BAB 9. KINETIKA KIMIA

Transkripsi

1 BAB 9

2 BAB 9. KINETIKA KIMIA 9.1 TEORI TUMBUKAN DARI LAJU REAKSI 9.2 TEORI KEADAAN TRANSISI DARI LAJU REAKSI 9.3 HUKUM LAJU REAKSI 9.4 FAKTOR-FAKTOR LAJU REAKSI 9.5 MEKANISME REAKSI 9.6 ENZIM SEBAGAI KATALIS

3 9.1 TEORI TUMBUKAN DARI LAJU REAKSI LAJU REAKSI BERBANDING LURUS: - FREKUENSI TUMBUKAN (x) - FRAKSI MOLEKUL TERAKTIFKAN (f) - PELUANG UNTUK BERTUMBUKAN (p) Reaksi : A + B C + D Laju reaksi = f. p. x = f. p. [A].[B] = k. [A].[B]

4 9.2 TEORI KEADAAN TRANSISI DARI LAJU REAKSI Diagram koordinat reaksi eksoterm dan molekul teraktifkan NO 2 (g) + CO(g) NO(g) + CO 2 (g) O N. O.. CO Energi Potensial energi reaksi ke kanan NO 2 (g) + CO(g) Reaktan E reaksi energi reaksi ke kiri Koordinat Reaksi Produk: NO(g) + CO 2 (g)

5 9.3 HUKUM LAJU REAKSI NO 2(g) + CO (g) NO (g) + CO 2(g) Laju reaksi Laju pengurangan konsentrasi reaktan terhadap waktu Laju kenaikan konsentrasi produk terhadap waktu Laju = - d[no 2 ] = - d[co] = d[no] = d[co 2 ] dt dt dt dt Reaksi umum : aa + bb cc + dd Laju = - = - = = 1 d[a] 1 d[b] 1 d[c] 1 d[d] a dt b dt c dt d dt

6 Contoh 9. 1 Pada suhu tinggi, HI bereaksi menurut persamaan berikut: 2 HI(g) H 2 (g) + I 2 (g) Pada suhu 443 C laju reaksi meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi HI sebagai berikut: [HI] (mol/l 0,0050 0,010 0,020 Laju (mol/l detik) 7,5 x ,0 x ,2 x 10-2 a. Tentukan orde reaksi dan tulislah hukum lajunya b. Hitunglah tetapan laju dan nyatakan satuannya c. Hitunglah laju reaksi untuk HI dengan konsentrasi 0,0020 M

7 Penyelesaian a. Hukum laju pada dua konsentrasi [HI] 1 dan[hi] 2 yang berbeda ialah: laju 1 laju 2 = k([hi] 1 ) n = k([hi] 2 ) n laju 2 [HI] 2 laju = 1 [HI] 1 n 3,0 x 10-3 = 0,010 7,5 x ,0050 n 4 = (2) n n = 2 Hukum laju = k[hi] 2

8 b. Tetapan laju k dihitung dengan memasukan nilai pada set data yang mana saja dengan menggunakan hukum laju yang sudah ditetapkan. Misalnya, jika kita ambil set data pertama: 7, 5 x 10-4 mol L -1 s -1 = k(0,0050 mol L -1 ) 2 Jadi, k = 30 L mol -1 s -1 c. Laju dapat dihitung untuk [HI] = 0,0020 M: laju = k[hi] 2 = (30 L mol -1 s -1 )(0,0020 mol L -1 ) 2 = 1,2 x 10-4 mol L -1 s -1

9 Orde Reaksi Reaksi Orde Nol aa Produk Laju = k [A] n...n = orde reaksi (tidak berkaitan langsung dengan koefisien a) -d[a] = k [A] 0 dt [A] d[a] = -kdt [A] [A] 0 = -kt [A] Laju = k (orde nol) 0 Waktu (t)

10 Laju yang berkaitan pada dua atau lebih unsur kimia yang berbeda aa + bb Produk 1 d[a] 1 d[b] Laju = - = - = - k [A] m [B] a dt b dt n

11 Reaksi Orde Pertama: N 2 O 5 (g) 2NO 2 (g) + ½O 2 (g) Hukum laju = k [N 2 O 5 ) -d[n 2 O 5 ] = k[n 2 O 5 ] dt d[n 2 O 5 ] = -kdt [N 2 O 5 ] Bila diintegrasikan ln [N 2 O 5 ] t ln[n 2 O 5 ] 0 = -kt [N 2 O 5 ] t = [N 2 O 5 ] 0 e -kt ln [N 2 O 5 ] Grafik: ln c vs t Intersep = ln [N 2 O 5 ] 0 Slope = - k Waktu paruh, t½ = ln 2 = 0,6931 k k Waktu (t)

12 Contoh 9. 2 Penguraian termal aseton pada suhu 600 o C merupakan reaksi orde pertama dengan waktu paruh 80 detik 1. Hitunglah nilai konstanta laju reaksi (k) 2. Berapa waktu yang diperlukan agar 25% dari contoh aseton itu terurai

13 Penyelesaian 1. k = 0,693/t ½ = 0,693/80 detik = 8,7 x 10-3 detik Jika yang terurai 25% maka yang tersisa = 100% - 25% = 75% kt = 2,303 log [A] 0 [A] t (8,7 x 10-3 ) t = 2,303 (log 1,0/0,75) t = 23 detik

14 Reaksi Orde Kedua: Untuk reaksi 2NO 2 (g) 2NO(g) + O 2 (g) Hukum lajunya = k [NO 2 ] 2 -d[no 2 ] = k[no 2 ] 2 dt d[no 2 ] = -kdt [NO 2 ] 2 Bila diintegrasikan 1 1 [NO 2 ] t [NO 2 ] 0 = + 2 kt 2 = koefisien stoikiometri dari NO 2 (L mol -1 ) 1 [NO 2 ] Slope = 2 k Waktu (t)

15 Reaksi Orde Pertama Semu Merupakan reaksi orde kedua atau orde yang lebih tinggi tapi mengikuti reaksi orde pertama Contoh: C + D hasil reaksi Laju reaksinya = k [C] [D] d[c] - = k [C] [D]; bila k[d] tetap maka laju reaksinya = k [C] dt d[c] atau - = k [C] dan k = k [D], k = tetapan laju orde 1 semu dt dan waktu paruhnya (t ½ ) = 0,693/k

16 Contoh 9. 3 Reaksi radikal OH - dengan metana di atmosfir mempunyai konstanta laju reaksi pada suhu 25 o C sebesar 6,3 x mol/l detik. Reaksinya: OH - (g) + CH 4 (g) H 2 O (g) + CH 3- (g) 1. Tentukan hukum laju reaksi orde pertama semu jika OH - konstan dan hitunglah k jika [OH - ] = 1,2 x 10 6 mol/l 2. Hitunglah waktu paruh metana bila [OH - ] = 1,2 x 10 6 mol/l

17 Penyelesaian 1. Laju reaksi = k [OH - ] [CH 4 ] karena [OH - ] konstan maka konstanta laju reaksi = k laju reaksi menjadi = k [CH 4 ]; dan k = k [OH - ] k = (6,3 x mol/l detik) (1,2 x 10 6 mol/l) = 7,6 x 10-9 detik t ½ = 0,693/k = 0,693/ 7,6 x 10-9 detik -1 = 2 tahun 11 bulan

18 9.4 FAKTOR-FAKTOR LAJU REAKSI 1. Macam zat yang bereaksi 2. Konsentrasi zat yang bereaksi Konsentrasi pereaksi berbanding lurus dengan laju reaksi 3. Tekanan untuk reaksi yang melibatkan gas, karena konsentrasi gas berhubungan dengan tekanan 4. Luas permukaan semakin halus bentuk zat yang bereaksi semakin cepat laju reaksi. Contoh: laju reaksi Alumunium dalam bentuk serbuk > laju reaksi alumunium dalam bentuk batangan

19 5. Suhu semakin tinggi suhu maka energi kinetik molekul meningkat sehingga frekuensi tumbukan semakin tinggi sehingga laju reaksi meningkat Tetapan laju bervariasi secara eksponensial dengan kebalikan suhu k = A e -Ea/RT Ea ln k = ln A - ln k = ln A - RT ( Ea) ( 1 ) R T y a b x

20 6. Katalis zat yang mempercepat reaksi kimia tetapi tidak mengalami perubahan yang permanen Katalis homogen : fasa sama dengan reaktan Katalis heterogen : fasa berbeda dengan reaktan Contoh: Katalis >< Inhibitor Logam platina (Pt) mengkatalis reaksi hidrogenasi etena menjadi etana Pt H 2 + C 2 H 4 C 2 H 6

21 Etilena Fasa gas H 2 Fasa gas Etilena, C 2 H 4 teradsorpsi C 2 H 5, Zat antara Permukaan Pt Atom H 2 teradsorpsi Etana, C 2 H 6 terdesorpsi Etana, C 2 H 6 teradsorpsi

22 Energi Potensial E a.f E a.f Reaktan Penghalang energi tanpa katalis Penghalang energi dengan katalis E a.r Katalis Menurunkan energi aktivasi E a.r E Produk Koordinat reaksi

23 9.5 MEKANISME REAKSI Mekanisme reaksi menyatakan jenis dan jumlah tahap pada suatu reaksi Reaksi Elementer Unimolekular : N 2 O 5 * NO 2 + NO 3 laju = k [N 2 O 5 *] Bimolekular : NO(g) + O 3 (g) NO 2 (g) + O 2 (g) laju = k [NO] [O 3 ] Termolekular : I + I + Ar I 2 + Ar laju = k [ I ] 2 [Ar] laju = k [ I ] 2

24 Contoh 9. 4 Carilah molekularitas pada reaksi satu tahap beikut: a. NO + N 2 O 5 3NO 2 b. 2NO + Cl 2 2NOCl c. Cl + Cl + M Cl 2 + M d. C 6 H 5 CH C 6 H 5 CH (isomer cis trans) NC CH CH - CN

25 Penyelesaian a. bimolekular (2 molekul yaitu NO dan N 2 O 5 ) b. termokular (3 molekul yaitu 2 molekul NO dan 1 molekul Cl 2 ) c. termokular (3 molekul yaitu Cl, Cl, dan M) d. unimolekular (1 molekul)

26 9.6 ENZIM SEBAGAI KATALIS Enzim merupakan protein globular yang dapat mengkatalisis reaksi biokimia spesifik Mekanisme Kerja Enzim E + S E S E P E + P S = substrat; P = produk

27 Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim a. ph muatan enzim bergantung pada ph lingkungannya dan mempengaruhi keaktifan dari sisi aktif enzim b. Suhu suhu dapat merusak struktur tiga dimensi dari enzim (protein) c. Aktivator aktivitas enzim dapat meningkat dengan adanya ion-ion anorganik. Contohnhya: ion Cl - pada enzim amilase air liur

28 LATIHAN SOAL-SOAL 1. Dalam mengkaji reaksi piridina (C 5 H 5 N) dengan metil iodida (CH 3 I) dalam larutan benzena, berikut ini adalah data laju reaksi awal yang diukur pada suhu 25 o C untuk berbagai konsentrasi awal dari dua reaktan: [C 5 H 5 N] (mol/l) [CH 3 I](mol/L) Laju(mol/L detik) 1,00 x ,00 x ,5 x ,00 x ,00 x ,0 x ,00 x ,00 x ,0 x 10-6 a. Tentukan hukum laju untuk reaksi ini b. Hitunglah konstanta laju dan nyatakan satuannya c. Hitunglah laju reaksi untu larutan dengan [C 5 H 5 N] 5,0 x 10-5 M dan [CH 3 I] 2,0 x 10-5 M

29 2. Senyawa A terurai membentuk B dan C pada reaksi yang mengikuti ordo pertama. Pada suhu 25 o C konstanta laju reaksinya adalah 0,0450 detik -1. Hitunglah waktu paruh zat A pada suhu 25 o C 3. Dimerisasi tetrafluoroetilena (C 2 F 4 ) menjadi oktafluorosiklobutana (C 4 F 8 ) mempunyai orde kedua untuk pereaksi C 2 F 4 dan pada suhu 450 K konstanta lajunya k = 0,0448 L mol -1 detik -1. Jika konsentrasi awal C 2 F 4 0,100 M, berapa konsentrasinya sesudah 250 detik 4. Pada suhu 600 K, konstanta laju untuk dekomposisi reaksi ordo pertama nitroetana : CH 3 CH 2 NO 2 (g) C 2 H 4 (g) + HNO 2 (g) adalah 1,9 x 10-4 detik -1. Sampel CH 3 CH 2 NO 2 dipanaskan pada suhu 600 K dan pada suhu ini tekanan parsial awalnya adalah 0,078 atm. Hitunglah tekanan parsialnya setelah 3 jam

30 5. Identifikasi setiap reaksi elementer berikut sebagai unimolekular, bimolekular, atau termolekular, dan tulislah hukum lajunya a. HCO + O 2 HO 2 + CO b. CH 3 + O 2 + N 2 CH 3 O 2 N 2 c. HO 2 NO 2 HO 2 + NO 2 6. Tetapan laju dari reaksi elementer: BH 4- (aq) + NH 4+ (aq) BH 3 NH 3 (aq) + H 2 (g) ialah k = 1,94 x 10-4 L/mol detik pada suhu 30 o C dan reaksi memiliki energi aktivasi 161 kj/mol. Hitunglah tetapan laju reaksi di atas pada suhu 40 o C

31