BAGIAN I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Etanol, yang disebut juga dengan etil alkohol dan oleh masyarakat umum sering

disebut sebagai “alkohol”, adalah senyawa organik (alkohol) yang tidak bersifat toksik,

karena tubuh manusia dapat menguraikannya dengan cepat. Etanol sangat umum

digunakan, salah satunya adalah sebagai pelarut. Banyak cara yang digunakan orang

untuk menghasilkan etanol, dengan bahan baku yang berbeda pula. Salah satunya

adalah dari C2H4 (etena), yang direaksikan dengan H2O, dengan menggunakan asam

sulfat pekat sebagai katalis. Etanol dapat juga dibuat melalui proses fermentasi. Reaksi

yang terjadi merupakan reaksi kesetimbangan, yang bersifat eksoterm ke arah

pembentukan etanol. Berdasarkan keragaman pembuatan etanol tersebut, tentunya

beragam juga persamaan reaksi yang terjadi dalam pembuatan etanol, maka dari itu

melalui makalah ini penulis ingin menjelaskan bagaimana laju reaksi kedua

persamaan tersebut.

1.2 Problem Statement

Permasalahan yang ingin dibahas pada makalah ini adalah :

1. Apa yang dimaksud reaksi elementer?

2. Apa yang dimaksud reaksi non elementer?

3. Bagaimana menentukan orde reaksi?

4. Bagaimana persamaan reaksi yang menghasilkan etanol baik dari hidrasi etena

maupun melalui proses fermentasi?

5. Bagaimana menurunkan persamaan laju reaksi dari persamaan diatas jika diasumsikan

reaksi yang terjadi merupakan reaksi elementer?

6. Bagaimana orde reaksi dari kedua persamaan di atas?

7. Bagaimana pengaruh suhu terhadap laju kedua reaksi tersebut?

LANDASAN TEORI

Orde Reaksi

Orde reaksi adalah bilangan eksponen masing-masing konsentrasi reaktan pada

persamaan laju reaksi atau jumlah pangkat faktor konsentrasi dalam hukum bentuk

diferensial yang nilainya ditentukan melalui eksperimen. Orde reaksi dapat dibagi menjadi :

1. Reaksi orde nol, reaksi yang perubahan konsentrasinya tidak mempengaruhi laju

reaksi. Dengan satuan k = mol liter-1 det -1

2. Reaksi orde satu, reaksi yang lajunya berbanding langsung dengan konsentrasi

reaktan.

3. Reaksi orde dua, reaksi yang lajunya berbanding langsung dengan kuadrat

konsentrasi.

4. Reaksi orde semu, reaksi yang konsentrasi satu reaktan jauh melebihi konsentrasi

reaktan lainnya, atau salah satu reaktan bekerja sebagai katalis

Persamaan Laju Reaksi

Laju reaksi adalah perubahan konsentrasi dalam satu satuan waktu yang ditandai

dengan berkurangnya reaktan atau bertambahnya produk.

Persamaan dari laju reaksi dapat ditulis:

pA + qB C + D

v= k [A]x[B]y

Dengan k = konstanta laju reaksi

x,y = orde reaksi

Seperti yang dapat dilihat persamaan di atas hanya memperhitungkan perubahan konsentrasi lalu bagaimana dengan faktor-faktor lain yang mempengaruhinya? Hal tersebut dapat diperhitungkan melalui persamaan Arhenius.

Hukum Arhenius

Persamaan Arhenius digunakan untuk menghitung laju reaksi dengan memperhitungkan faktor-faktor yang mempengaruhinya. Seperti persamaan laju reaksi sebelumnya yang menghitung perubahan konsentrasi karena konsentrasi adalah salah satu faktor yang mempengaruhi laju reaksi. Lalu bagaimana dengan faktor yang lain seperti suhu dan katalis? Inilah fungsi persamaan Arhenius untuk memperhitungkan hal tersebut.

Persamaan Arhenius :

atau

Dengan :k = Konstanta laju reaksi

A = Faktor frekuensi, A merupakan istilah yang meliputi faktor seperti frekuensi tumbukan dan orentasinya. A sangat bervariasi bergantung pada suhu walau hanya sedikit. A sering dianggap sebagai konstanta pada jarak perbedaan suhu yang kecil.

T = Temperatur atau suhu

R = Konstanta gas (biasanya 8.31 J K-1 mol-1)

EA = Energi Aktivasi (Joule mol-1), energi minimum yang diperlukan bagi reaksi untuk berlangsung.

BAGIAN II

PEMBAHASAN

1. Mekanisme Reaksi dan Reaksi Elementer

Mekanisme reaksi adalah kumpulan dari beberapa langkah reaksi membentuk reaksi

keseluruhan. Kandungan setiap langkah dari mekanisme reaksi disebut reaksi elementer,

yang terdiri dari beberapa reaksi sederhana.

Suatu reaksi elementer menyajikan suatu proses pada tingkat molekul, dapat pula

dinyatakan sebagai molekularitas reaksi. Terdiri dari sejumlah spesi yang terlibat dalam

reaksi yang datang bersamaan membentuk keadaan transisi.

Umumnya, reaksi elementer adalah bermolekul satu atau bermolekul dua, tergantung

pada keterlibatannya dalam reaksi, apakah berspesi satu atau dua.

Laju reaksi elementer sebanding dengan konsentrasi spesi yang memulai reaksi itu

sendiri.contoh : persamaan sederhana gabungan antara dua radikal metil. Reaksi

elementer ini terjadi pada laju reaksi sebanding dengan konsentrasi metil.

Reaksi elementer adalah reaksi yang koefisien persamaan reaksinya merupakan bilangan

bulat sederhana. Pada reaksi ini biasanya orde reaksi merupakan jumlah dari pangkat

konsentrasinya. Yang merupakan bilangan koefisien persamaan reaksi.

2. Reaksi non Elementer

Reaksi non elementer atau disebut juga reaksi tidak sederhana adalah reaksi yang persamaan koefisiennya bukan merupakan bilangan bulat dan tidak sederhana. Dan penentuan orde reaksinya hanya bisa ditentukan dengan melakukan penelitian

Co : ½A + ¾ B 5/4 C + ¾ D

-r A = kCAa CBb

3. Penentuan Orde Reaksi

Orde suatu reaksi ialah jumlah semua eksponen dari konsentrasi dalam persamaan laju. Orde reaksi juga menyatakan besarnya pengaruh konsentrasi reaktan (pereaksi) terhadap laju reaksi.

Untuk menentukan orde reaksi dilakukan sebuah eksperimen, dari data eksperimen tersebut dapat diolah untuk menentukan orde suatu reaksi. Namun, bila reaksi berjalan dengan lambat maka orde bisa dilihat dari koefisien reaksi. Orde reaksi selalu ditentukan oleh koefisien reaktan bukan oleh koefisien produk.

Menentukan orde reaksi

1. Jika tahap reaksi dapat diamati, orde adalah koefisien pada tahap reaksi yang berjalan

lambat.

Contoh : reaksi 4HBr + O2 -> 2H2O + 2Br2

Berlangsung dalam tahapan sebagai berikut :

a) HBr + O2 -> HBr2O (lambat)

b) HBr + HBr2O -> 2HBrO (cepat)

c) 2HBr + 2HBr) -> 2H2O + 2Br2 (cepat)

Maka orde reaksi ditentukan oleh reaksi (1). Persamaan laju reaksi, V = [HBr] [O2]. Orde

reaksi total (lihat koefisien reaksi) = 1 + 1 = 2.

2. Jika tahap reaksi tidak bisa diamati, orde reaksi ditentukan melalui eksperimen

Contoh:

Reaksi : P + Q + R → X + Y

diperoleh data percobaan sebagai berikut :

orde reaksi terhadap P, dicari dengan melihat konsentrasi [Q] dan [R] yang tetap. Dari data

(1) dan (3) dari konsentrasi [Q] dan [R] tetap, [P] dinaikkan dua kali.

Jadi reaksi berlangsung 2 kali lebih cepat.

2m = 2 → m = 1

-         Orde reaksi terhadap Q, lihat konsentrasi [P] dan [R] yang tetap yakni sebagai berikut.

Data (4) dan (5) o 1,5 kali lebih cepat

Data (1) dan (4) o 2 kali lebih cepat

Data (1) dan (5) o 3 kali lebih cepat

Ingat : orde reaksi ditentukan oleh tahap reaksi yang paling lambat 1,5n = 1,5

n = 1

-         Orde reaksi terhadap R, lihat konsentrasi [P] dan [Q] tetap yakni data (1) dan (2).

Konsentrasi R dinaikkan 1,5 kali, ternyata reaksi berlangsung sama cepat.1,5x = 1 x = 0

Maka persamaan laju reaksinya sebagai berikut:

V = k[P] [Q]

4. Persamaan reaksi yang menghasilkan etanol dari hidrasi etena maupun

proses fermentasi.

- memprosuksi alkohol dari alkena ( Pembuatan etanol dari etena dalam skala produksi ).

Etanol dibuat dalam skala produksi dengan mereaksikan etena dengan uap. Katalis yang

digunakan adalah silikon dioksida padat yang dilapisi dengan asam fosfat ( V ). Reaksi

yang terjadi adalah reversibel atau bolak balik.

Hanya 5 % dari etena yang diubah menjadi etanol pada setiap kali pemasukan ke reaktor.

Dengan mengeluarkan etanol dari campuran kesetimbangan dan mendaur ulang etana,

maka pengubahan etana menjadi etanol secara keseluruhan dapat mencapai 95%.

Diagram alir untuk reaksi yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut :

- Membuat etanol melalui proses fermentasi

Bahan baku untuk proses ini sangat bervariasi, tapi biasanya adalah beberapa bentuk

material tanaman yang mengandung pati (strach) seperti jagung, gandum, beras atau

kentang. Pati (strach) merupakan sebuah karbohidrat kompleks, dan karbohidrat yang lain

juga dapat digunakan, misalnya sukrosa (gula) biasanya digunakan dalam membuat

etanol. Dalam skala industri, sukrosa tidak mungkin bisa digunakan sebagai bahan baku.

Penghalusan glukosa memerlukan waktu yang lama jika hanya untuk digunakan dalam

fermentasi. Meskipun demikian tidak ada salahnya untuk menjadikan gula tebu asli

sebagai bahan baku dalam proses fermentasi.

Tahap pertama proses fermentasi adalah penguraian karbohidrat menjadi kompleks

karbohidrat yang lebih sederhana. Sebagai contoh : jika bahan baku yang digunakan

adalah pati dalam biji – bijian gandum atau beras, maka bahan baku ini dipanaskan

dengan air panas untuk mengekstrak pati dan selanjutnya dihasilkan malat. Malat adalah

beras berkecambah yang mengandung enzim yang dapat menguraikan pati menjadi

karbohidrat yang lebih sederhana, yang disebut sebagai maltosa, .

Maltosa memiliki rumus yang sama seperti sukrosa tetapi mengandung dua unit glukosa

yang saling mengikat, sedangkan sukrosa mengandung satu unit fruktosa.

Ragi kemudian dimasukan ke dalam campuran dan dibiarkan hangat (350C) selama

beberapa hari sampai fermentasi berlangsung sempurna. Udara tidak dibiarkan masuk

kedalam campuran untuk mencegah terjadinya oksidasi etanol yang dihasilkan menjadi

asam etanoat (asam cuka). Enzim - enzim dalam ragi pertama – tama mengubah

karbohidrat seperti maltosa dan sukrosa menjadi karbohidrat yang lebih sederhana seperti

glukosa dan fruktosa, yang keduanya , dan kemudian mengubah karbohidrat

sederhana tersebut menjadi etanol dan karbondioksida. Perubahan ini bisa ditunjukkan

sebagai persamaan – persamaan reaksi kimia sederhana berikut :

- Perbandingan Metode Fermentasi dengan Hidrasi Langsung Etena dalam

Menghasilkan Etanol.

Fermentasi Hidrasi etena

Jenis proses Proses berkelompok. Semua bahan

dimasukkan ke dalam sebuah wadah dan

kemudian dibiarkan sampai fermentasi

selesai. Kumpulan bahan ini kemudian

dikeluarkan dan sebuah reaksi baru

dilangsungkan. Proses ini tidak efisien.

Proses aliran kontinyu.

Aliran pereaksi dilewatkan

secara terus menerus diatas

sebuah katalis. Cara ini lebih

efisien.

Laju reaksi Sangat lambat. Sangat cepat.

Kualitas

produk

Menghasilkan etanol yang sangat tidak murni

dan memerlukan pengolahan lebih lanjut

Menghasilkan etanol yang

jauh lebih murni.

Kondisi-

kondisi reaksi

Menggunakan suhu dan tekanan udara yang

sedang.

Menggunakan suhu dan

tekanan tinggi, sehingga

memerlukan banyak input

energi.

Penggunaan

bahan baku

Menggunakan bahan baku yang terbaharukan

dari material tanaman.

Menggunakan bahan baku

terbatas dari minyak mentah.

Reaksi pembuatan etanol menggunakan reaksi hidrasi Etena :

5. Menurunkan Persamaan Laju Reaksi dari Kedua Persamaan Hidrasi Etena

dan Fermentasi.

OH

Karena etena adalah gas, jadi persamaan laju reaksi nya :

Reaksi pembuatan etanol menggunakan proses fermentasi :

Karena glukosa disini dalam bentuk liquid atau cairan maka persamaan laju reaksi nya :

Laju = k

6. Orde Reaksi dari Reaksi Pembuatan Etanol

(i) C2H4(g) + H2O(g) → CH3CH2OH(l).(ii) C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2.

Reaksi ini adalah reaksi elementer, dimana koefisien reaksi adalah bilangan bulat dan sederhana.

Jadi orde reaksi (i) adalah 2 karena yang dilihat adalah koefisien reaksi reaktannya

Orde reaksi (ii) adalah 1 karena yang dilihat adalah koefisien reaksi reaktannya

7. Pengaruh Suhu terhadap Laju Reaksi Persamaan Hidrasi Etena dan

Fermentasi.

- Teori tumbukan pada kinetika kimia.

Laju reaksi meningkat dengan meningkatnya suhu. Untuk menjelaskan perilaku ini, kita

terlebih dahulu harus mengetahui bagaimana reaksi dimulai pada awalnya.

Teori kinetik molekul gas menyatakan bahwa molekul gas sering bertumbukan satu dengan

yang lainnya. , jadi reaksi kimia berlangsung sebagai akibat dari tumbukan antara molekul –

molekul yang bereaksi. Dari segi teori tumbukan, maka kita perkirakan laju reaksi akan

berbanding lurus dengan banyaknya tumbukan molekul perdetik.

Setiap molekul yang bergerak memiliki energi kinetik. Semakin cepat gerakannya maka

semakin besar energi kinetiknya. Ketika molekul – molekul bertunbukan, sebagian dari

energi kinetiknya, diubah menjadi energi vibrasi. Jika energi kinetik awalnya besar, molekul

yang bertumbukan akan bergetar kuat sehingga memutuskan beberapa ikatan kimia nya.

Putusnya ikatan merupakan langkah pertama ke pembentukan produk. Jika energi kinetik

awalnya kecil, molekul hanya akan terpental tetapi masih utuh. Dari segi energi, ada

semacam energi tumbukan minimum yang harus tercapai agar reaksi terjadi.

Untuk bereaksi, molekul yang bertumbukan harus memiliki energi kinetik total sama dengan

atau lebih besar daripada energi aktivasi, yaitu jumlah energi minimum yang diperlukan

untuk mengawali reaksi kimia. Energi aktivasi sebagai penghalang yang mencegah molekul

yang kurang berenergi untuk bereaksi. Karena jumlah molekul reaktan dalam reaksi bisa

sangat banyak, maka kecepatan dan dengan demikian juga energi kinetik molekul, juga

sangat beragam. Umumnya, hanya sebagian kecil molekul yang bertumbukan, yaitu molekul

dengan gerakan yang paling cepat, yang memiliki energi kinetik yang cukup untuk

melampaui energi aktivasi. Ketergantungan konstanta laju reaksi terhadap suhu dapat

dinyatakan dengan persamaan berikut, dikenal sebagai persamaan Arrhenius:

Karena tanda minus untuk eksponen Ea/RT, maka konstanta laju menurun dengan

meningkatnya energi aktivasi dan meningkat dengan meningkatnya suhu. Persamaan ini

dapat dinyatakan dalam bentuk yang lebih baik dengan menghitung logaritma di kedua sisi :

Jadi dari persamaan di atas, semakin tinggi suhu nya, semakin cepat pula laju reaksi

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

- Pengukuran laju secara percobaan menghasilkan hukum laju dan konsentrasi reaktan. Ketergantungan laju pada konsentrasi menghasilkan orde reaksi. Suatu reaksi dapat dinyatakan berorde nol jika laju tidak bergantung pada konsentrasi reaktan atau berorde pertama jika lajunya bergantung pada konsentrasi reaktan di pangkatkan satu.

- Untuk bereaksi, molekul harus memiliki energi yang sama dengan atau lebih besar dari energi aktivasi. Konstanta laju umumnya meningkat dengan meningkatnya suhu. Persamaan arhenius menghubungkan konstanta laju dengan energi aktivasi dan suhu.

- Mekanisme reaksi dapat dibagi menjadi serangkaian tahap elementer pada tingkat molekul, dan urutan tahap – tahap tersebut merupakan mekanisme reaksinya. Tahap – tahap elementer bisa berupa unimolekuluer, bimolekuler, termomolekuler.

Daftar Pustaka.

Chang, Raymond.2003.Kimia Dasar Konsep Inti Jilid 2.Jakarta:Erlangga.

www.chem-is-try.org

http://www.chemistry.org/materi_kimia/kimia_fisika1/laju_reaksi1/

tetapan_laju_dan_persamaan_arrhenius/

MAKALAH

LAJU REAKSI PERSAMAAN HIDRASI ETENA DAN FERMENTASI YANG MENGHASILKAN ETANOL

MATA KULIAH KIMIA DASAR

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

CITTA DEVI GUNTARI

TEKNOLOGI BIOPROSES

1006661222

ASTRY EKA CITRASARI

TEKNOLOGI BIOPROSES

1006775842

FACHRUR ROZI

TEKNIK METALURGI DAN MATERIAL

ESAPUTRA M

TEKNIK METALURGI DAN MATERIAL