Pengertian Fotokimia [PDF]

Citation preview

Pengertiaan Fotokimia



Cabang Ilmu Kimia yang berhubungan dengan studi tentang reaksi kimia yang terjadi baik secara langsung maupun tidak langsung oleh adanya cahaya/foton, disebut FOTOKIMIA. Fotokimia juga mempunyai pengertian yang mencakup beberapa efek kimia yang berhubungan dengan penyinaran dan penyerapan (absorbtion) sinar terntentu. Definisi ini meliputi beberapa fenomena, seperti nyala, fluoresensi, reaksi-reaksi fotografi, reaksi kimia luminesensi, katalisa reaksi oleh cahaya. Fotokimia adalah ilmu yang mempelajari reaksi-reaksi kimia yang diinduksi oleh sinar secara langsung maupun tidak langsung. Reaksi termal biasa yang berlangsung dalam gelap memperoleh energy pengaktifannya melalui tunbukan antar molekul yang acak dan berurutan. Reaksi fotokimia menerima energy pengaktifannya dari penyerapan foton cahaya ole molekul-molekulnya. Karena itu reaksi ini memberikan kemungkinan untuk reaksi tertentu saja. Jadi tahap pengaktifan dalam reaaaksi fotokimia cukup berbeda dan lebih selektif dibandingkan pengaktifan reaksi biasa (termal). Keadaan elektronik molekul yang tereksitasi mempunyai energy dan ditribusi electron yang berbeda dari keadaan dasar, sehingga sifat kimianyapun berbeda (Alberty. 1984: 219). Studi fotokimia mencakup seluruh fenomena yang berkaitan dengan absorpsi dan emisi radiasi oleh sintesis kimia. Termasuk fenomena yang sebagian besar spektroskopik, seperti flouroscence dan phosphorescence; reaksi kimia luminescent, seperti nyala api dan pancaran cahaya seekor kunang-kunang; dan reaksi foto-terstimulasi, seperti fotografik, fotosintetik, dan berbagai macam reaksi fotolitik. Pengaruh cahaya terhadap sistem kimia mungkin saja kecil atau justru besar. Jika kuanta cahaya tidak memiliki cukup energy untuk menghasilkan efek yang besar seperti disosiasi molekul, maka energy tersebut didegradasi menjadi termal. Efek ini didefinisikan sebagai efek kecil dalam artian fotokimia, selama hasil diperoleh melalui kenaikan temperature dengan berbagai tujuan. Efek yang dihasilkan oleh cahaya, apakah itu kecil atau besar, dapat dihasilkan dari penyerapan cahaya oleh suatu sistem tertentu. Fakta ini, yang sekarang lebih njelas terlihat, pertama kali disadari di awal abad ke-19 oleh Grotthus dan Drape, yang sekarang disebut hukum Grottthus dan Draper.



Pengaruh cahaya terhadap suatu sistem kimia dapat tidak berarti atau justru sebaliknya. Umumnya cahaya yang mengenai suatu sistem, mungkin akan diteruskan/dipindahkan (transmitted); dibiaskan (refracted), dipencarkan (scattered), atau diserap (absorbed). Kenyataan bahwa penyerapan cahaya yang cukup, suatu molekul dapat pecah atau suatu atom dapat teraktivasi. Absorbsi ini membuat molekul/atom teraktivasi dan bila aktivasi ini cukup besar, reaksi kimia dapat berlangsung. Dengan demikian cahaya terabsobsi dapat mempengaruhi kecepatan reaksi dan sering menyebabkan terjadinya perubahan kimia pada kondisi tertentu. 2



Molekul yang mengabsorbsi cahaya/foton berfrekuensi v, besarnya energi terabsorbsi adalah E = h.v. Untuk cahaya tampak dengan panjang gelombang, λ = 6000 Å; frekuensinya, v = c/ λ = 3×1010 cm.dtk-1/6×10-5 cm = 5× 1014 dtk-1. Energi kuantanya (E) adalah, E = h.v = 6,625×10-27×5×1014 = 3,3×10-12 erg. ≈ 2 eV. Untuk ultraviolet dengan panjang gelombang, λ= 2000 λ; energi kuantanya, E kira-kira 3 kali lebih besar atau sama dengan 6 eV. Setiap energi cahaya yang terlibat dalam reaksi kimia merupakan tingkat atau kelipatan harga seperti itu. Oleh karenanya tidak mengherankan apabila cahaya di daerah tampak dan ultraviolet menyebabkan berlangsungnya reaksi. Pengaruh cahaya tampak dan ultraviolet terhadap reaksi kimia merupakan subyek dari fotokimia. Mekanisme Fotokimia Secara hipotesa suatu reaksi berlangsung seperti: persamaan



(1)



Karena aktivasi secara fotokimia, anggapan selanjutnya adalah bahwa mekanisme reaksi tersebut berlangsung menurut:



Tahap pertama dari rangkaian reaksi di atas adalah absrorbsi satu kuantum cahaya oleh molekul A2 membentuk molekul teraktivasi, yakni A2*. Molekul teraktivasi ini segera terdisosiasi menurut reaksi (b), atau terdeaktivasi karena bertumbukan dengan molekul A2 seperti ditunjukkan oleh reaksi (c). Sedangkan k1, k2 dan k3 berturut-turut merupakan konstanta kecepatan reaksi dari reaksi-reaksi (a), (b) dan reaksi (c). Hasil akhir A terbentuk, hanya dari reaksi (b). Kecepatan reaksi pembentukan A dapat ditulis:



persamaan (2)



Pernyataan kecepatan reaksi pembentukan A terhadap konsentrasi A2* harus diubah menjadi hubungan lain. Berdasarkan konsep keadaan stationer, A2* bersifat intermediat, berumur sangat pendek, dan segera berubah menurut reaksi (b) dan reaksi (c). Untuk reaksi (a), kecepatan reaksi hanya ditentukan oleh kecepatan cahaya tersebut terabsorbsi, artinya bahwa kecepatan reaksi berbanding lurus dengan intensitas cahaya terabsorbsi (Iabs). Berdasarkan reaksi (a) diperoleh hubungan:



Persamaan (3) Kecepatan reaksi perubahan A2* berdasarkan reaksi (b) dan reaksi (c) adalah:



Persamaan (4) Dari persamaan diatas diperoleh :



Persamaan (5) Dengan mensubstitusikan persamaan (2)terhadap persamaan (5), didapatlah persamaan kecepatan reaksi pembentukan A berikut:



Karena untuk setiap dua atom A dihasilkan dari satu molekul A2 yang bereaksi, maka hasil kuanta (Ø)-nya adalah:



untuk reaksi fotokimia pada pembentukan HCl dari H2 dan Cl2. Walaupun reaksi rantai berlangsung agak lama, namun hasil kuantanya sangat tinggi yakni 106 molekul HCl terbentuk per kuantum cahaya terabsorbsi, Rantai yang menurunkan hasil kuanta adalah tumbukan atom Cl dengan dinding bejana dan karena ketidakmurnian campuran reaksi di mana zat asing ini bereaksi dengan atom H dan atom Cl. Dengan perbandingan molekul yang



sama antara H2 dan Cl2 pada tekanan sedang, Bodenstein dan Unger menemukan kecepatan pembentukan HCl seperti berikut.



Setiap rangkaian reaksi di atas ini selalu berlangsung, kecuali reaksi terakhir. Berlangsungnya penggabungan antar atom; atau antar radikal bebas; antar atom dengan radikal bebas menjadi molekul yang stabil diperlukan energy yang besarnya tertentu. Kalau tidak molekul yang terbentuk tidak berada dalam keadaan yang stabil; keadaan seperti ini diduga disebabkan oleh 3 hal berikut: hilangnya energy karena tumbukan, terjadi tumbukan (reaksi) terhadap dinding, atau ketidakmurnian dari system yang terlibat reaksi.



Contoh lain adalah fotolisis amoniak (atau penguraian amoniak secara fotokimia), dan Wiig menemukan bahwa reaksi berlangsung menurut:



Dengan kuanta hasil (Ø) rata-rata 0,25 pada tekanan 500 mmHg NH3. Mekanisme yang menjelaskan hasil kuanta ini adalah:



Mekanisme ini dapat menjelaskan tentang kecilnya harga hasil kuanta serta berpengaruhnya faktor tekanan. Contoh Mekanisme Pembentukan Ozon :



Kinetika reaksi pembentukan ozon :



TUGAS KINETIKA KIMIA FOTOKIMIA



Disusun Oleh :



Nama Kelompok



: 1. Rada Yulianarti



(A1F016004)



2. Anggi Wahyo Nugroho (A1F016014)



Dosen Pengampu



3. Nurhasanah



(A1F016022)



4. Tanti Anggraini



(A1F016024)



5. Yessi Rahma Oktavia



(A1F016034)



: Dr. Rina Elvia, M.Si



PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA JURUSAN MATEMATIKA ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS BENGKULU 2018