KINETIKA KIMIA

Pengertian .

Ilmu kinetika kimia adalah ilmu yang menerangkan tentang kecepatan reaksi saat mencapai kesetimbangan, dan mekanisme perubahan yang terjadi pada zat-zat yang bereaksi (reaktan).

Tidak semua reaksi termasuk dalam kinetika. Misalnya adalah reaksi yang berlangsung sangat cepat dan spontan atau tiba-tiba (misal reaksi peledakan), serta reaksi yang berlangsung sangat lambat. Kedua macam reaksi ini kecepatannya sukart diamati dan diukur. Untuk reaksi yang lambat, memerlukan waktu yang sangat lama untuk mengukur kecepatan reaksinya.

Pada beberapa reaksi dapat terjadi raksi bolak-balik, misal : r1 k1A + B C + D r2 k2

Pada waktu A + B ; nilai/harga kecepatan reaksi = r1 sangat besar, dimana

r1 = k1 CA CB

k1 = tetapan kecepatan reaksi = faktor perbandingan

Setelah C dan D mulai terbentuk, maka kecepatan reaksi r1 turun, hal ini disebabkan mulai timbul kecepatan reaksi r2, yaitu :

C + D A + B

r2 = k2 CC CD

Pada suatu saat, harga kecepatan reaksi r1 = r2Pada kondisi demikian, reaksi dalam keadaan setimbang.

Jadi , r1 = r2

K1 CA CB = k2 CC CD

= = K

1aA + bB + ............. cC + dD

(Cc)c (CD)d

K =

(CA)a (CB)b

Harga tetapan kesetimbangan K tergantung pada suhu dan sifat-sifat zat

yang berperan dalam reaksi tersebut. Karena harga tergantung pada suhu

tertentu selalu tetap, maka setiap gangguan pada salah satu zat yang bereaksi

akan merubah jalannya reaksi ke arah melenyapkan adanya gangguan tersebut.

Kecepatan reaksi adalah kecepatan berkurangnya konsentrasi reaktan ( -

dC/dt) atau kecepatan bertambahnya konsentrasi produk ( +dC/dt).

rUntuk reaksi : A + B C + D

r = - = - = = = k CA CB

Sedangkan : aA + bB cC + dD

r = - = - = =

r = k[A]a [B]b

Orde reaksi :Jumlah pangkat dari faktor konsentrasi

Untuk reaksi : aA + bB cC + dD

Dimana, r = [A]a [B]b

Artinya, a adalah orde reaksi terhadap A

b adalah orde reaksi terhadap B

sehingga orde reaksi total = a + b

Adapun satuan kecepatan adalah konsentrasi per waktu

kMisal reaksi : A + B C r

r = k CA CB

= k (konsentrasi)(konsentrasi)

k = =

ini untuk reaksi orde = 1 + 1 = 2

Jadi untuk reaksi dengan orde total = n, maka

Satuan k =

Contoh :

O2 akan dibebaskan bila N2O5 terdekomposisi dalam larutan CCl4. Dalam sekali

percobaan 23,95 ml O2 akan dibebaskan selama waktu 1 jam. Setelah dibiarkan

sampai tidak ada gas yang keluar, ternyata total volume gas 34,75 ml. Tentukan

fraksi N2O5 yang tidak bereaksi selama 1 jam !

Jawab :

Fraksi yang tidak bereaksi = = 0,311

REAKSI ORDE SATU

Reaksi : A B

Berdasarkan hukum kecepatan reaksi,

r = - = k CA k = tetapan kecepatan reaksi

Diintegrasikan, maka

= - k

ln CA = - kt + c ditambah c karena integrasinya belum diberi harga batas

2,303 log CA = - kt + c

Log CA = - +

Grafik antara log CA vs t , merupakan garis lurus dengan slope (kemiringan

= lereng = tg α ) = -k/2,303

Intercept = c/2,303

log CA

α

intercept

t

Bila diketahui : = -

Persamaan di atas dibatasi CA1 pada t1 dan CA2 pada t2.

Maka : ln(CA2/CA1) = - k(t2 – t1)

2,303 log (CA2/CA1) = - k(t2 – t1)

k = - log (CA2/CA1)

Jika mula-mula t1 = 0 CA1 = a

= konsentrasi awal reaksi

dan t2 = t CA2 = CA

= konsentrasi A yang tidak

Ikut bereaksi setelah t detik

k = - log (CA/a)

- kt = ln (CA/a)

(CA/a) = CA = a

Waktu paruh = Waktu ½ umur (t½)

Adalah waktu yang diperlukan oleh setengah bagian dari reaktan untuk

bereaksi.

Dari k = - log mula-mula = a

setelah t ----- CA = ½ a

t = - log

= log

t½ = log

= log 2

=

Jika x = jumlah yang bereaksi a – x = reaktan yang tidak bereaksi pada waktu t

a = konsentrasi awal pada waktu t = 0

r = - = k CA

= - = k (a – x)

k = - log

= - log

= log

Waktu paruh sering dijumpai dalam percobaan penguraian zat-zat radioaktif.

Waktu paruh dapat digunakan sebagai suatu cara untuk menentukan

apakah suatu reaksi termasuk reaksi orde satu atau bukan. Dari waktu paruh,

untuk setiap konsentrasi awal pada pelbagai reaksi dapat ditentukan harga

tetapan kecepatan reaksi.

Apabila diperoleh bahwa ternyata waktu paruhnya tidak tergantung pada

konsentrasi awal, maka reaksi tersebut termasuk reaksi tingkat satu.

Contoh reaksi yang mengikuti orde satu :

Penguraian nitrogen pentoksida

2N2O5 2N2O4 + O2

Dilihat dari reaksinya merupakan reaksi order dua. Akan tetapi dari

percobaan ternyata reaksi tingkat satu. Jadi order (tingkat) reaksi

ditentukan oleh percobaan bukan persamaan stoikhiometri.

Disosiasi karena pemanasan zat-zat aseton, amina, etil bromida dan

azoiso propan menjadi heksan dan nitrogen

REAKSI ORDE DUA

Ditinjau reaksi : A + B AB

r = - = - = k CA CB

a). Jika mula-mula CA = CB

- = k CA2

- = k dt

Bila pada t = 0 ------------- CA = CAo

t = t ------------- CA

- =

- = kt

= kt +

Grafiknya 1/CA vs t merupakan garis lurus dengan slope = k

b). Jika mula-mula CA CB, tetapi A = a dan B = b

A dan B yang bereaksi = x

Jadi = k(a - x)(b - x)

= k dt

x = k dt

=

= kt

= kt

= kt

ln = kt

k = log

log = t analog y = ax

Grafiknya log vs t , dengan slope merupakan garis lurus

Log

α

t

REAKSI KOMPLEKS

r1 r21. Reaksi berturutan : A B C

Reaksi tersebut di atas berlangsung secara bertahap dengan melalui zat

antara B. Masing-masing tahap mempunyai kecepatan reaksi yang

berbeda r1 dan r2.

Kemungkinannya : r1 > r2

r1 < r2

Dalam hal ini, kecepatan yang lamban merupakan kecepatan seluruh

reaksi.

Jika r1 > r2, maka r2 yang diukur.

Jika r1 < r2, maka kecepatan terbentuknya B dari A yang diukur.

2. Reaksi samping :

A B reaksi pokok, jika hasilnya >>>>>

C reaksi samping

Reaksi berlawanan : A + B AB

Pengaruh suhu pada kecepatan reaksi :

Umumnya kecepatan reaksi meningkat dengan meningkatnya suhu

Menurut Swante Arrhenius :

= k = tetapan kecepatan reaksi

T = suhu mutlak (oK)

E = energi aktifasi

R = tetapan gas

Diintegralkan, diperoleh :

=

Ln k = - + c

Log k = - + c

Grafiknya log k vs 1/T merupakan garis lurus

Pengaruh katalis

Kecepatan reaksi dapat diubah dengan jalan menambahkan zat tertentu ke

dalam zat-zat yang bereaksi. Zat yang ditambahkan tersebut tidak berubah, dan

pada akhir reaksi dapat dipakai lagi.

Misal :

Reaksi hidrogenasi hidrokarbon jenuh dapat dipercepat dengan adanya

nikel.

Reaksi oksidasi Na2S2O3 diperlambat dengan adanya alkohol dan aldehid.

Zat-zat yang mempengaruhi kece[atan reaksi, akan tetapi zat tersebut tidak

mengalami perubahan kimiawi pada akhir reaksi disebut katalisator.

Katalisator positip : bila pengaruhnya mempercepat reaksi

Katalisator negatip : bila pengaruhnya menghambat reaksi.

Biasanya keaktifan katalis bertambah sejalan dengan kenaikan konsentrasi

walaupun dalam jumlah yang relatif sedikit. Kadang-kadang, katalis bereaksi

dengan salah satu pereaksi membentuk zat antara, kemudian muncul kembali

setelah reaksi selesai.

Jenis yang lain adalah pemacu (promotor). Pemacu adalah zat yang dapat

mengaktifakan permukaan katalis. Pada umumnya pemacu bersifat non katalitik,

dan terdiri dari campuran oksida logam atau logam dengan katalis. Pemacu akan

melipatgandakan kecepatam reaksi.

Contoh : Suatu bahan A dicampur dengan sejumlah bahan B. Setelah 1 jam

ternyata 75 % yang bereaksi. Berapa % dari A yang tidak bereaksi setekah waktu

2 jam, jika reaksi menurut order 1 terhadap A dan tidak etrgantung terhadap B.

Jawab :

Mula-mula CA1 = a

t = 1 jam ------------- CA2 = a - 0,75a = 0,25 a

k = - log

= - log

= 1,3865/jam

Setelah 2 jam, CA2 = CA1

= a

= 0,0625 a

Jadi A yang tidak bereaksi = 6,25%