Lecture Notes 14 [PDF]

Citation preview

RINGKASAN KULIAH #14



Kimia Dasar II / 2019 – 2020



Catherine Drennan. 5.111SC Principles of Chemical Science. Fall 2014. Keith Nelson, and Moungi Bawendi. 5.60 Thermodynamics & Kinetics. Spring 2008. Massachusetts Institute of Technology: MIT OpenCourseWare, https://ocw.mit.edu. License: Creative Commons BY-NC-SA.



Topik: Kinetika



I. II.



Hukum terintegrasi Energi aktivasi



I. HUKUM TERINTEGRASI Mengukur laju awal akan sulit jika melibatkan penentuan perubahan laju konsentrasi yang terjadi dalam interval waktu yang singkat. Alternatif-nya adalah dengan menggunakan hukum laju terintegrasi, dimana konsentrasi diekspresikan langsung sebagai fungsi dari waktu. Hukum laju terintegrasi orde nol →



Orde nol



A



𝑟𝑎𝑡𝑒 = −



𝑑[𝐴] = 𝑘 [𝐴]0 𝑑𝑡



𝑟𝑎𝑡𝑒 = −



𝑑[𝐴] = 𝑘 𝑑𝑡



Produk



Pisahkan simbol konsentrasi dari waktu: 𝑑[𝐴] = −𝑘 𝑑𝑡 [𝐴]𝑡



∫ [𝐴]0



𝑡



𝑑[𝐴] = −𝑘 ∫ 𝑑𝑡 0



[𝐴]𝑡 − [𝐴]0 = −𝑘𝑡



or



[𝐴]𝑡 = −𝑘𝑡 + [𝐴]0



persamaan garis lurus



Plot-kan [At] terhadap waktu! Persamaan garis lurus: [𝐴]𝑡 = −𝑘𝑡 + [𝐴]0 _-k_



𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏 Tetapan laju dapat ditentukan dari eksperimen dengan membuat plot data seperti pada gambar.



RINGKASAN KULIAH #14



Kimia Dasar II / 2019 – 2020



Catherine Drennan. 5.111SC Principles of Chemical Science. Fall 2014. Keith Nelson, and Moungi Bawendi. 5.60 Thermodynamics & Kinetics. Spring 2008. Massachusetts Institute of Technology: MIT OpenCourseWare, https://ocw.mit.edu. License: Creative Commons BY-NC-SA.



Waktu paruh orde nol Waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan oleh suatu material untuk berkurang konsentrasi (jumlah)-nya menjadi setengah dari konsentrasi awal ([𝑨]𝒕 = [𝐴]𝑡 = −𝑘𝑡 + [𝐴]0



Dari atas



[𝐴]0 = −𝑘𝑡1/2 + [𝐴]0 2 [𝐴]0 − [𝐴]0 = −𝑘𝑡1/2 2



𝟐



).



Waktu paruh orde nol akan bergantung pada konsentrasi. Waktu paruh juga bergantung pada k, dan k bergantung pada sifat material yang dipelajari. Untuk material yang sama, apakah waktu yang dibutuhkan untuk 1 ton berubah menjadi ½ ton lebih lama daripada 1 gram menjadi ½ gram? tidak



[𝐴]0 − = −𝑘𝑡1/2 2 𝑡1/2 =



[𝑨]𝟎



[𝐴]0 2𝑘



Hukum laju terintegrasi orde pertama Orde pertama 𝑟𝑎𝑡𝑒 = −



→



A



B



𝑑[𝐴] = 𝑘 [𝐴] 𝑑𝑡



Pisahkan simbol konsentrasi dari waktu: 1 ∙ 𝑑[𝐴] = −𝑘 𝑑𝑡 [𝐴] [𝐴]𝑡



∫ [𝐴]0



𝑡 1 ∙ 𝑑[𝐴] = −𝑘 ∫ 𝑑𝑡 [𝐴] 0



ln[𝐴]𝑡 − ln[𝐴]0 = −𝑘𝑡 ln



or



ln[𝐴]𝑡 = −𝑘𝑡 + ln[𝐴]0



[𝐴]𝑡 = −𝑘𝑡 [𝐴]0



[𝐴]𝑡 = 𝑒 −𝑘𝑡 [𝐴]0 [𝐴]𝑡 = [𝐴]0 𝑒 −𝑘𝑡



integrated 1st order rate law



persamaan garis lurus



RINGKASAN KULIAH #14



Kimia Dasar II / 2019 – 2020



Catherine Drennan. 5.111SC Principles of Chemical Science. Fall 2014. Keith Nelson, and Moungi Bawendi. 5.60 Thermodynamics & Kinetics. Spring 2008. Massachusetts Institute of Technology: MIT OpenCourseWare, https://ocw.mit.edu. License: Creative Commons BY-NC-SA.



plot-kan ln [At] terhadap time! Persamaan garis lurus: ln[𝐴]𝑡 = −𝑘𝑡 + ln[𝐴]0 𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏 -k



Tetapan laju dapat ditentukan dari eksperimen dengan membuat plot data seperti pada gambar.



Waktu paruh orde pertama Dari atas



[𝐴]



ln [𝐴] 𝑡 = −𝑘𝑡 0



[𝐴]0⁄ 2 = −𝑘𝑡 ln 1/2 [𝐴]0 ln



1 = −𝑘𝑡1/2 2



−0,693 = −𝑘𝑡1/2 𝑡1/2 =



0,693 𝑘



Waktu paruh orde pertama tidak bergantung pada konsentrasi. Waktu paruh bergantung pada k, dan k bergantung pada sifat material yang dipelajari. Untuk material yang sama, apakah waktu yang dibutuhkan untuk 1 ton berubah menjadi ½ ton lebih lama daripada 1 gram menjadi ½ gram? Yaa



RINGKASAN KULIAH #14



Kimia Dasar II / 2019 – 2020



Catherine Drennan. 5.111SC Principles of Chemical Science. Fall 2014. Keith Nelson, and Moungi Bawendi. 5.60 Thermodynamics & Kinetics. Spring 2008. Massachusetts Institute of Technology: MIT OpenCourseWare, https://ocw.mit.edu. License: Creative Commons BY-NC-SA.



Hukum laju terintegrasi orde kedua 𝑟𝑎𝑡𝑒 = −



𝑑[𝐴] = 𝑘 [𝐴]2 𝑑𝑡



Pisahkan simbol konsentrasi dari waktu: 1 ∙ 𝑑[𝐴] = −𝑘 𝑑𝑡 [𝐴]2 [𝐴]𝑡



∫ [𝐴]0



1 [𝐴]𝑡



−



𝑡 1 ∙ 𝑑[𝐴] = −𝑘 ∫ 𝑑𝑡 [𝐴]2 0



1 [𝐴]0



= 𝑘𝑡



1



or



[𝐴]𝑡



= 𝑘𝑡 +



1 [𝐴]0



persamaan garis lurus



Membuat plot persamaan akan memberikan kita: k



Waktu paruh orde kedua Dari atas



1 [𝐴]𝑡



−



1 [𝐴]0



= 𝑘𝑡



1 1 − = 𝑘𝑡1/2 [𝐴]0⁄ [𝐴]0 2 1 = 𝑘𝑡1/2 [𝐴]0 𝑡1/2 =



1 𝑘[𝐴]0



Waktu paruh orde kedua bergantung pada konsentrasi awal



RINGKASAN KULIAH #14



Kimia Dasar II / 2019 – 2020



Catherine Drennan. 5.111SC Principles of Chemical Science. Fall 2014. Keith Nelson, and Moungi Bawendi. 5.60 Thermodynamics & Kinetics. Spring 2008. Massachusetts Institute of Technology: MIT OpenCourseWare, https://ocw.mit.edu. License: Creative Commons BY-NC-SA.



Kita dapat menentukan orde dengan melihat tingkat kecocokan data terhadap persamaan berbagai orde. Berikut adalah data yang lebih cocok dengan persamaan orde kedua.



II. ENERGI AKTIVASI Teori tumbukan Ingat bahwa reaksi kimia terjadi karena adanya tumbukan antar partikel (atom, molekul, ion). Misalkan: CH3 (g) + CH3 (g) → C2H6 (g) 2 molekul bertubrukan untuk membentuk produk (bimolekular) tetapi setiap dua molekul yang bertubrukan tidak akan membentuk produk. Kenapa? Hanya tumbukan yang memiliki energi melebihi suatu energi kritis (Emin) (juga dikenal sebagai energi aktivasi, Ea) yang akan menghasilkan reaksi. Kenapa ada energi tumbukan kritis, Emin or Ea, untuk reaksi antara dua molekul? Ketika dua molekul reaktan mendekat satu sama lain pada suatu jalur reaksi, energi potensial mereka akan habis seiring dengan terdistorsi-nya ikatan diantara mereka. Hal ini menyebabkan terbentuknya suatu kompleks aktif, disebut juga reaksi kimia, yaitu kombinasi molekul yang bisa berubah menjadi produk atau terurai kembali menjadi molekul



RINGKASAN KULIAH #14



Kimia Dasar II / 2019 – 2020



Catherine Drennan. 5.111SC Principles of Chemical Science. Fall 2014. Keith Nelson, and Moungi Bawendi. 5.60 Thermodynamics & Kinetics. Spring 2008. Massachusetts Institute of Technology: MIT OpenCourseWare, https://ocw.mit.edu. License: Creative Commons BY-NC-SA.



reaktan-nya. Hanya molekul-molekul dengan energi cukup yang dapat melompati rintangan energi aktivasi. Pada saat seperti inilah suhu menjadi penting.



Pada suhu rendah, hanya sebagian kecil molekul yang memiliki energi cukup. Pada suhu yang lebih tinggi, akan ada lebih banyak molekul yang memiliki energi cukup.



Pengaruh suhu terhadap laju reaksi Pada 1889, Svante Arrhenius membuat plot ln k terhadap se-per suhu dan mendapatkan hasil berupa garis lurus. k = tetapan laju T = suhu A = faktor A atau faktor pre-exponential (satuan sama seperti k) Ea = energi aktivasi R = tetapan gas ln 𝑘 =



−𝐸𝑎 1 + ln [𝐴] 𝑅 𝑇



𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏 Laju reaksi bervariasi dengan kecenderungan berbanding lurus terhadap seper-suhu. A dan Ea bergantung pada reaksi yang dipelajari. Apakah faktor A bergantung pada suhu? YA Apakah Ea bergantung pada suhu? YA ln 𝑘 =



−𝐸𝑎 𝑅𝑇



+ ln[𝐴]



bisa juga ditulis



ln 𝑘 = ln[𝐴] −



−𝐸𝑎 𝑅𝑇



Arrhenius equation



RINGKASAN KULIAH #14



Kimia Dasar II / 2019 – 2020



Catherine Drennan. 5.111SC Principles of Chemical Science. Fall 2014. Keith Nelson, and Moungi Bawendi. 5.60 Thermodynamics & Kinetics. Spring 2008. Massachusetts Institute of Technology: MIT OpenCourseWare, https://ocw.mit.edu. License: Creative Commons BY-NC-SA.



atau



𝑘 = 𝐴 𝑒 −𝐸𝑎⁄𝑅𝑇



⇒



C



Interpretasi fisik dari Ea: A+B→C



Misal A→←B



⇒



Reaktan



(A ----- B)* Kompleks aktif



Produk



Ea kecil ⇒



kebergantungan terhadap T rendah



⇒ Reaksi cepat



Ea besar ⇒



kebergantungan terhadap T besar



⇒ Reaksi lambat



Contoh: Menggunakan energi aktivasu untuk memprediksikan tetapan laju Hidrolisis sukrosa untuk membentuk molekul glukosa dan molekul fruktosa merupakan bagian dari proses pencernaan. Ea = 108 kJ/mol kobs = 1.0 x 10-3 M-1s-1 at 37°C (suhu tubuh normal) Hitung kobs at 35°C! ln 𝑘1 =



−𝐸𝑎 𝑅𝑇1



+ ln[𝐴]



ln 𝑘2 − ln 𝑘1 = ln (



ln 𝑘2 =



−𝐸𝑎 𝑅𝑇2



+ ln[𝐴]



𝑘2 −𝐸𝑎 1 1 )= ( − ) 𝑘1 𝑅 𝑇2 𝑇1



𝑘2 −108 × 103 J mol−1 1 1 )= ( ) ln ( − −3 −1 −1 −1 −1 1.0 × 10 M s 8.314 J K mol 308 𝐾 310 𝐾 𝑘2 = 10−3 M −1 mol−1