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


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


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 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.


14/11/2011

7

A + B C + DReaksi Eksotermik Reaksi Endotermik

Energi aktivasi (Ea) adalah energi minimum yang dibutuhkan untuk memulai reaksi 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


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


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


14/11/2011

17

Permukaan Pt

Etilena

Fasa gas

H2Fasa gas

Atom H2teradsorpsi

Etilena, C2H4teradsorpsi

C2H5,

Zat antara

Etana, C2H6teradsorpsi

Etana, C2H6terdesorpsi


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


tanpa kataliskatalis

enzim


14/11/2011

19

Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzima. pH

muatan enzim bergantung pada pH lingkungannya dan mempengaruhi keaktifan dari sisi aktif enzim


Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzimb. Suhu: dapat merusak struktur tiga dimensi dari enzim (protein)


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


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

bab 10 kinetika kimia

Documents