Termodinamika apakah suatu reaksi dapat terjadi? Kinetika Seberapa cepat suatu reaksi berlangsung?

Transkripsi

1 Presentasi Powerpoint Pengajar oleh Penerbit ERLANGGA Divisi Perguruan Tinggi Chapter 8 Kinetika Kimia Termodinamika apakah suatu reaksi dapat terjadi? Kinetika Seberapa cepat suatu reaksi berlangsung? Laju reaksi adalah perubahan konsentrasi reaktan atau produk terhadap waktu (M/s). Laju rata-rata A B laju = - [A] laju = [B] [A] = perubahan konsentrasi A dalam selang waktu [B] = perubahan konsentrasi B dalam selang waktu Karena [A] menurun terhadap waktu, [A] bernilai negatif. 4.

2 A B waktu laju = - [A] laju = [B] 4. Br 2 (aq) + HCOOH (aq) 2Br - (aq) + 2H + (aq) + CO 2 (g) waktu Br 2 (aq) 393 nm Detektor cahaya [Br 2 ] α Absorbans 393 nm 4. 2

3 Br 2 (aq) + HCOOH (aq) 2Br - (aq) + 2H + (aq) + CO 2 (g) Hitunglah laju rata-rata pada: a) 200 s pertama b) dari 300 s hingga 350 s Laju rata-rata = - [Br 2 ] = - [Br 2 ] akhir [Br 2 ] awal t akhir - t awal 4. Br 2 (aq) + HCOOH (aq) 2Br - (aq) + 2H + (aq) + CO 2 (g) kemiringan garis singgung Kemiringan garis singgung Kemiringan garis singgung Laju rata-rata = - [Br 2 ] = - [Br 2 ] akhir [Br 2 ] awal t akhir - t awal Laju sesaat = laju pada saat tertentu 4. 3

4 Apa pengaruh konsentrasi terhadap laju? laju = k [Br 2 ] k = laju = konstanta laju [Br 2 ] = 3,50 x 0-3 s - 4. Laju Reaksi dan Stoikiometri 2A B Dua mol A hilang untuk setiap mol B yang terbentuk. laju = - 2 [A] laju = [B] aa + bb cc + dd laju = - a [A] = - b [B] = c [C] = d [D] 4. 4

5 Tulislah persamaan laju untuk reaksi di bawah ini: CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O (g) laju = - [CH 4 ] = - 2 [O 2 ] = [CO 2 ] = 2 [H 2 O] Jika konsentrasi O 2 menurun dengan laju 0,0 M/s, berapakah laju reaksinya? Berapakah laju terbentuknya CO 2? 4. Hukum Laju Hukum laju menyatakan hubungan laju reaksi dengan konstanta laju dan pangkat dari konsentrasi reaktan. aa + bb cc + dd Laju = k [A] x [B] y Reaksi orde ke-x dalam A Reaksi orde ke-y dalam B Orde keseluruhannya adalah (x + y) 4.2 5

6 F 2 (g) + 2ClO 2 (g) 2FClO 2 (g) laju = k [F 2 ] x [ClO 2 ] y [F 2 ] meningkat dua kali dan [ClO 2 ] konstan Laju meningkat dua kali x = [ClO 2 ] meningkat empat kali dan [F 2 ] konstan Laju meningkat empat kali rate = k [F 2 ][ClO 2 ] y = 4.2 Hukum-hukum Laju Hukum laju selalu ditentukan lewat percobaan. Orde reaksi selalu dinyatakan dalam konsentrasi reaktan (bukan produk). Orde reaktan tidak terkait dengan koefisien reaksi dari reaktan dalam persamaan reaksi setimbang. F 2 (g) + 2ClO 2 (g) 2FClO 2 (g) laju = k [F 2 ][ClO 2 ] 4.2 6

7 Menentukan hukum laju dan menghitung konstanta laju reaksi dari data berikut ini: S 2 O 2-8 (aq) + 3I - (aq) 2SO 2-4 (aq) + I - 3 (aq) Percobaan 2 3 [S 2 O 2-8 ] 0,08 0,08 0,6 [I - ] 0,034 0,07 0,07 Laju Awal (M/s) 2,2 x 0-4, x 0-4 2,2 x 0-4 laju = k [S 2 O 2-8 ] x [I - ] y y = x = laju = k [S 2 O 2-8 ][I - ] [I - ] meningkat dua kali, laju menjadi dua kali (percobaan & 2) [S 2 O 8 2- ] meningkat dua kali, laju menjadi dua kali (percobaan 2 & 3) k = laju [S 2 O 8 2- ][I - ] 2,2 x 0-4 M/s = (0,08 M)(0,034 M) = 0,08/M s 4.2 Menentukan Orde Reaksi dengan Percobaan Jika diketahui reaksi: O 2 (g) + 2 NO (g) 2 NO 2 (g) Hujum laju untuk reaksi ini adalah: laju = k [O 2 ] m [NO] n Untuk mencari orde reaksi, kita lakukan beberapa percobaan, masingmasing dengan konsentrasi-konsentrasi reaktan yang berbeda, dan menentukan laju reaksi awal Percobaan Konsentrasi Reaktan Awal (mol/l) Laju Awal O 2 NO (mol/l s) <,0 x 0-2 *,30 x 0-2 * >3,2 x < 2,20 x 0-2,30 x 0-2 >6,40 x 0-3 3,0 x 0-2 * 2,60 x 0-2 * 2,8 x ,30 x 0-2,30 x 0-2 9,60 x 0-3 5,0 x 0-2 3,90 x ,8 x 0-3 7

8 Reaksi Orde-Pertama A produk laju = - [A] k = laju [A] = M/s M laju = k [A] [A] = /s atau s - - = k [A] [A] adalah konsentrasi A pada waktu t [A] 0 adalah konsentrasi A pada t=0 [A] = [A] 0 exp(-kt) ln[a] = ln[a] 0 - kt 4.3 Reaksi 2A B adalah reaksi orde pertama dalam A dengan konstanta laju 2,8 x 0-2 s - at 80 0 C. Berapa lamakah konsentrasi A berkurang dari 0.88 M sehingga menjadi 0.4 M? [A] 0 = 0.88 M [A] = 0.4 M Berapakah konsentrasi A setelah 00 s? 8

9 Waktu-paruh suatu reaksi, t /2, adalah waktu yang diperlukan agar konsentrasi reaktan turun menjadi setengah dari konsentrasi awalnya. Hanya untuk reaksi orde pertama, waktu paruhnya tidak bergantung pada konsentrasi awal. t /2 = (/k) ln 2 Reaksi-reaksi Orde Pertama Waktu-paruh, t ½, adalah waktu yang diperlukan agar konsentrasi reaktan turun menjadi setengah dari konsentrasi awalnya. t ½ = t ketika [A] = [A] 0 /2 t ½ = ln2 k = 0,693 k Berapakah waktu-paruh dari N 2 O 5 jika terurai dengan konstanta laju 5,7 x 0-4 s -? t ½ = ln2 k 0,693 = = 200 s = 20 menit 5,7 x 0-4 s - Reaksi penguraian tadi adalah reaksi orde pertama, mengapa? satuan k (s - ) 4.3 9

10 Reaksi orde-pertama A produk jumlah waktu-paruh [A] = [A] 0 /n Ringkasan Kinetika Reaksi Orde-Pertama, Orde-kedua, dan Orde-Ketiga Orde Hukum Laju Persamaan Konsentrasi-waktu Waktu-paruh 0 laju = k [A] = [A] 0 - kt t ½ = [A] 0 2k 2 laju = k [A] laju = k [A] 2 ln[a] = ln[a] 0 - kt [A] = + kt [A] 0 t ½ = ln2 k t ½ = k[a]

11 TEORI TUMBUKAN PADA KINETIKA KIMIA. Reaksi kimia terjadi sebagai hasil dari tumbukan antara molekul-molekul yang bereaksi. 2. Agar dapat bereaksi, moplekul-molekul yang bertumbukan harus memiliki a. arah (orientasi) yang tepat b. energi kinetik totalnya sama dengan atau lebih besar daripada energi aktivasi, E a, yaitu energi minimum yang dibutuhkan untuk memulai suatu reaksi kimia. TEORI KEADAAN TRANSISI Spesi yang terbentuk sementara oleh molekulmolekul reaktan akibat tumbukan sebelum nantinya akan membentuk produk disebut keadaan transisi atau kompleks teraktifkan. Dalam keadaan transisi, ikatan-ikatan yang lama sedang mengalami proses pemutusan dan ikatanikatan yang baru mulai terbentuk. Energi aktivasi adalah energi yang dibutuhkan untuk mencapai keadaan transisi.

12 Reaksi Eksotermik A + B C + D Reaksi Endotermik Energi aktivasi (E a ) adalah energi minimum yang dibutuhkan untuk memulai reaksi kimia

13 Soal latihan Untuk reaksi O 3 (g) + O(g) 2 O 2 (g) E a = 9 kj dan H = -392 kj. Buatlah diagram energi reaksi dan perlihatkan keadaan transisi yang mungkin. Ketergantungan Konstanta Laju terhadap Suhu k = A exp( -E a /RT ) (persamaan Arrhenius) E a = energi aktivasi (J/mol) R = konstanta gas (8,34 J/K mol) T = suhu mutlak A = faktor frekuensi lnk = - E a R T + lna 4.4 3

14 lnk = - E a R T + lna 4.4 Reaksi elementer adalah reaksi sederhana yang hanya berlangsung dalam satu tahap. Sebagan besar reaksi adalah reaksi kompleks dan membutuhkan lebih dari satu tahap. Mekanisme reaksi adalah urutan tahap-tahap elementer yang mengarah pada pembentukan produk. Zat-antara adalah spesi yang muncul daam mekanisme, namun tidak ada dalam reaksi setimbang keseluruhan. 4

15 Mekanisme Reaksi Urutan tahap-tahap elementer yang mengarah pada pembentukan produk disebut mekanisme reaksi. 2NO (g) + O 2 (g) 2NO 2 (g) Tahap elementer: NO + NO N 2 O 2 Tahap elementer: N 2 O 2 + O 2 2NO 2 Reaksi keseluruhan: 2NO + O 2 2NO Zat-antara adalah spesi yang muncul dalam mekanisme reaksi tetapi tidak ada dalam persamaan setimbang. Zat-antara selalu terbentuk dalam tahap elementer awal dan hilang dalam tahap elementer berikutnya. Tahap elementer: NO + NO N 2 O 2 + Tahap elementer: N 2 O 2 + O 2 2NO 2 Reaksi keseluruhan: 2NO + O 2 2NO 2 Molekularitas suatu reaksi banyaknya molekul yang bereaksi dalam tahap elementer. Reaksi unimolekular tahap elementer dengan I molekul Reaksi bimolekular tahap elementer dengan 2 molekul Reaksi termolekular tahap elementer dengan 3 molekul 4.5 5

16 Hukum Laju dan Tahap Elementer Reaksi unimolekular A produk laju = k [A] Reaksi bimolekular A + B produk laju = k [A][B] Reaksi bimolekular A + A produk laju = k [A] 2 Menulis mekanisme reaksi yang benar: Jumlah tahap elementer harus menghasilkan persamaan setara keseluruhan untuk reksi tersebut. Tahap penentu-laju harus menyatakan hukum laju yang sama dengan yang diperoleh dari percobaan. Tahap penentu-laju adalah tahap paling lambat dari keseluruhan tahap pembentukan produk. 4.5 Hanya untuk reaksi elementer, pangkat-pangkat dalam hukum laju harus berkorespons dengan koefisien-koefisien dalam persamaan setimbang. Tahap-tahap elementer yang membentuk mekanisme reaksi harus memenuhi dua syarat.. Jumlah tahap elementer harus menghasilkan persamaan setara keseluruhan untuk reksi tersebut. 2. Tahap penentu-laju (tahap paling lambat) harus menyatakan hukum laju yang sama dengan yang diperoleh dari percobaan. 6

17 Hukum laju untuk reaksi antara NO 2 and CO untuk menghasilkan NO and CO 2 adalah laju = k[no 2 ] 2. reaksi tersebut diketahui melalui dua tahap: Tahap : NO 2 + NO 2 NO + NO 3 Tahap 2: NO 3 + CO NO 2 + CO 2 Tulislah persamaan reaksi keseuruhan? NO 2 + CO NO + CO 2 Apakah zat-antaranya? NO 3 Apa yang pendapat anda tentang laju relatif pada tahap and 2? laju = k[no 2 ] 2 adalah hukum laju untuk tahap maka tahap pasti lebih lambat daripada tahap Untuk reaksi 2 X + Y Z laju = k[x][y] Apakah ini reaksi elementer? Untuk reaksi 2 A + B C laju = k[a] 2 [B] Apakah ini reaksi elementer? 7

18 Contoh Soal Soal: dua reaksi di bawah ini dianggap sebagai tahap elementer dalam mekanisme untuk reaksi keseluruhan: () NO 2 Cl (g) NO 2(g) + Cl (g) (2) NO 2 Cl (g + Cl (g) NO 2(g) + Cl 2(g) (a) Tulislah persamaan setimbang keseluruhan. (b) Tentukan molekularitas untuk tiap-tiap tahap. (c) Tulislah hukum laju untuk tiap-tiap tahap. 2 C 2 H O 2 4 CO H 2 O Apakah ini merupakan proses elementer? Mekanisme dengan Tahap Awal yang Lambat 2 NO 2 + F 2 2 NO 2 F Hukum laju eksperimental untuk reaksi di atas adalah reaksi orde-pertama dalam masing-masing reaktan. Mekanismenya adalah:. NO 2 + F 2 NO 2 F + F lambat 2. NO 2 + F NO 2 F cepat Perlihatkanlah bahwa mekanisme di atas mekanisme yang masuk akal. Apakah zat-antara dari mekanisme tersebut? 8

19 Katalis adalah zat yang meningkatkan laju reaksi tanpa ikut terpakai dalam reaksi. Katalis bekerja dengan cara mengubah mekanisme. Mekanisme yang baru ini mempunyai energi aktivasi yang rendah. Katalis mempercepat reaksi baik ke arah kiri maupun kanan dan tidak dapat meningkatkan hasil setimbang akhirnya, namun dapat mempercepat tercapainya keadaan setimbang akhir. Katalis adalah zat yang meningkatkan laju reaksi tanpa ikut terpakai dalam reaksi. k = A exp( -E a /RT ) E a k tanpa katalis dengan katalis laju dgn katalis > laju tanpa katalis E a < E a 4.6 9

20 Katalisis heterogen, reaktan dan katalis memiliki fasa yang berbeda. Sintesis Haber ammonia Proses Ostwald untuk membuat asam nitrat Konverter katalitik Katalisis homogen, reaktan dan katalis terdispersi dalam satu fasa, biasanya fasa cair. Katalisis asam Katalisis basa 4.6 Proses Haber N 2 (g) + 3H 2 (g) Fe/Al 2 O 3 /K 2 O katalis 2NH 3 (g)

21 Katalisis Enzim 4.6 tanpa katalis katalis enzim 4.6 2