Bahan Ajar Laju Reaksi

FAKTOR FAKTOR LAJU REAKSI

Setelah mempelajari materi ini diharapkan siswa dapat:Menganalisis faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi.

Reaksi kimia tidak akan pernah terlepas dalam kehidupan kita. Reaksi tersebut terjadi dengan kecepatan yang bervariasi. Misalnya saja ketika ibu membuat teh. Mengapa harus dengan air mendidih? Mengapa tidak menggunakan air yang sudah dingin? Atau mengapa ketika kalian membuat minuman teh manis, gula yang dimasukkan ke dalam larutan teh harus kalian aduk? Mengapa tidak dibiarkan saja melarut dengan sendirinya. Mengapa makanan seperti daging, tempe,ketika dimasukkan lemari es menjadi lebih awet dibandingkan jika ditaruh di lemari biasa? Mengapa ibu saat memasak daging harus dibungkus dengan daun papaya atau daging tersebut dipotong dadu terelebih dahulu? Dan masih banyak pertanyaan lain dalam kehidupan sehari-hari yang berhubungan dengankecepatan berlangsungnya reaksi suatu zat.Larutan teh biasanya dibuat dalam air panas, karena jika dibuat dalam airdingin, maka sari teh tidak dapat atau sukar larut dalam air. Pengadukangula ketika membuat teh manis bertujuan agar gula cepat larut. Penyimpanan makanan dalam lemari es atau frezeer bertujuan agar reaksi berjalan lambat atau bahkan berhenti.Makanan yang ditaruh di dalam lemari es mengakibatkan reaksi pembusukan menjadi berjalan lambat sehingga makanan dapat lebih awet. Reaksi kimia dapat dipercepat atau diperlambat dengan cara memberi perlakuan tertentu. Beberapa perlakuan yang dapatmempengaruhi kecepatan terjadinya reaksi dinamakan faktor- faktor yang berpengaruh terhadap laju reaksi. Banyak faktor yang dapat mempengaruhi cepat lambatnya reaksi. Faktor-faktor tersebut antara lain adalah luas permukaan materi, suhu, konsentrasi, dan katalis. Pada bab ini akan dijelaskan tentang pengaruh faktor-faktor tersebut terhadap laju reaksi.

Gambar 3. Daging yang dibungkus daun pepaya. Gambar 1. Lemari es

Gambar 4. Daging dipotong dadu.Gambar 2. Melarutkan gula dengan air panas.

Konsentrasi Reaktan

Secara umum konsentrasi pereaksi akan mempengaruhi laju reaksi. Pengaruh konsnetrasi terhadap laju reaksi adalah khas untuk setiap reaksi.pada reaksi orde 0 perubahan konsentrasi pereaksi tidak berpengaruh terhadap laju reaksi. Reaksi orde 1 menyatakan bahwa setiap kenaikan konsnetrasi dau kali akan mempercepat laju reaksi menjadi 2 kali lebih cepat, sedangkan untuk reaksi orde 2 bila konsentrasinya diperbesar menjadi 2 kali maka laju reaksinya menjadi empat kali lebih cepat.Suatu larutan dengan konsentrasi tinggi tentu mengandung molekul-molekul yang lebih rapat dibandingkan dengan konsentrasi larutan rendah. Larutan dengan konsentrasi tinggi merupakan larutan pekat dan larutan dengan konsentrasi rendah merupakan larutan encer. Pengaruh konsentrasi terhadap laju reaksi ini dapat dijelaskan dengan model teori tumbukan. Semakin tinggi konsentrasi berarti semakin banyak molekul-molekul dalam setiap satuan luas ruangan, dengan demikian tumbukan antar molekul semakin sering terjadi, semakin banyak tumbukan yang terjadi berarti kemungkinan untuk menghasilkan tumbukan efektif semakin besar, sehingga reaksi berlangsung lebih cepat.

Semakin tinggi konsentrasi semakin banyak kemungkinan untuk menghasilkan tumbukan efektif sehingga reaksi berlangsung lebih cepat.

Luas Permukaan Bidang Sentuh

Pada reaksi heterogen (wujud tidak sama) seperti logam zink dengan larutan asam klorida, laju reaksi selain dipengaruhi oleh konsnetrasi asam klorida juga dipengaruhi oleh kondisi logam zink. Dalam jumlah (massa) yang sama butiran logam zink akan bereaksi lebih lambat daripada serbuk zink.Reaksi terjadi antara molekul-molekul asam klorida dalam larutan dengan atom-atom zink yang bersentuhan langsung dengan asam klorida. Pada butiran zink, atom-atom zink yang bersentuhan langsung dengan asam klorida lebih sedikit daripada serbuk zink, sebab atom-atom zink yang bersentuhan hanya atom zink yang ada dipermukaan butiran. Akan tetapi bila butiran zink tersebut dipecah menjadi butiran-butiran yang lebih kecil atau menjadi serbuk, maka atom-atom zink yang semula di dalam akan berada dipermukaan dan terdapat lebih banyak atom zink yang secara bersamaan bereaksi dengan larutan asam klorida. Dengan semakin kecil ukuran suatu materi, makamengandung arti memperluas permukaan sentuh materi tersebut.Bayangkan. Jika kalian mempunyai benda berbentuk kubusdengan ukuran rusuk panjang, lebar, dan tinggi sama, yaitu 1 cm.Berapa luas permukaan kubus tersebut? Secara matematika dapatdihitung bahwa luas permukaan kubus sebesar 6 kali luas sisinya.Karena kubus mempunyai 6 sisi yang sama, maka jumlahluas permukaannya adalah 6 1 cm 1 cm = 6 cm2. Sekarangjika kubus tersebut dipotong sehingga menjadi 8 buah kubus yangsama besar, maka keempat kubus akan mempunyai panjang,lebar, dan tinggi masing-masing 0,5 cm. Luas permukaan untuksebuah kubus menjadi 6 0,5 cm 0,5 cm = 1,5 cm2. Jumlah luaspermukaan kubus menjadi 8 1,5 cm2 = 12 cm2. Jadi, denganmemperkecil ukuran kubus, maka luas permukaan total menjadisemakin banyak. Hitunglah jika kubus diperkecil menjadi kubus-kubus yang lebih kecil sehingga ukuran rusuknya menjadi 1 mm.

Gambar 5. Jika ukuran kubusdiperkecil, makaluas permukaantotal semakinbesar.

Jika ukuran partikel suatu benda semakin kecil, maka akansemakin banyak jumlah total permukaan benda tersebut. Dengan menggunakan teori tumbukan dapat dijelaskan bahwa semakin luas permukaan bidang sentuh zat padat semakin banyak tempat terjadinya tumbukan antar partikel zat yang bereaksi sehingga laju reaksinya makin cepat.

Semakin luas permukaan bidang sentuh zat padat semakin banyak tempat terjadinya tumbukan antar partikel zat yang bereaksi sehingga laju reaksinya makin cepat.

Suhu

Setiap partikel selalu bergerak. Dengan menaikkan temperatur, energi gerak atau energi kinetik partikel bertambah, sehingga tumbukan lebih sering terjadi. Dengan frekuensi tumbukan yang semakin besar, maka kemungkinan terjadinya tumbukan efektif yang mampu menghasilkan reaksi juga semakin besar.Suhu atau temperatur ternyata juga memperbesar energi potensial suatu zat. Zat-zat yang energi potensialnya kecil, jika bertumbukan akan sukar menghasilkan tumbukan efektif. Hal ini terjadi karena zat-zat tersebut tidak mampu melampaui energi aktivasi. Dengan menaikkan suhu, maka hal ini akan memperbesar energi potensial, sehingga ketika bertumbukan akan menghasilkan reaksi.

Semakin tinggi suhu, maka molekul-molekul yang mencapai energi aktivasi semakin banyak, sehingga laju reaksi semakin cepat berlangsung.

Gambar 6. Grafik Pengaruh Suhu terhadap Energi Kinetik Partikel

Rumus nilai peningkatan laju reaksi :

Keterangan: r= laju reaksi akhirr0= laju reaksi awalt = waktu akhirt0= waktu awalr= kenaikkan laju reaksiT= suhu pada laju reaksi akhirTo= suhu pada laju reaksi awalT= kenaikkan suhu

Contoh soal: 1. Harga laju reaksi bertambah 2x jika suhu dinaikkan 100C. Reaksi A + B C mempunyai harga laju reaksi 2x mol/L. detik pada suhu 150C. Jika reaksi tersebut dilakukan pada suhu 750C. Tentukan perubahan laju reaksinya!Jawaban:

r = r = (26) x (2x mol/L. detik) = 128x mol/L.detikMaka Perubahan laju reaksinya = 128x.

2. Tiap kenaikkan suhu 200C laju reaksi menjadi 2x lebih cepat dari semula, jika pada suhu 200C reaksi berlangsung selama 32 menit, tentukan waktu reaksi pada suhu 800C.Jawaban:

maka waktu reaksi pada suhu 800C adalah 4 menit.

Katalis

Beberapa reaksi kimia yang berlangsung lambar dapat dipercepat dengan menambahkan suatu zat ke dalamnya, tetapi zat tersebut setelah reaksi ternyata tidak berubah. Misalnya pada pengurain kalium klorat untuk menghasilkan gas oksigen.2KClO3(s) 2KCl (s) + 3O2 (g)Reaksi berlangsung pada suhu tinggi dan berjalan lambat, tetapi dengan penambahan Kristal MnO2 ke dalamnya ternyata reaksi akan dapat berlangsung dengan lebih cepat pada suhu yang lebih rendah. Setelah semua KClO3 terurai, ternyata MnO2 masih tetap ada (tidak berubah). Dalam reaksi tersebut MnO2 disebut sebagai katalis.Katalis adalah suatu zat yang dapat mempercepat laju reaksi, tanpa dirinya mengalamu perubahan yang kekal. Suatu katalis mungkin dapat terlibat dalam proses reaksi atau mengalami perubahan selama reaksi berlangsung, tetapi setelah reaksi itu selesai maka katalis akan diperoleh kembali dalam jumlah yang sama. Peranan katalis dalam menurunkan energi pengaktifan dapat dilihat pada grafik di bawah ini:

Gambar 7. Grafik tingkat energi reaksi dengan katalis

Katalis mempercepat reaksi dengan cara mengubah jalannya reaksi. Jalur reaksi yang ditempuh tersebut mempunyai energi aktivasi yang lebih rendah dari jalur reaksi yang ditempuh tanpa katalis. Jadi dapat dikatakan bahwa katalis berperan dalam menurunkan energi aktivasi.

Katalis adalah zat yang dapat mempercepat laju reaksi dengan cara menurunkan/memperkecil energi aktivasi.

Terdapat ada dua cara yang dilakukan katalis dalam mempercepat reaksi, yaitu dengan membentuk senyawa antara dan yang kedua dengan cara adsorpsi.1. Pembentukan Senyawa antaraUmumnya reaksi berjalan lambat bila energi aktivasi suatu reaksi terlalu tinggi. Agar reaksi terlalu tinggi. Agar reaksi dapat berlangsung lebih cepat, maka dapat dilakukan dengan cara menurunkan energi aktivasi. Untuk menurunkan energi aktivasi dapat dilakukan dengan mencari senyawa antara (keadaan transisi) lain yang berenergi lebih rendah. Fungsi katalis dalam hal ini mengubah jalannya reaksi sehingga diperoleh senyawa antara. Katalis homogen (katalis mempunyai fase sama dengan zat pereaksi yang dikatalis) bekerja dengan cara ini.Berikut ini merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya:A + C AC (1)B + AC AB + C (2)Meskipun katalis (C) termakan oleh reaksi 1, namun selanjutnya dihasilkan kembali oleh reaksi 2, sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi,A + B + C AB + C2. AdsorpsiProses katalisasi dengan cara adsorpsi umumnya dilakukan oleh katalis heterogen, yaitu katalis yang fasenya tidak sama dengan fase zat yang dikatalis (khususnya reaksi gas dengan katalis padat). Pada proses ini, molekul-molekul pereaksi akan teradsorpsi pada permukaan katalis, dengan terserapnya pereaksi dipermukaan katalis mengakibatkan zat-zat pereaksi terkonsentrasi dipermukaan katalis dan akan mempercepat laju reaksi. Kemungkinan yang lain, karena pereaksi-pereaksi teradsorpsi di permukaan katalis akan dapat menimbulkan gaya tarik antar molekul yang bereaksi, dan ini menyebabkan molekul-molekul tersebut menjadi reaktif.Agar katalis tersebut berlangsung efektif, katalis tidak boleh mengadsorpsi zat hasil reaksi, dan dengan demikian permukaan logam akan segera ditempati oleh molekul baru. Bila zat pereaksi atau pengotor teradsorpsi dengan kuat oleh katalis maka akan menyebabkan permukaan katalis tidak aktif. Dalam keadaan tersebut, katalis dikatakan telah teracuni, dan ini akan menghambat reaksi. Contoh katalis adsorpsi adalah nikel pada pembuatan margarine, untuk mengkatalis reaksi antara gas hidrogen dengan lemak atau minyak menjadi margarine. Pada industri asam sulfat digunakan katalis V2O5 untuk mempercepat reaksi antara gas SO2 dan O2 menjadi SO3.

HUKUM LAJU DAN ORDE REAKSI

rr

r

r

rr

Setelah mempelajari materi ini diharapkan siswa dapat:Menentukan orde reaksi berdasarkan hasil percobaanMenuliskan persamaan laju reaksi

Dari percobaan penentuan laju reaksi menunjukkan bahwa laju reaksi akan menurun dengan bertambahnya waktu. Hal itu berarti ada hubungan antara konsentrasi zat yang tersisa saat itu dengan laju reaksi. Dari percobaan-percobaan diketahui bahwa umumnya laju reaksi tergantung pada konsentrasi awal dari zat-zat pereaksi, pernyataan ini dikenal sebagai hukum laju reaksi atau persamaan laju reaksi.Pada umumnya hubungan antara laju reaksi dengan konsentrasi zat-zatpereaksi hanya diturunkan dari data eksperimen. Bilangan pangkat yangmenyatakan hubungan konsentrasi zat pereaksi dengan laju reaksi disebut ordereaksi.Untuk reaksi berikut:A + b B c C + d Dpersamaan laju reaksi ditulis:r = k. [A]m.[B]nKeterangan:r = laju reaksik = tetapan laju reaksi[A] = konsentrasi zat A dalam mol per liter[B] = konsentrasi zat B dalam mol per literm = orde reaksi terhadap zat An = orde reaksi terhadap zat B

Konstanta laju (k) adalah konstanta kesebandingan atau proporsionalitas antara laju reaksi dan konsentrasi reaktan.Berdasarkan eksperimen, lajureaksi meningkat tajam dengan naiknya suhu. Svante Arrhenius menyatakan bahwa tetapan laju bervariasi secara eksponensial dengan kebalikan dari suhu.Persamaannya adalah sebagai berikut:

k = A e-Ea/RTln k = ln A

dengan k = tetapan laju reaksi, Ea = energi pengaktifan reaksi, A = tetapanArrhenius, T = temperatur dalam K, dan R = tetapan gas ideal. Energi pengaktifanadalah energi minimum agar molekul-molekul dapat bereaksi. Semakin tinggitemperatur, nilai eksponen negatif semakin kecil, sehingga nilai k semakin besaryang berarti bahwa laju semakin cepat

T naik k naik laju reaksi naik

Beberapa contoh reaksi dan persamaan laju reaksi yang diperoleh dari hasileksperimen dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel1. Contoh reaksi dan rumus laju reaksi berdasarkan hasil percobaan

ReaksiRumus Laju Reaksi

2 H2(g) + 2 NO(g) 2 H2O(g) + N2(g)r = k[H2][NO]2

H2(g) + I2(g) 2 HI(g)r = k[H2][I2]

2 HI(g) H2(g) + I2(g)r = k[HI]2

2 H2(g) + SO2(g) 2 H2O(g) + S(g)r = k[H2][SO2]

2 H2O2(aq) 2 H2O(l) + O2(g)r = k[H2O2]2

Orde reaksi dapat ditentukan dari persamaan laju reaksi. Misalnya pada reaksi berikut:2 H2(g) + 2 NO(g) 2 H2O(g) + N2(g) dengan persamaan laju reaksir = k[H2][NO]2Orde reaksi terhadap H2 = orde satu, orde reaksi terhadap NO =orde dua, dan orde reaksi total adalah tiga.Orde reaksi ditentukan melalui hasil percobaan dan tidak bergantung pada persamaan stoikiometri.Beberapa orde reaksi yang umum terdapat dalam persamaan reaksikimia adalah orde nol, orde satu dan orde dua.

Reaksi Orde Nol (0)

Suatu reaksi kimia dikatakan mempunyai orde nol, jika besarnya laju reaksi tersebut tidakdipengaruhi oleh konsentrasi pereaksi. Artinya,seberapapun peningkatan konsentrasi pereaksitidak akan mempengaruhi besarnya laju reaksi.Secara grafik, reaksi yang mempunyai ordenol dapat dilihat pada Gambar 8.Persamaan reaksi yang berorde 0 : r = k [A]0

rrGambar8. Grafik reaksi orde nol (o)

Pada orde reaksi 0 perubahan konsentrasi tidak mempengaruhi laju reaksi

Reaksi Orde Satu (1)

Suatu reaksi kimia dikatakan mempunyai orde satu, apabila besarnyalaju reaksi berbanding lurus dengan besarnyakonsentrasi pereaksi. Artinya, jika konsentrasi pereaksi dinaikkan dua kali semula, maka laju reaksijuga akan meningkat besarnya sebanyak (2)1 atau2 kali semula juga.Secara grafik, reaksi orde satu dapat digambarkan seperti terlihat pada Gambar 9.

Persamaan laju reaksi: r = k [A]

rr

Gambar9. Grafik reaksi orde satu (1)

Pada orde reaksi 1 kenaikkan konsentrasi 1x akan menaikkan laju reaksi 1x

Reaksi Orde Dua (2)

Suatu reaksi dikatakan mempunyai orde dua, apabila besarnya laju reaksi merupakan pangkat dua dari peningkatan konsentrasi pereaksinya. Artinya, jika konsentrasi pereaksi dinaikkan 2 kali semula, maka laju reaksi akan meningkat sebesar (2)2 atau 4 kali semula. Apabila konsentrasi pereaksi dinaikkan 3 kali semula, maka laju reaksi akan menjadi (3)2 atau 9 kali semula. Secara grafik, reaksi orde dua dapat digambarkan pada Gambar 10.Persamaan laju reaksi : r = k [A]1 [B]1 ; V = k [A]2 ; V = k [B]2

rr

Gambar 10. Grafik reaksi orde dua (2)

Pada orde reaksi 2 kenaikkan konsentrasi 1x akan menaikkan laju reaksi 2x

Contoh Soal

Gas nitrogen oksida dan gas klor bereaksi pada suhu 300 K menurut persamaan:2NO(g) + Cl2(g) 2 NOCl(g)Laju reaksi diikuti dengan mengukur pertambahan konsentrasi NOCl dan diperolehdata sebagai berikut.

Tabel 2. Data hasil percobaan reaksi antara NO(g) dan Cl2(g)

Percobaan[Cl2]mol L-1[NO]mol L-1Laju PemebentukanNOCl(mol L-1detik-1)

10,100,100,0001

20,100,200,0004

30,100,300,0009

40,200,100,0002

50,300,100,0003

Berdasarkan data tersebut maka:a. Tentukan orde reaksi terhadap NO, terhadap Cl2, dan orde reaksi total!b. Tulis persamaan laju reaksi.c. Hitung harga k.Penyelesaian:a. Orde reaksi terhadap NO(gunakan data nomor 1 dan 2)

n Jadi, orde reaksi terhadap NO adalah 2.Bandingkan hasilnya bila menggunakan data nomor 1 dengan 3 atau 2 dengan 3.Orde reaksi terhadap Cl2(gunakan data nomor 1 dan 4)

Jadi, orde reaksi terhadap Cl2 adalah 1.Orde reaksi total = m + n = 1 + 2 = 3b. Rumus laju reaksi yaitu: r = k[Cl2][NO]2c. Untuk menghitung k dapat menggunakan salah satu data, misalnya data nomor 5.R=k. [Cl2] [NO]20,0003 mol L-1 detik-1 = k.[0,3 mol L-1][0,10 mol L-1]2 k = = 0,112