II ISI
2.2 Pengertian Kinetika Reaksi
Kinetika kimia adalah bahagian ilmu kimia fisika yang mempelajari laju reaksi kimia, faktor-faktor yang mempengaruhinya serta penjelasan hubungannya terhadap mekanisme reaksi. Kinetika kimia disebut juga dinamika kimia, karena adanya gerakan molekul, elemen atau ion dalam mekanisme reaksi dan laju reaksi sebagai fungsi waktu. Mekanisme reaksi dapat diramalkan dengan bantuan pengamatan dan pengukuran besaran termodinamika suatu reaksi, dengan mengamati arah jalannya reaktan maupun produk suatu sistem. Syarat untuk terjadinya suatu reaksi kimia bila terjadi penurunan energi bebas (Δ G < 0). Dipertanyakan, berapa cepat reaksi reaksi berlangsung , dengan perkataan lain, berapa nilai laju reaksi itu. Hal ini berlawanan dari tinjauan termodinamika, dimana tidak dikenal parameter waktu karena hanya tergantung dari kaadaan awal dan akhir sistem itu sendiri. Subyek yang sangat penting dalam termodinamika adalah keadaan kesetimbangan, maka termodinamika adalah metoda yang sangat penting untuk mejajaki keadaan kesetimbagat suatu reaksi kimia. Sebagai contoh adalah energi bebas reaksi-reaksi berikut: 2 H2 + O2 ↔ 2 H2O......................................................... (1.1) C + O2 ↔ CO2 .............................................................. (1.2) H2 + Br2 ↔ 2 HBr ......................................................... (1.3) Reaksi dapat berlangsung, berarti Δ G < 0 dan termodinamika reaksi kesetimbangan pada suhu kamar benar-benar tergantung dari sisi produk reaksi. Ternyata reaksi berlangsung sangat lambat, dimana laju reaksi hampir tidak dapat terukur. Pada sisi yang lain, ada reaksi dimana termodinamika kesetimbangannya kuat pada sisi reaktan, dalam keadaan ini kesetimbangan mempunyai laju reaksi yang tinggi. Contohnya pada reaksi dissosiasi asam asetat dalam larutan berair. CH3COOH + H2O ↔ CH3COO - + H3O+ ................... (1.4)
Dalam hal ini untuk mencapai saat kesetimbangan diperlukan waktu 10-6 detik, walaupun derajat dissosiasi 1 Molar larutan ini hanya 0.5%. Sudah barang tentu untuk tujuan teknik diinginkan laju reaksi yang sangat tinggi dengan menggunakan konsentrasi reaktan yang kecil diperoleh Yield produk yang besar dengan biaya yang kecil.
2.2 Langkah Reaksi dan Aktivasi
Mengapa suatu reaksi berlangsung sangat lambat dan bagaimana hubungan termodinamika reaksinya? Hal ini dapat terjadi bukan karena reaksi berlangsung pada energi bebas sangat kecil, melainkan karena adanya perubahan energi barier berupa energi kinetik dan energi potensial komponen reaktan yang bertabrakan. Pada berlangsungnya reaksi dua komponen A dan B membentuk produk komponen C dan D dituliskan: A + B → C + D.............................................................. (1.5)
Sebagai contoh, Br. + H2 → HBr + H
Gambar 2.1
Saat reaksi berlangsung, reaksi berlangsung, ikatan H−H terputus dan selanjutnya terbentuk ikatan baru H−Br. Untuk dapat terjadi reaksi ini, kedudukan kedua partikel harus sangat dekat, sehingga kemungkinan terjadinya perpindahan ikatan diperoleh (Gambar 1.1). Sewaktu partikel ini berdekatan, terjadi
kenaikan energi potensial, dimana tenaga ini dipergunakan untuk bertumbukan, sehingga ikatan antara partikel H−H terputus, dengan perkataan lain jarak ikatan bertambah besar. Pada saat yang sama mulai terbentuk suatu ikatan antara atom Br yang tertumbuk dengan atom H yang terputus, terikatnya ikatan baru ini dimenangkan oleh energi potensial yang lebih tinggi. Kedua keadaan ini, kenaikan energi potensial dan kemudian energi ini menurun membentuk kurva parabolik, dimana penurunan energi potensial ini diikuti dengan terbentuknya ikatan baru dari molekul produk. Kurva ini mempunyai harga energi potenasial maksimum yang labil dari konfigurasi Br...H....H, keadaan ini disebut kompleks tumbukan atau kompleks teraktivasi. Baik keadaan transisi Br...H maupun H...H ada energi kosong, dimana kompleks
teraktivasi terletak antara partikel reaktan atau diproduk akhir HBr dan H. Perbedaan antara energi potensial kompleks teraktivasi dan energy potensial reaktan ialah energi barier, energi untuk terbentuknya suatu reaksi disebut energi teraktivasi. Jumlah energi kedua partikel, berasal dari energi kinetik (energy translasi) dan energi potensial (energi elektron, vibrasi, rotasi) nilainya konstan sepanjang terjadinya langkah-langkah reaksi. Untuk terjadinya suatu reaksi, jumlah energi itu harus lebih besar dari energi potensial teraktivasi. Jumlah energi kedua partikel, berasal dari energi kinetik (energy translasi) dan energi potensial (energi elektron, vibrasi, rotasi) nilainya konstan sepanjang terjadinya langkah-langkah reaksi. Untuk terjadinya suatu reaksi, jumlah energi itu harus lebih besar dari energi potensial teraktivasi. Gambaran terjadinya reaksi dari tinjauan dimensi makroskopis yaitu dengan memandang suatu sistem terdiri dari sejumlah besar satuan partikel, dibiarkan terjadi reaksi antara reaktan membentuk produk akhir dan dengan syarat besaran termodinamika tertentu dari komponen kompleks teraktivasi, seperti energi bebas, entalpi dan entropi. Langkah reaksi terhadap energi bebas molar standarnya ditampilkan dalam Gambar 2.1. Perbedaan antara energi bebas molar standar kompleks teraktivasi dan energi bebas molar standar reaktan disebut energi bebas teraktivasi ΔGm . Demikian pula untuk perbedaan molar entalpi standar ikatan dan entalpi molar
standar disebut entalpi teraktivasi, juga entropi molar standar. Ketiga besaran termodinamika ini mempunyai hubungan sebagai berikut.
ΔGm = ΔHm - T ΔS m ...................................................... (1.5)
Gambar 2.1
2.3 Orde Reaksi dan Persamaan Laju Reaksi Merubah konsentrasi dari suatu zat di dalam suatu reaksi biasanya merubah juga laju reaksi. Persamaan laju menggambarkan perubahaan ini secara matematis. Order reaksi adalah bagian dari persamaan laju. Halaman ini memperkenalkan dan menjelaskan berbagai istilah yang perlu Anda tahu.
2.3.1
Persamaan Laju
Ada beberapa cara untuk mengukur laju dari suatu reaksi. Sebagai contoh, jika gas dilepaskan dalam suatu reaksi, kita dapat mengukurnya dengan menghitung volume gas yang dilepaskan per menit pada waktu tertentu selama reaksi berlangsung. Definisi Laju ini dapat diukur dengan satuan cm
3
-1
s .
Bagaimanapun, untuk lebih formal dan matematis dalam menentukan laju suatu reaksi, laju biasanya diukur dengan melihat berapa cepat konsentrasi suatu reaktan berkurang pada waktu tertentu.
Sebagai contoh, andaikan kita memiliki suatu reaksi antara dua senyawa A dan B . Misalkan setidaknya salah satu mereka merupakan zat yang bisa diukur konsentrasinyamisalnya, larutan atau dalam bentuk gas.
Untuk reaksi ini kita dapat mengukur laju reaksi dengan menyelidiki berapa cepat konsentrasi, katakan A, berkurang per detik. Kita mendapatkan, sebagai contoh, pada awal reaksi, konsentrasi berkurang dengan laju 0.0040 mol dm
-3
s
-1
. Hal ini berarti tiap detik konsentrasi A berkurang
0.0040 mol per desimeter kubik. Laju ini akan meningkat seiring reaksi dari A berlangsung. penentuan laju reaksi dengan persamaan:
2.3.2
Order reaksi
Orde reaksi adalah banyaknya faktor konsentrasi zat reaktan yang mempengaruhi kecepatan reaksi. Penentuan orde reaksi tidak dapat diturunkan dari persamaan reaksi tetapi hanya dapat ditentukan berdasarkan percobaan. Suatu reaksi yang diturunkan secara eksperimen dinyatakan dengan rumus kecepatan reaksi : v = k (A) (B)
2
persamaan tersebut mengandung pengertian reaksi orde 1 terhadap zat A dan merupakan reaksi orde 2 terhadap zat B. Secara keselurahan reaksi tersebut adalah reaksi orde 3. Order reaksi selalu ditemukan melalui percobaan. Kita tidak dapat menentukan apapun tentang order reaksi dengan hanya mengamati persamaan dari suatu reaksi. Jadi andaikan kita telah melakukan beberapa percobaan untuk menyelidiki apa yang terjadi dengan laju reaksi dimana konsentrasi dari satu reaktan, A, berubah, Beberapa hal-hal sederhana yang akan kita temui adalah ;Kemungkinan pertama : laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi A.
Hal ini berarti jika kita melipatgandakan konsentrasi A, laju reaksi akan berlipat ganda pula. JIka kita meningkatkan konsentrasi A dengan faktor 4, laju reaksi pun akan menjadi 4 kali lipat. Kita dapat mengekspresikan persamaan ini dengan simbol :
Adalah cara yang umum menulis rumus dengan tanda kurung persegi untuk menunjukkan konsentrasi yang diukur dalam mol per desimeter kubik (liter). Kita juga dapat menulis tanda berbanding lurus dengan menuliskan konstanta (tetapan), k.
Kemungkinan Kemungkinan lainnya : Laju reaksi reaksi berbanding berbanding terbalik terbalik dengan kuadrat kuadrat konsentrasi konsentrasi A Hal ini berarti jika kita melipatgandakan konsentrasi dari A, laju reaksi akan bertambah 4 kali lipat (2
2
). Jika konsentras dari A i ditingkatkan tiga kali lipat, laju reaksi akan bertambah
menjadi 9 kali lipat (3
Secara umum ,
2
). Dengan simbol dapat dilambangkan dengan:
Dengan melakukan percobaan yang melibatkan reaksi antara A dan B, kita akan mendapatkan bahwa laju reaksi berhubugngan dengan konsentrasi A dan B dengan cara :
Hubungan ini disebut dengan persamaan laju reaksi : Kita dapat melihat dari persamaan laju reaksi bahwa laju reaksi dipengaruhi oleh pangkat dari konsentrasi dari A dan B . Pangkat-pangkat ini disebut dengan order reaksi terhadap A dan B. Jika order reaksi terhadap A adalah 0 (no), berarti konsentrasi dari A tidak mempengaruhi laju reaksi. Order reaksi total (keseluruhan), didapat dengan menjumlahkan tiap-tiap order. Sebagai contoh, di dalam reaksi order satu terhadap kedua A dan B (a = 1 dan b = 1), order reaksi total adalah 2. Kita menyebutkan order reaksi total dua. Beberapa Beberapa contoh Tiap contoh yang melibatkan reaksi antara A dan B, dan tiap persamaan laju didapat dari ekperimen untuk menentukan bagaimana konsentrasi dari A dan B mempengaruhi laju reaksi. Contoh 1:
Dalam kasus ini, order reaksi terhadap A dan B adalah 1. Order reaksi total adalah 2, didapat dengan menjumlahkan tiap-tiap order. Contoh 2:
Pada reaksi ini, A berorder nol karena konsentrasi A tidak mempengaruhi laju dari reaksi. B berorder
2,
sehingga
order
reaksi
total
adalah
dua.
Contoh 3:
Pada reaksi ini, A berorder satu dan B beroder nol, karena konsentrasi B tidak mempengaruhi laju reaksi. Order reaksi total adalah satu. Bagaimana bila kita memiliki reaktan-reaktan lebih dari dua lainnya?
Tidak menjadi masalah berapa banyak reaktan yang ada. Konsentasi dari tiap reaktan akan berlangsung pada laju reaksi dengan kenaikan beberapa pangkat. Pangkat-pangkat ini merupakan order tersendiri dari setiap reaksi. Order total (keseluruhan) dari reaksi didapat dengan menjumlahkan tiap-tiap order tersebut.
Ketetapan laju
Hal yang cukup mengejutkan, Ketetapan laju sebenarnya tidak benar-benar konstan. Konstanta ini berubah, sebagai contoh, jika kita mengubah temperatur dari reaksi, menambahkan katalis atau merubah katalis. Tetapan laju akan konstan untuk reaksi yang diberikan hanya apabila kita mengganti konsentrasi dari reaksi tersebut. Anda akan mendapatkan efek dari perubahaan suhu dan katalis pada laju konstanta pada halaman lainnya. Kalkulasi yang melibatkan order reaksi
Anda akan dapat menghitung order dari reaksi dan tetapan laju dari data yang diberikan maupun dari hasil percobaan yang Anda lakukan.
Contoh soal orde reaksi:
Dari reaksi 2NO(g) + Br 2 (g) → 2NOBr(g) dibuat percobaan dan diperoleh data sebagai berikut: Kecepatan
No.
(NO) mol/l
(Br 2 ) mol/l
1.
0.1
0.1
12
2.
0.1
0.2
24
3.
0.1
0.3
36
4.
0.2
0.1
48
5.
0.3
0.1
108
Reaksi
mol / 1 / detik
Pertanyaan:
a. Tentukan orde reaksinya ! b. Tentukan harga k (tetapan laju reaksi) ! Jawab: x
a. Pertama-tama kita misalkan rumus kecepatan reaksinya adalah sebagai berikut: V = k(NO) (Br
2
)
y
:
jadi
kita
harus
mencari
nilai
x
den
y.
Untuk menentukan nilai x maka kita ambil data dimana konsentrasi terhadap Br2 tidak berubah, yaitu data (1) dan (4). Dari data ini terlihat konsentrasi NO naik 2 kali sedangkan kecepatan reaksinya naik 4 kali maka x
2 = 4 → x = 2 (reaksi orde 2 terhadap NO) Untuk menentukan nilai y maka kita ambil data dimana konsentrasi terhadap NO tidak berubah yaitu data (1) dan (2). Dari data ini terlihat konsentrasi Br
2
naik 2 kali, sedangkan kecepatan
reaksinya naik 2 kali, maka : y
2 = 2 → y = 1 (reaksi orde 1 terhadap Br 2 )
Jadi rumus kecepatan reaksinya : V = k(NO)
2
(Br 2 ) (reaksi orde 3)
b. Untuk menentukan nilai k cukup kita ambil salah satu data percobaan saja misalnya data (1), maka: 2
V = k(NO) (Br 2 ) 2
12 = k(0.1) (0.1) 3
k = 12 x 10 mol
-2
2
1 det
-1
2.4 Penentuan Orde Reaksi
Penentuan orde raksi dapat dilakukan melalui dua cara, yaitu : cara differensial dan cara integral. Dalam cara differensial, yang ditentukan adalah orde reaksi terhadap salah satu
komponen pereaksi, sedangkan dalam cara integral dilakukan pengandaian suatu orde reaksi dan dicek dengan data reaksi.
a.
Cara diferrensial Cara diferrensial didasarkan atas penggunaan persamaan laju secara langsung. Untuk kasus
satu komponen, dengan persamaaan laju r = k[A]
a
maka ln r = ln k + a ln [A] Pengaluran ln r terhadap ln [A] dari data pengamatan, akan menghasilkan garis lurus, dengan koeffisien kelerengan ( slope) a dan perpotongan dengan ordinat pada ln k. Dengan demikian orde dapat langsung ditentukan melalui penarikan garis lurus terbaik (berdasarkan data pengamatan) dan penentuan kelerengannya. Bila reaksi terdiri atas dua pereaksi, dengan persamaan laju dituliskan sebagai a
r = k[A] [B]
b
salah satu komponen dibuat berharga “tetap”, denagan cara menggunakan konsentrasi yang jauh lebih besar dari yang lain. Jadi, jika [B]>>[A],maka perubahan harga [A] tak akan banyak
mempengaruhi [B] sehingga sel ama reaksi berlangsung dapat dianggap “tetap”. Dengan demikian, dari ungkapan ln r = {ln k + b ln [B]} + a ln [A] Pengaluran ln r terhadap ln [A] tetap menghasilkan orde terhadap A dengan suku dalam kurung {…} merupakan perpotongan dengan ordin ordinat. at. Proses ini dapat dibalik, dengan membuat konsentrasi A “tetap” untuk memperoleh orde terhadap b, dan kemudian harga tetapan laju k.
b.
Cara integral Caara intrgral didasarkan atas pengandaian harga orde reaksi tertentu terhadap suatu
komponen. Jadi diandaikan berorde a terhadap komponen A, persamaam laju menjadi ( untuk satu komponen ) :
A
d A
r =-
a
= -k dt
Bila orde reaksi a=1, integrasi menghasilkan ungkapan – kt ln [A] = ln [A]0 – kt sehingga pengaluran ln [A] terhadap t akan menghasilkan garis lurus, dengan kelerangan sebesar – k. k. Disini [A]0 adalah konsentrasi A pada awal reaksi, yaitu t=0. Bila digunakan andaian orde a 1, integrasi akan menghasilkan 1
A
a 1
Pengaluran
1
A
a 1
1
A
a 1
0
k t a 1
dari data eksperiment terhadap waktu t akan menghasilkan kurva garis lurus,
k . a 1
dengan kelerengan sebesar
2.5 Faktor Kinetika Reaksi Kimia
1. Konsentrasi Pereaksi Konsentrasi memiliki peranan yang sangat penting dalam laju reaksi, sebab semakin besarkonsentrasi pereaksi, maka tumbukan yang terjadi semakin banyak, sehingga menyebabkan laju reaksi semakin cepat. Begitu juga, apabila semakin kecil konsentrasi pereaksi, maka semakin kecil tumbukan yang terjadi antar partikel, sehingga laju reaksi pun semakin kecil. 2. Suhu Suhu juga turut berperan dalam mempengaruhi laju reaksi. Apabila suhu pada suatu rekasi yang berlangusng dinaikkan, maka menyebabkan partikel semakin aktif bergerak, sehingga tumbukan yang terjadi semakin sering, menyebabkan laju reaksi semakin besar. Sebaliknya, apabila suhu diturunkan, maka partikel semakin tak aktif, sehingga laju reaksi semakin kecil. 3. Tekanan Banyak reaksi yang melibatkan pereaksi dalam wujud gas. Kelajuan dari pereaksi seperti itu juga dipengaruhi tekanan. Penambahan tekanan dengan memperkecil volume akan memperbesar konsentrasi, dengan demikian dapat memperbesar laju reaksi. 4. Katalis Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi.
5. Luas Permukaan Sentuh Luas permukaan sentuh memiliki peranan yang sangat penting dalam laju reaksi, sebab semakin besar luas permukaan bidang sentuh antar partikel, maka tumbukan yang terjadi semakin banyak, sehingga menyebabkan laju reaksi semakin cepat. Begitu juga, apabila semakin kecil luas permukaan bidang sentuh, maka semakin kecil tumbukan yang terjadi antar partikel, sehingga laju reaksi pun semakin kecil. Karakteristik kepingan yang direaksikan juga turut berpengaruh, yaitu semakin halus kepingan itu, maka semakin cepat waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi; sedangkan semakin kasar kepingan itu, maka semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi.
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan
Kinetika kimia adalah bahagian ilmu kimia fisika yang mempelajari laju reaksi kimia, faktor-faktor yang mempengaruhinya serta penjelasan hubungannya terhadap mekanisme reaksi. Kinetika kimia disebut juga dinamika kimia, karena adanya gerakan molekul, elemen atau ion dalam mekanisme reaksi dan laju reaksi sebagai fungsi waktu. Kinetika reaksi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan reaksi. Metode dalam penentuan orde reaksi ada dua, yaitu metode diferenseial dan integral.
DAFTAR PUSTAKA
Clark,
Jim.
2004.
Order
Reaksi
dan
Persamaan
Laju
Reaksi. http://www.chem-is-
try.org/materi_kimia/kimia_fisika1/laju_reaksi1/order_reaksi_dan_persamaan_laju_reaksi /. [diakses tanggal 17 November 2011] Hera. 2009. Konsep Laju Reaksi. http://hera-kimia.blogspot.com. [diakses tanggal 17 November 2011] Miladi, Sahri David.2009. Laju Reaksi. http://www.sahri.ohlog.com/laju-reaksi.cat3106.html. [diakses tanggal 16 November 2001] Siregar, Tirena B. 2008. Kinetika Kimia Reaksi Elementer . Medan; USU Press.