kinetika kimia kf 2_oseu ^^
TRANSCRIPT
Nama : Roselina Simbolon
NIM : 1006809396
Jurusan : Ekstensi Teknik Kimia
Mata Kuliah : Kimia – Fisika II “Kinetika Kimia”
METODE PENENTUAN KONSTANTA LAJU
DAN ORDE REAKSI
Penentuan orde reaksi dapat dilakukan melalui dua cara, yaitu : Metode Differensial, Integral, Waktu paruh, Guggenheim. Dalam cara differensial, yang ditentukan adalah orde reaksi terhadap salah satu komponen pereaksi, sedangkan dalam cara integral dilakukan pengandaian suatu orde reaksi dan dicek dengan data reaksi. Untuk menentukan bentuk persamaan reaksi diperlukan data percobaan suatu reaksi yang bisa dilakukan dalam reaktor batch maupun reaktor kontinyu. Data yang diperlukan : Untuk reaksi fase cair : Konsentrasi atau konversi pada berbagai waktu atau waktu tinggal. Untuk reaksi fase gas : Tekanan operasi pada berbagai waktu atau waktu tinggal
1. Metode diferrensial
Metode differensial didasarkan atas penggunaan persamaan laju secara
langsung. Untuk kasus satu komponen, dengan persamaaan laju
r = k[A]a
maka,
ln r = ln k + a ln [A]
Pengaluran ln r terhadap ln [A] dari data pengamatan, akan menghasilkan garis
lurus, dengan koeffisien kelerengan (slope) a dan perpotongan dengan ordinat
pada ln k. Dengan demikian orde dapat langsung ditentukan melalui penarikan
garis lurus terbaik (berdasarkan data pengamatan) dan penentuan kelerengannya.
Bila reaksi terdiri atas dua pereaksi, dengan persamaan laju dituliskan sebagai
r = k[A]a[B]b
salah satu komponen dibuat berharga “tetap”, denagan cara menggunakan
konsentrasi yang jauh lebih besar dari yang lain. Jadi, jika [B]>>[A],maka
perubahan harga [A] tak akan banyak mempengaruhi [B] sehingga selama reaksi
berlangsung dapat dianggap “tetap”. Dengan demikian, dari ungkapan
ln r = {ln k + b ln [B]} + a ln [A]
Pengaluran ln r terhadap ln [A] tetap menghasilkan orde terhadap A dengan suku
dalam kurung {…} merupakan perpotongan dengan ordinat. Proses ini dapat
dibalik, dengan membuat konsentrasi A “tetap” untuk memperoleh orde terhadap
b, dan kemudian harga tetapan laju k. Tahapan penentuan konstanta laju dan orde
reaksi :
1. Dicoba / ditebak bentuk persamaan reaksi serta order reaksinya.2. Susun neraca massa, hingga diperoleh persamaan diferensial linier.3. Dibuat grafik hubungan antara variable yang ada.4. Apabila grafik berupa garis lurus berarti bentuk persamaan kecepatan reaksi yang dicoba/ditebak benar, dan nilai konstanta kecepatan reaksi adalak slope dari garis tersebut.5. Apabila garis dalam grafik tidak lurus dicoba bentuk persamaan yang lain. Dilakukan prosedur yang sama sampai diperoleh garis lurus. Atau bisa diolah dengan metode least square, sampai diperoleh ralat rata-rata yang kecil (biasanya kurang dari 10 %), apabila ralat rata-rata lebih besar dari 10 % maka order reaksi yang dicoba salah dan harus dicoba order lain.
Pada metoda diferensial, variable dalam bentuk derivatif yang besarnya dapat dicari dengan metoda numeris :
Misal suatu reaksi A B diamati konsentrasi A nya (CA) setiap selang waktu (t), untuk menentukan bentuk kecepatan reaksi dan nilai konstanta kecepatan reaksi dilakukan penelitian sebagai berikut : 100 ml larutan A dengan konsentrasi A 10 gmol/L dalam reaktor bereaksi membentuk B, selama terjadi reaksi diamati konsentrasi A, diperoleh data sebagai berikut :
Waktu (menit) CA(gmol/L)5 6,810 4,915 4,020 3,225 2,930 2,5
Bagaimana bentuk persamaan kecepatan reaksinya
Penyelesaian :Dicoba reaksi order 1 dengan persamaan kecepatan reaksi rA= kCA, maka bisa disusun persamaan hubungan konsentrasi A dengan waktu dalam bentuk derivatif dengan menggunakan neraca massa :
Kecepatan – kecepatan - kecepatan = Kecepatan bahan masuk bahan keluar bahan bereaksi akumulasi
apabila volume larutan dianggap konstan maka :
(Persamaan derivatif linier)
Apabila dibuat grafik , ternyata grafik yang terbentuk berupa
garis lurus maka benar bahwa reaksi order satu dengan persamaan kecepatan reaksi rA=kCA , apabila tidak berupa garis lurus, dicoba order lain misalnya ordet 2 , kemudian order 3 dst.
Untuk membuat grafik tersebut diperlukan pegolahan data konsentrasi A dan
waktu menjadi dengan contoh perhitungan sebagai berikut :
Antara waktu 5 sampai 10 menit :
Antara waktu 10 sampai 15 menit :
dan seterusnya sehingga hasilnya bisa dilihat dalam table berikut:
dari grafik tersebut , hubungan mendekati garis lurus maka
bisa disimpulkan bahwa reaksi tersebut merupakan reaksi order satu dengan persaman kecepatan reaksi rA=kCA
Nilai konstanta kecepatan reaksi (k) adalah slope dari garis tersebut k = 0,118 (1/menit)
2.. Metode integral
Waktu (menit)
CA
(gmol/L)ĉA
(gmol/L)-
5 6,85,85 0,38
10 4,94,45 0,18
15 4,03,60 0,16
20 3,23,05 0,06
25 2,92,70 0,008
30 2,5
Metode Integral didasarkan atas pengandaian harga orde reaksi tertentu
terhadap suatu komponen. Jadi diandaikan berorde a terhadap komponen A,
persamaam laju menjadi ( untuk satu komponen ) :
r =- = -k dt
Bila orde reaksi a=1, integrasi menghasilkan ungkapan
ln [A] = ln [A]0 – kt
sehingga pengaluran ln [A] terhadap t akan menghasilkan garis lurus, dengan
kelerangan sebesar –k. Disini [A]0 adalah konsentrasi A pada awal reaksi, yaitu
t=0.
Bila digunakan andaian orde a 1, integrasi akan menghasilkan
Pengaluran dari data eksperiment terhadap waktu t akan menghasilkan
kurva garis lurus, dengan kelerengan sebesar .
Metoda Integrala. Dicoba / ditebak bentuk persamaan reaksi serta order reaksinyab. Susun neraca massa, hingga diperoleh persamaan diferensialc. Selesaikan persamaan tersebut sampai diperoleh persamaan
aljabar linierd. Dibuat grafik hubungan antara variable yang adae. Apabila grafik berupa garis lurus berarti bentuk persamaan
kecepatan reaksi yang dicoba/ditebak benar, dan nilai konstanta kecepatan reaksi adalah slope dari garis tersebut
f. Apabila garis dalam grafik tidak lurus dicoba bentuk persamaan yang lain
g. Dilakukan prosedur yang sama sampai diperoleh garis lurus.a. Atau bisa diolah dengan metode least square, sampai diperoleh
ralat rata-rata yang kecil (biasanya kurang dari 10 %), apabila ralat rata-rata lebih besar dari 10 % maka order reaksi yang dicoba salah dan harus dicoba order lain.
Apabila soal di atas dikerjakan dengan cara integral
Penyelesaian :Dicoba reaksi order 1 dengan persamaan kecepatan reaksi rA= kCA, maka bisa
disusun persamaan hubungan konsentrasi A dengan waktu dalam bentuk derivatif
dengan menggunakan neraca massa :
Kecepatan _ kecepatan _ kecepatan = Kecepatan bahan masuk bahan keluar bahan bereaksi akumulasi
apabila volume larutan dianggap konstan maka :
Apabila dibuat grafik , ternyata grafik yang terbentuk
berupa garis lurus maka benar bahwa reaksi order satu dengan persamaan kecepatan reaksi rA=kCA, nilai k adalah slope nya Apabila tidak merupakan garis lurus dicoba order yang lain. Atau apabila dilakukan dengan cara least square, apabila ralat rata-rata <=10%, maka tebakan benar sebaliknya apabila ralat rata rata>=10% , dicoba order yang lain misalnya order 2 kemudian order 3 dst
Apabila soal di atas dikerjakan dengan cara integral :
t (menit) CA(gmol/L) - ln (CA/CA0)5 6,8 0,38566248
10 4,9 0,7133498915 4,0 0,9162907320 3,2 1,1394342825 2,9 1,2378743630 2,5 1,38629436
dari grafik tersebut , hubungan – ln CA/CA) vs t mendekati garis lurus maka bias disimpulkan bahwa reaksi tersebut merupakan reaksi order satu dengan persaman kecepatan reaksi rA=kCA
Nilai konstanta kecepatan reaksi (k) adalah slope dari garis tersebut k = 0,07 (1/menit)
Cara integral biasanya digunakan setelah ada indikasi besar orde reaksi dari cara
differensial.
1. Suatu reaksi gas-gas :
2A(g) 2B(g) + C(g)
yang berlangsung pada suhu dan volume tetap, diamati melalui pengukuran
tekanan total, Ptot dari campuran. Jika pada t =0 hanya ada gas A saja, hasil
pengamatan adalah sebagai berikut :
T, menit Ptot , atm
0 2,000
20 2,18240 2,30860 2,40080 2,471100 2,526
Reaksi : 2A(g) 2B(g) + C(g)
Awal (Po,t = 0): Po - -
Terurai : x x ½ x
Pada t = t : Po – x x ½ x
Menurut Dalton: Ptot = (V, T tetap), dengan Pi = tekanan parsial
komponen i
Pt = PA + PB + PC
Pt = PO – x + x + ½ x
Pt = PO + ½ x x = 2Pt – 2PO
Jadi : PA = PO – x
PA = PO – 2Pt + 2PO
PA = 3PO – 2Pt
Coba uji ungkapan tersebut apakah benar pada saat t = 0 hanya gas A saja.
Pengujian : t = 0 ; PO = 2,000 dan Pt = 2,000 atm
Jadi : PA = 3 x 2 - 2 x 2
= 2,000 atm …… (benar)
Untuk membuktikan orde reaksi lebih cepat dan tepat, digunakan metode
integral.
Caranya :
-
-
Alurkan 1/PA terhadap t, jika diperoleh garis lurus, maka benar bahwa data
tersebut mengikuti reaksi orde dua.
T, men Ptot , atm PA, atm 1/PA, atm
0 2,000 2,000 0,500
20 2,182 1,636 0,611
40 2,308 1,384 0,722
60 2,400 1,200 0,833
80 2,471 1,058 0,945
100 2,526 0,948 1,055
Kesimpulan benar orde dua karena aluran 1/PA terhadap t berupa garis lurus.
3. Metode Waktu Paruh
Penentuan waktu paruh sebagai suatu fungsi konsentrasi. Jika waktu paruh tidak tergantung pada konsentrasi maka orde reaksi = 1. Jika tidak plot antara log t1/2 dan [C]0 akan menjadi persamaan :
4. Metode Relaksasi
Metode Relaksasi digunakan untuk mengkaji reaksi yang cepat.
∆ [Ci] = ∆ [Ci]0 e - 1 /T
Dimana : ∆ [Ci] = ∆ [Ci]0 adalah perpindahan konsentrasi dari posisi kesetimbangan
waktu t = 0. T = waktu relaksasi.
5. Metode Analisis Guggenheim
Untuk membaca t = ∞. Perlunya pembacaan selang waktu yang sama. Metematik
yang perlu adalah ;
[C]1 = [C]0 e - 1 / T
[C]1 = [C]0 e –kt (1 + ∆t)
Jadi [C]1 - [C]2 = [C]0 e – k t (1- e– k ∆t )
t1/2 = 2n - 1 – 1 (n-1) [C]2
n - 1 k
Log t1/2 = log 2n - 1 – 1 - (n – 1) log [C]0 (n-1) k