Dari Neraca Massa A di Reaktor

Transkripsi

1 Kinetika dan Katalisis Semester Genap Tahun kademik NLISIS & INTERPRETSI DT KINETIK - SISTEM REKTOR BTCH - siti diyar kholisoh PROGRM STUDI TEKNIK KIMI FTI UPN VETERN YOGYKRT Thursday, 19 th May 011 Bagaimana persamaan kinetika sebuah reaksi dapat diperoleh? PERSMN KINETIK TU KECEPTN REKSI r =...? Data-data dan persamaan-persamaan kecepatan reaksi yang tersedia dari literatur Metode-metode untuk memperoleh data kecepatan reaksi dari percobaan di laboratorium, menganalisisnya, dan menginterpretasikannya. Postulasi mekanisme reaksi untuk memprediksi persamaan kecepatan reaksi PERCOBN KINETIK REKSI Pendekatan umum: 1. Pemilihan spesies (reaktan atau produk) untuk memantau atau mengamati keberlangsungan reaksi. Pemilihan jenis reaktor dan mode pengoperasiannya 3. Pemilihan metode untuk mengamati keberlangsungan reaksi terhadap waktu 4. Pemilihan strategi percobaan, yakni bagaimana cara melakukan percobaan kinetika, termasuk jumlah dan jenis percobaan yang diperlukan; bagaimana mengantisipasi adanya kemungkinan reaksi-reaksi samping; bagaimana kondisi operasinya; bagaimana menjamin supaya data-data yang dihasilkan mempunyai reproducibility tinggi; dsb. 5. Pemilihan metode untuk menentukan harga-harga parameter kecepatan reaksi secara kuantitatif/numerik. Data Kinetika Sistem Batch + B produk reaksi C vs t; n vs t X vs t; 1-X vs t p vs t P vs t V vs t (sistem volume berubah) dan lain-lain. Perlu memahami hubungan antar besaran tersebut di atas!!! Dari Neraca Massa di Reaktor dn dx = r V n0 = r V n d C 1+ ε X V dc = = r C0 = r 1 dp = r RT dx 0 = r dx ( V ) ln 0 d V C d 0 C r V ε = ε = PROSEDUR NLISIS DN INTERPRETSI DT KINETIK 1. Metode Integral. Metode Diferensial 1

2 Metode Integral (Integrasi) Didasarkan pada hasil integrasi persamaan kecepatan reaksi. Pada metode ini, analisis data kinetika dilakukan dengan mengalurkan beberapa fungsi konsentrasi reaktan versus waktu, dalam grafik-grafik yang bersesuaian. Relatif mudah digunakan dan diterapkan, meskipun bersifat trial and error Direkomendasikan untuk: pengujian sebuah mekanisme reaksi persamaan kinetika yang sederhana data kinetika yang persebarannya tidak cukup baik (atau tidak menentu) Metode Diferensial (Diferensiasi) Didasarkan pada diferensiasi data-data percobaan (konsentrasi versus waktu) untuk memperoleh kecepatan reaksi yang sebenarnya. Pada metode ini, analisis data kinetika dilakukan dengan menduga beberapa hubungan antara kecepatan reaksi sebagai fungsi konsentrasi, dan menguji dugaan-dugaan tersebut melalui grafik-grafik yang bersesuaian. Terkait langsung dengan persamaan kecepatan reaksi dalam bentuk diferensial. Mengevaluasi harga-harga turunan dci/ atau dpi/ atau dp/ dalam persamaan kecepatan reaksi (dari data-data percobaan) Dapat digunakan untuk persamaan-persamaan kinetika yang lebih kompleks Memerlukan data-data yang banyak dan akurat (trial and error) METODE INTEGRL 1. Metode grafik (atau grafik pembanding). Metode merata-ratakan harga k (k averaging procedure) 3. Metode fractional life (metode ini hanya bisa diterapkan untuk model kinetika hukum pangkat) Prosedur Umum Metode Integral Kelengkungan positif: orde reaksi yang ditebak (atau diasumsikan) lebih besar daripada orde reaksi sebenarnya. Kelengkungan negatif: orde reaksi yang ditebak (atau diasumsikan) lebih kecil daripada orde reaksi sebenarnya. Metode Perata-rataan Harga k Grafik (a): harga-harga k tidak konsisten (karena adanya variasi yang cukup lebar antara harga-harga k yang dihitung pada pasangan-pasangan data yang berbeda). Grafik (b): harga-harga k relatif konsisten (karena hargaharga k yang dihitung pada pasangan-pasangan data yang berbeda tidak terlalu bervariasi).

3 Metode Fractional Life Hubungan antara fractional life suatu reaksi (t F ) dengan konsentrasi awal reaktan (C 0 ): t F log t F = atau: 1 n ( n 1) F 1 C k (n 1) F = log 1 n 0 1 n ( n 1) 1 + k ( 1 n) log C 0 Contoh Soal 1#: Di dalam sebuah reaktor batch bervolume-tetap, reaktan terdekomposisi menurut persamaan reaksi homogen berikut: produk Komposisi dalam reaktor (C ) yang diukur pada berbagai variasi waktu t disajikan sebagai berikut: t (detik) C (mol/liter) Tentukan persamaan kinetika reaksi yang merepresentasikan data-data kinetika tersebut di atas, dengan menggunakan metode integral dan metode diferensial. Persamaan kecepatan reaksi dianggap mengikuti model hukum pangkat: n r = k C Sumber: Levenspiel, 1999 Jika orde yang ditebak: n = 0 nalisis nda? Jika orde yang ditebak: n = 1 Jika orde yang ditebak: n = Cek: Jika n = 1,4 Nilai k = slopegrafik linieryang diperoleh nalisis nda? nalisis nda? nalisis nda? 3

4 Metode Perata-rataan Harga k Cek: n = 1,4 Metode Perata-rataan Harga k Metode Fractional Life (F = ½) nalisis nda? Jadi: k rata-rata =.. Penentuan n dan k: log t 1 ( 1 ) n ( n 1) 1 k ( 1 n) log 0 1 = log + C Dengan demikian, n dan k dapat ditentukan berdasarkan nilai-nilai slope dan intercept. Jangan lupa: Satuan k:..? Metode Diferensial (dengan Teknik Linierisasi) d C r = = k C d C r = n k1 C = 1 + k C Metode Diferensial (secara Trial and Error) d C Bentuk persamaan kecepatan: r = = f (C ) d t dengan f(c ) ditebak atau diasumsikan. Bentuk persamaan kecepatan reaksi tebakan tersebut dianggap sesuai jika plot tersebut menghasilkan bentuk yang linier. 4

5 Prosedur Umum Metode Diferensial Smooth-Curve atau Freehand-Curve (a) Contoh smooth-curve atau freehand-curve ditunjukkan pada kurva (a). Smooth-curve harus dibuat secara hatihati, dengan pandangan mata. Pada umumnya kurva ini tidak akan melewati semua titik data, tetapi mampu menunjukkan kecenderungan (trendline) data. Bandingkanlah dengan kurva (b), yang melewati semua titik data, tetapi justru tidak menunjukkan kecenderungan data. (b) METODE DIFERENSIL d C Penentuan : d t 1. Metode Grafik Metode garis singgung Metode diferensiasi (sederhana; equal area). Metode Numerik Metode finite-divided difference Metode curve-fitting Metode diferensial yang lain: 1. Metode isolasi. Metode initial rate Metode Garis Singgung C (mol/l) Tangents (garis-garis singgung) pada titik-titik data yang bersesuaian t (detik) Nilai n dan k dapat ditentukan Jangan lupa satuannya! Contoh Soal #: Data berikut ini diperoleh melalui eksperimen reaksi dekomposisi reaktan pada 0 o C dalam sebuah reaktor batch bervolume-tetap menggunakan gas murni (reaktan) : Waktu (menit) Tekanan parsial (mm Hg) Jika stoikiometri reaksinya dituliskan sebagai:,5 R tentukan persamaan kecepatan reaksi yang merepresentasikan data-data di atas! Soal Nomor 40 5

6 Contoh Soal: Sucrose is readily hydrolysed to glucose and fructose in acidic solution. The hydrolysis can be monitored by measuring the angle of rotation of plane-polarized light passing through the solution. From the angle of rotation the concentration of sucrose can be determined. n experiment on the hydrolysis of sucrose in 0.50 M HCl (aq) produced the following data: t/min Sucrose/M 0,316 0,30 0,74 0,56 0,38 0,11 UTS KinKat SP 007/008 Reaksi homogen: 1,5 P berlangsung dalam sebuah reaktor sistem batch bervolume-tetap pada kondisi isotermal. Mula-mula: C 0 = 100 mmol/liter, dan pada berbagai waktu (t) dicatat nilai konversi reaktan (X ) seperti tersaji pada tabel berikut ini: t (menit) X (%) 37,6 65,40 78,11 84,9 89,59 a) Berdasarkan data di atas, buktikan bahwa reaksi ini berorde 1,5. (Silakan pilih sendiri metode yang akan nda gunakan) b) pakah reaksi ini elementer? Berikan alasan singkat. c) Tentukan nilai kecepatan reaksi spesifiknya! Tuliskan juga satuannya. UTS KinKat - Genap 003/004 Dimerisasi butadiena (): P dilangsungkan secara batch (sistem bervolume konstan) pada 60 o C, dengan reaktan awal berupa murni. Keberlangsungan reaksi diamati melalui pengukuran tekanan total sebagai fungsi waktu sbb: t (menit) P t (torr) Jika persamaan kinetika mengikuti model umum: -r = k C n, tentukan harga-harga n (orde reaksi) dan k. 6