Download - Persamaan Arrhenius Dan Energi Aktivasi
PERSAMAAN ARRHENIUS DAN ENERGI AKTIVASI
I. Tujuan Percobaan
Setelah melakukan percobaan ini mahasiswa diharapkan :
Menjelaskan hubungan kecepatan reaksi dengan suhu
Menghitung energi aktivasi (Ea) dengan menggunakan persamaan Arrhenius
II.Alat dan Bahan yang Digunakan
Alat yang Digunakan
1. Rak tabung reaksi dan tabung reaksi
2. Pipet ukur 5 ml, 10 ml, dan bola karet
3. Gelas kimia 250 ml, 400 ml
4. Gelas ukur 100 ml
5. Labu ukur 50 ml, 100 ml
6. Termometer 1000C
7. Stop watch
8. Spatula
9. Batang pengaduk
10. Pipet tetes
Bahan yang Digunakan
1. Larutan H2O2 0,04 M
2. Larutan KI 0,1 M
3. Larutan Na2S2O3 0,001 M
4. Larutan amilum harus dibuat baru
5. Es batu
6. Aquadest
III. Dasar Teori
Energi aktivasi merupakan energi minimum yang dibutuhkan oleh suatu reaksi
kimia agar dapat berlangsung. Istilah energi aktivasi (Ea) pertama kali diperkenalkan
oleh Svante Arrhenius dan dinyatakan dalam satuan KJ/mol. Terkadang suatu reaksi
kimia membutuhkan energi aktivasi yang teramat sangat besar, maka dari itu dibutuhkan
suatu katalis agar reaksi dapat berlangsung dengan pasokan energi yang lebih
rendah. Jika terdapat suatu reaksi reaktan menjadi produk,maka jika reaksi diatas
berlangsung secara eksoterm. Persamaan Arrhenius mendefisinikan secara kuantitatif
hubungan antara energi aktivasi dengan konstanta laju reaksi
Pada tahun 1889 Arrhenius mengusulkan suatu persamaan yang menjelaskan
pengaruh suhu terhadap K yang dinyatakan sebagai berikut :
K=A e−EaRT
Dimana :
K = konstanta laju reaksi
A = faktor freakuensi
Ea = energi aktivasi
Faktor −EaRT menunjukkan fraksi molekul yang memiliki energi yang melebihi
energi aktivasi. Sehingga persamaan dapat ditulis dalam bentuk logaritma :
ln K=ln A−( EaRT
)
Dari persamaan di atas dapat dibuat kurva ln K sebagai 1/T akan merupakan sebuah garis
lurus dengan slop −EaRT dan akan memotong sumbu ln K pada ln A
ln k Slop = -Ea/R
1/T
Energi aktivasi merupakan suatu energi minimum yang harus dilewati oleh suatu reaksi,
misalnya : A ---> produk
Ea
Energi
Produk
Laju reaksi
Pada reaksi A supaya menjadi produk , Ea merupakan energi penghalang yang harus
diatasi oleh reaksi A. Molekul A dalam hal ini dengan jalan melakukan tumbukan antar
molekul. Suatu reaksi dapat terjadi bila energi yag diperoleh selama tumbukan tersebut
berhasil melewati energi energi aktivasi (Ea). Tumbukan terjadi antara dua molekul yang
berbeda, misalnya A dan B ( reaksi bimolekuler ), energi penghalang A dan B
membentuk kompleks aktif :
A + B A
Ea’ Ea’’
Energi
A+B
Laju reaksi
Dengan melihat hal tersebut di atas jelas bahwa energi aktivasi akan mudah dilewati bila
molekul-molekul yang bertumbukan semakin cepat dan efektif menhasilkan reaksi. Pada
percobaan ini reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
2 I- + S2O32- 2 SO4
2- + I2
Energi aktivasi merupakan energi minimum yang dibutuhkan oleh suatu reaksi
kimia agar dapat berlangsung. Energi aktivasi memiliki simbol Ea dengan E menotasikan
energi dan a yang ditulis subscribe menotasikan aktivasi. Kata aktivasi memiliki makna
bahwa suatu reaksi kimia membutuhkan tambahan energi untuk dapat berlangsung.
Dalam reaksi endoterm, energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan dan
sebagainya disuplai dari luar sistem. Pada reaksi eksoterm, yang membebaskan energi,
ternyata juga membutuhkan suplai energi dari luarbuntuk mengaktifkan reaksi tersebut.
Dalam kinetika, suatu reaksi berlangsung melalui beberapa tahap. Diawali
dengan tumbukan antar partikel reaktan. Setelah reaktan bertumbukan, maka akan terjadi
penyusunan ulang ikatan dalam senyawa reaktan menjadi susunan ikatan yang berbeda
( membentuk senyawa produk ). (Vogel : 1994)
Persamaan Arrhenius analog dengan persamaaan garis lurus, yang sering
disimbolkan dengan y = mx +c, maka hubungan antara energi aktivasi suhu dan laju
reaksi dapat dianalisis dalam bentuk grafik ln k vs 1/T dengan gradien –(Ea/RT) dan
intersep ln A.
Beberapa faktor yang mempengaruhi energi aktivasi adalah sebagai berikut :
Suhu
Fraksi molekul-molekul mampu untuk bereaksi dua kali lipat dengan peningkatan
suhu sebesar 10oC . Hal ini menyebabkan laju reaksi berlipat ganda.
Faktor frekuensi
Dalam persamaan ini kurang lebih konstan untuk perubahan suhu yang kecil. Perlu
dilihat bagaimana perubahan energi dari fraksi molekul sama atau lebih dari energi
aktivasi.
Katalis
Katalis akan menyediakan rute agar reaksi berlangsung dengan energi aktivasi yang
lebih rendah.(Atkins PW. 1999)
A + B ——> AB ——> C + D
reaktan keadaan transisi produk
Factor-faktor yangmempengaruhikecepatanreaksiyaitu :
1. Konsentrasi
Konsentrasi sangat berpengaruh terhadap jumlah tumbukan-tumbukan. Semakin
besar konsentrasi A dan B maka semakin sering terjadi tumbukan di antara
keduanya, sehingga semakin besar pula kemungkinan terbentuknya C
2. Luas permukaan
Semakin besar luas permukaan maka waktu yang diperlukan untuk membentuk C
semakin sedikit
3. Katalis
Suatu zat yang ditambahkan pada reaktan untuk menurunkan energi aktivasi
sehingga dapat berlangsung lebih cepat dan spontan.
4. Temperatur
Besar kecilnya temperaatur yang diberikan pada saat reaksi akan mempengaruhi
gerakan. Gerakan partikel yang semakin cepat akan mempercepat terjadinya
tumbukan yang intensif sehingga reaksi dapat berjalan lebih cepat.
IV. Langkah Kerja
1. Menyiapkan suatu sistem pada tabel berikut pada tabung reaksi yang terpisah :
Sistem
Tabung 1 Tabung 2
V S2O32- (ml) V H2O (ml) V I-
V S2O32-
(ml)
V kanji
(ml)
- 5 5 10 1 1
Menyiapkan minimal tiga buah sistem seperti di atas
2. Mendinginkan tabung 1 dan tabung 2 ke dalam gelas kimia yang berisi campuran
air dan es sampai suhu kedua tabung reaksi tersebut sama dengan yang ada di isi
dalam gelas kimia.
3. Mencampurkan isi kedua tabung reaksi tersebut dan menghidupkan stopwatch
untuk mengukur waktu yang diperlukan sampai campuran berubah menjadi biru.
Selain itu mencatat suhu awal dan suhu akhir reaksi.
4. Mengulangi percoabaan tersebut untuk suhu yang berbeda ( antara 00C – 400C )
dan mencatat suhu dan reaksi yang diperlukan.
V. Data Pengamatan
No
Suhu
Rata-rata
(0C)
Waktu
Reaksi (dtk)T (K) 1/T
ln
1/waktuK ln K
1 4 293 277 3,6101 x 10-3 -5,6802 0,0341 -3,3785
2 8 226 281 3,5587 x 10-3 -5,4205 0,0442 -3,1190
3 19 112 292 3,4247 x 10-3 -4,7185 0,0893 -2,4157
4 26 98 299 3,3445 x 10-3 -4,5849 0,1020 -2,2827
5 34 63 307 3,2573 x 10-3 -4,1431 0,1587 -1,8407
VI. Perhitungan
Membuat larutan H2O2 0,04 M dalam 100 ml
ρ=1, 135 gcm3 BM=34 ,0147 g
mol%=30 %
M 1=ρ x % x 1000BM H2O2
→ M 1 .V 1=M2 . V 2
¿ 1,135 x 0,3 x 100034,0147
→ 10,014 .V 1=0 , 04 x100 ml
¿10 , 014 M → V 1=0,3996 ml
Membuat larutan Na2S2O3 0,001 M dalam 50 ml
gram=M .V .BM
¿0 , 001 .50 . 248,21
¿12 ,4105 mg=0,0124 gram
Membuat Larutan KI
gram=M .V .BM
¿0 , 1 .100 .166
¿1660 mg=1,66 gram
Membuat larutan kanjiMelarutkan 0,1 gram kanji dalam 10 ml Aquadest
Menentukan Ln K
[ H 2O 2 ]awal=M H2 O2 xV H 2 O2
V total
¿ 0,04 x5 ml22 ml
¿9,091 x10−3 M
[ H2O 2 ] Reaksi=M H 2O2
valensi x V totalk=
[H 2O2 ] awal
[ H 2O2 ] Reaksi x t
¿ 0,042 x 22
1. Untuk t = 293 sekon
K= 9,091 x 10−3
9,091 x10−4 x293ln K=ln0,0341=−3,3785
¿0,0341
2. Untuk t = 226 sekon
K= 9,091 x 10−3
9,091 x10−4 x226ln K=ln0,0442=−3,1190
¿0,0442
3. Untuk t = 112 sekon
K= 9,091 x10−3
9,091 x10−4 x112ln K=ln0,0893=−2,4157
¿0,0893
4. Untuk t = 98 sekon
K= 9,091 x 10−3
9,091 x10−4 x98ln K=ln 0,1020=−2,2827
¿0,1020
5. Untuk t = 63 sekon
K= 9,091 x 10−3
9,091 x10−4 x63ln K=ln0,1587=−1,8407
¿0,1587
0,003257 0.003344 0.003424 0.003555 0.00361
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
-1.8407
-2.2827-2.4157
-3.119-3.3785
f(x) = − 0.39119 x − 1.43375R² = 0.964672433713114
Grafik Hubungan LnK dan 1/T
Grafik Hubungan LnK dan 1/T
Linear (Grafik Hubungan LnK dan 1/T)
1/T
Ln K
Dari grafik di atas maka dapat ditentukan nilai energi aktivasi
Y = mx + c => m = -0,391
Y = -0,391x – 1,433 c = -1,433
Nilai energi aktivasi ( Ea )
Ea = - ( m x R )
= - ( -0,391 x 8,314 )
= 3,2507 J
Nilai faktor frekuensi ( A )
lnA = C
lnA = -1,433
A = e−1,433
No. Rata-ratasuhu (K)
1/T(sumbu x) waktu(detik) K Ln K
(sumbu y)1. 307 0,003257 63 0.1587 -1,84072. 299 0.003344 98 0,1020 -2,28273. 292 0.003424 112 0.0893 -2,41574. 281 0.003555 226 0.0442 -3,1195. 277 0.00361 293 0.0341 -3,3785
A = 0,2386
-5.6801 -5.4205 -4.7185 -4.5849 -4.14310.003
0.0031
0.0032
0.0033
0.0034
0.0035
0.0036
0.0037
0.00361
0.003555
0.003424
0.003344
0.003257
Grafik hubungan ln 1/waktu dan 1/TGrafik hubungan ln 1/waktu dan 1/TLinear (Grafik hubungan ln 1/waktu dan 1/T)
VII. Analisa Percobaan
Berdasarkan percobaan yang dilakukan pada persamaan arrhenius dan energi aktivasi
menggunakan dua buah larutan dimana larutan pertama yang diletakkan di tabung 1
merupakan campuran H2O2 dengan H2O, sedangkan larutan ke-2 pada tabung 2 merupakan
campuran dari larutan KCl, Na2S2O3 dan larutan kanji 1%.
Yang berperan memberikan titik akhir perhitungan waktu reaksi ( indikator ) adalah
larutan kanji/amilum. Itulah mengapa amilum yang digunakan harus baru karena amilum
mudah rusak. Amilum digunakan untuk mengindikasikan adanya I2, I2 akan bereaksi dengan
amilum setelah Na2S2O3 pada campuran habis bereaksi, dengan ditandai munculnya warna
biru pada campuran larutan kedua tabung. Warna ini terbentuk karena H2O2 yang berfungsi
sebagai oksidator akan menjadi H2O sedangkan KI sebagai sumber I2, kemudian I2 akan
diiikat oleh S2O32- , pada saat pengikatan ini warna biru belum muncul, namun setelah habis
bereaksi dengan S2O32- , maka I2 akan lepas dan berikatan dengan I- yang akan terbentuk I3
pada saat I3 berikatan dengan amilum warna biru mulai terbentuk.
Reaksi akan semakin cepat seiring dengan meningkatnya suhu, karena pada saat suhu
tinggi , ion pereaksi akan memiliki energi kinetik yang lebih besar maka akan mempercepat
reaksi kimia tersebut, hal ini terjadi karena kecepatan berbanding lurus dengan energi kinetik
jadi apabila energi kinetik mengalami penaikan maka kecepatan reaksi juga berlangsung
semakin cepat.
Suhu maksimum yang digunakan adalah 40oC. Hal ini dikarenakan apabila suhu
>40oC amilum akan rusak dan Ion iodida tidak dapat bereaksi dengan baik.
VIII. Pertanyaan
1. Apakah yang dimaksud dengan energi aktivasi ?
2. Bagaimana pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi?
3. Kesalahan dan penyimpangan apa yang anda perbuat selama percobaan ?
4. Buatlah suatu cara pemecahannya ?
Jawab :
1. Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan oleh suatu reaksi kimia
agar dapat berlangsung.
2. Semakin tinggi suhu maka semakin cepat laju reaksi berlangsung. Hal ini
disebabkan karena ketika suhu meningkat gerak kinetik molekul mempercepat,
sebaliknya semakin rendah suhu maka semakin lambat gerak kinetik molekul
sehingga laju reaksi berlangsung lebih lama. Jadi besar kecilnya temperatur yang
diberikan pada saat reaksi akan mempengaruhi gerakannya.
3. Kesalahan dan penyimpangan pada saat pengukuran suhu yang kurang tepat
karena pada saat praktikum terjadi keterbatasan alat untuk mengukur suhu yaitu
hanya menggunakan 1 termometer. Seharusnya termometer yang digunakan
minimal 2 atau 3 buah termometer yaitu untuk mengukur suhu di dalam dua
tabung reaksi dan di luar tabung reaksi. Agar pengukuran dapat lebih tepat dan
teliti dan akurat.
4. Sebaiknya alat yang digunakan memadai atau tersedinya termometer tersebut
sehingga pada saat pengukuran suhu di tabung reaksi dan di gelas kimia
memperoleh pengukuran yang lebih tepat, efektif dan teliti.
IX. Kesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa :
Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan oleh suatu reaksi agar dapat
berlangsung.
Semakin tinggi suhu reaksi maka semakin cepat waktu yang dibutuhkan dan semakin
cepat pula terjadi perubahan warna.
Semakin tinggi suhu reaksi maka laju reaksi akan semakin cepat
Reaksi yang terjadi :
2 H2O2 2 H2O + O2
I2 + 2 S2O32- 2I- + S4O6
2-
2 H2O2 + 2I- + S4O62- I2 + 2 H2S2O3 + 2 O2
Nilai energi aktivasi = 3,2507 J
Nilai faktor frekuensi = 0,2386
Mempunyai persamaa y= - 0,391x – 1,433
DAFTAR PUSTAKA
Castellan GW.1982. Physicall Chemistry Third Edition. New York: General Graphic
Services
Tony Bird.1987. Penuntun Praktikum Kimia Fisika untuk Universitas. Jakarta : PT.
Gramedia
Tim Penyusun. 2015. Penuntun Praktikum Kimia Fisika. Palembang : Politeknik Negeri
Sriwijaya
Vogel.1994. Kimia Analisa Kuantitatif Anorganik.Jakarta : penerbit buku kedokteran (EGC)