K I N E T
I K A K I M I A
1.
PENDAHULUAN
1.1 Konsep-konsep penting dalam Kinetika Kimia
·
Kinetika
Kimia
Adalah ilmu yang mempelajari
tentang laju reaksi dan mekanisme reaksi.
·
Laju
atau Kecepatan :
Adalah suatu perubahan dengan satuan
waktu terdapat pada penyebut.
·
Laju Reaksi (V):
Adalah perubahan konsentrasi terhadap
waktu yg diperlukan untuk perubahan tsb,
atau
kecepatan berkurangnya pereaksi atau bertambahnya
produk reaksi dinyatakan dlm molar/detik (mol.L−1.s−1).
·
Persamaan
Laju atau Hukum Laju
Adalah persamaan yg mengaitkan laju
reaksi dengan konsentrasi molar pereaksi dgn pangkat yang sesuai.
dX/dt = V =
k. [A]a.[B]b
Hukum laju: -
diperoleh dari hasil eksperimen.
- dapat dinyatakan dlm bentuk differensial
atau integral.
·
Orde
Reaksi (n):
Adalah jumlah pangkat konsentrasi dalam
hukum laju bentuk differensial.
n = umumnya bil. bulat kecil (1,2,3…)
dalam hal tertentu bisa berupa pecahan atau nol.
·
Tetapan Laju (k):
Adalah tetapan perbandingan antara laju
reaksi dan hasil kali konsentrasi spesi yang mempengaruhi laju reaksi.
Tetapan laju = koefisien laju = laju
reaksi jenis.
·
Kemolekulan Reaksi:
Adalah jumlah spesi tahap penentu laju
reaksi, yang merupakan suatu konsep teoritis yang dapat digunakan jika sudah
diketahui mekanisme reaksi.
·
Mekanisme Reaksi
Adalah deret tahap-tahap dalam suatu
reaksi kimia yang merupakan perubahan keseluruhan,
atau
seperangkat proses elementer yang
menjelaskan kemolekulan reaksi.
·
Koordinat Reaksi
Adalah parameter yang terus bervariasi,
dan setiap nilai sesuai dengan seperangkat atom atau molekul sistem reaksi
sepanjang jalannya reaksi.
·
Katalis
Zat yang mempengaruhi laju reaksi
(mempercepat laju reaksi) dengan menurunkan energi pengaktifan.
Zat yang memperlambat reaksi : Inhibitor
·
Kompleks Teraktivasi
Gabungan atom, molekul atau ion pereaksi
(tidak stabil) yang menghasilkan produk reaksi.
Bentuk ini disebut juga keadaan transisi.
· Energi Pengaktifan (Energi Aktivasi)
Energi
minimum yang harus dimiliki peraksi untuk menghasilkan produk reaksi. (Energi
minimum yang harus dimiliki oleh molekul pereaksi agar menghasilkan tabrakan
yang efektif).
·
Waktu Paroh
Adalah waktu yang diperlukan agar
setengah dari jumlah A bereaksi.
1. Laju Reaksi
1.1
Konsep Laju Reaksi
Laju reaksi dapat dinyatakan sbb:
Laju reaksi = Perubahan Konsentrasi……………
Waktu yg diperlukan untuk perubahan
Untuk reaksi : A + B
→ C
Laju = - d[A] atau Laju = - d[B] atau Laju =
+ d[C]
dt dt dt
(konsentrasi/waktu)
1.2 Pengukuran Laju Reaksi
Laju
suatu reaksi dapat ditentukan dengan cara mengikuti perubahan sifat selama
terjadi reaksi.
a.
Analisis volumetri dan gravimetri
Untuk reaksi hidrolisis ester
CH3COOH2H5
+ H2O ® CH3COOH + C2H5OH
b.
Mengukur Perubahan Tekanan
Pada cara ini, reaksi yang menyangkut
gas, perubahan tekanan dari sistem dapat diukur. Pada reaksi
C6H5N2Cl + H2O ® C2H5OH
+ HCl + N2
c.
Mengukur Perubahan Beberapa Sifat Fisik
-
mengukur indeks bias
-
mengukur intensitas warna
-
mengukur sifat optik aktif
-
mengukur daya hantar
-
mengukur viskositas
d.
Mengukur kalor yang dilepaskan pada
reaksi eksoterm.
1.3
Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
a.
Keadaan Pereaksi dan Luas Permukaan
Pada
umumnya, makin kecil partikel pereaksi makin besar permukaan pereaksi yang
bersentuhan dalam reaksi, sehingga reaksinya makin cepat.
b.
Konsentrasi ~ makin besar konsentrasi,
laju reaksi makin cepat
c.
Suhu ~ umumnya suhu dinaikkan laju reaksi
bertambah.
d.
Katalis ~ mempercepat laju reaksi
e.
Cahaya ~ Fotosintesis dan fotografi
sangat berkaitan dengan reaksi yang peka terhadap cahaya.
3.
HUKUM LAJU DAN ORDE REAKSI
3.1
Hukum Laju
Untuk Reaksi ; A + B ® Produk
Hukum laju ~ Laju (V) =
k[A]a[B]b
3.2
Orde Reaksi
|
|
3.3 Definisi
Laju reaksi
a A + b B ® p
P + q
Q
a dt b
dt p dt
q dt
Dimana: x = orde reaksi terhadap A
Y = orde reaksi
terhadap B
x+y = orde total
Contoh:
Pada
reaksi penguraian Nitrogen dioksida, NO2, menjadi nitrogen oksida,
NO, dan oksigen, O2:
2NO2 ® 2NO
+ O2
a.
Tulislah pernyataan laju rata-rata
berkurangnya konsentrasi NO2 dan laju rata-rata bertambahnya
konsentrasi NO dan O2!
b.
Jika diketahui laju berkurangnya
konsentrasi NO2 adalah 4,0x10-13 mol.L-1s-1,
berapa laju bertambahnya konsentrasi NO dan O2?
Jawab:
a.
Laju berkurangnya konsentrasi NO2
=- d[NO2] = - Δ[NO2]
dt Δt
Laju bertambahnya konsentrasi NO =+ d[NO] = + Δ[NO]
dt Δt
Laju
bertambahnya konsentrasi O2 = + d[O2] =
+ Δ[O2]
dt Δt
b.
Untuk tiap 2 molekul NO2 yang
bereaksi, terbentuk 2 molekul NO. Jadi berkurangnya konsentrasi NO2
dan bertambahnya konsentrasi NO berlangsung dengan laju yang sama:
- 1 Δ[NO2] =
1 Δ[NO] = 4,0 x 10-13
mol L-1s-1
2 Δt 2
Δt
Sedangkan O2 hanya satu
molekul yang diperoleh, maka:
- 1 Δ[NO2] = 1
Δ[O2] = 4,0
x 10-13 mol L-1s-1
2 Δt 1 Δt
Δ[O2] = 4,0
x 10-13 mol L-1s-1 = 2,0 x 10-13 mol L-1s-1
Δt 2
3.4
Penetapan Hukum Laju atau Persamaan Laju
Perhatikan
data:
1.
2N2O5 ® 4NO2 + O2 2.
2NO2 ® 2NO + O2
|
[N2O5]
|
Laju (mol L-1s-1)
|
|
[NO2]
|
Laju (mol L-1s-1)
|
|
0,020
0.040
0,080
|
0,70 x 10-6
1,40 x 10-6
2,80 x 10-6
|
0,020
0.040
0,080
|
0,75 x 10-13
3,00 x 10-13
12,00 x 10-13
|
Jadi
~ Laju (V) = k [N2O5] Laju
(V) = k [NO2]2
Reaksi orde 1 Reaksi
orde 2
3.
2A
+ B2 ® 2AB
|
Percobaan
|
[A]
|
[B]
|
Laju, mol L-1s-1
|
|
1
2
3
|
0,50
0,50
1,00
|
0,50
1,00
1,00
|
1,6 x 10-4
3,2 x 10-4
3,2 x 10-4
|
Jadi
Laju (V) = k [A]0[B2] atau
Laju (V) = k [B2]
Orde 0 terhadap A
Orde 1 terhadap B2
Orde reaksi total = 0 + 1 = 1
Bentuk-bentuk
Hukum Laju Berdasarkan jenis Orde Reaksi
|
No
|
Jenis
Reaksi
|
n
|
Hukum Laju
|
Satuan
k
|
Waktu
Paro
|
|
|
Bentuk
Diff
|
Bentuk
integral
|
|||||
|
1
|
A
®
Produk
|
0
|
V
= k [A]0
|
[A]0-[A]t
= kt
|
mol
L-1s-1
|
t1/2
= [A]0/2k
|
|
2
|
A
®
Produk
|
1
|
V
= k [A]
|
ln[A]0-ln[A]t
=kt
|
s-1
|
t1/2
= ln 2/k
|
|
3
|
2A
®
Produk
|
2
|
V
= k[A]2
|
1 - 1 = kt
[A]t
[A]0
|
L
mol-1s-1
|
t1/2
= 1/k[A]0
|
|
4
|
A+B® Produk
|
2
|
V=k[A][B]
|
1
ln [B]0[A]t=
kt
[A]0–[B]0 [A]0[B]t
|
L
mol-1s-1
|
t1/2
= 1/k[A]0
|
|
5
|
3A
®
Produk
|
3
|
V
= k[A]3
|
1
- 1 =
kt
2[A]t2 2[A]02
|
L2mol-2s-1
|
t1/2=
3
.
2k[A]02
|
n
= orde reaksi
Contoh
Soal
1.
Penguraian
termal aseton, (CH3)2C=O, pada 600oC adalah
reaksi orde pertama (1) dengan waktu paro 80 detik (s).
a.
Hitung
tetapan laju (k)!
b. Berapa waktu yang diperlukan agar 25 % suatu contoh tertentu terurai?
Jawab :
a.
Tetapan
laju, k = ln 2 = 0,693 =
8,7 x 10-3 s-1
t1/2 80 s
b. Jika [A]0 = 100 %, terurai 25 % ~ [A]t
= 75 %, sehingga
kt = ln [A]0 , 8,7 x 10-3 s-1t = 100%
[A]t 75%
~ t = 33 s
2.
Data
di bawah ini diperoleh dari peluruhan radikal metil yang merupakan reaksi orde
2 :
Waktu [CH3●]
0 x 10-6
s 12,5 x 10-7
mol L-1
10 x 10-6 s 10,0 x 10-7 mol L-1
a. Hitung tetapan laju (k)!
b. Hitung waktu paro peluruhan!
Jawab:
a. Untuk reaksi orde 2: 1 -
1 =
kt
[A]t
[A]0
1 - 1 =k x10x 10-6 s
10,0 x 10-7 mol L-1
12,5 x 10-7 mol L-1
2 x 10-5 mol-1L = 10 x 10-6s k
k = 2 x 1010
mol-1Ls-1
====================
b. Waktu paro, t1/2 = 1 .
k[A]0
= 1 .
2 x 1010 mol-1Ls-1
x 12,5 x 10-7 mol L-1
t1/2 = 4 x 10-5 s
===============
3.
Data
di bawah ini diperoleh untuk reaksi
A + B → Produk
[A], M [B],
M Laju, Ms-1
1. 4,32 x 10-2 1,07 x 10-2 1,32 x 10-4
2. 4,32 x 10-2 1,56 x 10-2 2,84 x 10-4
3. 1,07 x 10-1 1,56 x 10-2 6,99 x 10-4
a)
Tulis
persamaan laju
b)
Hitung
laju reaksi jika [A] = 8,42 x 10-2 M dan
[B] = 4,52 x 10-2 M
JAWAB
a)
Perhatikan
1 & 2
y log 1,46 = log 2,15
Jadi
orde 2 terhadap B
Perhatikan
2 & 3 :
Jadi
orde 1 terhadap A
Jadi
hukum laju, V = k [A][B]2
b)
Untuk
menghitung laju V1, k harus dicari terlebih dahulu :
V = 26,69 M-2S-1 p 8,42 x 10-2
M x (4,52 x 10-2M)2
= 1,59 x
10-3MS-1
IV. TETAPAN LAJU, SUHU dan ENERGI AKTIFASI
Energi Aktifasi → Energi minimum yang dibutuhkan
untuk
menghasilkan reaksi
jika saling tumbukan.
Reaski kimia dapat terjadi karena adanya tumbukan untuk
molekul-molekul yang bereaksi, tumbukan yang terjadi harus tumbukan efektif.
Syarat
tumbukan efektif :
1.
Energinya
harus cukup → Ea
|
Rx
Eksoterm, ∆H = Ө
|
|
a
|
|
b
|
|
pereaksi
|
|
hasil
|
|
a
|
|
Rx
Endoterm, ∆H = +
|
|
b
|
|
pereaksi
|
|
hasil
|
2.
Orientasi
molekul selama tumbukan
Mis : 2AB → A2 + B2
A A A A A2 (menghasilkan
Rx)
R =
tetapan gas = 8,314 J/mo
Pers
Arrhenius : k = A e-Ea/RT
k = tetapan laju
A = faktor pra-eksponensial
Ea = energi aktifasi
T = suhu (ºK)
e = 2,71828
bila k1 adalah konstanta laju pada T1
dan
k2 adalah
konstanta laju pada T2
Dari persamaan Arrehensius : k = A e-Ea/RT
Jadi :
1.
Ea
bertambah, e-Ea/RT berkurang → makin banyak energi yang diperlukan,
molekul-molekul lebih sukar mencapai energi ini, sehingga laju berkurang.
2.
T
bertambah, e-Ea/RT bertambah → k bertambah
Laju
reaksi bergantung pada suhu :
(V2/V1) = 2 (T2
− T1)
V2 = laju akhir
V1 = laju awal
T2 = suhu akhir
T1 = suhu awal
CONTOH
SOAL
Data
di bawah ini diperoleh untuk suatu reaksi :
Suhu Laju
0ºC 3 x 10-3 mol L-1S-1
20ºC 1,5
x 10-2 mol L-1S-1
a)
hitung
energi pengaktifan
b)
hitung
laju reaksi pada suhu 50ºC
JAWAB
a)
Ea = 53525,35 J mol-1
= 53,53 kJ mol-1
b)
Jadi laju (50ºC) = 38,47 x 3 x 10-3mol.L-1s-1
= 1,154 x 10-1mol.L-1s-1
