Kinetika Kimia

Kinetika KimiaAbdul Wahid Surhim

2014Kerangka PembelajaranLaju ReaksiHukum Laju dan Orde ReaksiHukum Laju Terintegrasi untuk Reaksi Orde PertamaSetengah Reaksi Orde PertamaReaksi Orde KeduaLaju Reaksi dan Suhu; Persamaan ArrheniusMenggunakan Persamaan ArrheniusKatalis Homogen dan HeterogenLaju ReaksiLAJU REAKSISeberapa cepat reaktan atau produk berubah per satuan waktu

Satuan: M/detik atau (mol/L)/detikGunakan tanda minus (-) untuk laju kehilangan reaktan

Laju ReaksiLaju relatif pembentukan produk dan konsumsi reaktan tergantung pada koefisien persamaan yang disetarakanPerlu ditentukan produk atau reaktan ketika menyatakan sebuah persamaan laju reaksiPerubahan laju sesuai dengan reaksi yang berjalanTentukan waktunyaLaju reaksi menurun sebanding dengan habisnya reaktanPerubahan Laju Reaksi

awalakhirContoh Ditemukan bahwa laju pembentukan N2 yang mengikuti reaksi4 NH3 (g) + 3 O2 (g) 2 N2 (g) + 6 H2 O (g)adalah 0.52 Ms-1 pada waktu tertentu.Berapa laju penghilangan NH3?

Hukum Laju dan Orde Reaksi (1)Hukum Lajumenyatakan ketergantungan laju reaksi pada konsentrasiPersamaan yang menceritakan berapa lajunya tergantung pada konsentrasi tiap reaktanUntuk reaksi a A + b B produk, hukum lajunya adalah

k = konstanta proporsionalitas yang disebut konstanta laju

Hukum Laju dan Orde Reaksi (1)Orde Reaksi ditentukan oleh harga pangkatnyaHarga pangkat pada hukum laju HARUS ditentukan melalui eksperimen; TIDAK DAPAT disimpulkan dari stoikiometri reaksi (tidak ada hubungan)

Orde kesuluruhan reaksi = m + n

Makna Orde Laju ReaksiBiasanya ordenya berupa bilangan bulat kecil, akan tetapi bisa juga negatif, nol, bahkan pecahanPangkat = 1; lajunya tergantung secara linear pada konsentrasi reaktan yang berhubunganPangkat = 0; lajunya bebas dari konsentrasi reaktan yang berhubunganPangkat < 1; lajunya turun jika konsentrasi reaktan yang berhubungan naik

Menentukan Laju Reaksi Secara EksperimenLaju reaksi ditentukan dengan mengukur laju awal reaksi sebagai fungsi kumpulan konsentrasi awal yang berbeda-bedaPenggunaan laju awal reaksi adalah untuk menghindari komplikasi dengan reaksi balikHanya mengukur reaksi kearah majuHanya reaktan dan katalis yang muncul dalam hukum lajuProsedurnya Disain pasangan eksperimen untuk menginvestigasi pengaruh konsentrasi awal dari reaktan tunggal pada laju awal perubahanJika penggandaan sebuah reaktan, lajunya juga dua kali lipat, maka reaksi orde 1 pada reaktan tersebutJika penggandaannya, lajunya sesuai dengan faktor 22 = 4, maka orde 2Penentuan kHarganya merupakan sifat dari reaksiTergantung pada suhuTidak bergantung pada konsentrasiSatuannya bergantung pada jumlah konsentrasi dalam hukum laju dan pada nilai pangkatnyaContoh 2 NO (g) + 2 H2 (g) N2 (g) + 2 H2O (g)orde 1 terhadap H2 dan orde 2 pada NOTulis hukum lajunyaBerapa keseluruhan orde reaksinya?Berapa perubahan laju reaksi jika konsentrasi H2 digandakan sedangkan NO dijaga tetap?Berapa perubahan laju reaksi jika konsentrasi NO dipotong setengahnya sedangkan H2 dijaga tetap?Jawaban Laju = [H2][NO]2Orde keseluruhan = 1 + 2 = 3Jika [H2] digandakan dan [NO] tetap, maka reaksinya akan digandakan: (2)1 = 2Jika [NO] dipotong setengahnya, maka reaksinya menjadi : (1/2)2 = Latihan [NO]I[H2]IRate (Ms-1)0.150.158.54 10-60.300.153.42 10-60.450.152.00 10-60.150.301.71 10-50.150.452.56 10-5Berapa laju reaksinya?Berapa harga k?Hukum Laju Terintegrasi untuk Reaksi Orde Pertama

Menentukan k (Orde 1)

tln CAln CA0Slope = kContoh Reaksi sukrosa dengan air membentuk glukosaC12H22O11 + H2O 2 C6H12O6Reaksi ini orde 1 terhadap sukrosa. Tentukan k jika reaksinya memerlukan waktu 9.70 jam untuk menurunkan konsentrasi sukrosa dari 0.00375 M ke 0.00252 M. Tentukan waktu yang diperlukan untuk menyempurnakan reaksi sampai 80%Jawaban 80% sempurna = 0.800 x 0.00375 = 3.00x10-3Sisa sukrosanya = 0.00375 3.00x10-3 = 7.50x10-4

Setengah Reaksi Orde PertamaSetengah reaksi (t1/2): waktu yang diperlukan reaksi untuk mencapai setengah dari harga mula-mulaCA = CA0

Untuk orde 1 hanya tergantung pada kContoh Berapa setengah reaksi dari reaksi sukrosa pada contoh sebelumnya?

Reaksi Orde Kedua

Menentukan k (Orde 2)t1/CA1/CA0Slope = k

Setengah Reaksi Orde 2

Example The reaction 2 NOBr (g) 2 NO (g) + Br2 (g) is a second order reaction with respect to NOBr. The rate constant for this reaction is k = 0.810 M-1s-1 when the reaction is carried out at a temperature of 10o C. If the initial concentration of NOBr = 7.5 10-3 M, how much NOBr will be left after a reaction time of 10 minutes? Determine the half-life of this reaction.Jawaban

Latihan The following data was collected for the general reaction:

D (g) + K (s) E (l) + 2 A (g)

Determine the order of the reaction and the rate constant. Determine the amount of time required for the reaction to reach 50% completion and the amount of time required for the reaction to reach 95% completion.Time (s)0100200300400[D]0.1750.1510.1320.1180.106Mekanisme ReaksiMekanisme ReaksiUrutan kejadian molekuler, atau tahapan reaksi, yang menggambarkan jalur dari reaktan menuju produkTahapan reaksi melibatkan pemutusan ikatan kimia dan/atau pembuatan ikatan baruDengan mengetahui mekanisme reaksi kita dapat mengendalikan reaksi yang diketahui dan memprediksi reaksi baruTahapan ElementerTahapan Elementer: Gambaran kejadian molekuler secara individual (tumbukan molekul secara individual)Menggambarkan mekanisme reaksiTerklasifikasikan pada basis molekularitasnyaMolekularitas: jumlah molekul sisi reaktan dari persamaan kimiaReaksi unimolekuler: reaksi elementer yang melibatkan molekul reaktan tunggalReaksi bimolekuler: reaksi elementer yang dihasilkan dari tumbukan energetik antara dua molekul reaktanReaksi termolekuler: melibatkan tiga atom atau melekul jarangReaksi AntaraReaksi antaraSpesies yang dibentuk dalam satu tahap dari mekanisme reaksi dan habis pada tahapan berikutnyaTidak muncul lagi pada reaksi bersih dari keseluruhan reaksiYang hadir hanyalah yang tercatat dalam reaksi elementerHukum Laju dan Mekanisme ReaksiHukum laju dari reaksi keseluruhan ditentukan dari eksperimenHukum laju dari reaksi elementer ditentukan dari molekularitasnyaBerisi konsentrasi tiap reaktan pangkat koefisiennya pada persamaan kimia untuk reaksi elementer HANYA diterapkan pada reaksi elementer bukan reaksi keseluruhanLaju dari reaksi unimolekuler adalah orde 1 pada konsentrasi molekul reaktanHukum Laju Keseluruhan ReaksiSecara eksperimen tergantung mekanisme reaksiPada tahap elementer tunggal:Hukum laju eksperimental = hukum laju tahapan elementerPada dua atau lebih tahapanTahapan yang dipilih adalah yang paling lambat (teori kemacetan)Keseluruhan reaksi dapat terjadi tidak lebih cepat dari pada kecepatan dari tahapan yang menentukan laju tersebutDua KriteriaDua kriteria untuk mekanisme reaksi yang dapat diterimaTahapan-tahapan elementer harus dijumlah untuk memberikan reaksi menyeluruhMekanismenya harus konsisten dengan laju reaksi yang diobservasi untuk reaksi keseluruhanProsedur Prosedur untuk menetapkan sebuah mekanisme reaksiTentukan hukum laju keseluruhan secara eksperimenTemukan rangkaian tahapan-tahapan elementerPerkirakan hukum lajunya berdasarkan mekanisme reaksinyaMudah untuk menyanggah sebuah mekanisme; mustahil untuk membuktikan sebuah mekanismeContoh Z2 2 Z2 Z + 3 H2O 2 ZH3 + 3/2 O22 ZH3 + 4 O2 2HZO3 + 2H2O

Determine the overall reaction.Identify the reaction intermediates and determine the molecularity of each step.Determine the rate law if the second step is the rate determining stepJawaban Z2 2 Z 1 H2O2 Z + 3 H2O 2 ZH3 + 3/2 O22 ZH3 + 4 O2 2HZO3 + 2H2O 5/2 O2

Overall reaction: Z2 + H2O + 5/2 O2 2HZO3The reaction intermediates are those species in the reaction mechanism that are not included in the overall reaction: Z, ZH3.

The molecularity of the 1st step = 1 (unimolecular)The molecularity of the 2nd step = 5The molecularity of the 3rd step = 6.

Rate law = k[Z]2[H2O]3 Model Tumbukan; Energi Aktivasi

Konsentrasi dan tumbukan molekul. Molekul merah harus menumbuk molekul biru agar terjadi reaksi. (a) Molekul merah tunggal menggerakkan 10 molekul biru dan bertumbukan dengan 2 dari molekul biru tersebut per detik. (b) Dengan penggandaan molekul biru, tumbukan menjadi 4 molekul per detikTumbukan Efektif dan Tidak Efektif

Laju Reaksi dan Suhu; Persamaan ArrheniusLaju Reaksi = p fZ[A][B]dengan Faktor STERIK (p): fraksi tumbukan yang memiliki orientasi yang tepatZ adalah konstanta yang berhubungan dengan frekuensi tumbukanFraction,k:

Diagram Energi Reaksi

Pengaruh Suhu

Fraksi tumbukan yang efektif naik karena naiknya suhu laju reaksi naikMenggunakan Persamaan Arrhenius

Persamaan Dua-Titik

Contoh:

Katalis

KATALIS: zat yang mempercepat laju reaksi tanpa dikonsumsi olehnyaKatalis HeterogenKatalis Heterogen: katalis yang berbeda fasa dengan campuran reaksiContoh: dekomposisi N2O dengan katalis emas

Catalytic Converter

Katalis HomogenKatalis Homogen: katalis yang sama fasanya dengan campuran reaksi (reaktan)Contoh: dekomposisi hidrogen peroksida yang lambat tanpa katalis

Dengan katalis NaI:

Enzim Enzim adalah molekul protein yang tinggi massa molarnyaEnzim bisa berfungsi sebagai katalis

Enzim dalam kentang mengkatalisasi dekomposisi larutan hidrogen peroksida, sebagaimana ditunjukkan oleh gelembung-gelembung oksigen