KECEPATAN REAKSI

Pendahuluan

Jika semua reaksi kimia yang bersifat spontan terjadi secara instan, perubahan dalam hidup kita akan sangat cepat dan alam akan telah mencapai kesetimbangan pada masa lalu. Akan tetapi banyak reaksi yang terjadi secara lambat, dan beberapa reaksi lainnya berlangsung sangat cepat, dan pengetahuan tentang hal tersebut sangat mempengaruhi keputusan yang kita buat sehari – hari.

1

Contohnya : Seorang arsitek akan memutuskan memilih bahan bangunan berdasarkan kecepatan relatif reaksi bahan tersebut terhadap udara dan kelembapan. Jadi jika dibutuhkan suatu logam kuat di daerah yang lingkungannya korosif, maka akan dipilih stainless steel dari pada baja biasa, karena stainless steel akan lebih lambat teroksidasi.

KECEPATAN REAKSI

Pengetahuan tentang kecepatan ini dikenal dengan nama kinetika reaksi atau kecepatan reaksi kimia. Salah satu tujuan utamanya adalah untuk mempelajari faktor –faktor yang mengendalikan seberapa cepat perubahan kimia terjadi. Hal ini dibagi menjadi 4 kategori utama ; 1.

Sifat dasar molekul reaktan dan produk 2.

3.

4.

Konsentrasi reaktan Pengaruh suhu Pengaruh

agent

luar yang disebut katalis

2

Dengan mempelajari ini kita bisa mengatur kondisi suatu sistem reaksi untuk mendapatkan produk secepat mungkin, ini sangat penting bagi industri – industri kimia. Atau selambat mungkin yang diperlukan dalam mengontrol pertumbuhan jamur dan mikroorganisme dalam industri makanan.

Maka dari itu, disinilah pentingnya mempelajari konsep dasar kinetika reaksi Ini / kecepatan reaksi.

KECEPATAN REAKSI

Laju yang Menyebabkan Reaksi Terjadi • Reaksi-reaksi kimia berlangsung dengan laju yang berbeda-beda, ada reaksi yang berlangsung sangat cepat, sedang dan berlangsung sangat lambat.

• Laju atau kecepatan suatu reaksi dinyatakan sebagai perubahan konsentrasi zat pereaksi atau produk reaksi tiap satuan waktu Laju reaksi  perubahan konsentras i waktu yang diperlukan untuk perubahan

3

Faktor yang mempengaruhi Kecepatan Reaksi • Laju reaksi dipengaruhi oleh berbagai faktor, sehingga dapat berlangsung cepat atau lambat.

• Dengan mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi, maka suatu reaksi dapat dikendalikan.

• Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan suatu reaksi adalah:      Sifat-sifat fisika dan kimia zat yang bereaksi Kemampuan suatu reaktan untuk saling bertumbukan Konsentrasi dari reaktan Temperatur sistem Katalis

4

Pengukuran Kecepatan Reaksi • Laju suatu reaksi dapat ditentukan dengan mengamati perubahan sifat yang terjadi selama reaksi berlangsung. Dengan menganalisis campuran reaksi dalam selang waktu tertentu, maka konsentrasi pereaksi dan produk dapat dihitung. Dari data tersebut dapat ditentukan laju/kecepatan reaksi.

Kecepatan Reaksi  mol/L S = mol.L

-1 .S

-1

5

A + B  Produk Kecepatan reaksi ~ [A] n [B] m ~ k [A] n [B] m Dimana n dan m adalah orde reaksi yang ditentukan dengan eksperimen

6

 Orde reaksi ditentukan atau diperoleh dari serangkaian eksperimen A + B  Produk Kecepatan reaksi ~ [A] n [B] m ~ k [A] n [B] m k~ kecepatan reaksi [A] n [B] m  Nilai k digunakan dalam suatu rangkaian eksperimen untuk mendapatkan nilai orde reaksi m dan n

7

Pada saat suatu reaksi kimia berlangsung terjadi perubahan jumlah /konsentrasi pereaksi dan produk dalam waktu tertentu.

Waktu paruh adalah waktu yang diperlukan oleh suatu reaksi sehingga jumlah konsentrasi pereaksi tinggal separuhnya [I] 0 1 16 1   0 2 1   0 1 4   0 6   0 8 16 24 Time (days) 32

8

[A] t = ½[A] 0 t 1 2  In2 atau t K 1 2  0,693 K Untuk reaksi orde 2 :

t

1 2 

1 K.



konst.

awal

 Pada umumnya, jika suhu dinaikkan akan menyebabkan meningkatnya laju reaksi

9

• Energi aktivitasi adalah energi minimum yang harus dimiliki oleh molekul – molekul pereaksi agar menghasilkan reaksi jika saling bertabrakan • Dari persamaan Arrhenius : K = A e -EA/RT In k = In A – E A /RT In k = In A – (E A /R).(1/T) • Dimana : R = 8,314 Jmol -1 K -1 = 1,987 kal. Mol -1 K • Persamaan diatas dapat dianalogikan dengan y = b + mx dimana : y = In k, x = (1/T), b = In A, m = -E A /R, x = 1/t

10

• Terdapat 3 hal penting :    Energi pengaktifan seperti yang ditentukan secara eksperimen adalah untuk jumlah reaksi keseluruhan, bukan masing-masing tahap.

E

A adalah selisih antara energi pereaksi dan energi tertinggi dari keadaan teraktifkan dalam proses tersebut Energi pengaktifan untuk setiap tahap selalu positif Sesuai dengan hukum distribusi Maxwell-Boltzman dari energi molekular, jika temperatur dinaikkan, laju reaksi bertambah, sebab semakin banyak tabrakan yang mempunyai energi lebih besar dari E A . NOCl + Cl  NO + Cl 2 Laju reaksi = k[Cl] [NOCI] 2NO 2  NO 3 + NO Laju reaksi = k [NO 2 ] 2

11

2NO 2 Cl  2NO 2 + Cl 2 Laju reaksi = k [NO 2 Cl] 2 Mekanisme reaksi : NO 2 Cl  NO 2 NO 2 Cl + Cl  + Cl NO 2 + Cl 2 (lambat) (cepat) • Istilah radikal bebas merujuk ke atom atau gugus atom apa saja yang memiliki satu atau lebih elektron tak berpasangan • Senyawa radikal bebas tidak bermuatan dan dilambangkan dengan tanda titik (.) • Mekanisme reaksi radikal bebas adalah : 1. Tahap permulaan (

inisiation

)  tahap awal pembentukan spesi radikal bebas 2. Tahap Perambatan (

propagation

)  tahap reaksi beruntun sepanjang rantai molekul 3. Tahap Pengakhiran (

termination

)  tahap penghentian reaksi

12

• Katalis adalah suatu suatu zat yang mempengaruhi laju reaksi tanpa perubahan secara kimia pada akhir reaksi.

• Hal penting  Komposisi kimia katalis dari katalis tidak berubah pada akhir   reaksi Katalis digunakan dalam jumlah yang relatif sangat sedikit Katalis tidak mempengaruhi keadaan akhir suatu reaksi kesetimbangan (tidak mengubah harga tetapan kesetimbangan)  Katalis tidak memulai suatu reaksi tetapi mempengaruhi laju reaksi    Katalis bekerja secara spesifik Katalis mempunyai temperatur optimum Katalis dapat diracuni oleh suatu zat dalam jumlah yang sangat sedikit

13

Peluruhan radioaktif mengikuti hukum laju reaksi orde ke satu. Laju peluruhan berbanding lurus dengan jumlah atom radioaktif yang tertinggal.



dN dt

 

N

Dimana N adalah jumlah atom radioaktif yang terdapat dalam  tetapan peluruhan. Persamaan diatas dapat berubah, adalah 

dN N

   Setelah di integrasi,   n N  λt  C

14

C

adalah tetapan integrasi, dan dapat dihitung jika

t

= 0, maka jumlah atom radioaktif yang terdapat pada keadaan awal, yaitu

No

, jadi

C No

Dan

N

= λ

t –

 n

No

Atau

No

 n ------------------------

N

= λ

t

Atau N

= No ekp

( - λ

t

) N = No (1/2) n dimana n  T t 1 2

15

CONTOH SOAL :

1) Suatu zat radioaktif yang beratnya 64 gram disimpan pada suatu tempat. Waktu paruh = 15 tahun. Setelah berapa tahun zat tersebut disimpan, jika sisanya ¼ gram ?

Jawab : N = No (½) n ¼ = 64 (½) n n = 8  1/256 = (½) n  (½) 8 = (½) n  T n = ------ t ½  T 8 = ---  15 T = 15 x 8 = 120 tahun 2) Pada tanggal 1 Januari 1991; x gram suatu zat radioaktif disimpan. Pada tanggal 11 Januari 1991 ternyata beratnya tinggal ½ gram. Jika t ½ = 14 hari, tentukan x.

Jawab : Lama peluruhan = 70 hari N = No (½) n  T 70 n = ----- = ------------ = 5 t ½ 14 ½ = x (½) 5  1 32 x = ----- x ------------- = 16 2 1

16

CONTOH SOAL :

3) Unsur fransium merupakan pemancar partikel  sesuai dengan persamaan : 223 Fr  87 223 88 Ra + 0 -1  Waktu paruh = 21 menit. Jika mula-mula ada 0,160 g Fr, maka setelah 105 menit jumlah Ra yang dihasilkan = ?

17