Upload
dangcong
View
230
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Kinetika KimiaKinetika Kimia
Irwansyah, Ph.D
Referensi:Referensi:Brown et.al; Chemistry, The Central Science, 11th edition
Kinetika KimiaKinetika Kimia
• Mempelajari kecepatan/laju reaksi suatu proses/perubahan kimia.
• Kinetika juga mempelajari bagaimanaKinetika juga mempelajari bagaimana reaksi berlangsung mekanisme reaksi
2Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Bahasan:Laju Reaksi Bagaimana kita mengukur laju reaksi.
Hukum Laju Bagaimana laju bergantung/dipengaruhi jumlah reaktan.
Hukum Laju TerintegrasiBagaimana menghitung reaktan yang tersisa atau waktu yang dibutuhkan untuk
i j l h t t tmencapai jumlah tertentu.
Waktu Paruh Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mereaksikan 50% reaktan.
Persaman Arrhenius Bagaimana konstanta laju dipengaruhi oleh suhu (T).
H b t l j dMekanisme Hubungan antara laju dengan proses yang terjadi pada skala molekular
3Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Faktor yang mempengaruhi laju reaksiFaktor yang mempengaruhi laju reaksi
• Konsentrasi reaktan• Konsentrasi reaktanPada saat konsentrasi meningkat, peluang(kemungkinan) terjadinya tumbukan akan semakin(kemungkinan) terjadinya tumbukan akan semakinbesar.
• TemperaturpPada temperatur tinggi molekul reaktan memiliki energikinetik lebih besar, bergerak lebih cepat, bertumbukanl bih ilebih sering.
• KatalisM t k i d b h k iMempercepat reaksi dengan mengubah mekanisme.
4Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Laju Reaksiaju ea s
L j k i d t dit t k d itLaju reaksi dapat ditentukan dengan memonitor perubahan konsentrasi produk maupun reaktan
b i f i ktsebagai fungsi waktu. Δ[A] vs Δt
5Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Laju ReaksiLaju Reaksi C4H9Cl(aq) + H2O(l)⎯⎯→ C4H9OH(aq) + HCl(aq)
Pada reaksi ini, k t i b til
[C4H9Cl] M
konsentrasi butilklorida, C4H9Cl, diukur
d b b i ktpada berbagai waktu, t.
6Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Laju ReaksiLaju Reaksi C4H9Cl(aq) + H2O(l)⎯⎯→ C4H9OH(aq) + HCl(aq)
Laju rata-rata reaksid ti i t l
Average Rate, M/s
pada setiap interval adalah perubahank t i dib ikonsentrasi dibagiperubahan waktu :
7Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Laju Reaksi aju ea sC4H9Cl(aq) + H2O(l)⎯⎯→ C4H9OH(aq) + HCl(aq)
• Laju rata-rata menurunsaat reaksisaat reaksiberlangsung.
• Ini disebabkan karena• Ini disebabkan karenapada saat reaksiberlangsung terdapatberlangsung, terdapatlebih sedikit tumbukandiantara molekulreaktan.
8Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Laju Reaksi aju ea sC4H9Cl(aq) + H2O(l)⎯⎯→ C4H9OH(aq) + HCl(aq)
• Plot Konsentrasi vs. Waktu menghasilkanWaktu menghasilkankurva seperti disamping.
• Slope/kemiringan garisSlope/kemiringan garissinggung pada setiap titikadalah laju sesaat padajwaktu tersebut
9Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Laju Reaksi aju ea sC4H9Cl(aq) + H2O(l)⎯⎯→ C4H9OH(aq) + HCl(aq)
• Reaksi semakinl b t klambat karenakonsentrasi reaktanb kberkurang.
10Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Laju Reaksi dan Stoikiometriaju ea s da Sto o etC4H9Cl(aq) + H2O(l)⎯⎯→ C4H9OH(aq) + HCl(aq)
• Reaksi diatas, rasio C H Cl terhadap C H OHC4H9Cl terhadap C4H9OH adalah 1:1.
• Jadi laju menghilangnyaJadi, laju menghilangnyaC4H9Cl sama dengan laju terbentuknya C4H9OH.y 4 9
Laju = -Δ[C4H9Cl]Δt = Δ[C4H9OH]
Δt11
Laju Δt ΔtKinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Laju Reaksi dan Stoikiometriaju ea s da Sto o et
• Bagaimana kalau tidak 1:1?
H2(g) + I2(g) ⎯⎯→ 2 HI(g)
• Hanya 1/2 HI dihasilkan untuk setiap H2yang digunakan.y g g
12Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Laju Reaksi dan Stoikiometriaju ea s da Sto o et
• Secara umum, untuk reaksi
aA + bB cC + dD
Reaktan (berkurang) Produk (bertambah)Reaktan (berkurang) Produk (bertambah)
13Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Konsentrasi dan Lajuo se t as da aju
Setiap reaksi memiliki persamaan tersendiriyang menunjukkan lajunya sebagai fungsikonsentrasi reaktan.
⇒disebut sebagai Hukum Laju (Rate Law)g j ( )Untuk menentukan hukum laju kita mengukur laju
pada konsentrasi awal berbedapada konsentrasi awal berbeda.
14Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Konsentrasi dan LajuKonsentrasi dan Laju
Bandingkan Experimen 1 and 2:g psaat [NH4
+] 2X lebih banyak , laju awal 2X lebihcepat.
15
pKinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Konsentrasi dan LajuKonsentrasi dan Laju
Bandingkan pula Experimen 5 dan 6: g p psaat [NO2
-] 2X lebih banyak, laju awal 2X lebihcepat.
16
pKinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Konsentrasi dan LajuKonsentrasi dan Laju
Persamaan ini disebut hukum laju, dan k merupakan tetapan lajuk merupakan tetapan laju.
17Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Hukum LajuHukum Laju• Hukum laju menunjukkan hubungan antara laju reaksi denganHukum laju menunjukkan hubungan antara laju reaksi dengan
konsentrasi reaktan. • Untuk reaktan fase gas digunakan PA (tekanan) daripada [A]
(konsentrasi molar).• k adalah suatu tetapan yang memiliki nilai spesifik untuk setiap
reaksireaksi• Nilai k ditentukan secara eksperimen.
k adalah khas untuk setiap reaksik berubah terhadap T
18
p
Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Hukum Laju• Eksponen menunjukkan orde reaksi terhadap
Hukum LajuEksponen menunjukkan orde reaksi terhadapmasing-masing reaktan.
• Reaksi tersebut :Reaksi tersebut :Orde 1 (First-order) terhadap [NH4
+]Orde 1 (First-order) terhadap [NO −]Orde 1 (First-order) terhadap [NO2 ]
• Orde reaksi total ditentukan denganmenambahkan eksponen reaktanmenambahkan eksponen reaktan.
• Secara keseluruhan reaksi tersebut reaksi orde 2 (second-order )(second-order ).
19Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Hukum Laju Terintegrasimisalkan reaksi orde 1 : A → B
Hukum Laju Terintegrasi
Bentuk differensiasi:
Berapa banyak A tersisa setelah waktu t ? Dengan metode integral:g g
20Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Hukum Laju TerintegrasiHukum Laju TerintegrasiBentuk integral hukum laju orde 1:Bentuk integral hukum laju orde 1:
Pen s nan langPenyusunan ulang:
[A]0 konsentrasi awal A (t=0).[A]t konsentrasi A pada saat tertentu, t, selama reaksi.
21Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Hukum Laju TerintegrasiHukum Laju Terintegrasi
Penyusunan ulang persamaan menghasilkan…
k li bmerupakan pers.linear y = mx + b
22Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Reaksi Orde-1ea s O de
Pada reaksi orde 1, plot ln [A]t vs. tmenghasilkan garis lurus dengan slope kmenghasilkan garis lurus dengan slope -k.
Jadi, gunakan grafik untuk menentukan orde reaksi.
23Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Reaksi Orde-1
Reaksi Metil Isonitril diubah
ea s O de
Reaksi Metil Isonitril diubahmenjadi acetonitril :
CH3NC CH3CNCH3NC CH3CN
Bagaimana kita tahuBagaimana kita tahu bahwa reaksi tersebut orde 1?orde 1?
24Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Reaksi Orde-1
CH NC CH CN
Reaksi Orde 1
CH3NC CH3CN
Data berikut diperoleh dari reaksi pada 198 9°C198.9°C.
Apakahlaju=k[CH3NC]laju k[CH3NC] Untuk semua interval waktu?
25Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Reaksi Orde-1Reaksi Orde 1
• Apabila ln P diplot sebagai fungsi waktu, dihasilkan suatu garis lurus.p p g g gReaksi tersebut orde 1.k adalah negatif dari slope/kemiringan: 5.1 × 10-5 s-1.
26Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Reaksi Orde-2Reaksi Orde 2
I t i dil k k d k i d 2Integrasi yang sama dilakukan pada reaksi orde 2 :
Penyusunan ulang dan integral:Penyusunan ulang dan integral:
Persamaan linear : y = mx + b
27Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Reaksi Orde-2Reaksi Orde 2
Jadi, reaksi orde 2, plot 1/[A] vs. tmenghasilkan garis lurus dengan slope kmenghasilkan garis lurus dengan slope k.
Orde 1:
sedangkan pada reaksi orde 1, plot ln [A]t vs. t akan
Orde 1:
sedangkan pada reaksi orde 1, plot ln [A]t vs. t akanmenghasilkan garis lurus dengan slope -k.
28Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Menentukan Orde ReaksiMenentukan Orde ReaksiDekomposisi NO2 pada 300°C ditunjukan melaluip 2 p jpersamaan :
NO2 (g) NO (g) + 1/2 O2 (g)2 (g) (g) 2 (g)
Dan menghasilkan data:
waktu (s) [NO2], M0.0 0.010000.0 0.01000
50.0 0.00787100 0 0 00649100.0 0.00649200.0 0.00481300 0 0 00380
29
300.0 0.00380Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Menentukan Orde ReaksiMenentukan Orde Reaksi
Grafik ln [NO2] vs. t :
• plot bukan suatu garis lurus• plot bukan suatu garis lurus, jadi bukan termasuk orde 1
waktu (s) [NO2], M ln [NO2]0.0 0.01000 -4.6100.0 0.01000 4.610
50.0 0.00787 -4.845100 0 0 00649 -5 038
Tidak memenuhi:100.0 0.00649 -5.038200.0 0.00481 -5.337300 0 0 00380 5 573
30
300.0 0.00380 -5.573Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Menentukan Orde ReaksiGrafik 1/[NO2] vs. t
Menentukan Orde Reaksi[ 2]
waktu(s) [NO2], M 1/[NO2]• Suatu garis lurus,
j di k d0.0 0.01000 10050.0 0.00787 127
jadi merupakan orde 2
100.0 0.00649 154200.0 0.00481 208300 0 0 00380 263
31
300.0 0.00380 263
Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Waktu Paruh• Waktu paruh didefinisikan
Waktu Paruh• Waktu paruh didefinisikan
sebagai waktu yang dibutuhkan untuksetengah jumlah reaktanberaksi.
• Karena [A] pada t1/2adalah setengah jumlahmula mula [A]mula-mula [A],
[A]t = 0.5 [A]0.
32Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Waktu Paruh Orde-1Waktu Paruh Orde 1Untuk reaksi orde 1, substitusi [A]t=0.5 [A]0 pada
l j t i t ipersamaan laju terintegrasi :
Catatan: Reaksi orde 1, waktu paruhtidak dipengaruhi [A]0.
33Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Waktu Paruh Orde-2Waktu Paruh Orde 2Untuk reaksi orde 2, substitusi [A]t=0.5 [A]0 dalamUntuk reaksi orde 2, substitusi [A]t 0.5 [A]0 dalam
persamaan orde
34Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
RingkasanRingkasanOrde 1 Orde 2 Orde 2Orde 1 Orde 2 Orde 2
Hukum lajulaju
Hkm lajuterintegras Rumit/kompleksi
W ktWaktu paruh Rumit/kompleks
35Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Temperatur dan LajuTemperatur dan Laju• Umumnya temperaturUmumnya, temperatur
meningkat, laju menjadilebih cepatlebih cepat.
• Karena k dipengaruhitemperaturtemperatur.
36Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Model/Teori TumbukanModel/Teori Tumbukan
• Pada suatu reaksi kimia, ikatan diputuskandan ikatan baru dibentuk.
• Molekul-molekul hanya bisa bereaksiMolekul molekul hanya bisa bereaksiapabila mereka bertumbukan satu samalainlain.
37Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Model/Teori TumbukanModel/Teori Tumbukan
Molekul harus bertumbukan dengan orientasiyang sesuai dan dengan cukup energi untukyang sesuai dan dengan cukup energi untukmenyebakan pemutusan ikatan danpembentukan ikatanpembentukan ikatan.
38Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Energi AktivasiEnergi Aktivasi• Dengan kata lain ada sejumlah energi minimum yangDengan kata lain, ada sejumlah energi minimum yang
dibutuhkan untuk reaksi: Energi Aktivasi (activation energy), Ea.
• Sama seperti bola golf yang tidak bisa melewati suatubukit jika tidak didorong dengan energi yang cukup, suatureaksi tidak dapat berlangsung kecuali memiliki energireaksi tidak dapat berlangsung kecuali memiliki energiyang cukup untuk mengatasi barrier energi aktivasi.
39Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Diagram Koordinat ReaksiDiagram Koordinat Reaksi
• Membantu memvisualisasikan perubahan energi pada suatuposes kimia.
Diagram koordinat reaksi penyusunan ulang metil isonitril
40Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Diagram koordinat reaksi penyusunan ulang metil isonitril
Diagram Koordinat Reaksi• Menunjukkan energi
Diagram Koordinat ReaksiMenunjukkan energireaktan dan produk (dan, ΔE).
• Titik Tertinggi padadiagram adalah keadaantransisi (transition state)
• Spesi yang ada pada keadaan transisi disebutkomplek teraktivasi (activated complex).
• Perbedaan energi antara reaktan dan kompleksteraktivasi merupakan energi aktivasi.
41Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Distribusi Maxwell–BoltzmannDistribusi Maxwell–Boltzmann
• Temperatur did fi i ik b ididefinisikan sebagai ukuran energi kinetik
t t l k lrata-rata molekul dalam suatu sampel.
• Pada suatu temperatur tertentu terdapat distribusienergi kinetik.
42
e e g etKinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Distribusi Maxwell BoltzmannDistribusi Maxwell–Boltzmann
• Saat suhu temperaturnaik, kurva menjadilebih lebar danmendatar.
• Akibatnya, padatemperatur tinggi, l bih b k l ilebih banyak populasimolekul yang memilikienergi lebih tinggienergi lebih tinggi.
43Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Distribusi Maxwell BoltzmannDistribusi Maxwell–Boltzmann
• Jika garis putus-putus menyatakan energi aktivasi : saat suhu naik, fraksi molekul yang mampu melewati energi aktivasi juga meningkat.
• Hasilnya, lajureaksi meningkat
44Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Distribusi Maxwell–BoltzmannDistribusi Maxwell–BoltzmannFraksi molekul tersebut dapat dinyatakan dengan rumus:Fraksi molekul tersebut dapat dinyatakan dengan rumus:
R : tetapan gas dan T : temperatur (Kelvin) .
45Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Persamaan ArrheniusPersamaan Arrhenius
S t A h i k t h bSvante Arrhenius merumuskan suatu hubungan matematis antara k dan Ea:
A merupakan frequency factor, bilangan yang menyatakan kemungkinan tumbukan akan terjadimenyatakan kemungkinan tumbukan akan terjadi dengan orientasi yang sesuai.
46Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Persamaan ArrheniusPersamaan Arrhenius
penyusunan ulang(metode logaritmanatural):
y = mx + b
Apabila k ditentukan secara eksperiment pada beberapatemperatur, Ea dapat dihitung dari slope grafik ln k vs. 1/T.
47Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
RINGKASANRINGKASANOrde 1 Orde 2 Orde 2
Rate Laws
Integrated Rate Laws
Rumit/kompleks
Half-life Rumit/kompleks
k(T)
48Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Mekanisme ReaksiMekanisme Reaksi
Urutan kejadian yang menjelaskanproses reaksi: bagaimana suatu reaktanberubah menjadi produk.j p
49Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
M k i R k iMekanisme Reaksi
• Reaksi dapat berlangsung satu tahap ataumelalui beberapa tahap/step.
• Setiap step disebut reaksi elementer atauSetiap step disebut reaksi elementer atauproses elementer.
50Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Mekanisme ReaksiMekanisme Reaksi
• Molekularitas suatu step memberikan informasi berapa ban ak molek l ang terlibat pada proses terseb tbanyak molekul yang terlibat pada proses tersebut.
• Hukum laju untuk suatu reaksi elementer ditulis langsung dari step tersebutdari step tersebut.
51Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
Mekanisme MultistepMekanisme MultistepReaksi multistep: terdapat salah satu step lebih lambat• Reaksi multistep: terdapat salah satu step lebih lambatdari step lainnya.
• Step yang lebih lambat tersebut: step penentu laju reaksi• Step yang lebih lambat tersebut: step penentu laju reaksi(rate-determining step)
• Laju reaksi keseluruhan tidak akan berlangsung lebihLaju reaksi keseluruhan tidak akan berlangsung lebihcepat dari step penentu laju reaksi
52Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
KatalisKatalis• Katalis meningkatkan laju reaksi dengan• Katalis meningkatkan laju reaksi dengan
menurunkan energi aktivasi reaksi. K t li b h k i t k i• Katalis mengubah mekanisme suatu reaksi.
53Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
KatalisKatalis
S l h t k t liSalah satu cara katalismempercepat reaksiadalah dengan mengikatadalah dengan mengikatreaktan secara bersama-sama dan membantuikatan putus.
54Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D
EnzimEnzim
• Enzim merupakan katalispada sistem biologis.
• Substrat berikatan dengansisi aktif enzim mirip
ti k i d kseperti kunci dan anakkunci.
55Kinetika KimiaIrwansyah, Ph.D