Transcript ln k - Dr. Agus Setiabudi, M.Si.

Studi/kajian tentang laju reaksi
Pengertian Laju reaksi
Pengukuran Laju
Penentuan Hk. Laju
Pengaruh Temperatur terhadap Laju reaksi
Mekanisme Reaksi
Katalisis
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
Arrhenius mengamati
bahwa kurva ln k versus 1/T
menghasilkan garis lurus pada
hampir semua kasus
nilai gradien adalah
karakteristik dari suatu reaksi
dan selalu berharga negatif.
Persamaan Arrhenius:
Persamaan hukum laju reaksi menjadi:
PERSAMAAN ARRHENIUS
x ln, maka:
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:
k=
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
.
A
.
B
A
.
2
3
B
B
B
A
.
B
A
.
A
.
B
B
B
A
.
A B
.
A B
.
A B
.
A
.
A
.
A
.
A B
.
A B
.
A B
.
A
.
A
. B
A
.
A
.
B
A
.
A
.
B
A
.
A
.
B
A
.
B
B
B
A B
.
A B
.
B
A
.
B
B
B
A B
.
A B
.
B
A
.
A
.
B
B
A
.
B
B
B
A
.
A
.
A
.
B
B
→
A B
.
A B
.
A
.
A
.
B
→
B
A B
.
A
.B
A
.
B
A
B
A
B
B
A
16 A »« 16B → 16 AB
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
k=z
B
A
16A»«16B → 12AB + 4A + 4B
B
A B
.
A B
.
A
.
B
A
B
A
→
B
A
B
A
A
B
A
A
B
A
B
A
B
A
A
B
A
A
B
A
A
B
A
A
A
B
A
B
B
A
B
B
B
A
B
A
B
A
B
A
B
B
B
A
A
A
B
B
B
k=
B
A
A
A
B
B
B
16A»«16B → 8AB + 8A + 8B
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 + Cl2
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 N2O ut.
bereaksi membentuk NO2 dan N2?
Tumbukan menghasilkan
reaksi jika atom O dari
molekul N2O bertumbukan
dengan atom N dari molekul
NO (effective)
Tumbukan antara atom N dari
molekul N2O dengan atom N
dari molekul NO tidak
menghasilkan reaksi
(ineffective)
Tumbukan antara atom O dari
molekul NO dengan atom N
dari molekul N2O 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
2BrNO
E
n
e
r
g
y
2NO + Br2
Koordinat reaksi
Energi Aktivasi dan Keadaan Transisi
Profil energi potensial untuk reaksi A + B2
Jika produk lebih stabil daripada
reaktan, maka reaksi akan diiringi
dengan pelepasan kalor
(eksotermik)
AB + B:
Jika 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
CH3Cl 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
oJika terdapat dua nilai konstanta laju, katakan k1 dan k2, pada suhu T1 and T2
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-1s-1
7.9E6 3.0E7 7.9E7 1.7E8 3.2E8
2. Konstanta laju, k, untuk reaksi orde pertama
N2O5 → NO2 + NO3
adalah 9,16 x 10-3s-1 pada 0°C. Energi aktivasi dari reaksi ini
adalah 88,0 kJ/mol. Tentukan nilai k pada 2°C!
3. Dekomposisi ethyl iodide pada fasa gas menghasilkan ethylene
dan hydrogen iodide merupakan reaksi orde pertama.
C2H5I → C2H4 + 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?