MAKALAH KIMIA FISIKA

KESETIMBANGAN KIMIA

KINETIKA KIMIA

KELOMPOK 7 KATALIS

Ahmad Hamidi

Ferdi Fajrian A.

Jeremia Jan Chandra Pranata

Julianto

Syafiq Rayza

Departemen Teknik Kimia

Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

September 2014

ii

DAFTAR ISI

Daftar Isi .. ii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

BAB II JAWABAN PEMICU 3

Pertanyaan 1 .. 3

Pertanyaan 2 .. 6

Pertanyaan 3 .. 11

Pertanyaan 4 .. 13

Pertanyaan 5 .. 14

Referensi iii

1

BAB I PENDAHULUAN

Kesetimbangan Kimia

Reaksi kesetimbangan adalah reaksi bolak-balik (reversibel) yang menunjukan

reaktan bereaksi membentuk produk dan produk dapat bereaksi balik membentuk

reaktan. Pada reaksi kesetimbangan, keadaan reaksinya secara mikroskopis

berlangsung terus-menerus (namun secara makroskopis reaksi diam/berhenti). Laju

reaksi ke arah kanannya akan sama dengan laju reaksi ke arah kirinya. Karena itu,

jumlah zat-zat pada saat kesetimbangnya itu akan tetap.

Entalpi dan Entropi

Entalpi (H) merupakan perubahan termal pada teknan yang konstan. Entalpi

didefinisikan sebagai jumlah dari energi dalam yang dimiliki suatu zat (E) dan kerja

yang dilakukan oleh tekanan-volume (PV). Dengan demikian, perubahan entalpi

merupakan perubahan energi dalam ditambah dengan kerja yang dilakukan oleh

tekanan dan volume (pada tekanan konstan).

= +

Nilai H yang positif menandakan sistem menyerap panas dari lingkungannya.

Sebaliknya, nilai H yang negatif menandakan sistem melepas panas ke

lingkungannya. Selain entalpi, kita juga mengenal entropi. Entropi merupakan

suatu ukuran yang menentukan keteraturan suatu sistem termodinamika (derajat

kekacauan). Perubahan entropi (S) adalah panas yang diserap sistem (qr) dibagi

temperatur mutlak (T). Satuan S adalah kalori/Kelvin atau entropy unit (eu).

=

Derajat Disosiasi

Disosiasi adalah peruraian suatu zat menjadi zat lain yang lebih sederhana. Derajat

disosiasi () yaitu perbandingan antara jumlah zat yang terdisosiasi dengan jumlah

zat mula-mula

=jumlah mol zat yang terdisosiasi

jumlah mol zat mula mula

Asas Le Chattelier

Ketika suatu kesetimbangan dinamis terganggu oleh adanya perubahan kondisi pada

sistem, maka posisi kesetimbangan akan bergeser untuk meminimalisir adanya

perubahan pada sistem

2

Energi Bebas Helmholtz

Persamaan ini berlaku saat temperatur (T) dan volume (V) konstan

A = E TS

Energi Bebas Gibbs

Persamaan ini berlaku saat temperatur (T) dan tekanan (P) konstan

G = H TS

Di mana:

A= energi bebas helmholtz

E = energi internal

T = Temperaur

S= entropi

G= energi bebas Gibbs

H = entalpy

Persamaan Gibbs-Helmholtz

G = + [()

]P

Laju Reaksi

Laju reaksi didefinisikan sebagai perubahan konsentrasi reaktan atau produk per

satuan waktu. Satuan laju reaksi adalah M/s (Molar per detik). Sebagaimana yang

kita ketahui, reaksi kimia berlangsung dari arah reaktan menuju produk. Ini berarti,

selama reaksi kimia berlangsung, reaktan digunakan (dikonsumsi) bersamaan

dengan pembentukan sejumlah produk. Dengan demikian, laju reaksi dapat dikaji

dari sisi pengurangan konsentrasi reaktan maupun peningkatan konsentrasi produk.

Secara umum, laju reaksi dapat dinyatakan dalam persamaan sederhana berikut:

A B

laju reaksi = [A] / t atau laju reaksi = + [B] / t

Tanda (negatif) menunjukkan pengurangan konsentrasi reaktan

Tanda + (positif) menunjukkan peningkatan konsentrasi produk

Laju suatu reaksi kimia sangat dipengaruhi oleh besarnya konsentrasi reaktan yang

digunakan dalam reaksi. Semakin besar konsentrasi reaktan yang digunakan, laju

reaksi akan meningkat. Di samping itu, laju reaksi juga dipengaruhi oleh nilai

konstanta laju reaksi (k). Konstanta laju reaksi (k) adalah perbandingan antara laju

reaksi dengan konsentrasi reaktan. Nilai k akan semakin besar jika reaksi

berlangsung cepat walaupun dengan konsentrasi reaktan dalam jumlah kecil.

Nilai k hanya dapat diperoleh melalui analisis data eksperimen, tidak berdasarkan

stoikiometri maupun koefisien reaksi.

3

BAB II JAWABAN PEMICU

Pertanyaan 1

a. Reaksi pembentukan NO, berdasarkan persamaan reaksi di atas, merupkan

reaksi kesetimbangan. Berikanlah penjelasan tentang perbedaan reaksi

kesetimbangan dengan reaksi bentuk lain.

Reaksi kesetimbangan adalah reaksi bolak-balik (reversibel) yang menunjukan

reaktan bereaksi membentuk produk dan produk dapat bereaksi balik membentuk

reaktan. Arah panah persamaan reaksinya dua arah, yaitu ke arah kanan (ke produk)

dan ke arah kiri (ke reaktan). Pada reaksi kesetimbangan, keadaan reaksinya secara

mikroskopis berlangsung dinamis / terus-menerus / tidak berhenti (namun secara

makroskopis reaksi diam atau berhenti). Laju reaksi ke arah kanannya akan sama

dengan laju reaksi ke arah kirinya. Oleh karena itu, jumlah zat-zat pada saat

kesetimbangnya itu akan tetap.

Jumlah zat-zat pada beberapa awal reaksi dari reaksi kesetimbangan yang sama

dibuat bervariasi maka akan diperoleh perbandingan jumlah zat-zat yang sama saat

kesetimbangannya. Dari perbandingan jumlah zat-zat masing-masing saat

setimbang yang sama tersebut diperoleh nilai tetapan kesetimbangan (K).

Le Chatelier menyebutkan, "jika suatu reaksi kesetimbangan diganggu dari luar

(konsentrasi zat-zat yang ada dalam reaksi kesetimbangan itu ditambah atau

dikurangi), maka reaksi kesetimbangan akan memberikan aksi terhadap gangguan

tersebut." Aksi yang diberikan oleh reaksi kesetimbangan adalah dengan

pergeseran kesetimbangan (arah reaksi kesetimbangan bergeser entah ke arah

kanan atau ke arah kiri). Tujuan aksi yang diberikan tersebut adalah supaya

perbandingan jumlah zat-zat saat kesetimbangan setelah dengan sebelum adanya

gangguan dari luar itu tetap sama. Dengan demikian harga tetapan kesetimbangan

(K) setelah dan sebelum adanya gangguan dari luar akan tetap sama.

b. Ketika menjelaskan tentang reaksi kesetimbangan, kita selalu melibatkan

suatu konstanta yang dikenal dengan konstanta kesetimbangan. Berikanlah

penjelasan mengenai konstanta kesetimbangan tersebut, persamaan yang

menghubungkan antara berbagai jenis konstanta kesetimbangan dan

hubungannya dengan energi Bebas Gibbs.

Tetapan kesetimbangan (K) adalah hasil kali produk dipangkatkan koefisien

reaksinya dibagi hasil kali reaktan dipangkatkan koefisien reaksinya. Tetapan

kesetimbangan mempunyai nilai yang tetap pada suhu tertentu. Jika reaktan dan

produk dinyatakan dengan konsentrasi, maka tetapan kesetimbangan ditulis dengan

simbol Kc. Tetapan kesetimbangan yang dinyatakan dengan tekanan parsial ditulis

dengan simbol Kp. Pada reaksi heterogen, tetapan kesetimbangan tidak

menyertakan zat yang berwujud padat atau cair. Tetapan kesetimbangan memiliki

beberapa manfaat antara lain yaitu:

4

1. Meramalkan reaksi kesetimbangan secara kualitatif. Jika harga Kc besar

maka reaksi kesetimbangan banyak mengandung produk, dan sebaliknya.

2. Meramalkan arah reaksi kesetimbangan. Jika Q > Kc maka reaksi

berlangsung ke kiri. Q adalah hasil bagi antara konsentrasi produk dan

reaktan pada keadaan apapun.

3. Menghitung konsentrasi pada reaksi kesetimbangan.

Tetapan Kesetimbangan (KC)

aA(aq) + bB(aq) cC(aq) + dD(aq)

= [] []

[] []

Kc = tetapan kesetimbangan

[ ]n = Konsentrasi (aq) atau (g) dipangkatkan dengan koefisien dalam persamaan

reaksi yang sudah setimbang.

Pada perhitungan rumus Kc zat yang dimasukan dalam pehitungan hanyalah zat

dengan wujud (aq) atau zat yang berwujud (g).

Tetapan Kesetimbangan Kp

aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)

= ()

()

() ()

Pada saat kesetimbangan, gas-gas A, B, C dan D bercampur dalam suatu ruangan

tertentu dan menimbulkan tekanan tertentu. Tekanan tersebut adalah tekanan total

yang ditimbulkan oleh campuran gas-gas tersebut. Masing-masing gas memiliki

apa yang disebut tekanan parsial, yaitu tekanan yang ditimbulkan apabila gas itu

sendiri yang berada dalam ruangan. Jika tekanan total adalah P, dan masing-masing

tekanan parsial gas adalah pA, pB, pC dan pD, maka

= + + +

Tekanan parsial gas-gas berbanding lurus dengan jumlah mol gas-gas tersebut. Gas

yang jumlah molnya tinggi akan memiliki tekanan parsial yang besar.

=

Tetapan Kesetimbangan mol fraksi (Kx)

= []

[]

[][]

5

Hubungan Kp dan Kx: =

() ()

() ()

= ( . )

( . )

(. ) (. )

= ()

Hubungan Kp dan Kc

Tekanan parsial gas bergantung pada konsentrasi. Persamaan gas ideal:

=

=

aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)

= ( [] ) ( [] )

( [] ) ( [] )

= ()

dengan R = 0,082 L.atm./mol.K

T = (toC + 273 ) K

n = (c + d) (a + b)

Hubungan Tetapan Kesetimbangan dengan Energi Gibbs

Dengan menghubungkan persamaan Hukum II Termodinamika mengenai energi

bebas Gibbs dan kaitannya dengan persamaan gas ideal, maka diperoleh hubungan:

= (

)

Dengan memilih nilai Q pada keadaan standar, pada saat semua konsentrasi

1 M (atau tekanan 1 atm), maka nilai ln Q = 0 dan G = G0, sehingga:

=

Pada setiap kondisi selain sistem kesetimbangan, kespontanan reaksi dapat

pula ditentukan:

= +

Q < K, 0)

> 0)

6

c. Dengan memanfaatkan nilai konstanta kesetimbangan, kita dapat

menentukan komposisi atau fraksi dari setiap spesi reaksi. Dari persaman

reaksi pembentukan NO di atas, turunkanalah suatau persmaan yang

menghubungkan antara konstanta kesetimbangan dengan fraksi spesi reaktan

maupun produk, berikanlah langkah-langkah penyelesaianya dan tentukan

fraksi NO pada saat tercapai kesetimbangan.

massa awal N2 = 5,0 g , suhu = 2300 K

massa awal O2 = 2,0 g , Volume = 1 dm3

Kp = 1,69 x 10-3

Penurunan rumus fraksi NO2

= [2]

2

[2]1[2]

1

= (2 . )

2

(2 . )1(2 . )

1

= (2)

2

(2)1(2)

1

2 = (2)1(2)

1

Nilai fraksi NO2

N2 (g) + O2 (g) 2NO(g)

M 0,18 0,0625 -

Rx 2

S 0,18- 0,0625- 2 mol total = 0,2425 mol

2 = (2)1(2)

1

(2

0,2425) = 1,69 103 (

0,0,625

0,2425) (

0,18

0,2425)

2 = 0,01748

Pertanyaan 2

a. Dari bacaan sebelumnya diketahui bahwa NO2 dapat terbentuk dari reaksi

NO dengan oksigen. Berikanlah penjelasan hubungan antara nilai konstanta

kesetimbangan reaksi pembentukkan NO2 dari NO dan penguraian NO2

kembali menjadi NO seperti reaksi diatas, dan bagaimanakah nilai konstanta

kesetimbangan jika reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut.

2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)

7

Reaksi pembentukan NO2 dari NO dan O2

() +

() ()

1 =

(2)1

2

Reaksi penguraian NO2 menjadi NO dan O2

() () +

()

2 = (2)

1

2

Maka

1 = 1

2

Untuk reaksi:

() () + ()

3 =()

2 2

( )2

3 = (2)2 = (

1

1)

2

b. Derajat disosiasi dari suatu reaksi disosiasi dapat ditentukan dengan

memanfaatkan nilai konstanta kesetimbangan pada suhu tertentu atau

sebaliknya. Turunkanlah persamaan yang menghubungkan derajat disosiasi

dengan konstanta kesetimbangan, dan berikanlah langkah-langkah

penyelesaian untuk menentukan nilai konstanta kesetimbangan dari reaksi

penguraian NO2 pada setiap suhu yang diberikan!

T,K 457 552 767 903

NO2 decomposed % 5,0 13,0 56,5 99,0

Misalkan: - Jumlah mol NO2 mula mula = x

- Derajat disosiasi = , maka

NO2(g) NO(g) + 1

2 O2(g)

Mula-mula: x

Reaksi : -x x 1

2 x

Setimbang: x-x x 1

2 x

Mol total setelah setimbang = ( x-x) + (x) + ( 1

2 x) = x +

1

2 x

Fraksi NO2 = xx

x + 1

2 x

= x (1)

x (1+ 1

2 )

= (1)

(1+ 1

2 )

8

Fraksi NO = x

x + 1

2 x

= x

x (1+ 1

2 )

=

(1+ 1

2 )

Fraksi O2 =

1

2 x

x + 1

2 x

= x

1

2

x (1+ 1

2 )

=

(2+ )

Karena ketiga senyawa berada pada fasa gas, maka untuk mencari konstanta

kesetimbangannya yang digunakan adalah perbandingan tekanan parsial produk

dengan tekanan parsial reaktan.

K = [] [2]

12

[2]

K =

[

(1+ 12

) ] [

(2+ ) ]

12

[(1)

(1+ 12

) ]

K = [

(1 ] [

(2+ ) ]

1

2

Dengan menggunakan persamaan di atas, dapat dicari nilai konstanta

kesetimbangan dari setiap suhu yang diberikan dengan memasukkan nilai derajat

disosiasinya ():

Untuk T = 457 K

K = [

(1 ] [

(2+ ) ]

1

2= [

0.05

(10.05 ] [

0.05

(2+ 0.05) ]

1

2= 8.22 x 10-3

Untuk T = 552 K

K = [

(1 ] [

(2+ ) ]

1

2= [

0.13

(10.13 ] [

0.13

(2+ 0.13) ]

1

2= 3.7 x 10-2

Untuk T = 767 K

K = [

(1 ] [

(2+ ) ]

1

2 = [

0.565

(10.565 ] [

0.565

(2+ 0.565) ]

1

2= 0.61

Untuk T = 903 K

K = [

(1 ] [

(2+ ) ]

1

2 = [

0.99

(10.99 ] [

0.99

(2+ 0.99) ]

1

2= 56.97

9

c. Berikanlah penjelasan lebih lanjut mengenai prinsip Le ChatellIer-Braun

tersebut. Bagaimanakah hubungannya dengan nilai konstanta kesetimbangan

untuk setiap pengaruh yang diberikan?

Prinsip Le Chatellier-Braun

Adanya perubahan suhu pada sistem akan menggeser kesetimbangan. Pergeseran

kesetimbangan bertujuan agar sistem kembali pada suhu awalnya. Bila pada sistem

kesetimbangan subu dinaikkan, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah

yang membutuhkan kalor (ke arah reaksi endoterm).Bila pada sistem

kesetimbangan suhu diturunkan, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah

yang membebaskan kalor (ke arah reaksi eksoterm).

Jika ditinjau dari konstanta kesetimbangannya, pengaruh suhu dapat dilihat pada

persamaan berikut:

Go = -RT ln K = Ho - TSo

ln K = 0

1

-

S0

Pada persamaan terlihat bahwa K ~ 1

, dimana semakin besar temperatur maka

nilai konstanta akan semakin besar. Seperti yang kita ketahui bahwa suhu dapat

mempengaruhi laju dari suatu reaksi, dalam hal ini yaitu reaksi dekomposisi.

Dekomposisi akan berjalan lebih cepat dan besar apabila dilangsungkan pada suhu

yang lebih tinggi karena ikatan antar atom pada molekul yang akan didekomposisi

akan lebih mudah putus dan menyebabkan terbentuknya molekul baru yang lebih

sederhana dengan waktu yang cepat dan jumlah yang lebih banyak. Hal ini juga

telah terbukti dalam soal sebelumnya dimana kenaikan suhu akan meningkatkan

konstanta kesetimbangan.

d. Persamaan yang menggambarkan hubungan antara konstanta

kesetimbangan dengan perubahan suhu adalah persamaan Gibbs-Helmholtz.

Turunkanlah persamaan tersebut menjadi persamaan yang lebih sederhana

jika kita asumsikan bahwa perubahan entalpi reaksi adalah tetap. Dan

bagaimana bentuk persamaan nya jika perubahan entalpi reaksi juga

dipengaruhi oleh perubahan suhu.

Persamaan yang menggambarkan hubungan antara konstanta kesetimbangan

dengan perubahan suhu adalah persamaan Gibbs-Helmholtz, yaitu

G = H + T [()

]P

Dari persamaan tersebut dapat diturunkan untuk melihat dan membuktikan

hubungan antara konstanta kesetimbangan dengan perubahan suhu, yaitu

Ketika suatu kesetimbangan dinamis terganggu oleh adanya perubahan kondisi

pada sistem, maka posisi kesetimbangan akan bergeser untuk meminimalisir

adanya perubahan pada sistem

10

=

+ [

()

]P

(

)

=

2+ 0

= 2 [(

)

]

= 1

1

2

[ (

)

]

= 1

(1

)

[ (

)

]

=

(1

)

[ (

)

]

= (

)

(1

)

[1]

Untuk melanjutkan persamaan diatas, dibutuhkan persamaan bantuan yaitu:

G0 = - RT ln K

0

= - R ln K [2]

Subtitusi persamaan [2] ke persamaan [1]

0 = (

)

(1

)

0 = ( ln )

(1

)

0

=

(ln )

(1

)

ln =

(2)

(1)

0

(

1

)

2

1

ln(2)

(1) = -

0

(

1

2

1

1)

11

Pertanyaan 3

a. Turunkan persamaan yang menghubungkan konstanta kesetimbangan

dengan densitas gas, dan kemudian tentukan derajat disosiasi reaksi N2O4!

Reaksi disosiasi berikut terjadi pada suhu 25oC, tekanan 0,597 bar, dan diketahui

densitas gas 1,477 gram/liter. Basis 1 mol gas N2O4.

N2O4 (g) 2 NO2 (g)

M 1 -

Rx 2

S 1- 2 Mol total saat setimbang: 1- + 2 = 1+

Massa molekul relatif berbanding lurus dengan densitas.

=

= 24 24 + 2 2

Pada tekanan dan suhu yang sama, maka

= 24 24 + 2 2

= 24 24 + (1 24) 2

= 24 24 + 2 24 2

= 24 (24 2) + 2

24 = 2

24 2

24 = 1

1 +

= (

2

1+ )

2

(1

1+ )

= 42

1 2

24 =

= 0,589 92 /

0,082

298

= 2,22 /

2 =

= 0,589 46 /

0,082

298

= 1,11 /

24 = 2

24 2=

(1,477 1,11) /

(2,22 1,11)/=

1

3

24 = 1

1 +

= ,

12

= (

2

1+ )

2

(1

1+ )

= 42

1 2

= 4(0,5)2

1 (0,5)2 0,597

= 4

3 0,597

= 0,796 = 0,786

b. Penambahan gas inert ke dalam sistem reaksi dapat mempengaruhi

konstanta kesetimbangan. Berikanlah penjelasan mengenai pengaruh

tersebut dan bagaimana dengan derajat disosiasi dari reaksi di atas?

Penambahan gas inert pada reaksi tidak mengubah nilai konstanta kesetimbangan

termodinamika (Ka), tetapi dapat mengubah nilai koefisien aktivitas (). Dengam

demikian, nilai K dan nilai Kp ikut berubah.

Ka = K . Kp

Jika perubahan nilai Kp diabaikan dalam perhitungan maka penambahan gas inert

tetap dapat menyebabkan

a. Tekanan total pada perhitungan Kp = Tekanan total awal tekanan parsial

gas inert (Ptotal akhir = Ptotal awal Px)

b. Tekanan parsial dari gas-gas lainnya berubah

c. Derajat disosiasi reaksi berubah

d. Konsentrasi reaktan dan produk menjadi lebih encer

Contoh kasus:

Reaksi di bawah ini memiliki nilai Kp = 0,0444 pada suhu 394,8C dengan tekanan

total saat setimbang sebesar 1 atm. Tentukan derajat disosiasinya ()!

Basis 1 mol COCl2 mula-mula.

COCl2 (g) CO(g) + Cl2 (g)

M 1 - -

Rx

S 1-

Mol total saat setimbang: (1- ) + + = 1+

= (

1+ )

2

(1

1+ )

= 2

1 2

0,0444 = 2

1 2 1

2 = 0,0444 0,04442

1,04442 = 0,0444

= 0,206

13

Jika suatu gas inert (N2) dengan tekanan parsial 0,4 atm dari 1 atm tekanan total

ditambahkan, tentukan derajat disosiasinya ()!

= 2

= 1 0,4 = 0,6

= (

1+ )

2

(1

1+ )

= 2

1 2

0,0444 = 2

1 2 0,6

0,0740 = 2

1 2

2 = 0,0740 0,07402

1,07402 = 0,0740

= 0,262 Pada nilai Kp yang dianggap sama, penambahan gas inert mengubah derajat disosiasi reaksi

dari 0,206 menjadi 0,262.

Pertanyaan 4

Reaksi yang melibatkan NO2 diatas merupakan reaksi kesetimbangan

homogen dalam fasa gas. Seperti yang kita ketahui, reaksi kesetimbangan

homogen bisa saja terjadi dalam fasa cair, seperti reaksi berikut ini:

Fruktosa-1,6-difosfat gliseraldehid-3-fosfat + dihidroksiaseton fosfat

Atau dalam bentuk reaksi kesetimbangan heterogen seperti di bawah ini:

CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

Bagaimanakah persamaan konstanta kesetimbangan dari dua reaksi di atas?

Jelaskan perbedaannya dengan reaksi kesetimbangan dalam fasa gas.

Kc = [gliseraldehid3fosfat][dihidroksiaseton fosfat]

[Fruktosa1,6difosfat] Kp = [CO2]

Kesetimbangan homogen adalah kesetimbangan yang semua komponennya satu

fase. Kesetimbangan homogen dapat berupa fase gas maupun larutan. Pada soal

diatas diberikan contoh reaksi N2O4 (g) 2NO2 (g)

Kp = [NO2]

2

[24]

Dalam fasa gas, dapat digunakan tetapan kesetimbangan Kp (berbasis pada

Tekanan Parsial) maupun Kc (berbasis pada Molaritas).

Dalam fasa larutan, digunakan tetapan kesetimbangan Kc (berbasis pada Molaritas)

(Kp tidak dapat digunakan karena Kp menggunakan tekanan parsial dari masing-

masing gas).

Kesetimbangan heterogen adalah kesetimbangan yang komponennya terdiri dari

dua fase atau lebih. Kesetimbangan heterogen dapat berupa padat-gas, cair-gas, dan

padat-cair. Pada perhitungan tetapan kesetimbangan ini jika zat dalam fasa padat

14

tidak dimasukkan ke dalam perhitungan dikarenakan persamaan tetapan

kesetimbangan hanya mengandung suku-suku yang konsentrasi atau tekanan

parsial berubah selama reaksi berlangsung. Dikarenakan komposisi tidak berubah

sekalipun ada ikut dalam reaksi kimia, padatan murni dan cairan murni tidak

diperhitungkan dalam persamaan tetapan kesetimbangan.

Pertanyaan 5

a. Jika dalam reaksi kesetimbangan kita mengenal istilah konstanta

kesetimbangan, maka dalam kinetika reaksi kimia dikenal istilah konstanta

laju reaksi. Berikanlah penjelasan mengenai hubungan antara dua konstanta

tersebut. Dan turunkanlah persamaan laju reaksi untuk reaksi pembentukan

NO? Bagaimanakah bentuk persamaan laju reaksi untuk jenis reaksi lain?

aA(aq) + bB(aq) cC(aq) + dD(aq)

= [] []

[] []

Untuk reaksi elementer dimana orde = koefisien, maka

= [] []

Maka

= [] []

1

22 () +

1

22 () () maka = [2]

1/2 [2]1/2

Persamaan umum laju reaksi

aA(aq) + bB(aq) cC(aq) + dD(aq)

= [] []

b. Berikanlah penjelasan mengenai metode yang dapat digunakan untuk

menentukan persamaan laju reaksi. Jika pada reaksi dekomposisi C2H4O

menjadi CH4 dan CO dalam fasa gas, data yang dikumpulkan dari hasil

percobaan adalah data perubahan tekanan setiap waktu seperti dibawah ini:

t, menit P, mmHg

0 116.51

5 122.56

7 125.72

9 128.74

12 133.23

18 141.37

15

Metode yang dapat digunakan untuk menentukan persamaan laju reaksi adalah

metode isolasi. Jika suatu reaksi hanya memiliki satu reagen, persamaan laju reaksi

dapat ditentukan dengan fungsi konsentrasi. Jika reagen konsentrasinya dilipat

duakan dan laju reaksinya menjadi dua kalinya, maka dapat diasumsikan bahwa

reaksi yang terjadi adalah orde 1. Dan jika reagen konsentrasinya dilipat duakan

dan lajunya menjadi empat kalinya, maka reaksi yang terjadi adalah reaksi orde 2.

Jika suatu reaksi memiliki lebih dari dua reagen, maka cara pengukurannya adalah

dengan mengkonstankan konsentrasi dari reagen lain selain yang ingin diuji.

Kemudian dicari hubungannya dengan konsentrasi, lakukan berulang dan orde

reaksi tiap reagen dapat ditentukan. Maka dari soal tersebut, yang diketahui adalah

tekanan awal dari C2H4O, dan karena wujud dari reagen adalah gas. Maka

perbandingan mol akan sama dengan perbandingan tekanan (hukum gas ideal).

C2H4O(g) CH4(g) + CO(g)

Tekanan Mula Mula: 116.51

Tekanan Reaksi: x x x

Tekanan Parsial: 116.51-x x x

Neraca tekanan total: 116.51-x+x+x = 116.51 + x

Untuk t=5 menit 116.51 + x = 122.56 maka x = 6.05

P C2H4O 116.51 6.05 = 110.46

Untuk t=7 menit 116.51 + x = 125.72 maka x = 9.21

P C2H4O 116.51 9.21 = 107.3

Untuk t=9 menit 116.51 + x = 128.74 maka x = 12.23

P C2H4O 116.51 12.23= 104.28

Untuk t=12 menit 116.51 + x = 133.23 maka x = 16.72

P C2H4O 116.51 16.72= 99.79

Untuk t=18 menit 116.51 +x = 141.37 maka x = 24.86

P C2H4O 116.51 24.86= 91.65

Orde 0

Persamaan orde reaksi adalah orde 0 adalah

= []0

=

=

=

=

16

Po P

116.51 116.51 0

116.51 110.46 6.05

116.51 107.30 9.21

116.51 104.28 12.23

116.51 99.79 16.72

116.51 91.65 24.86

Mencari nilai k dengan plotting

T (sekon)

0 0

6.05 300

9.21 420

12.23 540

16.72 720

24.86 1080

Orde 1

Jika diasumsikan reaksi adalah orde 1 maka dengan persamaan orde satu:

= []

= []

= []

1

[] =

ln

=

Table Hubungan P dan Po

Po P ln

116.51 116.51 0

y = 0.0234x - 0.4114R = 0.9984

-5

0

5

10

15

20

25

30

0 200 400 600 800 1000 1200

Orde 0

17

116.51 110.46 -0.053

116.51 107.30 -0.082

116.51 104.28 -0.11

116.51 99.79 -0.155

116.51 91.65 -0.24

Mencari nilai K dengan plotting

ln / T (sekon)

0 0

0.053 300

0.082 420

0.11 540

0.155 720

0.24 1080

Ploting dengan persamaan Grafik

Asumsi bahwa reaksi adalah orde 2

= []2

= []2

= []2

1

[]2 =

1

[]

1

[]=

1

[]

1

[]

1

[]

1

[]

0.0086 0.0086 0

0.00905 0.0086 0.00045

0.00932 0.0086 0.00072

y = 0.0002x - 0.0086R = 0.9953

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0 200 400 600 800 1000 1200

Orde 1

18

0.0096 0.0086 0.001

0.01 0.0086 0.0014

0.011 0.0086 0.0024

Mencari nilai K dengan plotting

1

[]

1

[]

T (sekon)

0 0

0.00045 300

0.00072 420

0.001 540

0.0014 720

0.0024 1080

Ploting dengan persamaan Grafik

Berdasarkan hasil ploting grafik dan mencari nilai fungsinya, didapat bahwa

ternyata orde reaksi yang lebih cocok dengan reaksi dengan memperhatikan nilai

2 mendekati satu adalah orde reaksi 0. Sehingga nilai K untuk orde reaksi

dekomposisi C2H4O adalah k = 0.0234 / sekon.

c. Hubungan antara konstanta laju rekasi dengan suhu digambarkan oleh

vant Hoff dan Arrhenius dalam bentuk =

. Jelaskan bagaimana

cara menentukan energy aktivasi dari suatu reaksi dan berikan satu contoh!

=

=

ln

=

maka ln

=

Salah satu contoh dapat diambil pada soal b (asumsi bahwa nilai A sangat kecil,

dan reaksi pada suhu 25oC), maka 0.082 298 ln 0.0234 =

= 91.76 /

y = 2E-06x - 0.0002R = 0.9837

-0.001

0

0.001

0.002

0.003

0 200 400 600 800 1000 1200

Orde 2

19

d. Salah satu manfaat mempelajari kinetika adalah kita dapat menurunkan

satu persamaan laju untuk beberapa tahap reaksi, yang biasa dikenal dengan

reaksi rantai. Contohnya adalah reaksi pembentukan HBr dari H2 dan Br2.

Berikanlah langkah-langkah yan jelas untuk dapat menurunkan persamaan

laju reaksi dari reaksi tersebut.

Reaksi yang terjadi untuk pembentukan HBr terdiri dari 5 reaksi, yaitu:

(1) Br2 2Br

(2) Br- + H2 HBr + H+

(3) H+ + Br2 HBr + Br-

(4) H+ + HBr H2 + Br-

(5) 2 Br- Br2

Berdasarkan mekanisme tersebut, maka HBr terbentuk pada reaksi 2 dan 3, dan

tereaksi pada reaksi 4. Maka laju pembentukan HBr adalah

[]

= 2[][2] + 3[][2] 4[][]

Dan dengan asumsi bahwa laju pembentukan H dan Br dalam steady state maka,

[]

= 2[][2] 3[][2] 4[][] = 0

[]

= 1[2] 2[2][] + 3[][2] + 4[][] 5[]2 = 0

Setelah disubtitusi diperoleh persamaan,

1[2] = 5[]2

[] = (1

5[2])

0.5

Subtitusi konsentrasi Br pada persamaan H didapat

2[][2] = [](3[2] + 4[])

[] =2 (

1

5[2])

0.5

[2]

(3[2] + 4[])

Setelah itu, disubtitusi pada persamaan laju pembentukan HBr

[]

= 2[][2] + 3[][2] 4[][]

[]

= 2[][2] + [](3[2] 4[])

[]

= 2 (

1

5[2])

0.5

[2] +2 (

1

5[2])

0.5

[2]

(3[2] + 4[])(3[2]

4[])

20

[]

=

2 (1

5[2])

0.5[2](3[2] + 4[])

3[2] + 4[]

+2 (

1

5[2])

0.5

[2]

(3[2] + 4[])(3[2] 4[])

[]

=

23[2]2 (1

5[2])

0.5

[2]

3[2] + 4[]

Bentuk sederhana ( Komponen penyebut dan pembilang di bagi dengan 3[2]

[]

=

22[2] (1

5[2])

0.5

1 +4[]

3[2]

Dan jika nilai k semuanya disederhanakan sesuai dengan persamaan

22(1

5)0.5 =

4

3=

Maka persamaan menjadi

[]

=

[2][2]0.5

1 + []

[2]

iii

REFERENSI

Atkins, Peter., dan de Paula, Junior. 2006. Physical Chemistry 8th Ed.

New York: Oxford University Press.

Brady, James. 1990. Kimia Universitas: Asas dan Struktur. New

York: St. Johns University.

Castella, G.W. 1983. Physical Chemistry, 3rd Ed. Singapore: Addison-

Wesley Publishing Company.

Maron, Samuel H., dan Lando, Jerome. 1965. Fundamental of

Physical Chemistry. New York: Maxmillan Publishing Co.,

Inc.

Moore, W.J. 1972. Physical Chemistry. New Jersey: Prentice hall Inc.