Tetapan laju, suhu

TETAPAN LAJU, SUHU, DAN ENERGI

PENGAKTIFAN

TETAPAN LAJU, SUHU, DAN ENERGI PENGAKTIFAN

A. Persamaan Arrhenius

Laju reaksi = jumlah tabrakan efektif per detik dalam satu satuan volume

sistem.

jumlah frekuensi tabrakan per satuan volume

= Z NA NB

Z = jumlah tabrakan per detik antara molekul pereaksi A dan pereaksi B

NA = jumlah molekul A dalam satuan volume

NB = jumlah molekul B dalam satuan volume

Tabrakan dikatakan efektif jika :

a) - mempunyai energi maksimum E *

- fraksi yang mempunyai energi ini e-E*/kT

k = tetapan Boltzmann

T = suhu absolut

b) - mempunyai orientasi yang benar

fraksi ini dinyatakan dengan P, disebut faktor ruang (faktor probabilitas) 0 < P < 1

Laju reaksi = P x e-E*/kT x (Z NA NB)

Jika pereaksi sebanyak satu mol

NA dan NB = konsentrasi pereaksi

e-E*/kT menjadi e-EA/RT dengan R = tetapan gas ideal dan EA disebut energi pengaktifan (energi aktivasi)

Laju Reaksi = P Z e-EA/RT (faktor konsentrasi)

Pada suhu konstan, P Z e-EA/RT adalah konstan untuk reaksi tertentu

tetapan laju k = P Z e-EA/RT

Persamaan ini dikenal dengan persamaan Arrhenius

Faktor P Z diganti dengan tetapan A yang disebut faktor pra-eksponensial sehingga persamaan Arrhenius ditulis

k = A e-EA/RT

k = tetapan laju

A = faktor Arrhenius faktor pra-eksponensial

EA = energi pengaktifan

e = 2,71828

R = tetapan gas

T = suhu absolut

Hasil logaritma kedua ruas persamaan,

Jika log k dialurkan terhadap akan diperoleh garis Lurus dengan arah lereng – EA / (2,303 R), dan perpotongan sumbu pada log A.

A log )T

1( )

2,303RT (- k log

A log 2,303RT

- k log

AlnRT

kln

A

A

A

E

E

E

T

1

Dari grafik ini dapat diperoleh energi pengaktifan EA.

Aluran k terhadap T

T

1

Log k

Log A

arah lereng 2,303RT

AE

Jika persamaan yang tersebut digunakan untuk dua macam suhu absolut T1 dan T2 maka dapat ditulis k1 pada T1 dan k2 pada T2 sebagai berikut :

Jika log k2 dikurangi dengan log k maka diperoleh,

A log 2,303RT

- log

A log 2,303RT

- log

11

22

A

A

Ek

Ek

) T

1 -

T

1 (

2,303R log

2,303RT

2,303RT - log - log

211

2

12 12

A

AA

E

k

k

EEkk

) T x T

T - T (

2,303R log

12

12

1

2 AE

k

k

B. Energi Pengaktifan

Energi pengaktifan adalah energi minimum yang harus dimiliki oleh molekul-molekul pereaksi agar menghasilkan reaksi jika saling bertabrakan. Dari persamaan Arrhenius

k = A e-EA/RT

Dapat dilihat bahwa

e-EA/RT adalah fraksi molekul yang mempunyai energi sebesar EA atau lebih besar.

Untuk reaksi tanpa pemutusan ikatan misalnya :

H+ + OH- H2O

Energi pengaktifan sama dengan nol.

Beberapa hal penting dalam pembahasan ini adalah :

1. Energi pengaktifan seperti yang ditentukan secara eksperimen adalah untuk jumlah reaksi keseluruhan, bukan masing-masing tahap. EA

selisih antara energi pereaksi dan energi tertinggi dari keadaan teraktifkan dalam proses tersebut.

2. Energi pengaktifan untuk setiap tahap selalu positif

3. Sesuai dengan distribusi Maxwell-Boltzmann dari energi molekular, jika temperatur dinaikkan, laju reaksi bertambah sebab makin banyak tabrakan yang mempunyai energi lebih besar dari EA.

Laju tinggi disertai suhu tinggi, harga EA kecil

harga A besar dan atau konsentrasi besar dalam

tahap penentu laju.

Contoh soal :

1. Suatu reaksi mempunyai energi pengaktifan 65 kJ mol-1. laju pada 100°C 7,8 x 10-2mol-1s-1.

a). Pada temperatur berapa laju menjadi sepersepuluh kali laju pada 100°C.

b). Hitung Laju pada 20°C. jika data yang lain tetap.

Jawaban :

a).

C) (63K 336 T

10 x 3,0 10 x 5,6

8,314 x 303,2 )

373

1 -

T

1(

)373

1 -

T

1(

8,314 x 303,2

10 x 5,6 1 -

T

10 log

)373

1 -

T

1(

8,314 x 303,2

10 x 5,6

(T)Laju

(373)Laju ( log

o

44

4

4

b).

1-1-4-2

2-

2

-4

s mol 10 x 2,6 10 x 3,1

10 x 7,8 (293)Laju

10 x 3,1 2,5 antilog ) (293)Laju

(373)Laju (

2,5

)373

1 -

293

1(

8,314 x 303,2

10 x 5,6 )

(293)Laju

(373)Laju ( log

2. Dari data dibawah ini :

suhu Laju

0°C 1,5 x 10-3 mol L-1 s-1

20°C 7,5 x 10-3 mol L-1 s-1

a) hitung energi pengaktifan

b) hitung Laju pada 50°C

Jawaban :

a).

1-

3-3-

3-3-

-3

) 10 x 41 , 3 - 10 x 66 , (3 314 , 8 x 303 , 2

5 log

) 293

1 -

273

1 (

R 303 , 2

10 x 5 , 1

10 x 5 , 1

10 x 5 , 7 log

molkJ 54

A

A

A

A

E

E

E

E

b).

sL mol 10 x 6,0

10 x 1,5 x 40 C50 padaLaju

40 1,60 antilog C)(0Laju

C)(50Laju

1,60

)323

1 -

273

1(

8,314 x 303,2

10 x 5,4

C)(0Laju

C)(50Laju log

1-1-2-

3-o

o

o

-4

o

o