Kinetika Kimia - kelompok 2

Kinetika kimia merupakan cabang ilmu kimia yang mempelajari tentang proses yang berhubungan dengan kecepatan laju suatu reaksi dan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi. Dalam praktek suatu reaksi kimia dapat berlangsung dengan laju atau kecepatan yang berbeda-beda. Reaksi yang berlangsung sangat cepat misalnya adalah reaksi terbentuknya endapan klorida dari larutan perak nitrat dengan larutan natrium klorida. Dalam kehidupan sehari-hari sering dijumpai reaksi yang berlangsung lambat misalnya peristiwa pengkaratan atau korosi. Reaksi yang menyangkut proses geologi juga berlangsung sangat lambat misalnya peristiwa pelapukan kimia pada batu karang yang disebabkan oleh pngaruh air dan gas-gas yang terdapat di atmosfir.

Dalam industri suatu proses atau reaksi perlu dikondisikan sedemikian rupa sehingga produknya dapat diperoleh dalam waktu yang sesingkat mungkin. Oleh karena itu, dengan mempelajari kinetika kimia maka seluruh faktor-faktor yang mempengaruhi laju suatu reaksi dapat dikendalikan sehingga lebih hemat dan efisien. Berkaitan dengan hal itu dalam materi kinetika kimia ini akan dipelajari tentang laju atau kecepatan reaksi, mekanisme reaksi, orde reaksi sert factor-faktor penentu laju suatu reaksi kimia.

A.    Laju Reaksi

Laju reaksi adalah perubahan jumlah pereaksi dan hasil pereaksi per satuan waktu. Karena reaksi berlangsung  kearah pembentukan hasil, maka laju reaksi adalah pengurangan jumlah  pereaksi per satuan waktu atau penambahan jumlah hasil reaksi per satuan waktu. Untuk reaksi sederhana:

      aA + bB + ... à cC + dD + ...

Persamaan lajunya berbentuk

Laju = k[A]^m[B]ⁿ

Dimana konstanta proporsionalitas k disebut juga konstanta laju dan karakteristik untuk reaksi pada suhu tertentu serta tidak berubah saat reaksi terjadi.

m dan n disebut orde reaksi didefinisikan sejauh mana laju reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi masing-masing reaktan

Komponen persamaan laju: laju, orde reaksi dan konstanta laju harus ditentukan berdasarkan eksperimen bukan berdasarkan persamaan stoikiometris yang seimbang

B.     Orde Reaksi

Orde reaksi adalah jumlah eksponen faktor konsentrasi yang terdapat dalam hukum laju reaksi itu. Hubungan antara laju reaksi dan konsentrasi disebut rumus laju atau hukum laju.

Tetapan laju tidak bergantung pada konsentrasi, tetapi pada suhu

            aA →produk

Untuk reaksi dengan reaktan tunggal, laju berbanding lurus dengan konsentrasi reaktan tersebut dipangkatkan

Laju = k[A]ⁿ

Pangkat yang diberikan pada konsentrasi disebut orde reaksi untuk reaktan yang bersangkutan. Orde reaksi keseluruhan merupakan jumlah pangkat semua spesies yang muncul dalam persamaan laju untuk suatu reaksi. Orde reaksi tidak selalu harus berupa bilangan bulat; pangkat pecahan kadang dijumpai. Orde reaksi merupakan hasil dari eksperimen dan tidak dapat diperkirakan dari bentuk persamaan kimianya.

Beberapa proses termasuk orde nol untuk jangkauan konsentrasi tertentu. Karena [A]⁰ = 1, maka laju reaksinya tidak bergantung pada konsentrasi.

Laju = k (kinetika orde nol)

Banyak laju bergantung pada konsentrasi dua atau lebih unsur kimia yang berbeda. Hukum lajunya dapat ditulis

      _{laju =    -}    1  d[A] _{= k[A]m[B]n}

                    a   dt

Orde reaksi keseluruhan = m+n+……….

Hukum Laju Terintegrasi

Hukum laju terintegrasi merupakan salah satu menentukan perubahan konsentrasi. Hukum laju terintegrasi menyatakan konsentrasi suatu unsur langsung sebagai fungsi unsur waktu. Untuk hukum laju tertentu yang sederhana, hukum laju terintegrasinya dapat diperoleh . Contoh orde reaksi pertama dan kedua.

Reaksi Orde Pertama

—  Rumus laju reaksi orde pertama

      dc  ₌ - kc

      dt

—  Perhitungan jumlah konsentrasi pada waktu tertentu

      ln c = ln c⁰ – kt

      c = c⁰e^-kt

—  Perhitungan waktu paruh

            _{t½ =} ln 2 ₌ 0,6931

                     k           k

—   k memiliki dimensi detik^-1 dan waktu paruh memiliki dimensi detik

—  Grafik antara ln c vs waktu menghasilkan garis yang lurus. Lerengnya = -k  dan c⁰ perpotongan dengan sumbu x

Reaksi Orde Kedua

—  Perhitungan laju

            dc  ₌ - 2kc2

            dt

—  Perhitungan konsentrasi pada waktu t

            1  ₌   1  _{+ 2 kt}

            c       c₀

—  Jika 1/c dan t dibuat grafik, maka lerengnya adalah 2k dan perpotongan dengan sumbu x merupakan 1/c₀

—  Konsep waktu paruh kurang berguna untuk reaksi orde kedua.

            t1/2 ₌    1

                       2kc₀

C.    Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

1. Macam zat yang bereaksi

Pada kondisi tertentu masing-masing reaksi memiliki karakteristik laju masing-masing yang ditentukan oleh sifat kimia reaktan. Suhu dan tekanan mempengaruhi laju reaksi. Tekanan, terutama bagi zat yang berwujud gas. Kedua-duanya biasanya dijaga konstan.

• Pada suhu kamar contohnya:

            H₂(g) + F₂(g) à 2HF(g)  sangat cepat

            3H₂(g) + N₂(g) à 2NH₃(g) sangat lambat

2.Konsentrasi zat yang bereaksi

            Konsentrasi pereaksi berbanding lurus dengan laju reaksi. Molekul-molekul harus bertumbukan agar terjadi reaksi dalam konteks ini laju reaksi proporsional dengan konsentrasi reaktan.

Paling sedikit ada satu reaktan dalam suatu reaksi. Untuk terbentuknya suatu produk akibat reaksi katalisis atau autokatalisis. Adakala suatu produk boleh menghambat suatu reaksi, hal ini tidak diinginkan, karena reaksi tidak menyajikan hasil yang sempurna.

Suatu katalis dapat mempengaruhi laju reaksi. Salah satunya membuat semua usaha untuk mengetahui apakah suatu katalis penting adanya. Pengaruh pengotoran tidak dapat diperhitungkan tanpa pengontrolan percobaan.

3.Keadaan fisik (luas permukaan zat)

            Molekul-molekul harus bercampur agar dapat bertumbukan, semakin halus bentuk zat yang bereaksi semakin cepat laju reaksi.

5.Suhu (Temperatur)

            Semakin tinggi suhu maka energi kinetik molekul meningkat sehingga frekuensi tumbukan semakin tinggi sehingga laju reaksi meningkat

6. Katalisator

            Zat yang mempercepat reaksi kimia tetapi tidak mengalami perubahan yang permanen  

Dua hal penting yang menyebabkan adanya katalis dapat mempercepat laju reaksi:

•  Katalis mempercepat laju reaksi ke arah produk maupun ke arah pereaksi, sehingga menghasilkan rendemen produk lebih cepat (rendemen produk tidak lebih banyak daripada reaksi yang tanpa katalis)
•  Katalis dapat menurunkan energi pengaktifan dengan cara menyediakan mekanisme reaksi yang berbeda yang memiliki jalur energi pengaktifan lebih rendah.

Katalis terbagi menjadi dua jenis:

•  Katalis Homogen: yaitu zat berwujud gas, cair atau padat yang dapat larut dalam campuran reaksi.
•  Katalis Heterogen: biasanya adalah zat padat yang berinteraksi dengan pereaksi berwujud gas atau cair. Reaksi berlangsung di permukaan, sehingga semakin luas permukaan katalis, reaksi berlangsung lebih efektif, lebih cepat.

7. Intensitas Radiasi

Sinar matahari atau sinar lampu juga dapat mempengaruhi laju reaksi. Umumnya pengaruh ini sedikit diperhatikan hanya untuk mempelajari pengaruh fotokimia. Kekuatan

sinar di dalam spektrofotometri yang menggunakan sinar  monokromatik tidak diharapkan. Tetapi jika berkas sinar putih jatuh lurus ke atas sampel seperti didalam dioda spektrofotometer perlu diperhatikan.

8.Sifat-Sifat Pelarut

Laju reaksi tergantung dari kepolaran pelarut, viskositas, jumlah donor elektron, dan sebagainya. Penambahan suatu elektrolit dapat memperkecil atau menaikkan suatu laju reaksi (pengaruh garam), dan demikian pula adanya buffer.

Setiap dari variabel-variabel ini akan dibahas dalam buku ini. Dimulai dengan konsentrasi, karena penentuan bentuk hukum laju reaksi dalam besaran konsentrasi dan variabel yang lain dijaga konstan. Kemungkinan ketergantungan konsentrasi dalam langkah suatu reaksi berhubungan dengan perjalanan langkah reaksi elementer menuju senyawa antara. Beberapa pengarang, terutama ahli biokimia, menyatakan kinetika mekanisma reaksi sebagai mekanisma kimia. Selanjutnya, mekanisma reaksi dapat pula menggambarkan stereokimia beserta aliran elektronnya.

Hukum laju reaksi meliputi pembahasan jumlah keadaan transisi atau kompleks teraktivasi. Keadaan transisi menerangkan atom-atom pada keadaan kritis dan konfigurasi pada energi potensial barier tertinggi yang memisahkan antara reaktan dan produk. Dari beberapa keadaan transisi ada langkah-langkah reaksi tetapi hanya keadaan transisi yang mempunyai energi bebas tertinggi yang signifikan. Karakteristik ini mengikuti aturan keadaan transisi, menunjukkan bahwa setiap langkah tunggal didalam mekanisme reaksi dinamakan sebagai langkah pengontrolan laju reaksi, Penggunaan lain adalah pembatasan laju reaksi walaupun sedikit dikenal tapi ada, dan IUPAC merekomendasikan standarisasi dari pengontrolan laju reaksi.

Hukum laju reaksi membahas komposisi keadaan transisi dari pengontrolan langkah laju reaksi, yaitu spesis berupa atom yang terkandung dan terjadi perubahan muatan ion, jika ada. Sebagai tambahan, dapat memberitahukan apakah ada pengulangan  kesetimbangan yang mendahului langkah-langkah pengontrolan laju reaksi. Kadang-kadang, salah satu pengontrolan ini dapat dipelajari, termasuk senyawa antara dalam kasus mengidentifikasi keadaan optimum.

 Walaupun kondisi isotermal diatur dalam kumpulan percobaan yang diberikan, variasi suhu dalam keberhasilan dari pengukuran yang disajikan yang selanjutnya memberikan informasi. Data ini menghasilkan besaran untuk parameter aktivasi, yaitu berupa entropi aktivasi (ΔS m ), entalpi aktivasi (ΔHm ) dan energi aktivasi (Ea). Sepertinya laju reaksi berubah sempurna bila digunakan dalam tekanan tinggi. Data ini menghasilkan volume aktivasi (ΔVm ).

Besarnya laju reaksi dan mekanisme reaksi dapat ditentukan. Meliputi laju reaksi dibawah kondisi tertentu, konstanta laju reaksi dan energy aktivasi. Yang lainnya disimpulkan berdasarkan kelangsungan data percobaan, seperti komposisi keadaan transisi dan langkah pengontrolan laju reaksi sebenarnya. Masih ada yang lain, yaitu kepolaran, pengaturan stereokimia atom-atom dan perluasan putusnya ikatan dan penggabungan ikatan kembali.

Reaksi elementer banyak berlangsung dalam larutan, terutama pada reaksi homogen. Kinetika reaksi dalam larutan dipengaruhi oleh sifat kimia dan fisika pelarut, seperti pengaruh adanya garam, kepolaran, kuat ion, struktur, isotop dan viskositas.