KINETIKA KIMIA LAJU DAN MEKANISME DALAM REAKSI KIMIA
v = laju reaksi pada suhu t vo= laju reaksi pada suhu awal ta = suhu akhir to = suhu awal V = perubahan laju reaksi
Penambahan katalis
Pendahuluan
Perubahan kimia secara sederhana ditulis dalam persamaan reaksi dengan koefisien seimbang Persamaan reaksi tidak dapat menjawab 3 isu penting 1. Seberapa cepat reaksi berlangsung 2. Bagaimana konsentrasi reaktan dan produk saat reaksi selesai 3. Apakah reaksi berjalan dengan sendirinya dan melepaskan energi, ataukah ia memerlukan energi untuk bereaksi?
Katalis adalah zat yang dapat menurunkan energi aktivasi (energi minimum yang diperlukan agar suatu reaksi kimia dapat berlangsung. Penambahan katalis akan mempercepat reaksi. Alasan mengapa katalis dapat mempermudah dan mempercepat reaksi disajikan dalam grafik antara energi potensial terhadap koordinat reaksi dari persamaan reaksi: A + B C +D
Mengekspresikan Mengekspresikan Laju Reaksi
Pendahuluan lanjutan
k = det – 1, jika orde reaksi orde 2,satuan k=Mol – 1.L.det – 1. 5. Laju reaksi berbanding terbalik dengan waktu (v ~ 1/t), jadi laju reaksi reaksi makin cepat, berarti waktu reaksi makin kecil. 6. Rumus laju reaksi ditentukan lewat eksperimen.
Konst A 2 Konst A1 t 2
t 1
(Konst A)
t
Pada kondisi tertentu masing-masing A B C reaksi memiliki karakteristik laju v t t t masing-masing yang ditentu-kan oleh sifat kimia reaktan v = laju reaksi (mol/L.det) Pada suhu kamar: [A] = konsentrasi konsentras i A (mol/L) H2(g) + F2(g) 2HF(g) sa ngat cepat [B] = konsentrasi konsentras i A (mol/L) 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) sangat lambat [C] = konsentrasi konsentras i C (mol/L) t = waktu (detik) Luas permukaan zat ; Makin luas permukaan, maka tumbukan makin Secara umum laju reaksi di atas banyak, sehingga reaksi makin cepat. dinyatakan sebagai : Konsentrasi: molekul-molekul harus bertumbukan agar terjadi reaksi v = k[A] x [B]y dalam konteks ini laju reaksi proporsional dengan konsentrasi v = laju reaksi (mol/L/det) reaktan Keadaan fisik: molekul-molekul k = tetapan laju reaksi harus bercampur agar dapat [A] = konsentrasi zat A (mol/L) [B] = konsentrasi zat B (mol/L) bertumbukan Temperatur: molekul harus x = orde reaksi terhadap A bertumbukan dengan energi yang y = orde reaksi terhadap B cukup untuk bereaksi Mengekspresikan Laju Reaksi Makin tinggi suhu, maka energi Mengekspresikan kinetik molekul makin tinggi sehingga tumbukan makin sering, Catatan : 1. Orde reaksi total = x + y laju reaksi makin tinggi. menunjukkan orde Pada beberapa reaksi yang umum, 2.Koefisien reaksi tidak menunjukkan reaksi, kecuali untuk reaksi sederhana. laju reaksi makin besar (waktu reaksi makin singkat) 2 kali setiap kenaikan 3.laju reaksi ditentukan oleh tahapan paling lambat suhu 10oC, sehingga didapatkan Pada tahap reaksi paling lambat, orde rumus: reaksi = koefisien reaksi. t a t o 4. Satuan tetapan laju reaksi (k) dapat t bervariasi tergantung orde reaksi. Jika V Vo . V orde reaksi adalah orde 1, maka satuan
Henny Destina MIPA MATEMATIKA
C2H4(g) + O3(g) C2H4O(g) + O2(g) Konsentrasi O3 pada beberapa waktu dalam Reaksinya dengan C2H4 pada 303 K Waktu (s) 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0
Konsentrasi O3 (mol/L) 3,20 x 10-5 2,42 x 10-5 1,95 x 10-5 1,63 x 10-5 1,40 x 10-5 1,23 x 10-5 1,10 x 10-5
Jika ada ada reaksi reaksi : A + B C ; pada keadaan awal, yang terdapat pada sistem reaksi hanyalah pereaksi A dan B. Setelah reaksi berjalan, pereaksi A dan B makin berkurang dan hasil reaksi C makin bertambah. Plot Konsentrasi vs Waktu Laju reaksi dapat diukur dengan mengukur penambahan konsentrasi C (produk), atau pengurangan konsentrasi A/B (pereaksi) tiap satuan waktu.
Kinetika kimia adalah studi tentang laju reaksi, perubahan konsentrasi reaktan (atau produk) sebagai fungsi dari waktu Laju reaksi didefinisikan sebagai perubahan konsentrasi pereaksi atau hasil reaksi per satuan waktu. Reaksi dapat berlangsung dengan laju yang bervariasi, ada yang serta merta, perlu cukup waktu Perubahan posisi x2 x1 x (pembakaran) atau waktu yang Laju Gerak Perubahan waktu t t t 2 1 sangat lama seperti penuaan, pembentukan batubara dan beberapa Perubahan konsentrasi A Laju reaksi reaksi peluruhan radioaktif Perubahan waktu
Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
Laju Reaksi Rerata, Instan dan Awal
Ekspresi Laju dalam Konsentrasi Reaktan dan Produk Laju
C 2 H 4 O3 C 2 H 4O O2 t t t t
Untuk reaksi hidrogen dan iodine membentuk HI H 2(g) I 2 ( g ) 2 HI ( g ) 1 HI H 2 I 2 2 t t t HI H 2 I 2 Laju 2 2 t t t Laju
atau
Menentukan Laju Awal
Metoda Spektrometri Metoda Konduktometri Metoda Manometri Metoda Penentuan kimia secara langsung
Terminologi Orde Reaksi NO(g) + O 3(g) NO2(g) + O2(g) Persamaan laju hasil eksperimen Laju = k[NO][O3] Reaksi dikatakan orde satu terhadap NO dan orde satu terhadap O3 dan secara overall reaksi berorde dua
Penentuan Rumus Laju Reaksi
a. Penentuan Orde Reaksi Pilih dua reaksi dimana salah satu pereaksi konstan. - Bandingkan laju kedua reaksi.
1
Hitung orde reaksi terhadap pereaksi yang
berubah.
v3 v1
c. Tetapan laju reaksi Tetapan laju reaksi dihitung dengan menggunakan salah satu data laju laju yang diketahui. Contoh soal 1. Dari reaksi : 2H2 + 2 NO 2H2O + N2 diperoleh data eksperimen sebagai berikut: Laju reaksi, mol/L.det
0.1
0,1
30
0,5
0,1
150
0,1
0,3
270
y k NO 1
270 30
[0,1] y
0,3 0,1
b. Persamaan laju reaksi: v = k [H2][NO]
2.
2
Jika konsentrasi awal siklobutana 2,00 M berapa konsentrasinya setelah 0,010 s? Berapa fraksi siklobutana terdekomposisi terdekomposisi pada waktu tersebut
Menentukan Orde Reaksi dari Persamaan Laju Integral
c. Untuk menghitung tetapan laju laju reaksi, gunakan salah satu data reaksi, misal reaksi 1: v1 = k [H2][NO] 2 30 = k [0,1][0,1] 2 Jawab
b. Persamaan Reaksi Persamaan reaksi dapat ditentukan dari orde reaksi yang sudah diketahui.
], [NO], mol/L
k[NO]3
y
Misalkan suatu reaksi: O2(g) + 2NO(g) 2NO2(g) Persamaan laju dituliskan sebagai Laju = k[O2]m[NO]n Untuk menentukan orde reaksi kita harus melakukan serangkaian eksperimen masing-masing dimulai dengan satu set konsentrasi reaktan yang berbeda-beda dan dari masingmasing akan diperoleh laju awal
[H2 mol/L
[0,3] y
9 = [3] y y = 2 ; orde reaksi terhadap NO = 2
Menentukan Orde Reaksi
1. y
k=
30 mol / L. det [0,1mol / L]3
= 30.000 mol – 2 L2 det – 1
d. Laju reaksi pada [H2] = 0,2 mol/L dan [NO] = 0,2 mol/L adalah .. v = k [H2][NO] 2 v = 30.000 mol – 2.L2.det – 1 [0,2 mol.L – 1][0,2 mol.L – 1]2 = 30.000 [0,2]3 = 240 mol.L – 1.det 1.det – – 1 – 1 – 1 laju reaksi (v) = 240 mol.L .det ln At kt ln A0
Soal Latihan
Salah satu reaksi gas yang terjadi dalam kendaraan adalah: NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO 2(g) Laju = k[NO2]m[CO]n Jika diketahui data sebagai berikut:
1
At
kt
1
A0
Waktu Paruh Reaksi
Laju [NO2] [CO] Eksperimen awal awal awal (mol/L.s) (mol/L) (mol/L) 1 0,0050 0,10 0,10 2 0,0800 0,40 0,10 3 0,0050 0,10 0,20
Dari data di atas, tentukan : a. b. c. d.
orde reaksi persamaan laju reaksi tetapan laju (k) laju reaksi jika H2 dengan konsentrasi 0,2 mol/L direaksikan dengan NO (konsentrasi 0,2 mol /L)
Dari data di atas, tentukan : Pengaruh Temperatur Terhadap Laju orde reaksi Reaksi persamaan laju reaksi tetapan laju (k) dengan laju reaksi jika NO2 konsentrasi 0,2 mol/L direaksikan dengan CO (konsentrasi 0,2 mol /L)
Jawab Persamaan laju Integral P erubahan Persamaan umum laju reaksi di atas adalah Konsentrasi terhadap waktu : Misal reaksi A B
v = k [H2]x [NO]y x = orde reaksi terhadap H2 y = orde reaksi terhadap NO
Laju
Orde reaksi terhadap H 2 : dipilih reaksi (1) dan (2) dimana [NO] konstan. x k H2 2 v2 x k H2 1 v1
150 30
[0,5] x [0,1] x
x
5 = [5] x x = 1 ; orde reaksi terhadap H2 = 1
Henny Destina MIPA MATEMATIKA
0,5 0,1
A atau t
Laju k A
A A k A maka ln 0 kt t At Reaksi orde satu {laju k A } : ln A0 ln A t kt A k A2 Untuk reaksi orde dua laju t
1
1
At A0
kt
Reaksi orde dua laju k[A]2
Soal Latihan
Siklobutana (C4H8) terdekomposisi pada 1000oC menjadi dua molekul etilen (C2H4) dengan konstanta laju reaksi orde satu 87 s-1
2
Persamaan Arrhenius
k Ae
Ea / RT
ln k ln A
ln k 1 ln A k 2 k 1
Diagram Energi Reaksi Katalisis dan Non Katalisis
Ea 1
R T
ln k 2 ln A
ln
Diagram Tingkat Energi
Ea 1
T R 2
Ea 1
T R 1
Ea 1
1 R T 2 T 1
Pengaruh Konsentrasi danTemperatur
Pengaruh Struktur Molekul : Faktor Frekuensi Tumbukan Efektif: molekul harus bertumbukan sedemikian rupa sehingga atom yang bereaksi melakukan kontak dengan energi yang cukup sehingga membentuk produk 2 kriteria: energi yang cukup dan orientasi molekul yang tepat
Teori Keadaan Transisi
Diagram Energi dan Keadaan Transisi 3 Jenis Reaksi
Diagram Energi Reaksi 2 Tahap
Henny Destina MIPA MATEMATIKA
3
