week 13 - 28 november 2014

Kinetika Kimia

Week XIII – 21 November 20124

Pendahuluan

Apakah reaksi dapat berlangsung?

TERMODINAMIKA

Seberapa cepat proses reaksi terjadi? KINETIKA

KINETIKA KIMIA

Kinetika kimia adalah bagian dari ilmu kimia yang mempelajari laju dan mekanisme reaksi kimia

kecepatan reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi / tekanan zat – zat yang bereaksi.

LAJU REAKSI

A B

Laju A = -[A]t

Laju B = [B]t

[A] = Perubahan konsentrasi A selama t

[B] = Perubahan Konsentrasi B selama t

Karena [A] menurun selama reaksi, [A] = negatif

LAJU REAKSI

Laju Reaksi dapat ditentukan dengan monitoring perubahan konsentrasi setiap reaktan/produk sebagai fungsi dari waktu [A] vs t

A B

waktu

A B

Laju A = -[A]t

Laju B = [B]t

LAJU REAKSI

pada reaksi ini, konsentrasi butil klorida, C4H9Cl, diukur pada variasi waktu, t.

C4H9Cl(aq) + H2O(l) C4H9OH(aq) + HCl(aq)

[C4H9Cl] M

LAJU REAKSI

Rata-rata laju reaksi pd setiap interval berubah dalam konsentrasi per perubahan waktu


= 1,9 x 10-4

LAJU REAKSI

Rata-rata laju menurun utk setiap proses reaksi


LAJU REAKSI

Plot konsentrasi vs waktu memberikan hasil kurva seperti ini.

Slope garis tangen pada kurva untuk setiap titik merupakan laju spontan pada waktu tersebut.


LAJU REAKSI

Reaksi melambat karena konsentrasi reaktan menurun


Br2 (aq) + HCOOH (aq) 2Br- (aq) + 2H+ (aq) + CO2 (g)

Laju rata-rata = -[Br2]t

= -[Br2]akhir – [Br2] awal

takhir - tawal

slope oftangent

slope oftangent

slope oftangent

LAJU REAKSI & STOKIOMETRI

Rasio C4H9Cl terhadapC4H9OH = 1:1.

Laju pengurangan C4H9Cl sama dengan laju pembentukan of C4H9OH.


Rate =-[C4H9Cl]

t=

[C4H9OH]t

LAJU REAKSI & STOKIOMETRI2A B

2 mol A berubah menjadi 1 mol B

Rate B = [B]t

Laju A = -[A]t

12

aA + bB cC + dD

Laju = -[A]t

1a

= -[B]t

1b

=[C]t

1c

=[D]t

1d

KONSENTRASI & LAJU

Setiap reaksi memiliki persamaan sendiri dimana laju sebagai fungsi dari konsentrasi reaktan disebut Rate Law

Rate law ditentukan dengan mengukur laju dengan konsentrasi awal yang berbeda

KONSENTRASI & LAJU

Bandingkan percobaan 1 dan 2:

ketika [NH4+] menjadi 2x, laju awal menjadi 2X.

KONSENTRASI & LAJU

Bandingkan percobaan 5 & 6:

ketika [NO2-] menjadi 2x, laju awal menjadi 2X

KONSENTRASI & LAJU

Persamaan ini disebut rate law, & k adalah konstanta laju.

Rate Laws

rate law menunjukkan hubungan antara: laju reaksi dan konsentrasi reaktan.

Untuk reaktan fasa gas, menggunakan PA bukan [A].

k merupakan konstanta yang bernilai spesifik untuk setiap rekasi.

nilai k ditentukan secara eksperimen

Rate Laws

Exponen menunjukkan orde reaksi terhadap setiap reaktan.

Reaksi

orde pertama untuk [NH4+]

orde pertama untuk [NO2−]

Orde reaksi keseluruhan dapat dicari dengan menjumlahkan exponen reaktan pada rate law.

Orde reaksi seluruhnya yaitu orde reaksi kedua.

F2 (g) + 2ClO2 (g) 2FClO2 (g)

V = k [F2]x[ClO2]y

Percobaan 1 & 3:

[F2] berubah 2X, laju reaksi berubah 2X, maka: x = 1

Percobaan 1 & 2:

[ClO2] berubah 4X, laju reaksi berubah 4X, maka: y = 1

V = k [F2][ClO2]

RATE LAW

Laju reaksi selalu ditentukan berdasarkan hasil percobaan

Orde Reaksi didefinisikan dalam konsentrasi reaktan (bukan produk).

Orde reaktan tidak berhubungan dengan koefisien stoikiometri dari reaktan pada persamaan kesetimbangan kimia

F2 (g) + 2ClO2 (g) 2FClO2 (g)

rate = k [F2][ClO2]1

MOLEKULARITAS Molekularitas yaitu jumlahmolekul yang bereaksi dalam

tahap dasar. Reaksi dasar merupakan reaksi sederhana (dijelaskan

dengan molekularitas).

a. A → Produk (reaksi unimolekular)H2C

H2C CH2

CH3CH

CH2

b. A + A → Produk or A + B → Produk (reaksi bimolekular)

CH3I + CH3CH2O- CH3OCH2CH3 + I-

c. 2A + B P or A + B + C P (Ter-molekular)

Tentukan rate law dan hitung konstanta laju reaksi untuk reaksi:S2O8

2- (aq) + 3I- (aq) 2SO42- (aq) + I3

- (aq)

Percobaan [S2O82-] [I-]

Kec awal (M/s)

1 0.08 0.034 2.2 x 10-4

2 0.08 0.017 1.1 x 10-4

3 0.16 0.017 2.2 x 10-4

v = k [S2O82-]x[I-]y

Percobaan 1 & 2 untuk mencari orde [I-]

y = 1

Percobaan 2 & 3 untuk mencari orde [S2O82-]

x = 1

k = rate

[S2O82-][I-]

v = k [S2O82-][I-]

=2.2 x 10-4 M/s

(0.08 M)(0.034 M)= 0.08/M•s

Secara kuantitatif, kecepatan reaksi kimia

ditentukan oleh orde reaksi, yaitu jumlah dari

eksponen konsentrasi pada persamaan

kecepatan reaksi.

Reaksi Orde Nol

Pada reaksi orde nol, kecepatan reaksi

tdk tergantung pada konsentrasi reaktan

k =

Reaksi Orde NOL

A produk

v = - [A]t

v = k [A]° = k

V[A]°= M/s[A]

t = k-

[A] = [A]0 - kt

[A] = [ A] pd waktu t

[A]0 = [ A] pd waktu t = 0

t½ = t ketika [A] = [A]0/2

t½ =[A]0

2k

Reaksi Orde Satu

Pada reaksi orde satu, kecepatan reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi reaktan.

Persamaan laju reaksi orde satu dinyatakan sebagai :

[A]t

= k [A]-

dA[A]

= k dt-

A produk

Reaksi Orde Satu

Tetapan laju (k) dapat dihitung dari grafik ln [A] terhadap t, dengan – k sebagai gradiennya

Bila t = 0 A = A0 .

tA

Adtk

A

Adt0

][

][ 0 ][

][

y = mx + b

Grafik ln [A] terhadap t utk reaksi orde satu

ln [A]

ln [A]0

gradien = -k

t

Bila t = 0 At = A0 .

PROSES ORDE PERTAMA

• Jika reaksi adalah orde pertama

• plot ln [A]t vs. t akan menghasilkan garis lurus dengan slope -k.

• Jadi, gunakan grafik utk menentukan orde reaksi.

PROSES ORDE PERTAMA

proses metil isonitril menjadi acetonitril.

CH3NC CH3CN

Bagaimana kita tahu ini adalah orde reaksi pertama?

PROSES ORDE PERTAMA

data reaksi ini diambil pada 198.9°C.

CH3NC CH3CN

V = k[CH3NC] Untuk semua interval waktu?

PROSES ORDE PERTAMA

ketika ln P diplotkan sebagai fungsi dari waktu, dihasilkan garis lurus. Proses merupakan orde pertama. Slope (k) negatif: 5.1 10-5 s-1.

Reaksi 2A B merupakan reaksi orde pertama untuk A dengan konstanta = 2.8 x 10-2 s-1 @ 800C. Berapa lama waktu yang dibutuhkan agar [A] berkurang dari 0.88 M menjadi 0.14 M ?

ln[A] = ln[A]0 - kt

kt = ln[A]0 – ln[A]

t =ln[A]0 – ln[A]

k

[A]0 = 0.88 M [A] = 0.14 M

ln[A]0

[A]

k=

ln0.88 M

0.14 M

2.8 x 10-2 s-1= = 66 s

Proses Orde Kedua

Sama saja, dengan mengintegralkan hukum laju reaksi pada orde kedua pada reaktan A:

juga dalam bentuk y = mx + b

Disusun mendapatkan:

Proses Orde Kedua

Jadi jika proses orde kedua untuk A, plot 1/[A] vs. t akan menghasilkan sebuah garis lurus dengan kemiringan k.

Jadi jika proses orde pertama untuk A, plot ln [A]t vs. t akan menghasilkan sebuah garis lurus dengan kemiringan -k.

Ore pertama:

WAKTU PARO

Waktu paro yaitu waktu yang dibutuhkan agar konsentrasi berkurang setengahnya.

Karena [A] pada t1/2 adalah setengah dari [A] awal,

[A]t = 0.5 [A]0

t½ = t ketika [A] = [A]0/2

ln[A]0

[A]0/2

k=t½

t½ln2k

=

Orde Reaksi Pertama

ln2k

=0.693

k=

Berapa waktu paro N2O5 jika terurai dengan nilai konstanta laju 5.7 x 10-4 s-1?

0.6935.7 x 10-4 s-1

= = 1200 s = 20 menit

Bagaimana kita tahu reaksi ini ,orde pertama? satuan k (s-1)

Reaksi orde 1

Rate = k [A]

13

13

][

sdmmol

sdmmol

A

Rk

Satuan konstanta lajuUntuk orde reaksi pertama

11323

13

) (

]][[

smoldmdmmol

sdmmol

BA

Rk

Satuan konstanta laju

Untuk orde reaksi kedua

Reaksi orde 2

Rate = k [A][B]

WAKTU PARO ORDE KEDUA

Untuk proses orde kedua, set

[A]t=0.5 [A]0 dalam persamaan orde kedua.

PENENTUAN ORDE REAKSI

Penguraian NO2 pd 300°C :

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

hasil data:

Time (s) [NO2], M

0.0 0.01000

50.0 0.00787

100.0 0.00649

200.0 0.00481

300.0 0.00380

Grafik hasil ln [NO2] vs t :

Time (s) [NO2], M ln [NO2]

0.0 0.01000 -4.610

50.0 0.00787 -4.845

100.0 0.00649 -5.038

200.0 0.00481 -5.337

300.0 0.00380 -5.573

• Plot bukan garis lurus, jadi bukan reaksi orde pertama dalam [A].

PENENTUAN ORDE REAKSI

Tidak cocok

PROSES ORDE KEDUA

GRAFIK 1/[NO2] vs. t memberikan plot

Time (s) [NO2], M 1/[NO2]

0.0 0.01000 100

50.0 0.00787 127

100.0 0.00649 154

200.0 0.00481 208

300.0 0.00380 263

Merupakan garis lurus. Oleh karena itu, prosesnya adalah orde kedua dalam [NO2].

Summary

Orde Rate LawPersamaan

Konsentrasi-waktu Waktu paro

0 v = k [A] = [A]0 - kt t½ =[A]0

2k

1 v = k [A] ln[A] = ln[A]0 - kt t½ln2k

=

2 v = k [A]21

[A]=

1[A]0

+ kt t½ =1

k[A]0

week 13 - 28 november 2014

Documents