kinetika kimia - · pdf filemenyatakan kemungkinan tumbukan akan terjadimenyatakan kemungkinan...

Kinetika KimiaKinetika Kimia

Irwansyah, Ph.D

Referensi:Referensi:Brown et.al; Chemistry, The Central Science, 11th edition

Kinetika KimiaKinetika Kimia

• Mempelajari kecepatan/laju reaksi suatu proses/perubahan kimia.

• Kinetika juga mempelajari bagaimanaKinetika juga mempelajari bagaimana reaksi berlangsung mekanisme reaksi

2Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D

Bahasan:Laju Reaksi Bagaimana kita mengukur laju reaksi.

Hukum Laju Bagaimana laju bergantung/dipengaruhi jumlah reaktan.

Hukum Laju TerintegrasiBagaimana menghitung reaktan yang tersisa atau waktu yang dibutuhkan untuk

i j l h t t tmencapai jumlah tertentu.

Waktu Paruh Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mereaksikan 50% reaktan.

Persaman Arrhenius Bagaimana konstanta laju dipengaruhi oleh suhu (T).

H b t l j dMekanisme Hubungan antara laju dengan proses yang terjadi pada skala molekular


Faktor yang mempengaruhi laju reaksiFaktor yang mempengaruhi laju reaksi

• Konsentrasi reaktan• Konsentrasi reaktanPada saat konsentrasi meningkat, peluang(kemungkinan) terjadinya tumbukan akan semakin(kemungkinan) terjadinya tumbukan akan semakinbesar.

• TemperaturpPada temperatur tinggi molekul reaktan memiliki energikinetik lebih besar, bergerak lebih cepat, bertumbukanl bih ilebih sering.

• KatalisM t k i d b h k iMempercepat reaksi dengan mengubah mekanisme.


Laju Reaksiaju ea s

L j k i d t dit t k d itLaju reaksi dapat ditentukan dengan memonitor perubahan konsentrasi produk maupun reaktan

b i f i ktsebagai fungsi waktu. Δ[A] vs Δt


Laju ReaksiLaju Reaksi C4H9Cl(aq) + H2O(l)⎯⎯→ C4H9OH(aq) + HCl(aq)

Pada reaksi ini, k t i b til

[C4H9Cl] M

konsentrasi butilklorida, C4H9Cl, diukur

d b b i ktpada berbagai waktu, t.


Laju ReaksiLaju Reaksi C4H9Cl(aq) + H2O(l)⎯⎯→ C4H9OH(aq) + HCl(aq)

Laju rata-rata reaksid ti i t l

Average Rate, M/s

pada setiap interval adalah perubahank t i dib ikonsentrasi dibagiperubahan waktu :


Laju Reaksi aju ea sC4H9Cl(aq) + H2O(l)⎯⎯→ C4H9OH(aq) + HCl(aq)

• Laju rata-rata menurunsaat reaksisaat reaksiberlangsung.

• Ini disebabkan karena• Ini disebabkan karenapada saat reaksiberlangsung terdapatberlangsung, terdapatlebih sedikit tumbukandiantara molekulreaktan.



• Plot Konsentrasi vs. Waktu menghasilkanWaktu menghasilkankurva seperti disamping.

• Slope/kemiringan garisSlope/kemiringan garissinggung pada setiap titikadalah laju sesaat padajwaktu tersebut



• Reaksi semakinl b t klambat karenakonsentrasi reaktanb kberkurang.


Laju Reaksi dan Stoikiometriaju ea s da Sto o etC4H9Cl(aq) + H2O(l)⎯⎯→ C4H9OH(aq) + HCl(aq)

• Reaksi diatas, rasio C H Cl terhadap C H OHC4H9Cl terhadap C4H9OH adalah 1:1.

• Jadi laju menghilangnyaJadi, laju menghilangnyaC4H9Cl sama dengan laju terbentuknya C4H9OH.y 4 9

Laju = -Δ[C4H9Cl]Δt = Δ[C4H9OH]

Δt11

Laju Δt ΔtKinetika KimiaIrwansyah, Ph.D

Laju Reaksi dan Stoikiometriaju ea s da Sto o et

• Bagaimana kalau tidak 1:1?

H2(g) + I2(g) ⎯⎯→ 2 HI(g)

• Hanya 1/2 HI dihasilkan untuk setiap H2yang digunakan.y g g


Laju Reaksi dan Stoikiometriaju ea s da Sto o et

• Secara umum, untuk reaksi

aA + bB cC + dD

Reaktan (berkurang) Produk (bertambah)Reaktan (berkurang) Produk (bertambah)


Konsentrasi dan Lajuo se t as da aju

Setiap reaksi memiliki persamaan tersendiriyang menunjukkan lajunya sebagai fungsikonsentrasi reaktan.

⇒disebut sebagai Hukum Laju (Rate Law)g j ( )Untuk menentukan hukum laju kita mengukur laju

pada konsentrasi awal berbedapada konsentrasi awal berbeda.


Konsentrasi dan LajuKonsentrasi dan Laju

Bandingkan Experimen 1 and 2:g psaat [NH4

+] 2X lebih banyak , laju awal 2X lebihcepat.

15

pKinetika KimiaIrwansyah, Ph.D


Bandingkan pula Experimen 5 dan 6: g p psaat [NO2

-] 2X lebih banyak, laju awal 2X lebihcepat.

16

pKinetika KimiaIrwansyah, Ph.D


Persamaan ini disebut hukum laju, dan k merupakan tetapan lajuk merupakan tetapan laju.


Hukum LajuHukum Laju• Hukum laju menunjukkan hubungan antara laju reaksi denganHukum laju menunjukkan hubungan antara laju reaksi dengan

konsentrasi reaktan. • Untuk reaktan fase gas digunakan PA (tekanan) daripada [A]

(konsentrasi molar).• k adalah suatu tetapan yang memiliki nilai spesifik untuk setiap

reaksireaksi• Nilai k ditentukan secara eksperimen.

k adalah khas untuk setiap reaksik berubah terhadap T

18

p

Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D

Hukum Laju• Eksponen menunjukkan orde reaksi terhadap

Hukum LajuEksponen menunjukkan orde reaksi terhadapmasing-masing reaktan.

• Reaksi tersebut :Reaksi tersebut :Orde 1 (First-order) terhadap [NH4

+]Orde 1 (First-order) terhadap [NO −]Orde 1 (First-order) terhadap [NO2 ]

• Orde reaksi total ditentukan denganmenambahkan eksponen reaktanmenambahkan eksponen reaktan.

• Secara keseluruhan reaksi tersebut reaksi orde 2 (second-order )(second-order ).


Hukum Laju Terintegrasimisalkan reaksi orde 1 : A → B

Hukum Laju Terintegrasi

Bentuk differensiasi:

Berapa banyak A tersisa setelah waktu t ? Dengan metode integral:g g


Hukum Laju TerintegrasiHukum Laju TerintegrasiBentuk integral hukum laju orde 1:Bentuk integral hukum laju orde 1:

Pen s nan langPenyusunan ulang:

[A]0 konsentrasi awal A (t=0).[A]t konsentrasi A pada saat tertentu, t, selama reaksi.


Hukum Laju TerintegrasiHukum Laju Terintegrasi

Penyusunan ulang persamaan menghasilkan…

k li bmerupakan pers.linear y = mx + b


Reaksi Orde-1ea s O de

Pada reaksi orde 1, plot ln [A]t vs. tmenghasilkan garis lurus dengan slope kmenghasilkan garis lurus dengan slope -k.

Jadi, gunakan grafik untuk menentukan orde reaksi.


Reaksi Orde-1

Reaksi Metil Isonitril diubah

ea s O de

Reaksi Metil Isonitril diubahmenjadi acetonitril :

CH3NC CH3CNCH3NC CH3CN

Bagaimana kita tahuBagaimana kita tahu bahwa reaksi tersebut orde 1?orde 1?


Reaksi Orde-1

CH NC CH CN

Reaksi Orde 1

CH3NC CH3CN

Data berikut diperoleh dari reaksi pada 198 9°C198.9°C.

Apakahlaju=k[CH3NC]laju k[CH3NC] Untuk semua interval waktu?


Reaksi Orde-1Reaksi Orde 1

• Apabila ln P diplot sebagai fungsi waktu, dihasilkan suatu garis lurus.p p g g gReaksi tersebut orde 1.k adalah negatif dari slope/kemiringan: 5.1 × 10-5 s-1.



I t i dil k k d k i d 2Integrasi yang sama dilakukan pada reaksi orde 2 :

Penyusunan ulang dan integral:Penyusunan ulang dan integral:

Persamaan linear : y = mx + b



Jadi, reaksi orde 2, plot 1/[A] vs. tmenghasilkan garis lurus dengan slope kmenghasilkan garis lurus dengan slope k.

Orde 1:

sedangkan pada reaksi orde 1, plot ln [A]t vs. t akan

Orde 1:

sedangkan pada reaksi orde 1, plot ln [A]t vs. t akanmenghasilkan garis lurus dengan slope -k.


Menentukan Orde ReaksiMenentukan Orde ReaksiDekomposisi NO2 pada 300°C ditunjukan melaluip 2 p jpersamaan :

NO2 (g) NO (g) + 1/2 O2 (g)2 (g) (g) 2 (g)

Dan menghasilkan data:

waktu (s) [NO2], M0.0 0.010000.0 0.01000

50.0 0.00787100 0 0 00649100.0 0.00649200.0 0.00481300 0 0 00380

29

300.0 0.00380Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D

Menentukan Orde ReaksiMenentukan Orde Reaksi

Grafik ln [NO2] vs. t :

• plot bukan suatu garis lurus• plot bukan suatu garis lurus, jadi bukan termasuk orde 1

waktu (s) [NO2], M ln [NO2]0.0 0.01000 -4.6100.0 0.01000 4.610

50.0 0.00787 -4.845100 0 0 00649 -5 038

Tidak memenuhi:100.0 0.00649 -5.038200.0 0.00481 -5.337300 0 0 00380 5 573

30

300.0 0.00380 -5.573Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D

Menentukan Orde ReaksiGrafik 1/[NO2] vs. t

Menentukan Orde Reaksi[ 2]

waktu(s) [NO2], M 1/[NO2]• Suatu garis lurus,

j di k d0.0 0.01000 10050.0 0.00787 127

jadi merupakan orde 2

100.0 0.00649 154200.0 0.00481 208300 0 0 00380 263

31

300.0 0.00380 263

Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D

Waktu Paruh• Waktu paruh didefinisikan

Waktu Paruh• Waktu paruh didefinisikan

sebagai waktu yang dibutuhkan untuksetengah jumlah reaktanberaksi.

• Karena [A] pada t1/2adalah setengah jumlahmula mula [A]mula-mula [A],

[A]t = 0.5 [A]0.


Waktu Paruh Orde-1Waktu Paruh Orde 1Untuk reaksi orde 1, substitusi [A]t=0.5 [A]0 pada

l j t i t ipersamaan laju terintegrasi :

Catatan: Reaksi orde 1, waktu paruhtidak dipengaruhi [A]0.


Waktu Paruh Orde-2Waktu Paruh Orde 2Untuk reaksi orde 2, substitusi [A]t=0.5 [A]0 dalamUntuk reaksi orde 2, substitusi [A]t 0.5 [A]0 dalam

persamaan orde


RingkasanRingkasanOrde 1 Orde 2 Orde 2Orde 1 Orde 2 Orde 2

Hukum lajulaju

Hkm lajuterintegras Rumit/kompleksi

W ktWaktu paruh Rumit/kompleks


Temperatur dan LajuTemperatur dan Laju• Umumnya temperaturUmumnya, temperatur

meningkat, laju menjadilebih cepatlebih cepat.

• Karena k dipengaruhitemperaturtemperatur.


Model/Teori TumbukanModel/Teori Tumbukan

• Pada suatu reaksi kimia, ikatan diputuskandan ikatan baru dibentuk.

• Molekul-molekul hanya bisa bereaksiMolekul molekul hanya bisa bereaksiapabila mereka bertumbukan satu samalainlain.


Model/Teori TumbukanModel/Teori Tumbukan

Molekul harus bertumbukan dengan orientasiyang sesuai dan dengan cukup energi untukyang sesuai dan dengan cukup energi untukmenyebakan pemutusan ikatan danpembentukan ikatanpembentukan ikatan.


Energi AktivasiEnergi Aktivasi• Dengan kata lain ada sejumlah energi minimum yangDengan kata lain, ada sejumlah energi minimum yang

dibutuhkan untuk reaksi: Energi Aktivasi (activation energy), Ea.

• Sama seperti bola golf yang tidak bisa melewati suatubukit jika tidak didorong dengan energi yang cukup, suatureaksi tidak dapat berlangsung kecuali memiliki energireaksi tidak dapat berlangsung kecuali memiliki energiyang cukup untuk mengatasi barrier energi aktivasi.


Diagram Koordinat ReaksiDiagram Koordinat Reaksi

• Membantu memvisualisasikan perubahan energi pada suatuposes kimia.

Diagram koordinat reaksi penyusunan ulang metil isonitril


Diagram koordinat reaksi penyusunan ulang metil isonitril

Diagram Koordinat Reaksi• Menunjukkan energi

Diagram Koordinat ReaksiMenunjukkan energireaktan dan produk (dan, ΔE).

• Titik Tertinggi padadiagram adalah keadaantransisi (transition state)

• Spesi yang ada pada keadaan transisi disebutkomplek teraktivasi (activated complex).

• Perbedaan energi antara reaktan dan kompleksteraktivasi merupakan energi aktivasi.


Distribusi Maxwell–BoltzmannDistribusi Maxwell–Boltzmann

• Temperatur did fi i ik b ididefinisikan sebagai ukuran energi kinetik

t t l k lrata-rata molekul dalam suatu sampel.

• Pada suatu temperatur tertentu terdapat distribusienergi kinetik.

42

e e g etKinetika KimiaIrwansyah, Ph.D

Distribusi Maxwell BoltzmannDistribusi Maxwell–Boltzmann

• Saat suhu temperaturnaik, kurva menjadilebih lebar danmendatar.

• Akibatnya, padatemperatur tinggi, l bih b k l ilebih banyak populasimolekul yang memilikienergi lebih tinggienergi lebih tinggi.


Distribusi Maxwell BoltzmannDistribusi Maxwell–Boltzmann

• Jika garis putus-putus menyatakan energi aktivasi : saat suhu naik, fraksi molekul yang mampu melewati energi aktivasi juga meningkat.

• Hasilnya, lajureaksi meningkat


Distribusi Maxwell–BoltzmannDistribusi Maxwell–BoltzmannFraksi molekul tersebut dapat dinyatakan dengan rumus:Fraksi molekul tersebut dapat dinyatakan dengan rumus:

R : tetapan gas dan T : temperatur (Kelvin) .


Persamaan ArrheniusPersamaan Arrhenius

S t A h i k t h bSvante Arrhenius merumuskan suatu hubungan matematis antara k dan Ea:

A merupakan frequency factor, bilangan yang menyatakan kemungkinan tumbukan akan terjadimenyatakan kemungkinan tumbukan akan terjadi dengan orientasi yang sesuai.


Persamaan ArrheniusPersamaan Arrhenius

penyusunan ulang(metode logaritmanatural):

y = mx + b

Apabila k ditentukan secara eksperiment pada beberapatemperatur, Ea dapat dihitung dari slope grafik ln k vs. 1/T.


RINGKASANRINGKASANOrde 1 Orde 2 Orde 2

Rate Laws

Integrated Rate Laws

Rumit/kompleks

Half-life Rumit/kompleks

k(T)


Mekanisme ReaksiMekanisme Reaksi

Urutan kejadian yang menjelaskanproses reaksi: bagaimana suatu reaktanberubah menjadi produk.j p


M k i R k iMekanisme Reaksi

• Reaksi dapat berlangsung satu tahap ataumelalui beberapa tahap/step.

• Setiap step disebut reaksi elementer atauSetiap step disebut reaksi elementer atauproses elementer.


Mekanisme ReaksiMekanisme Reaksi

• Molekularitas suatu step memberikan informasi berapa ban ak molek l ang terlibat pada proses terseb tbanyak molekul yang terlibat pada proses tersebut.

• Hukum laju untuk suatu reaksi elementer ditulis langsung dari step tersebutdari step tersebut.


Mekanisme MultistepMekanisme MultistepReaksi multistep: terdapat salah satu step lebih lambat• Reaksi multistep: terdapat salah satu step lebih lambatdari step lainnya.

• Step yang lebih lambat tersebut: step penentu laju reaksi• Step yang lebih lambat tersebut: step penentu laju reaksi(rate-determining step)

• Laju reaksi keseluruhan tidak akan berlangsung lebihLaju reaksi keseluruhan tidak akan berlangsung lebihcepat dari step penentu laju reaksi


KatalisKatalis• Katalis meningkatkan laju reaksi dengan• Katalis meningkatkan laju reaksi dengan

menurunkan energi aktivasi reaksi. K t li b h k i t k i• Katalis mengubah mekanisme suatu reaksi.


KatalisKatalis

S l h t k t liSalah satu cara katalismempercepat reaksiadalah dengan mengikatadalah dengan mengikatreaktan secara bersama-sama dan membantuikatan putus.


EnzimEnzim

• Enzim merupakan katalispada sistem biologis.

• Substrat berikatan dengansisi aktif enzim mirip

ti k i d kseperti kunci dan anakkunci.


kinetika kimia - · pdf filemenyatakan kemungkinan tumbukan akan terjadimenyatakan kemungkinan...

Documents