Laporan Kimia Fisik KI-3141 PERCOBAAN M-2 PENENTUAN LAJU REAKSI DAN TETAPAN LAJU REAKSI Nama : Kartika Trianita NIM : 10510007 Kelompok : 2 Tanggal Percobaan : 2 November 2012 Tanggal Laporan : 9 November 2012 Asisten : Liany Bella Laboratorium Kimia Fisik Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung 2012
Penentuan Laju Reaksi dan Tetapan Laju Reaksi I. Tujuan Percobaan 1. Membuktikan bahwa orde reaksi penyabunan etil asetat oleh ion hidroksida adalah 2. 2. Menentukan tetapan laju reaksi penyabunan etil asetat oleh ion hidroksida. II. Teori Dasar Kinetika kimia adalah salah satu ilmu yang membahas tentang laju atau kecepatan dan mekanisme reaksi. Secara kuantitatif kecepatan reaksi kimia ditentukan oleh orde reaksi, yaitu jumlah dari eksponen konsentrasi pada persamaan laju reaksi. Laju reaksi (Reaction Rate) atau kecepatan reaksi adalah perubahan konsentrasi konsentrasi pereaksi ataupun produk dalam satauan waktu. Laju suatu reaksi dapat dinyatakan sebagai laju berkurangnya konsentrasi suatu pereaksi, atau laju bertambahnya konsentrasi suatu produk. Konsentrasi baisanya di nyatakan dalam mol per liter, tetapi untuk reaksi fase gas, suatu tekanan atmosfer, milimeter merkurium, dapat di gunakan sebagai ganti konsentrasi. Orde reaksi adalah banyaknya faktor konsentrasi zat reaktan yang mempengaruhi kecepatan reaksi. Penentuan orde reaksi tidak dapat diturunkan dari persamaan reaksi tetapi hanya dapat ditentukan berdasarkan percobaan. Suatu reaksi yang diturunkan secara eksperimen dinyatakan dengan rumus kecepatan reaksi: v = k [A] [B] 2 Persamaan tersebut mengandung pengertian reaksi orde 1 terhadap zat A dan merupakan reaksi orde 2 terhadap zat B. Secara keselurahan reaksi tersebut adalah reaksi orde 3. Tetapan k yang muncul disebut juga sebagai tetapan laju atau koefisien laju. Satuan tetapan atau koefisien laju bergantung pada orde reaksi. Ada beberapa cara untuk mengukur laju dari suatu reaksi. Sebagai contoh, jika gas dilepaskan dalam suatu reaksi. Kita dapat mengukurnya dengan menghitung volume gas yang dilepaskan permenit pada waktu tertentu selama reaksi berlangsung. Definisi laju ini dapat
diukur dengan satuan cm 3 s -1. Laju biasanya diukur dengan melihat beberapa cepat konsentrasi suatu reaktan berkurang pada waktu tertentu. Dalam percobaan ini, pada metode titrasi, laju reaksi ditentukan dari perubahan banyaknya jumlah basa yang bereaksi dengan etil asetat untuk menghasilkan produk. Konduktometri merupakan metode analisis kimia berdasarkan daya hantar listrik suatu larutan. Daya hantar listrik (L) suatu larutan bergantung pada jenis dan konsentrasi ion di dalam larutan. Daya hantar listrik berhubungan dengan pergerakan suatu ion di dalam larutan ion yang mudah bergerak mempunyai daya hantar listrik yang besar. Daya hantar listrik (L) merupakan kebalikan dari tahanan (R), sehingga daya hantar listrik mempunyai satuan ohm -1. Bila arus listrik dialirkan dalam suatu larutan mempunyai dua elektroda, maka daya hantar listrik (L) berbanding lurus dengan luas permukaan elektroda (A) dan berbanding terbalik dengan jarak kedua elektroda (l). L= l/r = k (A/ l) dengan k adalah daya hantar jenis dalam satuan ohm -1 cm - 1. Kuat lemahnya larutan elektrolit sangat ditentukan oleh partikel- partikel bermuatan di dalam larutan elektrolit. Larutan elektrolit akanmengalami ionisasi, dimana zat terlarutnya terurai menjadi ion positif dan negatif. Adanya muatan listrik inilah yang menyebabkan larutan memiliki daya hantar listrik. Proses ionisasi sangat penting untuk menunjukkan kemampuan daya hantarnya, semakin banyak zat yang terionisasi semakin kuat daya hantarnya. Demikian pula sebaliknya semakin sulit terionisasi semakin lemah daya hantar listriknya III. Data Pengamatan 1.Metode Titrasi [NaOH] = 0,0169 M [HCl] = 0,0205 M [etil asetat] = 0,02 M [KCl] = 0,1 M
Untuk vol. NaOH = vol. etil asetat = 50 ml t (menit) V titran (ml) 5 18,4 10 18,5 20 19,8 35 20,1 55 21,5 Untuk vol. NaOH = 40 ml dan vol. etil asetat = 50 ml t (menit) V titran (ml) 5 18,7 10 20,5 20 20,6 35 21,5 55 21,7 2.Metode Konduktometri Truang = 27 o C Nilai hantaran pada 40 o C L air L NaOH L KCl = 175 s/cm = 1753 s/cm = 12,22 ms/cm t (menit) Hantaran ( s/cm) 5 1531 10 1522 20 1485 35 1438 55 1402 Dipanaskan 70 o C lalu didinginkan 1308
c III. Pengolahan Data 1. Metode Titrasi Etilasetat : NaOH (50 ml : 50 ml) ( [ ] [ ] ) Vx = 0,05 ( ) = -0,1924 L x = [ ] x = = -0,0325 M a = [ ] = = 0,01 M b = [ ] = = 0,00845 M t (menit) V titran (L) V x (L) x (M) a (M) b (M) c = x/(a(a-x)) 10 0,184-0,1924-0,0325 0,01 0,00845-76,4705 20 0,185-0,1924-0,0325 0,01 0,00845-76,4705 35 0,198-0,1924-0,0325 0,01 0,00845-76,4706 55 0,201-0,1924-0,0325 0,01 0,00845-76,4706 65 0,215-0,1924-0,0325 0,01 0,00845-76,4706 Titrasi 50 ml Etilasetat : 50 ml NaOH -76.47045-76.4705 0 20 40 60 80-76.47055 y = 2E-06x - 76.471-76.4706 R² = 0.7576-76.47065 t
c Dari kurva di atas, diperoleh persamaan garis y = 2.10-6 x - 76,47 Maka, k = slope = 2.10-6 Etilasetat : NaOH (60 ml : 40 ml) Dengan menggunakan cara yang sama, diperoleh hasil sebagai berikut. t (menit) V titran (ml) V x (L) x (M) a (M) b (M) c = [1/(a-b)]. ln[b(a-x)/a(b-x)] 5 18,7-0,2024-0,0342084 0,012 0,00676-86,55022701 10 20,5-0,2024-0,03420536 0,012 0,00676-86,54861999 20 20,6-0,2024-0,03420519 0,012 0,00676-86,54853071 35 21,5-0,2024-0,03420367 0,012 0,00676-86,54772711 55 21,7-0,2024-0,03420333 0,012 0,00676-86,54754852 Titrasi 60 ml Etilasetat : 40 ml NaOH -86.547-86.548-86.549-86.55 0 10 20 30 40 50 60 y = 4E-05x - 86.55 R² = 0.7138-86.551 t Dari kurva di atas, diperoleh persamaan garis y = 4.10-5 x - 86,55 Maka, k = slope = 4.10-5 2. Metode Konduktometri L sel = + L KCl L sel = 0,175 ms/cm + 12,22 ms/cm = 12,395 ms/cm K sel = = = 12,7866
(1/a)(Lo-Lt/Lt-Lc) t (menit) L o (ms/cm) L t (ms/cm) L c (ms/cm) a (1/a)(L o -L t /L t -L c ) 5 1,753 1,531 1,308 0,01 99,55156951 10 1,753 1,522 1,308 0,01 107,9439252 20 1,753 1,485 1,308 0,01 151,4124294 35 1,753 1,438 1,308 0,01 242,3076923 55 1,753 1,402 1,308 0,01 373,4042553 y = 5.6109x + 54.652 R² = 0.9865 400 300 200 100 0 Konduktometri 0 10 20 30 40 50 60 t Dari kurva di atas diperoleh persamaan garis y = 5,610x + 54,65 k = slope = 5,610
IV. Pembahasan Pada percobaan ini dibuktikan bahwa orde reaksi penyabunan etil asetat oleh ion hidroksida adalah 2, serta ditentukan nilai tetapan laju reaksi tersebut (k). Parameter yang terukur adalah pengurangan konsentrasi ester yang diukur dengan cara titrasi dengan basa kuat terhadap asam asetat yang dihasilkan serta waktu reaksi. Pada metode titrasi, larutan NaOH yang diberikan sudah distandardisasi sehingga dapat langsung digunakan. Larutan NaOH merupakan larutan baku sekunder yang tidak stabil dalam penyimpanannya sehingga perlu dilakukan standardisasi terlebih dahulu sebelum digunakan. Pada percobaan ini digunakan labu erlenmeyer tertutup yang bertujuan agar tidak terdapat kontaminasi terhadap larutan yang dianalisis. Selain itu juga agar suhu dalam labu dapat konstan lebih lama. Larutan NaOH dan etil asetat yang akan dicampurkan, sebelumnya perlu dilakukan penyamaan suhu terlebih dahulu. Pada percobaan ini digunakan suhu 40 o C. Hal ini dilakukan agar laju reaksi yang dihasilkan tidak mengalami perubahan yang besar. Laju reaksi dipengaruhi oleh suhu. Kenaikan suhu akan menyebabkan tumbukan antarpartikel berlangsung lebih cepat dikarenakan energi kinetiknya meningkat. Pengocokan dilakukan agar campuran kedua larutan homogen. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut. CH 3 COOC 2 H 5 (aq) + NaOH (aq) CH 3 COONa (aq) + C 2 H 5 OH (aq) Campuran reaksi dimasukkan ke dalam 20 ml HCl sebelum dititrasi dengan NaOH. Pencampuran dengan HCl dimaksudkan untuk menetralkan campuran reaksi yang bersifat basa seperti ditunjukkan oleh reaksi di atas. Maka, yang dititrasi adalah kelebihan HCl yang tidak digunakan untuk menetralkan basa. Digunakan phenoftalein sebagai indikator. Oleh karena mulanya larutan yang dititrasi bersifat asam, maka perubahan warna yang diamati adalah dari tidak berwarna menjadi pink. Reaksi yang terjadi saat titrasi adalah sebagai berikut. NaOH (aq) + HCl (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) Hasil percobaan menunjukkan bahwa semakin lama, volume titran semakin besar. Hal ini berarti banyaknya HCl yang tidak digunakan untuk menetralkan larutan basa semakin banyak, artinya jumlah OH - yang digunakan untuk membentuk produk larutan basa semakin sedikit. Selain metode titrasi, dilakukan pula penentuan orde reaksi dan tetapan laju reaksi dengan metode konduktometri. Metode ini digunakan untuk mempelajari reaksi
yang melibatkan ion-ion yang memiliki daya hantar listrik cukup tinggi, seperti ion H + dan OH -. Daya hantar listrik suatu larutan bergantung pada jenis dan konsentrasi ion dalam larutan tersebut. Daya hantar listrik berhubungan dengan pergerakan suatu ion dalam larutan yang mudah bergerak. Daya hantar listrik merupakan kebalikan dari tahanan. Oleh karenanya daya hantar listrik memiliki satuan ohm -1. Hasil percobaan menunjukkan bahwa daya hantar listrik larutan menurun seiring dengan bertambahnya waktu. Hal ini terjadi dikarenakan selama percobaan terjadi penggantian ion OH - dari larutan dengan ion CH3COO - seperti ditunjukkan pada reaksi sebelumnya. Semakin bertambahnya waktu, maka semakin banyak penggantian ion OH - dari larutan dengan ion CH 3 COO -. Ion OH yang awalnya memiliki nilai hantaran yang besar jumlahnya menjadi lebih sedikit, sedangkan jumlah CH3COO- menjadi lebih banyak sehingga nilai hantaran larutan menjadi lebih kecil karena ch3coo- memiliki nilai hantaran yang lebih kecil. Nilai tetapan laju reaksi yang diperoleh dari metode titrasi dengan metode konduktometri memberikan hasil yang berbeda. Hal ini bisa terjadi karena prinsip keduanya berbeda. Metode konduktometri lebih baik dibandingkan metode titrasi. Metoda konduktometri didasarkan pada adanya ion-ion dalam larutan yang dapat menghantarkan listrik sehingga hanya dilakukan pengukuran nilai hantaran, tidak menggunakan indikator. Sedangkan metode titrasi berdasarkan pada titik akhir titrasi yang ditunjukkan oleh perubahan warna larutan. Metode titrasi ini kurang akurat dikarenakan penentuan titik akhir titrasi yang tidak jelas. Kesalahan pada hasil percobaan dapat terjadi disebabkan suhu larutan tidak benar2 konstan pada 40oC. Jika tidak dilakukan pada suhu konstan, maka hasil yang diperoleh tidak hanya dipengaruhi konsentrasi, namun juga pada suhu larutan saat percobaan. Bila arus listrik dialirkan ke dalam suatu larutan melalui dua electrode, maka daya hantar listrik (G) berbanding lurus dengan luas bidang luas bidang electrode, maka daya hantar listrik (G) berbanding lurus dengan luas bidang electrode (A) dan berbanding terbalik dengan jarak kedua electrode (l). jadi, G= 1/R=k A/l Dimana k adalah daya hantar jenis dalam satuan ohm-1cm-1
V. Kesimpulan Orde reaksi penyabunan etil asetat oleh ion hidroksida terbukti merupakan reaksi orde 2 karena diperoleh kurva linier dengan nilai R 2 >0,9 atau mendekati 1. Sedangkan dengan metode titrasi tidak terbukti dikarenakan kurva yang diperoleh tidak linier (R 2 <0,9). Dengan metode titrasi, tetapan laju reaksi penyabunan etil asetat oleh ion hidroksida pada saat volume etil asetat sama dengan volume NaOH adalah 4.10-5, sedangkan pada saat volume etil asetat:naoh = 3:2 tetapan laju reaksi adalah 4.10-5. Dengan metode konduktometri, tetapan laju reaksi saat volume etil asetat sama dengan NaOH sebesar 5,610. VI. Daftar Pustaka Daniels, et al. 1970. Eksperimental Physical Chemistry, ed.7. Hal 144-149 Findlay. 1967. Practical Physical Chemistry, ed. 8. Hal 307 Shoemaker, et al. 1974. Eksperiments in Physical Chemistry, ed. 3. Hal 3 http://www.scribd.com/doc/57070405/52692056-konduktometri (8 November 2012; 20.45) http://www.scribd.com/doc/87426970/kimia-fisika-iii-kinetika-reaksi- Saponifikasi-Etil-Asetat (8 November 2012; 20.55)
VII. LAMPIRAN Jawaban Pertanyaan 1. Kenyataan yang membuktikan bahwa reaksi penyabunan etil asetat ini adalah orde 2 dapat dilihat pada kurva yang diperoleh. Liniernya kurva yang memiliki nilai R 2 >0,9 atau mendekati 1 menunjukkan bahwa reaksi tersebut merupakan reaksi orde 2. 2. Turunan satuan-satuan SI untuk hantaran jenis dan hantaran molar. Hantaran jenis larutan ialah hantaran sebatang larutan yang panjangnya 1 meter dan luas penampang lintang 1 m 2. Maka untuk dua permukaan sejajar seluas A m 2 dan berjarah 1 m satu sama lain berlaku hubungan : L = к A/1 atau к = L 1/A К = [siemens][m] / [m 2 ] sehingga satuan к adalah siemens.m -1. Hantaran molar didefinisikan jika terdapat dua buah elektroda yang cukup luas dan sejajar dan berjarak 1 m, ditempatkan sejumlah larutan yang mengandung 1 mol elektrolit, dinyatakan dengan Λ. Λ= к / C dengan C adalah konsentrasi larutan dalam mol m-3 sehingga Λ = [siemens][m -1 ] / [mol][m -3 ] sehingga Λ memiliki satuan siemens.m 2.mol -1. 3. Akibat bila titrasi HCl tidak segera dilakukan, berarti titrasi dilakukan ketika suhunya sudah menurun. Hal ini akan mempengaruhi laju reaksi yang diperoleh menjadi lebih lambat karena pada suhu rendah energi kinetik kecil sehingga laju reaksi pun akan kecil. Seandainya titrasi harus ditunda sampai semua percobaan selesai, maka harus dilakukan pemanasan agar laju reaksi yang diperoleh lebih besar dan sesuai dengan harapan. 4. Tiga cara untuk menentukan orde reaksi adalah sebagai berikut. 1. Metode Integrasi Pada metode ini dc/dt ditentukan langsung dengan memplot konsentrasi terhadap waktu. Nilai tangen menunjukkan kecepatan pada daat t. Orde reaksi dan tetapan laju reaksi ditentukan dari kurva log v terhadap log C.
Masalah yang timbul dalam metode ini adalah adanya reaksi samping dan reaksi kebalikan yang dapat mempengaruhi hasil percobaan. Namun cara ini merupakan cara penentuan orde reaksi yang paling tetap. 2. Metode laju reaksi Awal (Initial Rates Method) Pada metode ini, masalah reaksi samping dan reaksi kebalikan dapat ditiadakan. Cara yang dilakukan adalah mengukur laju reaksi awal dengan konsentrasi awal reaktan yang berbeda-beda. 3. Metode waktu paruh Secara umum, untuk reaksi yang berorde n, waktu paruh sebanding dengan 1/Co n-1, dimana Co adalah konsentrasi awal reaktan. Data hasil percobaan dimasukkan ke dalam persamaan di atas, kemudian dibuat kurva yang berbentuk garis lurus dengan cara yang sama seperti pada metode integrasi. Seperti halnya pada metode integrasi, adanya reaksi samping mempengaruhi ketepatan metode ini. 5. Prinsip penentuan energi pengaktifan secara percobaan dan persamaanpersamaan yang digunakan. Energi pengaktifan dapat ditentukan secara ekperimen dengan menentukan nilai tetapan laju reaksi (k) pada berbagai suhu. Dengan mengalurkan ln k terhadap 1/T akan diperoleh kurva. Dari hasil regresi akan diperoleh persamaan garis linear dimana nilai dari kemiringan garis (gradien) sebanding dengan Ea/R sedangkan intersep sebanding dengan 1/A. Digunakan persamaan empiris Arhenius yaitu k = A e -Ea/RT sehingga ln k = -