Meet 2

Report
Kinetika kimia
Shinta Rosalia Dewi
Pendahuluan


Kinetika Reaksi
Mekanika fluida 
 mendesain reaktor kimia
Pindah panas


neraca massa

ekonomi

Termodinamika
Pendahuluan (cont’)
• Kinetika reaksi adalah studi tentang laju reaksi,
perubahan konsentrasi reaktan (atau produk)
sebagai fungsi dari waktu
• Reaksi dapat berlangsung dengan laju yang
bervariasi, ada yang serta merta, perlu cukup
waktu (pembakaran) atau waktu yang sangat lama
seperti penuaan, pembentukan batubara dan
beberapa reaksi peluruhan radioaktif
Pendahuluan (cont’)
• Laju reaksi dinyatakan sebagai laju
berkurangnya konsentrasi pereaksi atau
bertambahnya konsentrasi produk per
satuan waktu.
• Laju reaksi mempunyai satuan mol per liter
per detik (mol. L-1. s-1 atau M.s-1).
• Laju pengurangan reaktan dinyatakan
sebagai -r, sedangkan laju pembentukan
produk dinyatakan sebagai +r.
Mengekspresikan Laju Reaksi
A B R
dNA
r
 k[A][B]
dt
Laju reaksi
P erubahankonsentrasi A

P erubahanwaktu
Konst A 2  Konst A1
(Konst A)


t 2  t1
t
A B 
Laju  

t
t
Ekspresi Laju dalam Konsentrasi Reaktan dan
Produk
C2H4  O3  C2H4 O  O2
Laju  
 C2H4 

 O3 

 C2H4 O

 O2 
t
t
t
t
Untuk reaksi hidrogen dan iodine membentuk HI
H2 (g)  I2 (g)  2HI(g)
 H2 
 I2 
1  HI
Laju  


t
t
2 t
 HI
 H2 
 I2 
Laju 
 2
 2
t
t
t
atau
Soal latihan
Laju pembentukan NO(g) pada reaksi
2NOBr(g)  2NO(g) + Br2(g)
adalah sebesar 1,6 x 10-4 M/s. berapa laju
konsumsi NOBr?
d[NO]
 1,6x10 4 M / s
dt
1 d[NO] 1 d[NOBr]
r

2 dt
2 dt
-4
-5
sehingga r = 0,5x1,6x10 M/s = 8x10 M/s
d[NOBr]
dan
 2 x r=2 x (8x10 4 M / s)  1,6x10 4 M / s
dt
Soal Latihan
Karena menghasilkan produk gas non polusi,
hidrogen digunakan sebagai bahan bakar roket
dan sumber energi masa depan:
2H2(g) + O2(g)  2H2O(g)
1. Tuliskan laju reaksi ini dalam bentuk perubahan
[H2], [O2] dan [H2O] terhadap waktu
2. Saat O2 turun pada 0,23 mol/L.s berapa kenaikan
terbentuknya H2O?
d[O2 ]

 0,23mol / L
dt
d[O2 ]
1 d[H2 ]
1 d[H2 O]
laju  


2 dt
dt
2 dt
d[O2 ]
1 d[H2 O]


 0,23mol / L
dt
2 dt
d[H2 O]
d[O2 ]

 2
 2x0,23mol / L  0, 46mol / L
dt
dt
Slide Tambahan
• Apabila diberikan satu komponen reaksi, i,
dan laju perubahan jumlah mol komponen i
adalah dNi/dt, maka laju reaksi dalam
berbagai bentuk dapat ditulis dengan :
Didasarkan pada unit volume reaksi fluida :
mol i
1 dNi
ri 

V dt (volume fluida) (waktu)
Didasarkan pada unit masa padatan dalam system padat-fluida :
mol i
1 dNi
'
ri 

W dt (massa zat padat)(waktu)
Slide Tambahan
Didasarkan pada unit volume padatan dalam
system gas-padat :
mol i
1 dNi
ri 

Vs dt (volume zat padat ) (waktu)
'''
Didasarkan pada unit volume reaktor :
mol i
1 dNi
ri 

Vr dt (volume reaktor ) (waktu)
''''
Slide Tambahan
Seorang perempuan dengan berat 60 kg
mengkonsumsi sekitar 6000 kJ energi dari
makanan. Dan asumsikan bahwa seluruh
makanannya adalah glukosa dan reaksi
keseluruhannya adalah sebagai berikut :
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O ∆HR = -2816 kJ
Tentukan laju metabolik perempuan
tersebut dalam mol oksigen per m3 tubuh
per detik! (densitas = 1000 kg/m3)
1 dNO2
mol O2 yang digunakan
rO2 

V dt
(m3 tubuh). s
kg
densitasperempuan  p  1000 x 3
m
60 kg
3
Vp 

0,06
m
1000 kg /m3
Slide
Tambahan
Untuk setiap mol glukosa yang dikonsumsi, digunakan 6 mol O2
dan melepas 2816 kJ energi.
dNO2 
  6 mol O2 
6000 kJ/hari


  12,8 mol O2 /hari
dt
 2816 kJ/mol glukosa   1 mol glukosa 
1 dNO2
rO2 

V dt
12,78 mol O2 yang digunakan
1hari
1
rO2 
x
3
0,06 m
hari
24 x 3600 s
rO2  2,47 x 10 -3 mol O2 yang digunakan/m3s
Orde reaksi
• Orde reaksi (tingkat reaksi) adalah jumlah
eksponen faktor konsentrasi yang terdapat
dalam persamaan laju.
• Orde reaksi menyatakan besarnya pengaruh
konsentrasi pereaksi terhadap laju reaksi.
Orde reaksi (cont’)
Misalnya reaksi :
aA + bB + ... + dD  P
a + b + ...+ d = n
Jadi reaksi tingkat a terhadap A, tingkat b
terhadap B dan tingkat n terhadap
keseluruhan reaksi.
Dimana nilai : a. b, ......, d tidak harus selalu
sama dengan koefisien stoikiometri.
• Reaksi yang harga orde reaksi terhadap
suatu komponen sama dengan koefisien
reaksi komponennya disebut reaksi
elementer
A B R
dNA
r
 k[A][B]
dt
Orde reaksi total = 2
• Reaksi yang harga orde reaksinya tidak sama
dengan koefisien stoikhiometri
komponennya disebut reaksi non
elementer.
5 Br- + BrO3- + 6 H+  3 Br2 + 3 H2O,
r
dNBrO 
3
 k [BrO3 ][Br ][H2 ]
dt
orde reaksi total = 4
-
-
2
Latihan
Tabel di bawah ini merupakan data dari reaksi
P + Q →R + S
[P]awal
(M)
a
2a
3a
a
a
[Q]awal
(M)
B
b
b
2b
3b
Laju
reaksi
(M/s)
V
4v
9v
v
v
Dari data tersebut, tentukan:
1.orde reaksi P
2.orde reaksi Q
3.orde reaksi total
4.persamaan laju reaksi
Latihan
• Salah satu reaksi gas yang terjadi dalam
kendaraan adalah:
NO2(g) + CO(g)  NO(g) + CO2(g)
Laju = k[NO2]m[CO]n
• Jika diketahui data sebagai berikut, tentukan
orde reaksi keseluruhan
Eksperimen
Laju awal
(mol/L.s)
[NO2] awal
(mol/L)
[CO] awal
(mol/L)
1
2
3
0,0050
0,080
0,0050
0,10
0,40
0,10
0,10
0,10
0,20
Reaksi orde nol
Misalnya diberikan reaksi sederhana :
RP
Reaksi orde nol adalah reaksi yang laju
reaksinya dapat ditulis sebagai :
d[R]

 k [R]0  k
dt
di mana k adalah konstanta laju reaksi orde
nol dan [R] adalah konsentrasi reaktan.
Reaksi orde nol (cont’)
[A]  [A]0  k t atau k  [A]0  [A]
t
Reaksi orde satu
Misalnya diberikan reaksi sederhana :
A P
d[A]
d[A]

 k [A] atau 
 k dt
dt
[A]
[A]0
ln
 kt
[A]
ln [A]  ln [A]0  kt
Reaksi orde satu (cont’)
Apabila dibuat grafik ln [A] versus t akan diperoleh slope = -k.
Konstanta laju reaksi juga
dapat ditentukan dengan
rumus :
1 [A]0
k  ln
t [A]
Reaksi orde dua
• Pada reaksi orde dua, laju reaksi berbanding
langsung dengan kuadrat konsentrasi dari
satu reaktan atau dengan hasil kali
konsentrasi yang meningkat sampai pangkat
satu atau dua dari reaktan.
• Misalkan pada reaksi orde dua : 2A  P,
maka persamaan lajunya :
d[A]
d[A]
2

 k [A] atau  2  k dt
dt
[A]
Reaksi orde dua (cont’)
d[A]
2

 k [A] atau
dt
d[A]
 2  k dt
[A]
1
1

 kt atau
[A] [A]0
1
1
 kt 
[A]
[A]0
A + B  P, maka persamaan lajunya :
d[A]

 k [A][B]
dt
d[A]

 k dt
[A][B]
[A]0 – [A] = [B]0 – [B] sehingga [B] = [B]0 – [A]0 + [A],
dengan [A] dan [B] adalah konsentrasi reaktan dan [A]0
dan [B]0 adalah konsentrasi awal reaktan.
Jika [B] disubstitusi ke persamaan, maka :
d[A]

 k dt
[A]([B]0  [A]0  [A]
[A]0 [B]
1
ln
 kt
[B]0  [A]0 [B]0 [A]
[A]0
[B]
ln
 ([B]0  [A]0 )kt  ln
[A]
[B]0
Jenis reaksi
Berdasarkan banyaknya fase yang terlibat dalam
sistem reaksi
• Reaksi homogen : sistem reaksi dengan fase
tunggal (fasa yang sama). Berupa reaksi homogen
fase gas atau reaksi homogen fase cair. Reaksi
terjadi di seluruh bagian fase
• Reaksi heterogen : sistem reaksi yang mengandung
lebih dari 1 (satu) fase sedikitnya dua fasa pereaksi
supaya reaksi dapat berlangsung. Reaksi terjadi di
permukaan antar fase
Jenis reaksi (cont’)
Berdasarkan keberadaan atau penggunaan
katalis
• Reaksi katalitik : sistem reaksi yang menggunakan
peran katalis atau katalisator. Ada 2 macam :
1. reaksi katalitik homogen (jika fase katalis =
fase reaksi)
2. reaksi katalitik heterogen (jika fase katalis ≠
fase reaksi).
• Reaksi non-katalitik : sistem reaksi yang tidak
menggunakan peran katalis.
Jenis reaksi (cont’)
Berdasarkan mekanisme atau kompleksitasnya
• Reaksi tunggal (single reaction) : reaksi yang
mempunyai satu persamaan stoikiometri dan satu
persamaan laju yang bertanggung jawab pada
jalannya reaksi.
• Reaksi kompleks / ganda (multiple reaction) :
reaksi yang mempunyai lebih dari satu persamaan
stoikiometri dan kinetika reaksi yang bertanggung
jawab pada jalannya reaksi.
Reaksi kompleks
• Reaksi seri
k1
k2
A 
B 
P
k1
C2H4O + NH3
etilen
amoniak
oksida
HOCH2CH2NH2
EO
mono-etanol amin
(HOCH2CH2NH)2NH
• Reaksi paralel
A
B
k1
k2
P
P
A
R
k2
(HOCH2CH2)3N
tri-etanol amin
di-etanol amin
k1
EO
R
Reaksi kompleks
C2H4 + 1/2 O2
etilen
oksigen
C2H4 + 3 O2
etilen
k1
oksigen
C2H4O
etilen oksida
k2
2CO2
+
karbondioksida
2H2O
air
Reaksi kompleks
A
R
+
+
C2H5OH
k1
B
k2
B
k1
etanol
C2H5OH
k2
etanol
C2H4
etana
+ CH3CHO
etanal
S
C2H4 + H2O
air
etana
CH3CHO + H2
etanal
k3
R
C4H6
hidrogen
+ H2O
air
butadiena
Jenis reaksi (cont’)
Berdasarkan arah reaksinya
• Reaksi reversibel (bolak-balik) : reaksi
reversibel merupakan reaksi bolak-balik;
dalam hal ini terjadi kesetimbangan.
• Reaksi ireversibel (searah) : reaksi
ireversibel merupakan reaksi satu arah atau
tak dapat balik; tidak ada keadaan
setimbang.
Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
• Pada kondisi tertentu masing-masing reaksi
memiliki karakteristik laju masing-masing
yang ditentukan oleh sifat kimia reaktan
• Pada suhu kamar:
H2(g) + F2(g)  2HF(g) sangat cepat
3H2(g) + N2(g)  2NH3(g) sangat lambat
Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
• Konsentrasi: molekul-molekul harus bertumbukan
agar terjadi reaksi dalam konteks ini laju reaksi
proporsional dengan konsentrasi reaktan
• Luas permukaan : semakin besar luas permukaan,
laju reaksi semakin cepat
• Temperatur: molekul harus bertumbukan dengan
energi yang cukup untuk bereaksi
• Katalis : penggunaan katalis akan mempercepat
laju reaksi
N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) ∆H = -92,4Kj Pada 25oC : Kp = 6,2×105
Katalis
Contoh
Persamaan kecepatan reaksi
H2 + I2 → 2 HI
V = k [H2][I2].
Jika konsentrasi H2 dinaikkan 2x dan I2
dinaikkan 3x, maka laju reaksi menjadi?
• Reaksi antara NO(g) dan O2 (g) adalah reaksi
berorde dua terhadap NO(g) dan berorde dua
untuk O2 (g). Jika konsentrasi kedua pereaksi
dijadikan 3 kali konsentrasi semula. Tentukan
laju reaksinya dibandingkan dengan laju
semula menjadi!
Home work
Siklobutana (C4H8) terdekomposisi pada 1000oC
menjadi dua molekul etilen (C2H4) dengan
konstanta laju reaksi orde satu 87 s-1
1. Jika konsentrasi awal siklobutana 2,00 M berapa
konsentrasinya setelah 0,010 s?
2. Berapa fraksi siklobutana terdekomposisi pada
waktu tersebut

similar documents