Henny Destina MIPA MATEMATIKA 1 KINETIKA KIMIA LAJU DAN MEKANISME DALAM REAKSI KIMIA Pendahuluan Perubahan kimia secara sederhana ditulis dalam persamaan reaksi dengan koefisien seimbang Persamaan reaksi tidak dapat menjawab 3 isu penting 1. Seberapa cepat reaksi berlangsung 2. Bagaimana konsentrasi reaktan dan produk saat reaksi selesai 3. Apakah reaksi berjalan dengan sendirinya dan melepaskan energi, ataukah ia memerlukan energi untuk bereaksi? Pendahuluan lanjutan Kinetika kimia adalah studi tentang laju reaksi, perubahan konsentrasi reaktan (atau produk) sebagai fungsi dari waktu Laju reaksi didefinisikan sebagai perubahan konsentrasi pereaksi atau hasil reaksi per satuan waktu. Reaksi dapat berlangsung dengan laju yang bervariasi, ada yang serta merta, perlu cukup waktu (pembakaran) atau waktu yang sangat lama seperti penuaan, pembentukan batubara dan beberapa reaksi peluruhan radioaktif Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi Pada kondisi tertentu masing-masing reaksi memiliki karakteristik laju masing-masing yang ditentu-kan oleh sifat kimia reaktan Pada suhu kamar: H2(g) + F2(g) 2HF(g ) sangat cepa t 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) sangat lambat Luas permukaan zat ; Makin luas permukaan, maka tumbukan makin banyak, sehingg a reaksi makin cepa t. Konsentrasi: molekul-molekul harus bertumbukan agar terjadi reaksi dalam konteks ini laju reaksi proporsional dengan konsentrasi reaktan Keadaan fisik: molekul-molekul harus bercampur agar dapat bertumbukan Temperatur: molekul harus bertumbukan dengan energi yang cukup untuk bereaksi Makin tinggi suhu, maka energi kinetik molekul makin tinggi sehingga tumbukan makin sering, laju reaksi makin tinggi. Pada beberapa reaksi yang umum, laju reaksi makin besar (waktu reaksi makin singkat) 2 kali setiap kenaikan suhu 10oC, sehingga didapatkan rumus: v = laju reaksi pada suhu t vo= laju reaksi pada suhu awal ta = suhu akhir to = suhu awal V = perubahan laju reaksi Penambahan katalis Katalis adalah zat yang dapat menurunkan energi aktivasi (energi minimum yang diperlukan agar suatu reaksi kimia dapat berlangsung. Penambahan katalis akan mempercepat reaksi. Alasan mengapa katalis dapat mempermudah dan mempercepat reaksi disajikan dalam grafik antara energi potensial terhadap koordinat reaksi dari persamaan reaksi: A + B C + D Mengekspresikan Laju Reaksi Jika ad a reaks i : A + B C ; pada keadaan awal, yang terdapat pada sistem reaksi hanyalah pereaksi A dan B. Setelah reaksi berjalan, pereaksi A dan B makin berkurang dan hasil reaksi C makin bertambah. Laju reaksi dapat diukur dengan mengukur penambahan konsentrasi C (produk), atau pengurangan konsentrasi A/B (pereaksi) tiap satuan waktu. v = laju reaksi (mol/L.det) [A] = konsentrasi A (mol/L) [B] = konsentrasi A (mol/L) [C] = konsentrasi C (mol/L) t = waktu (detik) Secara umum laju reaksi di atas dinyatakan sebagai : v = k[A] x [B] y v = laju reaksi (mol/L/det) k = tetapan laju reaksi [A] = konse ntrasi zat A (mol/L) [B] = konsentrasi zat B (mol/L) x = orde reaksi terhadap A y = orde reaksi terhadap B Mengekspresik an Laju Reaksi Catatan : 1. Orde reaksi total = x + y 2.Koefisien reaksi tidak menunjuk kan orde reaksi, kecuali untuk reaks i sederhana. 3.laju reaksi ditentukan oleh tahapan paling lambat Pada tahap reaksi paling lambat, orde reaksi = koefisien reaksi. 4. Satuan tetapan laju reaksi (k) dapat bervariasi tergantung orde reaksi. Jika orde reaksi adalah orde 1, maka satuan k = det – 1 , jika orde reaksi orde 2,satuan k=Mol – 1 .L.det – 1 . 5. Laju reaksi berbanding terbalik dengan waktu (v ~ 1/t), jadi laju re aksi makin cepat, berarti waktu reaksi makin kecil. 6. Rumus laju reaksi ditentukan lewat eksperimen. Laju Reaksi Rerata, Instan dan Awal C2H4(g) + O3(g) C2H4O(g) + O2(g) Konsentrasi O3 pada beberapa waktu dalam Reaksinya dengan C2H4 pada 303 K Waktu (s) Konsentrasi O3 (mol/L) 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 3,20 x 10-5 2,42 x 10-5 1,95 x 10-5 1,63 x 10-5 1,40 x 10-5 1,23 x 10-5 1,10 x 10-5 Plot Konsentrasi vs Waktu Ekspresi Laju dalam Konsentrasi Reaktan dan Produk Menentukan Laju Awal Metoda Spektrometri Metoda Konduktome tri Metoda Manometri Metoda Penentuan kimia secara langsung Terminologi Orde Reaksi NO(g) + O3(g) NO2(g) + O2(g) Persamaan laju hasil eksperimen Laju = k[NO][O3] Reaksi dikatakan orde satu terhadap NO dan orde satu terhadap O3 dan secara overall reaksi berorde dua Penentuan Rumus Laju Reaksi a. Penentua n Or de R ea ksi - Pilih dua reaksi dimana salah satu pereaksi konstan. - Bandingkan laju kedua reaksi. t C t B t A v t o t a t V . V V o t x t t x x 1 2 1 2 waktu Perubahan posisi Perubahan Gerak Laju t t t A) Konst ( A Konst A Konst waktu Perubahan A i konsentras Perubahan reaksi Laju 1 2 1 2 t I t H t HI Laju t HI t I t H Laju g HI g I (g) H t O t O H C t O t H C Laju 2 2 2 2 2 2 2 4 2 3 4 2 2 2 atau 2 1 ) ( 2 ) ( HI membentuk iodine dan hidrogen reaksi Untuk