bab9-kinetika kimia
TRANSCRIPT
BAB 9
BAB 9. KINETIKA KIMIA
9.1 TEORI TUMBUKAN DARI LAJU REAKSI9.2 TEORI KEADAAN TRANSISI DARI LAJU
REAKSI9.3 HUKUM LAJU REAKSI9.4 FAKTOR-FAKTOR LAJU REAKSI9.5 MEKANISME REAKSI9.6 ENZIM SEBAGAI KATALIS
9.1 TEORI TUMBUKAN DARI LAJU REAKSI
• LAJU REAKSI BERBANDING LURUS:- FREKUENSI TUMBUKAN (x)- FRAKSI MOLEKUL TERAKTIFKAN (f)- PELUANG UNTUK BERTUMBUKAN (p)
Reaksi : A + B C + D
Laju reaksi = f. p. x = f. p. [A].[B]= k. [A].[B]
9.2 TEORI KEADAAN TRANSISI DARI LAJU REAKSI
Diagram koordinat reaksi eksoterm dan molekul teraktifkanNO2(g) + CO(g) → NO(g) + CO2(g)
NO2(g) + CO(g)Reaktan
Produk: NO(g) + CO2(g)
energi reaksi ke kiri
energi reaksi ke kanan
∆E reaksi
N….O…..COO
Koordinat Reaksi
Ener
giPo
tens
ial
9.3 HUKUM LAJU REAKSI
NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g)
Laju reaksi • Laju pengurangan konsentrasi reaktan terhadap waktu• Laju kenaikan konsentrasi produk terhadap waktu
Laju = - = - = =d[NO2] d[CO] d[NO] d[CO2]dt dt dt dt
Reaksi umum : aA + bB cC + dD
Laju = - = - = =1 d[A] 1 d[B] 1 d[C] 1 d[D]a dt b dt c dt d dt
Contoh 9. 1
Pada suhu tinggi, HI bereaksi menurut persamaan berikut:2 HI(g) → H2(g) + I2(g)
Pada suhu 443°C laju reaksi meningkat seiring dengan meningkatnyakonsentrasi HI sebagai berikut:
[HI] (mol/L 0,0050 0,010 0,020Laju (mol/L detik) 7,5 x 10-4 3,0 x 10-3 1,2 x 10-2
a. Tentukan orde reaksi dan tulislah hukum lajunyab. Hitunglah tetapan laju dan nyatakan satuannyac. Hitunglah laju reaksi untuk HI dengan konsentrasi 0,0020 M
Penyelesaian
a. Hukum laju pada dua konsentrasi [HI]1 dan[HI]2yang berbedaialah:
laju2 [HI]2laju1 [HI]1
= nlaju1 = k([HI]1)n
laju2 = k([HI]2)n
4 = (2)n n = 2
Hukum laju = k[HI]2
3,0 x 10-3 0,0107,5 x 10-4 0,0050
=n
b. Tetapan laju k dihitung dengan memasukan nilai pada set data yang mana saja dengan menggunakan hukum laju yang sudahditetapkan. Misalnya, jika kita ambil set data pertama:
7, 5 x 10-4 mol L-1 s-1 = k(0,0050 mol L-1)2
Jadi, k = 30 L mol-1 s-1
c. Laju dapat dihitung untuk [HI] = 0,0020 M:
laju = k[HI]2 = (30 L mol-1 s-1)(0,0020 mol L-1)2
= 1,2 x 10-4 mol L-1 s-1
Orde Reaksi
aA → Produk
Reaksi Orde Nol
Laju = k [A]n......n = orde reaksi (tidak berkaitan langsung dengan koefisien a)-d[A] = k [A]0
dtd[A] = -kdt[A] – [A]0 = -ktLaju = k (orde nol)
[A]
[A]0
Waktu (t)
Laju yang berkaitan pada dua atau lebih unsur kimia yang berbeda
Laju = - = - = - k [A]m [B]n
aA + bB → Produk
1 d[A] 1 d[B] a dt b dt
Reaksi Orde Pertama:
N2O5(g) → 2NO2(g) + ½O2(g)Hukum laju = k [N2O5)
-d[N2O5] = k[N2O5]dt
d[N2O5] = -kdt[N2O5]Bila diintegrasikanln [N2O5]t – ln [N2O5]0 = -kt[N2O5]t = [N2O5]0 e-kt
Waktu paruh, t½ = ln 2 = 0,6931k k
Intersep = ln [N2O5]0
ln[N
2O5]
Slope = - k
Waktu (t)
Grafik: ln c vs t
Contoh 9. 2Penguraian termal aseton pada suhu 600oC merupakan reaksiorde pertama dengan waktu paruh 80 detik
1. Hitunglah nilai konstanta laju reaksi (k)
2. Berapa waktu yang diperlukan agar 25% dari contoh aseton ituterurai
Penyelesaian
1. k = 0,693/t½ = 0,693/80 detik = 8,7 x 10-3 detik-1
2. Jika yang terurai 25% maka yang tersisa = 100% - 25% = 75%
[A]0kt = 2,303 log
[A]t
(8,7 x 10-3) t = 2,303 (log 1,0/0,75)
t = 23 detik
Reaksi Orde Kedua:
Untuk reaksi 2NO2(g) → 2NO(g) + O2(g)
Hukum lajunya = k [NO2]2
-d[NO2] = k[NO2]2
dtd[NO2] = -kdt[NO2]2
Bila diintegrasikan
= + 2 kt
2 = koefisien stoikiometri dari NO2
1 1 [NO2]t [NO2]0
Slope = 2 k
Waktu (t)
1[N
O2]
(L m
ol-1
)
Reaksi Orde Pertama Semu
Merupakan reaksi orde kedua atau orde yang lebih tinggi tapimengikuti reaksi orde pertamaContoh: C + D hasil reaksi
Laju reaksinya = k [C] [D]d[C]
- = k [C] [D]; bila k[D] tetap maka laju reaksinya = k’ [C]dt
d[C]atau - = k’ [C] dan k’ = k [D], k’= tetapan laju orde 1 semu
dt
dan waktu paruhnya (t ½) = 0,693/k’
Contoh 9. 3Reaksi radikal OH- dengan metana di atmosfir mempunyai konstantalaju reaksi pada suhu 25oC sebesar 6,3 x 10-15 mol/L detik.
Reaksinya: OH- (g) + CH4 (g) H2O (g) + CH3- (g)
1. Tentukan hukum laju reaksi orde pertama semu jika OH- konstandan hitunglah k’ jika [OH-] = 1,2 x 106 mol/L
2. Hitunglah waktu paruh metana bila [OH-] = 1,2 x 106 mol/L
Penyelesaian
1. Laju reaksi = k [OH-] [CH4]karena [OH-] konstan maka konstanta laju reaksi = k’laju reaksi menjadi = k’ [CH4]; dan k’ = k [OH-]
k’ = (6,3 x 10-15 mol/L detik) (1,2 x 106 mol/L)= 7,6 x 10-9 detik-1
2. t½ = 0,693/k’ = 0,693/ 7,6 x 10-9 detik-1 = 2 tahun 11 bulan
9.4 FAKTOR-FAKTOR LAJU REAKSI
1. Macam zat yang bereaksi
2. Konsentrasi zat yang bereaksiKonsentrasi pereaksi berbanding lurus dengan laju reaksi
3. Tekananuntuk reaksi yang melibatkan gas, karena konsentrasi gas berhubungan dengan tekanan
4. Luas permukaansemakin halus bentuk zat yang bereaksi semakin cepat lajureaksi. Contoh: laju reaksi Alumunium dalam bentuk serbuk > laju
reaksi alumunium dalam bentuk batangan
5. Suhusemakin tinggi suhu maka energi kinetik molekul meningkatsehingga frekuensi tumbukan semakin tinggi sehingga lajureaksi meningkat
EaRT
Tetapan laju bervariasi secara eksponensial dengankebalikan suhu
k = A e-Ea/RT
ln k = ln A - ≈ ln k = ln A - EaR( ) 1
T( )y xba
6. Kataliszat yang mempercepat reaksi kimia tetapi tidak mengalamiperubahan yang permanen
• Katalis homogen : fasa sama dengan reaktan• Katalis heterogen : fasa berbeda dengan reaktan
Katalis Inhibitor><Contoh:
H2 + C2H4 → C2H6
Logam platina (Pt) mengkatalis reaksi hidrogenasi etena menjadi etana
Pt
Permukaan Pt
EtilenaFasa gas
H2Fasa gas
Atom H2teradsorpsi
Etilena, C2H4teradsorpsi
C2H5,Zat antara
Etana, C2H6teradsorpsiEtana, C2H6
terdesorpsi
Katalis
Menurunkan energi aktivasiReaktan
Produk
Penghalang energidengan katalis
Penghalang energitanpa katalis
Ener
giPo
tens
ial
Koordinat reaksi
Ea.r
∆E
Ea.r
Ea.f
Ea.f
9.5 MEKANISME REAKSI
Mekanisme reaksi menyatakan jenis dan jumlah tahappada suatu reaksi
Reaksi Elementer
Unimolekular : N2O5* → NO2 + NO3laju = k [N2O5*]
Bimolekular : NO(g) + O3(g) → NO2(g) + O2(g)laju = k [NO] [O3]
Termolekular : I + I + Ar → I2 + Arlaju = k [ I ]2 [Ar]laju = k [ I ]2
Contoh 9. 4
Carilah molekularitas pada reaksi satu tahap beikut:
a. NO + N2O5 3NO2
b. 2NO + Cl2 2NOCl
c. Cl + Cl + M Cl2 + M
d. C6H5 – CH C6H5 – CH (isomer cis trans)
NC – CH CH - CN
Penyelesaian
a. bimolekular (2 molekul yaitu NO dan N2O5)
b. termokular (3 molekul yaitu 2 molekul NO dan 1 molekul Cl2)
c. termokular (3 molekul yaitu Cl, Cl, dan M)
d. unimolekular (1 molekul)
9.6 ENZIM SEBAGAI KATALIS
Enzim merupakan protein globular yang dapat mengkatalisisreaksi biokimia spesifik
Mekanisme Kerja Enzim
E + S E – S E – P E + P
S = substrat; P = produk
Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzima. pH
muatan enzim bergantung pada pH lingkungannya danmempengaruhi keaktifan dari sisi aktif enzim
b. Suhusuhu dapat merusak struktur tiga dimensi dari enzim (protein)
c. Aktivatoraktivitas enzim dapat meningkat dengan adanya ion-ion anorganik. Contohnhya: ion Cl- pada enzim amilase air liur
LATIHAN SOAL-SOAL
1. Dalam mengkaji reaksi piridina (C5H5N) dengan metil iodida (CH3I) dalam larutan benzena, berikut ini adalah data laju reaksi awal yang diukur pada suhu 25oC untuk berbagai konsentrasi awal dari duareaktan:
a. Tentukan hukum laju untuk reaksi inib. Hitunglah konstanta laju dan nyatakan satuannyac. Hitunglah laju reaksi untu larutan dengan [C5H5N] 5,0 x 10-5 M
dan [CH3I] 2,0 x 10-5 M
[C5H5N] (mol/L) [CH3I](mol/L) Laju(mol/L detik)1,00 x 10-4 1,00 x 10-4
2,00 x 10-4
4,00 x 10-4
7,5 x 10-7
2,00 x 10-4 3,0 x 10-6
2,00 x 10-4 6,0 x 10-6
2. Senyawa A terurai membentuk B dan C pada reaksi yang mengikutiordo pertama. Pada suhu 25oC konstanta laju reaksinya adalah 0,0450 detik-1. Hitunglah waktu paruh zat A pada suhu 25oC
3. Dimerisasi tetrafluoroetilena (C2F4) menjadi oktafluorosiklobutana (C4F8) mempunyai orde kedua untuk pereaksi C2F4 dan pada suhu 450 K konstanta lajunya k = 0,0448 L mol-1 detik-1. Jika konsentrasi awal C2F40,100 M, berapa konsentrasinya sesudah 250 detik
4. Pada suhu 600 K, konstanta laju untuk dekomposisi reaksi ordo pertamanitroetana : CH3CH2NO2 (g) C2H4 (g) + HNO2 (g)adalah 1,9 x 10-4 detik-1. Sampel CH3CH2NO2 dipanaskan pada suhu600 K dan pada suhu ini tekanan parsial awalnya adalah 0,078 atm. Hitunglah tekanan parsialnya setelah 3 jam
5. Identifikasi setiap reaksi elementer berikut sebagai unimolekular, bimolekular, atau termolekular, dan tulislah hukum lajunyaa. HCO + O2 HO2 + COb. CH3 + O2 + N2 CH3O2N2
c. HO2NO2 HO2 + NO2
6. Tetapan laju dari reaksi elementer:
BH4- (aq) + NH4
+ (aq) BH3NH3 (aq) + H2 (g)
ialah k = 1,94 x 10-4 L/mol detik pada suhu 30oC dan reaksi memilikienergi aktivasi 161 kJ/mol. Hitunglah tetapan laju reaksi di atas padasuhu 40oC