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)

Gambar Alat