iqmal kinetika 03 penentuan konstanta laju reaksi

9/21/2012

1

KINETIKA KIMIAPenentuan Laju Reaksi

Bagian 1. Penjabaran persamaan

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia - FMIPAUniversitas Gadjah Mada (UGM)

Drs. Iqmal Tahir, M.Si.

Laboratorium Kimia Fisika,, Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 55281

Tel : 087 838 565 047; Fax : 0274-565188 Email :

[email protected] atau [email protected]

Website :http://iqmal.staff.ugm.ac.id

http://iqmaltahir.wordpress.com

PENENTUAN LAJU REAKSIUntuk reaksi umum :

Laju reaksi dapat dinyatakan sebagai berikut :

dengan :k = konstanta laju reaksix,y = order reaksi untuk A dan Bx+y = order reaksi total

Catatan : Order reaksi tidak sama dengan koefisien reaksi seimbang

+ + + +aA bB ... eE fF ...= = x ylaju r k.[A] .[A] ...

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia FMIPA, UGM

Catatan : Order reaksi tidak sama dengan koefisien reaksi seimbang.Penentuan order reaksi secara praktis : Metoda pengukuran laju awal Pendekatan waktu paro Metode Powell-Plot Metoda isolasi Penentuan laju reaksi dengan grafik

Penentuan ini dapat dilakukan dari hasil penjabaran laju reaksi berdasarkan penyelesaian integral matematik.

Penjabaran integrasi persamaan laju reaksi

LL ======dtFd

fdtEd

edtBd

bdtAd

ar ][1][1][1][1

Persamaan diintegrasikan untuk mencari nilai [A] sebagaifungsi waktu atau [A] = g(t)

Asumsi :

Reaksi selalu berlangsung pada temperatur konstan (T konstan maka k juga konstan)

Volume konstan

Reaksi berlansung secara ireversibel (k0 relatif sangatbesar)


Reaksi order satuUntuk reaksi order satu PaA dengan [ ]Akr =

LL ======dtFd

fdtEd

edtBd

bdtAd

ar ][1][1][1][1

[ ] [ ] [ ] LBAkr L=[ ]Ad1 [ ] [ ]AkdtAd

ar == 1

Didefinisikan akkA [ ] [ ]AkdtAd A=/[ ] [ ] dtkAAd A=/[ ] [ ] = 2121 / dtkAAd A


[ ] [ ] = 2121 / dtkAAd A[ ] [ ]( ) )(/ln 1212 ttkAA A =

[ ] tkA =lnjika tt =2[ ] [ ]oAA =1 pada 01 =t [ ] [ ]AA =2 padadan

Reaksi order satu

[ ][ ] tkA Ao =ln

[ ] [ ] tko AeAA =Konsentrasi A dan laju reaksi untukreaksi order satu akan menurun secaraeksponensial seiring dengan waktu.

[ ] [ ]AkdtAd

ar == 1Hasil integrasi


[ ] [ ] tko AeAA =[ ] [ ] tkAA Ao = lnln[ ]

[ ] tko AeAA = [ ] [ ] tkAA Ao =/ln

Reaksi order satu

Reaksi order satu: ln[A] vs t

[A]/[A] o

tReaksi order satu: [A]/[A]o vs t

Ln[A

]

t


9/21/2012

2

Contoh : Reaksi order satu (terhadap satu komponen)

0lnln CktC +=CNCHNCCH C

o

39.198

3 Reaksi transformasi isomerik metil isonitril menjadi asetonitril


Reaksi order satu

Kapan reaksi sempurna?[A] = [A]0 exp{-kt}

Secara teknis [A]=0hanya tercapai setelah


waktu tak terhingga.

Reaksi order satu (contoh)


2/1tWaktu paro

2/1tt = oAA ][2/1][ =[ ][ ] tkA

AA

o=ln

][2/1 A 2/1l k

Reaksi order satu (waktu paro)

2/1][][2/1ln tk

AA

Ao

o =

693.02ln2/1 ==tkA Reaksi order satu

2/12/1ln tkA=

Akt /693.02/1 = Tidak tergantung terhadap [A]o


Reaksi order satu (contoh)Reaksi peluruhan radioaktif : Co64 Zn64 + - didapatkan harga umur paro C0, = 12,8 jam, maka berapa nilai konstanta laju reaksi peluruhannya ?


didefinisikan akkA Reaksi order nol

kA dt

dA = PaA[ ] dtkAd A.=

Hasil integrasi dengan batas 0 t dan [A]0 [A]t[ ] [ ] tkAA =


[ ] [ ] tkAA At .0 =[ ] [ ]

tAAk tA 0

=

9/21/2012

3

Reaksi order nol

[ ] [ ] tkAA At .0 =

2/1tWaktu paro

2/1tt = oAA ][21][ =

[ ] [ ] 2/100 .21 tkAA A=

[ ]1 tkA =


[ ]2/1

021

t

AkA =

[ ] 2/10 .2 tkA A=

Reaksi order nol (contoh)Suatu reaksi dengan konsentrasi awal 1 mol / L, berlangsung 50 % sempurna dalam 10 menit. Reaksi tersebut dibiarkan berlangsung 5 menit lagi. Berapa banyak sisa reaktan jika reaksi mengikuti order nol ?


22

2

][A P 2A )2(

A][B][ PBA )1(

kr

kr

==+

Reaksi order duaAda 2 tipe :


Tipe lain :

Reaksi autokatalitik pada persamaan stokhiometrik :

A == B +.

[ ] [ ]21 AkdtAd

ar ==

didefinisikan akkA [ ] [ ]2/ AkdtAd A=

Reaksi order dua (tipe 2)

[ ] [ ]2AkdtAd

A=

[ ] [ ] =21

21 2

1 dtkAdA

A


[ ] [ ] )(11

1221

ttkAA A

=

kk[ ] [ ]oAA

[ ] [ ] =21

21 2

1 dtkAdA

A

[ ] [ ] tkAA Ao =11


Plot 1/[A] lawan t akan menghasilkan garis lurus dengan slope = kA

akkA [ ] [ ][ ]oAoAtk

A += 1

[ ]2Akr =


{[A]-1}

[ ] [ ] tkAA Ao =11

[ ] [ ] tkAA Ao +=11

2/1tWaktu paro:

2/1tt = oAA ][2/1][ =


{t}

Second-order reaction: 1/[A] vs t

2/1tt oAA ][2/1][

Ao kAt

][1

2/1 =

Untuk reaksi order dua

r = k[A]2


9/21/2012

4

)(21)()( 2

3002 gOgNOgNO

Co +

Time / s [NO2] / M

0.0 0.01000

50.0 0.00787

Dekomposisi nitrogen dioksida pada fase gas

100.0 0.00649

200.0 0.00481

300.0 0.00380

k = 0.543 (k = 0.543 (satuansatuan ?)?)Tunjukkan apakah reaksi mengikuti order satu atau order dua ?


0

11C

ktC

+=

)(21)()( 2

3002 gOgNOgNO

Co + Contoh : Reaksi order dua


produkbBaA + [ ][ ]BAkr =[ ] [ ][ ]BAkdtAd

a=1

Tiga variabel



produkBA +0=t

[ ] [ ][ ]BAkdtAd =

[ ]oA [ ]oBtt = [ ] xA o [ ] xB o

0

x

[ ] [ ][ ] [ ]( ) [ ]( )xBxAkBAkAd == [ ] ddxdAd =


x=0 untuk t=0

[ ][ ] [ ]( ) [ ]( )xBxAkBAkdt oo

== dtdt

[ ]( ) [ ]( )xBxAkdtdx

oo =

[ ]( ) [ ]( ) kdtxBxA dx oo = [ ]( ) [ ]( ) = tx

ookdt

xBxAdx

00


[ ]( ) [ ]( ) ktkdtxBxA dx tx oo == 00

[ ]( ) [ ]( ) [ ] [ ] [ ]( ) [ ]( ) dxxBxAABxBxA dx x oooox

oo

= 00111

[ ] [ ][ ]

[ ][ ]

[ ]

= xBB

xAA

AB oo

o

o

oolnln1


[ ] [ ] [ ] [ ] xx oooo

[ ] [ ][ ]

[ ][ ]

[ ] ktxBB

xAA

AB oo

o

o

oo=

lnln1

[ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ] ktAA

BBAB o

o

oo=

//

ln1[ ] [ ] xAA o =[ ] [ ] xBB o =LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia FMIPA, UGM

[ ]( ) [ ]( ) [ ]( ) ktkdtxAdx

xBxAdx tx

o

x

oo== = 00 20

[ ]( ) [ ] [ ] ktAxAxAdx

oo

x

o==

110 2

Jika [A]o=[B]o

Reaksi order dua (tipe 1)produkBA + [ ] [ ][ ]BAkdt

Ad =

[ ] [ ] ktAA o =11

2/1tWaktu paro:2/1tt = oAA ][2/1][ =

[ ]oAkt1

2/1 =


9/21/2012

5

Reaksi autokatalitik order duaReaksi autokatalitik order 2 pada persamaan stokhiometrik : A == B +.

Contoh model kinetik ini dapat terjadi pada hidrolisa ester yang melibatkankatalis asam dari hasil reaksi tersebut. Hidrolisa ester sederhana akanmenghasilkan salah satunya asam karboksilat dan molekul asam akanterdisosiasi menghasilkan ion hidrogen (H+ ) yang kemudian dapat berfungsisebagai katalis.Bila reaksi permulaan hanya ada A saja maka B0 mula-mula = 0 Gambar grafik


Bila reaksi permulaan hanya ada A saja, maka B0 mula-mula = 0. Gambar grafikmenunjukkan bahwa B sebagai fungsi t. yang berbentuk huruf S dan merupakanciri khas reaksi auto katalitik.

Reaksi autokatalitik order dua


Reaksi order tigaAda 3 tipe : [ ] [ ]3Ak

dtAd =

[ ] [ ] [ ]BAkdtAd 2=

Tipe 1 : 3A produk

Tipe 2 : A + B produk[ ]d


[ ] [ ][ ][ ]CBAkdtAd =

atau 2A + B produk

Tipe 3 : A + B + C produk

[ ] [ ] [ ]BAkdtAd 2=

[ ] [ ]3AkdtAd =[ ]

[ ] dtkAAd

A=3

11 [ ]A

Reaksi order tiga (tipe 1)

Tipe 1 : 3A produk

Penyelesaian persamaan integrasi :

[ ] [ ] tkAA Ao 211

22 = [ ][ ][ ]( ) 2/1221 ooAktA

A+

=


Reaksi order tiga (tipe 2)

[ ] [ ] [ ]BAkdtAd 2=

Tipe 2 : A + B produk


Reaksi order tiga (tipe 2)Tipe 2 : 2A + B produk

[ ] [ ] [ ]BAkdtAd 2=

9/21/2012

6

Reaksi order tiga (tipe 3)[ ] [ ][ ][ ]CBAkdtAd =A + B + C produk

Penyelesaian persamaan integrasi :


Reaksi order semuBerlaku pada reaksi dimana konsentrasi satu spesies relatif jauh lebih besar dari konsentrasi reaktan lainnya, atau salah satu reaktan bekerja sebagai katalis. Dengan demikian konsentrasi reaktan tersebut relatif dianggap konstan maka order reaksi akan berkurang.

Contoh 1 : Hidrolisis dari ester yang dikatalis oleh asam :RCOOR + H2O + H+ RCOOH + ROHOrder reaksi tersebut adalah satu :Order reaksi tersebut adalah satu :- jika air dalam keadaan berlebih.- H+ berfungsi sebagai katalis

[ ] [ ][ ][ ] [ ]''2' RCOORkHOHRCOORkdtAd =+=

[ ][ ]+= HOHkk 2'DenganLABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia FMIPA, UGM

Reaksi order semuContoh 2 :


Persamaan umum [ ] [ ]nA AkdtAd =

Persamaan integrasi[ ]

[ ] =21

21 dtkA

AdAn

Reaksi order tinggi

[ ] 1)1( noAn [ ] [ ] tknAA

A

no

n=+

++1

11Untuk n 1

[ ][ ] [ ] tknAA

AA

no

n

o)1(1 1

1

+=

Untuk n 1


[ ] Anon

kAnt 1

12/1

)1(12

= Untuk n 12/1tWaktu paro: 2/1tt = oAA ][2/1][ =

[ ] = 2121 dtkAd A

Reaksi order tinggi

[ ] [ ] tko AeAA = Untuk n = 1Ak

t 2ln2/1 =

[ ] 11 dtkA An

[ ] [ ] tkAA Ao = [ ]A

okA

t22/1

= Untuk n = 0LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia FMIPA, UGM

Order satu Order dua Order nol

Laju reaksi(-dC/dt)

kC kC2 k

Persamaanterintegrasi

C = Coe-ktln C = -kt + ln Co

1/C = kt + 1/Co C = -kt + Co

Ringkasan untuk reaksi sederhana

Plot ln C vs. t 1/C vs. t C vs. t

Linearitas

Waktuparo ln(2)/k 1/kCo Co/2k

Satuan k waktu-1 M-1 waktu-1 M waktu-1

m = -k

b = ln Com = k

b = 1/Com = -k

b = Co


iqmal kinetika 03 penentuan konstanta laju reaksi

Documents