BAB 9
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
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
Æ
C+D
Laju reaksi = f. p. x = f. p. [A].[B] = k. [A].[B]
9.2 TEORI KEADAAN TRANSISI DARI LAJU REAKSI Diagram koordinat reaksi eksoterm dan molekul teraktifkan NO2(g) + CO(g) → NO(g) + CO2(g)
Energi Potensial
O
N….O…..CO
energi reaksi ke kanan NO2(g) + CO(g) Reaktan
energi reaksi ke kiri
∆E reaksi Produk: NO(g) + CO2(g)
Koordinat Reaksi
9.3 HUKUM LAJU REAKSI NO2(g) + CO(g)
NO(g) + CO2(g)
• Laju pengurangan konsentrasi reaktan terhadap waktu • Laju kenaikan konsentrasi produk terhadap waktu
Laju reaksi
Laju = - d[NO2] = - d[CO] = d[NO] = d[CO2] dt dt dt dt
Reaksi umum :
Laju = -
aA + bB
1 d[A] 1 d[B] 1 == a dt b dt c
cC + dD d[C] 1 d[D] = dt d dt
Contoh 9. 1 Pada suhu tinggi, HI bereaksi menurut persamaan berikut: 2 HI(g) → H2(g) + I2(g) Pada suhu 443°C laju reaksi meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi HI sebagai berikut: [HI] (mol/L Laju (mol/L detik)
0,0050 7,5 x 10-4
0,010 3,0 x 10-3
0,020 1,2 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
Penyelesaian a. Hukum laju pada dua konsentrasi [HI]1 dan[HI]2yang berbeda ialah: n laju2 [HI]2 laju1 = k([HI]1)n laju = k([HI] )n laju = [HI] 2
2
1
1
3,0 x 10-3 = 0,010 7,5 x 10-4 0,0050 4 = (2)n
n
n = 2
Hukum laju = k[HI]2
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
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]0 Laju = k (orde nol)
Waktu (t)
Laju yang berkaitan pada dua atau lebih unsur kimia yang berbeda
aA + bB → Produk Laju = -
1 d[A] 1 d[B] == - k [A]m [B]n a dt b dt
Reaksi Orde Pertama:
Waktu paruh, t½ = ln 2 = 0,6931 k k
ln [N2O5]
N2O5(g) → 2NO2(g) + ½O2(g) Hukum laju = k [N2O5) -d[N2O5] = k[N2O5] dt d[N2O5] = -kdt [N2O5] Bila diintegrasikan ln [N2O5]t – ln [N2O5]0 = -kt [N2O5]t = [N2O5]0 e-kt
Grafik: ln c vs t Intersep = ln [N2O5]0
Slope = - k
Waktu (t)
Contoh 9. 2 Penguraian termal aseton pada suhu 600oC 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
Penyelesaian 1. k = 0,693/t½ = 0,693/80 detik = 8,7 x 10-3 detik-1 2. 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
Reaksi Orde Kedua: 2NO2(g) → 2NO(g) + O2(g)
Hukum lajunya = k [NO2]2 -d[NO2] = k[NO2]2 dt d[NO2] = -kdt [NO2]2 Bila diintegrasikan
1 (L mol-1) [NO2]
Untuk reaksi
Slope = 2 k
1 = 1 + 2 kt [NO2]t [NO2]0 2 = koefisien stoikiometri dari NO2 Waktu (t)
Reaksi Orde Pertama Semu Merupakan reaksi orde kedua atau orde yang lebih tinggi tapi mengikuti reaksi orde pertama Contoh: C + D Æ hasil reaksi Laju reaksinya = k [C] [D] d[C] = k [C] [D]; bila k[D] tetap maka laju reaksinya = k’ [C] dt atau -
d[C] dt
= k’ [C] dan k’ = k [D], k’= tetapan laju orde 1 semu
dan waktu paruhnya (t ½) = 0,693/k’
Contoh 9. 3 Reaksi radikal OH- dengan metana di atmosfir mempunyai konstanta laju reaksi pada suhu 25oC sebesar 6,3 x 10-15 mol/L detik. Reaksinya: OH- (g) + CH4 (g) Æ H2O (g) + CH3- (g) 1. Tentukan hukum laju reaksi orde pertama semu jika OH- konstan dan hitunglah k’ jika [OH-] = 1,2 x 106 mol/L 2. Hitunglah waktu paruh metana bila [OH-] = 1,2 x 106 mol/L
Penyelesaian 1. Laju reaksi = k [OH-] [CH4] karena [OH-] konstan maka konstanta laju reaksi = k’ laju reaksi menjadi = k’ [CH4]; dan k’ = k [OH-] k’ = (6,3 x 10-15 mol/L detik) (1,2 x 106 mol/L) = 7,6 x 10-9 detik-1 2. t½ = 0,693/k’ = 0,693/ 7,6 x 10-9 detik-1 = 2 tahun 11 bulan
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
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 ln k = ln A -
Ea RT
≈
ln k = ln A -
y
a
( )( ) Ea R
1 T
b
x
6. Katalis zat yang mempercepat reaksi kimia tetapi tidak mengalami perubahan yang permanen • Katalis homogen • Katalis heterogen Katalis
: fasa sama dengan reaktan : fasa berbeda dengan reaktan
>< Inhibitor
Contoh: Logam platina (Pt) mengkatalis reaksi hidrogenasi etena menjadi etana
H2 + C2H4
→ Pt
C2H6
Etilena Fasa gas
H2 Fasa gas Etilena, C2H4 teradsorpsi C2H5, Zat antara
Permukaan Pt
Etana, C2H6 terdesorpsi
Atom H2 teradsorpsi Etana, C2H6 teradsorpsi
Energi Potensial
Katalis
Penghalang energi tanpa katalis
Ea.f
Ea.f
Penghalang energi dengan katalis
Reaktan
Ea.r
Menurunkan energi aktivasi Ea.r
∆E
Produk Koordinat reaksi
9.5 MEKANISME REAKSI Mekanisme reaksi menyatakan jenis dan jumlah tahap pada suatu reaksi
Reaksi Elementer Unimolekular :
N2O5* → NO2 + NO3 laju = k [N2O5*]
Bimolekular :
NO(g) + O3(g) → NO2(g) + O2(g) laju = k [NO] [O3]
Termolekular :
I + I + Ar → I2 + Ar laju = k [ I ]2 [Ar] laju = k [ I ]2
Contoh 9. 4 Carilah molekularitas pada reaksi satu tahap beikut: a. NO + N2O5 Æ
3NO2
b. 2NO + Cl2 Æ 2NOCl c. Cl + Cl + M Æ Cl2 + M d. C6H5 – CH NC – CH
Æ
C6H5 – CH (isomer cis trans) CH - CN
Penyelesaian a. bimolekular (2 molekul yaitu NO dan N2O5) b. termokular (3 molekul yaitu 2 molekul NO dan 1 molekul Cl2) c. termokular (3 molekul yaitu Cl, Cl, dan M) d. unimolekular (1 molekul)
9.6 ENZIM SEBAGAI KATALIS Enzim merupakan protein globular yang dapat mengkatalisis reaksi biokimia spesifik
Mekanisme Kerja Enzim
E+S
E–S Æ E–P Æ E+P
S = substrat; P = produk
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
LATIHAN SOAL-SOAL 1. Dalam mengkaji reaksi piridina (C5H5N) dengan metil iodida (CH3I) dalam larutan benzena, berikut ini adalah data laju reaksi awal yang diukur pada suhu 25oC untuk berbagai konsentrasi awal dari dua reaktan: [C5H5N] (mol/L) [CH3I](mol/L) Laju(mol/L detik) 1,00 x 10-4
1,00 x 10-4
7,5 x 10-7
2,00 x 10-4
2,00 x 10-4
3,0 x 10-6
2,00 x 10-4
4,00 x 10-4
6,0 x 10-6
a. Tentukan hukum laju untuk reaksi ini b. Hitunglah konstanta laju dan nyatakan satuannya c. Hitunglah laju reaksi untu larutan dengan [C5H5N] 5,0 x 10-5 M dan [CH3I] 2,0 x 10-5 M
2. Senyawa A terurai membentuk B dan C pada reaksi yang mengikuti ordo pertama. Pada suhu 25oC konstanta laju reaksinya adalah 0,0450 detik-1. Hitunglah waktu paruh zat A pada suhu 25oC 3. Dimerisasi tetrafluoroetilena (C2F4) menjadi oktafluorosiklobutana (C4F8) mempunyai orde kedua untuk pereaksi C2F4 dan pada suhu 450 K konstanta lajunya k = 0,0448 L mol-1 detik-1. Jika konsentrasi awal C2F4 0,100 M, berapa konsentrasinya sesudah 250 detik 4. Pada suhu 600 K, konstanta laju untuk dekomposisi reaksi ordo pertama nitroetana : CH3CH2NO2 (g) Æ C2H4 (g) + HNO2 (g) adalah 1,9 x 10-4 detik-1. Sampel CH3CH2NO2 dipanaskan pada suhu 600 K dan pada suhu ini tekanan parsial awalnya adalah 0,078 atm. Hitunglah tekanan parsialnya setelah 3 jam
5. Identifikasi setiap reaksi elementer berikut sebagai unimolekular, bimolekular, atau termolekular, dan tulislah hukum lajunya a. HCO + O2 Æ HO2 + CO b. CH3 + O2 + N2 Æ CH3O2N2 c. HO2NO2 Æ HO2 + NO2 6. Tetapan laju dari reaksi elementer: BH4- (aq) + NH4+ (aq) Æ BH3NH3 (aq) + H2 (g) ialah k = 1,94 x 10-4 L/mol detik pada suhu 30oC dan reaksi memiliki energi aktivasi 161 kJ/mol. Hitunglah tetapan laju reaksi di atas pada suhu 40oC
