Laju reaksi Laju reaksi Laju reaksi - Iqmal Tahir
advertisement
9/21/2012 LABORATORIUM KIMIA FISIKA Kajian reaksi Jurusan Kimia - FMIPA Universitas Gadjah Mada (UGM) Kasus KINETIKA KIMIA Laju Reaksi Δ r G o / kJ ⋅ mol −1 3 1 N 2 ( g ) + H 2 ( g ) → NH 3 ( g ) 2 2 -16.63 1 H 2 ( g ) + O2 ( g ) → H 2O (l ) 2 -237.19 Termodinamika: membuktikan reaksi berlangsung spontan (reaksi akan dapat berlangsung) Drs. Iqmal Tahir, M.Si. Termodinamika : tidak akan dapat menjawab Laboratorium Kimia Fisika,, Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 55281 [email protected] (1) Bagaimana reaksi dapat terjadi ? Tel : 087 838 565 047; Fax : 0274-565188 Email : atau [email protected] Website : http://iqmal.staff.ugm.ac.id http://iqmaltahir.wordpress.com Kajian reaksi 3 1 N 2 ( g ) + H 2 ( g ) → NH 3 ( g ) 2 2 1 H 2 ( g ) + O2 ( g ) → H 2O (l ) 2 (2) Berapa cepat reaksi terjadi ? (3) Bagaimana mekanisme reaksi yang terjadi ? LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Kinetika kimia Laju reaksi T, P, katalis T, katalis Kinetika kimia Mengkaji laju dan mekanisme suatu reaksi kimia Sistem reaksi tidak berada dalam keadaan kesetimbangan Laju reaksi dapat ditentukan dengan pengamatan perubahan konsentrasi spesies-spesiesnya baik dari sisi kuantitas reaktan atau produknya sebagai fungsi dari waktu. laju = konsentrasiakhir − konsentrasiawal Δ[...] = waktuakhir − waktuawal Δt LABORATORIUM KIMIA FISIKA LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Laju reaksi laju = konsentrasiakhir − konsentrasiawal Δ[...] = waktuakhir − waktuawal Δt Satuan laju = (satuan konsentrasi/satuan waktu) Dalam SI : mol/m3/s Secara praktis : mol dm–3 s–1 atau mol dm–3 s–1 Untuk mempelajari laju reaksi : Identifikasi reaktan atau produk Perumusan reaksi yang terjadi Mengukur konsentrasi dari salah satu reaktan atau reaktan pada setiap selang waktu tertentu. Pengukuran salah satu spesies dengan cara kontinyu lebih bermanfaat. Laju reaksi – contoh 1 Reaksi dekomposisi N2O5 : Dinitrogen pentoksida mengikuti reaksi : 2N2O5 (g) → 2N2O 4 (g) + O2 (g) Reaksi dapat dilangsungkan pada kondisi pelarut yang inert seperti CCl4. Saat N2O5 terdekomposisi, p maka N2O4 masuk pada pelarut dan O2 akan terlepas dan dapat diukur. Pengukuran O2 yang dihasilkan dapat dilakukan dengan mudah dengan menjaga temperatur konstan, pengadukan tabung untuk mencegah kejenuhan larutan. LABORATORIUM KIMIA FISIKA LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Jurusan Kimia – FMIPA, UGM 1 9/21/2012 Data pengamatan Laju pembentukan O2 Plot data Laju reaksi yang berlangsung cepat : Dilakukan dengan pengukuran pada setiap selang waktu tertentu dan diambil tangen grafik pada konsentrasi awal : (satuan mL O2 pada kondisi STP.) Laju awal reaksi : Laju pembentukan pada selang waktu awal ketika reaktan-reaktan mulai dicampurkan. Laju reaksi rata-rata : Dihitung berdasarkan laju pembentukan O2 setiap selang waktu tertentu : ΔVol O2 Laju pembentukan O2 = Δt LABORATORIUM KIMIA FISIKA LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Laju reaksi dan stokhiometri pada contoh 1. Laju reaksi Untuk reaksi dekomposisi N2O5 maka stokhiometri dapat diterapkan untuk menghitung konsentrasi N2O5 dari reaksi: Contoh 2: 2N2O5 (g) → 2N2O4 (g) + O2 (g) C4H9Cl(aq) + H2O(l) ⎯⎯→ C4H9OH(aq) + HCl(aq) Untuk setiap mol O2 yang terbentuk maka 2 mol N2O5 akan terdekomposisi. Laju reaksi menjadi : Pada reaksi tersebut, konsentrasi reaktan butil khlorida C4H9Cl diukur pada variasi waktu. Δ[O2 ] 1 Δ[N2O5 ] r= =− . Δt 2 Δt Grafik reaksi : LABORATORIUM KIMIA FISIKA LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Laju reaksi rerata untuk setiap interval adalah dinyatakan sebagai perubahan konsentrasi dibagi dengan perubahan waktu. Δ[C4H9Cl] Laju rerata = Δt C4H9Cl(aq) + H2O(l) ⎯⎯→ C4H9OH(aq) + HCl(aq) Catatan : Laju reaksi akan berkurang selama proses berlangsung. Hal ini karena setelah proses berlangsung maka jumlah tumbukan dari molekul-molekul reaktan akan semakin berkurang. Plot dari konsentrasi lawan waktu untuk reaksi yang terjadi akan menghasilkan gambaran berikut. Slope garis (tangen kemiringan garis) pada setiap titik merupakan laju awal pada waktu tersebut. Semua reaksi akan selalu melambat selama proses berlangsung, konsekuensinya indikator terbaik untuk laju reaksi adalah ditentukan pada laju di awal reaksi. LABORATORIUM KIMIA FISIKA LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Jurusan Kimia – FMIPA, UGM 2 9/21/2012 Laju reaksi dan stokhiometri pada contoh 2. Laju reaksi dan stokhiometri (contoh 3) C4H9Cl(aq) + H2O(l) ⎯⎯→ C4H9OH(aq) + HCl(aq) Bagaimana jika rasio tidak 1:1? Pada reaksi ini, rasio dari C4H9Cl terhadap C4H9OH adalah 1:1. Jadi laju pengurangan C4H9Cl adalah sama dengan laju pertumbuhan C4H9OH. Laju = -Δ[C4H9Cl] Δt = 2 HI(g) ⎯⎯→ H2(g) + I2(g) maka, laju = − 1 Δ[HI] = Δ[I2] 2 Δt Δt Δ[C4H9OH] Δt LABORATORIUM KIMIA FISIKA LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Laju reaksi dan stokhiometri Contoh : Secara umum, laju untuk reaksi Laju pembentukan NO (g) pada reaksi 2NOBr (g) Æ 2 NO (g) + Br2 (g) adalah sebesar 1,6.10-4 M.dt-1. Berapa laju konsumsi NOBr ? aA + bB + ... → eE + fF + ... 1 Δ[A] 1 Δ[B] laju = r = − . =− . a Δt b Δt 1 Δ[E] 1 Δ[F] =+ . =+ . e Δt f Δt Terlihat tentang laju reaksi bahwa perubahan laju reaksi sebagai fungsi dari perubahan konsentrasi. LABORATORIUM KIMIA FISIKA LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Konsentrasi dan Laju (contoh 1) Konsentrasi dan Laju (contoh 4) NH4+(aq) + NO2−(aq) Hubungan antara laju awal dan konsentrasi dapat digambarkan dengan mengetahui tangen pada kurva reaksi dekomposisi N2O5 yang telah diukur Data menunjukkan bahwa laju berbanding langsung dengan konsentrasi mengikuti hubungan : laju = r = k.[N2O5 ] N2(g) + 2 H2O(l) Membandingkan eksperimen 1 dan 2, tampak jika [NH4+] berlipat dua, maka laju awal reaksi juga berlipat dua. Membandingkan eksperimen 5 dan 6, tampak jika [NO2−] berlipat dua, maka laju awal reaksi juga berlipat dua. LABORATORIUM KIMIA FISIKA LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Jurusan Kimia – FMIPA, UGM 3 9/21/2012 Hukum laju reaksi NH4+(aq) + NO2−(aq) N2(g) + 2 H2O(l) Hal ini berarti Laju ∝ [NH4+] Laju ∝ [NO2−] Laju ∝ [NH+] [NO2−] or Laju = k [NH4+] [NO2−] Persamaan ini disebut sebagai persamaan laju reaksi dan k adalah konstanta laju reaksi. Order satu terhadap [NH4+] Order satu terhadap [NO2−] Order total adalah dua. LABORATORIUM KIMIA FISIKA LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Hukum laju reaksi secara umum Hukum laju reaksi menyatakan hubungan antara laju reaksi dan konsentrasi dari reaktan. Pangkat dari konsentrasi menunjukkan order reaksi terhadap masing-masing reaktan. Order reaksi secara keseluruhan adalah jumlahan dari masing-masing order untuk setiap reaktan. Contoh : Laju = k [NH4+] [NO2−] Order reaksi r = ko Order nol r = k [A]α [B ]β L[L ]λ r = k [A] Order satu k : konstanta laju reaksi (koefisien laju) r = k [A]2 Persamaan laju reaksi: k = f (T, P) α, β, …λ adalah order reaksi atau order reaksi parsial α+β + … +λ ≡ n adalah order keseluruhan r = k [A][B ] Order dua 2 r = k [A]2 [B ] r = k [A][B ] Order tiga r = k [A][B ]−2 Order minus satu r = k [A][B ]1 / 2 Order satu setengah ( r = k [A][B ] / 1 − [B ]1 / 2 LABORATORIUM KIMIA FISIKA LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia – FMIPA, UGM Jurusan Kimia – FMIPA, UGM ) Order kompleks Persamaan laju reaksi Reaksi Persamaan laju reaksi H 2 + I 2 → 2 HI r = k [H 2 ][I 2 ] 2 N 2O5 → 4 NO2 + O2 r = k [N 2O5 ] CH 3CHO → CH 4 + CO r = k [CH 3CHO ]3 / 2 H 2 + Br2 → 2 HBr r= Order reaksi k [H 2 ][Br2 ]1 / 2 1 + j[HBr ] /[Br2 ] Catatan : • Persamaan laju reaksi harus ditentukan secara eksperimen, merupakan persamaan empiris. • Bentuk persamaan laju akan dapat menentukan mekanisme reaksi. LABORATORIUM KIMIA FISIKA Jurusan Kimia – FMIPA, UGM 4
