KINETIKA / KECEPATAN REAKSI

Kinetika reaksi merupakan laju perubahan konsentrasi larutan terhadap waktu. Secara garis besar laju reaksi dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain suhu, katalis, konsentrasi larutan serta sifat unsur kimia yang bereaksi. Kinetika reaksi juga memiliki hubungan dengan konstanta kesetimbangan reaksi serta energi aktivasi.

Konsep kecepatan reaksi sangat diperlukan pada perancangan reactor karena kecepatan reaksi sangat mempengaruhi jumlah maupun ukuran reactor yang diperlukan untuk memproduksi hasil dengan kapasitas tertentu.

Apabila bahan A dan bahan B direaksikan membentuk C dan D maka setelah terbentuk hasil C dan D ada dua kemungkinan yang bisa terjadi antara lain :

1. C dan D tidak bereaksi (disebut reaksi searah) 2. C dan D bereaksi membentuk A dan B kembali (disebut reaksi bolak balik)

Persamaan reaksi bisa dituliskan sebagai berikut :a. Reaksi searah (irreversible)

A + B C + Db. Reaksi bolak balik (reversible)

A + B C + D

Untuk reaksi yang homogen (satu fasa) dan reaksi sederhana ( tidak melalui tahapan reaksi ) maka persamaan kecepatan reaksi :

a. Untuk reaksi searah dapat dinyatakan : rA = k CA

CB

rA = kecepatan A bereaksi , mol /(waktu volume)k = konstanta kecepatan reaksi, (satuan tergantung order reaksinya)CA,CB = konsentrasi reaktan, mol/volume, = order reaksi (untuk reaksi elementer order reaksi sama dengan koefisien reaksi)rB = (/) rA rC = - (/) rA rD = - (/) rA

b. Untuk reaksi bolak balik dinyatakan dengan persamaan : rA = k1 CA

CB- k2 CC

CD

rA = kecepatan A bereaksi , mol /(waktu volume)k1 = konstanta kecepatan reaksi ke kanank2 = konstanta kecepatan reaksi ke kiriCA,CB = konsentrasi reaktan, mol/volume

CC,CD = konsentrasi produk, mol/volume, = order reaksi ke kanan , = order reaksi ke kiri

Faktor faktor yang berpengaruh terhadap kece patan reaksi :

1. Konstanta kecepatan reaksi

Semakin besar konstanta kecepatan reaksi maka semakin besar kecepatan reaksinya.

Konstanta kecepatan reaksi dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain suhu, frekuensi tumbukan dan energi aktivasi. Persamaan hubungan konstanta kecepatan reaksi dengan faktor yang berpengaruh dapat dinyatakan (persamaan Arrhenius) :

k=Ae(− ERT )

k = konstanta kecepatan reaksiA = frekuensi tumbukan E = energi aktivasiT = suhu mutlakR = tetapan gas

Pertanyaan : a. Jelaskan bagaimana pengaruh suhu terhadap konstanta kecepatan reaksib. Jelaskan bagaimana pengaruh energi aktivasi terhadap konstanta kecepatan reaksi.

Besarnya energi aktivasi tergantung pada reaksi yang terjadi, dan dapat diturunkan nilainya dengan menggunakan katalisator atau dapat dinaikkan dengan menggunakan inhibitor.

Katalisator biasanya digunakan untuk mempercepat reaksi pada reaksi yang lambat biasanya pada reaksi untuk memproduksi suatu produk agar diperoleh hasil yang sebanyak- banyaknya dalam waktu yang sesingkat-singkatnya.

Inhibitor biasanya digunakan untuk reaksi-reaksi yang sangat cepat misalnya pada reaksi nuklir yang bila terjadi sangat cepat akan menghasilkan tenaga yang sangat besar yang mungkin sangat berbahaya apabila tidak terkendali maka reaksi harus diperlambat.

2. Konsentrasi reaktan

Semakin besar konsentrasi reaktan maka semakin besar kecepatan reaksinya. Biasanya pada awal reaksi kecepatan reaksi paling besar, kemudian semakin lama konsentrasi reaktan semakin kecil sehingga kecepatan reaksi semakin kecil.

ORDE REAKSI

Orde reaksi adalah banyaknya faktor konsentrasi zat reaktan yang mempengaruhi kecepatan reaksi. Penentuan orde reaksi tidak dapat diturunkan dari persamaan reaksi tetapi hanya dapat ditentukan berdasarkan percobaan.

Pertanyaan 4 - Kinetika Reaksi Kimia

a. Jika dalam reaksi kesetimbangan kita mengenal istilah konstanta kesetimbangan, maka dalam kinektika reaksi kimia dikenal istilah konstanta laju reaksi. Berikanlah penjelasan mengenai hubungan antara dua konstanta tersebut, dan turunkanlah bentuk persamaan laju reaksi untuk reaksi pembentukan NO? Bagaimanakah bentuk persamaan laju reaksiuntuk jenis reaksi lain, seperti yang anda jelaskan sebelumnya ?

Jawab :

Hubungan antara konstanta kesetimbangan dan konstanta laju reaksi dapat dilihat pada suatu reaksi yang reversible. Yang merupakan reaksi 2 arah dimana sebuah produk yang terbentuk dapat bereaksi membentuk reaktan kembali, reaksinya adalah:

A + B ↔ C + D

Jika dijabarkan dalam bentuk laju reaksi, maka:

Laju reaksi menuju reaktan (forward) : KF [A] [B] Laju reaksi menuju produk (backward) : KB [C] [D]Reaksi akan terhenti saat setimbang menurut stokiometri berikut ini: (x sebagai konsentrasi A

dan y sebagai konsentrasi B):

A + B ↔ C + D

X Y - -

-n -n +n +n

Persamaan stokiometri ini dalam molar karena berada pada larutan yang sama. Maka jika

nilai tersebut dimasukan ke dalam persamaan menjadi:

Laju reaksi menuju reaktan (forward) : KF [x - n] [y - n]

Laju reaksi menuju produk (backward) : KB [n] [n]

Karena saat n mol bereaksi maka larutan setimbang, maka laju forward dan backward=0

Laju forward – Laju backward = 0 → Laju forward = Laju backward

Maka:

Kf [x-n] [y-n] = Kb [n] [n] Kf/Kb = [n] [n] / [x-n] [x-y]

di mana Kc = [n] [n] / [x-n] [x-y]

Maka : Kc = Kf/Kb

Reaksi Pembentukan NO :

2 NO2 ↔ 2 NO + O2Untuk menentukan laju pembentukan NO maka dibuat reaksi dahulu, dimana

x mewakilkan mol NO dan n adalah mol dimana terjadi kesetimbangan dimana laju

reaksi

total = 0. Reaksinya adalah

2 NO2 ↔ 2 NO + O2

X - -

-n +n +n

x – n N n

Maka laju reaksi pembentukan NO adalah dx/dt = Kf [x-a]2 dan reaksi akan mencapai

kesetimbangan saat konsentrasi a = n.

b. Ada beberapa metoda yang dapat digunakan untuk menentukan persamaan laju reaksi, yaitu menentukan konstanta laju reaksi dan orde reaksi. B e rika n lah p en jelasan m e n g e n ai m e toda y a n g dapat d ig u n akan u n t u k m e n en t u k a n p e rsa m a a n la j u r e aks i . Jika pada reaksi dekomposisi C2H4O menjadi CH4 dan CO dalam fasa gas, data yang dikumpulkan dari hasil percobaan adalah data perubahan tekanan setiap waktu seperti di bawah ini

T (menit) 0 5 7 9 12 18

P (mmHg) 116,51 122,56 125,72 128,74 133,23 141,37

J e las k an l a n g k a h - l a n g k ah ya n g a nd a g u n a k an un tuk m e n e n tu k an k o n stanta laju re a k si d a n

o r d e re a k si n ya!

Jawab:

Dalam menentukan persamaan laju reaksi beserta orde reaksi, terdapat beberapa cara.

1. Yang pertama adalah dengan menggunakan metode laju awal reaksi.dimana pada metode ini terdapat data berupa data konsentrasi dan laju awal reaksi. Dengan membandingkan beberapa data dapat diketahu ordo reaktan. Misalkan terdapat reaktan A, jika reaktan A

dilipatgandakan maka laju reaksi menjadi 2 kalinya maka reaktan A memiliki ordo 1 dan terdapat reaktan B, jika reaktan B dilipatgandakan maka laju reaksi menjadi 4 kalinya maka reaktan B memiliki ordo 2.

2. Yang kedua adalah menggunakan metode waktu paro. Dimana praktikan membutuhkan data berupa konsentrasi dan waktu. Dan nilai tersebut diplot pada grafik dengan menggunakan rumus waktu paro. Dan di plot pada grafik dan dilihat nilai kelinearitasannya antar ordo

3. Yang ketiga dan paling umum yaitu metode integrasi dengan menggunakan rumus laju reaksi terintegral. Dimana praktikan membutuhkan data berupa konsentrasi dan waktu. Dengan menggunakan rumus tersebut, data diuji terhadap ordo 0, ordo 1, ordo 2, dst. Lalu diplot pada grafik dan dilihat kelinearitasannya. Ordo yang memiliki kelinearitas paling tinggi menandakan ordo dari reaksi tersebut.

Pada penentuan akan digunakan metode integrasi, dimana hasil dari konsentrasi akan dibuat grafik masing-masing untuk ordo 0, 1, dan 2. Dimana grafik dengan linearitas tertinggi menunjukan orde reaksinya.Tahap 1 : Membuat Reaksi

Reaksi dekomposisinya adalah :

C2H4O → CH4 + CO

Tahap 2 : Menentukan [P]

Pada persamaan ini hanya diketahui tekanan gas. Jika diasumsikan bahwa gas adalah ideal

dan reaksi terjadi pada suhu yang sama, maka tekanan gas dapat digunakan sebagai

pengganti nilai

mol.

C2H4O ↔ CH4 + CO

116,51 - -

-x +x +x

116,51 – x X x

Jika x adalah tekanan parsial C2H4O yang terkonsumsi dalam reaksi, maka tekanan total

setelah reaksi adalah

Ptotal = PC2H4O + PCH4 + PCO

Ptotal = (116,51 –x) + x + x

Ptotal = 116,51 + x

Maka pada dapat dihitung nilai P setiap komponen dalam setiap waktu:

T (menit) Ptotal (mmHg) PC2H4O (mmHg) PCH4 (mmHg) PCO (mmHg)

5 122,56 110,46 6,05 6,05

7 125,72 107,3 9,21 9,21

9 128,74 104,28 12,23 12,23

12 133,23 99,79 16,72 16,72

18 141,37 91,65 24,86 24,86

Tahap 3 : Membuat Tabel Ordo

Pada tahap ini dibuat tabel ordo, pada tabel ordo ditunjuk nilai sumbu x yaitu T yang konstan

pada ordo manapun. Dan nilai sumbu y yang berbeda-beda tergantung ordonya.

PC2H4O (mmHg) X Y

T (menit) Ordo 0: [P] Ordo 1: ln[P] Ordo 2: 1

[�]

116,51 0 116,51 4,7579 8,583 x 10-3

110,46 5 110,46 4,7047 9,053 x 10-3

107,3 7 107,3 4,6756 9,320 x 10-3

104,28 9 104,28 4,6470 9,590 x 10-3

99,79 12 99,79 4,6030 10,021 x 10-3

91,65 18 91,65 4.5183 10,911 x 10-3

Tahap 4 : Memplot Data

Lalu dengan memplot nilai ordo sebagai sumbu y dan T sebagai sumbu x dan diplot pada

grafik, maka hasil kelineartiasan (R), sebagai berikut:

Tahap 5 : Penentuan Ordo

Maka karena ordo 0 memiliki linearitas paling tinggi maka reaksi tersebut memiliki ordo 0

c. Jika nilai konstanta kesetimbangan sangat dipengaruhi oleh suhu, begitu juga dengan nilai

konstanta laju reaksi. Hubungkan antara konstanta laju reaksi dengan suhu digambarkan

oleh van’t Hoff dan Arrhenius dalam bentuk k=Ae-E/RT. Bedasarkan persamaan tersebu1t,

jelaskan bagai m a n a A n da bisa m e n e n t u kan e n e rgy akt i v asi dari s u atu r e aksi, dan b e rikan

satu c o n to h .

Jawab :

Dengan mengubah persamaan k=Ae-E/RT menjadi bentuk :

Dengan memplot nilai ln k sebagai sumbu y dan 1/T sebagai sumbu x maka didapatkan nilai:

m = - EA / R

EA = -m.R

Contoh :

Pada reaksi polimer tersebut diketahui data k sebagai berikut :

K (s-1) 0.00018 0.0027 0.03 0.26

T (K) 750 796 850 896

Tentukan nilai energy aktivasi pada reaksi

tersebut!