Kinetika KimiaKinetika kimia : laju dan dinamika reaksi Fungsi dari: SuhuKonsentrasikatalis

Applications

Arti penting kinetika kimiaPembuatan tapePembuatan tempePembuatan pupukPengilangan minyakPembuatan sabunPembuatan kejuPembuatan winedsb

Some industrial catalytic reactionP. Andrigo et al. / Catalysis Today 52 (1999) 197221

Laju ReaksiLaju reaksi adalah besarnya perubahan konsentrasi reaktan atau produk dalam satuan waktu tertentu.Rumusan umum

a A + b B c C + d Dlaju reaksi=pengurangan konsentrasi A atau B per satuan waktu atau pertambahan konsentrasi C dan D persatuan waktu

Untuk reaksi :

Br2 (aq) + HCOOH (aq) 2 Br - (aq) + 2 H+ (aq) + CO2 (g)

waktuKonsentrasi A[A]t[A]t=0tA Brt = -d [A]t = k [A]t dtPerubahan laju terhadap waktu:Laju awalr0 = -d [A]0 = k [A]0 dtLaju awal:laju pada saatt = 0

Hukum laju reaksiHubungan antara konsentrasi reaktan dan suhu dengan laju reaksi

Hubungan umum a A + b B + c C d D + e Er [A]x[B]y[C]zAtau : r = k [A]x[B]y[C]zk= konstanta laju reaksi x,y, z = orde reaksi (tingkat ketergantungan laju reaksi pada suatu konsentrasi reaktan)

Persamaan umumr = k [A]x[B]y[C]z

k = f(suhu reaksi)[A]x[B]y[C]z = f(konsentrasi)

Scheme of the phases occurring in the kinetic study of a reactionE. Santacesaria, Catalysis Today 52 (1999) 113123

Penentuan laju dan orde reaksi secara eksperimen : Metoda IsolasiAmbil reaksi umum :

a A + b B c C + d Dr = k[A]x[B]yKonstankan salah satu reaktan dengan penambahan tak berhingga atau penambahan yang tetap (misal reaktan A). Variasikan konsentrasi B untuk menghitung orde reaksi terhadap B. Hitung laju awal reaksi.

r = (konstanta) [B]yln r = y ln [B] ; garis lurus

Tipe-tipe reaksiTipe reaksi tergantung orde total reaksiTipe reaksi diperlukan untuk menghitung sisa reaktan setelah periode tertentuTipe-tipe reaksiorde nol (tidak tergantung pada konsentrasi reaktan)orde-1orde-2

Reaksi Orde PertamaMisalkan ada reaksi: A produk laju reaksi = r = -D[A]/D t = -d [A]/dt = k[A]atau : d [A]/[A] = - k dtBila kedua ruas diintegralkan, diperoleh fungsi antara konsentrasi A dengan waktu. Untuk mengubah [A]0 menjadi [A]

satuan k adalah detik-1, t1/2 = waktu yang dibutuhkan untuk mengubah [A]0 menjadi separuhnya.

Reaksi orde duaDefenisi umum

A + B produk;r = k[A][B] 1A produk;r = k[A]2 2Reaksi 1 adalah orde satu terhadap A dan B, namun orde dua secara keseluruhan Reaksi 2 adalah reaksi orde 2 terhadap A

Untuk reaksi ini, hubungan konsentrasi A dengan waktu dapat dirumuskan:

Teori terjadinya reaksi: Teori tumbukanDengan beberapa pengecualian, laju reaksi akan meningkat dengan naiknya temperaturReaksi kimia terjadi akibat tumbukan antara molekul-molekul reaktan. T >>>, jumlah tumbukan >>>, laju reaksi >>>Laju reaksi jumlah tumbukan / satuan waktu

A + B produk; laju = k[A2][B2]tumbukan antara A dan B menyebabkan reaksi

Teori Tumbukan :Reaksi elementer dan molekularitasReaksi elementer = reaksi satu tahap Kinetika reaksi elementer hanya tergantung pada jumlah molekul reaktan Molekularitas jumlah molekul reaktan yang terlibat dalam reaksi elementerUnimolekular : satu jenis molekul reaktanBimolekular : dua molekul, dari satu atau dua jenis reaktanTermolekular : tiga molekul, dari satu, dua, atau tiga jenis reaktan

Energi aktifasiTidak semua tumbukan menghasilkan reaksi. Energi minimal untuk memulai reaksi kimia disebut energi aktifasi (Ea). Agar reaksi terjadi, energi kinetik molekul-molekul reaktan harus lebih besar dari Ea.

Ea1Ea2energireaktanprodukDH (eksotermik)ln k = ln A - Ea/RTA = tetapan ArheniusEa >>>, k

Teori terjadinya reaksi kimia: teori kompleks teraktifasiAntaraksi antar molekul reaktan menghasilkan senyawa kompleks yang labil secara termodinamik (energi tinggi). Kompleks yang terbentuk disebut kompleks teraktifasiA + B A ---- B ProdukKompleks terbentuk setelah menyerap sejumlah Ea dan segera berubah menjadi produk.

KatalisKatalis akan menurunkan energi aktifasi, sehingga mempercepat laju reaksi Katalis ikut dalam reaksi kimia, namun dapat diperoleh kembali pada akhir reaksi

Contoh:2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3 (g)SLOWkehadiran NO (g), akan menghasilkan.NO (g) + O2 (g) NO2 (g)NO2 (g) + SO2 (g) SO3 (g) + NO (g)FASTJenis-jenis katalisHomogen (satu fasa dengan reaktan) Heterogen (beda fasa dengan reaktanEnzim

Hukum laju reaksi untuk reaksi multistepReaksi dengan satu step : reaksi elementerKebanyakan reaksi kimia berlangsung melalui banyak tahap elementer. Kumpulan tahap elementer ini disebut mekanisme reaksi Laju reaksi eksperimen mencerminkan laju tahap elementer yang paling lambat tahap elementer ini disebut tahap penentu laju reaksiMekanisme reaksi dapat diramalkan dari laju reaksi dan sebaliknya

Kinetika Reaksi ElementerReaksi elementer unimolekular

A Produk; r = k [A]Reaksi bimolekular

2A Produk; r = k [A]2A + B Produk; r = k [A][B]Reaksi termolekular (biasanya kumpulan langkah elementer)

2A + BProduk; bila r = k [A]2 ada berbagai kemungkinan mekanisme reaksi, a.l :2A A2; r = k [A]2 , lambatA2+ B Produk; r = k [A2 ] [B], cepat