Kalkulator Kinetika Kimia

Kesetimbangan memberi tahu seberapa jauh reaksi dapat berjalan; kinetika memberi tahu seberapa cepat reaksi benar-benar mencapainya — dan reaksi yang secara termodinamika diizinkan tetapi secara kinetika terhenti (seperti intan berubah menjadi grafit, atau besi berkarat selama berabad-abad) adalah fakta kehidupan dalam kimia. Kinetika mengukur seberapa cepat konsentrasi berubah, dan objek utamanya adalah hukum laju: laju = k[A]ⁿ, dengan n adalah orde reaksi dan k konstanta laju. Dalam sampel, reaksi orde satu dengan k = 0,01 s⁻¹ pada [A] = 0,5 M berjalan dengan laju 5,000×10⁻³ M/s.

Orde menyatakan seberapa sensitif laju bersandar pada konsentrasi. Orde nol: laju = k, datar — reaksi berjalan pada kapasitas maksimum karena alasan lain (permukaan katalis jenuh, enzim yang sudah maksimal, pasokan cahaya), sehingga [A] turun lurus hingga habis. Orde satu: laju ∝ [A] — setiap molekul meluruh secara independen dari tetangganya; peluruhan radioaktif dan sebagian besar dekomposisi termal berada di sini. Orde dua: laju ∝ [A]² — dua molekul harus bertumbukan, sehingga pengenceran merugikan secara kuadrat. Satuan k berubah mengikuti orde (M·s⁻¹ untuk nol, s⁻¹ untuk satu, M⁻¹·s⁻¹ untuk dua), itulah sebabnya pemilih satuan panel mengikuti daftar orde. Uji eksperimental yang jujur adalah metode laju awal: gandakan satu konsentrasi pada satu waktu dan amati laju tetap datar (nol), menjadi dua kali (satu), atau empat kali (dua).

Hukum laju diferensial menggambarkan kemiringannya; hukum laju terintegrasi mengintegrasikannya menjadi kurva [A] terhadap waktu yang sesungguhnya. Orde satu memberi eksponensial murni: sampel dimulai pada 1,0 M dengan k = 0,01 s⁻¹, dan setelah t = 100 s tersisa e⁻¹ = 0,3679 M (36,79% tersisa). Ini juga trik laboratorium klasik untuk mengukur orde: plot ln[A] vs t, 1/[A] vs t, atau [A] vs t — mana pun yang menghasilkan garis lurus mengumumkan ordenya (masing-masing satu, dua, atau nol).

Hanya reaksi orde satu yang memiliki waktu paruh yang tidak bergantung konsentrasi, t½ = ln2/k — k = 0,01 s⁻¹ pada sampel memberi 69,31 s berapa pun bahan yang tersisa. Orde nol: t½ = [A]₀/2k mengecil ketika pasokan menipis. Orde dua: t½ = 1/(k[A]₀) membesar ketika konsentrasi turun — pengenceran membuat reaksi orde dua berlarut-larut di akhirnya. Konstannya waktu paruh orde satu itulah yang membuat penanggalan radioaktif berhasil; kisah itu berlanjut di halaman Kimia Nuklir.

Konstanta laju tidak konstan — mereka tunduk pada suhu: k = A·e^−Ea/RT. Energi aktivasi Ea adalah bukit yang harus didaki molekul sebelum mereka dapat bereaksi; pecahan yang berhasil melewatinya berskala e^−Ea/RT, dan A (pra-eksponensial, kira-kira seberapa sering tumbukan dengan orientasi yang tepat terjadi) menetapkan batas atasnya. Angkanya dramatis: dengan Ea = 50 kJ/mol pada 300 K, Ea/RT ≈ 20, sehingga hanya sekitar 2 bagian dalam 10⁹ percobaan yang berhasil — namun sampel tetap menghasilkan k ≈ 19,7 s⁻¹ karena A = 10¹⁰ s⁻¹ mengalikannya kembali. Kepekaan ini adalah aturan praktis terkenal bahwa pemanasan 10 °C kira-kira menggandakan laju reaksi tipikal, dan itulah sebabnya makanan awet di freezer dan susu basi di meja yang hangat.

• Orde berasal dari koefisien persamaan. Hanya untuk reaksi elementer satu langkah. Untuk apa pun yang bersifat gabungan, menggandakan [A] dan mengamati lajunya adalah satu-satunya uji yang jujur.
• Katalis menggeser kesetimbangan. Ia menurunkan Ea, mempercepat maju dan balik secara sama — kesetimbangan tercapai lebih cepat, di tempat yang persis sama (lihat Kesetimbangan Kimia).
• k yang lebih besar berarti lebih banyak produk. k tentang kecepatan, K tentang tingkat. Reaksi cepat dapat selesai jauh dari lengkap, dan reaksi lambat dapat sangat menguntungkan produk.
• Waktu paruh orde satu bergantung pada seberapa banyak yang dimiliki. Ini satu-satunya orde yang tidak demikian — 69,31 s pada sampel, baik mulai dari 1 M maupun 0,001 M.

Alat terkait: Kesetimbangan Kimia (seberapa jauh reaksi berjalan), Kimia Nuklir (peluruhan orde satu pada skala nuklir), dan Penyeimbang Persamaan (resep yang lajunya diukur).