4_teori kinetika reaksi

KINETIKA DAN KATALISIS
SEMESTER GENAP – 2010/2011
TEORI KINETIKA REAKSI
TEORI KINETIKA REAKSI
Teori tumbukan (collision
theory)
Teori kompleks aktif (activated
complex) atau keadaan
transisi (transition state)
by:
Siti Diyar Kholisoh
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA – FTI
UPN “VETERAN” YOGYAKARTA
April 2011
TEORI TUMBUKAN-2
TEORI TUMBUKAN-1
Tinjaulah sebuah reaksi homogen:
A + B produk reaksi
(tinjauan reaksi bimolekuler)
Dasar:
Reaksi hanya dapat berlangsung jika molekulmolekul reaktan saling bertumbukan.
Namun demikian, tidak setiap tumbukan akan
menghasilkan reaksi. Hanya tumbukan yang
berhasil atau efektif saja yang akan menghasilkan reaksi.
Tumbukan yang berhasil (efektif):
Jika tersedia jumlah energi yang cukup dan
orientasi (atau posisi) yang tepat untuk
memutuskan atau memecahkan ikatan dan
membentuk ikatan kimia yang baru.
1
M + MB 
2 
 CA C B
z AB = d AB  8 π R T A
M A M B 

f =e
Kegagalan-kegagalan teori tumbukan dalam menjelaskan kecepatan reaksi:
– Molekul-molekul yang bereaksi mempunyai orientasi
tertentu sebelum bereaksi.
– Reaksi dapat berlangsung dalam beberapa tahap.
– Energi aktivasi tidak saja terlokalisasi dalam ikatan
yang akan diputuskan dalam reaksi, namun juga
dalam beberapa ikatan lainnya.
– Teori tumbukan tidak dapat digunakan untuk reaksi
yang terjadi pada permukaan katalitik.
RT
Karena: r = P . z . f
maka:
MA + MB
2 
r = d AB  8 π R T
MA MB

TEORI TUMBUKAN-3
Teori tumbukan cocok diterapkan untuk kasus:
# reaksi fase gas bimolekuler
# reaksi dalam larutan yang melibatkan ion-ion sederhana
−E
2
1
 −E R T
 e
CA C B

2
TEORI KOMPLEKS AKTIF-1
Reaksi diawali dengan tumbukan antara molekul-molekul
reaktan. Sebelum membentuk produk reaksi, molekulmolekul yang bereaksi membentuk kompleks teraktifkan
yang berada dalam keadaan kesetimbangan termodinamika
dengan molekul reaktan.
Tinjau reaksi homogen: A + B produk reaksi
Jika reaksi tersebut mempunyai mekanisme 2 tahap:
(i) Tahap pembentukan kompleks aktif AB*:
A+B
AB*
(K*)
(ii) Tahap dekomposisi AB* menjadi produk reaksi:
AB*
ν
produk reaksi
(lambat)
Kecepatan reaksi overall ditentukan dari kecepatan
dekomposisi AB*, karena merupakan rate limiting step.
1
TEORI KOMPLEKS AKTIF-2
PERBANDINGAN TEORI – Pengaruh T
Beberapa pendekatan:
# Tahap (ii) lambat rate determining step
# Tahap (i) cepat dan mencapai kesetimbangan
(dalam term aktivitas a)
# Pendekatan termodinamika pada keadaan
kesetimbangan: ∆G* = − R T ln K *
# Dari definisi termodinamika (pada kondisi isotermal
atau T tetap): ∆G = ∆H − T ∆S
Kecepatan reaksi (melalui penjabaran yang serupa dengan
materi kuliah sebelumnya):
k T γ A γ B ∆S* R − ∆H * R T
r= B
e
e
C A CB
h
γ AB
ENERGI AKTIVASI REAKSI (Ea)
Energi minimum yang harus dimiliki oleh molekulmolekul reaktan agar menghasilkan reaksi jika
saling bertumbukan. Hanya molekul-molekul
yang memiliki energi yang sama dengan atau
lebih besar dari energi aktivasi Ea yang dapat
menghasilkan reaksi
Beberapa hal penting:
# Ea merupakan energi untuk jumlah reaksi secara
keseluruhan, bukan masing-masing tahap reaksi.
# Ea selalu berharga positif.
# Sesuai dengan distribusi Maxwell-Boltzmann tentang
energi molekular, jika suhu dinaikkan, maka kecepatan reaksi bertambah. Hal ini disebabkan oleh
semakin banyaknya tumbukan yang mempunyai
energi lebih besar dari Ea.
Harga k secara umum:
dengan:
A' T
m
k = A' T m e
− Ea
RT
[0 ≤ m ≤ 1]
= A = faktor frekuensi tumbukan (faktor
pre-eksponensial)
Soal:
Reaksi fase gas bimolekuler:
NO + Cl2 NOCl + Cl
berlangsung pada 350 K dan 1 atm, serta
mempunyai bentuk kinetika berorde-dua. Jika
reaksi ini mempunyai energi pengaktifan
sebesar Ea = 85 kJ/mol:
a. Berapa persen “efektif”-kah tumbukan
antara molekul-molekul reaktannya?
b. Berapakah nilai konstanta laju reaksi ini
(melalui pendekatan teori tumbukan)?
Jangan lupa, tuliskan juga satuannya.
Diketahui: d NO = 0,14 nm; d Cl2 = 0,24 nm
2