Bab 10 Kinetika Kimia
-
Upload
dwi-rachmawati -
Category
Documents
-
view
346 -
download
18
description
Transcript of Bab 10 Kinetika Kimia
-
14/11/2011
1
Bab 10
Kinetika Kimia
D e p a r t e m e n K i m i a F M I P A I P B
http://chem.fmipa.ipb.ac.id
Ikhtisar
Laju Reaksi1
Teori dalam Kinetika Kimia2
Hukum Laju Reaksi3
Faktor Penentu Laju Reaksi
4
3
4 Mekanisme Reaksi
5
Enzim sebagai Katalis46
Sumber: Chang Bab 14
-
14/11/2011
2
Laju Reaksi
Termodinamika apakah suatu reaksi dapat terjadi?Kinetika Seberapa cepat suatu reaksi berlangsung?
Laju reaksi adalah perubahan konsentrasi reaktan atau produk terhadap waktu (M/s).
A B
laju = - [A]t
laju = [B]t
[A] = perubahan konsentrasi A dalam selang waktu t
[B] = perubahan konsentrasi B dalamselang waktu t
Karena [A] menurun terhadap waktu, [A] bernilai negatif.
Laju rata-rata
Laju Reaksi
laju = - [A]t
laju = [B]t
waktuA B
-
14/11/2011
3
Laju Reaksi
393 nmcahaya
Detektor
[Br2] Absorbans39
3 nm
Br2 (aq)
Br2 (aq) + HCOOH (aq) 2Br- (aq) + 2H+ (aq) + CO2 (g)
waktu
Br2 (aq) + HCOOH (aq) 2Br- (aq) + 2H+ (aq) + CO2 (g)
Laju rata-rata = - [Br2]t = -[Br2]akhir [Br2]awal
takhir - tawal
Hitunglah laju rata-rata pada:a) 200 s pertamab) dari 300 s hingga 350 s
Laju Reaksi
-
14/11/2011
4
Br2 (aq) + HCOOH (aq) 2Br- (aq) + 2H+ (aq) + CO2 (g)
Laju rata-rata = - [Br2]t = -[Br2]akhir [Br2]awal
takhir - tawal
kemiringan garis singgung
Kemiringangaris singgung
Kemiringangaris singgung
Laju sesaat = laju pada saat tertentu
Laju Reaksi
Laju Reaksi dan Stoikiometri2A B
Dua mol A hilang untuk setiap mol B yang terbentuk.
laju = [B]tlaju = -[A]t
12
aA + bB cC + dD
laju = - [A]t1a
= -
[B]t
1b
=
[C]t
1c
=
[D]t
1d
Laju Reaksi
-
14/11/2011
5
Tulislah persamaan laju untuk reaksi di bawah ini:
CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (g)
laju = - [CH4]t = -[O2]
t12
=
[H2O]t
12
=
[CO2]t
Jika konsentrasi O2 menurun dengan laju 0,10 M/s, berapakah laju reaksinya?Berapakah laju terbentuknya CO2?
Laju Reaksi
Teori dalam Kinetika Kimia
Teori Tumbukan1. Reaksi kimia terjadi sebagai hasil dari tumbukan
antara molekul-molekul yang bereaksi.
2. Agar dapat bereaksi, molekul-molekul yang bertumbukan harus memiliki
a. arah (orientasi) yang tepatb. energi kinetik totalnya sama dengan atau lebih besar daripada energi aktivasi, Ea, yaitu energi minimum yang dibutuhkan untuk memulai suatu reaksi kimia.
-
14/11/2011
6
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]
Teori dalam Kinetika Kimia
Teori Keadaan Transisi
Spesi yang terbentuk sementara oleh molekul-molekul reaktan akibat tumbukan sebelum nantinya akan membentuk produk disebut keadaan transisi atau kompleks teraktifkan.
Dalam keadaan transisi, ikatan-ikatan yang lama sedang mengalami proses pemutusan dan ikatan-ikatan yang baru mulai terbentuk. Energi aktivasi adalah energi yang dibutuhkan untuk mencapai keadaan transisi.
Teori dalam Kinetika Kimia
-
14/11/2011
7
A + B C + DReaksi Eksotermik Reaksi Endotermik
Energi aktivasi (Ea) adalah energi minimum yang dibutuhkan untuk memulai reaksi kimia.
Teori dalam Kinetika Kimia
Teori dalam Kinetika Kimia
-
14/11/2011
8
Hukum Laju Reaksi
Hukum laju menyatakan hubungan laju reaksi dengan konstanta laju dan pangkat dari konsentrasi reaktan.
aA + bB cC + dD
Laju = k [A]x[B]y
Reaksi orde ke-x dalam A
Orde keseluruhannya adalah (x + y)Reaksi orde ke-y dalam B
F2 (g) + 2ClO2 (g) 2FClO2 (g)
laju = k [F2][ClO2]
Hukum laju selalu ditentukan lewat percobaan. Orde reaksi selalu dinyatakan dalam konsentrasi
reaktan (bukan produk). Orde reaktan tidak terkait dengan koefisien reaksi dari
reaktan dalam persamaan reaksi setimbang.
1
Hukum Laju Reaksi
-
14/11/2011
9
Menentukan hukum laju dan menghitung konstanta laju reaksi dari data berikut ini:S2O82- (aq) + 3I- (aq) 2SO42- (aq) + I3- (aq)
Percobaan [S2O82-] [I-] Laju 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
laju = k [S2O82-]x[I-]y
[I-] meningkat dua kali, laju menjadi dua kali (percobaan 1 & 2)
y = 1
[S2O82-] meningkat dua kali, laju menjadi dua kali (percobaan 2 & 3)
x = 1
k = laju[S2O82-][I-] =2,2 x 10-4 M/s
(0,08 M)(0,034 M) = 0,08/Ms
laju = k [S2O82-][I-]
Hukum Laju Reaksi
Menentukan Orde Reaksi dengan Percobaan Jika diketahui reaksi: O2 (g) + 2 NO(g) 2 NO2 (g)Hujum laju untuk reaksi ini adalah: laju = k [O2]m[NO]nUntuk mencari orde reaksi, kita lakukan beberapa percobaan, masing-masing dengan konsentrasi-konsentrasi reaktan yang berbeda, dan menentukan laju reaksi awalPercobaan Konsentrasi Reaktan Awal (mol/l) Laju Awal
O2 NO (mol/Ls)1 3,21 x 10-32 6,40 x 10-33 1,10 x 10-2* 2,60 x 10-2 *12,8 x 10-34 3,30 x 10-2 1,30 x 10-2 9,60 x 10-35 1,10 x 10-2 3,90 x 10-2 28,8 x 10-3
Hukum Laju Reaksi
-
14/11/2011
10
Hukum Laju Reaksi
[A]
[A]0
Waktu (t)
Reaksi Orde NolaA Produk
Laju = k [A]n......n = orde reaksi (tidak berkaitan langsung dengan koefisien a)-d[A] = k [A]0dt
d[A] = -kdt
[A] [A]0 = -kt
Laju = k (orde nol)
Reaksi Orde-PertamaA produk laju = - [A]t laju = k [A]
k = laju[A] = 1/s atau s-1M/s
M=[A]t = k [A]-
[A] adalah konsentrasi A pada waktu t[A]0 adalah konsentrasi A pada t=0
[A] = [A]0exp(-kt) ln[A] = ln[A]0 - kt
Hukum Laju Reaksi
-
14/11/2011
11
Reaksi 2A B adalah reaksi orde pertama dalam A dengan konstanta laju 2,8 x 10-2 s-1 at 800C. Berapa lamakah konsentrasi A berkurang dari 0.88 Msehingga menjadi 0.14 M ?
Berapakah konsentrasi A setelah 100 s?
[A]0 = 0.88 M[A] = 0.14 M
Hukum Laju Reaksi
Waktu-paruh suatu reaksi, t1/2, adalah waktu yang diperlukan agar konsentrasi reaktan turun menjadi setengah dari konsentrasi awalnya.
Hanya untuk reaksi orde pertama, waktu paruhnya tidak bergantung pada konsentrasi awal.
t1/2 = (1/k) ln 2
Hukum Laju Reaksi
-
14/11/2011
12
Reaksi Orde PertamaWaktu-paruh, t, adalah waktu yang diperlukan agar konsentrasi reaktan turun menjadi setengah dari konsentrasi awalnya.
t = t ketika [A] = [A]0/2ln2k=
0,693k=
Berapakah waktu-paruh dari N2O5 jika terurai dengan konstanta laju 5,7 x 10-4 s-1?
tln2k=
0,6935,7 x 10-4 s-1= = 1200 s = 20 menit
Reaksi penguraian tadi adalah reaksi orde pertama, mengapa?satuan k (s-1)
t
Hukum Laju Reaksi
Untuk reaksi 2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)
Hukum lajunya = k [NO2]2
-d[NO2] = k[NO2]2dt
d[NO2] = -kdt[NO2]2
Bila diintegrasikan
= + 2 kt
2 = koefisien stoikiometri dari NO2
1 1
[NO2]t [NO2]0
Reaksi Orde Kedua:
Slope = 2 k
Waktu (t)
1
[NO2](L mol-1)
Hukum Laju Reaksi
-
14/11/2011
13
Ringkasan Kinetika Reaksi Orde-Pertama, Orde-kedua, dan Orde-Ketiga
Orde Hukum LajuPersamaan
Konsentrasi-waktu Waktu-paruh
0
1
2
laju = k
laju = k [A]
laju = k [A]2
ln[A] = ln[A]0 - kt1
[A] =1
[A]0 + kt
[A] = [A]0 - kt
tln2k=
t =[A]02k
t =1
k[A]0
Hukum Laju Reaksi
Urutan tahap-tahap elementer yang mengarah pada pembentukan produk disebut mekanisme reaksi.
2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)Tahap elementer: NO + NO N2O2Tahap elementer: N2O2 + O2 2NO2
Reaksi keseluruhan: 2NO + O2 2NO2
Mekanisme Reaksi
Reaksi elementer adalah reaksi sederhana yang hanya berlangsung dalam satu tahap
Hanya untuk reaksi elementer, pangkat-pangkat dalam hukum laju harus berkorespons dengan koefisien-koefisien dalam persamaan setimbang
-
14/11/2011
14
Tahap elementer: NO + NO N2O2Tahap elementer: N2O2 + O2 2NO2Reaksi keseluruhan: 2NO + O2 2NO2
+
Zat-antara adalah spesi yang muncul dalam mekanisme reaksi tetapi tidak ada dalam persamaan setimbang. Zat-antara selalu terbentuk dalam tahap elementer awal dan hilang dalam tahap elementer berikutnya.
Molekularitas suatu reaksi banyaknya molekul yang bereaksi dalam tahap elementer.
Reaksi unimolekular tahap elementer dengan I molekul Reaksi bimolekular tahap elementer dengan 2 molekul Reaksi termolekular tahap elementer dengan 3 molekul
Mekanisme Reaksi
Reaksi unimolekular A produk laju = k [A]
Reaksi bimolekular A + B produk laju = k [A][B]
Reaksi bimolekular A + A produk laju = k [A]2
Menulis mekanisme reaksi yang benar: Jumlah tahap elementer harus menghasilkan
persamaan setara keseluruhan untuk reksi tersebut. Tahap penentu-laju harus menyatakan hukum laju yang
sama dengan yang diperoleh dari percobaan.Tahap penentu-laju adalah tahap paling lambat dari keseluruhan tahap pembentukan produk.
Mekanisme Reaksi
-
14/11/2011
15
Hukum laju untuk reaksi antara NO2 and CO untuk menghasilkan NO and CO2 adalah laju = k[NO2]2. reaksi tersebut diketahui melalui dua tahap:
Tahap 1: NO2 + NO2 NO + NO3Tahap 2: NO3 + CO NO2 + CO2
Tulislah persamaan reaksi keseuruhan?NO2+ CO NO + CO2
Apakah zat-antaranya? NO3Apa pendapat anda tentang laju relatif pada tahap 1 and 2?
laju = k[NO2]2 adalah hukum laju untuk tahap 1 maka tahap1 pasti lebih lambat daripada tahap 2
Mekanisme Reaksi
Faktor Penentu Laju Reaksi
1. Macam zat yang bereaksi2. Konsentrasi zat yang bereaksi
Konsentrasi pereaksi berbanding lurus dengan laju reaksi3. Tekanan
untuk reaksi yang melibatkan gas, karena konsentrasi gas berhubungan dengan tekanan
4. Luas permukaansemakin halus bentuk zat yang bereaksi semakin cepat laju reaksi. Contoh: laju reaksi Alumunium dalam bentuk serbuk > laju
reaksi alumunium dalam bentuk batangan
-
14/11/2011
16
5. Suhu semakin tinggi suhu maka energi kinetik molekul meningkatsehingga frekuensi tumbukan semakin tinggi sehingga laju reaksi meningkat
Faktor Penentu Laju Reaksi
k = A exp( -Ea/RT )
Ea = energi aktivasi (J/mol)R = konstanta gas (8,314 J/Kmol)T = suhu mutlak
A = faktor frekuensi
lnk = - EaR
1T + lnA
(persamaan Arrhenius)
6. Katalis adalah zat yang meningkatkan laju reaksi tanpa ikut terpakai dalam reaksi.
k = A exp( -Ea/RT ) Ea k
tanpa katalis dengan katalis
lajudgn katalis > lajutanpa katalis Ea < Ea
Faktor Penentu Laju Reaksi
-
14/11/2011
17
Permukaan Pt
Etilena
Fasa gas
H2Fasa gas
Atom H2teradsorpsi
Etilena, C2H4teradsorpsi
C2H5,
Zat antara
Etana, C2H6teradsorpsi
Etana, C2H6terdesorpsi
Faktor Penentu Laju Reaksi
Mekanisme Kerja Enzim
E + S E S E P E + P
S = substrat; P = produk
Enzim merupakan protein globular yang dapat mengkatalisis reaksi biokimia spesifik
Enzim Sebagai Katalis
-
14/11/2011
18
Enzim Sebagai Katalis
tanpa kataliskatalis
enzim
Enzim Sebagai Katalis
-
14/11/2011
19
Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzima. pH
muatan enzim bergantung pada pH lingkungannya dan mempengaruhi keaktifan dari sisi aktif enzim
Enzim Sebagai Katalis
Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzimb. Suhu: dapat merusak struktur tiga dimensi dari enzim (protein)
Enzim Sebagai Katalis
-
14/11/2011
20
Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzimc. Aktivator
aktivitas enzim dapat meningkat dengan adanya ion-ion anorganik. Contohnya: ion Cl- pada enzim amilase air liur
Enzim Sebagai Katalis
Latihan
1. Senyawa A terurai membentuk B dan C pada reaksi yang mengikuti ordo pertama. Pada suhu 25oC konstanta laju reaksinya adalah 0,0450 detik-1. Hitunglah waktu paruh zat A pada suhu 25oC
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 C2F4 0,100 M, berapa konsentrasinya sesudah 250 detik
2. Identifikasi setiap reaksi elementer berikut sebagai unimolekular, bimolekular, atau termolekular, dan tulislah hukum lajunyaa. HCO + O2 HO2 + COb. CH3 + O2 + N2 CH3O2N2c. HO2NO2 HO2 + NO2
-
14/11/2011
21
http://chem.fmipa.ipb.ac.id