ln k - Dr. Agus Setiabudi, M.Si.
Download
Report
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?