Kinetikiakimia06

Kinetika Reaksi

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Laju Reaksi dan Kinetika Kimia Laju reaksi menggambarkan seberapa cepat reaktan terpakai dan produk terbentuk Kinetika Kimia mempelajari laju reaksi kimia dan mekanisme (tahapan) reaksinya

Penting ??? Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Laju Reaksi dan Kinetika Kimia Definisi Matematika Perubahan kuantitas reaktan atau produk selang waktu tertentu Kuantitasnya dapat berupa : massa, volume, konsentrasi, tekanan, dll

Laju

=

=

kuantitas final – kuantitas initial waktu final – waktu initial ∆[ ] ∆t

∆p or

∆t

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Laj u Reaksi Untuk mempelajari kinetika reaksi: Identifikasi reaktan dan produk Tuliskan reaksi kimia-nya Menghitung konsentrasi salah satu reaktan atau produk selama interval waktu tertentu Harus punya prosedur untuk mengukur konsentrasi salah satu spesies yang terlibat Monitoring yang berkelanjutan harus dilakukan sebisa mungkin Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Bagaimana Memonitornya ? Pengurangan massa Gas yang dilepaskan Intensitas warna Perubahan tekanan Beberapa analisis kimia

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Contoh Reaksi Dekomposisi N2O5 Dinitrogen pentaoksida dapat terdekomposisi menurut reaksi : 2N2O5(g) 2N2O4(g) + O2(g) Reaksi ini dapat berlangsung dalam suatu pelarut inert seperti CCl4 Ketika N2O5 terdekomposisi, N2O4 akan tetap berada dalam pelarut dan O2 akan terbang sehingga dapat diukur Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Contoh Kita dapat mengukur O2 selama reaksi dekomposisi N2O5 berlangsung Temperatur harus dijaga sampai ketelitian 0,01oC Larutan harus dikocok untuk menghindari adanya O2 yang terlarut jenuh Diketahui bahwa pada awalnya reaksi berlangsung cepat kemudian melambat Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Stirring bar Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Sifat alami reaktan Eg. Bensin cair terbakar perlahan, tetapi bensin gas terbakar eksplosif Dua larutan yang tidak bercampur ( immiscible) bereaksi lambat pada interface, tetapi ketika dikocok reaksi bertambah cepat Fosfor putih terbakar spontan dalam udara, tetapi, fosfor merah stabil di udara Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi Konsentrasi reaktan

Eg. Untuk reaksi 2HCl(aq) + Mg(s) MgCl2(aq) + H2(g) meningkatkan konentrasi HCl meningkatkan laju reaksi yang dapat diamati dengan pelepasan gas hidrogen

Kenapa? Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Temperatur Tergantung dari perubahan entalpi reaksi, ∆Hrxn = +, membutuhkan kalor, sehingga meningkatkan temperatur akan meningkatkan laju. Secara umum, peningkatan 10 K menyebabkan kenaikan laju dua kali lipatnya. Kenapa ?? Kehadiran Katalis Menurunkan energi aktivasi reaksi Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Teori Laju Reaksi Teori Tumbukan Berdasarkan teori kinetik-molekuler Reaktan harus bertumbukan agar dapat bereaksi Mereka harus bertumbukan dengan energi yang cukup dan orientasi yang tepat,sehingga dapat memutuskan ikatan lama untuk membentuk katan baru Bila temperatur naik, maka energi kinetik rataratanya bertambah-laju reaksi juga bertambah Bila konsentrasi dinaikkan, maka jumlah tumbukan akan bertambah sehingga laju reaksi pun meningkat Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Teori Laju Reaksi

Teori Tumbukan oksigen

tumbukan Tumbukan

etuna

karbon dioxida

air

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Teori Laju Reaksi Transition state Ketika reaktan bertumbukan mereka akan memebentuk kompleks teraktifkan Kompelks teraktifkan tersebut berada pada keadaan transisi. Waktu hidup sekitar 10 – 100 fs Kemudian akan membentuk produk atau reaktan Ketika produk terbentuk, sangatlah sulit untuk kembali ke keadaan tansisi, untuk reaksi yang eksotermal Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Reaction Profile Profil Reaksi

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Contoh Profilof Examples Reaction Profile Reaksi

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Contoh Profilof Examples Reaction Profile Reaksi Energi aktivasi tinggi, panas reaksi rendah

Energi aktivasi rendah, panas reaksi tinggi Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Kembali ke …… Reaksi dekomposisi N2O5 2N2O5(g)

2N2O4(g) + O2(g)

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Dekomposisi Reaksi N2O5

Hasil ekperimen

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Laju produksi O2 berkurang

Laju reaksi rata-rata Kita dapat menghitung laju reaksi rata-rata pembentukan oksigen selang waktu tertentu Kecepatan rata-rata pembentukan O2

laju =

∆VO2 ∆t

Satuan laju untuk reaksi ini adalah mL O2 (STP) / s Perhatikan bahwa laju reaksi berkurang sejalan meningkatnya waktu Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Plot Data

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Laju Instantaneous Dari grafik terlihat bahwa laju reaksi berkurang selama waktu reaksi Laju Instantaneous Laju pada waktu tertentu Dilihat dari slope (tengensial)

Slope pada 4000 s Slope pada 2400 s Slope pada 1600 s

Laju pembentukan O2 semain

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Laju Awal Reaksi (Initial Rate)

Laju pembentukan O2 pada waktu nol ( 0 s) atau pada saat reaksi tepat akan dimulai

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Laju vs Konsentrasi Kita dapat mengembangkan secara kuantitatif hubungan antara konsentrasi dengan laju reaksi Dengan mencari tangensial dari kurva [N2O5], kita dapat mengukur laju reaksi Sesuai dengan data dapat diketahui bahwa laju raksi berbanding lurus dengan konstanta laju reaksi Laju = k [N2O5] Sehingga kita dapat menghitung nilai k untuk tiap nilai laju reaksiKimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Hukum Laju Reaksi Untuk reaksi umum aA + bB + ….. eE + fF + gG……. Hukum laju reaksinya : v = k [A]x[B]y Dimana v = laju reaksi k = konstanta laju reaksi x, y = orde reaksi terhadap A dan B x+y = total orde reaksi Orde reaksi tidak selalu sama dengan koefisien reaksi Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Mencari Hukum Laju Metode laju awal reaksi Orde untuk tiap reaktan dapat dicari dengan Merubah konsentrasi awalnya Menjaga konsentrasi dan kondisi reaktan lainnya tetap Mengukur laju awalnya Perubahan pada kecepatan digunakan untuk mengukur orde tiap reaktan. Prosesnya dilakukan secara berulang-ulang Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Contoh : N2O5 Diambil dari dekomposisi N2O5

Hukum laju :

v = k[N2O5]x

Tujuannya adalah mencari x Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Contoh N2O5 Eksp. 1 Eksp. 2 Kita bagi persamaan eksperimen 1 dengan persamaan eksperimen 2

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Contoh yang lebih kompleks Untuk reaksi dibawah diperoleh hasil :

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Contoh yang lebih kompleks Untuk Order A

Untuk Order B

Gunakan Reaksi 1 dan 2

Gunakan Reaksi 1 dan 3

6,8 ×10 M / s ( 0,060M ) = −8 1,7 ×10 M / s ( 0,030M ) x x

−8

4,0 = 2 x=2

x

Untuk Order C

1,7 × 10 M / s ( 0,100M ) = −8 1,7 × 10 M / s ( 0,050 M ) z 1= 2 z=0

z

y

2,9 = 2 y y = 3/ 2

Sehinga diperoleh

Gunakan Reaksi 1 dan 2 −8

4,9 ×10 −8 M / s ( 0,010M ) = −8 1,7 ×10 M / s ( 0,020M ) y

z

X = 2, y = 3/2 dan z = 0 Hukum Laju: V = k [A]2[B]3/2 Total orde : 31/2

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Mencari Hukum Laju Reaksi Metode Grafik Dengan menggunakan integrated laws, dapat diperoleh garis lurus dari plot data. Order reaksi ditetntukan apabila data sesuai dengan plotnya

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Finding Mencari Hukum the Rate Laju Law Reaksi

Dilihat dari plot ini maka dapat disimpulkan bahwa reaksi dekomposisi N2O5 merupakan reaksi order 1 karena menghasilkan garis lurus Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Reaksi Order Pertama Beberapa aplikasi dari reaksi order I Menggabarkan berapa banyak obat yang dilepas pada peredaran darah atau yang digunakan tubuh Sangat berguna di bidang geokimia Peluruhan radioakif Waktu Paruh (t1/2) Waktu yang dibutuhkan untuk meluruhkan ½ dari kuantitas awal suatu reaktan Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Waktu Paruh Dari data N2O5 dilihat bahwa dibutuhkan waktu 1900 detik untuk mereduksi jumlah awal N2O5 menjadi setengahnya. Butuh 1900 detik lagi untuk mereduksi setengahnya kembali

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Waktu Paruh Hubungan waktu paruh dengan konstanta laju reaksi

Waktu paruh dapat digunakan untuk menghitung konsntanta laju reaksi orde pertama Contoh N2O5 dengan waktu paruh 1900 detik

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Pengaruh Temperatur Laju reaksi sangat bergantung dengan temperatur Berikut adalah konstanta reaksi dekomposisi N2O5 pada berbagai temperatur

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Waktu Paruh Reaksi Orde 2

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Pengaruh Temperatur

Persamaan yang menyatakan hubungan ini adalah persamaan Arrhenius

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Pengaruh Temperatur Bentuk lain persamaan Arrhenius:

Jika ln k diplot terhadap 1/T maka akan didapat garis lurus dengan nilai tangensial –Ea/R

Energi Aktivasi Energi yang dibutuhkan oleh suatu molekul untuk dapat bereksi Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Hasil dari perhitungan data N2O5

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Temperatur dan Ea Bila temperatur meningkat, fraksi molekul yang memiliki energi kinetik pun meningkat sehingga meningkatkan energi aktivasinya

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Mekanisme Reaksi Belangsung dapat berlangsung hanya dengan satu tahap Contoh: Na+(aq) + OH-(aq) + H+(aq) + Cl-(aq) H2O(l) + Na+(aq) + Cl-(aq)

Spectator ions

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Mekanisme Reaksi Kebanyakan reaksi kimia berjalan dengan beberapa tahap yang berurutan Setiap tahapan memiliki laju yang bersesuaian Laju keseluruhanditentukan oleh tahapan yang berlangsung paling lambat (rate-determining step) Mengapa? Prinsip: “ Jika konsentrasi suatu reaktan muncul dalam persamaan laju reaksi, maka reaktan tersebut atau sesuatu yang merupakan hasil penurunan reaktan tsb terlibat dalam tahapan yang lambat. Jika tidak muncul dalam persamaan laju reaksi, maka baik reaktan maupun turunannya tidak terlibat dalam tahapan yang lambat.” Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Go to …… Reaksi dekomposisi N2O5 2N2O5(g)

2N2O4(g) + O2(g)

Reaksi ini bukan reaksi orde 2 walaupun ini merupakan reaksi bimolecular

tumbukan Dua molekul gas dalam tumbukan

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

v = k [N2O5] Persamaan ini menunjukkan bahwa tahapan yang paling lambat melibatkan satu molekul N2O5 yang terdekomposisi lambat

cepat

lambat

+

Tahapan pertama merupakan unimolecular – dimana tiap molekul pecah. Mereka tidak bertumbukan terlebih dahulu Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

cepat

Tahap I

Tahap II

e n e r g i

Tahap III

Ea1

Ea2

Koordinat reaksi

Ea3

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Contoh, lagi…. O H3C C CH3

Reaksi yang dikatalisis asam antara propanon dengan iodin CH3COCH3(aq) + I2(aq) CH3COCH2I(aq) + HI(aq)

fast

+ H+

+ OH

slow

fast H3C C CH2 + I 2

H3C C CH2I + I

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

OH

+ H+

+ OH

OH

+ OH

H3C C CH3

H3C C CH2

H3C C CH3

H+(aq)

r = k[CH3COCH3]1[H+]1[I2]o

+ OH

-

fast

H3C C CH2I + I O H3C C CH2I + HI

Contoh, lagi…. Reaksi antara metanol dan asam HCl CH3OH(aq) + HCl(aq) CH3Cl(aq) + H2O(aq)

+

H3C OH + H

H

r = k[CH3OH][HCl]

H C O H

Bila eksperimen dialkukan dengan sangat teliti: Penambahan [H ] dari suamber asam kuat yang lain dan menambahakan [Cl-] dari NaCl kecepatan reaksi jug bertambah, jadi +

r = k[CH3OH][H+][Cl-]

+ H H3C O H

H

H H C Cl + O H H

Cl

H

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

H

Katalisis Katalis meningatkan koefisien reaksi dengan menyediakan jalur reaksi alternatif (atau mekanisme) dengan energi aktivasi yang lebih rendah Katalis tidak mengubah kesetimbangan hanya mempercepat terjadinya kesetimbangan Contoh: Produksi NH3 menggunakan katalis Pt Catalytic converter pada knalpot Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Aksi Katalis

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

Katalisis Homogen Heterogen

: satu fasa : reaktan dan katalis berada pada fasa yang berbeda

Contoh : pada produksi amonia N2 + 3H2 2NH3 (katalis Pt) Tahapan penentu laju adalah pemutusan ikatan H-H

Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo