Kinetika Kimia: Laju Reaksi dan Hukum Laju

Kinetika Kimia

• Kinetika kimia mempelajari laju reaksi dan mekanisme reaksi.

Laju Reaksi

• Untuk reaksi $aA + bB \rightarrow cC + dD$, laju didefinisikan berdasarkan perubahan konsentrasi reaktan dan produk terhadap waktu.
• Laju = $-\frac{1}{a} \frac{d[A]}{dt} = -\frac{1}{b} \frac{d[B]}{dt} = \frac{1}{c} \frac{d[C]}{dt} = \frac{1}{d} \frac{d[D]}{dt}$.
• Laju selalu positif.

Hukum Laju

• Persamaan yang menghubungkan laju reaksi dengan konsentrasi reaktan: Laju = $k[A]^x [B]^y$.
• $k$ adalah konstanta laju, yang nilainya bergantung pada suhu.
• $x$ adalah orde reaksi terhadap A, dan $y$ adalah orde reaksi terhadap B.
• $x+y$ adalah orde reaksi keseluruhan.

Hukum Laju Terintegrasi

• Persamaan yang menghubungkan konsentrasi reaktan dengan waktu, tergantung pada orde reaksi.
• Orde 0: $[A]_t = -kt + [A]_0$, plot linear $[A]_t$ vs t, slope -k.
• Orde 1: $ln[A]_t = -kt + ln[A]_0$, plot linear $ln[A]_t$ vs t, slope -k.
• Orde 2: $\frac{1}{[A]_t} = kt + \frac{1}{[A]_0}$, plot linear $\frac{1}{[A]_t}$ vs t, slope k.
• Orde 2 (dengan dua reaktan): $ln(\frac{[B]_0[A]_t}{[A]_0[B]_t}) = ([B]_0-[A]_0)kt$, plot linear $ln(\frac{[B]_0[A]_t}{[A]_0[B]_t})$ vs t, slope $([B]_0-[A]_0)k$.

Waktu Paruh

• Waktu yang dibutuhkan untuk setengah dari reaktan awal bereaksi.
• Orde 0: $t_{1/2} = \frac{[A]_0}{2k}$.
• Orde 1: $t_{1/2} = \frac{0.693}{k}$.
• Orde 2: $t_{1/2} = \frac{1}{k[A]_0}$.
• Waktu paruh orde pertama tidak bergantung pada konsentrasi awal.

Mekanisme Reaksi

• Serangkaian langkah elementer yang menggambarkan bagaimana reaksi terjadi.

Langkah Elementer

• Unimolekuler: $A \rightarrow produk$, Laju = $k[A]$.
• Bimolekuler: $A + A \rightarrow produk$, Laju = $k[A]^2$ atau $A + B \rightarrow produk$, Laju = $k[A][B]$.
• Termolekuler: $A + A + A \rightarrow produk$, Laju = $k[A]^3$ atau $2A + B \rightarrow produk$, Laju = $k[A]^2[B]$ atau $A + B + C \rightarrow produk$, Laju = $k[A][B][C]$.

Tahap Penentu Laju

• Tahap paling lambat dalam mekanisme yang menentukan hukum laju untuk reaksi keseluruhan.

Ketergantungan pada Suhu

Persamaan Arrhenius

• Persamaan yang menghubungkan konstanta laju dengan suhu: $k = Ae^{-E_a/RT}$.
• $E_a$ adalah energi aktivasi, R adalah konstanta gas (8.314 J/mol·K), dan A adalah faktor frekuensi.
• Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan agar reaksi terjadi.
• Faktor frekuensi berhubungan dengan frekuensi tumbukan dan orientasi yang tepat dari molekul yang bereaksi.

Bentuk Dua Titik

• Persamaan yang digunakan untuk menghitung energi aktivasi dari konstanta laju pada dua suhu yang berbeda: $ln(\frac{k_2}{k_1}) = \frac{E_a}{R}(\frac{1}{T_1} - \frac{1}{T_2})$.

Katalisis

Katalis

• Zat yang mempercepat laju reaksi tanpa dikonsumsi dalam reaksi.
• Katalis menyediakan jalur alternatif dengan energi aktivasi yang lebih rendah.
• Katalis homogen berada dalam fase yang sama dengan reaktan.
• Katalis heterogen berada dalam fase yang berbeda dengan reaktan.

Pelajari tentang kinetika kimia, termasuk definisi laju reaksi berdasarkan perubahan konsentrasi reaktan dan produk terhadap waktu. Selain itu, pahami hukum laju yang menghubungkan laju reaksi dengan konsentrasi reaktan, serta orde reaksi dan konstanta laju.