kinetika kimia

KINETIKA KIMIA

Kinetika kimia adalah suatu ilmu yang membahas tentang laju (kecepatan) dan mekanisme reaksi. Berdasarkan penelitianyang mula – mula dilakukan oleh Wilhelmy terhadap kecepatan inversi sukrosa, ternyata kecepatan reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi / tekanan zat – zat yang bereaksi. Laju reaksi dinyatakan sebagai perubahan konsentrasi atau tekanan dari produk atau reaktan terhadap waktu.

Berdasarkan jumlah molekul yang bereaksi, reaksi terdiri atas :

1.      Reaksi unimolekular : hanya 1 mol reaktan yang bereaksi

Contoh :  N₂O₅  à  N₂O₄  +  ½ O₂

2.      Reaksi bimolekular : ada 2 mol reaktan yang bereaksi

Contoh :  2 HI  à  H₂  +  I₂

3.      Reaksi termolekular : ada 3 mol reaktan yang bereaksi

Contoh :  2 NO  +  O₂  à  2NO₂

Berdasarkan banyaknya fasa yang terlibat, reaksi terbagi menjadi :

1.      Reaksi homogen : hanya terdapat satu fasa dalam reaksi (gas atau larutan)

2.      Reaksi heterogen : terdapat lebih dari satu fasa dalam reaksi

Secara kuantitatif, kecepatan reaksi kimia ditentukan oleh orde reaksi, yaitu jumlah dari eksponen konsentrasi pada persamaan kecepatan reaksi.

6.1. Reaksi Orde Nol

Pada reaksi orde nol, kecepatan reaksi tidak tergantung pada konsentrasi reaktan.

Persamaan laju reaksi orde nol dinyatakan sebagai :

                                                -  =  k₀                  

                                                A  - A₀  = - k₀ . t

            A  = konsentrasi zat pada waktu t

            A₀ = konsentrasi zat mula – mula

Contoh reaksi orde nol ini adalah reaksi heterogen pada permukaan katalis.

6.2. Reaksi Orde Satu

Pada reaksi prde satu, kecepatan reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi reaktan.

Persamaan laju reaksi orde satu dinyatakan sebagai :

                                                -  = k₁ [A]

                                                -  = k₁ dt

                                                ln  = k₁ (t – t₀)

            Bila t = 0  à  A  =  A₀

                                                ln [A]  =  ln [A₀]  -  k₁ t

                                                     [A]  =  [A₀] e^-k₁^t

Tetapan laju (k₁) dapat dihitung dari grafik ln [A] terhadap t, dengan –k₁ sebagai gradiennya.

 

Gambar 6.1. Grafik ln [A] terhadap t untuk reaksi orde satu

Waktu paruh (t_1/2) adalah waktu yang dibutuhkan agar konsentrasi reaktan hanya tinggal setengahnya. Pada reaksi orde satu, waktu paruh dinyatakan sebagai

                                    k₁  =  ln

                                    k₁  = 

6.3. Reaksi Orde Dua

Persamaan laju reaksi untuk orde dua dinyatakan sebagai :

                                                -  =  k₂ [A]²

                                                - =  k₂ t

                                        -  =  k₂ (t – t₀)

Tetapan laju (k₂) dapat dihitung dari grafik 1/A terhadap t dengan k₂ sebagai gradiennya.

 

Gambar 6.2. Grafik ln 1/[A] terhadap t untuk reaksi orde dua

Waktu paruh untuk reaksi orde dua dinyatakan sebagai

                                                t_1/2  = 

6.4. Penentuan Energi Aktifasi

Energi aktifasi adalah ambang batas energi yang harus icapai agar suatu reaksi dapat terjadi. Penentuan energi aktifasi dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan Arrhenius

                                                k  =  A e^-Ea/RT

dimana                      k   =  konstanta laju reaksi

                        A  =  faktor pra eksponensial

                        Ea =  energi aktifasi (kJ/mol)

                        R  =  tetapan gas ideal

    =  8,314 kJ / mol

    =  1,987 kal / mol K

                        T  =  suhu mutlak (K)

Jika persamaan di atas ditulis dalam bentuk logaritma, maka akan didapat

                                    ln k  =  ln A  - 

Dengan membuat kurva ln k terhadap 1/T, maka nilai Ea/R akan didapat sebagai gradien dari kurva tersebut. Karena nilai R diketahui, maka nilai energi aktifasi dapat ditentukan.

Besarnya energi aktifasi juga dapat ditentukan dengan menggunakan nilai – nilai k pada suhu yang berbeda. Persamaan yang digunakan adalah

                                    ln  = 

atau

                                    log  = 

6.5. Efek Katalis

Katalis adalah suatu senyawa yang dapat menaikkan laju reaksi, tetapi tidak ikut menjadi reaktan / produk dalam sistem itu sendiri. Setelah reaksi selesai, katalis dapat diperoleh kembali tanpa mengalami perubahan kimia. Katalis berperan dengan menurunkan energi aktifasi. Sehingga untuk membuat reaksi terjadi, tidak diperlukan energi yang lebih tinggi. Dengan demikian, reaksi dapat berjalan lebih cepat. Karena katalis tidak bereaksi dengan reaktan dan juga bukan merupakan produk, maka katalis tidak ditulis pada sisi reaktan atau produk. Umumnya katalis ditulis di atas panah reaksi yang membatasi sisi reaktan dan produk. Contohnya pada reaksi pembuatan oksigen dari dekomposisi termal KClO₃, yang menggunakan katalis MnO₂.

                        2 KClO₃                   2 KCl  +  3 O₂

Katalis terbagi menjadi dua golongan besar, yaitu

1. Katalis Homogen

Suatu katalis disebut homogen apabila berada dalam fasa yang sama dengan reaktan maupun produk reaksi yang dikatalisa. Katalis ini berperan sebagai zat antara dalam reaksi. Contohnya adalah efek katalis HBr pada dekomposisi termal t-butil alkohol, (CH₃)₃COH, yang menghasilkan air dan isobutilen, (CH₃)₂C=CH₂.

                        (CH₃)₃COH  à  (CH₃)₂C=CH₂  +  H₂O

Tanpa penggunaan katalis, reaksi ini berlangsung sangat lambat, bahkan pada suhu tinggi sekalipun. Hal ini disebabkan karena reaksi ini memiliki energi aktifasi yang sangat tinggi, yaitu 274 kJ/mol. Dengan menggunakan HBr, energi aktifasi akan turun menjadi 127 kJ/mol, dan reaksi menjadi

            (CH₃)₃COH  +  HBr   à   (CH₃)₃CBr  +  H₂O

            (CH₃)₃CBr  à  (CH₃)₂C=CH₂  +  HBr

Kelemahan dari katalis homogen ini adalah ketika reaksi selesai, diperlukan perlakuan kimia selanjutnya untuk memisahkan katalis dari campuran reaksi.

2. Katalis Heterogen

Katalis heterogen adalah katalis yang fasanya tidak sama dengan reaktan atau produk reaksi yang dikatalisa. Katalis heterogen biasanya berfungsi sebagai permukaan tempat terjadinya reaksi. Contohnya adalah reaksi antara H₂ dan O₂ pada permukaan logam. Logam berfungsi sebagai permukaan adsorben dimana H₂ dan O₂ akan menempel dan b