Konstanta laju reaksi

Dalam kinetika kimia suatu konstanta laju reaksi atau koefisien laju reaksi, k, mengukur (mengkuantifikasi) laju dari suatu reaksi kimia.^[1]

Bagi suatu reaksi antara reaktan A dan B untuk menghasilkan produk C

a A + b B → c C

laju reaksinya terkadang memiliki persamaan:

r=k(T)[\mathrm {A} ]^{m}[\mathrm {B} ]^{n}

Di sini k(T) merupakan konstanta laju reaksi yang bergantung pada suhu. [A] dan [B] merupakan konsentrasi molar zat A dan B dalam mol per satuan volume larutan, dengan asumsi bahwa reaksi berlangsung pada sejumlah volume larutan tersebut. (Untuk reaksi yang berlangsung pada suatu batasan maka digunakan mol A atau B per satuan luas).

Eksponen m dan n disebut sebagai orde parsial dari reaksi dan tidak secara umum sama dengan koefisien stoikiometri a dan b. Namun, orde tersebut bergantung pada mekanisme reaksi dan ditentukan secara eksperimen.

Ketergantungan terhadap suhu

Persamaan Arrhenius memberikan dasar kuantitatif dari hubungan antara energi aktivasi dan laju reaksi di mana reaksi berlangsung. Konstanta laju kemudian diberikan oleh

k=Ae^{\frac {-E_{a}}{RT}}

dan laju reaksinya oleh

r=Ae^{\frac {-E_{a}}{RT}}[\mathrm {A} ]^{m}[\mathrm {B} ]^{n},

di mana E_a adalah energi aktivasi, dan R adalah konstanta gas. Karena pada suhu T molekul memiliki energi menurut distribusi Boltzmann, dapat diduga bahwa proporsi tumbukan dengan energi lebih besar dari E_a bervariasi dengan e^−E_a⁄RT. A merupakan faktor pra-eksponensial, atau faktor frekuensi (tidak terbingungkan dengan reaktan A).

Satuan

Satuan konstanta laju bergantung pada orde reaksi global:^[2] Jika konsentrasi diukur dalam satuan mol·L⁻¹ (terkadang disingkat M), maka

Untuk orde (m + n), konstanta lajunya memiliki satuan mol^1−(m+n)·L^(m+n)−1·s⁻¹
Untuk orde nol, konstanta lajunya memiliki satuan mol·L⁻¹·s⁻¹ (atau M·s⁻¹)
Untuk orde satu, konstanta lajunya memiliki satuan s⁻¹
Untuk orde dua, konstanta lajunya memiliki satuan L·mol⁻¹·s⁻¹ (atau M⁻¹·s⁻¹)
Dan untuk orde tiga, konstanta lajunya memiliki satuan L²·mol⁻²·s⁻¹ (atau M⁻²·s⁻¹)

Kalkulasi konstanta laju

Konstanta laju dapat dihitung untuk reaksi elementer dengan simulasi dinamika molekul. Salah satu pendekatan yang mungkin dilakukan adalah menghitung waktu tinggal rata-rata molekul dalam keadaan reaktan. Meskipun ini layak untuk sistem kecil dengan masa tinggal singkat, pendekatan ini tidak banyak diterapkan karena reaksi sering kali merupakan kejadian langka pada skala molekuler. Salah satu pendekatan sederhana untuk mengatasi masalah ini adalah Divided Saddle Theory.^[3] Metode lainnya seperti prosedur Bennett Chandler,^[4]^[5] dan Milestoning dikembangkan untuk kalkulasi konstanta laju.

Plasma dan gas

Perhitungan konstanta laju proses pembentukan dan relaksasi partikel yang tereksitasi secara elektronik dan vibrasi sangatlah penting. Hal ini digunakan, misalnya, dalam simulasi komputer pada proses di dalam kimia plasma atau mikroelektronika. Model berbasis prinsip pertama harus digunakan untuk perhitungan tersebut. Hal tersebut dapat dilakukan dengan bantuan perangkat lunak simulasi komputer.

Lihat pula

Referensi

^ "Salinan arsip". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2012-03-31. Diakses tanggal 2018-02-09.
^ Blauch, David. "Differential Rate Laws". Chemical Kinetics. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2013-02-02. Diakses tanggal 2018-02-09.
^ Daru, János; Stirling, András (2014). "Divided Saddle Theory: A New Idea for Rate Constant Calculation". J. Chem. Theory Comput. 10 (3): 1121–1127. doi:10.1021/ct400970y.
^ Chandler, David (1978). "Statistical mechanics of isomerization dynamics in liquids and the transition state approximation". J. Chem. Phys. 68 (6): 2959. Bibcode:1978JChPh..68.2959C. doi:10.1063/1.436049.
^ Bennett, C. H. (1977). Christofferson, R., ed. Algorithms for Chemical Computations, ACS Symposium Series No. 46. Washington, D.C.: American Chemical Society. ISBN 978-0-8412-0371-6.

[1] "Salinan arsip". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2012-03-31. Diakses tanggal 2018-02-09.

[2] Blauch, David. "Differential Rate Laws". Chemical Kinetics. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2013-02-02. Diakses tanggal 2018-02-09.

[DST-3] Daru, János; Stirling, András (2014). "Divided Saddle Theory: A New Idea for Rate Constant Calculation". J. Chem. Theory Comput. 10 (3): 1121–1127. doi:10.1021/ct400970y.

[4] Chandler, David (1978). "Statistical mechanics of isomerization dynamics in liquids and the transition state approximation". J. Chem. Phys. 68 (6): 2959. Bibcode:1978JChPh..68.2959C. doi:10.1063/1.436049.

[5] Bennett, C. H. (1977). Christofferson, R., ed. Algorithms for Chemical Computations, ACS Symposium Series No. 46. Washington, D.C.: American Chemical Society. ISBN 978-0-8412-0371-6.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]