Tugas Penentuan nilai kinetika laju reaksi

(1)

Tugas Teknik Reaksi Kimia

Anggi Sagitha Putri

TUGAS Penentuan nilai kinetika laju reaksi

[Type the document s ubtitle]

Anggi Sagitha

(2)

Tugas Teknik Reaksi Kimia | Sekolah Tinggi Teknologi Indocement

1 METODE PENENTUAN ORDE REAKSI

LajuReaksidanPersamaanLaju

1. Pengertian Laju Reaksi

Laju menyatakan seberapa cepat atau seberapa lambat suatu proses berlangsung. Laju juga menyatakan besarnya perubahan yang terjadi dalam satu satua waktu. Satuan waktu dapat berupa detik, menit, jam, hari atau tahun.

Reaksi kimia adalah proses perubahan zat pereaksi menjadi produk. Seiring dengan bertambahnya waktu reaksi, maka jumlah zat peraksi semakin sedikit, sedangkan produk semakin banyak. Laju reaksi dinyatakan sebagai laju berkurangnya pereaksi atau laju terbentuknya produk.

1.1Bagisuatureaksikimiadenganpersamaanstoikiometrisebagaiberikut

aA + b B --- c C + d D laju reaksi r didefinisikan sebagai

r = - dt a

dA 1 = -

dt b

dB 1 = -

dt c

dC 1 = -

dt d

dD 1

Dimensidari r adalah :konsentrasi/waktu. Bagisistem gas, dimanadiandaikanpersamaan gas ideal berlaku, maka :

konsentrasi = n/V = P/RT

sehingapadasuhutetap, konsentrasidapatdigantidengantekanan P.

Untukpengamatandenganspektrofotometer, konsentrasidapatdigantidenganabsorbansi.

1.2 Lajureaksi r merupakanfungsidariberbagaivariabel yang menentukanjalanreaksi, seperti :konsentrasipereaksi, konsentrasihasilreaksi, suhu, tekanan total (bagisistem gas), zat-zat lain di luarpereaksidanhasilreaksi (sepertikatalis), dansebagainya. Jadi

r = f(T,P,[X_i],C,…)

(3)

2 kefungsian r padakonsentrasidisebutsebagaipersamaanlaju, yang merupakanungkapan yang

diperolehsebagaisuatupengamataneksperiment. Dengan kata lain, bentukpersamaanlajutakdapatdiperolehdaripersamaanstokiometri ;bentukstokiometri yang samadapatmenghasilkanlaju yang berbeda.

Beberapacontohberikutdapatmemperjelas.

a. Reaksihidrogendenganiodmembentukhidrogeniodid (fasa gas).

H₂ + I₂ = 2HI memiliki persamaan laju

r = k[H2][I2]

b. Reaksi hidrogen dengan brom membentuk hidrogen bromid (fasa gas) H2 + Br2 = 2HBr

memiliki persamaan laju

  

   

2 1

2 2

1 Br

k HBr Br H r k

 

c. Reaksi pembentukan fosgen (fasa gas).

CO + Cl2 = COCl2 memiliki persamaan laju

r = k[Cl2]^3/2[CO]

d. Reaksi penguraian asetaldehida (fasa gas) CH₃CHO = CH₄ + CO

memiliki persamaan laju

r =k[CH₃CHO]^3/2

Kesimpulan :persamaanstokiometrisuatureaksitidakmenggambarkan proses kimia yang berlangsungsecaralengkap. Yang sebenarnyaberlangsungadalahlebihrumitdaripada yang digambarkanolehpersamaanstokiometri.

(4)

3

1.3 Persamaanlajudapatmemilikiberbagaibentuk.

Bilapersamaanlajuberbentukperkaliandarikonsentrasi, masing-masingdenganpangkattertentu, seperti :

r = k[A]^a[B]^b[C]^c…

makadapatdidefinisikanpengertianordereaksi, yaitu : a = ordereaksiterhadap A b = ordereaksiterhadap B danseterusnya, sedangkan

k = tetapanlajureaksi.

Ordereaksidapatbilanganbulatataupecahan,

positifmaupunnegatif.Bilapersamaanlajutakdapatdituliskandalambentukpemfaktoransepertidi

atas, sepertidalamhalreaksiantarahidrogendanbrom,

makareaksidikatakantakmemilikiordetertentuterhadapberbagaikomponennya.

1.4 Penentuanorderaksidapatdilakukanmelaluiduacara, yaitu

:caradifferensialdancaraintegral. Dalamcaradifferensial, yang ditentukanadalahordereaksiterhadapsalahsatukomponenpereaksi, sedangkandalamcara integral dilakukanpengandaiansuatuordereaksidandicekdengan data reaksi.

a. Cara diferrensialdidasarkanataspenggunaanpersamaanlajusecaralangsung.

Untukkasussatukomponen, denganpersamaaanlaju r = k[A]^a

maka

ln r = ln k + a ln [A]

Pengaluranln r terhadapln [A] dari data pengamatan, akanmenghasilkangarislurus, dengankoeffisienkelerengan (slope) a danperpotongandenganordinatpadaln k.

Dengandemikianordedapatlangsungditentukanmelaluipenarikangarislurusterbaik (berdasarkan data pengamatan) danpenentuankelerengannya.

Bilareaksiterdiriatasduapereaksi, denganpersamaanlajudituliskansebagai r = k[A]^a[B]^b

salahsatukomponendibuatberharga “tetap”, denagancaramenggunakankonsentrasi yang jauhlebihbesardari yang lain. Jadi, jika [B]>>[A],makaperubahanharga [A]

takakanbanyakmempengaruhi [B] sehinggaselamareaksiberlangsungdapatdianggap “tetap”.

Dengandemikian, dariungkapan

(5)

4 ln r = {ln k + b ln [B]} + a ln [A]

Pengaluranln r terhadapln [A] tetapmenghasilkanordeterhadapAdengansukudalamkurung {…} merupakanperpotongandenganordinat. Proses inidapatdibalik, denganmembuatkonsentrasiA “tetap” untukmemperolehordeterhadap b, dankemudianhargatetapanlaju k.

b. Cara integral didasarkanataspengandaianhargaordereaksitertentuterhadapsuatukomponen.

Jadidiandaikanberorde a terhadapkomponen A, persamaamlajumenjadi( untuksatukomponen ) :

r =-

 

ÂÂâ

d = -k dt

Bilaordereaksi a=1, integrasimenghasilkanungkapan

ln [A] = ln [A]0 – kt

sehinggapengaluranln [A] terhadap t akanmenghasilkangarislurus, dengankelerangansebesar –k. Disini [A]0adalahkonsentrasi A padaawalreaksi, yaitu t=0.

Biladigunakanandaianorde a1, integrasiakanmenghasilkan

 

^A^a

 

Ââ â^k ^^t



 



 _

 1

1 1

1 0 1

Pengaluran

 

^A¹^a^¹dari data eksperimentterhadapwaktu t akanmenghasilkankurvagarislurus, dengankelerengansebesar 



 



a1 k .

Cara integral biasanyadigunakansetelahadaindikasibesarordereaksidaricaradifferensial.

Penentuan nilai kinetika laju reaksi

 Metode Penentuan Kinetika Laju Reaksi o Metode Integral

o Metode Diferensial

(6)

5 A. Metode Integral

Cara Langsung Dengan trial and error Cara tidak langsung Dengan linierisasi

 Penentuan nilai k metode integral

B. Metode Diferensial Cara Langsung

Dengan euler atau runge-kutta Cara tidak langsung

Dengan linierisasi (finite difference)

 Penentuan nilai k metode diferensial

(7)

6 Berikut ini adalah factor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi:

 Konsentrasi

Kecepatan reaksi bergantung pada banyak factor. Konsentrasi reaktan memainkan peran penting dalam mempercepat atau memperlambat rekasi tertentu. Konsentrasi mempengaruhi laju reaksi karena banyaknya partikel memungkinkan lebih banyak tumbukan, dan itu membuka peluang semakin banyak tumbukan efektif yang menghasilkan perubahan.

Suhu

Kenaikan suhu dapat mempercepat laju reaksi karena dengan naiknya suhu, energy kinetic partikel zat-zat meningkat sehinga memungkinkan semakin banyaknya tumbukan efektif yang menghasilkan perubahan. Berdasarkan teori tumbukan, reaksi terjadi bila molekul bertumbukan dengan energy yang cukup besar, disebut energy aktivasi. Untuk memutus ikatan dan mengawali reaksi, konsatanta laju dan energy aktivasi dihubungkan oleh persamaan Arrhenius.

k = Ae-^Ea/RT

keterangan:

Ea = energy aktivasi T = suhu mutlak

A = frekuensi tumbukan

(8)

7

Luas Permukaan

Luas permukaan mempercepat laju reaksi karena semakin luas permukaan zat, semakin banyak bagian zat yang saling bertumbukan dan semakin besar peluang adanya tumbukan efektif menghasilkan perubahan.

Semakin luas permukaan zat, semakin kecil ukuran partikel zat, reaksi pun akan semakin cepat.

 Katalis

Katalis ialah zat yang mengambil bagian dalamn reaksi kimia dan mempercepatnya, tetapi ia sendiri tidak mengalami perubahan kimia yang permanen. Jadi, katalis tidak muncul dalam laju persamaan kimia balans secara keseluruhan, tetapi kehadirannya sangat mempengaruhi hukum laju, memodifikasi dan mempercepat lintasan yang ada.

Katalis menimbulkan efek yang nyata pada laju reaksi, meskipun dengan jumlah yang sangat sedikit. Dalam kimia industry, banyak upaya untuk menemukan katalis yang akan mempercepat reaksi tertentu tanpa meningkatkan timbulnya produk yang tidak diinginkan (Oxtoby, 2001).

Efek pelarut

Pengaruh pelarut terhadap laju penguraian obat merupakan suatu topic terpenting untuk ahli farmasi. Walau efek-efek tersebut rumit dan generalisasi tidak dapat dilaksanakan. Tampak reaksi nonelektrolik dihubungkan dengan tekanan dalam relative atau parameter kelarutan dari pelarut dan zat terlarut. (Martin, 1993)

Proses laju merupakan hal dasar yang perlu diperhatikan bagi setiap orang yang berkaitanKefarmasiaan, mulai dari pengusaha obat sampai ke pasien. Pengusaha obat harus dengan jelas menunjukkan bahwa bentuk obat atau sediaan yang dihasilkannya cukup stabil sehingga dapat disimpan dalam jangka waktu yang cukup lama, dimana obat tidak berubah menjadi zat tidak berkhasiat atau racun, ahli farmasi harus mengetahui kestabilan potensial dari obat yang dibuatnya. Dokter dan pasien harus diyakinkan bahwa obat yang ditulis atau digunakannya akan sampai pada tempat pengobatan dalam konsentrasi yang cukup untuk mencapai efek pengobatan yang diinginkan. Ada beberapa prinsip dan proses laju yang berkaitan dimasukkan dalam rantai peristiwa ini yaitu: kestabilan dan tak tercampurkan,

(9)

8 disolusi, proses absorbs,distribusi dan eliminasi, dan kerja obat pada tingkat molekuler obat

(Martin, 1993)

Orde reaksi dapat ditentukan dengan beberapa metode,

1. Metode substansi. Data yang terkumpul dari hasil pengamatan jalannya suatu reaksi disubtitusikan ke dalam bentuk integral dari persamaan berbagai orde reaksi. Jika persamaan itu menghasilkan menghasilkan harga K yang tetap konstan dalam batas-batas variasi percobaan, maka reaksi dianggap berjalan sesuai dengan orde tersebut.

2. Metode grafik. Plot data dalam bentuk grafik dapat digunakan untuk mengetahui orde reaksi tersebut. Jika konsentrasi diplot terhadap t dan didapatkan garis lurus, reaksi adalah orde nol. Reaksi dikatakan orde pertama bila log (a-x) terhadap t menghasilkan garis lurus. Suatu reaksi orde-kedua akan memberikan garis lurus bila 1/(a-x) diplot terhadap t (jika konsentrasi mula-mula sama). Jika plot 1/(a- x)² terhadap t menghasilkan garis lurus dengan seluruh reaktan sama konsentrasi mula-mulanya, reaksi adalah orde-ketiga.

3. Metode waktu-paruh. Dal reaksi orde, waktu paruh sebanding dengan konsentrasi awal a, waktu paruh reaksi orde-pertama tidak bergantung pada a, waktu paruh untuk reaksi orde-kedua, dimana a=b sebanding dengan 1/a dari dalam reaksi orde- ketiga, dimana a=b=c, sebanding dengan 1/a².

Tugas Teknik Reaksi Kimia

Metode Integral

��

�� = − ��

(10)

9

��

�� = − ��_�^� [ln��]_��^�� = − � ��

ln Ct – ln Cto = -kt ln Ct = -kt + ln Cto y = bx + a

Tabel Integral

t Ct (mol/m³) Ln Ct

0 100 4,605170186

4 22 3,091042453

8 8 2,079441542

12 2 0,693147181

16 0,5 -0,693147181

24 0,01 -4,605170186

Berdasarkan persamaan ln CT = -kt + ln Cto y = bx + a

y = -0.373x + 4.846 -6

-4 -2 0 2 4 6

0 5 10 15 20 25 30

Ln Ct

t(waktu)

Hasil Grafik Linier Integral

Ряд1

Л не ная Ряд1

(11)

10 Dan berdasarkan persamaan linear pada grafik, y = -0,3735x + 4,8457 dapat

disimpulkan nilai k = 0,3735 Metode Differensial

��

�� = − ��

−��

�� = ��

− ��

�� = ln[ ��]

− ��

�� = ln + ln��

= + Mencari nilai ^��

�� dengan metode finite difference : 1. Initial

��

�� _{� ��} = −3 �� + 4 ��+1− ��+2

2∆�

[dCa]

[��] = −3 100 + 4 22 −8

2(4) = −220

8 = −27,5

2. Interior

[dCa]

[��] 1 =�2− �0

2(4) =8−100

2(4) = −92

8 = −11,5

[dCa]

[��] 2 = �3− �1

2(4) =2−22

2(4) = −20

8 = −2,5

[dCa]

[��] 3 = �4− �2

2(4) =0,5−8

2(4) = −7,5

8 = −0,9375

(12)

11 [dCa]

[��] 4 = �5− �3

2(4) =0,01−2

2(4) = −1,99

8 = −0,24875

3. Final

[dCa]

[��] � =3 �5 −4 �4 +�3

2(8) = 3 0,01 −4 0,5 + 2

2(8) = 0,03

16 = 0,001875

Tabel Diferensial

t Ct Ln Ct dCt/dt (-) dCt/dt Ln (-) dCt/dt

0 100 4,60517 -27,5 27,5 -3,314186005

4 22 3,091042 -11,5 11,5 -2,442347035

8 8 2,079442 -2,5 2,5 -0,916290732

12 2 0,693147 -0,9375 0,9375 0,064538521

16 0,5 -0,69315 -0,24875 0,24875 1,391306903 24 0,01 -4,60517 0,001875 (-)0,001875 6,27914662

y = 0.389x - 3.974

-6 -4 -2 0 2 4 6 8

0 10 20 30

Ln (-) dCt/dt

t(waktu)

Hasil Grafik Linier Diferensial

Ряд1

Л не ная Ряд1

(13)

12 Berdasarkan persamaan − ^��_�� = ln + ln��

= +

Dan berdasarkan persamaan linear pada grafik y = 0,3892x - 3,9746, dapat disimpulkan nilai ln k = 3,9746.

Jadi, nilai k = 0,01878.