1

ANALISIS & INTERPRETASIANALISIS & INTERPRETASIANALISIS & INTERPRETASIANALISIS & INTERPRETASIDATA KINETIKADATA KINETIKADATA KINETIKADATA KINETIKA

- SISTEM REAKTOR BATCH -

siti diyar kholisoh

Kinetika dan KatalisisSemester Genap Tahun Akademik 2010-2011

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA – FTIUPN “VETERAN” YOGYAKARTA

Thursday, 19 th May 2011

PERSAMAAN KINETIKA ATAU

KECEPATAN REAKSI

Bagaimana persamaan kinetika sebuah reaksi dapat diperoleh?

r = ...?

Data-data dan persamaan-persamaan kecepatan reaksi yang tersedia dari literatur

Metode-metode untuk memperoleh data kecepatan reaksi dari percobaan di laboratorium, menganalisisnya, dan menginterpretasikannya.

Postulasi mekanisme reaksi untuk memprediksi persamaan kecepatan reaksi

PERCOBAAN KINETIKA REAKSI

Pendekatan umum:1. Pemilihan spesies(reaktan atau produk) untuk memantau atau

mengamati keberlangsungan reaksi

2. Pemilihan jenis reaktor dan mode pengoperasiannya

3. Pemilihan metode untuk mengamati keberlangsungan reaksi terhadap waktu

4. Pemilihan strategi percobaan, yakni bagaimana cara mela-kukan percobaan kinetika, termasuk jumlah dan jenis percobaan yang diperlukan; bagaimana mengantisipasi adanya kemungkinan reaksi-reaksi samping; bagaimana kondisi operasinya; bagaimana menjamin supaya data-data yang dihasilkan mempunyai reproducibility tinggi; dsb.

5. Pemilihan metode untuk menentukan harga-harga para-meter kecepatan reaksi secara kuantitatif/numerik.

Data Kinetika – Sistem Batch

A + B ���� produk reaksi

CA vs t; nA vs t

XA vs t; 1-XA vs t

pA vs t

P vs t

V vs t (sistem volume berubah)

dan lain-lain.

Perlu memahami hubungan antar besaran tersebut di atas…!!!

Dari Neraca Massa A di Reaktor

AA

dnr V

dt= 0

AA A

dXn r V

dt− =

A

AA

nd V dCr

dt dt

= = 0

AA A

dXC r

dt− =

0

1A A

AA A

C dXr

X dtε− =

+( )0 0ln

A AA

A A

d VC Cd Vr

V dt dtε ε− = − =

1 AA

dpr

RT dt=

PROSEDUR ANALISIS DAN

INTERPRETASI DATA KINETIKA

1. Metode Integral

2. Metode Diferensial

2

Metode Integral (Integrasi)Metode Integral (Integrasi)Metode Integral (Integrasi)Metode Integral (Integrasi)

Didasarkan pada hasil integrasi persamaan kecepatan reaksi. Pada metode ini, analisis data kinetika dilakukan dengan mengalurkan beberapa fungsi konsentrasi reaktan versus waktu, dalam grafik-grafik yang bersesuaian.

Relatif mudah digunakan dan diterapkan, meskipun bersifat trial and error

Direkomendasikan untuk: ♦pengujian sebuah mekanisme reaksi♦persamaan kinetika yang sederhana♦data kinetika yang persebarannya tidak

cukup baik (atau tidak menentu)

Metode Diferensial (Diferensiasi)Metode Diferensial (Diferensiasi)Metode Diferensial (Diferensiasi)Metode Diferensial (Diferensiasi)• Didasarkan pada diferensiasi data-data percobaan

(konsentrasi versus waktu) untuk memperoleh kecepatan reaksi yang sebenarnya. Pada metode ini, analisis data kinetika dilakukan dengan menduga beberapa hubungan antara kecepatan reaksi sebagai fungsi konsentrasi, dan menguji dugaan-dugaan tersebut melalui grafik-grafik yang bersesuaian.

• Terkait langsung dengan persamaan kecepatan reaksi dalam bentuk diferensial.

• Mengevaluasi harga-harga turunan dCi/dt atau dpi/dt atau dP/dt dalam persamaan kecepatan reaksi (dari data-data percobaan)

• Dapat digunakan untuk persamaan-persamaan kinetika yang lebih kompleks

• Memerlukan data-data yang banyak dan akurat

METODE INTEGRALMETODE INTEGRALMETODE INTEGRALMETODE INTEGRAL

1. Metode grafik (atau grafik pemban-ding)

2. Metode merata-ratakan harga k (k averaging procedure)

3. Metode fractional life

(metode ini hanya bisa diterapkan untuk model kinetika hukum pangkat)

(trial and error)

Prosedur Umum Metode Integral

Metode Grafik Pembanding

Kelengkungan positif: orde reaksi yang ditebak (atau diasumsikan) lebih besar daripada orde reaksi sebenarnya.

Kelengkungan negatif: orde reaksi yang ditebak (atau diasumsikan) lebih kecil daripada orde reaksi sebenarnya.

Metode Perata-rataan Harga k

Grafik (a): harga-harga k tidak konsisten (karena adanya variasi yang cukup lebar antara harga-harga k yang dihitung pada pasangan-pasangan data yang berbeda).Grafik (b): harga-harga k relatif konsisten (karena harga-harga k yang dihitung pada pasangan-pasangan data yang berbeda tidak terlalu bervariasi).

3

Metode Fractional LifeHubungan antara fractional life suatu reaksi (tF) dengan konsentrasi awal reaktan (CA0):

( )n1

0A

n1

F Ck1n

1Ft −

−

−−=

( ) ( ) 0A

n1

F Clogn1k1n

1Flogtlog −+

−−=

−

(n ≠≠≠≠ 1)

atau:

Contoh Soal 1#:Contoh Soal 1#:Contoh Soal 1#:Contoh Soal 1#:Di dalam sebuah reaktor batch bervolume-tetap, reaktan A terdekomposisi menurut persamaan reaksi homogen berikut: A � produkKomposisi A dalam reaktor (CA) yang diukur pada berba-gai variasi waktu t disajikan sebagai berikut:

Persamaan kecepatan reaksi dianggap mengikuti model hukum pangkat:

Tentukan persamaan kinetika reaksi yang merepresentasi-kan data-data kinetika tersebut di atas, dengan mengguna-kan metode integraldan metode diferensial.

t (detik) 0 20 40 60 120 180 300

CA (mol/liter) 10 8 6 5 3 2 1

nAA Ckr =−Sumber: Levenspiel, 1999

Metode Grafik Pembanding

Jika orde yang ditebak: n = 0

Analisis Anda…?

Metode Grafik Pembanding

Jika orde yang ditebak: n = 1

Analisis Anda…?

Metode Grafik Pembanding

Jika orde yang ditebak: n = 2

Analisis Anda…?

Metode Grafik Pembanding

Cek:

Jika n = 1,4

Analisis Anda…?

Nilai k = slope grafik linier yang diperoleh

4

Metode Perata-rataan Harga k

Analisis Anda…?

Metode Perata-rataan Harga kCek:n = 1,4

Jadi: krata-rata= …………………..

Metode Fractional Life (F = ½)

Penentuan n dan k:

Dengan demiki-an, n dan k

dapat ditentukan berdasarkan

nilai-nilai slopedan intercept.

( )( ) ( ) 0A

n1

21 Clogn1

k1n

121

logtlog −+

−

−=

−

Jangan lupa:Satuan k: …..?

Metode Diferensial (de-ngan Teknik Linierisasi)

nA

AA Ck

dt

Cdr =−=−

A2

A1AA Ck1

Ck

dt

Cdr

+=−=−

Metode Diferensial(secara Trial and Error)

Bentuk persamaan kecepatan: )C(ftd

Cdr A

AA =−=−

dengan f(CA) ditebak atau diasumsikan .

Bentuk persamaan kecepatan reaksi tebakan tersebut dianggap sesuai jika plot tersebut menghasilkan bentuk yang linier.

5

Prosedur UmumMetode

Diferensial

Smooth-Curve atau Freehand-Curve

Contoh smooth-curve atau freehand-curve ditunjukkan pada kurva (a) . Smooth-curve harus dibuat secara hati-hati, dengan pandangan mata. Pada umumnya kurva ini tidak akan melewati semua titik data, tetapi mampu me-nunjukkan kecenderungan (trendline) data. Banding-kanlah dengan kurva (b) , yang melewati semua titik data, tetapi justru tidak menunjukkan kecenderungan data.

(a)

(b)

METODE DIFERENSIALMETODE DIFERENSIALMETODE DIFERENSIALMETODE DIFERENSIAL

Penentuan :td

Cd A

1. Metode GrafikMetode garis singgungMetode diferensiasi (sederhana; equal area)

2. Metode NumerikMetode finite-divided differenceMetode curve-fitting

Metode diferensial yang lain:1. Metode isolasi2. Metode initial rate

Metode Garis

Singgung

t (detik)

CA

(mo

l/L)

Tangents (garis-garis

singgung) pada titik-titik

data yang bersesuaian

Nilai n dan k dapat

ditentukan

Jangan lupa satuannya!

Contoh Soal #2:Contoh Soal #2:Contoh Soal #2:Contoh Soal #2:

Data berikut ini diperoleh melalui eksperimen reaksi dekomposisi reaktan A pada 0oC dalam sebuah reaktor batch bervolume-tetap menggunakan gas murni (reaktan) A:

Waktu (menit) 0 2 4 6 8 10 12 14 ∞Tekanan parsial A (mm Hg) 760 600 475 390 320 275 240 215 150

tentukan persamaan kecepatan reaksi yang merepresen-tasikan data-data di atas!

Jika stoikiometri reaksinya dituliskan sebagai: A → 2,5 R

Soal Nomor 40

6

Contoh Soal:Sucrose is readily hydrolysed to glucose and fructose in acidic solution. The hydrolysis can be monitored by measuring the angle of rotation of plane-polarized light passing through the solution. From the angle of rotation the concentration of sucrose can be determined. An experiment on the hydrolysis of sucrose in 0.50 M HCl (aq) produced the following data:

t/min 0 14 39 60 80 110

Sucrose/M 0,316 0,30 0,274 0,256 0,238 0,211

UTS KinKat – SP 2007/2008

Reaksi homogen: A →→→→ 1,5 P berlangsung dalam sebuah reaktor sistem batch bervolume-tetap pada kondisi isotermal. Mula-mula: CA0 = 100 mmol/liter, dan pada berbagai waktu (t) dicatat nilai konversi reaktan A (XA) seperti tersaji pada tabel berikut ini:

a) Berdasarkan data di atas, buktikan bahwa reaksi ini berorde 1,5. (Silakan pilih sendiri metode yang akan Anda gunakan)b) Apakah reaksi ini elementer? Berikan alasan singkat.c) Tentukan nilai kecepatan reaksi spesifiknya! Tuliskan juga satuannya.

t (menit) 15 40 65 90 120

XA (%) 37,26 65,40 78,11 84,92 89,59

UTS KinKat - Genap 2003/2004

Dimerisasi butadiena (A): 2 A →→→→ P

dilangsungkan secara batch (sistem bervolume konstan) pada 60oC, dengan reaktan awal berupa A murni. Keberlangsungan reaksi diamati melalui pengukuran tekanan totalsebagai fungsi waktu sbb:

t (menit) 0 5 10 20 35 50 80

Pt (torr) 630 611 592 559 523 497 463

Jika persamaan kinetika mengikuti model umum: -rA = k CA

n, tentukan harga-harga n (orde reaksi) dan k.