kinetika kimia kf 2_oseu ^^

14
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]

Upload: dini-retania

Post on 01-Jul-2015

542 views

Category:

Documents


21 download

TRANSCRIPT

Page 1: Kinetika Kimia KF 2_Oseu ^^

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

Page 2: Kinetika Kimia KF 2_Oseu ^^

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

Page 3: Kinetika Kimia KF 2_Oseu ^^

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 :

Page 4: Kinetika Kimia KF 2_Oseu ^^

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

Page 5: Kinetika Kimia KF 2_Oseu ^^

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

Page 6: Kinetika Kimia KF 2_Oseu ^^

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

Page 7: Kinetika Kimia KF 2_Oseu ^^

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

Page 8: Kinetika Kimia KF 2_Oseu ^^

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 :

-

Page 9: Kinetika Kimia KF 2_Oseu ^^

-

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.

Page 10: Kinetika Kimia KF 2_Oseu ^^

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