kinetika reaksi sederhana

BAB 5

Reaksi Sederhana dan Reaksi Rumit.

5.1 Suatu reaksi disebut sebagai reaksi sederhana bila persamaan stokiometrinya

menggambarkan apa yang sebenarnya berlangsung. Jadi, dalam hal reaksi H2 + Br = HBr + H dimana satu molekul H2 bertumbukan denga satu atom Br, dan terjadi pertukaran “partner” dengan pembentukan HBr dan H, maka reaksi tersebut adalah reaksi sederhana.

Bagi reaksi sederhana, teori reaksi kimia menunjukkan bahwa persamaan lajunya berupa pemfaktoran dari konsentrasi pereaksi. Jadi, dalam hal reaksi H2 + Br = HBr + H persamaan lajunya diberikan oleh r = k [ H 2 ][ Br ] Demikian pula, bagi dissosiasi spontan seperti Br 2 = 2Br persamaan lajunya diberikan oleh r = k[Br 2] Suatu Suatu reaksi reaksi kimia kimia disebu disebutt sebagai sebagai reaksi bila reaksi reaksi reaksi rumit atau kompleks bila tersebu tersebutt tersusu tersusun n atas atas beberap beberapaa reaksi reaksi sederh sederhana ana.. Karena Karena itu, itu, pada pada umumn umumnya ya persamaan

laju

reaksi

rumit

tidak dapa dapatt

ditu dituru runk nkan an

dari dari

pers persam amaa aan n

stoikiometrinya. Sebagai contoh adalah reaksi-reaksi H 2 + Cl2, CO + Cl 2, dan sebagainya, dalam contoh di atas.

Tetapi, Tetapi, sebaliknya sebaliknya tak selalu berlaku. Artinya, Artinya, bila persamaan laju mengikuti mengikuti persamaan stokiometrinya, reaksi tersebut belum tentu reaksi sederhana. Sebagai cont contoh oh adal adalah ah H2 + I2, yang yang persam persamaan aan lajuny lajunyaa berupa berupa pemfak pemfaktora toran n kedua kedua konsent konsentrasi rasi,, tetapi tetapi penelit penelitian ian terakhi terakhirr menunj menunjuk ukkan kanny nyaa bukan suatu suatu reaksi reaksi sederhana.

48

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.







Untuk Untuk membed membedaka akan n suatu suatu persam persamaan aan reaksi reaksi sederha sederhana na dari dari suatu suatu persam persamaan aan stokiometri reaksi rumit, bagireaksi sederhana digunakan tanda panah. Jadi H2 +Br

HBr + H

5.2 Terdapat berbagai cara untuk menyusun reaksi-reaksi sederhana menjadi suatu

reaksi rumit. Untuk itu secara sederhana terdapat tiga macam susunan, yaitu : a. Suat Suatu u rea reaks ksii par paral alel el b. Susunan reaksi berurutan/ konsekutif c. Susun Susunan an reak reaksi si berl berlaw awan anan an Suatu susunan reaksi disebut sebagai parallel sebagai parallel bila bila satu pereaksi secara bersamaan dapat mengalami dua atau lebih reaksi yang berbeda, dengan produk yang berbeda pula. Dengan begitu maka bagi susunan k 1 A + B  →  → P1 + … k 2 A + C  →  → P2 + …

persamaan lajunya diberikan oleh r =

−

d [ A] dt

= k 1[ A][ B ] + k 2 [ A][ C ] = { k 1[ B ] + k 2 [ C ]} [ A]

Suatu susunan reaksi disebut sebagai

berurutan

bila salah satu produk dari reaksi

pertama mengalami reaksi lebih lanjut pada reaksi kedua. Sebagai contoh adalah dua reaksi pertama pada mekanisme dissosiasi etana, dengan kehadiran oksida nitrogen : k 1 C2H6 + NO  →  → C2H5 + HNO k 2 C2H5   → H + C2H4

Disini C2H5 disebut zat antara, karena tidak terdapat dalam produk reaksi maupun dalam pereaksi. Laju pembentukan C 2H5 diberikan oleh d [ C 2 H 5 ] dt

= k 1[ C 2 H 6 ][ NO ] − k 2 [ C 2 H 5 ]







Suatu susunan reaksi disebut berlawanan bila produk-pro produk-produk duk reaksinya reaksinya dapat bereaksi kembali menghasilkan reaksi awal. Sebagai contoh adalah satu bagian dari mekanisma pembentukan HBr dari hidrogen dan brom : k 1 Br + H2  →  → HBr + H k 2 H + HBr  →  → H2 + Br

Ini bukan suatu reaksi keserimbangan, karena lajunya tak harus sama pada kedua arah. Penyusunan persamaan laju berdasar mekanisma.

Suatu mekanisma yang berupa reaksi berurutan akan memiliki suatu zat antara. Pada awal reaksi, konsentrasi zat antara ini nol yang kemudian bertambah; pada saat yang sama zat ini mengalami reaksi pula, yang mengurangi konsentrasinya. Bila Bila laju laju pemb pemben entu tuka kan n suat suatu u saat saat seimb seimban ang g deng dengan an laju laju peng pengur uran anga gann nnya ya,, konsentrasinya akan kira-kira tetap selama selang waktu tertentu. Setelah itu akan berkurang terus hingga pada akhir reaksi habis.

3.1 Dalam berbagai reaksi, selang waktu dimana konsentrasi zat antara ini relatif

konstan dapat cukup panjang. Selama masa ini bila X adalah zat antara, dapat digunakan pendekatan d [ X ] dt

≈0

Situasi ini dapat dimanfaatkan untuk menyingkirkan ungkapan konsentrasi zat antara antara dari dari ungkap ungkapan an akhir akhir persam persamaan aan laju. laju. Pendek Pendekatan atan ini disebut disebut sebaga sebagaii pendekatan steady dalam bahasa bahasa Indone Indonesia sia sering sering disebut disebut sebaga sebagaii steady state state atau dalam keadaan tunak . Persamaan laju yang diturunkan melalui pendekatan ini jelas tak

akan berlaku pada awal reaksi maupun pada akhir reaksi, dimana konsentrasi zat antara berubah cepat dengan waktu.







a. Salah satu kemungkinan mekanisma reaksi, yang melibatkan suatu zat antara X, adalah sebagai berikut k 1 A + B  →  → X+D k 2 X  →  →C

Mendasarkan laju reaksi pada pembentukan produk C

r =

d [ C ] dt

= k 2 [ X ]

ungkapan bagi konsentrasi X diperoleh dari pendekatan steady state bagi X, yaitu d [ X ] dt

= k 1[ A][ B ] − k 2 [ X ] = 0

[ X ] =

k 1[ A] B [ ] k 2

Atas dasar ini maka persamaan laju secara keseluruhan menjadi r = k 1 [ A] B [ ]

b. Suatu kemungkinan mekanisma lain, yang melibatkan reaksi rea ksi berlawana adalah a dalah sebagai berikut k 1 A + B  →  → X+D k −1 X + D  →  →A + B k 2 X  →  →C

Pendekatan steady state bagi X

d [ X ] dt

[ X ] =

= k 1[ A][ B ] − k 2 [ X ] = 0 k 1[ A] B [ ] k 2

Atas dasar ini maka persamaan laju secara keseluruhan menjadi

[ ][ ]







3.2 Dalam Dalam mekanis mekanisme me kedua, kedua, dimana dimana terdap terdapat at reaksi reaksi berlaw berlawana anan, n, bila bila kedua kedua

tetapan laju dari reaksi berlawanan ini jauh lebih besar dari tetapan laju reaksi terakhir k 1

≈ k −1 >> k 2

maka reaksi terakhir tak berpengaruh pada pasangan reaksi berlawanan. Pasangan reak reaksi si ini ini

prak prakti tiss

meng mengal alam amii

suat suatu u

kese keseti timb mban anga gan. n. Kead Keadaa aan n

ini ini

dapa dapatt

dimanfaatkan, yaitu

[ X ] =

k 1[ A] B [ ] k −1[ D ]

sehingga persamaan laju menjadi

 k 1k 2  [ A] B [ ]    k −1  [ D]

r = 

Pendekatan ini disebut sebagai pendekatan kesetimbangan. Perhatikan bahwa ini dapat diperoleh melalui pengabaian k 2 dalam penyebut dari ungkapan persamaan laju yang diperoleh melalui pendekatan steady state.

3.3 Dengan berkembangnya komputer, bentuk kurva konsentrasi tiap komponen

sebaga sebagaii fungsi fungsi waktu, waktu, dalam dalam suatu suatu mekani mekanisme sme reaksi reaksi dapat dapat dipero diperoleh leh melalui melalui secaraa lang langsu sung ng dari dari persa persama maan an laju laju tiap tiap spesi spesies. es. Akan Akan integras integrasii numerik numerik secar nampak bahwa konsentrasi dari reaksi menurun dengan waktu, konsentrasi zat-zat antara (dapat lebih dari satu, dalam suatu mekanisme yang rumit) pertama kali naik kemudian mencapai bagian datar dan kemudian turun, sedangkan konsentrasi produk akan naik dengan waktu. Melalui cara ini pula dapat disimulasi jalannya reaksi, serta dapat dievaluasi pula seberapa jauh pendekatan steady state berlaku.

Keuntu Keuntunga ngan n cara integr integrasi asi numeri numerik k secara secara langsu langsung ng ini adalah adalah dapat dapat diamati diamati secara langsung pengaruh berbagai variabel pada jalan reaksi, seperti : konsentrasi awal pereaksi, kehadiran katalis, perubahan harga tetapan laju, serta berbagai faktor lain. Hal-hal ini sulit dipelajari bila digunakan kedua pendekatan di atas.







3.4 Untu Untuk k memp memper erjel jelas as berb berbag agai ai prin prinsip sip di atas, atas, akan akan diba dibaha hass meka mekani nism smee

sederhana dari beberapa reaksi yang telah dikenal. a. Reaksi pemben pembentukan tukan fosgen, fosgen, yang yang diberikan diberikan oleh oleh persamaan persamaan stokiometri stokiometri CO + Cl2 = COCl2 dengan persamaan laju r =

d [ COCl 2 ] dt

3

= k [ Cl 2 ] 2 [ CO]

Reaksi Reaksi ini diteran diterangka gkan n melalui melalui suatu suatu mekani mekanisme sme yang yang meliba melibatka tkan n bebera beberapa pa kesetimbangan seperti berikut : (i) (i) Cl2

2Cl2

(ii) ii) Cl + CO

COCl

k 3 (iii) iii) COCl + Cl 2  →  → COCl2 + Cl

Dari dua reaksi kesetimbangan diperoleh ungkapan-ungkapan berikut :

[ Cl ] 2 = K 1 [ Cl 2 ] [ COCl ] = K 2 [ CO][ Cl ] yang menghasilkan ungkapan 1

1

[ COCl ] = K 1 2 K 2 [ Cl ] 2 [ CO ] Persamaan laju pembentukan fosgen menjadi

[

d COCl dt

2

] =

[

][

k 3 Cl 2 COCl 1

3

]

= k 3 K 1 2 K 2 [ Cl 2 ] 2 [ CO ] Sesuai dengan persamaan laju yang diamati. b. Reaksi penguraian nitrogen pentokside 2N2O5 = 2 N2O4 + O2 yang memiliki persamaan laju orde satu









Semenjak kinetika reaksi ini dipelajari dipelajari oleh Daniels dan Johnston di tahun 1921, telah banyak menimbulkan kontroversi, karena disangka merupakan contoh suatu reaksi reaksi dissosi dissosiasi asi unimol unimoleku ekull yang yang sebena sebenarny rnya. a. Peneli Penelitian tian pengar pengaruh uh berbag berbagai ai variabel menunjukkan bukan reaksi unimolekul. Untuk itu, saat ini mekanisme yang diterima adalah sebagai berikut : ( i)

N2O5

k  →  → 1

(ii) ii) NO2 + NO3

k −  →  →

(iii) iii) NO2 + NO3

k  →  →

(iv) iv) NO + N2O5

k  →  →

1

2

3

NO2 + NO3 N2O5 NO2 + O2 + NO 3NO2

yang diusulkan oleh Ogg. Penerapan pendekatan steady state bagi NO 3 dan NO : d [ NO3 ] dt d [ NO ] dt

= k 1[ NO ] − ( k −1 + k 2 ) [ NO2 ][ NO3 ] = 0 = k 2 [ NO2 ][ NO3 ] − k 3 [ NO ][ N 2O5 ] = 0

sedangkan laju reaksi adalah -

d [ N 2O5 ] dt

= k 1[ N 2O5 ] − k −1 [ NO2 ][ NO3 ] + k 3 [ NO ][ N 2O5 ]

Penyisihan (eliminasi ) konsentrasi NO dan NO 3 akhirnya menghasilkan r =

2k 1k 2 [ N 2O5 ] k −1 + k 2

sesuai pengamatan. c. Reaksi penguraian penguraian ozon, ozon, yang yang terjadi terjadi pada permukaan-p permukaan-permuk ermukaan aan







k 2 O + O3   → 2O2

(iii) dengan laju reaksi -

d [ O3 ] dt

=k 1[ O3 ][][ M ] − k −1[ O2 ][ O][ M ] + k 2 [ O ][ O3 ]

dimana M adalah molekul sebarang atau permukaan. Penerapan kaidah steady state bagi konsentrasi O menghasilkan

[ O] =

k 1[ O3 ][ M ] k −1 [ O2 ][][ M ] + k 2 [ O3 ]

sehingga ungkapan laju menjadi 2k 1k 2 [ O3 ] [ M ] 2

r =

k −1[ O2 ][][ M ] + k 2 [ O3 ]

LATIHAN Reaksi Sederhana dan Reaksi Rumit

1. Tunjukkan bahwa mekanisme di di bawah ini, I2

2I

( cepat )………….1

I + H2

H 2I

( cepat )…………2

H2 I + I

2HI 2HI ( lamb lambat at )……… )……….. ..3 3

Menunjukkan bahwa reaksi antara hidrogen dan iodium memenuhi persamaan laju :







K 1 =

[ I ]2 2

[ I ]

→ [ I ] 2 = K 1[ I 2 ]...................2

[ H 2 I ] → [ H 2 I ] = K 2 [ I ][ H 2 ]..................3 [ ] [ ] I H 2 K 2 = masukkan persamaan 3 kedalam persamaan 1 : r = k 3 K 2 [ I ] [ H 2 ] [ I ] r = k 3 K 2 [ I ] [ H 2 ].................4 2

masukkan persamaan 2 ke dalam persamaan 4 : r = k 3 K 2 K 1 [ I 2 ] [ H 2 ] maka :

r = k [ I 2 ] [ H 2 ] ............. terbukti dengan k = k 3K 2K 1

2. Diberikan mekanisme reaksi : Cl2 Cl2 + Cl Cl3 + CO Buktikan hukum laju reaksi maju COCl 2 adalah : d [ COCl 2 ] dt

= k 3 [ Cl 2 ] 3 / 2 [ CO ]

dan reaksi balik COCl 2 adalah : -

d [ COCl 2 ] dt

= k 1[ Cl 2 ]1 / 2 [ COCl 2 ]







di dalam persamaan laju 1 terlihat bahwa ada [Cl 3] yang merupakan zat antara, karena jumlah zat antara ini setiap saat konstan, maka perubahan terhadap waktu dapat dianggap sama dengan nol. d [ Cl 3 ] dt

= k 2 [ Cl ] [ Cl 2 ] − k − 2 [ Cl 3 ] ≈ 0.............2

untuk mendapatkan [Cl 3] ternyata melibatkan zat antara lain yaitu [Cl] maka berlaku juga

d [ Cl ] dt

≈0 d [ Cl ] dt

= 2 k 1[ Cl 2 ] − 2 k −1[ Cl ] 2 ≈ 0.................3 1/ 2

 k  [ Cl ] =  1  [ Cl 2 ]1 / 2 ..................4   k −1  masukkan persamaan 4 ke dalam persamaan 2 : 1/ 2

 k  3/2 − k − 2 [ Cl 3 ] k 2  1  Cl [ ] 2  k  −1  1/ 2  k 2   k 1  3/ 2   Cl [ Cl 3 ] =   [ ] 2     k − 2   k −1  = K 2 K 11 / 2 [ Cl 2 ] 3 / 2 ...................5 masukkan persamaan 5 kedalam persamaan 1, maka akan diperoleh hukum laju bagi reaksi maju : d [ COCl 2 ]

= k 3 K 2 K 11 / 2 [ Cl 2 ] 3 / 2 [ CO]







d [ COCl 2 ] dt

1/ 2

 k  = +k −3  1  [ Cl 2 ]1 / 2 [ COCL2 ]   k −1  = k 1[ Cl 2 ]1 / 2 [ COCl 2 ]

b. Pendekatan kesetimbangan Reaksi maju : K 2

=

[ Cl 3 ] .............7 [ Cl ] [ Cl 2 ]

masukkan persamaan 7 ke dalam persamaan 1

d [ COCl 2 ] dt

= k 3 K 2 [ Cl ] [ Cl 2 ] [ CO]..................8

[ Cl ] 2 → [ Cl ] = K 11 / 2 [ Cl ]1 / 2................9 K 1 = [ Cl 2 ] masukkan persamaan 9 ke persamaan 8, hingga diperoleh : d [ COCl 2 ]

= k 3 K 2 K 11 / 2 [ Cl 2 ] 3 / 2 [ Co]

dt

= k [ Cl 2 ]3 / 2 [ CO ] Reaksi balik : -

d [ COCl 2 ] dt

= k 3 [ COCl 2 ] [ Cl ].................10

dengan cara yang sama akan diperoleh : -

d [ COCl 2 ]

= k 3 K 11 / 2 [ COCl 2 ]









→ 1→ CH 3 CH 3CHO + hv 

+ CHO

→ 2 → CO + H CHO  → 3→ CH 4 CH 3 + CH 3CHO 

+ CH 3CO

→ 4 → CH 3 CH 3 + CO 

+ CO → 5→ H 2 + CH 3CO H + CH 3CHO  → 6 → C 2 H 6 2 CH 3  Turunkan hukum laju bagi CH 4! Jawab :

Pendekatan steady state : d [ CH 4 ] dt

= k 3 [ CH 3 ] [ CH 3CHO]

kemudian cari ungkapan untuk [CH 3] 1.

0

k 3 [ CH 3 ] [ CH 3CHO ] + k 4 [ CH 3CO ]

2

≈

d [ CH 3 ] dt

≈ k 1[ CH 3CHO]

− k 6 [ CH 3 ] 2

untuk mendapatkan [CH ] harus diketahui dahulu [CH CO]

hυ

-







1/ 2

 k  [ CH 3 ] =  1  { [ CH 3CHO ] hϑ }1 / 2   k 6  1/ 2  k 1  1 / 2 =    [ I ] .................5 k  6  dengan [ I ] = intensitas sinar yang diadsorpsi = [ CH3CHO ] h ν masukkan persamaan 5 ke dalam hukum laju bagi CH 4 d [ CH 4 ] dt d [ CH 4 ] dt

1/ 2

 k  1 / 2 = k 3  1   [ I ] [ CH 3CHO] k  6  = k [ I ]1 / 2 [ CH 3CHO]

Latihan soal : 1. Turu Turunk nkan an mekanisme reaksi k

huku hukum m

laju laju

bagi bagi reak reaksi si anta antara ra H 2 dan I2 yang memiliki memiliki







C 2 H 6 + NO → C 2 H 5 + HNO

→ H + C 2 H 4 H + C 2 H 6 → C 2 H 6 + H 2 H + NO → HNO C 2 H 5 + HNO → C 2 H 6 + NO C 2 H 5

tunjukkan hukum laju [C 2H4] tidak dipengaruhi oleh adanya NO dengan menggunakan pendekatan steady state. d [ C 2 H 4 ] dt

1/ 2

 k k k k  =  1 2 3 −4   [ C 2 H 6 ] k k  −1 4 

4. Bagi Bagi reaksi reaksi 2A + B → 2D 2D diberi diberikan kan data data beri berikut kut : a. A + B Turunkan hukum laju bagi D dengan menggunakn pendekatan steady state : (Jawab :

dD dt

k [ A] [ B ] 2

=

1 + k 1 [ A]

)







kinetika reaksi sederhana

Recommend Documents