Tugas Kimia: Laju Reaksi

Laju Reaksi

Apakah sobat Materi Kimia SMA sudah tau apa yang dimaksud laju reaksi? Sebelum membahas pengertian laju reaksi, terlebih dahulu sobat akan dikenalkan dengan satuan konsentasi larutan yang digunakan dalam laju reaksi. Satuan yang dimaksud adalah kemolaran. Kemolaran adalah satuan konsentrasi larutan untuk menyatakan jumlah mol zat terlarut per liter larutan, dilambangkan dengan M. Secara matematika, kemolaran dapat diungkapkan dengan persamaan berikut.

Jika pembilang dan penyebut pada persamaan tersebut dibagi oleh faktor 1.000, nilai kemolaran larutan tidak berubah, tetapi satuannya yang berubah. Satuan mol/1.000 adalah milimol (mmol) dan satuan liter/1.000 adalah mililiter (mL). Jadi, kemolaran dapat dinyatakan sebagai berikut.

Sobat tentu pernah mendengar bom meledak atau besi berkarat. Ledakan bom berlangsung begitu cepat hingga orang-orang di sekitarnya tidak sempat menghindar. Sebaliknya, pengaratan besi sukar diamati secara langsung disebabkan reaksinya berlangsung sangat lambat.

Apakah yang dimaksud dengan laju reaksi? Laju reaksi didefinisikan sebagai perubahan konsentrasi molar pereaksi atau hasil reaksi per satuan waktu.

Jika sobat melakukan reaksi, akan tampak bahwa konsentrasi molar pereaksi berkurang, sedangkan konsentrasi molar hasil reaksi bertambah sampai semua pereaksi habis. Perubahan konsentrasi molar pereaksi dan hasil reaksi akan tampak seperti pada kurva disamping jika dialurkan ke dalam bentuk grafik. Baik pereaksi maupun hasil reaksi berubah secara eksponensial.

Perhatikan reaksi berikut.

A + B → X

Laju reaksinya dapat dinyatakan dalam rumus berikut.

Δ[A] dan Δ[B] menyatakan perubahan konsentrasi molar pereaksi; Δ[X] menyatakan perubahan konsentrasi molar hasil reaksi; Δt menyatakan rentang waktu reaksi. Tanda negatif menunjukkan bahwa konsentrasi pereaksi berkurang, tanda positif menunjukkan konsentrasi hasil reaksi bertambah. Satuan untuk kecepatan reaksi yaitu kemolaran per satuan waktu (M s–1). Untuk sistem gas, kecepatan reaksi dapat dinyatakan dalam satuan tekanan parsial per satuan waktu, yaitu atm s–1 atau mmHg s–1.

Setelah sobat memahami definisi laju reaksi, selanjutnya sobat akan mempelajari teori tumbukan dan energi aktifasi

Teori Tumbukan

Sobat Materi Kimia SMA, tumbukan antara pereaksi ada yang menghasilkan reaksi dan tidak, sebagai contoh amati gambar reaksi antara hidrogen dan iodium berikut.

Berdasarkan teori tumbukan, suatu tumbukan akan menghasilkan suatu reaksi jika ada energi yang cukup. Selain energi, jumlah tumbukan juga berpengaruh. Laju reaksi akan lebih cepat, jika tumbukan antara partikel yang berhasil lebih banyak terjadi.

Energi Aktivasi

Pada kenyataannya molekul-molekul dapat bereaksi jika terdapat tumbukan dan molekul-molekul mempunyai energi minimum untuk bereaksi. Energi minimum yang diperlukan untuk bereaksi pada saat molekul bertumbukan disebut energi aktivasi. Energi aktivasi digunakan untuk memutuskan ikatan-ikatan pada pereaksi sehingga dapat membentuk ikatan baru pada hasil reaksi.

Misalnya energi aktivasi pada reaksi gas hidrogen dan iodium dengan persamaan reaksi: H₂(g) + I₂(g) → 2 HI(g), digambarkan pada grafik sebagai berikut.

Itulah penjelasan mengenai teori tumbukan dan energi aktifasi, materi kimia kelas XIselanjutnya yang akan sobat pelajari yaitu faktor yang mempengaruhi laju reaksi

Faktor yang mempengaruhi laju reaksi

Menurut sobat Materi Kimia SMA, apa saja faktor yang mempengaruhi laju reaksi itu?
Sobat pasti pernah membuat air gula. 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.

Konsentrasi

Larutan dengan konsentrasi yang besar (pekat) mengandung partikel yang lebih rapat, jika dibandingkan dengan larutan encer. Semakin tinggi konsentrasi berarti semakin banyak molekul-molekul dalam setiap satuan luas ruangan, akibatnya tumbukan antar molekul makin sering terjadi dan reaksi berlangsung semakin cepat. Semakin tinggi konsentrasi suatu larutan, makin besar laju reaksinya.

Luas permukaan sentuh

Suatu zat akan bereaksi apabila bercampur dan bertumbukan. Pada pencampuran reaktan yang terdiri dari dua fasa atau lebih, tumbukan berlangsung pada bagian permukaan zat. Padatan berbentuk serbuk halus memiliki luas permukaan bidang sentuh yang lebih besar daripada padatan berbentuk lempeng atau butiran. Semakin luas permukaan partikel, maka frekuensi tumbukan kemungkinan akan semakin tinggi sehingga reaksi dapat berlangsung lebih cepat. Laju reaksi berbanding lurus dengan luas permukaan reaktan

Temperatur

Setiap partikel selalu bergerak. Dengan naiknya suhu, energi gerak (kinetik) partikel ikut meningkat sehingga makin banyak partikel yang memiliki energi kinetik di atas harga energi aktivasi (Ea). Kenaikan suhu akan memperbesar laju reaksi.
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 = laju reaksi pada suhu tertentu
r₁ = laju reaksi awal
T₁ = suhu awal
T₂ = suhu pada v2
A = kelipatan laju reaksi

Untuk menghitung lamanya waktu reaksi dapat digunakan rumus sebagai berikut:

Katalisator

Katalis adalah zat yang dapat memperbesar laju reaksi, tetapi tidak mengalami perubahan kimia secara permanen, sehingga pada akhir reaksi zat tersebut dapat diperoleh kembali. Katalis mempercepat reaksi dengan cara menurunkan harga energi aktivasi (Ea). Katalisis adalah peristiwa peningkatan laju reaksi sebagai akibat penambahan suatu katalis. Meskipun katalis menurunkan energi aktivasi reaksi, tetapi ia tidak mempengaruhi perbedaan energi antara produk dan pereaksi. Dengan kata lain, penggunaan katalis tidak akan mengubah entalpi reaksi.
Berdasarkan fasenya katalis terdiri dari katalis homogen dan katalis heterogen.
Katalis homogen yaitu katalis yang mempunyai fase sama dengan fase zat pereaksi. Contoh: Ion Fe³⁺ sebagai katalis pada reaksi oksidasi ion I^– dan S₂O₈^2– ; Gas NO sebagai katalis pada reaksi di udara.
Katalis heterogen yaitu katalis yang mempunyai fase berbeda dengan fase zat pereaksi. Contoh: Pt atau Ni yang berwujud padat dapat mengkatalisis reaksi adisi etena dengan gas H₂.
Materi selanjutnya yang akan sobat pelajari yaitu Persamaan Laju Reaksi

Persamaan Laju Reaksi

Apakah sobat Materi Kimia SMA sudah mengetahui bagaimana bentuk persamaan laju reaksi? Sebelum mempelajari persamaan laju reaksi tersebut, terlebih dahulu sobat harus memahami 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 = laju reaksi ; k = tetapan laju reaksi ; [A] = konsentrasi zat A dalam mol per liter ; [B] = konsentrasi zat B dalam mol per liter ; m = orde reaksi terhadap zat A ; n = orde reaksi terhadap zat B
Beberapa contoh reaksi dan rumus laju reaksi yang diperoleh dari hasil eksperimen dapat dilihat pada tabel berikut:

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 lebih memahami cara menentukan orde reaksi dan rumus laju reaksi, perhatikan contoh soal berikut.
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 diperoleh data sebagai berikut:

a. Tentukan orde reaksi terhadap NO, terhadap Cl2, dan orde reaksi total!
b. Tulis rumus laju reaksi.
c. Hitung harga k.
Penyelesaian:

a. Orde reaksi terhadap NO (gunakan data nomor 1 dan 2, dimana konsentrasi Cl₂sama)
Jadi orde reaksi terhadap NO adalah 2. Bandingkan hasilnya bila kamu 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 = 3.
b. Rumus laju reaksi yaitu: r = k[Cl₂][NO]²
c. Untuk menghitung k dapat menggunakan salah satu data, misalnya data nomor 5.

r = k.[Cl₂][NO]²

0,0003 mol L^–1 detik^–1 = k.[0,3 mol L^–1][0,10 mol L^–1]²

Itulah uraian tentang persamaan laju reaksi yang sobat pelajari di kelas XI ini. Materi selanjutnya adalah grafik orde reaksi

Grafik Orde Reaksi

Sobat Materi Kimia SMA, orde reaksi dapat juga ditentukan melalui kecenderungan dari data suatu percobaan yang digambarkan dengan grafik. Berikut ini dijelaskan penentuanorde 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. Grafiknya digambarkan seperti gambar berikut.

Grafik orde satu

Untuk 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.

Grafiknya digambarkan seperti gambar berikut:

Grafik Orde Dua

Persamaan 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.

Grafiknya digambarkan seperti gambar berikut:

Materi ini adalah materi terakhir di Bab Laju Reaksi, jika sobat ingin mempelajari kembali dari awal.

SOAL LAJU REAKSI

1. Sebanyak 0.5 mol gas NO₂ dipanaskan dalam ruangan dengan volume 5 liter sehingga membentuk dinitrogen pentaoksida menurut persamaan :

4NO₂ (g) + O₂ (g) → 4N₂O₅ (g)

Dalam 20 detik pertama terbentuk 0.5 mol N₂O₅. Laju pengurangan NO₂ adalah …

A. 5 x 10-2

B. 5 x 10-4

C. 5 x 103

D. 5 x 10-3

E. 5 x 10-1

2. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi adalah….

1. luas permukaan sentuhan

2. konsentrasi zat pereaksi

3. suhu saat reaksi berlangsung

4. penambahan katalis yang tepat

A. 1,3

B. 2,4

C. 1,4

D. 1,2,4

E. 1,2,3,4

3. Kenaikan suhu umumnya menaikkan reaksi. Alasan yang tepat untuk menjelaskan

hal di atas adalah ….

A. energi kinetik dari molekul-molekul menurun

B. kenaikkan suhu menghasilkan reaksi dapat balik

C. kecepatan masing-masing molekul menjadi sama

D. energi kinetik dari molekul-molekul meningkat

E. kenaikan suhu memperkecil energi aktivasi

4. Untuk Soal No. 4, perhatikan data pada table berikut:

No	Besi 0,2 gram	[HCl]
1	Serbuk	3 M
2	Serbuk	2 M
3	1 keping	3 M
4	1 keping	2 M
5	1 keping	1 M

Pada percobaan 1 dan 3 faktor yang berpengaruh terhadap jalannya reaksi adalah…

A. konsentrasi HCl

B. sifat-sifat

C. suhu

D. katalis

E. luas permukaan

5. Data percobaan untuk reaksi A + B → produk

Percobaan Massa / bentuk zat A Konsentrasi B (M) Waktu (s) Suhu (℃ )

Percobaan	Massa/bentuk Zat A	Konsentrasi	Suhu (◦C)	Waktu (s)
1	5 gram larutan	0,5	25	10
2	5 gram serbuk	0,5	25	10
3	5 gram larutan	0,5	25	10
4	5 gram padatan	0,5	25	10
5	5 gram serbuk	0,5	35	5

Pada percobaan 2 dan 5, faktor yang mempengaruhi laju adalah…

A. waktu

B. konsentrasi

C. suhu

D. bentuk

E. katalis

6. Kenaikan suhu menyebabkan reaksi berlangsung dengan cepat, hal itu karena…

A. memperbesar luas permukaan

B. menaikkan suhu larutan

C. memperbesar energi kinetik molekul pereaksi

D. memperbesar tekanan

E. menaikkan energi pengaktifan zat yang bereaksi

7. Mengapa kenaikan suhu dapat mempercepat laju reaksi?

8. Apakah yang dimaksud tumbukan efektif dan energi pengaktifan!

9. Jelaskan perbedaan suatu reaksi menggunakan katais dan tidak menggunakan katalis?

10. Apa yang di maksud dengan orde reaksi ? (5 poin)

11. Jelaskan pengaruh katalis dalam kehidupan sehari-hari ? (10 poin)

12. Reaksi gas bromin dengan gas nitrogen oksida sesuai dengan persamaan reaksi: (25 poin)

2 NO(g) + Br₂(g) 2 NOBr(g)

Berdasarkan hasil percobaan diperoleh data sebagai berikut.

Tentukan:

a. orde reaksi terhadap NO d. orde reaksi total

b. orde reaksi terhadap Br₂ e. harga tetapan reaksi k

c. persamaan laju reaksi

KUNCI JAWABAN

1. Konsentrasi NO₂ =

Laju pengurangan NO₂ =

2. Pembahasan :

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi antara lain :

a. Suhu : Semakin tinggi suhu, semakin cepat reaksi berlangsung.

b. Luas permukaan sentuh : makin luas luas permukaan sentuhnya, maka reaksi

berlangsung semakin cepat.

c. Konsentrasi pereaksi : semakin besar konsentrasi, maka reaksi akan semakin

cepat

d. Katalis : penambahan katalis akan mempercepat laju reaksi, karena adanya

katalis menurunkan energi aktivasi reaksi.

3. Efek dari kenaikan suhu adalah memperbesar energi kinetik rata-rata dari sistem yang demikian lebih banyak yang dapat mencapai keadaan peralihan, dengan kata lain kecepatan reaksi akan diperbesar.

4. No. Besi 0.2 gram [HCl]

1 Serbuk 3 M

3 1 keping 3 M

Pada percobaan nomor 1, besi 0.2 gram yang digunakan berbentuk serbuk, sedangkan pada percobaan nomor 3, besi 0.2 gram yang digunakan berbentuk kepingan. Hal itu menandakan bahwa meski konsentrasi HCl yang digunakan sama, yaitu 3 M, terdapat perbedaan pada luas permukaan besi 0.2 gram yang digunakan.

5. percobaan 2 dan 5 sama sama menggunakan serbuk zat A, luas permukaan zat nya sama, larutan B juga mempunyai konsentrasi yang sama yaitu 0.5 M, namun pada suhu, tampak bahwa percobaan 2 dilakukan pada suhu 25℃ dan percobaan 5 pada 35℃. Tampak waktu reaksi percobaan 5 juga lebih cepat dibanding reaksi nomor 2. Sehingga faktor yang berpengaruh adalah faktor suhu.

6. kenaikan suhu menyebabkan energi kinetik molekul-molekul pereaksi naik sehingga molekul-molekul pereaksi bergerak lebih cepat. Pergerakan molekul yang semakin cepat akan menyebabkan tumbukan lebih sering terjadi, sehingga pembentukan produk semakin cepat dan reaksi berlangsung lebih cepat.

7. Jika suhu suatu zat dinaikkan, maka energi kinetik antar partikel dalam lautan tersebut akan semakin besar sehingga gerakan-gerakannya pun akan semakin cepat, semakin cepat energi kinetik dan pergerakan partikel tersebut maka tumbukan efektif akan sering terjadi, sehingga laju reaksi pun akan berjalan lebih cepat.

8. Tumbukan Efektif :

“tumbukan yang mempunyai energi yang cukup untuk memutuskan ikatan-ikatan pada zat yang bereaksi.”

Energi pengaktifan :

“energi minimum yang diperlukan suatu zat untuk bereaksi dengan zat lain sehingga menghasilkan produk.”

9. Suatu reaksi yang menggunakan katalis, karena kaalis dpat menurunkan energi aktivasi maka akan mengakibatkan energi aktivasi rendah, sehingga reaksi berjalan cepat. Sementara, reaksi tanpa katalis memerlukan energi aktivasi yang tinggi, akibatnya reaksi berjalan lambat. Katalis ini tidak mengalami perubahan yang kekal dalam reaksi, tetapi terlibat dalam mekanisme reaksi

10. Orde reaksi adalah pangkat konsentrasi pereaksi dalam persamaan laju reaksi. Semakin besar orde reaksi, semakin besar pengaruh perubahan konsentrasi pereaksi itu terhadap laju reaksi.

11. Dalam suatu proses reaksi kimia katalis tidak mengalami perubahan yang kekal dalam reaksi, tetapi terlibat dalam mekanisme reaksi. Katalis mempercepat laju reaksi, tetapi tidak mengubah jenis maupun jumlah hasil reaksi. Katalis bekerja dengan cara menurunkan energi pengaktifan reaksi, tetapi tidak mengubah perubahan entalpi reaksi. Dan katalis mempunyai aksi spesifik, artinya hanya dapat mengkatalis satu reaksi tertentu. Contoh dalam kehidupan yaitu, saat mengempukkan daging, diperlukan pepaya muda. Pepaya muda ini bertindak sebagai katalis yang mempercepat pengempukkan daging. Pepaya ini mengandung enzim papain.

12. a. Orde Reaksi terhadap NO