Kinetika kimiaReaksi oksidasi-reduksi

Kinetika Kimia / Laju Reaksi

Laju merupakan ukuran perubahan sesuatu yang terjadi dalam satuan waktu.

Laju reaksi merupakan ukuran perubahan konsentrasi dalam satuan waktu.

Laju reaksi dipengaruhi oleh berbagai faktor. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi adalah konsentrasi pereaksi, suhu, luas permukaan, dan katalis.

Didalam industri, faktor-faktor ini sangat diperhatikan karena dapat mempengaruhi produk yang dihasilkan.

Pada bab ini akan dijelaskan tentang pengertian laju reaksi, orde reaksi, dan Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Untuk memahami laju reaksi yang melibatkan larutan ditentukan satuan konsentrasi.

KONSEP LAJU REAKSIApa yang dimaksud dengan laju reaksi? Di dalam reaksi kimia pereaksi berubah

menjadi hasil reaksi. Laju dari perubahan zat adalah ukuran jumlah perubahan zat yang terjadi tiap satuan waktu.

Bagaimana cara mengukur laju reaksi ini? Untuk mempelajarinya perhatikan ilustrasi

berikut.

Dari percobaan ini, laju dapat ditentukan dengan dua cara yaitu dengan mengukur volum air yang berkurang dari botol per satuan waktu dan volum air yang bertambah pada gelas kimia per satuan waktu.

Dari ilustrasi tersebut maka untuk mengukur laju reaksi dapat ditentukan dengan dua cara yaitu dengan mengukur:1. jumlah pereaksi yang digunakan atau bereaksi per satuan waktu, dan2. jumlah hasil reaksi yang terbentuk per satuan waktu.

Misalnya pada saat mereaksikan logam magnesium dengan asam klorida dengan reaksi: Mg(s) + 2 HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g)

Laju reaksi dapat dihitung dengan mengukur jumlah magnesium atau asam klorida yang digunakan dalam waktu tertentu atau jumlah magnesium klorida atau gas hidrogen yang terbentuk dalam waktu tertentu.

Bagaimana cara mengukur jumlah pereaksi atau hasil reaksi dalam suatu reaksi?

Dalam beberapa reaksi, pereaksi dan hasil reaksi dalam keadaan bercampur dan dalam wujud yang sama. Untuk memisahkannya cukup sulit. Oleh karena itu, pengukuran laju reaksi akan lebih mudah pada reaksi yang wujud hasil reaksinya berbeda dengan pereaksi.

Pengukuran laju reaksi yang menghasilkan gas dapat dilakukan dengan mengukur volum gas yang terjadi dalam waktu yang ditentukan atau mengukur massa setelah beberapa waktu yang ditentukan.

Persamaan Laju Reaksi dan Orde Reaksi

Pada umumnya hubungan antara laju reaksi dengan konsentrasi zat-zat pereaksi hanya diturunkan dari data eksperimen. Bilangan pangkat yang menyatakan hubungan konsentrasi zat pereaksi dengan laju reaksi disebut orde reaksi.

Untuk reaksi a A + b B c C + d D, persamaan laju reaksi ditulis:

r = k[A]m.[B]n

r = laju reaksi k = tetapan laju reaksim = orde reaksi thdp zat A n = orde reaksi thdp zat B[A] = konsentrasi zat A dalam mol per liter[B] = konsentrasi zat B dalam mol per liter

Contoh beberapa reaksi dan rumus laju reaksinyaReaksi Rumus Laju Reaksi

2H2(g)+2NO(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 2 H2(g) + 2 NO(g) 2 H2O(g) + N2(g) dengan persamaan laju reaksi r = k[H2][NO]2,

orde reaksi terhadap H2 = orde satu, orde reaksi terhadap NO = orde dua, dan orde reaksi total adalah tiga.

Untuk menentukan orde reaksi kita harus melakukan serangkaian eksperimen masing-masing dimulai dengan satu set konsentrasi reaktan yang berbeda-beda dan dari masing-masing akan diperoleh laju awal

Orde reaksi dapat juga ditentukan melalui kecenderungan dari data suatu percobaan yang digambarkan dengan grafik. Berikut ini dijelaskan penentuan orde reaksi melalui grafik.

Grafik Orde Nol

Laju reaksi tidak dipengaruhi oleh besarnya konsentrasi pereaksi. Persamaan laju reaksinya ditulis:

r = k.[A]0

Bilangan dipangkatkan nol sama dengan satu sehingga persamaan laju reaksi menjadi: r = k.

Jadi, reaksi dengan laju tetap mempunyai orde reaksi nol.

Grafik Orde SatuUntuk orde satu, persamaan laju reaksi

adalah: r = k[A]1

Persamaan reaksi orde satu merupakan persamaan linier berarti laju reaksi berbanding lurus terhadap konsentrasinya pereaksinya.

Jika konsentrasi pereaksinya dinaikkan misalnya 4 kali, maka laju reaksi akan menjadi 41 atau 4 kali lebih besar.

Grafik Orde DuaPersamaan laju reaksi untuk reaksi orde dua

adalah: r = k[A]2

Apabila suatu reaksi berorde dua terhadap suatu pereaksi berarti laju reaksi itu berubah secara kuadrat terhadap perubahan konsentrasinya.

Apabila konsentrasi zat A dinaikkan misalnya 2 kali, maka laju reaksi akan menjadi 22 atau 4 kali lebih besar.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Mengapa gula lebih mudah larut dalam air panas? Suhu merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kelarutan zat. Suhu juga merupakan faktor yang mempengaruhi laju reaksi.

Faktor lain yang mempengaruhi laju reaksi adalah luas permukaan, konsentrasi, dan katalis.

PENGARUH KONSENTRASIKonsentrasi mempengaruhi laju reaksi, karena banyaknya partikel memungkinkan lebih banyak tumbukan, dan itu membuka peluang semakin banyak tumbukan efektif yang menghasilkan perubahan.Ilustrasi

Mana yang lebih mungkin terjadi tabrakan, di jalan lenggang atau dijalanan padat?

?

KONSEP TEORI TUMBUKANPeningkatan konsentrasi berarti jumlah

partikel akan bertambah pada volum tersebut dan menyebabkan tumbukan antarpartikel lebih sering terjadi.

Banyaknya tumbukan memungkinkan tumbukan yang berhasil akan bertambah sehingga laju reaksi meningkat.

Makin besar konsentrasi, laju reaksi makin cepat

Pengaruh Luas PermukaanPernahkah kamu membandingkan kelarutan gula

yang bentuk kristalnya besar dan kecil? Luas permukaan bidang sentuh antar pereaksi yang heterogen seperti padat dengan cair atau padat dengan gas mempengaruhi laju reaksi.

Untuk menyelidikinya dapat dilakukan percobaan reaksi antara batu pualam dengan larutan HCl berikut ini.

Persamaan reaksi:CaCO3(s)+2HCl(aq) CaCl2(aq) + H2O(l) +CO2(g)

Pisahkan

Luas permukaan mempercepat laju reaksi karena semakin luas permukaan zat, semakin banyak bagian zat yang saling bertumbukan dan semakin besar peluang adanya tumbukan efektif menghasilkan perubahan

Semakin luas permukaan zat, semakin kecil ukuran partikel zat. Jadi semakin kecil ukuran partikel zat, reaksi pun akan semakin cepat.

Makin luas permukaan bidang sentuh, makin cepat laju reaksinya.

Pengaruh TemperaturUntuk mengetahui pengaruh temperatur terhadap laju

reaksi, perhatikan data reaksi antara larutan Na2S2O3 dengan larutan HCl pada temperatur yang berbeda.

Persamaan reaksi: Na2S2O3(aq) +2HCl(aq) 2NaCl(aq)+H2O(l)+S(s)+SO2(g).

Suhu suatu sistem adalah ukuran dari rata-rata energi kinetik dari partikelpartikel pada sistem tersebut.

Jika suhu naik maka energi kinetik partikel-partikel akan bertambah, sehingga kemungkinan terjadi tumbukan yang berhasil akan bertambah dan laju reaksi meningkat.

Untuk setiap kenaikan temperatur sebesar 10 OC, laju reaksi menjadi dua sampai tiga kali lebih cepat dari semula.

Secara umum, rumus untuk menghitung laju reaksi pada suhu tertentu adalah sebagai berikut.

r2 = r1 AT2 – T1

tdengan: r2 = laju reaksi pada suhu tertentu

r1 = laju reaksi awalT1 = suhu awalT2 = suhu pada v2A = kelipatan laju reaksi

Untuk menghitung lamanya waktu reaksi dapat digunakan rumus sebagai berikut.

t2 = t1 [1/A]T2 – T1

tdengan: T1 = suhu awal

T2 = suhu setelah dinaikkanA = kelipatan laju reaksit = rata-rata kenaikan suhu

Makin tinggi temperatur pereaksi, makin cepat laju reaksinya.

Pengaruh KatalisReaksi-reaksi kimia di dalam proses pembuatan

suatu produk misalnya gas amonia harus dilakukan dengan laju reaksi yang tinggi untuk mendapatkan produk yang banyak dalam waktu singkat.

Dengan cara meningkatkan suhu ternyata memerlukan biaya tinggi dan kadang-kadang produk tidak tahan suhu tinggi.

Alternatif lain yaitu dengan memberikan katalis. Apa yang dimaksud dengan katalis?

Di laboratorium pengaruh katalis terhadap laju reaksi dapat dibuktikan dengan percobaan, misalnya penguraian H2O2 oleh kalium natrium tartrat, dengan katalis larutan CoCl2.

Pada reaksi H2O2 dengan kalium natrium tartrat, mula-mula gelembung gas O2 tidak kelihatan, tetapi setelah ditetesi larutan kobalt(II) klorida yang berwarna merah muda, gelembung gas O2 timbul dengan jumlah yang banyak.

Pada reaksi tersebut, larutan kobalt(II) klorida bertindak sebagai katalis.

Kobalt(II) klorida turut bereaksi, tetapi pada akhir reaksi zat itu terbentuk kembali.

Hal ini dapat terlihat pada perubahan warna larutan kobalt(II) klorida dari merah muda menjadi kuning, kemudian hijau, dan akhirnya kembali merah muda.

Berdasarkan percobaan ini maka dapat disimpulkan katalis adalah zat yang dapat mempercepat suatu reaksi tanpa ikut pada hasil reaksi.

Berdasarkan fasenya katalis terdiri dari katalis homogen dan katalis heterogen.

Katalis HomogenKatalis homogen yaitu katalis yang mempunyai

fase sama dengan fase zat pereaksi.Contoh:1) Ion Fe3+ sebagai katalis pada reaksi oksidasi

ion I– dan S2O82–.2) Gas NO sebagai katalis pada reaksi di udara.b. Katalis HeterogenKatalis heterogen yaitu katalis yang mempunyai

fase berbeda dengan fase zat pereaksi.Contoh:1) Pt atau Ni yang berwujud padat dapat

mengkatalisis reaksi adisi etena dengan gas H2.C2H4(g) + H2(g) C2H6(g)

2) Pt sebagai katalis pada penguraian gas HI.2 HI(g) H2(g) + I2(g)

Penerapan Katalis dalam Makhluk Hidup dan Industri

Mengapa makanan yang kita makan harus dikunyah dulu? Dengan mengunyah, bentuk makanan menjadi halus dan luas permukaan lebih besar dibandingkan dengan semula, sehingga makanan mudah dicerna.

Selain pengaruh luas permukaan, pencernaan makanan dibantu oleh enzim. Enzim dikenal sebagai katalis di dalam makhluk hidup yang disebut biokatalis. Kerja katalis enzim sangat spesifik, biasanya enzim hanya dapat mengkatalis satu reaksi tertentu. Misalnya, enzim sakarose hanya dapat mengkatalisis reaksi hidrolisis sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa. Enzim amilase mengkatalisis pemecahan amilum.

Penggunaan katalis dalam industri sangat penting, berkaitan dengan keperluan produk yang banyak, misalnya pada industri asam sulfat dan amoniak sebagai bahan pembuat pupuk.

Pada pembuatan asam sulfat, reaksi pembentukan SO3 dari SO2 dibantu dengan katalis. Pada proses kontak, katalisnya yaitu V2O5, sedangkan pada proses kamar timbal katalisnya yaitu gas NO.

Pada reaksi pembuatan amonia digunakan katalis heterogen serbuk besi.

Atom-atom besi akan menyerap molekul-molekul gas pada permukaannya, sehingga reaksi lebih mudah terjadi, karena reaksinya terjadi pada permukaan besi dan tidak di udara.

Reaksi Oksidasi ReduksiOksidasi adalah perubahan kimia dimana suatu

atom atau kelompok atom melepaskan elektron.

Fe Fe2+ + 2e-

Reduksi adalah peubahan kimia dimana suatu atom atau kelompok atom menerima elektron.

Cl2 + 2e- 2Cl-

oksidasi dan reduksi selalu berlangsung secara serentak, jumlah elektron yang dilepaskan saat oksidasi harus sama dengan jumlah elektron yang didapat pada reduksi

Bilangan Oksidasi adalah jumlah muatan listrik suatu atom yang dihitung berdasarkan kaidah tertentu.Dalam reduksi MnO2 menjadi Mn2+ bilangan oksidasi Mn berubah dari +IV menjadi +II, sedangkan dalam oksidasi H3AsO3 menjadi HAsO42- bilangan oksidasi As berubah dari +III menjadi +V

menyeimbangkan persamaan oksidasi-reduksi dapat dilakukan dengan 2 metode yaitu; metode ion-elektron dan metode bilangan-oksidasi.masing-masing metode memiliki kaidah-kaidah tertentu.

H+NO3- + H2S NO + S + H2O

seimbangkan dengan metode ion-elektron dan metode bilangan -oksidasi

Metode ion-elektron1. a. NO3- NO

b. H2S S

2. seimbangkan atom O dengan penambahan H2O

dan H+ untuk menyeimbangkan atom H

a. 4H+ + NO3- NO + 2H2O

b. H2S S + 2H+

3. Seimbangkan muatan dengan menambahkan elektron pada sisi yang kekurangan

a. 4H+ + NO3- + 3 e- NO + 2H2O

b. H2S S + 2H+ + 2 e-

4. Kalikan persamaan untuk menghilangkan jumlah elektron.a. 4H+ + NO3- + 3 e- NO + 2H2O x 2b. H2S S + 2H+ + 2 e- x 3

8H+ + 2NO3- + 3H2S + 6 e- 2NO + 4H2O + 3S + 6H+ + 6e-

5.Sesuaikan persamaan8H+ + 2NO3- + 3H2S 2NO + 4H2O + 3S + 6H+

2H+ + 2NO3- + 3H2S 2NO + 4H2O + 3S2H+ NO3- + 3H2S 2NO + 4H2O + 3S

Metode bilangan-oksidasi

1. Perhatikan bilangan oksidasi N, dari (+V) dalam NO3- menjadi (+II) dalam NO, dan bilangan oksidasi S, dari (-II) dalam H2S menjadi (0) dalam Sa. N(+V) N (+II)b. S(-II) S(0)

2. Seimbangkan muatan dengan menambah elektron a. 2N(+V) + 6 e- 2N (+II)b. 3S (-II) 3S(0) + 6e-

3. Kembalikan ke persamaan utama 2H+NO3- + 3H2S 2NO + 3S

4. Kekurangan O tambahkan H2O, dan kekurangan H tambahkan H+

2H+NO3- + 3H2S 2NO + 3S + 4H2O

SOAL1. Untuk reaksi N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

jika konsentrasi gas N2 mula-mula = 1 mol L–1 setelah selang waktu 5 menit ternyata konsentrasi N2 tersisa 0,5 mol L–1, tentukan laju reaksi untuk: N2, H2,dan NH3.

2. Untuk reaksi N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)jika konsentrasi gas N2 mula-mula = 1 mol L–1 setelah selang waktu 5 menit ternyata konsentrasi N2 tersisa 0,5 mol L–1, tentukan laju reaksi untuk: N2, H2,dan NH3.

3. Suatu reaksi berlangsung dua kali lebih cepat setiap kenaikan suhu 10OC. Jika laju suatu reaksi pada suhu 15 OC adalah a M detik–1, berapa laju reaksi pada suhu 45 OC.

4. Jika, pada suhu 15 OC lamanya reaksi 2 menit maka lamanya reaksi pada suhu setelah suhu dinaikkan menjadi 45 OC.

5. Suatu preparat virus dimatikan keaktifanya dalam penangas kimia, pada awal percobaan 2% dario virus ternya tidak diaktifkan per menit, bila proses berlangsung pada orde satu tentukan nilai k ?

6. Dari soal no 4, tentukan waktu yang diperlukan agar virus menjadi 50% dan 75% tidak aktif ?

7. Jika dalam peragian gula dalam larutan berenzim yang pada awalnya 0,12 M, konsentrasi gula diturunkan menjadi 0,06 M dalam 10 jam, dan menjadi 0,03 M dalam 20 jam. Berapakah orde reaksi dan tetapan laju reaksinya ?

8. Jika diketahui bilangan oksidasi hidrogen +1, oksigen –II dan fluor –I, tentukan bilnagan oksidasi unsur-unsur lain dari senyawa berikut : H2S, CrF3, H2SO3 dan Al2O3

9. Seimbangkan persamaan oksidasi berikut dengan 2 metode K+MnO4 + K+Cl- + (H+)2SO42- Mn2+SO42- + (K+)2SO42- +H2O +Cl2