Bab 10 Kinetika Kimia

Transkripsi

1 D e p a r t e m e n K i m i a F M I P A I P B Bab 0 Kinetika Kimia Ikhtisar 2 3 Laju Reaksi Teori dalam Kinetika Kimia 4 Mekanisme Reaksi 5 46 Faktor Penentu Laju Reaksi Enzim sebagai Katalis Sumber: Chang Bab 4

2 Laju Reaksi 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. Laju Reaksi A B waktu laju = - [A] laju = [B] 2

3 Laju Reaksi Br 2 (aq) + HCOOH (aq) 2Br - (aq) + 2H + (aq) + CO 2 (g) waktu Br 2 (aq) 393 nm cahaya [Br 2 ] α Absorbans Detektor 393 nm Laju Reaksi 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 3

4 Laju Reaksi 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 Laju Reaksi 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

5 Laju Reaksi 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? Teori Tumbukan Teori dalam Kinetika Kimia. Reaksi kimia terjadi sebagai hasil dari tumbukan antara molekul-molekul yang bereaksi. 2. Agar dapat bereaksi, molekul-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. 5

6 Teori dalam Kinetika Kimia 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] Teori dalam Kinetika 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. 6

7 Teori dalam Kinetika Kimia A + B Reaksi Eksotermik C + D Reaksi Endotermik Energi aktivasi (E a ) adalah energi minimum yang dibutuhkan untuk memulai reaksi kimia. Teori dalam Kinetika Kimia 7

8 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) 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 ] 8

9 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 [S 2 O 8 2- ] [I - ] Laju Awal (M/s) 0,08 0,034 2,2 x ,08 0,07, x ,6 0,07 2,2 x 0-4 [I - ] meningkat dua kali, laju menjadi dua kali (percobaan & 2) laju = k [S 2 O 2-8 ] x [I - ] y y = x = [S 2 O 8 2- ] meningkat dua kali, laju menjadi dua kali (percobaan 2 & 3) k = laju [S 2 O 8 2- ][I - ] = laju = k [S 2 O 8 2- ][I - ] 2,2 x 0-4 M/s (0,08 M)(0,034 M) = 0,08/M s 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 9

10 Reaksi Orde Nol aa Produk Laju = k [A] n...n = orde reaksi (tidak berkaitan langsung dengan koefisien a) [A] -d[a] = k [A] 0 dt [A] 0 d[a] = -kdt [A] [A] 0 = -kt Waktu (t) Laju = k (orde nol) Reaksi Orde-Pertama A produk laju = - [A] k = laju [A] = M/s M [A] = [A] 0 exp(-kt) = /s atau s - laju = k [A] [A] - = k [A] [A] adalah konsentrasi A pada waktu t [A] 0 adalah konsentrasi A pada t=0 ln[a] = ln[a] 0 - kt 0

11 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? 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

12 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 ln2 0,693 ½ = = = 200 s = 20 menit k 5,7 x 0-4 s - Reaksi penguraian tadi adalah reaksi orde pertama, mengapa? satuan k (s - ) 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 = + 2 kt [NO 2 ] t [NO 2 ] 0 2 = koefisien stoikiometri dari NO 2 [NO 2 ] (L mol- ) Slope = 2 k Waktu (t) 2

13 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 t ½ = = ln2 k k[a] 0 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 2 Reaksi elementer adalah reaksi sederhana yang hanya berlangsung dalam satu tahap Hanya untuk reaksi elementer, pangkat-pangkat dalam hukum laju harus berkorespons dengan koefisien-koefisien dalam persamaan setimbang 3

14 Mekanisme Reaksi 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 Mekanisme Reaksi 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

15 Mekanisme Reaksi 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 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 2 Faktor Penentu Laju Reaksi. 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 5

16 Faktor Penentu Laju Reaksi 5. Suhu semakin tinggi suhu maka energi kinetik molekul meningkat sehingga frekuensi tumbukan semakin tinggi sehingga laju reaksi meningkat 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 Faktor Penentu Laju Reaksi 6. Katalis adalah zat yang meningkatkan laju reaksi tanpa ikut terpakai dalam reaksi. k = A exp( -E a /RT ) E a k tanpa katalis laju dgn katalis > laju tanpa katalis dengan katalis E a < E a 6

17 Faktor Penentu Laju Reaksi 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 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 7

18 Enzim Sebagai Katalis Enzim Sebagai Katalis tanpa katalis katalis enzim 8

19 Enzim Sebagai Katalis Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim a. ph muatan enzim bergantung pada ph lingkungannya dan mempengaruhi keaktifan dari sisi aktif enzim Enzim Sebagai Katalis Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim b. Suhu: dapat merusak struktur tiga dimensi dari enzim (protein) 9

20 Enzim Sebagai Katalis Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim c. Aktivator aktivitas enzim dapat meningkat dengan adanya ion-ion anorganik. Contohnya: ion Cl - pada enzim amilase air liur Latihan. 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 -. Hitunglah waktu paruh zat A pada suhu 25 o C 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 - detik -. Jika konsentrasi awal C 2 F 4 0,00 M, berapa konsentrasinya sesudah 250 detik 2. 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 20

21 2