TK2523 Kimia Fisika

Aida Nur Ramadhani, M.T.

Dr. Ari Diana Susanti

TK2523

Kimia Fisika

KINETIKA REAKSI KIMIA

Definisi.

Perubahan kimia secara sederhana ditulis dalam persamaan reaksi dengan koefisien seimbang.

Namun persamaan reaksi tidak dapat menjawab 3 isu penting berikut:

1. Seberapa cepat reaksi berlangsung?

2. Bagaimana konsentrasi reaktan dan produk saat reaksi selesai?

3. Apakah reaksi berjalan dengan sendirinya dan melepaskan energi, ataukah reaksi memerlukan energi untuk bereaksi?

 Kinetika kimia adalah studi tentang laju reaksi, perubahan konsentrasi reaktan (atau produk) sebagai fungsi dari waktu.

 Reaksi dapat berlangsung dengan laju yang bervariasi, ada yang serta merta langsung terjadi, perlu cukup waktu (pembakaran), atau waktu yang sangat lama seperti pembentukan batubara dan beberapa reaksi peluruhan radioaktif.

Pengukuran dan Penentuan Laju Reaksi

Our Laboratory Practice:

H₂O₂  H₂O + O₂

O₂ gas bubble

Our Laboratory Practice:

H₂O₂  H₂O + O₂

H₂O₂

O₂ gas

Our Laboratory Practice:

H₂O₂  H₂O + O₂

O₂ gas

Our Laboratory Practice:

H₂O₂  H₂O + O₂

H₂O

O₂ gas

Time (min)

Volume O 2 (ml)

Our Laboratory Practice:

H₂O₂  H₂O + O₂

13,356 g

Time (min) H 2O 2 Mass (g)

Laju Reaksi.

Rate of reactant consumption -d[R]/dt

Reactant  Product

Rate of product formation d[P]/dt

 Mengekspresikan Laju Reaksi

t x t

t

x x



 



 



1 2

1 2

waktu Perubahan

posisi Perubahan

Gerak Laju

t t

t 

 

 

 





A) i Konsentras (

A i Konsentras A

i Konsentras

waktu Perubahan

A i konsentras Perubahan

Reaksi Laju

1 2

1 2

   

t B t

Laju A



 



 



 Plot Konsentrasi Terhadap Waktu

       

     

     

t I t

H t

Laju HI

t HI t

I t

Laju H

g HI g

I (g) H

t O t

O H C t

O t

H Laju C

O



 

 

 

 

 



 

 

 

 

 









 

 

 

 

 

 

 









2 2

2 2

2 2

2 4

2 3

4 2

2 4

2 3

4 2

2 2

2 atau 1 )

( 2 )

(

HI membentuk iodine

dan hidrogen

reaksi Untuk

(g) O

H C

(g) O (g)

H

C

 Soal Latihan

Hidrogen merupakan bahan bakar yang ramah lingkungan dikarenakan menghasilkan produk gas non polusi. Sehingga hidrogen sebagai bahan bakar roket dan sumber energi masa depan:

2H₂(g) + O₂(g)  2H₂O(g)

1. Tuliskan laju reaksi ini dalam suku perubahan [H₂], [O₂] dan [H₂O]

terhadap waktu

2. Saat O₂ turun pada 0,23 mol/L.s berapa kenaikan terbentuknya H O?

 Persamaan Laju dan Komponennya

 Untuk reaksi umum:

aA + bB + ...  cC + dD + ...

 Persamaan lajunya berbentuk

Laju = k[A]^m[B]ⁿ

 Konstanta proporsionalitas k disebut juga konstanta laju dan

karakteristik untuk reaksi pada suhu tertentu serta tidak berubah saat reaksi terjadi.

 m dan n disebut orde reaksi, didefinisikan sejauh mana laju reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi masing-masing reaktan.

 Komponen persamaan laju: laju, orde reaksi, dan konstanta laju harus ditentukan berdasarkan eksperimen bukan berdasarkan persamaan

Terminologi Orde Reaksi

NO(g) + O

₃

(g)  NO

₂

(g) + O

₂

(g)

 Persamaan laju hasil eksperimen Laju = k[NO][O₃]

 Reaksi dikatakan orde satu terhadap NO dan orde satu terhadap O₃ dan secara overall reaksi berorde dua

 Menentukan Orde Reaksi

 Misalkan suatu reaksi:

O₂(g) + 2NO(g)  2NO₂(g)

 Persamaan laju dituliskan sebagai Laju = k[O₂]^m[NO]ⁿ

 Untuk menentukan orde reaksi kita harus melakukan serangkaian eksperimen masing-masing dimulai dengan satu set konsentrasi reaktan yang berbeda-beda dan dari masing-masing akan

diperoleh laju awal.

 Laju Awal Serangkaian Eksperimen

Eksperim en

Konsentrasi reaktan awal

(mol/L) Laju awal

(mol/L.s)

O₂ NO

1 2 3 4 5

1,10 x 10^-2 2,20 x 10^-2 1,10 x 10^-2 3,30 x 10^-2 1,10 x 10^-2

1,30 x 10^-2 1,30 x 10^-2 2,60 x 10^-2 1,30 x 10^-2 3,90 x 10^-2

3,21 x 10^-3 6,42 x 10^-3 12,84 x 10^-3

9,63 x 10^-3 28,89 x 10^-3

v = k [O₂]^m [NO]ⁿ

Langkah-langkah penentuan orde reaksi yaitu sebagai berikut.

1. Memilih 2 data percobaan yang salah satunya mempunyai konsentrasi yang sama.

a) Untuk mencari orde reaksi O₂ maka perhatikan [NO] yang sama, misalnya : eksperimen 1 dan 2

b) Untuk mencari orde reaksi NO maka perhatikan [O₂] yang sama, misalnya : eksperimen 1 dan 3

2. Bandingkan 2 data percobaan tersebut dengan memasukkannya kedalam persamaan umum laju reaksi.

v = k [O₂]^m [NO]ⁿ

Orde reaksi O₂ : eksperimen 1 dan 2

�1

�₂=(^�[^�2]^{�[��]�})1

(^�[^�2]^{�[��]�})2

 

3,21×10⁻³

6,42×10⁻³=�[^{1,10× 10− 2}]^�[1, 3 0 × 10⁻²]^�

�[^{2,2 0 × 10− 2}]^�[^{1,30 ×10−2}]^�  

1

2=[1]^�

[2]^�

 

v = k [O₂]^m [NO]ⁿ

Orde reaksi NO: eksperimen 1 dan 3

�1

�₃=(^�[^�2]^{�[��]�})1

(^�[^�2]^{�[�� ]�})3

 

3,21× 10^{− 3}

12,84 × 10^{− 3}=�[1,10 × 10⁻²]^�[1, 3 0 × 10⁻²]^�

�[1,1 0 × 10⁻²]^�[2,6 0 × 10⁻²]^�  

1

4=[1]^� [2]^�  

�=2 

 Soal Latihan

Salah satu reaksi gas yang terjadi dalam kendaraan adalah:

NO₂(g) + CO(g)  NO(g) + CO₂(g) Laju = k[NO₂]^m[CO]ⁿ

Jika diketahui data sebagai berikut, tentukan orde reaksi keseluruhan

Eksperimen Laju awal (mol/L.s)

[NO₂] awal (mol/L)

[CO] awal (mol/L) 1

2 3

0,0050 0,080 0,0050

0,10 0,40 0,10

0,10 0,10 0,20

Persamaan Laju Integral Perubahan Konsentrasi terhadap Waktu

Reaksi orde nol: laju reaksi tetap, tidak bergantung terhadap

 Reaksi orde nol

   

     

   

 

   

k Laju

kt A

A

kt A

A

t k A

A t k

A

A k Laju t atau

Laju A

























 

 

 

 





0

0 0

0

: Integrasi Hasil

Nol Orde

Reaksi

B

A

Reaksi

 Reaksi orde satu

   

     

   

  ^A   ^{A kt}  

A kt A

t A k

A A t k

A

A k Laju t atau

Laju A

t

t









 





 

 

 

 





ln ln

ln : Integrasi Hasil

Satu Orde

Reaksi

B A Reaksi

0

0

 Reaksi orde dua

Reaksi orde dua: laju reaksi berubah secara kuadrat terhadap konsentrasi pereaksi.

 

     

 

    ^{A A kt}

t A k

A A t k

A

t A

t







 





 

 

 

 





0 2 2

2

1 : 1

Integrasi Hasil

k[A]

Laju atau

Laju

Dua Orde

Reaksi

B A

Reaksi

 Contoh Soal 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 0,0050 0,010 0,020

Laju (mol/L detik) 7,5 x 10^-4 3,0 x 10^-3 1,2 x 10^-2

a. Tentukan orde reaksi dan tulislah hukum lajunya b. Hitunglah tetapan laju dan nyatakan satuannya

Penyelesaian Contoh Soal 1

a. Hukum laju pada dua konsentrasi [HI]₁ dan[HI]₂yang berbeda adalah:

4 = (2)ⁿ n = 2

Hukum laju = k[HI]

²

2 HI(g) → H₂(g) + I₂(g)

laju₁ = k([HI]₁)ⁿ laju₂ k([HI]₂)ⁿ

laju₁ = ([HI]₁)ⁿ laju₂ ([HI]₂)ⁿ

3,0 x 10^-3 = (0,010)ⁿ 7,5 x 10^-4 (0,005)ⁿ

Penyelesaian Contoh Soal 1

2 HI(g) → H₂(g) + I₂(g)

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

Waktu Paruh pada Reaksi Orde Satu

N₂O₅(g) → 2NO₂(g) + ½O₂(g) Hukum laju = k [N₂O₅]

−� [ �₂�₅

¿ ¿

�� =� [ �₂�₅¿

 

� [ �₂ �₅ [ � ₂�₅

¿ ¿¿ ¿=− � ��

 

Bila diintegrasikan:

[ �₂�₅ [ �₂�₅

ln  ¿ ¿_� −¿ ¿0=−��

 

[ � �

[N₂O₅]_t = [N₂O₅]₀ e^-kt

Waktu paruh adalah waktu yang diperlukan agar konsentrasi reaktan menjadi setengah dari konsentrasi awal.

[N₂O₅]_t = ½ [N₂O₅]₀, sehingga :

[ �₂�₅ [ �₂�₅

�^−��  =1 2 ¿

0

¿

¿₀ ¿

 

[ � ₂�₅

[ � ₂�₅

1

2 ¿ ¿₀=¿ ¿₀ �^−��  

 

Hasil integrasi : -kt_1/2 = ln ½ [N₂O₅]₀ - ln [N₂O₅]₀ kt_1/2 = ln [N₂O₅]₀ - ln ½ [N₂O₅]₀ kt_1/2 = ln 2

 Contoh Soal 2

Penguraian termal aseton pada suhu 600°C 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 Contoh Soal 2

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 = ln [A]₀ - ln [A]_t 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 Satu Semu

Merupakan reaksi orde kedua atau orde yang lebih tinggi tapi mengikuti reaksi orde satu.

Contoh: C + D →hasil reaksi

Laju reaksinya = k [C] [D]

- = k [C] [D]; bila k [D] tetap maka laju reaksinya = k’ [C]d[C]

dt

atau - d[C]= k’ [C] dan k’ = k [D], k’= tetapan laju orde 1 semu dt

dan waktu paruhnya (t ½) = 0,693/k’

 Contoh Soal 3

Reaksi radikal OH^- dengan metana di atmosfir mempunyai konstanta laju reaksi pada suhu 25°C sebesar 6,3 x 10^-15 mol/L detik.

Reaksinya: OH^- (g) + CH₄ (g) →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 Contoh Soal 3

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

Tugas Kelompok

1. Bentuklah kelompok dengan masing-masing beranggotakan 6 orang.

2. Cari referensi mengenai “Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi Kimia”

3. Buat video mengenai hasil review materi tersebut di atas.

Tugas ini merupakan bukti kehadiran untuk pertemuan ke-12 dalam rangka memenuhi kebijakan penyelesaian perkuliahan hingga tanggal 22 Mei 2020.

Tugas dikumpulkan melalui “googleclassroom”.