Pertemuan 1_KinKat Gasal 2011-2012

KINETIKA DAN KATALISIS

  mekanisme reaksi , dan pendekatan persamaan empirik (teori) .

  25 ^{26 27 28 29 30 30 31 27 28 29 30} _{DECEMBER 2011 JANUARY 2012} KETERANGAN: Hijau: Periode UTS Merah: Periode UAS ^{S M T W T F S S M T W T F S 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 4 5 6 7 8 9 10 8 9 10 11 12 13 14} _{11 12 13 14 15 16 17 15 16 17 18 19 20 21 18 19 20 21 22 23 24 22 23 24 25 26 27 28 25 26 27 28 29 30 31 29 30 31}

  Weekly Class Schedule Rabu, 10:10 – 12:40 WIB Ruang TK III-1 Kalender Akademik Semester Gasal 2011-2012 _{SEPTEMBER 2011 S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S 4 OCTOBER 2011 NOVEMBER 2011 1 2 3 2 3 4 5 6 7 1/8 1 2 3 4 5 4 5 6 7 8 9 10 9 10 11 12 13 14 15 6 7 8 9 10 11 12 11 12 13 14 15 16 17 16 17 18 19 20 21 22 13 14 15 16 17 18 19 18 19 20 21 22 23 24 23 24 25 26 27 28 29 20 21 22 23 24 25 26}

  6. Walas, S.M., 1959, “Reaction Kinetics for Chemical Engineers” , Kogakusha: McGraw-Hill, Inc.

  5. Smith, J. M., 1981, “Chemical Engineering Kinetics” , 3 rd ed., New York: McGraw-Hill, Inc.

  4. Fogler, H. S., 1992, “Elements of Chemical Reaction Engineering” , 2 nd edition, New Jersey: Prentice-Hall, Inc.

  3. Hill, Charles G., 1977, “An Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design” , New York: John Wiley & Sons, Inc.

  2. Missen, R. W., C. A. Mims, and B. A. Saville, 1999, “Introduction to Chemical Reaction Engineering and Kinetics” , New York: John Wiley & Sons, Inc.

  1. Levenspiel, O, 1999, “Chemical Reaction Engineering” , 3 rd ed, New York: John Wiley & Sons,Inc.

  Pustaka atau Referensi

  Mata Kuliah Prasyarat: Kimia Fisika, Termodinamika

  SEMESTER GASAL TAHUN AKADEMIK 2011/2012 PRODI TEKNIK KIMIA FTI UPN “VETERAN” YOGYAKARTA Rabu, 14 September 2011 by: siti diyar kholisoh

  121161623 Deskripsi Mata Kuliah Kinetika dan Katalisis merupakan mata kuliah

  katalitik dan non-katalitik , dalam sistem partaian dan

  menyusun dan menentukan persamaan kecepatan atau kinetika reaksi-reaksi homogen dan heterogen ,

  dasar kinetika reaksi kimia dan katalisis , serta

  Setelah mengikuti mata kuliah ini (pada akhir semester), mahasiswa mampu memahami dasar-

  Kompetensi Mata Kuliah

  , yang merupakan kajian/ telaah jantungnya industri proses kimia. Mata kuliah ini memberikan bekal yang signifikan dalam penyusunan tugas akhir mahasiswa.

  chemical reaction engineering

  kuliah ini termasuk dalam kelompok mata kuliah

  kinetika reaksi kimia dan katalisis, beserta aspek-aspek yang terkait dengannya. Mata

  wajib (mata kuliah keahlian) di dalam Kurikulum Jurusan Teknik Kimia yang mempelajari tentang

  sinambung, berdasarkan data hasil percobaan,

• Review termodinamika reaksi kimia Pertemuan 1, 2, dan 3

• Reaksi elementer vs reaksi nonelementer
• Penggolongan/klasifikasi reaksi kimia
• Mekanisme reaksi
• Menjabarkan persamaan kecepatan reaksi dari
• Definisi kecepatan/laju reaksi
• Konsep
² stoikiometri [reaksi tunggal vs reaksi multiple/kompleks, sistem constant-density vs variable-density, konversi reaksi – koordinat/tingkat reaksi (molar extent of reaction) – yield – selektiv
• Teori tumbukan
• Teori kompleks aktif (keadaan transisi)
• Faktor
² yang mempengaruhi kecepatan reaksi (suhu, konsentrasi, tekanan parsial,
• Perbandingan dengan teori/korelasi Arrhenius

5 Kinetika Reaksi Homogen: Sistem Batch

• Pengantar tentang percobaan kinetika reaksi kimia dan data yang diperoleh
• Pengantar reaksi dalam sistem batch
• Kinetika reaksi homogen dalam sistem
• Metode integral & diferensial
• Metode
² lain: fractional life, initial rate, isolatio
• Pengantar sistem alir/kontinyu dan perbandingannya
• Kinetika reaksi homogen dalam sistem variable-density.
• Kinetika dalam reaktor alir tangki berpengaduk ideal
• Kinetika dalam reaktor alir pipa ideal (RAP)
• Gambaran umum reaksi berkatalis padat
• Menjabarkan persamaan surface kinetics (+ isoterm adsorpsi Langmuir)
• Analisis dan interpretasi data percobaan kinetika Pertemuan 13 dan 14
• + additional point (keaktifan)

  UTS –

  8 Pengantar Sistem Reaksi Heterogen Pertemuan 12

  9 Dasar-dasar Katalis dan Katalisis

  10 Kinetika Reaksi Berkatalis Padat

  Lain-lain: Komponen Penilaian:

  ±

  ± 30-50%

  UAS – ± 40-60% Tugas: PR, Kuis –

  10-20%

  Setiap mengikuti kuliah , mahasiswa wajib:

  Sudah mempunyai dan membaca/ mem- pelajari materi yang akan diberikan Membawa kalkulator HP mohon dimatikan, atau di-silent. Duduk: Dimulai dari barisan depan.

  Tidak ada tugas/ PR susulan Tidak ada ujian susulan (kecuali pada kondisi yang telah diatur oleh REKTOR UPNVY)

  Pertemuan 10 dan 11 Materi Kuliah (5) No. Materi Kuliah Pertemuan

  dengan sistem batch

  (RATB)

  7 Kinetika Reaksi Homogen: Sistem Alir/Kontinyu

  Pertemuan 8 dan 9

  6 Analisis dan Interpretasi Data Percobaan Kinetika Reaksi: Sistem Batch

  Pertemuan 6 dan 7 UJIAN TENGAH SEMESTER (UTS) Materi Kuliah (4) No. Materi Kuliah Pertemuan

  (reversible, paralel, seri)]

  constant-density [reaksi ² sederhana dan irreversible (orde 1, orde 2, orde 0, orde n, fractional life, orde semu) vs reaksi ² kompleks

  Materi Kuliah (3) No. Materi Kuliah Pertemuan

  4 Teori Kinetika Reaksi Kimia (untuk memprediksi persamaan kecepatan reaksi berdasarkan teori/empirik)

  mekanismenya Pertemuan 4 dan 5

  3 Interpretasi Molekuler Kinetika Reaksi Kimia

  Kemolekulan, orde/tingkat reaksi, konstanta kecepatan reaksi Materi Kuliah (2) No. Materi Kuliah Pertemuan

  2 Dasar-dasar Kinetika Reaksi

  1 Pendahuluan

  Materi Kuliah (1) No. Materi Kuliah Pertemuan

UJIAN AKHIR SEMESTER (UAS)

  Lain-lain (Lanjutan): “Rasa ingin tahu adalah ibu dari semua ilmu pengetahuan”

  Sifat Ujian: CLOSED BOOK (Kecurangan dalam ujian: nilai NOL…!!!)

  “Perjalanan seribu mil dimulai dari satu langkah” Presensi: minimum …% Syarat mengikuti UAS

  (ditetapkan oleh UPNVY) Pelaporan ketidakhadiran ketika ujian utk

  → → → → mengajukan permohonan menempuh ujian susulan hanya dilayani pada hari H ujian (jam

  → → → → Prestasi (atau nilai atau pencapaian) yang

  → → akan Anda raih sangat ditentukan oleh usaha

  2 sungguh yang Anda lakukan sendiri... ☺

  Ketua kelas: ……? Siti Diyar Kholisoh http://diyarkholisoh.wordpress.com

  PENDAHULUAN diyar.kholisoh@upnyk.ac.id

  Pertemuan Ke-1 diyar_khch@yahoo.co.id

  Rabu, 14 September 2011

• +62 818 0265 7571 (via sms only) Kompetensi yang Ingin Dicapai (2): Kompetensi yang Ingin Dicapai (1):

  3. Memahami perbedaan antara reaksi

1. Memahami ruang lingkup dan

  reversible dan irreversible dalam telaah peran/posisi/kedudukan mata kuliah (MK) Kinetika dan Katalisis dalam pembelajaran termodinamika. ilmu Teknik Kimia, serta kaitan MK ini dengan

  4. Memahami perbedaan antara aspek

  2 MK yang lain. termodinamika dan aspek kinetika sebuah

  2. Memahami pentingnya aspek termodinamika reaksi. reaksi (berupa keberlangsungan reaksi, panas

  5. Memahami faktor-faktor yang reaksi, kesetimbangan reaksi, dsb) sebelum mempengaruhi kesetimbangan reaksi. meninjau kinetikanya.

  Teknik Kimia: …? Onion model

6. Mampu menyusun tabel stoikiometri reaksi

  7. Mampu membedakan berbagai cara menyatakan konstanta kesetimbangan reaksi (K, K P

  , K y

  , dsb.)

  8. Mampu melakukan perhitungan yang terkait dengan kesetimbangan reaksi, dengan memanfaatkan data termodinamika yang ada.

  Kompetensi yang Ingin Dicapai (3): PROSES ² FISIKA Bahan Baku

  Produk PROSES PROSES ² FISIKA KIMIA

  Daur ulang (recycle)

  Tahap Reaksi Kimia Tahap Persiapan Bahan Baku

  Tahap Pemurnian Produk / Hasil Reaksi REAKTOR

  Industri proses kimia dirancang untuk menghasilkan bahan- bahan (produk) yang diinginkan secara ekonomi, dari sejumlah bahan baku, melalui serangkaian proses-proses pengolahan (fisika dan kimia).

  (yang selalu diusahakan berbasis mol) untuk reaksi tunggal maupun reaksi kompleks, dan beberapa aplikasinya.

  The Onion Model of Process Design The Onion Model of Process Design The Onion Model of Process Design The Onion Model of Process Design Sumber: Smith, R., 2005, “Chemical Process Design”

  ILUSTRASI SISTEM PROSES KIMIA CHEMICAL PROCESS SYSTEM FEED PRODUCT SAFETY SYSTEM CONTROL SYSTEM FC/ FRC, TC/ TRC, LC, PC, CC, … UTILITY SYSTEM

  REAKTOR UNIT OPERATION UNIT OPERATION RECYCLE UMPAN PRODUK REAKTOR UNIT PEMROSESAN

OFFSITE SYSTEM

• STORAGE
• DERMAGA>WATER AND STEAM
• ELECTRICAL>PRESS AIR
• REFRIGERANT
• REL/ JALAN
• WASTE TREATMENT
• INERT

  Tercapainya selektivitas terhadap pembentukan produk yang diinginkan (desired product) yang setinggi

  mungkin.

  Berlangsungnya reaksi dengan laju atau kecepatan yang setinggi mungkin.

  Hal ini dapat dicapai, salah satunya, dengan menambahkan katalis atau katalisator .

  Berlangsungnya reaksi dengan kondisi yang “selunak” mungkin.

  

CHEMICAL PROCESS SYSTEM Target pelaksanaan atau penerapan sebuah reaksi kimia

dalam skala komersial: Tercapainya konversi reaktan yang setinggi mungkin.

  Kinetika dan Katalisis: Cakupan yang ada di dalamnya (kinetika reaksi kimia):

  merupakan salah satu ilmu dasar yang diperlukan oleh

  1. Studi kuantitatif kecepatan reaksi seorang sarjana Teknik Kimia untuk melakukan perancangan

  (Termasuk di dalamnya tentang teknik-teknik atau reaktor, di samping ilmu-ilmu dasar yang lain seperti: cara-cara untuk memperoleh persamaan kecepatan

  Termodinamika reaksi kimia

  sebuah reaksi kimia)

  Proses-proses perpindahan (massa, panas, momentum) 2. Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kecepatan reaksi. Reaktor

  3. Aspek molekuler yang terlibat dalam sebuah reaksi kimia Ekonomi teknik

  (Termasuk di dalamnya tentang mekanisme dan teori Kinetika: kinetika reaksi) merupakan ilmu yang mempelajari tentang kecepatan atau laju.

  merupakan ilmu yang mempelajari kecepatan reaksi kimia. atau sudut pandang:

  1. Termodinamika Katalisis: ……………… (katalis, katalitis(k))

  2. Kinetika HUBUNGAN ANTARA TERMODINAMIKA BEBERAPA PERBANDINGAN ANTARA KINETIKA & TERMODINAMIKA REAKSI KIMIA DAN KINETIKA REAKSI KIMIA Pada dasarnya, secara termodinamika, semua reaksi kimia

  Aspek Kinetika Termodinamika merupakan reaksi bolak-balik (reversible).

  Telaah kajian Kecepatan atau laju reaksi Kesetimbangan reaksi

  Reaksi reversible

  Time-dependent (waktu

  Berdasarkan reversibilitas

  Time-independent Pengaruh waktu merupakan variabel yang

  Reaksi irreversible

  ditinjau) Karenanya:

  Tidak memperhatikan

  diperlukan telaah kesetimbangan reaksi kimia

  Alur atau meka- Memperhatikan alur reaksi (hanya me- nisme reaksi alur reaksi ninjau keadaan awal dan

  Faktor yang mempengaruhi yield kesetimbangan reaksi: akhir reaksi)

  1. Suhu Silakan _o

  2. Excess reactants k (konstanta kecepatan G , K (konstanta

  ∆ Anda

  Beberapa besaran reaksi), X (konversi kesetimbangan reaksi),

  3. Tekanan total sistem jabarkan

  Ingat kembali: yang terkait reaksi setiap waktu), X (konversi maksimum _e

  4. Penambahan gas inert energi aktivasi reaksi sendiri! reaksi)

  Asas Lee Chatelier

  5. Keberadaan katalis REVIEW TERMODINAMIKA REAKSI KIMIA o Perhitungan G untuk Reaksi Kimia

  ∆∆∆∆ Cakupan yang dipelajari:

  1. Menaksir kelayakan termodinamika suatu reaksi kimia Untuk skema reaksi: A + B P + Q νννν νννν ⇔ νννν ⇔ νννν

  A B ⇔ ⇔ P Q

  2. Menentukan konversi maksimum reaksi (X ) pada kondisi e tertentu o o o o o

  G = ( ) ( G ) + ( ) ( G ) + ( ) ( G ) + ( ) ( G )

  ∆ ν A ∆ f,A ν B ∆ f,B ν P ∆ f,P ν Q ∆ f,Q

  3. Menentukan panas yang menyertai reaksi kimia (panas reaksi) o o

  atau: G G

  ∆ = ν ∆ ∑ i f , i o

  Berdasarkan nilai G …!!! ∆∆∆∆ _o i o

  G (kJ/mol) Tingkat Kelayakan ∆∆∆∆

  G perubahan energi bebas Gibbs standar

  ∆ ≡ _o f,i

  ∆ G < -40 Sangat layak

  i koefisien stoikiometri reaksi komponen i _o ν ≡

• 40 < G < 0 Layak

  ∆ Ingat…! i berharga negatif (-) untuk reaktan atau

  ν _o Bisa layak, tetapi sangat bergantung kepada 0 < G < 40

  ∆ pereaksi, dan i berharga positif (+) untuk produk kondisi operasi

  ν _o atau hasil reaksi

  G > 40 Pada umumnya tidak layak ∆

• P
• K = K
• K
• K
• K
• Pada kesetimbangan diperoleh konversi maksimum

  reaksi dapat digolongkan menjadi:

  S dengan

  ∆

  ∆ H - T.

  G =

  ∆ H = ∆ G + T. ∆ S atau: ∆

  H berharga positif) Hubungan antara perubahan entalpi reaksi (panas reaksi) dengan perubahan energi bebas Gibbs reaksi:

  ∆

  (

  H berharga negatif), dan

  ∆

  (

  Berdasarkan panas yang menyertainya , suatu

  S adalah perubahan entropi sistem reaksi

  kapasitas panas komponen i, biasanya merupakan fungsi suhu: Cp = Cp (T)

  ≡

  Cpi

  ∑ ν + ∆ = ∆

  T 298 i i i o 298 ∫

  ( ) Cp dT H H

  

∆∆∆∆

H sebagai fungsi suhu dapat dinyatakan sebagai:

  H H

  , i f i o

  ∑ ∆ ν = ∆ i o

  H

  ∆

  Hubungan antara Konstanta Kesetimbangan Reaksi, Panas Reaksi, dan Suhu

  keberlangsungan sebuah reaksi adalah sebesar perubahan entalpi reaksinya, atau: Q =

  , maka:

  ∆

  Jika

  H 1 R K K ln

  1 T

  2 T

  1

  2

  1

  − =

    − ∆

     

  2

  Hubungan antara K,

  dan T

  1

  H konstan pada rentang T

  ∆

  pengaruh T terhadap K: Jika

  = Dua kondisi yang dapat ditinjau untuk mengamati

  H dT K ln d ∆

  2 T R

  persamaan Van’t Hoff: ( )

  H, dan T dinyatakan dengan

  ∆

  ∆

  Pada tekanan tetap, panas yang meyertai

  H merupakan fungsi suhu, maka penyelesaian langsung dengan pers. Van’t Hoff o o Data G , H , dan persamaan Cp sebagai

  i ≡

  P K K K p K K K

  ν φ ^{i i} t y

  ∑ =

  − − + =

  P K K K ν ν ν ν φ

  kesetimbangan dinyatakan sebagai berikut: _{B A Q P} t y

  suhu mutlak (absolut) reaksi Untuk reaksi homogen fase gas, konstanta

  ≡

  konstanta atau tetapan gas ideal T

  ≡

  aktivitas komponen i R

  Atau: Keterangan: a

  ∑

  ∆ − =

  T R G ^o K e

  o − = ∆

  G = 0, sehingga: K ln T R G

  ∆

  dan

  = = = ∆ − ∆ ν ν ν ν

  ln ln . . ln

  K RT Ka RT a a a a T R G G _{B A} ^{Q P} B A Q P o

  Pada kesetimbangan reaksi kimia berlaku:

  Kesetimbangan Reaksi Kimia

  φ =

  = ν _{i i} t y p

  Pada umumnya, reaksi kimia berlangsung pada kondisi tekanan tetap.

  a ≡

  Panas Reaksi Kimia

  )

  e

  (X

  konstanta kesetimbangan reaksi berbasis koefisien fugasitas

  φ ≡

  tekanan parsial

  p ≡ konstanta kesetimbangan reaksi berbasis

  konstanta kesetimbangan reaksi berbasis fraksi mol gas

  y ≡

  konstanta kesetimbangan reaksi berbasis aktivitas

  tekanan total sistem reaksi (dalam atm)

  P K K dengan: sehingga:

  t ≡

  Keterangan:

  . . . . .

  = = .

  φ φ φ φ − − +

  ν ν ν ν ν ν

  ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν

  P y y y y f f f f K

  Untuk gas nyata , berlaku: Untuk gas ideal , berlaku: ^{B A Q P B A Q P B A Q P B A Q P t B A Q P B A Q P B A Q P}

  K K =

  φ = p

  p K K K

• Reaksi eksotermik: jika reaksi melepaskan panas
• Reaksi endotermik: jika reaksi membutuhkan panas

  ∆ ∆ CONTOH SOAL f,298 f,298 fungsi T disajikan dalam tabel berikut: Reaksi fase gas: C H (g) ⇔ ⇔ ⇔ ⇔ C H (g) + H (g)

  2

  6

  2

  4

  2 o o

  G H ∆ ∆ f,298 f,298 berlangsung pada tekanan 1 atm dan suhu 1000 K.

  Komponen Cp (kJ/mol.K) (kJ/mol) (kJ/mol) Mula-mula hanya terdapat C H (murni). Reaktan

  2

  6

• 5

  dan produk reaksi dianggap berkelakuan sebagai C H (g) -32,886 -84,667 0,0096 + 8,37.10 T

  2

  6 gas ideal.

• 5

  C H (g) 68,124 52,3 0,0117 + 12,55.10 T

  2

  4 Hitunglah:

• 5

  H (g) 0,0289 + 1,67.10 T

  a) konstanta kesetimbangan reaksi (K), dan

  2

  b) konversi maksimum reaksi (X ) yang e dapat dicapai pada kondisi tersebut.