BAB IIIMEKANISME REAKSI DAN HUKUM LAJU

BAB IIIMEKANISME REAKSI DAN HUKUM LAJU

•Banyak reaksi tidak berlangsung dalam satu tahap reaksi tetapi berlangsung dalam beberapa tahap untuk menghasilkan produk reaksi. Setiap tahapan reaksi disebut reaksi elementer (reaksi dasar). Deretan reaksi elementer ini yang disebut mekanisme reaksi.

•Dalam mempelajari reaksi yang berlangsung pada tiap tahap, perlu diketahui banyaknya (jumlah) molekul reaktan yang bertumbukan untuk membentuk suatu zat antara (atau kompleks transisi atau intermediate) yang selanjutnya zat antara ini akan bereaksi membentuk produk

• Mekanisme reaksi merupakan suatu hipotesa untuk membuktikan bagaimana reaksi itu terjadi. Mekanisme reaksi sangat erat hubungannya dengan persamaan hukum laju, dimana mekanisme reaksi yang diajukan harus konsisten dengan hukum laju.

• Untuk reaksi-reaksi elementer; hal ini tidak menjadi persoalan, tetapi untuk reaksi-reaksi non-elementer hal ini akan menjadi rumit karena persamaan hukum lajunya tidak sesuai (konsisten) dengan persamaan stoikiometrinya.

• Sehingga kita harus mengajukan beberapa hipotesa mekanisme reaksi yang mungkin akan terjadi; karena mekanisme reaksi yang kita ajukan terhadap suatu reaksi tidak berarti bahwa reaksi akan berlangsung menurut mekanisme tersebut, sehingga kita ajukan hipotesa mekanisme yang lain untuk membuktikannya.

Kebanyakan reaksi berlangsung dalam langkah yang berurutan. Reaksi dasar yang khas:

Br HBr Br H 2 persamaan reaksi diatas mempunyai arti bahwa: suatu atom H tertentu menyerang molekul Br2 tertentu, dan menghasilkan molekul HBr dan atom Br.

Hukum laju reaksi elementer bimolekular merupakan reaksi orde kedua; sebagaimana dalam reaksi: , dengan hukum laju:

]].[.[][

BAkdt

Ad

1. Reaksi Dasar Bimolekul1. Reaksi Dasar Bimolekul

Reaksi berturutan adalah reaksi dimana zat antara yang terbentuk dalam satu tahap reaksi yang selanjutnya membentuk produk,contohnya adalah peluruhan zat radioaktif, seperti:

Pu Np U 239hari 2,35239menit 23,5239

2. Reaksi Dasar Berturutan2. Reaksi Dasar Berturutan

Variasi konsentrasi terhadap waktuDalam reaksi uni-molekular berturutan:

C B A 21 kk

pada t = 0 [A]0 0 0pada t = t [A] [B] [C]Pada setiap saat: [A] + [B] + [C] = [A]0.

Laju dekomposisi uni-molekular A adalah:

Zat antara B terbentuk dari A (pada laju k1[A]), dan selanjutnya B meluruh menjadi C (pada laju k2[B]), maka laju pembentukan B:

].[][

1 Akdt

Ad ].[

][1 Ak

dt

Ad

].[].[][

21 BkAkdt

Ad ].[].[

][21 BkAk

dt

Ad

C terbentuk dari peluruhan uni-molekular B:

].[][

2 Bkdt

Ad ].[

][2 Bk

dt

Ad

Andaikan pada awalnya hanya terdapat A saja, dan konsentrasinya adalah [A]0. Maka konsentrasi masing-masing pada waktu t adalah:

tkeAA .0 .][][ tkeAA .

0 .][][

0..

12

1 ].[][ 21 Aeekk

kB tktk

0

..

12

1 ].[][ 21 Aeekk

kB tktk

012

.2

.1 ].[

..1][

12

Akk

ekekC

tktk

012

.2

.1 ].[

..1][

12

Akk

ekekC

tktk

Ketiga konsentrasi tersebut dialurkan terhadap waktu, pada gambar 3.1.

waktu, t

kon

sen

tras

i

waktu, t

kon

sen

tras

i[B]

[C]

[A]

Gambar 3.1. Konsentrasi A, B, dan C dalam skema reaksi berurutan A → B → C

2.1 Pendekatan Keadaan Tetap2.1 Pendekatan Keadaan Tetap

Asumsi yang terlibat dalam pendekatan keadaan tetap (steady-state) adalah bahwa konsentrasi dari zat antara yang bereaksi dapat dianggap konstan, yaitu:

0 dt

][ d

iri

Dengan catatan bahwa pendekatan steady-state hanya hanya dapat diterapkan untuk jenis-jenis zat yang mempunyai masa hidup pendek atau sangat reaktif.

Pendekatan keadaan tetap (Steady-state) sangat bermanfaat untuk membuktikan mekanisme reaksi-reaksi rumit. Misalnya penguraian N2O5 dalam keadaan gas;

(g) 2(g) 2C45 ,CCl dalam

(g) 52 ONO 4 O2No

4

Pertama-tama molekul N2O5 mengalami eksitasi setelah bertumbukan dengan molekul N2O5 yang kedua (atau spesi N2O5 yang lain), sehingga terbentuk molekul N2O5* yang tereksitasi sehingga dapat mengalami penguraian.

*ON ON ON 525252

Tahap reaksi:

23 NO 2 NO NO 4 k

32k

52 NO NO ON 1

52k

32 ONNO NO 2

23 O NO NO 3 k

1

2

3

4

Dari penelitian ditemukan bahwa reaksi ini merupakan reaksi orde kesatu terhadap N2O5, bukan berorde kedua. Jadi kedua molekul N2O5 terdapat disebelah kiri tersebut bukan suatu tahapan mekanisme reaksi. Sehingga mekanisme reaksi yang sebenarnya terjadi (dari reaksi penguraian N2O5 tersebut) berlangsung dalam 4 tahap reaksi.

NO3* dan NO* merupakan intermediate yang sangat reaktif. Sehingga pendekatan keadaan tetap dapat dilakukan pada N2O5, NO3* dan NO*

Dengan laju :

]O.[Nk dt

]O[N d 521

52ON 52

r ]O.[Nk dt

]O[N d 521

52ON 52

r

Untuk pembuktian lihat contoh soal no. 1.