Laporan Praktikum Kimia Fisika II

PENENTUAN KONSTANTA LAJU REAKSI DENGAN METODA

SPEKTROFOTOMETRI UV-VIS

Oleh

Kelompok 5

Fitria Wijayanti

Illona Putri

Meli Menia

Reza Rahmat Putra

Dosen

Deski Beri, S.Si, M.Si

Hari Sanjaya M.Si

Asisten Dosen

Indri Gus Permata Sari

Lisa Aulia Ikhsani

Wawan Kurniawan

Jurusan Kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

2012

PENENTUAN KONSTANTA LAJU REAKSI DENGAN METODA

SPEKTROFOTOMETRI UV-VIS

A. TUJUAN PERCOBAAN

1. Melatih penggunaan alat spektrofotometer UV-Vis

2. Menentukan serapan maksimum ( λ )

3. Menentukan konstanta laju rekasi larutan sampel karbamat

B. TEORI DASAR

Ester karbamat akan terhidrolisa pada kondisi basa, dimana hasil reaksinya

adalah senyawa hidroksi, amin, dan CO2, mengikuti reaksi sebagai berikut :

O O

ArOCNHCH3 + OH- ArOCN-CH3 → ArO-CH3NCO

CH3NCO + H2O→ CH3HNCOH → CH3NH2 + CO2

O

Kesetimbangan reaksi pertama terjadi sangat cepat dan k1 jauh lebih kecil

dibandingkan dengan k2 dan k3, sehingga k1 merupakan langkah penentu kecepatan

reaksi. Dilihat dari struktur, antara reaktan dan produk mempunyai gugus substituent

yang berbeda, yaitu gugus ester pada reaktan dan gugus hidroksi pada produk. Kedua

senyawa ini dapat diperkirakan mempunyai serapan dalam spektrofotometer pada

panjang gelombang yang berbeda, sehingga untuk mengamati kecepatan reaksinya

dapat dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis.

Dengan spektrofotometer UV-Vis diamati sifat fisika zat tersebut yaitu

absorban ( A ) dari sampel karbamat. Secara kinetika hubungan absorban ( A ) dengan

konsentrasi adalah :

xa= A−A0A∾−A 0

.........................................................................................( 1 )

aa−x

= A∾−A 0A∾−A ....................................................................................( 2 )

Dimana : x = zat yang bereaksi

a-x = konsentarsi pada waktu

A = absorban pada waktu t

A∾ = absorban pada waktu tak hingga ( akhir reaksi )

a = konsentarsi awal

A0 = absorban pada awal

Berdasarkan reaksi orde pertama ( 1 ) didapatkan hubungan :

k = 1t ln

aa−x ..........................................................................................( 3 )

maka persamaan ( 3 ) ini dapat dinyatakan dalam bentuk :

k = 1t ln A∾−A0A∾−A ....................................................................................( 4 )

Atau dapat ditulis dalam bentuk persamaan linear :

ln ( A∾-A ) = -kt + ln ( A∾-A0 ) .............................................................. ( 5 )

dari persamaan ini dibuat kurva ln ( A∾-A ) Vs t sehingga didapatkan harga

konstanta laju reaksi ( k ) dari slopnya dan sebagai intersepnya ln ( A∾-A0 )

Berdasarkan teori laju reaksi yaitu teori tumbukan, laju reaksi antara molekul

A dan B dalam tiap meter kubik persatuan waktu dinyatakan dalam persamaan :

ZAB = πσ2 AB NA NB (8kTπµ

¿ ¹ �̸ ₂ .................................................................

( 6 )

Dengan σAB = (σA+σB)

2 dan

1µ=( 1mA )+( 1

mB) ,dimana σA dan σB adalah diameter

molekul, mA dan mB adalah massa molekul NA dan NB adalah jumlah molekul A dan B

permeter kubik serta k adalah konstanta Boltzman. Tetapi tidak setiap tumbukan

menghasilkan reaksi. Reaksi hanya akan terjadi jika tumbukan mempunyai energy

lebih besar dari Ea. Fraksi tumbukan yang mempunyai energy lebih besar dari Ea

sebanding dengan eksp. ( -Ea / RT ), sehingga laju reaksi setiap mol menjadi :

_ dcA ¿ πσ2 AB NA cAcB (

8kTπµ

¿ ¹̸� ₂ e (Ea/RT )..........................( 7 )

dt

dimana N = c NA, karena rumus empiris laju reaksi elementer adalah −dCAdt

=kcAcB

maka konstanta kecepatan reaksi dapat dinyatakan sebagai berikut :

k = πσ2 AB NA (

8kTπµ

¿ ¹̸� ₂ e -(Ea/RT ).........................................( 8 )

k = NA ZAB e -(Ea/RT )................................................................( 9 )

Persamaan Arrhenius mempunyai bentuk yang sama dengan persamaan di

atas, sehingga teori tumbukan dapat menduga factor frekuensi A :

A = πσ2 AB NA (

8kTπµ

¿ ¹ �̸ ₂ ........................................................( 10 )

Ketergantungan A terhadap suhu tidak sangat kuat karena T ada dalam bentuk akar,

sehingga untuk jangkauan suhu yang tidak terlalu besar, A bisa dianggap konstan.

Pada suhu normal, kecepatan molekul sekitar 400 m/dt. Harga σ sekitar 3 x 10-10 m,

sehingga harga A adalah :

A = ( 6 x 1023/ mol ) π (3 x 10-10 ) 2 ( 400 m/dt ) ≈ 7 x 107 m3/ mol dt...( 11)

Bila konsentrasi diubah dalam satuan mol/ L, maka harga A menjadi 7 x 1010 L/ mol

dt. Harga factor frekuensi untuk reaksi bimolekuler pada suhu 300K berkisar antara

109 – 1010 L/ mol dt.

Untuk molekul sederhana, nilai A yang dihitung secar teoritis hamper sama

dengan nilai A hasil eksperimen. Tetapi untuk molekul yang lebih komplek terjadi

penyimpangan yang cukup nyata. Kecepatan reaksi cenderung lebih kecil dari yang

lebih diduga oleh teori tumbukan. Dalam banyak hal lebih kecil dengan factor 105

atau lebih. Untuk memperhitungkan factor ini, dimasukkan tambahan P, yang disebut

factor probabilitas atau factor sterik, yang dimasukkan dalam persamaan k :

k = P e-Ea/RT .............................................................................................( 12 )

Faktor sterik, P dapat ditentukan dengan membandingkan harga A hasil eksperimen

dengan harga A yang didapat dari teori tumbukan,

P = A eksperimenA tumbukan

atau P = k eksperimenk tumbukan

...............................( 13 )

Harga konstanta laju reaksi pada beberapa suhu menurut persamaan Arrhenius dapat

dinyatakan :

ln k 2k 1

=EaR

( 1T 1

− 1T 2

¿ ....................................................................( 14 )

Dimana k1 dan k2 adalah konstanta laju pada suhu T1 dan T2. Jika k1 dan k2 sudah

didapat, maka Ea dapat ditentukan.

C. Alat dan bahan

Alat

Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini adalah spektrofotometer UV-

Vis, shering, dan peralatan gelas.

Bahan

Bahan yang dipakai adalah sampel karbamat, larutan NaOH 0,01 M yang

mengandung 40% MeOH

D. Cara Kerja

1. Hubungkan alat spektrofotometer UV-Vis dengan arus listrik

2. Hidupkan alat dan biarkan ± 15 menit sebelum dipakai

3. Penentuan panjang gelombang maksimum ( mak) :

a. Atur panjang gelombang pada alat

b. Masukkan tabung kuvet yang telah berisi larutan blanko ± ¾ bagian

kedalam tempat tabunng kuvet bagian dalam (gunakan larutan blanko yang

cocok)

c. Masukkan tabung kuvet yang berisi larutan sampel karbamat ke dalam

tempat tabung kuvet bagian luar. Larutan sampel adalah 80µL larutan

sampel karbamat (0,1 mg/mL) dilarutkan dalam 8 mL solven (0,01 M

NaOH mengandung 40% MeOH)

Perhatikan ! jangan sekali-kali memasukkan tabung kuvet yang kosong ke

dalam alat apabila alat sudah dihidupkan dan sebelum dimasukkan ke

dalam alat, dinding tabung kuvet harus dibersihkan / dikeringkan dulu

dengan tissue

d. Tutup tempat tabung kuvet

e. Kalibrasi alat sehingga absorban nol (A=0,0), lalu ukur absorban dari

sampel, baca dan catat data nilai absorban (A) pada alat

f. Ulangi prosedur (e) pada panjang gelombang yang lain sehingga

didapatkan panjang gelombang yang palinf sensitive (panjang gelombang

maksimum / mak).

4. Set alat pada panjang gelombang maksimum ( maks) tersebut.

5. Ulangi prosedur (3b s.d 3d)

6. Amati serapan dari sampel secara terus menerus pada berbagai variasi waktu

(pada t=0 sampai t=∞), misalnya range waktu dibuat 5 menit, sampai didapatkan

serapan pada waktu tak hingga (A∞)

7. Buat kurva ln (A∞ - A) versus t, sehingga didapatkan harga k1 dari slopnya

sebagai intersep ln(A∞ - A0)

8. Ulangi prosedur diatas pada temperatur (T) yang lain sehingga didaptkan harga k2,

lalu tentukan energi aktivasi Arrhenius dengan menggunakan persamaan 4