kinetika-kimia
DESCRIPTION
kimia fisika kinetika reaksiTRANSCRIPT
KINETIKA KIMIA
1 TEORI TUMBUKAN DARI LAJU REAKSI2 TEORI KEADAAN TRANSISI DARI LAJU
REAKSI3 HUKUM LAJU REAKSI4 FAKTOR-FAKTOR LAJU REAKSI5 MEKANISME REAKSI6 ENZIM SEBAGAI KATALIS
TEORI TUMBUKAN DARILAJU REAKSI
• LAJU REAKSI BERBANDING LURUS:- FREKUENSI TUMBUKAN (x)- FRAKSI MOLEKUL TERAKTIFKAN (f)- PELUANG UNTUK BERTUMBUKAN (p)
Reaksi : A + B C+D
Laju reaksi = f. p. x = f. p. [A].[B]= k. [A].[B]
Ene
rgi P
oten
sial
TEORI KEADAAN TRANSISIDARI LAJU REAKSI
Diagram koordinat reaksi eksoterm dan molekul teraktifkan
NO2(g) + CO(g) → NO(g) + CO2(g)
energi reaksi ke kiri
N….O…..COO
energi reaksi ke kanan
NO2(g) + CO(g)Reaktan
∆E reaksi
Produk: NO(g) + CO2(g)
Koordinat Reaksi
=- =
HUKUM LAJU REAKSI
NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g)
Laju reaksi • Laju pengurangan konsentrasi reaktan terhadap waktu• Laju kenaikan konsentrasi produk terhadap waktu
Laju = - d[NO2] = - d[CO] = d[NO] = d[CO2]dt dt dt dt
Reaksi umum : aA + bB cC + dD
Laju = - =1 d[A] 1 d[B]a dt b dt
1c
d[C] 1 d[D]dt d dt
Contoh 1
Pada suhu tinggi, HI bereaksi menurut persamaan berikut:2 HI(g) → H2(g) + I2(g)
Pada suhu 443°C laju reaksi meningkat seiring dengan meningkatnyakonsentrasi HI sebagai berikut:
[HI] (mol/L 0,0050 0,010 0,020Laju (mol/L detik) 7,5 x 10-4 3,0 x 10-3 1,2 x 10-2
a. Tentukan orde reaksi dan tulislah hukum lajunyab. Hitunglah tetapan laju dan nyatakan satuannya
c. Hitunglah laju reaksi untuk HI dengan konsentrasi 0,0020 M
Penyelesaian
a. Hukum laju pada dua konsentrasi [HI]1 dan[HI]2yang berbedaialah:
[HI]2
[HI]1
laju2
laju1 =
nlaju1 = k([HI]1)n
laju2 = k([HI]2)n
4 = (2)n n = 2
Hukum laju = k[HI]2
3,0 x 10-3
7,5 x 10-4= 0,010
0,0050
n
b. Tetapan laju k dihitung dengan memasukan nilai pada set datayang mana saja dengan menggunakan hukum laju yang sudahditetapkan. Misalnya, jika kita ambil set data pertama:
7, 5 x 10-4 mol L-1 s-1 = k(0,0050 mol L-1)2
Jadi, k = 30 L mol-1 s-1
c. Laju dapat dihitung untuk [HI] = 0,0020 M:
laju = k[HI]2 = (30 L mol-1 s-1)(0,0020 mol L-1)2
= 1,2 x 10-4 mol L-1 s-1
Orde Reaksi
Reaksi Orde NolaA → Produk
Laju = k [A]n......n = orde reaksi (tidak berkaitan langsung dengan koefisien a)-d[A] = k [A]0
dtd[A] = -kdt[A] – [A]0 = -ktLaju = k (orde nol)
[A]
[A]0
Waktu (t)
=-Laju = - = - k [A]m [B]n
Laju yang berkaitan pada dua atau lebih unsur kimia yangberbeda
aA + bB → Produk
1 d[A] 1 d[B]a dt b dt
ln [N
2O5]
Reaksi Orde Pertama:
N2O5(g) → 2NO2(g) + ½O2(g)Hukum laju = k [N2O5)
-d[N2O5] = k[N2O5]dt
d[N2O5] = -kdt[N2O5]
Bila diintegrasikanln [N2O5]t – ln [N2O5]0 = -kt[N2O5]t = [N2O5]0 e-kt
Waktu paruh, t½ = ln 2 = 0,6931k k
Waktu (t)
Grafik: ln c vs t
Intersep = ln [N2O5]0
Slope = - k
Contoh 2
Penguraian termal aseton pada suhu 600oC merupakan reaksiorde pertama dengan waktu paruh 80 detik
1. Hitunglah nilai konstanta laju reaksi (k)
2. Berapa waktu yang diperlukan agar 25% dari contoh aseton ituterurai
Penyelesaian
1. k = 0,693/t½ = 0,693/80 detik = 8,7 x 10-3 detik-1
2. Jika yang terurai 25% maka yang tersisa = 100% - 25% = 75%
kt = 2,303 log[A]0
[A]t
(8,7 x 10-3) t = 2,303 (log 1,0/0,75)
t = 23 detik
1(L
mol
-1)
[NO
2]
Reaksi Orde Kedua:
Untuk reaksi 2NO2(g) → 2NO(g) + O2(g)
Hukum lajunya = k [NO2]2
-d[NO2] = k[NO2]2dt
d[NO2] = -kdt[NO2]2Bila diintegrasikan
2 = koefisien stoikiometri dari NO2
1 = 1 + 2 kt[NO2]t [NO2]0
Slope = 2 k
Waktu (t)
Reaksi Orde Pertama Semu
Merupakan reaksi orde kedua atau orde yang lebih tinggi tapimengikuti reaksi orde pertamaContoh: C + D hasil reaksi
Laju reaksinya = k [C] [D]
- = k [C] [D]; bila k[D] tetap maka laju reaksinya = k’ [C]d[C]dt
atau - = k’ [C] dan k’ = k [D], k’= tetapan laju orde 1 semud[C]dt
dan waktu paruhnya (t ½) = 0,693/k’
Contoh 3
Reaksi radikal OH- dengan metana di atmosfir mempunyai konstantalaju reaksi pada suhu 25oC sebesar 6,3 x 10-15 mol/L detik.
Reaksinya: OH- (g) + CH4 (g) H2O (g) + CH3- (g)
1. Tentukan hukum laju reaksi orde pertama semu jika OH- konstandan hitunglah k’ jika [OH-] = 1,2 x 106 mol/L
2. Hitunglah waktu paruh metana bila [OH-] = 1,2 x 106 mol/L
Penyelesaian
1. Laju reaksi = k [OH-] [CH4]karena [OH-] konstan maka konstanta laju reaksi = k’
laju reaksi menjadi = k’ [CH4]; dan k’ = k [OH-]k’ = (6,3 x 10-15 mol/L detik) (1,2 x 106 mol/L)
= 7,6 x 10-9 detik-1
2. t½ = 0,693/k’ = 0,693/ 7,6 x 10-9 detik-1 = 2 tahun 11 bulan
4 FAKTOR-FAKTOR LAJU REAKSI
1. Macam zat yang bereaksi
2. Konsentrasi zat yang bereaksiKonsentrasi pereaksi berbanding lurus dengan laju reaksi
3. Tekananuntuk reaksi yang melibatkan gas, karena konsentrasi gasberhubungan dengan tekanan
4. Luas permukaansemakin halus bentuk zat yang bereaksi semakin cepat lajureaksi.Contoh: laju reaksi Alumunium dalam bentuk serbuk > laju
reaksi alumunium dalam bentuk batangan
ln k = ln A - ( ) ( )
5. Suhusemakin tinggi suhu maka energi kinetik molekul meningkatsehingga frekuensi tumbukan semakin tinggi sehingga lajureaksi meningkat
Tetapan laju bervariasi secara eksponensial dengankebalikan suhu
k = A e-Ea/RT
EaRT
≈ ln k = ln A - Ea 1R T
y xba
→
6. Kataliszat yang mempercepat reaksi kimia tetapi tidak mengalamiperubahan yang permanen
• Katalis homogen• Katalis heterogen
: fasa sama dengan reaktan: fasa berbeda dengan reaktan
Katalis >< Inhibitor
H2 + C2H4 C2H6
Contoh:
Logam platina (Pt) mengkatalis reaksi hidrogenasi etena menjadi etana
Pt
EtilenaFasa gas
Permukaan Pt
H2
Fasa gas
Etilena, C2H4teradsorpsi
Atom H2teradsorpsi
C2H5,Zat antara
Etana, C2H6teradsorpsiEtana, C2H6
terdesorpsi
Ene
rgi P
oten
sial Katalis
Menurunkan energi aktivasiReaktan
Penghalang energidengan katalis
Penghalang energitanpa katalis
Ea.r
∆E
Produk
Koordinat reaksi
Ea.r
Ea.f
Ea.f
5 MEKANISME REAKSI
Mekanisme reaksi menyatakan jenis dan jumlah tahappada suatu reaksi
Reaksi Elementer
Unimolekular :
Bimolekular :
Termolekular :
N2O5* → NO2 + NO3
laju = k [N2O5*]
NO(g) + O3(g) → NO2(g) + O2(g)laju = k [NO] [O3]
I + I + Ar → I2 + Arlaju = k [ I ]2 [Ar]laju = k [ I ]2
Contoh 4
Carilah molekularitas pada reaksi satu tahap beikut:
a. NO + N2O5
b. 2NO + Cl2
c. Cl + Cl + M
d. C6H5 – CH
NC – CH
3NO2
2NOCl
Cl2 + M
C6H5 – CH (isomer cis trans)
CH - CN
Penyelesaian
a. bimolekular (2 molekul yaitu NO dan N2O5)
b. termokular (3 molekul yaitu 2 molekul NO dan 1 molekul Cl2)c. termokular (3 molekul yaitu Cl, Cl, dan M)
d. unimolekular (1 molekul)
6 ENZIM SEBAGAI KATALIS
Enzim merupakan protein globular yang dapat mengkatalisisreaksi biokimia spesifik
Mekanisme Kerja Enzim
E+ S E– S E– P E+ P
S = substrat; P = produk
Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzima. pH
muatan enzim bergantung pada pH lingkungannya danmempengaruhi keaktifan dari sisi aktif enzim
b. Suhusuhu dapat merusak struktur tiga dimensi dari enzim (protein)
c. Aktivatoraktivitas enzim dapat meningkat dengan adanya ion-ionanorganik. Contohnhya: ion Cl- pada enzim amilase air liur
[C5H5N] (mol/L) [CH3I](mol/L) Laju(mol/L detik)-41,00 x 10 -41,00 x 10 -77,5 x 10-42,00 x 10 -42,00 x 10 -63,0 x 10-42,00 x 10 -44,00 x 10 -66,0 x 10
LATIHAN SOAL-SOAL
1. Dalam mengkaji reaksi piridina (C5H5N) dengan metil iodida (CH3I)dalam larutan benzena, berikut ini adalah data laju reaksi awal yangdiukur pada suhu 25oC untuk berbagai konsentrasi awal dari duareaktan:
a. Tentukan hukum laju untuk reaksi inib. Hitunglah konstanta laju dan nyatakan satuannyac. Hitunglah laju reaksi untu larutan dengan [C5H5N] 5,0 x 10-5 M
dan [CH3I] 2,0 x 10-5 M
2. Senyawa A terurai membentuk B dan C pada reaksi yang mengikutiordo pertama. Pada suhu 25oC konstanta laju reaksinya adalah 0,0450detik-1. Hitunglah waktu paruh zat A pada suhu 25oC
3. Dimerisasi tetrafluoroetilena (C2F4) menjadi oktafluorosiklobutana (C4F8)mempunyai orde kedua untuk pereaksi C2F4 dan pada suhu 450 Kkonstanta lajunya k = 0,0448 L mol-1 detik-1. Jika konsentrasi awal C2F40,100 M, berapa konsentrasinya sesudah 250 detik
4. Pada suhu 600 K, konstanta laju untuk dekomposisi reaksi ordo pertamanitroetana : CH3CH2NO2 (g) C2H4 (g) + HNO2 (g)adalah 1,9 x 10-4 detik-1. Sampel CH3CH2NO2 dipanaskan pada suhu600 K dan pada suhu ini tekanan parsial awalnya adalah 0,078 atm.Hitunglah tekanan parsialnya setelah 3 jam
5. Identifikasi setiap reaksi elementer berikut sebagai unimolekular,bimolekular, atau termolekular, dan tulislah hukum lajunya
a. HCO + O2
b. CH3 + O2 + N2
HO2 + COCH3O2N2
c. HO2NO2 HO2 + NO2
6. Tetapan laju dari reaksi elementer:
BH4- (aq) + NH4+ (aq) BH3NH3 (aq) + H2 (g)
ialah k = 1,94 x 10-4 L/mol detik pada suhu 30oC dan reaksi memilikienergi aktivasi 161 kJ/mol. Hitunglah tetapan laju reaksi di atas padasuhu 40oC