PERSAMAAN KINETIKA ATAU KECEPATAN REAKSI
Kinetika dan Katalisis Semester Genap Tahun Akademik 2010-2011
Bagaimana persamaan kinetika sebuah reaksi dapat diperoleh?
ANALISIS & INTERPRETASI DATA KINETIKA
1. Pemilihan spesies (reaktan atau produk) untuk memantau atau mengamati keberlangsungan reaksi Data-data dan persamaan-persamaan kecepatan reaksi yang tersedia dari literatur
- SISTEM REAKTOR BATCH r = ...?
siti diyar kholisoh
2. Pemilihan jenis reaktor dan mode pengoperasiannya 3. Pemilihan metode untuk mengamati keberlangsungan reaksi terhadap waktu 4. Pemilihan strategi percobaan, yakni bagaimana cara melakukan percobaan kinetika, termasuk jumlah dan jenis percobaan yang diperlukan; bagaimana mengantisipasi adanya kemungkinan reaksi-reaksi samping; bagaimana kondisi operasinya; bagaimana menjamin supaya data-data yang dihasilkan mempunyai reproducibility tinggi; dsb. 5. Pemilihan metode untuk menentukan harga-harga parameter kecepatan reaksi secara kuantitatif/numerik.
Dari Neraca Massa A di Reaktor
Data Kinetika – Sistem Batch
dn A = rA V dt
A + B produk reaksi CA vs t; nA vs t XA vs t; 1-XA vs t pA vs t P vs t V vs t (sistem volume berubah) dan lain-lain. Perlu memahami hubungan antar besaran tersebut di atas…!!!
Metode-metode untuk memperoleh data kecepatan reaksi dari percobaan di laboratorium, menganalisisnya, dan menginterpretasikannya. Postulasi mekanisme reaksi untuk memprediksi persamaan kecepatan reaksi
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA – FTI UPN “VETERAN” YOGYAKARTA Thursday, 19th May 2011
PERCOBAAN KINETIKA REAKSI Pendekatan umum:
d
−nA0
dX A = rA V dt
dX A V dC A = = rA −C A0 dt = rA dt dt
PROSEDUR ANALISIS DAN INTERPRETASI DATA KINETIKA
nA
1. Metode Integral 2. Metode Diferensial
1 dp A = rA RT dt −
C A0 dX A C dV C d ( ln V ) = rA − A0 = − A0 = rA 1 + ε A X A dt V ε A dt εA dt
1
Metode Integral (Integrasi) Didasarkan pada hasil integrasi persamaan kecepatan reaksi. Pada metode ini, analisis data kinetika dilakukan dengan mengalurkan beberapa fungsi konsentrasi reaktan versus waktu, dalam grafik-grafik yang bersesuaian. Relatif mudah digunakan dan diterapkan, meskipun bersifat trial and error Direkomendasikan untuk: ♦pengujian sebuah mekanisme reaksi ♦persamaan kinetika yang sederhana ♦data kinetika yang persebarannya tidak cukup baik (atau tidak menentu)
Metode Diferensial (Diferensiasi) • Didasarkan pada diferensiasi data-data percobaan (konsentrasi versus waktu) untuk memperoleh kecepatan reaksi yang sebenarnya. Pada metode ini, analisis data kinetika dilakukan dengan menduga beberapa hubungan antara kecepatan reaksi sebagai fungsi konsentrasi, dan menguji dugaan-dugaan tersebut melalui grafik-grafik yang bersesuaian. • Terkait langsung dengan persamaan kecepatan reaksi dalam bentuk diferensial. • Mengevaluasi harga-harga turunan dCi/dt atau dpi/dt atau dP/dt dalam persamaan kecepatan reaksi (dari data-data percobaan) • Dapat digunakan untuk persamaan-persamaan kinetika yang lebih kompleks
METODE INTEGRAL (trial and error)
1. Metode grafik (atau grafik pembanding) 2. Metode merata-ratakan harga k (k averaging procedure) 3. Metode fractional life (metode ini hanya bisa diterapkan untuk model kinetika hukum pangkat)
• Memerlukan data-data yang banyak dan akurat
Prosedur Umum Metode Integral
Metode Grafik Pembanding
Metode Perata-rataan Harga k
Kelengkungan positif: orde reaksi yang ditebak (atau diasumsikan) lebih besar daripada orde reaksi sebenarnya. Kelengkungan negatif: orde reaksi yang ditebak (atau diasumsikan) lebih kecil daripada orde reaksi sebenarnya.
Grafik (a): harga-harga k tidak konsisten (karena adanya variasi yang cukup lebar antara harga-harga k yang dihitung pada pasangan-pasangan data yang berbeda). Grafik (b): harga-harga k relatif konsisten (karena hargaharga k yang dihitung pada pasangan-pasangan data yang berbeda tidak terlalu bervariasi).
2
Contoh Soal 1#:
Metode Fractional Life Hubungan antara fractional life suatu reaksi (tF) dengan konsentrasi awal reaktan (CA0):
tF =
F 1− n − 1 1− n C (n − 1) k A0 (n ≠ 1)
atau:
F 1− n − 1 + (1 − n ) log C A0 log t F = log (n − 1) k
Metode Grafik Pembanding Jika orde yang ditebak: n = 1
Analisis Anda…?
Di dalam sebuah reaktor batch bervolume-tetap, reaktan A terdekomposisi menurut persamaan reaksi homogen berikut: A produk Komposisi A dalam reaktor (CA) yang diukur pada berbagai variasi waktu t disajikan sebagai berikut: t (detik) CA (mol/liter)
Metode Grafik Pembanding Jika orde yang ditebak: n = 0
0 20 40 60 120 180 300 10 8 6 5 3 2 1
Tentukan persamaan kinetika reaksi yang merepresentasikan data-data kinetika tersebut di atas, dengan menggunakan metode integral dan metode diferensial. Persamaan kecepatan reaksi dianggap mengikuti model hukum pangkat: − rA = k C An
Analisis Anda…?
Sumber: Levenspiel, 1999
Metode Grafik Pembanding Jika orde yang ditebak: n = 2
Analisis Anda…?
Metode Grafik Pembanding Cek: Jika n
= 1,4
Nilai k = slope grafik linier yang diperoleh
Analisis Anda…?
3
Metode Perata-rataan Harga k
Metode Perata-rataan Harga k
Metode Fractional Life (F = ½)
Cek:
n = 1,4
Jadi: krata-rata = …………………..
Analisis Anda…?
Penentuan n dan k: log t 1
( )
2
1 1− n − 1 = log 2 + (1 − n ) log C A0 (n − 1) k
Dengan demikian, n dan k dapat ditentukan berdasarkan nilai-nilai slope dan intercept.
Jangan lupa: Satuan k: …..?
Metode Diferensial (dengan Teknik Linierisasi) − rA = −
d CA n = k CA dt
Metode Diferensial (secara Trial and Error) Bentuk persamaan kecepatan: − rA = −
d CA = f ( CA ) dt
dengan f(CA) ditebak atau diasumsikan.
− rA = −
d CA k1 C A = dt 1 + k2 C A
Bentuk persamaan kecepatan reaksi tebakan tersebut dianggap sesuai jika plot tersebut menghasilkan bentuk yang linier.
4
Smooth-Curve atau Freehand-Curve
Prosedur Umum Metode Diferensial
(b)
(a) Contoh smooth-curve atau freehand-curve ditunjukkan pada kurva (a). Smooth-curve harus dibuat secara hatihati, dengan pandangan mata. Pada umumnya kurva ini tidak akan melewati semua titik data, tetapi mampu menunjukkan kecenderungan (trendline) data. Bandingkanlah dengan kurva (b), yang melewati semua titik data, tetapi justru tidak menunjukkan kecenderungan data.
METODE DIFERENSIAL Penentuan
d CA : dt
1. Metode Grafik Metode garis singgung Metode diferensiasi (sederhana; equal area) 2. Metode Numerik Metode finite-divided difference Metode curve-fitting Metode diferensial yang lain: 1. Metode isolasi 2. Metode initial rate
Contoh Soal #2:
Metode Garis Singgung CA (mol/L)
Data berikut ini diperoleh melalui eksperimen reaksi dekomposisi reaktan A pada 0oC dalam sebuah reaktor batch bervolume-tetap menggunakan gas murni (reaktan) A:
Nilai n dan k dapat ditentukan
Tangents (garis-garis singgung) pada titik-titik data yang bersesuaian t (detik)
Jangan lupa satuannya!
Waktu (menit) Tekanan parsial A (mm Hg)
0
2
4
6
8
10
12
14
∞
760 600 475 390 320 275 240 215 150
Jika stoikiometri reaksinya dituliskan sebagai: A → 2,5 R tentukan persamaan kecepatan reaksi yang merepresentasikan data-data di atas!
Soal Nomor 40
5
Contoh Soal: Sucrose is readily hydrolysed to glucose and fructose in acidic solution. The hydrolysis can be monitored by measuring the angle of rotation of plane-polarized light passing through the solution. From the angle of rotation the concentration of sucrose can be determined. An experiment on the hydrolysis of sucrose in 0.50 M HCl (aq) produced the following data: t/min Sucrose/M
0 14 39 60 80 110 0,316 0,30 0,274 0,256 0,238 0,211
UTS KinKat - Genap 2003/2004
UTS KinKat – SP 2007/2008 Reaksi homogen: A → 1,5 P berlangsung dalam sebuah reaktor sistem batch bervolume-tetap pada kondisi isotermal. Mula-mula: CA0 = 100 mmol/liter, dan pada berbagai waktu (t) dicatat nilai konversi reaktan A (XA) seperti tersaji pada tabel berikut ini: t (menit) XA (%)
15 37,26
40 65,40
65 78,11
90 84,92
120 89,59
a) Berdasarkan data di atas, buktikan bahwa reaksi ini berorde 1,5. (Silakan pilih sendiri metode yang akan Anda gunakan) b) Apakah reaksi ini elementer? Berikan alasan singkat. c) Tentukan nilai kecepatan reaksi spesifiknya! Tuliskan juga satuannya.
Dimerisasi butadiena (A): 2 A → P dilangsungkan secara batch (sistem bervolume konstan) pada 60oC, dengan reaktan awal berupa A murni. Keberlangsungan reaksi diamati melalui pengukuran tekanan total sebagai fungsi waktu sbb: t (menit)
0
5
10
20
35
50
80
Pt (torr)
630
611
592
559
523
497
463
Jika persamaan kinetika mengikuti model umum: -rA = k CAn, tentukan harga-harga n (orde reaksi) dan k.
6
