Kinetika Kimia Amin Fatoni 2009.

Presentasi berjudul: "Kinetika Kimia Amin Fatoni 2009."— Transcript presentasi:

1 Kinetika Kimia Amin Fatoni 2009

2 Pendahuluan Perubahan kimia secara sederhana ditulis dalam persamaan reaksi dengan koefisien seimbang Namun persamaan reaksi tidak dapat menjawab 3 isu penting Seberapa cepat reaksi berlangsung Bagaimana konsentrasi reaktan dan produk saat reaksi selesai Apakah reaksi berjalan dengan sendirinya dan melepaskan energi, ataukah memerlukan energi untuk bereaksi?

3 Pendahuluan Kinetika kimia adalah studi laju reaksi kimia dan mekanisme (tahapan) reaksinya Laju Reaksi : menggambarkan seberapa cepat reaktan terpakai dan produk terbentuk Reaksi dapat berlangsung dengan laju yang bervariasi ada yang serta merta, perlu cukup waktu (pembakaran) atau waktu yang sangat lama seperti penuaan, pembentukan batubara dan beberapa reaksi peluruhan radioaktif

4 Contoh Reaksi Dekomposisi N2O5
Dinitrogen pentaoksida dapat terdekomposisi menurut reaksi : 2N2O5(g) 2N2O4(g) + O2(g) Reaksi ini dapat berlangsung dalam suatu pelarut inert seperti CCl4 Ketika N2O5 terdekomposisi, N2O4 akan tetap berada dalam pelarut dan O2 akan terbang sehingga dapat diukur

5 Kita dapat mengukur O2 selama reaksi dekomposisi N2O5 berlangsung
Temperatur harus dijaga sampai ketelitian 0,01oC Larutan harus dikocok untuk menghindari adanya O2 yang terlarut jenuh Diketahui bahwa pada awalnya reaksi berlangsung cepat kemudian melambat

6 Stirring bar

7 Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
Sifat alami reaktan Eg. Bensin cair terbakar perlahan, tetapi bensin gas terbakar eksplosif Dua larutan yang tidak bercampur ( immiscible) bereaksi lambat pada interface, tetapi ketika dikocok reaksi bertambah cepat Fosfor putih terbakar spontan dalam udara, tetapi, fosfor merah stabil di udara

8 Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
Konsentrasi reaktan Eg. Untuk reaksi 2HCl(aq) + Mg(s)  MgCl2(aq) + H2(g) meningkatkan konentrasi HCl meningkatkan laju reaksi yang dapat diamati dengan pelepasan gas hidrogen

9 Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
Temperatur Tergantung dari perubahan entalpi reaksi, DHrxn = +, membutuhkan kalor, sehingga meningkatkan temperatur akan meningkatkan laju. Secara umum, peningkatan 10 K menyebabkan kenaikan laju dua kali lipatnya. Katalis Menurunkan energi aktivasi reaksi

10 Teori Laju Reaksi Teori Tumbukan (Collision Theory)
Berdasarkan teori kinetik-molekuler Reaktan harus bertumbukan agar dapat bereaksi Mereka harus bertumbukan dengan energi yang cukup dan orientasi yang tepat,sehingga dapat memutuskan ikatan lama untuk membentuk ikatan baru Bila temperatur naik, maka energi kinetik rata-ratanya bertambah-laju reaksi juga bertambah Bila konsentrasi dinaikkan, maka jumlah tumbukan akan bertambah sehingga laju reaksi pun meningkat

11 Teori Laju Reaksi

12 Teori Laju Reaksi Keadaan transisi (Transition state)
Ketika reaktan bertumbukan mereka akan membentuk kompleks teraktifkan Kompelks teraktifkan tersebut berada pada keadaan transisi. Kemudian akan membentuk produk atau reaktan Ketika produk terbentuk, sangatlah sulit untuk kembali ke keadaan tansisi, untuk reaksi yang eksotermal

13 Energi Aktivasi Amin Fatoni

14 Teori keadaan transisi
Amin Fatoni

15 Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo
Examples of Reaction Profile Contoh Profil Reaksi Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

16 Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo
Examples of Reaction Profile Contoh Profil Reaksi Energi aktivasi tinggi, panas reaksi rendah Energi aktivasi rendah, panas reaksi tinggi Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

17 Mengekspresikan Laju Reaksi
Untuk reaksi : A  B

18 Soal Latihan Hidrogen sebagai bahan bakar roket dan diusulkan sumber energi masa depan karena menghasilkan produk gas non polusi: 2H2(g) + O2(g)  2H2O(g) Tuliskan laju reaksi ini dalam suku perubahan [H2], [O2] dan [H2O] terhadap waktu Saat O2 turun pada 0,23 M.s-1, berapa kenaikan terbentuknya H2O?

19 Kembali ke …… Reaksi dekomposisi N2O5 2N2O5(g) 2N2O4(g) + O2(g)

20 Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo
Dekomposisi Reaksi N2O5 Hasil ekperimen Laju produksi O2 berkurang Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

21 Laju reaksi rata-rata Kita dapat menghitung laju reaksi rata-rata pembentukan oksigen selang waktu tertentu Kecepatan rata-rata pembentukan O2 Satuan laju untuk reaksi ini adalah mL O2 (STP) / s Perhatikan bahwa laju reaksi berkurang sejalan meningkatnya waktu

22 Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo
Plot Data Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

23 Laju sesaat (Instantaneous)
Dari grafik terlihat bahwa laju reaksi berkurang selama waktu reaksi Laju sesaat Laju pada waktu tertentu Dilihat dari slope (tengensial) Slope pada 1600 s Slope pada 2400 s Slope pada 4000 s Laju pembentukan O2 semakin berkurang Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

24 Laju Awal Reaksi (Initial Rate)
Laju pembentukan O2 pada waktu nol ( 0 s) atau pada saat reaksi tepat akan dimulai

25 Laju vs Konsentrasi Kita dapat mengembangkan secara kuantitatif hubungan antara konsentrasi dengan laju reaksi Dengan mencari tangensial dari kurva [N2O5], kita dapat mengukur laju reaksi Sesuai dengan data dapat diketahui bahwa laju raksi berbanding lurus dengan konstanta laju reaksi Laju = k [N2O5] Sehingga kita dapat menghitung nilai k untuk tiap nilai laju reaksi

26 Hukum Laju Reaksi Untuk reaksi umum aA + bB + ….. eE + fF + gG…….
Hukum laju reaksinya : v = k [A]x[B]y Dimana v = laju reaksi k = konstanta laju reaksi x, y = orde reaksi terhadap A dan B x+y = total orde reaksi Orde reaksi tidak selalu sama dengan koefisien reaksi

27 Mencari Hukum Laju Metode laju awal reaksi
Orde untuk tiap reaktan dapat dicari dengan Merubah konsentrasi awalnya Menjaga konsentrasi dan kondisi reaktan lainnya tetap Mengukur laju awalnya Perubahan pada kecepatan digunakan untuk mengukur orde tiap reaktan. Prosesnya dilakukan secara berulang-ulang

28 Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo
Contoh : N2O5 Diambil dari dekomposisi N2O5 Hukum laju : v = k[N2O5]x Tujuannya adalah mencari x Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

29 Contoh N2O5 Eksp. 1 Eksp. 2 Kita bagi persamaan eksperimen 1 dengan persamaan eksperimen 2

30 Contoh yang lebih kompleks
Untuk reaksi dibawah diperoleh hasil : Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

31 Contoh yang lebih kompleks
Untuk Order A Gunakan Reaksi 1 dan 2 Untuk Order B Gunakan Reaksi 1 dan 3 Untuk Order C Gunakan Reaksi 1 dan 2 Sehinga diperoleh X = 2, y = 3/2 dan z = 0 Hukum Laju: V = k [A]2[B]3/2 Total orde : 31/2 Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

32 Mencari Hukum Laju Reaksi
Metode Grafik Dengan menggunakan persamaan integral, dapat diperoleh garis lurus dari plot data. Order reaksi ditetntukan apabila data sesuai dengan plotnya

33 Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo
Finding the Rate Law Mencari Hukum Laju Reaksi Dilihat dari plot ini maka dapat disimpulkan bahwa reaksi dekomposisi N2O5 merupakan reaksi order 1 karena menghasilkan garis lurus Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

34 Reaksi Order Pertama Beberapa aplikasi dari reaksi order I
Menggambarkan berapa banyak obat yang dilepas pada peredaran darah atau yang digunakan tubuh Sangat berguna di bidang geokimia Peluruhan radioakif Waktu Paruh (t1/2) Waktu yang dibutuhkan untuk meluruhkan ½ dari kuantitas awal suatu reaktan

35 Waktu Paruh Dari data N2O5 dilihat bahwa dibutuhkan waktu 1900 detik untuk mereduksi jumlah awal N2O5 menjadi setengahnya. Butuh 1900 detik lagi untuk mereduksi setengahnya kembali

36 Waktu Paruh Hubungan waktu paruh dengan konstanta laju reaksi
Waktu paruh dapat digunakan untuk menghitung konsntanta laju reaksi orde pertama Contoh N2O5 dengan waktu paruh 1900 detik

37 Pengaruh Temperatur Persamaan yang menyatakan hubungan ini adalah persamaan Arrhenius

38 Pengaruh Temperatur Laju reaksi sangat bergantung dengan temperatur
Berikut adalah konstanta reaksi dekomposisi N2O5 pada berbagai temperatur

39 Pengaruh Temperatur Energi Aktivasi Bentuk lain persamaan Arrhenius:
Jika ln k diplot terhadap 1/T maka akan didapat garis lurus dengan nilai tangensial –Ea/R Energi Aktivasi Energi yang dibutuhkan oleh suatu molekul untuk dapat bereksi

40 Hasil dari perhitungan data N2O5

41 Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo
Temperatur dan Ea Bila temperatur meningkat, fraksi molekul yang memiliki energi kinetik pun meningkat sehingga meningkatkan energi aktivasinya Kimia Dasar II-Rahmat Wibowo

42 Mekanisme Reaksi Belangsung dapat berlangsung hanya dengan satu tahap
Contoh: Na+(aq) + OH-(aq) + H+(aq) + Cl-(aq)  H2O(l) + Na+(aq) + Cl-(aq) Spectator ions

43 Mekanisme Reaksi Kebanyakan reaksi kimia berjalan dengan beberapa tahap yang berurutan Setiap tahapan memiliki laju yang bersesuaian Laju keseluruhanditentukan oleh tahapan yang berlangsung paling lambat (rate-determining step) Mengapa? Prinsip: “ Jika konsentrasi suatu reaktan muncul dalam persamaan laju reaksi, maka reaktan tersebut atau sesuatu yang merupakan hasil penurunan reaktan tsb terlibat dalam tahapan yang lambat. Jika tidak muncul dalam persamaan laju reaksi, maka baik reaktan maupun turunannya tidak terlibat dalam tahapan yang lambat.”

44 Go to …… Reaksi dekomposisi N2O5 2N2O5(g) 2N2O4(g) + O2(g) Reaksi ini bukan reaksi orde 2 walaupun ini merupakan reaksi bimolecular tumbukan Dua molekul gas dalam tumbukan

45 v = k [N2O5] Persamaan ini menunjukkan bahwa tahapan yang paling lambat melibatkan satu molekul N2O5 yang terdekomposisi lambat cepat cepat + lambat Tahapan pertama merupakan unimolecular – dimana tiap molekul pecah. Mereka tidak bertumbukan terlebih dahulu

46 Tahap I Tahap II energi Tahap III Ea2 Ea1 Ea3 waktu

47 Contoh, lagi…. Reaksi yang dikatalisis asam antara propanon dengan iodin CH3COCH3(aq) + I2(aq) CH3COCH2I(aq) + HI(aq) r = k[CH3COCH3]1[H+]1[I2]o H+(aq)

48 Katalisis Katalis meningatkan koefisien reaksi dengan menyediakan jalur reaksi alternatif (atau mekanisme) dengan energi aktivasi yang lebih rendah Katalis tidak mengubah kesetimbangan hanya mempercepat terjadinya kesetimbangan Contoh: Produksi NH3 menggunakan katalis Pt Catalytic converter pada knalpot

49 Aksi Katalis

50 Katalisis Homogen : satu fasa
Heterogen : reaktan dan katalis berada pada fasa yang berbeda Contoh : pada produksi amonia N2 + 3H2 2NH3 (katalis Pt) Tahapan penentu laju adalah pemutusan ikatan H-H