BUKU PETUNJUK KEGIATAN DI

LABORATORIUM: DINAMIKA KIMIA

BUKU PETUNJUK KEGIATAN DI

LABORATORIUM: DINAMIKA KIMIA

ITSITS

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJURUSAN KIMIA FMIPA ITS

2010

1 LAJU REAKSI

Pada bagian ini akan dipelajari laju reaksi kimia dengan

pendekatan eksperimen yang akan dilakukan oleh mahasiswa

di laboratorium. Pentingnya mempelajari laju reaksi kimia ini

terkait dengan keperluan praktis untuk mampu memprediksi

seberapa cepat suatu reaksi mencapai kesetimbangan. Laju

reaksi ini sangat dipengaruhi oleh beberapa variabel

pengontrolnya antara lain tekanan, suhu dan katalis. Suatu

produk reaksi dapat dioptimasi laju perolehannya dengan

cara memilih kondisi yang tepat. Selain itu, pentingnya

mempelajari laju reaksi adalah untuk memahami mekanisme

suatu reaksi.

Kegiatan laboratorium pada bagian ini bertujuan untuk

mengenalkan prinsip-prinsip kinetika kimia dengan cara

menunjukkan bagaimana laju reaksi diukur dan bagaimana

menginterpretasikan data hasil pengukurannya. Pada

kegiatan laboratorium ini juga dipelajari beberapa pengaruh

variabel seperti konsentrasi, suhu, tekanan dan katalis

terhadap laju reaksi.

Adapun luaran dari kegiatan pembelajaran ini adalah

mahasiswa mampu merancang suatu percobaan dari reaksi

sederhana untuk mengoptimasi produk suatu reaksi.

Percobaan 1PENENTUAN LAJU REAKSI IODINASI ASETON DALAM SUASANA ASAM

Percobaan 1 ini bertujuan untuk menentukan laju reaksi

iodinasi aseton. Reaksi ini dilakukan dengan menambahkan

iodin pada aseton. Reaksi iodinasi aseton ini berjalan sangat

lambat, oleh karena itu diperlukan penambahan katalis asam

untuk mempercepat terjadinya reaksi.

Prinsip percobaan ini adalah mereaksikan aseton dengan

iodin yang berwarna kuning. Ketika larutan iodin direaksikan

dengan aseton, (CH3)2C=O, dengan adanya asam, maka warna

kuning dari iodin perlahan-lahan memudar seiring dengan

dikonsumsinya iodin tersebut untuk bereaksi dengan aseton.

Produk reaksi adalah iodoaseton dan hidrogen iodida. Ion

hidrogen berperan sebagai katalis pada reaksi ini. Persamaan

reaksi iodinasi aseton ini dituliskan pada Persamaan 1.1.

H+

(CH3)2C=O + I2 CH3(CH2I)C=O + HI Aseton Iodoaseton (1.1)

Hukum laju untuk reaksi tersebut adalah

Laju = k [I2]x[H+]y[(CH3)2C=O]z (1.2)

Reaksi ini merupakan reaksi orde nol terhadap iodin, sehingga persamaan (1.2) menjadi

Laju = k [H+]y[(CH3)2C=O]z (1.3)

Pada percobaan ini digunakan metode laju awal untuk

menentukan nilai konstanta laju,k dan orde reaksi terhadap

H+ (nilai y) dan (CH3)2C=O (nilai z). Laju reaksi pada percobaan

ini diikuti dengan mengamati penurunan intensitas warna

kuning dari iodin dalam larutan pada waktu tertentu

(Persamaan 1. 4),

(1.4)

Oleh karena itu, hukum lajunya dituliskan sebagai berikut

(1.5)

sehingga pada percobaan ini diamati laju berkurangnya iodin pada waktu tertentu.

Pada percobaan ini dikaji reaksi iodinasi aseton yang dikatalisa oleh

HCl. Laju reaksi diukur dengan mengamati laju perubahan

konsentrasi iodin dengan spektrofotometer. Absorbansi larutan

diusahakan antara 0,7-0,2 pada panjang gelombang yang sesuai.

Oleh karena itu perlu dilakukan variasi konsentrasi awal setiap

pereaksi. Dalam campuran reaksi, konsentrasi aseton dapat divariasi

antara 0,1-2,0 M. Konsentrasi iodium dapat divariasi antara 0,001-

0,05 M. Dalam pengerjaannya larutan aseton dicampur lebih dahulu

dengan larutan HCl, dan kemudian ke dalam campuran ini

ditambahkan larutan iodium sesuai dengan Tabel 1.1.

Tabel 1.1. Volume larutan aseton, iodium dan HCl dalam campuran

No. Percobaan

Volume Aseton

Volume HCl

Volume Iodium

1

2

3

4

dst

PERALATAN DAN BAHAN

Peralatan yang digunakan meliputi spectronic 20, tabung reaksi,

pipet gondok 5mL, pipet ukur 2 mL, gelas beker 50 mL, labu takar 2

buah, dan stop watch.

Sedangkan bahan yang digunakan meliputi larutan aseton 3 M,

larutan HCl baku 1 M, larutan I2 dalam KI 0,1 M.

PROSEDUR PERCOBAAN

I. Analisa iodin menggunakan spektronik

Buatlah kurva kalibrasi dengan larutan iodin, minimal

menggunakan 5 konsentrasi larutan yang berbeda dengan

selang konsentrasi yang sama.

II. Penentuan laju reaksi

1. Tentukan dahulu volume masing-masing reaktan (Tabel 3.1),

sehingga untuk masing-masing reaktan ada 4x “run” percobaan.

2. Sesuai dengan volume yang telah ditetapkan (Tabel 3.1),

campur aseton dan asam dalam gelas beker 50 mL.

3. Masukkan larutan iodium ke dalam tabung reaksi dan tuangkan

ke dalam gelas beker berisi campuran tadi (no. 2) dan pada saat

itu juga hidupkan stop watch pertama.

4. Segera aduk dan tuangkan ke dalam sel untuk diukur

absorbansinya secepat mungkin (kurang 1 menit) pada panjang

gelombang yang sesuai (tentukan dahulu panjang gelombang

yang sesuai dari larutan iod dengan konsentrasi 1/3

konsentrasi iod yang dicampurkan). Bersamaan dengan saat

pencatatan absorban pertama, hentikan stop watch pertama

dan sekaligus hidupkan stop watch kedua (ketiga hal tersebut

harus serentak).

5. Catat waktu untuk pengukuran absorban pertama dan

kembalikan stop watch pertama ke titik nol.

6. Pencatatan absorban berikutnya dilakukan setelah absorban

berkurang 0,1 dan pada saat itu hentikan stop watch kedua dan

hidupkan kembali stop watch pertama.

7. Pengerjaan no. 4 dan no. 5 diulang-ulang hingga reaksi berjalan

10-20%.

8. Lakukan pula prosedur di atas untuk setiap variasi konsentrasi

masing-masing reaktan sesuai Tabel 3.1.

PERHITUNGAN

1. Tentukan laju reaksi awal dari iodinasi aseton yang dinyatakan

sebagai perubahan konsentrasi iodin per detik (mol/l.dt).

2. Alurkan laju reaksi iodinasi (no. 1) terhadap variasi konsentrasi

aseton, variasi konsentrasi asam, dan variasi konsentrasi iodin

untuk menentukan orde reaksi iodinasi terhadap masing-masing

pereaksi.

3. Berdasarkan perhitungan no. 2, tentukan persamaan laju reaksi

iodinasi aseton.

TUGAS

1. Selain dengan spektrofotometer, laju reaksi iodinasi aseton

dapat diikuti dengan cara titrasi volumetri. Terangkan cara

tersebut !

2. Terangkan sistem reaksi katalisa asam atau basa secara umum.

3. Reaksi iodinasi aseton termasuk reaksi substitusi nukleofilik atau

elektrofilik. Terangkan mekanismenya!

Percobaan 2LAJU INVERSI GULA

TUJUAN

Percobaan ini bertujuan mencari tetapan laju reaksi orde satu dan

mengkaji peranan ion hidrogen sebagai katalis.

DASAR TEORI

Sukrosa atau gula merupakan zat optik aktif yang memutar bidang

polarisasi cahaya ke kanan (dextrorotary). Apabila gula dilarutkan

dalam air maka perlahan-lahan arah pemutaran ke kanan tersebut

berkurang dan akhirnya menjadi sedikit memutar ke kiri. Proses

pembalikan arah pemutaran bidang polarisasi cahaya dari kanan ke

kiri atau sebaliknya disebut proses inversi. Sedang reaksi yang

menyebabkan pembalikan arah polarisasi larutan gula disebut reaksi

inversi gula atau sukrosa.

Reaksi inversi gula tersebut terjadi sebagai akibat adanya reaksi

hidrolisis gula atau sukrosa menjadi fruktosa dan glukosa oleh air.

Fruktosa mempunyai sifat optik aktif memutar bidang polarisasi ke

kiri (laevorotary) dan glukosa mempunyai sifat optik aktif

sebaliknya, yaitu dextrorotary. Sifat optik aktif fruktosa lebih kuat

dibanding glukosa, sehingga saat jumlah gula yang terhidrolisa

menjadi fruktosa dan glukosa semakin lama semakin besar,

walaupun jumlah keduanya sama, arah putaran bidang polarisasi

cahaya menjadi berubah dari kanan ke kiri.

Pada tahun 1850, Wilhelmy telah meneliti bahwa kinetika reaksi

inversi gula merupakan reaksi orde satu terhadap sukrosa. Dalam

larutan gula yang netral (pH=7), reaksi hidrolisa gula mempunyai

waktu paruh 10 minggu. Sedangkan di dalam larutan asam, dengan

adanya katalis ion H+, waktu paruh tersebut menjadi lebih pendek.

Hukum laju reaksi inversi gula tersebut dapat diungkapkan sebagai

berikut:

r = = k[H+][H2O][gula](2.1)

Namun, oleh karena konsentrasi H1 dan H2O relatif tetap maka

hukum laju reaksi inversi gula menjadi orde satu semua, yaitu:

r = = ki[gula](2.2)

Integrasi persamaan (2) di mana saat t=0 (reaksi belum terjadi)

maka [gula]=c(0) dan saat t=t (setelah reaksi terjadi) maka [gula]c(t)

akan diperoleh persamaan:

ln = kt(2.3)

Besarnya sudut pemutaran bidang polarisasi cahaya yang

ditimbulkan oleh larutan zat A yang optik aktif dapat diungkapkan

sebagai berikut:

A – (2.4)

dengan

A : sudut putaran zat optik A teramati

: sudut putaran jenis zat optik A pada temperatur t dengan

cahaya monokromatis yang panjang gelombagnya .

l : jarak tempuh cahaya monokromatis dalam larutan

c : konsentrasi larutan

Dalam larutan yang mengandung beberapa zat optik aktif, besar

sudut polarisasi larutan merupakan jumlah sudut polarisasi masing-

masing zat optik aktif yang ada dalam larutan. Bila larutan

mengandung dua zat, A dengan sudut polarisasi A dan B dengan

sudut polarisasi B maka sudut polarisasi larutan () adalah:

= A + B (2.5)

Persamaan (2.3) dapat diubah menjadi

c (t) = c (o) e-kt (2.6)

yang menyatakan konsentrasi reaktan (gula) pada saat t. Untuk

waktu (t+), di mana adalah selang waktu pengukuran, maka

konsentrasi reaktan menjadi

c (t+) = c (o) c-k(t+) (2.7)

Dan selisih kedua persamaan tersebut menjadi

c(t) - c (t+) = c (o) (1-ek) ekt (2.8)

Persamaan (2.8) dapat pula dituliskan sebagai

ln (c(t) - c (t+)) = -kt + tetapan (2.9)

Substitusi persamaan (2.4) ke dalam persaman (2.9) akan menghasilkan (2.10) dapat diketahui, jika sudut polarisasi diukur pada waktu t1, t2, t3, …. dan seterusnya, juga pada (t1+), (t2+), (t3+), … dan seterusnya, maka tetapan laju reaksi k dapat diperoleh dari kurva ln (t-(t+)) fungsi waktu t.

PERALATAN DAN BAHAN

Peralatan yang digunakan meliputi 1 set polarimeter, stop watch,

crlcmcycr 100 mL, gelas ukur 100 mL, pipet volum 25 mL, kertas

saring, sukrosa p.a. 20 g, dan larutan HCl 4N.

PROSEDUR PERCOBAAN

1. Pelajari cara penggunan polarimeter.

2. Pengukuran sudut polarisasi dilakukan antara 5 hingga 120

menit dengan selang waktu 5 menit, sejak penambahan larutan

asam ke dalam larutan gula.

3. Uji kesiapan stop watch.

4. Lepaskan salah satu tutup tabung polarimeter dan lepaskan

pula jendela kacanya dari tutup tersebut. Bersihkan tabung

tersebut dengan akuades.

5. Isi tabung polarimeter dengan akuades hingga penuh dan

permukaan cairan di bibir tabung tampak cembung sehingga tak

ada gelembung udara di dalamnya. Pasang tutupnya rapat-

rapat.

6. Ukur sudut pemutaran bidang polarisasi cahaya (sudut

polarisasi, ) oleh akuades. Catat kedudukan ini dan anggap

sebagai titik nol untuk perhitungan selanjutnya. Kosongkan

tabung polarimeter dari akuades dan usahakan agar benar-

benar kering.

7. Larutkan 20,0 g gula dalam akuades hingga terbentuk 100 mL

larutan gula. Bila larutan tidak jernih lakukan penyaringan.

8. Ambil 25 mL larutan gula dan masukkan ke dalam erlemeyer.

9. Tambahkan ke dalam larutan gula tersebut 5 mL larutan HCl.

Jalan stop watch dan aduk sampai rata.

10. Segera bilas tabung polarimeter dengan larutan di atas (no. 8)

dan kemudian isi sampai penuh, seperti prosedur 5.

11. Ukur sudut polarisasi sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.

PERHITUNGAN

Tentukan tetapan laju reaksi dengan cara grafis atau dengan cara

regresi linear.

TUGAS

1. Bagaimana mekanisme katalisa ion H+ pada reaksi hidrolisa gula

(sukrosa) menjadi fruktosa dan glukosa, yakni dengan

menggambarkan proses protonasi dan pemutusan ikatan.

2. Reaksi inversi gula merupakan reaksi orde satu semu. Apa

maksudnya?

3. Berapa tetapan laju reaksi inversi gula bila konsentrasi larutan

HCl dijadikan dua kali lebih besar?

4. Reaksi inversi gula tersebut dapat juga terjadi dengan adanya

enzime invertase, sebuah senyawa turunan ragi (yeast). Apa

nama senyawa tersebut?

5. Reaksi inversi gula dengan adanya enzime invertase dapat

dijelaskan dengan mekanisme yang diusulkan oleh Michaelis-

Menten. Tuliskan mekanisme tersebut!

6. Berdasarkan mekanisme Michaelis-Menten (no. 5) turunkan

persamaan laju reaksi inversi tersebut?

7. Apakah ada kesamaan di antara persamaan laju reaksi yang

Anda peroleh (no. 6) dengan persamaan (1), dimana fungsi ion

H+ digantikan oleh enzim.

8. Berdasarkan stereokimia, tunjukkan bahwa secara teoritis

fruktosa dapat memutar bidang polarisasi cahaya ke kiri dan

glukosa memutar bidang polarisasi cahaya ke kanan.

CATATAN

Agar Anda dapat memahami percobaan ini dan mengerjakan tugas

dengan sebaik-baiknya maka carilah pustaka-pustaka terkait, yakni

buku-buku teks yang meliputi buku kimia fisik, buku organik, buku

biokimia, dan buku kinetika kimia.

2REAKSI DAN MEKANISME

Kinetika merupakan cabang dari kimia yang berhubungan dengan

laju reaksi. Secara umum, laju reaksi pada suhu tertentu sangat

tergantung pada konsentrasi material yang bereaksi. Namun,

beberapa faktor lain, seperti suhu dari campuran reaksi, struktur

dari substansi juga mengambil bagian dalam reaksi, ada atau tidak

adanya katalis dan sifat pelarut yang digunakan juga mempengaruhi

laju reaksi.

Aplikasi kinetika untuk menjelaskan mekanisme secara rinci oleh

reaksi telah terbukti menjadi yang paling sesuai dan alat otentik

tunggal untuk menentukan salah satu mekanisme yang diusulkan

untuk reaksi tertentu. Mekanisme yang diusulkan untuk suatu reaksi

yang diberikan dianggap tidak terjadi jika tidak sesuai dengan data

laju yang diperoleh untuk reaksi tersebut.

Reaksi SN1

Reaksi substitusi nukleofilik dimana hanya satu spesies kimia yang

mengalami perubahan kovalensi, dalam menentukan langkah-

langkah laju, disebut unimolekular dan disingkat SN1. Reaksi ini

melibatkan pembentukan karbokation dengan heterolisis yang

lambat (menentukan langkah laju) yang diikuti oleh serangan cepat

dari substitusi nukleofil pada karbokation untuk membentuk