2018.pertemuan I-Kinetika Metalurgi [PDF]

Citation preview

KINETIKA METALURGI



Andinnie Juniarsih



Pertemuan I - Pendahuluan



Pendahuluan 1. Rencana Pembelajaran Semester 







   



 



Pendahuluan: rps, aturan perkuliahan, pengantar kinetika Teori konstanta laju reaksi Kinetika reaksi homogen I Kinetika reaksi homogen II Kinetika reaksi homogen III Kinetika reaksi Heterogen I Kinetika reaksi Heterogen II Ujian Tengah Semester



    







 



Kinetika Reaksi Heterogen III Kinetika Reaksi Heterogen IV Kinetika Reaksi Heterogen V Kinetika Reaksi Heterogen VI Introduksi Perancangan Reaktor I Introduksi Perancangan Reaktor II Perpindahan Massa Ujian Akhir Semester



2. Aturan perkuliahan 







 







Kehadiran minimal 85% (maksimum bolos 3x) Maksimum keterlambatan 15’ (lebih dari 15 menit tidak diperkenankan masuk) Berpakaian rapi dan sopan Pindah kelas sesuai persetujuan dosen Perkuliahan berakhir apabila: 



 



Materi habis Waktu habis Dering HP, kelas otomatis berakhir dan materi dianggap sudah selesai



3. Sistem Penilaian   



UTS : 30% UAS : 40% Tugas dan Kuis: 30%   







Tugas mandiri (1): 5% Tugas Kelompok (1): 10% Kuis (3x): 15%



Mencontek = E



4. Referensi 



















Levenspiel, O., Chemical reaction Engineering, 3rd Ed. John Wiley and Sons, New York, 1999 (Pustaka Utama) Szekely, J. and Themelis, N. J., Rate Phenomena in Process Metallurgy, Wiley Interscience, 1971 (Pustaka Utama) Sohn, H.Y., Rate Processes of Extractive Metallurgy, Plenum Press, New York, 1979 Laidler, K.J., Reaction Kinetics Vol 1-2, Pergamon Press, London, 1963 Jurnal, sumber online dan buku pendukung lain



Thermodinamika VS Kinetika Reaksi 











Kinetika Kimia Merupakan bidang ilmu yang mempelajari sistem kimia yang tergantung pada waktu. Contoh : sistem* yang memiliki komposisi kimia yang berubah selama perubahan waktu tertentu. Membicarakan mengenai dinamika reaksi kimia, meliputi laju reaksi dan mekanisme reaksi yang terjadi. Kinetika kimia dapat memberikan informasi mengenai mekanisme reaksi, sedangkan termodinamika banyak digunakan untuk meramalkan dapat atau tidaknya reaksi berlangsung atau membuktikan kebenaran dari langkah reaksi dalam bentuk mekanisme.



Sistem: 



Terbuka  An open system is one in which matter (or mass) can cross the boundary of the system also can be energy transfer 



Two types of open systems exist: (1) steady-state, and



(2) unsteady state 



Tertutup  a system of fixed mass. No mass transfer occurs across the system boundary. However, there can be energy transfer into or out of the system.







Terisolasi  It is of fixed mass and energy, and there is no mass or energy transfer across the system boundary



Termodinamika: membuktikan reaksi berlangsung spontan (reaksi akan dapat berlangsung)  Termodinamika : tidak akan dapat menjawab (1) Bagaimana reaksi dapat terjadi ? (2) Berapa cepat reaksi terjadi ? (3) Bagaimana mekanisme reaksi yang terjadi ? 











Reaksi  produk Reaksi terjadi apabila produk reaksi memiliki energi bebas yang lebih rendah dari reaktan



Reaksi Kimia 















Reaksi Kimia: suatu proses di mana zat (atau senyawa) diubah menjadi satu atau lebih senyawa baru Reaksi kimia mengubah zat-zat asal (pereaksi = reaktan) menjadi zat baru (produk)



Reaksi kimia selalu berhubungan dengan persamaan reaksi. Persamaan reaksi menunjukkan jenis dan keadaan fisik zat-zat pereaksi dan hasil reaksi yang dinyatakan dengan rumus struktur berikut tanda fasenya.



Jenis reaksi Kimia 



  



Reaksi penggabungan Reaksi penguraian Reaksi pergantian (reaksi pertukaran tunggal) Reaksi Metatesis (reaksi pertukaran ganda)



1. Reaksi Penggabungan  











Combination or Addition or Synthesis Reaction Reaksi penggabungan adalah reaksi dimana dua zat bergabung membentuk zat ketiga, dst. Kasus paling sederhana adalah bila dua unsur bereaksi membentuk senyawa. Misalnya logam natrium bereaksi dengan gas klor membentuk natrium klorida. Persamaan reaksinya: 2Na(s) +Cl2(g) → 2NaCl(s)



Contoh lain misalnya reaksi antara fosfor putih dan gas klor. Dalam jumlah klor terbatas,fosfor bereaksi membentuk fosfor triklorida, PCl3, suatu cairan tak berwarna. P4(s) + 6Cl2(g) → 4PCl3(l) Jika klor yang tersedia berlebih, maka senyawa fosfor yang dihasilkan adalah fosfor pentaklorida, PCl5, suatu zat padat berwarna putih. P4(s) + 10Cl2(g) → 4PCl5(s)



2. Reaksi Penguraian 











Decomposition Reaction Reaksi penguraian adalah reaksi bila senyawa tunggal bereaksi membentuk dua atau lebih zat. Biasanya reaksi ini membutuhkan kenaikan suhu agar senyawa yang dapat terurai dengan menaikkan suhu misalnya KclO3. Senyawa ini bila dipanaskan akan terurai menjadi KCl dan gas oksigen. Persamaan reaksinya: KClO3(s) → 2KCl(s) + 3O2(g)



Pengolahan batu kapur ini dilakukan dengan cara pemanggangan batu kapur dalam tungku. CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)



3. Reaksi Pertukaran 















Displacement or Substitution Reaction Reaksi pergantian atau disebut juga reaksi pertukaran tunggal adalah reaksi dimana suatu unsur bereaksi dengan senyawa menggantikan unsur yang terdapat dalam senyawa itu. Misalnya, jika lempeng logam tembaga dicelupkan kedalam larutan perak nitrat, kristtal logam perak dihasilkan. Persamaan reaksinya adalah : Cu(s) + 2AgNO3(aq) → 2Ag(s) + Cu(NO3)2(aq)



4. Reaksi Metatesis  







Double Displacement Reaction Reaksi metatesis atau reaksi pertukaran ganda adalah reaksi yang melibatkan pertukaran bagian dari pereaksi. Jika pereaksi adalah senyawa ionik dalam bentuk larutan, bagian yang bertukaran adalah kation dan anion dari senyawa. Misalnya larutan kalium iodida yang tak berwarna dicampurkan dengan larutan timbal (II) nitrat yang juga tak berwarna. Ion-ion di dalam larutan bereaksi membentuk endapan berwarna kuning dari senyawa timbal (II) iodida. Persamaan reaksinya: 2KI(aq) +Pb(NO3)2(aq) → 2KNO3(aq) + PbI2(s)











Ion iodida dalam larutan kalium iodidabertukaran dengan ion nitrat dari larutan timbal (II) nitrat, menghasilkan larutan kalium nitrat yang tak berwarna dan padatan timbal (II) iodida berwarna kuning, sebagai PbI2.



contoh lain: presipitasi dan netralisasi



Ilustrasi







Levenspiel, O “Chemical Reaction Engineering



klasifikasi reaksi kimia











On the basis of mechanism: 1. Irreversible 2. Reversible 3. Simultaneous 4. Consecutive molecularity: 1. Unimolecular 2. Bimolecular







operating conditions, there are the principal types: 1. Isothermal at constant volume 2. Isothermal at constant pressure 3. Adiabatic 4. Nonadiabatic and nonisothermal



• Furthermore, it is important to distinguish between: 1. Uncatalyzed 2. Catalyzed 



The phases involved: 1. Homogeneous, gases, liquid, or solid 2. Heterogeneous * a. Controlled by diffusive mass transfer b. Controlled by chemical resistance



*Fasa yang terlibat: 1. Gas – Solid 2. Gas – Liquid 3. Liquid – Liquid 4. Liquid – Solid 5. Solid – Solid



•Equipment type : 1. Stirred tank or tank battery 2. Single- or multiple-tubular reactor 3. Reactor filled with solid particles, inert or catalytic a. Fixed bed b. Moving bed c. Fluidized bed, dense phase or dilute phase • the broad types: 1. Batch 2. Flow 3. Semibatch or semiflow



Konsep Laju Reaksi Laju reaksi menyatakan laju perubahan konsentrasi zat-zat komponen reaksi setiap satuan waktu:



[ M ] V t • Laju pengurangan konsentrasi pereaksi per satuan waktu • Laju penambahan konsentrasi hasil reaksi per satuan waktu • Perbandingan laju perubahan masing-masing komponen sama dengan perbandingan koefisien reaksinya • Harus terjadi tumbukan



AB







Laju reaksi dapat ditentukan dengan pengamatan perubahan konsentrasi spesies-spesiesnya baik dari sisi kuantitas reaktan atau produknya sebagai fungsi dari waktu. 



Tanda negatif pada laju perubahan konsentrasi reaktan A dan B (reaktan) ditujukan agar nilainya positif, sebagaimana laju reaksi adalah besaran yang nilainya harus selalu positif. Satuannya adalah M s-1 atau mol L-1 s-1.



Laju reaksi dan stoikiometri



Terlihat tentang laju reaksi bahwa perubahan laju reaksi sebagai fungsi dari perubahan konsentrasi.



Rate of Reaction Tiga tahapan proses yang harus ada dalam reaksi: 1) Rate of transport of reactans to the reaction site 2) Chemical reaction rate at the reaction site 3) Rate of transport of product away from the reaction site



Hukum Lavoisier (Hukum Kekekalan Massa) 







Penulisan persamaan reaksi harus menyatakan hubungan kuantitatif antara zat-zat pereaksi dan zat-zat hasil reaksi. Hubungan kuantitatif dalam reaksi kimia pertama kali dikemukakan oleh Antonie Laurent Lavoisier (1743-1794), yaitu : “ Dalam setiap reaksi kimia jumlah massa zat-zat sebelum reaksi dan sesudah reaksi adalah sama.”







Hukum kekekalan massa merupakan pedoman untuk menyeratakan reaksi, sehingga dalam suatu persamaan reaksi diperoleh jumlah atom-atom zat yang bereaksi sama dengan jumlah atom-atom zat hasil reaksi