KINETIKA
Pendahuluan
Perubahan kimia secara sederhana ditulis dalam persamaan reaksi dengan kondisi kesetimbangan Namun persamaan reaksi tidak dapat menjawab : 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?
Pendahuluan
Kinetika adalah studi tentang laju reaksi, perubahan konsentrasi reaktan (atau produk) sebagai fungsi dari waktu
Reaksi dapat berlangsung dengan laju yang bervariasi, ada yang serta merta, perlu cukup waktu atau waktu yang sangat lama
Konsep Laju Reaksi Laju reaksi menyatakan laju perubahan konsentrasi zat-zat komponen reaksi setiap satuan waktu:
∆[ M ] V= t • Laju pengurangan konsentrasi pereaksi per satuan waktu • Laju penambahan konsentrasi hasil reaksi per satuan waktu • Perbadingan laju perubahan masingmasing komponen sama dengan perbandingan koefisien reaksinya
Konsep Laju Reaksi Pada reaksi : N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g), Laju reaksi : laju penambahan konsentrasi NH3 - laju pengurangan konsentrasi N2 dan H2.
Mengekspresikan Laju Reaksi Perubahan posisi x2 − x1 ∆x Laju Gerak = = = Perubahan waktu t 2 − t1 ∆t Laju reaksi
Perubahan konsentrasi A = Perubahan waktu ∆(Konst A) Konst A 2 − Konst A1 =− =− t 2 − t1 ∆t
∆[A] ∆[B ] = Laju = − ∆t ∆t
PENENTUAN LAJU REAKSI
Laju reaksi ditentukan melalui percobaan, yaitu dengan mengukur banyaknya pereaksi yang dihabiskan atau banyaknya produk yang dihasilkan pada selang waktu tertentu.
Contoh : Laju reaksi antara Mg dengan HCl dapat ditentukan dengan mengukur jumlah salah satu produknya, yaitu gas hydrogen Mg (s) + HCl(aq) MgCl2 (aq) + H2 (g) Waktu (detik) 0 10 20 30 40 50 60 70
Volume H2 (mL) 0 14 25 33 38 40 40 40
Volume H2
• pd 10 : 14 mL gas H2, laju reaksi = 1,4 mL hydrogen perdetik. detik ke 20 : 11 mL (2514). Laju reaksi : 1,1 mL perdetik •Volume total gas hydrogen yang : 40 mL, dalam 50 detik.
waktu (detik)
Laju reaksi rata-rata : 40 mL/50 detik = 0,8 mL gas H2 perdetik
Laju Reaksi Rerata, Instan dan Awal 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 2,42 1,95 1,63 1,40 1,23 1,10
x x x x x x x
10-5 10-5 10-5 10-5 10-5 10-5 10-5
Plot Konsentrasi vs Waktu
Ekspresi Laju dalam Konsentrasi Reaktan dan Produk
Laju = −
∆[O3 ] ∆[C2 H 4 ] ∆[C2 H 4O ] ∆[O2 ] =− =+ =+ ∆t ∆t ∆t ∆t
Soal Latihan
1.
2.
Karena menghasilkan produk gas non polusi, hidrogen sebagai bahan bakar roket dan sumber energi masa depan: 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) Tuliskan laju reaksi ini dalam suku perubahan [H2], [O2] dan [H2O] terhadap waktu Saat O2 turun pada 0,23 mol/L.s berapa kenaikan terbentuknya H2O?
Persamaan Laju dan komponennya
Untuk reaksi umum: aA + bB + ... cC + dD + ... Persamaan lajunya berbentuk Laju = k[A]m[B]n Konstanta proporsionalitas k disebut juga konstanta laju dan karakteristik untuk reaksi pada suhu tertentu serta tidak berubah saat reaksi terjadi m dan n disebut orde reaksi didefinisikan sejauhmana laju reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi masing-masing reaktan Komponen persamaan laju: laju, orde reaksi dan konstanta laju harus ditentukan berdasarkan eksperimen bukan berdasarkan persamaan stoikiometris yang seimbang
Faktor-faktor yang mempengaruhi Laju Reaksi Laju reaksi dipengaruhi oleh : Suhu Konsentrasi Luas permukaan sentuhan/ Ukuran partikel Katalis Kembali
Suhu Kenaikan suhu dapat mempercepat laju reaksi karena dengan naiknya suhu energi kinetik partikel zat-zat meningkat sehingga memungkinkan semakn banyaknya tumbukan efektif yang menghasilkan perubahan Suhu (oC)
Laju reaksi (M/detik)
10 20 30 40 t
0,3 0,6 1,2 2,4 Vt
Suhu Hubungan Kuntitatif perubahan suhu terhadap laju reaksi: Dari data diperoleh hubungan: Setiap kenaikan suhu 10 oC, maka laju mengalami kenaikan 2 kali semula, maka secara matematis dapat dirumuskan
Vt = V0 .2
t −t 0 10
Dimana : Vt = laju reaksi pada suhu t Vo = laju reaksi pada suhu awal (to)
Terminologi Orde Reaksi
NO(g) + O3(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
Menentukan Orde Reaksi
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 masing-masing akan diperoleh laju awal
Laju Awal serangkaian eksperimen pada reaksi O2 dan NO
Eksperimen
Konsentrasi reaktan awal (mol/L) NO
O2 1 2 3 4 5
1,10 2,20 1,10 3,30 1,10
x x x x x
10-2 10-2 10-2 10-2 10-2
Laju awal (mol/L.s)
1,30 1,30 2,60 1,30 3,90
x x x x x
10-2 10-2 10-2 10-2 10-2
3,21 6,40 12,8 9,60 28,8
x x x x x
10-3 10-3 10-3 10-3 10-3
Soal Latihan
Salah satu reaksi gas yang terjadi dalam kendaraan adalah: NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g) Laju = k[NO2]m[CO]n Jika diketahui data sebagai berikut, tentukan orde reaksi keseluruhan
Eksperimen
Laju awal (mol/L.s)
[NO2] awal (mol/L)
[CO] awal (mol/L)
1 2 3
0,0050 0,080 0,0050
0,10 0,40 0,10
0,10 0,10 0,20
Persamaan laju Integral Perubahan Konsentrasi terhadap waktu Misal reaksi A → B ∆[ A] Laju = − atau Laju = k [ A] ∆t [ ∆[A] A]0 − = k [ A] maka ln = kt ∆t [A]t
Reaksi orde satu {laju = k [A ]} : ln[ A]0 − ln[A]t = kt
∆[A] 2 = k [ A] Untuk reaksi orde dua laju = − ∆t 1 1 − = kt Reaksi orde dua laju = k[A]2 [A]t [A]0
Soal Latihan
1.
2.
Siklobutana (C4H8) terdekomposisi pada 1000oC menjadi dua molekul etilen (C2H4) dengan konstanta laju reaksi orde satu 87 s-1 Jika konsentrasi awal siklobutana 2,00 M berapa konsentrasinya setelah 0,010 s? Berapa fraksi siklobutana terdekomposisi pada waktu tersebut
Menentukan Orde Reaksi dari Persamaan Laju Integral
ln[A]t = −kt + ln[A]0
1 1 = kt + [A]0 [A]t
Waktu Paruh Reaksi
Pengaruh Temperatur Terhadap Laju Reaksi
Persamaan Arrhenius k = Ae − Ea / RT Ea 1 ln k = ln A − R T Ea 1 ln k 2 = ln A − R T2 Ea 1 ln k1 = ln A − R T1 k2 Ea 1 1 − ln = − k1 R T2 T1
Diagram Energi Reaksi Katalisis dan Non Katalisis
