DINAMIKA REAKSI MOLEKUL
Ilham Fatkhulhimam Lauditta Indahdewi Muhammad Rizaldi Hadzami
Nur Andriyani Permatasari Paulus Andryanto Pane Sri Nurwulan
0906638080 1006703976 1006704101 1006704133 1006704152
1006704285
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Indonesia 2012
Kata Pengantar
Segala puji dan syukur kepada Allah SWT, atas rahmat dan
hidayah-Nya, sehingga penulis masih diberi kesehatan dan kesempatan
untuk menyusun makalah tentang dinamika reaksi molekul ini. Makalah
ini dibuat untuk memahami secara lebih mendalam tentang dinamika
reaksi molekul dan pengaruhnya, sehingga penulis dan juga pembaca
dapat memahami apa yang terjadi pada molekul saat klimaks reaksi
berlangsung. Makalah dinamika reaksi molekul ini disusun dari
berbagai sumber, baik dari buku maupun dari artikelartikel guna
memperjelas lagi materi yang bersangkutan. Makalah ini berisi
tentang uraianuraian yang berhubungan dengan dinamika reaksi
molekul serta hal-hal yang mempengaruhinya. Semoga makalah ini
bermanfaat bagi yang semua pihak. Terwujudnya makalah ini tidak
lepas dari bantuan berbagai pihak yang telah mendorong dan
membimbing penulis, baik ide-ide maupun pemikiran. Oleh karena itu
dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih yang
sebesar-besarnya kepada : 1. Dr. Helmiyati M.Si, selaku dosen mata
kuliah Kinetika dan Mekanisme Reaksi yang telah memberikan berbagai
informasi terkait pembuatan makalah. 2. Teman-teman penulis yang
telah mendukung baik mental maupun materi sehingga karya tulis ini
dapat terselesaikan. Semoga segala bantuan yang tidak ternilai
harganya ini mendapat imbalan di sisi Allah SWT sebagai amal
ibadah, Amin. Penulis merasa makalah yang dibuat ini jauh dari
kesempurnaan karena didalamnya masih terdapat banyak kesalahan dan
kekurangan karena penulis masih dalam tahap pembelajaran, maka dari
itu penulis mengharapkan kritik dan saran bagi pembaca demi
kesempurnaan dalam penyusunan makalah ini.
Penulis,
Mei 2012
Daftar IsiKata Pengantar Daftar Isi Bab I Pendahuluan 1.1 Latar
Belakang 1.2 Perumusan Masalah 1.3 Tujuan Penulisan 1.4 Manfaat
Penulisan 1.5 Metode Penelitian 1.6 Sistematika Penulisan Bab II
Isi 2.1 Teori tumbukan 2.2 Reaksi terkontrol oleh difusi 2.3
Persamaan keseimbangan material 2.4 Koordinat reaksi dan keadaam
transisi 2.5 Persamaan Eyring 2.6 Aspek termodinamika 2.7 Permukaan
energi potensial Bab III Penutup 3.1 Kesimpulan 3.2 Referensi
Lampiran 3 4 7 8 9 12 1 2 i ii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Dalam makalah ini akan dibahas mengenai
dinamika molekul. Sebagaimana kita ketahui bahwa molekul merupakan
jantung dalam ilmu kimia yaitu bahan utama yang di pelajari dalam
ilmu kimia. Molekul merupakan suatu benda yang merupakan konsep
dasar yang di pelajari dalam kimia. Sehingga pada makalah ini akan
dijelaskan secara rinci tentang apa yang dapat terjadi pada molekul
pada saat klimaks reaksi (keadaan yang mana akan mulai membentuk
produk dalam suatu reaksi). Ketika terjadi suatu reaksi molekul
akan mengalami perubahan struktur secara besar-besaran dan
perubahan energi yang besar sebesar energi disosiasi distribusi
ulang di antara ikatan-ikatan molekul tersebut. Ikatan molekul lama
akan terbuka dan terbentuk ikatan molekul yang baru dengan struktur
yang berbeda. Dinamika reaksi molekul akan membahas dua pendekatan
dasar untuk menghitung laju reaksi. Keduanya berdasarkan pandangan
bahwa molekul reaktan harus saling bertumbukan, dan reaksi hanya
akan terjadi jika reaktan mempunyai energi minimum tertentu. Dalam
teori tumbukan, produk hanya terbentuk jika tumbukan cukup
berenegi. Jika tumbukan tidak cukup berenergi, maka molekul-molekul
reaktan yang bertumbukan akan memisah kembali. Dalam perhitungan
kostanta laju reaksi pada reaksi yang terjadi pada molekul sangat
sulit dilakukan. Namun segi umum untuk kostanta laju reaksi dapat
di tentukan dengan cukup mudah dan kerumitan dapat timbul jika kita
memepelajari lebih dalam lagi tentang dinamika molekul saat
bereaksi. Dalam penentuan kostanta laju molekul dapat dilakukan
dengan 3 tahap prosesnya yaitu pertemuan reaktif, teori kompleks
kereaktifkan, dan dinamika tabrakan molekul. Dengan menggunakan
tiga proses tersebut dapat di tentukan kostanta laju reaksi
bimolekuler dasar.
1.2 Perumusan Masalah 1. Apa yang terjadi pada molekul saat
klimaks reaksi? 2. Bagaimana cara perhitungan konstanta laju?
1.3 Tujuan Penulisan 1. Mempelajari keadaan molekul pada saat
klimaks reaksi 2. Mengetahui perhitungan konstanta laju dengan
menggunakan pendekatan
1.4 Manfaat Penulisan Laporan akhir ini adalah awal langkah
penulis untuk mendapatkan ilmu pengetahuan. Melalui laporan akhir
penulis mengharapkan adanya perkembangan ilmu agar masyarakat lebih
memahami materi yang disampaikan. 1.5 Metode Penelitian Penelitian
ini mengenai dinamika reaksi molekul membutuhkan suatu kajian yang
mendalam mengenai informasi yang diperoleh. Untuk itu, penulis
menggunakan metode yang diperoleh melalui studi pustaka. Mencari
berbagai data di internet dan beberapa sumber buku referensi.
1.6 Sistematika Penulisan Makalah ini terdiri dari tiga bab. Bab
I adalah bab pendahuluan yang berisi tentang latar belakang masalah
yang akan dibahas, perumusan masalah, tujuan penulisan, manfaat,
metode penelitian yang digunakan, dan sistematika penulisan. Bab II
adalah bagian isi yang berisi pembahasan mengenai teori tumbukan,
reaksi terkontrol oleh difusi, persamaan keseimbangan material,
koordinat reaksi dan keadaan transisi, persamaan Eyring, aspek
termodinamika, dan permuakaan energi potensial. Terakhir, Bab III
adalah bagian kesimpulan dan referensi.
BAB II ISI2.1 Teori Tumbukan Reaksi bimolekul sederhana A+BP v =
k [A][B]
Bertujuan untuk menghitung konstanta laju orde kedua (k).
Berdasarkan teori tumbukan, laju perubahan jumlah molekul A per
satuan volume per satuan waktu adalah hasil kali rapatan tumbukan
dengan peluang terjadinya tumbukan.
Rapatan tumbukan dapat dituliskan,( )
penampang lintang tumbukan adalah,
sedangkan massa tereduksi ditulis sebagai berikut,
(
)
sehingga, konstanta laju orde kedua adalah,( )
Syarat Ruang Terkadang terdapat ketidaksesuaian antara
eksperimen dengan teori, oleh karena itu menggantikan dengan
penampang lintang reaktif *, dimana * adalah penampang lintang
dikali dengan faktor ruang. * = P. Maka, kontanta laju menjadi:(
)
(
)
2.2 Reaksi Terkontrol oleh Difusi Pertemuan antara reaktan dalam
larutan: 1. Frekuensi pertemuannya lebih banyak, karena partikel
harus berdesak-desakan melalui pelarut. 2. Karena partikel bergerak
lambat, maka pertemuan dua molekul akan berdekatan lebih lama.
Sehingga dapat mengumpulkan cukup energi untuk bereaksi 3. Energi
pengaktifan reaksi, merupakan kuantitas yang jauh lebih rumit,
karena pasangan yang bertemu itu dikelilingi oleh pelarut.
Penggolongan reaksi Jika pasangan pertemuan AB merupakan orde kedua
terhadap reaktan A dan B:
ditentukan oleh sifat khas difusi. Jika mengandaikan bahwa ini
merupakan orde pseudopertama, maka:
Sehingga dapat mencari konsentrasi keadaan tunak AB}
Karena
sehingga koefisien laju efektif adalah:
Laju reaksi ditentukan oleh laju difusi partikel reaktan melalui
medium. Karena penggabungan radikal berkaitan dengan energi
pengaktifan yang sangat kecil, maka reaksi penggabungan ulang
radikal dan atom sering kali terkontrol oleh difusi. Reaksi
terkontrol oleh pengaktifan akan timbul jika energi pengaktifan
cukup besar. Maka dan
K adalah konstanta keseimbangan. Aliran total permukaan dengan
luas , adalah kuantitas molekul B er satuan waktu yang melawati
suatu adalah:
Berdasarkan persamaan Fick:
adalah konsentrasi molar molekul B dan
adalah konstanta difusi dalam medium. Maka:
Pada suatu jarak kritis R*, terjadi reaksi, dan B musnah. Maka
jarak kritis pendekatan menunjukkan jika r=R*, . Maka akan
diperoleh:
Laju reaksi terkontrol oleh difusi sama dengan aliran rata-rata
molekul B pada semua molekul A dalam sampel. Jika jumlah molekul A
dalam sampel dengan volume sehingga aliran total adalah koefisien
difusi maka adalah ,
. Dengan mengganti DB dengan jumlah . laju perubahan konstrasi
AB adalah:
Maka akan didapat konstanta laju terkontrol oleh difusi:
Hubungan konstanta difusi dengan radius hidrodinamik
masing-masing molekul RA dan RB dalam medium dengan viskositas
Apabila dituliskan RA = RB =
, menghasilkan:
Konstanta laju tidak bergantung pada identitas reaktam, dan
hanya bergantung pada temperatur dan viskositas pelarut.
2.3 Persamaan Keseimbangan Material Keseimbangan material
merupakan suatu kesetimbangan di dalam suatu reaktor kimia atau
suatu sel biologis, Di mana material-material kimia akan mengalami
difusi dan konveksi sehingga komponen tersebut akan mencapai suatu
keadaan setimbang di dalam reacktor atau tempatnya berada.
Kesetimbangan kimia ini biasanya keseimbangan konsentrasi dari
komponen-komponennya. Perumusan Persamaan Didalam keseimbangan
material dalam suatu reactor kimia sangat di pengaruhi jika
material atau komponen berdifusi, berkonfeksi dan juga komponen
akan bertumbukan sehingga mengalami reaksi kimia. Maka perubahan
total molekul suatu zat dalam reaktor kimia (J) adalah
Perubahan jumlah molekul J dalam volume = Jumlah molekul yang
masuk - Jumlah molekul yang keluar + Jumlah molekul yang terbentuk
dari hasil reaksi - Jumlah molekul yang di pakai untuk bereaksi.
Laju perubahan kosentrasi merupakan ungkapan dari volume (jumlah
molekul) per waktu di berikan kepada molekul. Sehinnga laju
perubahan konsentrasi dari molekul akan memiliki persamaan dengan
menggabungkan laju difusi, konveksi dan laju perubahan jumlah
molekul karena reaksi kimia. Maka persamaan keseimbangan material
untuk orde pertama adalah :
Dimana D adalah kecepatan difusi, merupakan kecepatan konveksi
dan K adalah kostanta laju reaksi yang terjadi. Persamaan ini jika
material atau komponen mengalami difusi, konveksi dan reaksi kimia
antar molekul yang di sebabkan oleh adanya tunbukan molekul yang
terjadi dalam suatu reactor kimia contoh molekul gas O2 pada sel
biologis manusia yang mengalami difusi, konveksi serta reaksi
kimia. Namun jika molekul atau material dalam reactor kimia
tersebut tidak mengalami gerak konveksi maka persamaanya akan
berubah. Persamaan keseimbangan material sendiri merupakan
persamaan turunan parsia orde kedua. Persamaanya tandapa tidak ada
gerak konveksi oleh molekul :
Maka laju perubahan konsentrasi kimia tersebut tidak di
pengaruhi oleh gerak konveksi dari material tersebut. Teori
Kompleks Teraktifan Kompleks teraktifan meruapakan keadaan dimana
energy potensial dari 2 reaktan yang mengalami reaksi naik sampai
tingkat maksimum dan kumpulan atom tersebut berada dalam keadaan
maksimum tersebut. Teori kompleks kereaktifan (ACT) merupakan suatu
metode untuk menunjukan hal utama yang menentukan ukuran kostanta
laju reaksi yang sesuai dengan model kejadian yang berlangsung
selama reaksi. Metode ini mempunyai keuntungan yaitu kuantitas yang
bersamgkutan dengan factor ruang , muncul secara otomatis.
2.4 Koordinat Reaksi dan Keadaan Transisi Reaksi antara reaktan
A dan reaktan B akan memiliki energy potensial yang harus di penuhi
agar reakan A dan reaktan B dapat bertumbukan dan mengalami reaksi
kimia.
E = Energi potensial / energy aktivasi Kp = Bentuk transisi Pada
kurva sumbu horizontal menggambarkan jalanya peristiwa reaksi
individual (tumbukan biomolekul dalam reaksi gas) ini merupakan
yang di sebut dengan koordinat reaksi. Pada mulanya hanya terdapat
reaktan A dan B. Saat peristiwa reaksi di mulai terjadilah tumbukan
antara A dan B. Bersentuhan mengalami distorsi molekul dan
mempertukarkan electron atau atom. Energi potensial pun naik
mendekati nilai maksimum dalam reaksi tersebut. Sampai pada titik
maksimum dari naik naiknya energy potensial tersebut merupakan
klimaks dari reaksi. Karena kedua molekul reaktan telah mencapai
suatau derajat kedeketan dan distorsi yang apabila di lanjutkan
lagi terbentuk produk hasil reakasi. Keadaan kritis inilah yang di
sebut dengan keadaan transisi. Untuk memahami lebih lanjut tentang
keadaan transisi dari suatu reaksi maka dapat di ilustrasika
sebagai berikut ini:
Pada reaksi di atas terjadi pemutusan ikatan A-A dan B-B dan
pembentukan ikatan baru pada A-B dengan penggambaran reaksi dan
keadaan transisi sebagai berikut:
2.5 Persamaan Eyring
adalah tetapan kesetimbangan (dengan dimensi 1/konsentrasi) ,
maka
Laju Pengurangan Kompleks Teraktifkan
dengan K merupakan koefisien transisi. Pada banyak kasus
Konsentrasi Kompleks Teraktifkan
( menyatakan tekanan parsial menghasilkan :
)(
) ,
dalam konsentrasi, dengan menggunakan
Untuk menghitung konstanta kesetimbangan Kp :
dengan
merupakan pemisahan energi (molar) antara tingkat titik nol C*
dengan A + B :
Fungsi partisi untuk vibrasi yaitu :
adalah fungsi partisi untuk semua vibrasi lain dalam kompleks
itu. Maka koefisien K* adalah :
dengan adalah konstanta kesetimbangan, tetapi dengan membuang
satu vibrasi C*. Konstanta Laju kemudian diperoleh persamaan Eyring
: Tumbukan Partikel Tak Berstruktur Dua partikel fasa gas tak
berstruktur A dan B yang bertumbukan menghasilkan kompleks
teraktifkan menyerupai molekul diatom, karena reaktan itu merupakan
atom tak berstruktur, maka satu-satunya kontribusi pada fungsi
partisinya adalah keadaan translasi
dengan : ( )
Kompleks teraktifkan merupakan kumpulan diatom dengan masaa mC =
mA + mB dan momen inersia I. Kompleks mempunyai cara vibrasi,
tetapi sesuai dengan gerakan sepanjang garis koordinat reaksi
sehingga tidak muncul dalam . Fungsi molar kompleks teraktifkan itu
adalah :
(
)
(
)
karena momen inersia molekul diatom dengan panjang ikatan R
adalah R2, dengan m merupakan massa tereduksi, maka setelah
perhitungan didapat :
(
)
Dan menyatakan penampang lintang reaktif :
2.6 Aspek Termodinamika 2.7 Permukaan Energi Potensial Permukaan
energi potensial yaitu energi potensial sebagai fungsi dari posisi
relatif semua atom yang ikut serta dalam reaksi. Perhitungan
terinci menunjukan bahwa pendekatan atom di sepanjang sumbu H-H
memerlukan energi untuk reaksi yang lebih kecil daripada pendekatan
lain. Untuk menentukan pemisahan inti, diperlukan dua parameter:
pemisahan HA-HB adalah RAB dan pemisahan HB-HC adalah RBC. Gerakan
melalui Permukaan Hubungan antara permukaan dan konstanta laju
adalah setiap tumbukan individual dapat dibayangkan sebagai sebuah
lintasan pada permukaan energi potensial. Berdasarkan eksperimen,
yang mempengaruhi adalah: Arah penyerangan dan pemisahan Permukaan
menarik dan menolak Lintasan klasik
BAB III PENUTUP3.1 Kesimpulan Dinamika reaksi molekul
mempelajari perubahan yang terjadi pada molekul pada klimaks
reaksi. Terjadi perubahan struktur besar-besaran dan energi sebesar
energi disosiasi didistribusi ulang di antara ikatan. Ada dua
pendekatan dasar untuk menghitung laju reaksi, teori tumbukan dan
kompleks teraktifkan. 3.2 Referensi Atkins. 1999. Kimia Fisika Ed.
4. Jakarta: Erlangga Sitorus, Marham. 2008. Kimia Organik Fisik.
Yogyakarta: Graha Ilmu
LAMPIRAN27.7 (a) Hitung konstanta laju terkontrol oleh difusi
pada 298 K untuk rekombinasi dari 2 atom dalam air, dimana = 0,89
cP. Asumsikan bahwa konsentrasi reaksinya adalah 10-3 mol/L. Berapa
waktu yang dibutuhkan agar konsentrasinya menjadi setengahnya? Dik
: [A] = [B] T = 298 K = 0,89 cP = 0,89 x 10-3 kg/ m s [A] = 10-3
mol/L Dit: kd dan t1/2 ? v = k [A]2
Jawab:
= 7,4 x 106 m3/mol s = 7,4 x 109 L/mol s
( = 1,35 x 10-7 s
)
27.7 (b) Hitunglah besar laju difusi terkontrol konstan pada
298K untuk kombinasi 2 atom di benzena, dimana = 0,601 cP.
Asumsikan konsentrasi spesi yang bereaksi adalah 1,8 x 10-3 mol/L.
Mula-mula berapa lama untuk konsentrasi berubah menjadi
setengahnya? Asumsikan reaksi adalah reaksi dasar. Dik : [A] = [B]
T = 298 K = 0,601 cP = 0,601 x 10-3 kg/ m s [A] = 1,8 x 10-3 mol/L
v = k [A]2
Dit:
kd dan t1/2 ?
Jawab:
= 1,10 x 107 m3/mol S = 1,10 x 1010 dm3/mol S V = Kd [A] [B]
dengan [A] = [B]
= 5,05 x 10-8 S