Apa itu kinetika kimia?
Kinetika kimia adalah cabang kimia yang bertanggung jawab untuk mempelajari laju reaksi kimia, yang faktor yang mempengaruhi kecepatan ini dan mekanisme atau melalui langkah-langkah individu yang reaksi kimia terjadi.
Selain itu, memungkinkan untuk memahami banyak aspek reaksi kimia seperti keseimbangan kimia dan energi aktivasi, dan mempelajari proses katalisis. Yang terakhir membuatnya sangat penting dalam berbagai kegunaan, dari biokimia hingga teknik industri.
Di pusat kinetika adalah laju reaksi, yang dapat dipahami sebagai laju di mana reaktan diubah menjadi produk. Namun, dalam kinetika kimia definisi yang lebih tepat diberikan.
Definisi laju reaksi
Dalam reaksi ini, A dan B mewakili reaktan, C dan D mewakili produk, sedangkan a, b, c dan d mewakili masing-masing koefisien stoikiometri.
Laju reaksi (diwakili oleh simbol v ) menunjukkan seberapa cepat reaktan (A atau B) dikonsumsi atau seberapa cepat produk (C atau D) dihasilkan dalam reaksi kimia. Secara matematis, hal ini dinyatakan sebagai berikut:
Dimana [X] menyatakan perubahan konsentrasi molar spesies X (A, B, C atau D) dalam selang waktu t.
Jelas bahwa semakin cepat salah satu reagen dikonsumsi, semakin cepat reagen lainnya akan dikonsumsi dan semakin cepat produk akan diproduksi. Untuk alasan ini, hanya perlu mendefinisikan kecepatan dalam salah satunya.
Untuk memastikan bahwa hasil perhitungan kecepatan selalu sama, terlepas dari spesies yang sesuai dengan kecepatan yang ditentukan, itu harus selalu dibagi dengan koefisien stoikiometrik dan tanda minus harus ditempatkan sebelum persamaan jika itu adalah reaktan.. Artinya:
Contoh definisi kecepatan reaksi
Diketahui reaksi kimia berikut:
Tuliskan definisi laju reaksi sebagai fungsi dari masing-masing spesi yang terlibat.
Larutan:
Dalam hal H 2 :
Dalam hal saya 2 :
Dalam hal HI:
Hukum kelajuan dan orde reaksi
Reaksi terjadi ketika atom dan molekul bertabrakan satu sama lain dengan energi yang cukup dan dalam orientasi yang tepat. Kemungkinan terjadinya hal ini meningkat ketika atom dan molekul menjadi lebih terkonsentrasi.
Untuk alasan ini, laju hampir selalu tergantung pada konsentrasi reagen. Dalam beberapa kasus, kecepatan juga tergantung pada konsentrasi beberapa produk, serta konsentrasi katalis atau inhibitor yang ada dalam medium.
Persamaan matematika yang menghubungkan kecepatan reaksi dengan konsentrasi berbagai spesies yang terlibat disebut ” Hukum Kecepatan ” dan, dalam kasus paling sederhana, memiliki bentuk berikut:
Di mana k adalah konstanta proporsionalitas yang disebut konstanta laju , dan eksponen A, B, dan spesies lain yang muncul dalam persamaan, disebut orde reaksi .
Menurut jumlah semua orde reaksi (yang disebut orde global), berbagai jenis reaksi dapat dibedakan. Ini berbeda dalam seberapa besar konsentrasi mempengaruhi kecepatan, dalam rumus untuk waktu yang dibutuhkan untuk mengkonsumsi setengah dari reagen (waktu paruh) dan dalam cara konsentrasi reagen berubah dari waktu ke waktu ( grafik [ A] vs t ).
• Reaksi orde 0
Ketika semua eksponen dalam hukum kecepatan adalah 0, persamaan hukum kecepatan berkurang menjadi:
Dengan kata lain, mereka adalah reaksi yang terjadi pada laju konstan dan di mana laju tidak bergantung pada konsentrasi reaktan atau produk apa pun.
Bagan pesanan 0
grafik dari [A] vs t reaksi dari urutan 0 yang turun garis lurus.
LEGENDA: Grafik konsentrasi vs waktu dari reaksi orde 0 memberikan garis lurus.
Waktu paruh untuk pesanan 0
Untuk reaksi orde 0, waktu paruh ( t 1/2 ) diberikan oleh:
• reaksi orde 1
Dalam reaksi-reaksi ini, lajunya berubah secara linier dengan konsentrasi. Hukum kecepatan orde pertama adalah:
Grafik orde pertama
Grafik [A] vs t reaksi orde pertama adalah hiperbola turun. Namun, jika logaritma natural dari konsentrasi (ln [A]) vs waktu diplot, diperoleh garis lurus.
Grafik konsentrasi vs waktu reaksi orde 1 memberikan hiperbola, tetapi grafik logaritma natural konsentrasi vs waktu memberikan garis lurus
Waktu paruh untuk reaksi orde pertama
Untuk reaksi orde 1, t 1/2 tidak bergantung pada konsentrasi awal dan diberikan oleh:
• Reaksi orde dua
Suatu reaksi dapat orde kedua terhadap satu reaktan, atau orde pertama terhadap dua reaktan. Dalam kasus pertama, hukum kecepatan diberikan oleh:
Grafik orde kedua
Grafik [A] vs t reaksi orde kedua adalah hiperbola turun. Namun, jika kebalikan dari konsentrasi (1 / [A]) vs waktu diplot, diperoleh garis lurus.
Grafik konsentrasi vs waktu reaksi orde 2 memberikan kurva yang mirip dengan hiperbola turun, tetapi grafik kebalikan konsentrasi vs waktu memberikan garis lurus
Waktu paruh untuk reaksi orde kedua
Untuk reaksi orde 2, t 1/2 diberikan oleh:
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
Suhu
Temperatur selalu meningkatkan laju reaksi, karena meningkatkan frekuensi dan energi molekul yang saling bertabrakan. Ketergantungan laju reaksi dengan suhu diberikan oleh persamaan Arrhenius.
Tekanan
Peningkatan tekanan setara dengan peningkatan konsentrasi semua spesies dalam media reaksi (untuk reaksi fase gas), sehingga peningkatan tekanan cenderung meningkatkan kecepatan reaksi.
Katalis
Katalis adalah bahan kimia yang ditambahkan ke medium hanya untuk meningkatkan laju reaksi. Kebanyakan katalis bekerja dengan mengubah mekanisme reaksi menjadi yang membutuhkan energi aktivasi lebih rendah.
Contoh umum katalis adalah enzim dalam sistem kehidupan dan beberapa logam seperti platinum dan paladium.
Inhibitor
Inhibitor adalah kebalikan dari katalis. Mereka adalah zat yang membuat reaksi terjadi lebih lambat. Anti korosi adalah contoh inhibitor yang berusaha memperlambat reaksi korosi, untuk membuat permukaan logam bertahan lebih lama.