PERSAMAAN KINETIKA ATAU KECEPATAN REAKSI

  A A dn r V dt

  Semester Genap Tahun Akademik 2010-2011 PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA – FTI UPN “VETERAN” YOGYAKARTA Thursday, 19 ^th May 2011 Bagaimana persamaan kinetika sebuah reaksi dapat diperoleh? r = ...?

  Data-data dan persamaan-persamaan kecepatan reaksi yang tersedia dari literatur Metode-metode untuk memperoleh data kecepatan reaksi dari percobaan di laboratorium, menganalisisnya, dan menginterpretasikannya. Postulasi mekanisme reaksi untuk memprediksi persamaan kecepatan reaksi

  Pendekatan umum:

  1. Pemilihan spesies (reaktan atau produk) untuk memantau atau

  mengamati keberlangsungan reaksi

  2. Pemilihan jenis reaktor dan mode pengoperasiannya

  3. Pemilihan metode untuk mengamati keberlangsungan reaksi

  terhadap waktu

  4. Pemilihan strategi percobaan, yakni bagaimana cara mela- kukan percobaan kinetika, termasuk jumlah dan jenis percobaan yang diperlukan; bagaimana mengantisipasi adanya kemungkinan reaksi-reaksi samping; bagaimana kondisi operasinya; bagaimana menjamin supaya data-data yang dihasilkan mempunyai reproducibility tinggi; dsb.

  5. Pemilihan metode untuk menentukan harga-harga para- meter kecepatan reaksi secara kuantitatif/numerik.

  − = A A A n d

  =

A

A A

dX

n r V

dt

A + B produk reaksi

  A vs t P vs t

  X dt ε − =

  2. Metode Diferensial

  1. Metode Integral

  R T dt =

  1 A A dp r

  ε ε

− = − =

  V C C d V r V dt dt

  ln A A A A A d

  1 A A A A A C dX r

  V vs t (sistem volume berubah) dan lain-lain.

  − =

  = =

A

A A

dX

C r

dt

       

  V dC r dt dt

  C A vs t; n

  A vs t

  X A vs t; 1-X A vs t p

  Perlu memahami hubungan antar besaran tersebut di atas…!!! Dari Neraca Massa A di Reaktor

• ( )

  ♦ ♦ ♦

  ! "

  ! " # " $ % &

  & & !

  " " $

  1. Metode grafik (atau grafik pemban- ding)

  2. Metode merata-ratakan harga k (k averaging procedure)

  3. Metode fractional life (metode ini hanya bisa diterapkan untuk model kinetika hukum pangkat)

  (trial and error) !

  ! !

  " # Grafik (a): harga-harga k tidak konsisten (karena adanya variasi yang cukup lebar antara harga-harga k yang dihitung pada pasangan-pasangan data yang berbeda).

  Grafik (b): harga-harga k relatif konsisten (karena harga- harga k yang dihitung pada pasangan-pasangan data yang berbeda tidak terlalu bervariasi).

  $ %

Metode Grafik Pembanding

  Di dalam sebuah reaktor batch bervolume-tetap, reaktan A

  Hubungan antara

  terdekomposisi menurut persamaan reaksi homogen

  fractional life suatu reaksi Jika orde yang

  berikut: A produk

  (t ) dengan konsentrasi F ditebak: n = 0

  Komposisi A dalam reaktor (C ) yang diukur pada berba-

  A awal reaktan (C ):

  A0

  gai variasi waktu t disajikan sebagai berikut:

  1 − n F

  1 1 − n

  − t (detik) 20 40 60 120 180 300 t C

  = F A n 1 k

  ( − ) C (mol/liter)

  10

  8

  6

  5

  3

  2

  1 A

  (n 1) ≠≠≠≠

  Tentukan persamaan kinetika reaksi yang merepresentasi- kan data-data kinetika tersebut di atas, dengan mengguna-

  atau: _{1 − n Persamaan kecepatan reaksi dianggap mengikuti model Analisis Anda…?} kan metode integral dan metode diferensial.

    F

  1 −

• hukum pangkat: n

  log t log 1 n log C _{F   ( ) A} = − r k C

  − = A A n 1 k

   ( − )  ' ( )***

Metode Grafik Pembanding Metode Grafik Pembanding Metode Grafik Pembanding

  Jika orde yang Jika orde yang

Cek:

  ditebak: n = 1 ditebak: n = 2

  Nilai k =

Jika n = 1,4

  slope grafik linier yang diperoleh

  Analisis Anda…? Analisis Anda…? Analisis Anda…?

Metode Perata-rataan Harga k Metode Fractional Metode Perata-rataan Harga k

  Life (F = ½)

Cek: n = 1,4 Jadi: k = ………………….. Analisis Anda…?

  rata-rata

  & "

Penentuan n dan k:

  _{1 n} −  

  '

  1

  1  − 

  & % ' ( )

  2

• log t log _{1 =   ( − ) A}
₂ 1 n log C  n 1 k 

  ( − ) _n d C d C _A ^A

    r k C Bentuk persamaan kecepatan: − r = − = f ( C )

  − A = − = A ^{A A} dt d t

  Dengan demiki- f(C ) ditebak diasumsikan dengan atau . A an, n dan k dapat ditentukan berdasarkan

  Bentuk persamaan nilai-nilai slope kecepatan reaksi dan intercept . tebakan tersebut dianggap sesuai jika plot tersebut menghasilkan bentuk yang linier.

  Jangan lupa: d C k C _{A 1 A} r

  − = − =

Satuan k: …..? A +

  dt 1 k C _{2 A}

  (") * $ ( ") * $ $ $ $ (b) d C

  A Penentuan : d t

  1. Metode Grafik Metode garis singgung Metode diferensiasi (sederhana; equal area)

  (a)

  2. Metode Numerik Metode finite-divided difference

  Contoh smooth-curve atau freehand-curve ditunjukkan pada kurva (a) . Smooth-curve harus dibuat secara hati- Metode curve-fitting hati, dengan pandangan mata. Pada umumnya kurva ini tidak akan melewati semua titik data, tetapi mampu me-

  Metode diferensial yang lain: nunjukkan kecenderungan (trendline) data. Banding-

  1. Metode isolasi kanlah dengan kurva (b) , yang melewati semua titik data, tetapi justru tidak menunjukkan kecenderungan data.

  2. Metode initial rate Data berikut ini diperoleh melalui eksperimen reaksi o dekomposisi reaktan A pada 0 C dalam sebuah reaktor batch bervolume-tetap menggunakan gas murni

  L) (reaktan) A: l/ o

  Waktu (menit)

  2

  4

  6

  8

  10

  12

  14

  ∞ (m _A

  Nilai n dan k C

  Tekanan parsial dapat 760 600 475 390 320 275 240 215 150

  A (mm Hg) ditentukan

  Tangents

  (garis-garis

  Jika stoikiometri reaksinya dituliskan sebagai: A → 2,5 R

  singgung) pada titik-titik

  tentukan persamaan kecepatan reaksi yang merepresen-

  data yang

  tasikan data-data di atas! Jangan lupa

  bersesuaian

  satuannya! t (detik)

• * + ) ,

  Contoh Soal: : " $&

  1 2 & !"#

  → → → → → → → →

  2

  3

  2 "

  3 2 & ! 4 ( ' . 2 $ , !. 2 %

  % 2 " $

  2

  3

  2 "5 $

  6 2 &

  ;

  2 % & ( ) , (/

  2 2 + ' %(& *0./, , .) 0-.(( -).+/ -+. + % 2 &

  $ 7 2 . $ %

  2

• % - & ( / ! " #$ % & $ !"#

  "

  2

  2

  % & ,* ,(( +/ )+0 ),* + /*

  2 $ $

  2

  2

  8

  7

  2

  2 () *+ , - ' ((

  < 2

  2

  2

  2

  $

  2

  2

  2

  2

  9

  2

  ' .*(, .* ./0) ./ , ./*- ./((

  6 & .

  2 . - )

  " 2 $

  2