KINETIKA

IGN AGUNG DEWANTARA P

Tujuan Pembelajaran:Setelah mempelajari konsep dasar kinetika , diharapkan mahasiswa

mampu:

1. memahami tujuan dan pentingnya kinetika .

2. memahami hubungan termodinamika dengan kinetika.

3. memahami variabel-variabel yang mempengaruhi laju reaksi.

4. memahami definisi: laju reaksi, hukum laju, orde reaksi, konstanta laju reaksi, reaksi dasar, reaksi kompleks, molekularitas reaksi, mekanisme reaksi, kompleks teraktivasi, energi aktivasi, dan katalis.

Termodinamika

• Termodinamika kimia mempelajari hubungan antara reaktan dan hasil reaksi,

• Tidak mempelajari bagaimana suatu reaksi tersebut berlangsung dan kecepatan berapa kesetimbangan reaksi kimia dicapai.

• Hal ini dipelajari dalam kinetika kimia, sehingga kinetika kimia merupakan pelengkap bagi termodinamika kimia.

• Kinetika kimia adalah bagian dari kimia fisika yang mempelajari laju reaksi

• faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi tersebut.

• pemahaman tentang mekanisme reaksi, yaitu analisis tentang suatu reaksi menjadi rangkaian (tahap-tahap) reaksi dasar.

Beberapa alasan pentingnyamempelajari kinetika kimia, yaitu:

1. Untuk kimia fisika, sebagai jalan untuk memahami lebih dalam sifat dari sistem reaksi, untuk memahami bagaimana pemutusan ikatan kimia dan terbentuknya ikatan kimia yang baru, dan untuk memperkirakan energi dan kestabilan suatu produk.

2. Untuk kimia organik, kinetika kimia sangat penting karena reaksi kimia akan memberikan petunjuk pada struktur molekul. Suatu sifat yang penting dari setiap reaksi organik adalah bagaimana pemutusan satu atau lebih ikatan kimia (pada reaktan) dan pembentukan ikatan kimia yang baru (pada produk). Kemudian dengan membandingkan struktur pada reaktan dan produk, akan dapat ditentukan ikatan yang hilang dan ikatan yang terbentuk. Jadi kekuatan relatif ikatan kimia dan struktur molekul senyawa dapat ditelusuri dengan kinetika kimia.

3. Untuk teknik kimia, kinetika suatu reaksi harus diketahui jika kita ingin merancang peralatan untuk menghasilkan reaksi yang baik pada skala keteknikan.

4. Disamping itu, merupakan teori dasar yang penting dalam proses pembakaran dan pelarutan serta melengkapi proses perpindahan massa dan perpindahan panas, dan memberikan masukan pada metode pemecahan masalah penomena laju dalam studi yang lain.

LAJU

REAKSI ??PENGUSAHA

OBAT

AHLI

FARMASI

DOKTER

PASIEN

1

KESTABILAN &

TAK TERCAMPURKAN

2

ABSORPSI

DISTRIBUSI

ELEMINASI

3

DISOLUSI

KERJA OBAT

PADA TINGKAT MOLEKULAR

ILUSTRASI

BILA KECEPATAN MOBIL KONSTAN 1.HITUNG KECEPATAN RATA-RATA MOBIL TSB!

2.BERAPA SISA JARAK YANG AKAN DITEMPUH BILA PERJALANAN TELAH BERJALAN SELAMA 3 JAM?

3.BERAPA WAKTU PARUHNYA ?

A B160 KM

4 JAM

JAWABAN

a.Kecepatan konstan

1. Kecepatan rata2

160 km/4 jam = 40 km/jam.

2. Setelah 3 jam, jarak yg ditempuh

= 3 jam x 40 km/jam = 120 km.

Sisa jarak =160 – 120 = 40 km.

3. Waktu untuk bergerak separuhnya

(160/2 = 80 km ) adalah

80 km/40 km/jam = 2 jam.

kuliah farmasi fisika ink widjaja

– BILA KECEPATANNYA TIDAK KONSTAN• Diketahui setelah 1 jam perjalanan sisa jarak yang

ditempuh = 142 km,

hitung berapa konstanta lajunya!

• Berapa sisa jarak yang masih akan ditempuh setelah mobil berjalan selama 3 jam?

• Berapa waktu paruhnya?

b. Kecepatan tidak konstan

-ds/dt = ks

ln s = ln so – kt log s= log so –kt/2,303

Sisa jarak setelah 1 jam pertama =142 km,konstanta laju, k = 2,303/t log so / s = 2,303/t log 160/142 = 0,119 jam-1

Setelah 3 jam, sisa jarak yang masih akan ditempuh log s = log so –kt/2,303 =log (160) –0,119 x 3/2,303 s = 112km.

Waktu paruh adalah waktu yg dibutuhkan untuk menempuh jarak setengahnya (= 80 km)

t ½ = 2,303/k x log so /½ so = 2,303/k x log2 = 0,693/k = 0,693/0,119 = 5,8 jam

pada 1 jam pertama, kecepatan rata2 = (160-142)/1

= 18 km/jam

pada 3 jam pertama kecepatan rata2 =(160-112) /3

= 16 km/jam

Setelah 5,8 jam pertama kecepatan rata2 = 80 /5,8

= 13,8 km/jam

speeds’ atau rates’ kecepatan/laju reaksi ~ perubahan konsentrasi reaktan

atau produk seiring waktu.

REAKTAN

PRODUK

dC

dt±

• Kinetika kimia adalah studi tentang laju reaksi, perubahan konsentrasi reaktan (atau produk) sebagai fungsi dari waktu

• Reaksi dapat berlangsung dengan laju yang bervariasi, sangat cepat, cukup waktu (pembakaran) atau sangat lama seperti (penuaan , pembentukan batubara dan beberapa reaksi peluruhan radioaktif)

r ≈ [Br2 ] = k [Br2 ]

dimana k = konstanta laju

r k = [Br2 ]

T ( detik,s) [Br2 ]( M) Rate ( M/s)

K,(s-1)

0.0 0.0120 4.20 x 10-5 3.50 x 10-3

50.0 0.0101 3.52 x 10-5 3.49 x 10-3

100.0 0.00846 2.96 x 10-5 3.50 x 10-3

150.0 0.00710 2.49 x 10-5 3.51 x 10-3

200.0 0.00596 2.09 x 10-5 3. 51x 10-3

250.0 0.00500 1.75 x 10-5 3.51 x 10-3

300.0 0.00420 1.48 x 10-5 3.50 x 10-3

350.0 0.00353 1.23 x 10-5 3.52 x 10-3

400.0 0.00296 1.04 x 10-5 3.51 x 10-3

Ingat k tidak tergantung pada konsentrasi reaktan !

Dan akan relatif konstan bila suhunya konstan.

• Laju yg dihitung di atas adalah

r rata-rata selama proses reaksi.Untuk mendapatkan laju reaksi pada waktu-waktu tertentu :

• Hitung laju rata-rata untuk interval waktu yang semakin pendek,

• Laju reaksi sesaat = tangen slope kurva kecepatan vs waktu

Mengekspresikan Laju

t

x

tt

xx

12

12

waktuPerubahan

posisiPerubahan Gerak Laju

ttt

A)Konst (AKonst AKonst waktuPerubahan

A ikonsentrasPerubahan reaksiLaju

12

12

t

B

t

ALaju

Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

• Konsentrasi: molekul-molekul harus bertumbukan agar terjadi reaksi

• Temperatur: molekul harus bertumbukan dengan energi yang cukup untuk bereaksi

• dll

• Pada kondisi tertentu masing-masing reaksi memiliki karakteristik laju masing-masing yang ditentukan oleh sifat kimia reaktan

• Pada suhu kamar:H2(g) + F2(g) 2HF(g) sangat cepat

3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) sangat lambat

LAJU REAKSI

– Dalam reaksi kimia• Tidak ada benda yang bergerak• Perubahan zat menjadi zat lain

mis. Padi beras

perubahan tiap satuan waktu

• Reaksi :

A B

Konsentrasi B

Konsentrasi A

waktu

• Laju reaksi :

- Δ [A] Δ [B]

r = =

Δt Δt

Δt = t2 - t1

Contoh soal

Pada suhu 350C, senyawa PQ terurai menjadi P dan Q. Konsentrasi PQ mula-mula 0,50 mol/L, dan setelah 20 detik tinggal 0,20 mol/L. Tentukan laju rata-rata reaksi selama 20 detik pertama !

Jawab :

PQ P + Q

Δ[PQ] = -30 mol/L

Δt = 20 s

r = 1.5 mol/L.s

LAJU RATA-RATA

Laju sesaat dapat dicari bila Δt dibuat kecil tak hingga :

- Δ [A] d [A]

r = limit = Δt 0 Δt dt

“PERSAMAAN LAJU REAKSI”

Faktor yang berpengaruh terhadap laju reaksi :

• 1. Konsentrasi pereaksi

• 2. Suhu

• 3. Katalis

Pengaruh konsentrasi

Bila reaksi :

X Y

maka:

d [X]

r = - ∞ [x] a

dt

atau

r = k [x] a

Contoh Soal:• Reaksi A + B X, memiliki

persamaan laju reaksi r = k [A] 2[B]

• a. Hitunglah orde reaksi

• Bila konsentrasi A dan B keduanya diperbesar dua kali semula, berapa kali semulakah laju reaksi

Jawab :a. Orde reaksi : 2 + 1 = 3b. r = k [A] 2[B] jika [A]’ = 2[A] 2 dan [B]’ = 2[B] maka : r’ = k [2A] 2[2B] = k 8[A] 2[B] = 8 r

Menentukan persamaan laju reaksi :

1. Tuliskan persamaan umum laju reaksi sesuai dengan jumlah pereaksi

Misal : X Y

r = k [x] a

2. Mengolah data untuk mencari nilai orde reaksi

Contoh soal:

1. Dari percobaan terhadap reaksi :

2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)

Didapat data sebagai berikut:

Tentukan :

a. Persamaan laju reaksi

b. Konstanta laju reaksi

Percobaan [NO2] mol/L

Laju pembentukan[NO] mol/L.s

123

0,0010,0030,006

21872

2. Hasil percobaan terhadap reaksi :2NO + Br2 2NOBR

Percobaan

[NO] mol/L

[Br2]mol/L

Laju pembentukan

12345

0,10,10,10,20,3

0,10,20,30,10,1

12243648108

Tentukan :

a. persamaan laju reaksi

b. konstanta laju reaksi

Jawaban :

Persamaan umum laju : r = k[NO]p[Br2]q

a. Dari persamaan 1 dan 6

didapatkan p = 2

Dari persamaan 2 dan 3;

didapatkan q = 1

Jadi : r = k[NO]2[Br2]

b. Dengan memakai data percobaan

no 1, maka didapatkan :

k=1,2x10-2Lmol-2s-1

3. Dari Reaksi :P + Q R

Percobaan

[P] mol/ L

[Q] mol/L Laju pembentukan R

123

0,100,200,10

0,100,100.30

0,00100,00200,0030

• Tentukan :

a. Persamaan laju reaksi

b. Konstanta laju reaksi

PENGARUH SUHU

Reaksi kimia terjadi oleh adanya tumbukan antar molekul pereaksi dengan syarat ;

• Posisi efektif

• Energi cukup

Tumbukan efektif

Molekul pereaksi bergerak ke segala arah bertumbukan

Dapat memutuskan ikatan dalam molekul pereaksi dan membentuk ikatan baru molekul hasil reaksi

Misal : HI(g) + HI(g) H2(g) + I2(g)

Energi tumbukan cukup

Energi tabrakan molekul pereaksi

awan elektron saling

bertumbukan

Terbentuk ikatan baru

Mengapa perlu energi ?

Orbital kulit terluar atom mengandung elektron yang tolak menolak

energi aktivasi

Energi aktivasi :

Energi yang dibutuhkan untuk membentuk kompleks teraktivasi

Besarnya energi aktivasi bergantung pada jenis reaksi

Teori Kinetik gas ideal :

Tiap partikel gas bergerak dengan kecepatan tertentu.

kebanyakan partikel punya kecepatan mendekati rata-ratanya.

Hukum ARRHENIUS

k = A. e-Ea/RT

atauln k = - Ea/RT + ln A

“Logaritma konstanta laju reaksi berbanding terbalik dengan suhu mutlak”

Untuk mengetahui pengaruh suhu :

ln k1 = ln A – Ea/RT1

ln k2 = ln A- Ea/RT2

ln k1 = Ea 1 1 k2 R T2 T1

Contoh soal

Pada suhu 3000C, tetapan laju reaksi siklopropana propilen adalah 2,4 x 10-10 s-1 dan pada 4000C adalah 1,16 x 10-6 s-1.

Tentukan nilai Ea !

R = 8,314 joule/ mol.K

Waktu paro“Waktu yang diperlukan sampai

jumlah (konsentrasi) pereaksi menjadi setengah konsentrasi semula”

Cara menghitung bergantung pada orde reaksi

Yang dihitung dalam waktu paro adalah jumlah pereaksi yang tinggal

Misalkan reaksi :

A hasil reaksi

Jika konsentrasi A mula-mula = a, maka saat waktu paro (a-x) = ½ a.

Pada reaksi orde 1 :

ln a/a-x = k t1/2

t1/2 = 0,693 /k

Jika reaksi orde 2 : x/a(a-x) = kt

0,5a/a(0,5a) = kt1/2

t1/2 = 1/kaJika reaksi orde 3 :

t1/2 = 3/2ka2

Kedua persamaan di atas menunjukkan bahwa waktu paro reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi

Nilai waktu paro suatu reaksi dapat dipakai untuk menentukan orde reaksi dan konstanta

laju reaksiSecara umum dapat dituliskan :

t1/2 ∞ 1/an atau t1/2 an = konstanta

Atau

(t1/2)1 (an)1 = (t1/2)2 (an)2

Dengan mencari nilai n maka akan diketahui orde reaksi

Contoh soalReaksi A X, dengan konsentrasi A mula-

mula 0,8 M dan setelah 25,6 menit tinggal 0,4 M. Jika konsentrasi A mula-mula 0,4 M diperlukan waktu 6,4 menit supaya tinggal separonya.

Tentukan :a. Orde reaksib. Konstanta laju reaksi

Pengaruh KatalisKatalis dapat mempercepat reaksi tanpa

menambah konsentrasi atau suhu.

Sifat Katalis :

1. Katalis tidak bereaksi secara permanen

2. Jumlah yang diperlukan sangat sedikit

3. Katalis tidak mempengaruhi hasil reaksi4. Katalis hanya mempengaruhi laju reaksi,

tidak memulainya5. Katalis bekerja efektif pada suhu optimum6. Hanya mempengaruhi laju reaksi secara

spesifik7. Keaktifan katalis dapat diperbesar oleh

promotor

8. Hasil suatu reaksi kadang-kadang dapat bertindak sebagai katalis : otokatalis

9. Katalis dapat diganggu sehingga sifat katalisnya hilang

10. Katalis yang memperlambat reaksi disebut inhibitor

11. Dalam reaksi senyawa organik, lazimnya katalis yang terlibat disebut dengan enzim