Kinetika Kimia Studikajian tentang laju reaksi Pengertian Laju

Kinetika Kimia Studi/kajian tentang laju reaksi ØPengertian Laju reaksi ØPengukuran Laju ØPenentuan Hk. Laju ØPengaruh Temperatur terhadap Laju reaksi ØMekanisme Reaksi ØKatalisis

PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP LAJU REAKSI Persamaan hukum laju reaksi: v [A], [B] m, n k = laju reaksi = konsentrasi-konsentrasi reaktan = orde reaksi reaktan-reaktan = tetapan laju reaksi T ? ? ? Fakta: Laju sebagian besar reaksi bertambah dengan meningkatnya temperatur (T)

PERSAMAAN ARRHENIUS ØArrhenius mengamati bahwa kurva ln k versus 1/T menghasilkan garis lurus pada hampir semua kasus Ønilai gradien adalah karakteristik dari suatu reaksi dan selalu berharga negatif. ØPersamaan Arrhenius: Persamaan hukum laju reaksi menjadi:

PERSAMAAN ARRHENIUS x ln, maka: ln e = 1 y = ln k; a = ln A; b = A = Faktor Arrhenius ; dan x = Ea = Energi aktivasi T = Temperatur in Kelvin

Faktor Arrhenius (A): • Reaksi kimia akan berlangsung sebagai akibat dari tumbukan antara molekul-molekul reaktan. • Molekul-molekul reaktan yang bertumbukan harus memiliki energi yang cukup untuk membentuk produk. Total tumbukan dengan energi yang melampaui Ea: z = total collisions e is Euler’s number (opposite of ln = 2, 72) R = ideal gas constant (8, 314 J. K -1. mol-1 ) Jika seluruh tumbukan melampaui Ea menghasilkan reaksi: A=z

Arrhenius (A): Faktor Sterik/Orientasi molekul �» 100 tumbukan antara molekul-molekul A & B: A›‹B → 100 AB ? ? ? ? �Laju reaksi yang diamati selalu lebih rendah dari jumlah tumbukan �Hanya tumbukan efektif yang menghasilkan reaksi �Tumbukan yang efektif terkait dengan orientasi molekul (faktor sterik) �Dalam persamaan Arhenius faktor sterik ditulis sebagai p �Sehingga: A = pz

TEORI TUMBUKAN A. 1 A. B A. 2 3 B B B A. A. B B B A. A B. A. A. B A. A. B B B A B. B A. A. B B A B. A. → B A B. A. B A. → B → A B A B A B B A B A B A A B A A B A B A B A B B A A A k=z B A B B 16 A » « 16 B → 16 AB B 16 A» « 16 B → 12 AB + 4 A + 4 B B A A A B B B 16 A» « 16 B → 8 AB + 8 A + 8 B

Faktor Sterik/Orientasi molekul Beberapa kemungkinan tumbukan yang terjadi: Tumbukan 1 Tumbukan 3 Tumbukan 2 Tumbukan 4 Tumbukan 1 (tanda √) menunjukkan orientasi molekul yang tepat untuk menghasilkan reaksi

Faktor Sterik/Orientasi molekul Cl + NOCl NO + Cl 2 Perhatikan reaksi antara: Cl Before collision O N Collision After collision Tumbukan efektif Before collision Collision Tumbukan tidak efektif After collision

Faktor Sterik/Orientasi molekul Bagaimana kemungkinan tumbukan antara molekul-molekul NO dan N 2 O ut. bereaksi membentuk NO 2 dan N 2? Tumbukan menghasilkan reaksi jika atom O dari molekul N 2 O bertumbukan dengan atom N dari molekul NO (effective) Tumbukan antara atom N dari molekul N 2 O dengan atom N dari molekul NO tidak menghasilkan reaksi (ineffective) Tumbukan antara atom O dari molekul NO dengan atom N dari molekul N 2 O tidak menghasilkan reaksi (ineffective)

Arrhenius; Energi Aktivasi • Selain orientasi molekul yang tepat, untuk bereaksi, molekul yang bertumbukan harus memiliki energi kinetik total sama dengan atau lebih besar dari energi aktivasi (activation energy). • activation energy; jumlah minimum energi yang diperlukan untuk mengawali reaksi kimia.

Energi Aktivasi Beberapa point tentang Ea �Ea Selalu positif. �Semakin besar nilai Ea, semakin lambat suatu reaksi �Semakin besar nilai Ea semakin tajam slope (ln k) vs. (1/T). �The value of Ea itself DOES NOT CHANGE with temperature.

Teori Keadaan Transisi P o t e n t i a l E n e r g y Komples Teraktivasi Reactants Products § Spesi yang terbentuk sementara oleh molekul reaktan akibat tumbukan sebelum membentuk produk dinamakan kompleks teraktivasi (activated complex), juga dinamakan keadaan transisi. § Keadaan transisi berada pada energi potensial maksimal. Koordinat reaksi

Teori Keadaan Transisi Br---NO P o t e n t i a l Br---NO Keadaan Transisi 2 Br. NO E n e r g y 2 NO + Br 2 Koordinat reaksi

Energi Aktivasi dan Keadaan Transisi Profil energi potensial untuk reaksi A + B 2 ØJika produk lebih stabil daripada reaktan, maka reaksi akan diiringi dengan pelepasan kalor (eksotermik) AB + B: ØJika produk kurang stabil daripada reaktan, maka kalor akan diserap oleh campuran yang bereaksi (endotermik)

Energi Aktivasi dan Keadaan Transisi Pertimbangkan penyusunan kembali metil isonitril berikut H C 3 N C H C 3 C N Keadaan Transisi H C 3 C N

Energi Aktivasi dan Keadaan Transisi 17

Teori Tumbukan dan Keadaan Transisi Contoh: ilustrasi teori tumbukan dan teori kompleks teraktifkan, perhatikan reaksi ion iodida dengan metil klorida Reaksi akan berlangsung bila ion iodida mendekati CH 3 Cl dari sisi belakang (back side) ikatan C – Cl, melalui pertengahan dari tiga atom hydrogen (tumbukan efektif) Tumbukan-tumbukan yang tidak efektif

Temperatur dan Laju § Menurut teori kinetik gas, molekul-molekul dalam satu wadah tidaklah mempunyai energi yang sama, tetapi bervariasi. § Peningkatan temperatur akan meningkatkan energi rata-rata molekul, sehingga jumlah atau fraksi molekul yang mencapai energi aktivasi bertambah. § Akibatnya, laju reaksi akan meningkat.

Determining Arrhenius Parameters o. Jika terdapat dua nilai konstanta laju, katakan k 1 dan k 2, pada suhu T 1 and T 2 o Persamaan yang digunakan untuk menghitung energi aktivasi atau untuk menentukan k pada suhu lain jika energi aktivasinya diketahui, yaitu dengan aplikasi persamaan Arrhenius pada dua kondisi: dan

Determining Arrhenius Parameters �Baik A atau Ea dapat ditentukan dari grapik (ln k) vs. (1/T). �Gradien yang bernilai negatif dapat dikalikan dg. -R to give Ea (positive). �The y-intercept = ln A

Determining Arrhenius Parameters 1. Tentukan A dan Ea dari data berikut T/K 300 350 400 450 500 k/M-1 s-1 7. 9 E 6 3. 0 E 7 7. 9 E 7 1. 7 E 8 3. 2 E 8 2. Konstanta laju, k, untuk reaksi orde pertama N 2 O 5 → NO 2 + NO 3 adalah 9, 16 x 10 -3 s-1 pada 0°C. Energi aktivasi dari reaksi ini adalah 88, 0 k. J/mol. Tentukan nilai k pada 2°C! 3. Dekomposisi ethyl iodide pada fasa gas menghasilkan ethylene dan hydrogen iodide merupakan reaksi orde pertama. C 2 H 5 I → C 2 H 4 + HI Pada 600 K nilai k adalah 1, 60 x 10 -5 s-1. Ketika temperatur dinaikkan 700 K, nilai k meninggkat menjadi 6, 36 x 10 -3 s-1. Berapakah energi aktivasi untuk reaksi ini?