Laporan Praktikum Kimia Fisik Kinetika Halogenasi Aseton dengan Katalisator Asam Nama : Hestin Permatasari NIM : 10510035 Tanggal Percobaan : 5 Oktober 2012 Tanggal Pengumpulan: 12 Oktober 2012 Nama Asisten :
Laboratorium Kimia Fisika Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung 2012
Kinetika Halogenasi Aseton dengan Katalisator Asam
I.
Tujuan Percobaan Menentukan persamaan laju reaksi iodinasi aseton dengan katalisator asam.
II.
Teori Dasar Laju suatu reaksi aA + bB
cC dapat dinyatakan sebagai –d[A]/dt, -d[B]/dt atau
+d[C]/dt. Laju reaksi tergantung pada konsentrasi pereaksi maupun hasil reaksi yang dinyakan dalam suatu hukum atau persamaan laju. Persamaan laju reaksi secara sederhana dapat dituliskan sebagai berikut: -d[A]/dt = k[A]x[B]y ……………………………. (1) Dimana x dan y secara berurutan adalah orde reaksi terhadap A dan B. Secara pendekatan, laju reaksi dapat dinyatakan -∆[A]/∆t. Penentuan lebih teliti jika ∆t makin kecil. Persamaan atau hukum laju reaksi dari suatu reaksi tak dapat diramalkan dari persamaan stoikiometrinya, tetapi harus ditentukan melalui eksperimen. Dari bentuk hukum ini seringkali dapat diperoleh informasi tentang mekanisme reaksi. Stoikiometri reaksi halogenasi aseton, misalnya bromisasi dapat dituliskan sebagai berikut: CH3-CO-CH3 + Br2 → CH3-CO-CH3Br + Br- + H+ Dari percobaan diperoleh fakta-fakta sebagai berikut: 1. Kecepatan reaksi bertambah dengan bertambahnya konsentrasi H+ (dalam suasana asam) atau dalam suasana basa laju reaksi bertambah dengan bertambahnya konsentrasi OH-.
2. Dalam suasana asam sebagai hasil reaksi diperoleh juga H+ sehingga dalam larutan yang tidak di buffer kecepatan awal reaksi (pada saat kurang dari 10% pereaksi telah bereaksi) akan terus bertambah selama reaksi berlangsung. 3. Kecepatan halogenasi aseton juga bergantung pada konsentrasi aseton, tetapi tidak tergantung pada konsentrasi halogen kecuali saat konsentrasi halogen yang sangat tinggi. 4. Kecepatan raksi halogenasi aseton ini tidak tergantung pada jenis halogen. Berdasarkan fakta-fakta di atas melalui pendekatan penentuan persamaan laju reaksi, diperoleh persamaan: d[P]/dt = k [A][H+] ………………….. (2)
III.
Data Pengamatan [Aseton] : 3 M [HCl] : 1M run ke 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
V aseton (mL) 3 6 9 12 10 10 10 10 10 10 10 10
[I2] [KI]
: 0.1 M : 0.01 M
V HCl (mL) 10 10 10 10 3 6 9 12 10 10 10 10
V I2 (mL) 10 10 10 10 10 10 10 10 3 6 9 12
V KI (mL) 12 9 6 3 12 9 6 3 12 9 6 3
run ke1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Pengolahan Data 4.1 Grafik adsorbansi terhadap waktu
run ke-1 Linear (run ke-1)
0.4 0.3 0.2 0.1 0
run ke-2
0
90 150
y = -0.0232x + 0.3293 Linear (run ke2)
waktu
waktu
run ke-3
run ke-4
0.4
y = -0.0365x + 0.3148 run ke-3
0.2 0 0
adsorbansi
0.4 0.3 0.2 y = -0.0118x + 0.1 0.3205 0 0 90 150
run ke-2
90
150
waktu
Linear (run ke-3)
adsorbansi
adsorbansi
run ke-1
adsorbansi
IV.
0s 60 s 0.313 0.294 0.315 0.276 0.294 0.229 0.277 0.191 0.324 0.305 0.318 0.276 0.303 0.240 0.295 0.211 0.253 0.205 0.268 0.217 0.282 0.211 0.300 0.220
absorbans saat t 90 s 120 s 150 s 180 s 0.283 0.271 0.262 0.252 0.255 0.235 0.214 0.194 0.198 0.165 0.134 0.102 0.148 0.105 0.062 0.019 0.295 0.285 0.275 0.265 0.255 0.235 0.214 0.194 0.209 0.178 0.145 0.113 0.167 0.123 0.078 0.035 0.155 0.129 0.108 0.106 0.190 0.165 0.139 0.112 0.175 0.144 0.110 0.076 0.186 0.148 0.109 0.071
0.3
y = -0.0491x + 0.3057 run ke-4
0.2 0.1 0 0
90 150 waktu
Linear (run ke-4)
0.4 0.2 0.3 y = -0.0301x + 0.2 0.1 y = -0.0113x + 0.2645 0.1 0 0.331 0 0 90 150 0 90 150 waktu
run ke-6 0.4
run ke-9 run ke-5 Linear Linear(run ke-9) (run ke-5)
adsorbansi
adsorbansi
adsorbansi
0.3
run ke-9 run ke-5 0.3 0.2 0.1
0
90 150 waktu
run ke-7
0
adsorbansi
p a d 0.3 a 0.2
90 150
0.2 0.1 0
90 150
run ke-9
run ke-10
90 150
Linear (run ke-9)
0.3 run ke-10
0.2 0.1 0 0
90
waktu
0 90 150 waktu
y = -0.039x + 0.3027 Linear (run ke11)
adsorbansi
adsorbansi
run ke-11
0.1
y = -0.0297x + 0.2857 Linear (run ke10)
run ke-12
0.3 0.2
150
waktu
run ke-11
0
Linear (run ke-8)
0 waktu
y = -0.0301x + 0.2645 run ke-9
0
y = -0.0498x + 0.3258 run ke-8
0.3
waktu
0.1
s 0 u h u
adsorbansi
Linear (run ke-7)
0.4
adsorbansi
z a t
run ke-8
y = -0.0362x + 0.3246 run ke-7
adsorbansi
4.2
Linear (run ke-6)
0
waktu
0.4 0.3 0.2 ρ 0.1 0
run ke-6
y = -0.0236x + 0.3313
0.4 run ke-12 0.2 0 0
90 150 waktu
y = -0.0433x + 0.3239 Linear (run ke12)
pada grafik-grafik di atas, laju reaksi adalah negative gradient dari persamaan garis, sehingga: Run ke1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Laju Reaksi 0.011 0.023 0.036 0.049 0.011 0.023 0.036 0.049 0.030 0.029 0.039 0.043
4.2 Penentuan Orde Reaksi Tiap Pereaksi Data konsentrasi: [Aseton] : 3M [I2] : 0.1 M [HCl] : 1M [KI] : 0.01 M [M]’ = [aseton]’= #aseton Run ke1 2 3 4
r 0.011 0.023 0.033 0.049
ln r -4.50986 -3.77226 -3.41125 -3.01593
[aseton]’ 0.257143 0.514286 0.771429 1.028571
ln [aseton]’ -1.35812 -0.66498 -0.25951 0.028171
aseton 0 -2
-1
-1
0
1 aseton
ln r
-2
y = 1.079x - 3.0474
-3
Linear (aseton)
-4 -5 ln [aseton]'
Orde reaksi aseton adalah gradient persamaan garis di atas, yaitu= 1
#HCl Run ke5 6 7 8
r 0.011 0.023 0.036 0.049
ln r -4.50986 -3.77226 -3.32424 -3.01593
[HCl]’ 0.085714 0.171429 0.257143 0.342857
ln [HCl]’ -2.45674 -1.76359 -1.35812 -1.07044
HCl 0
ln r
-3
-2
-1
y = 1.079x - 1.862
-1 -2 -3
0 HCl Linear (HCl)
-4 ln [HCl]
-5
Orde reaksi asam klorida adalah gradient persamaan garis di atas, yaitu= 1
#I2 Run ke9 10 11 12
r 0.011 0.023 0.036 0.049
[HCl]’ 0.085714 0.171429 0.257143 0.342857
ln r -4.50986 -3.77226 -3.32424 -3.01593
ln [HCl]’ -2.45674 -1.76359 -1.35812 -1.07044
I2 y = 0.2733x - 2.276 -6
-4
-3.1 -2
-3.2
0
ln r
-3.3 -3.4
I2 Linear (I2)
-3.5 -3.6
ln [I2]
Orde reaksi I2 adalah gradient persamaan garis di atas, yaitu= 0.273 4.3 Penentuan Nilai Tetapan Laju Hukum laju adalah: r = k[aseton][HCl][I2]0.273 Run ke-
r
1
0.011
2
0.023
3
0.036
4
0.049
5
0.011
6
0.023
7
0.036
8
0.049
9
0.03
10
0.029
11
0.039
12
0.043
[aseton]
[HCl]
[I2]0.273
k
0.257143
0.285714
0.378852
0.3952
0.514286
0.285714
0.378852
0.413164
0.771429
0.285714
0.378852
0.431127
1.028571
0.285714
0.378852
0.440109
0.857143
0.085714
0.378852
0.3952
0.857143
0.171429
0.378852
0.413164
0.857143
0.257143
0.378852
0.431127
0.857143
0.342857
0.378852
0.440109
0.857143
0.285714
0.272724
0.449172
0.857143
0.285714
0.329537
0.359342
0.857143
0.285714
0.36811
0.432615
0.857143
0.285714
0.398186
0.440958
Krata-rata= 0.420107 Sehingga hukum laju: r = 0.420107 [aseton][HCl][I2]0.273 V.
Pembahasan Reaksi antara iodine dan aseton adalah sebagai berikut: CH3COCH3 + I2 → CH3COCH2I + H+ + I−. laju reaksi ini tidak dapat diprediksi melalui stoikiometri dari rekasi melainkan harus melalui eksperimen karena reaksi iodinasi aseton bukanlah reaksi sederhana. Reaksi iodinasi aseton pada percobaan ini dikatalisis oleh asam atau lebih tepatnya oleh ion hydrogen di dalam asam. Kecepatan reaksi akan meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi ion hydrogen pada larutan asam. Basa juga bisa dijadikan katalis karena laju reaksi iodinasi aseton dapat meningkat dengan bertambahnya ion hidroksida dalam larutan basa. Yang membedakan kedua katalis asam dan basa adalah pada mekanisme reaksinya saja, pada asam akan terjadi protonasi sedangkan pada basa akan terjadi deprotonasi. Mekanisme reaksi iodinasi aseton dengan katalis asam adalah sebagai berikut:
Karena keton merupakan basa yang sangat lemah, kesetimbangan pada reaksi pertama tidak mendukung terbentuknya ion. Pada keadaan ini, maka [Ion] = K[Ac][H+] dimana K adalah konstanta kesetimbangan untuk reaksi ini. Persamaan laju reaksi iodinasi aseton dengan katalisator asam adalah sebagai berikut:
dengan rate atau laju tiap “run” didapatkan dari gradient kurva antara waktu dan adsorban. Dan orde reaksi masing masing pereaksi didapatkan dari gradient kurva antara ln konsentrasi pereaksi yang terkoreksi volume setelah diencerkan. Sedangkan nilai K didapatkan dari memasukkan semua nilai yang didapat baik laju maupun konsentrasi pereaksi beserta ordenya ke dalam persamaan laju di atas. Hasil penentuan laju dari percobaan ini adalah : r = 0.420107 [aseton][HCl][I2]0.273 Asam yang digunakan sebagai katalis dalam percobaan kinetika reaksi iodinasi aseton ini adalah asam klorida. Penggunaan HCl ini dikarenakan dibandingkan asam lain seperti asam sulfat, asam klorida tidak dapat berperan sebagai oksidator. Reaksi iodinasi aseton cukup mudah untuk diketahui kinetikanya, karena keberjalanan reaksi dapat diamati dengan berkurangnya konsetrasi iodine yang ditandai dengan pudarnya warna kecoklatan dengan menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang dimana reagen lain tidak akan menyerap secara signifikan. Penggunaan spektrofotometer ini sesuai dengan prinsipnya, yaitu: Spektofotometer adalah alat untuk mengukur absorban suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. prinsip kerja alat ini adalah mengubah cahaya polikromatik menjadi monokromatik yang kemudian didispersi dan diteruskan ke kuvet masuk ke dalam partikel yang ada dalam larutan, selanjutnya diserap amplifier dan terdeteksi oleh detektor kemudian terbaca dimonitor. prinsip ini terjadi saat cahaya masuk ke partikel. tebalnya kuvet juga dapat mempengaruhi cepatnya cahaya yang diteruskan ke kuvet. Bila semakin tebal kuvet yang digunakan maka semakin lambat cahaya yang masuk.
Kinetika reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi, katalis, suhu ,luas permukaan, tekanan dan energi aktivasi. Semua factor yang mempengaruhi laju reaksi ini sesuai dengan persamaan laju reaksi:
Semakin besarnya konsentrasi reaktan, maka laju juga akan semakin besar karena semakin banyaknya kemungkinan interaksi dalam reaksi yang tentunya akan mempercepat laju reaksi. Katalis akan mempengaruhi nilai energi aktivasi. Dengan adannya katalis, energy aktivasi reaksi akan turun karena terbentuknya keadaan transisi dengan energy yang lebih rendah dibandingkan reaksi tanpa katalis. Hal ini juga tertulis dalam persamaan laju reaksi, karena
. Sehingga dapat dilihat
bahwa semakin tinggi Ea, maka nilai K akan semakin kecil da laju juga akan semakin lambat. Factor penentu laju selanjutnya adalah suhu, semakin tinggi suhu maka gerakan molekul akan semakin cepat sehingga kemungkinan untuk bertumbukan juga akan semakin besar. bila dilihat dari rumus K, maka dengan naiknya suhu, nilai K juga akan membesar sehingga laju juga akan semakin cepat. Masih dari rumus K, A merupakan tetapan arheniuss yang menunjukkan kemungkinan untuk bertumbukan. Semakin banyak tumbukan nilai K
semakin besar dan laju reaksi juga akan
meningkat. Kemungkinan untuk bertumbukan dapat ditingkatkan dengan membuat luas permukaan yang lebih besar. namun karena bentuk dari reaktan pada percobaan ini adalah cair, maka luas permukaan tidak banyak mempengaruhi laju iodinasi aseton dengan katalis asam.
VI.
Kesimpulan 1. Hukum laju reaksi halogenasi aseton dengan katalisator asam adalah : r = 0.420107 [aseton][HCl][I2]0.273
VII.
Daftar Pustaka Atkins, P.W. 1986. Physical Chemistry. 3rd edition. Oxford: Oxford University Press. Castelan, G.W. 1983. Physical Chemistry. 3rd edition. Amsterdam: Addison Wesley Publishing Company
Day, R.A. Jr and Underwood,A.L. , 1986, Kimia Analisis Quantitatif, Jakarta:Erlangga. Laidler, Keith, J., dan Meisler, John H. 1982. Physical Chemistry. California: The Benjamin/Cuming Publishing Company, Inc
