LAJU REAKSI

LAJU REAKSI

     A.   Pengertian Laju Reaksi

Laju Reaksi adalah berkurangnya jumlah pereaksi untuk satuan waktu atau bertambahnya jumlah hasil reaksi untuk setiap satuan waktu.

Laju reaksi atau kecepatan reaksi menyatakan banyaknya reaksi kimia yang berlangsung per satuan waktu. Laju reaksi menyatakan molaritas zat terlarut dalam reaksi yang dihasilkan tiap detik reaksi.

Untuk reaksi kimia

dengan a, b, p, dan q adalah koefisien reaksi, dan A, B, P, dan Q adalah zat-zat yang terlibat dalam reaksi, laju reaksi dalam suatu sistem tertutup adalah

dimana [A], [B], [P], dan [Q] menyatakan konsentrasi zat-zat tersebut.

     B.   Faktor-faktor yang Mempercepat Reaksi

1. Memperluas permukaan zat padat.

2. Memperbesar konsentrasi (kepekatan) larutan.

3. Memperbesar tekanan (memampatkan volume wadah) gas.

4. Menaikkan suhu (memperbesar energi kinetiknya).

5. Menambahkan katalis (menurunkan energi aktivasi).

1.    Efek dari Luas Permukaan pada Laju Reaksi

Semakin zat padat terbagi menjadi bagian kecil-kecil, semakin cepat reaksi berlangsung. Bubuk zat padat biasanya menghasilkan reaksi yang lebih cepat dibandingkan sebuah bongkah zat padat dengan massa yang sama. Karena bubuk padat memiliki luas permukaan yang lebih besar daripada sebuah bungkah zat padat. Semakin luas permukaan suatu zat maka semakin besar kemungkinan terjadinya tumbukan.

2.    Efek dari Perubahan Konsenterasi Zat pada Laju Reaksi

Agar suatu reaksi dapat berlangsung, partikel zat-zat yang bereaksi pertama-tama haruslah bertumbukan. Jika konsentrasinya tinggi maka semakin mudah bertumbukan, sehingga laju reaksinya akan bertambah.

3.    Efek dari Perubahan Tekanan pada Laju Reaksi

Peningkatan tekanan pada reaksi yang melibatkan gas pereaksi akan meningkatan laju reaksi. Perubahaan tekanan pada suatu reaksi yang melibatkan hanya zat padat maupun zat cair tidak memberikan perubahaan apapun pada laju reaksi. Peningkatan tekanan dari gas akan berpengaruh pada peningkatan konsentrasi. Jika Anda memilki gas dalam massa tertentu, semakin Anda meningkatkan tekanan maka semakin kecil juga volumenya. Dan jika volumenya kecil sedangkan massanya sama maka semakin tinggi konsentrasinya.

4.    Efek dari Perubahan Suhu pada Laju Reaksi

Ketika Anda meningkatkan temperatur maka laju reaksinya akan meningkat. Laju reaksi akan berlipatganda setiap kenaikan suhu tertentu. Dan angka dari derajat suhu yang diperlukan untuk melipatgandakan laju reaksi akan berubah secara bertahap seiring dengan meningkatnya temperatur. Jika Anda memanaskan suatu benda, maka partikel-partikelnya akan bergerak lebih cepat (energi kinetiknya akan naik) sehingga frekuensi terjadinya tumbukan juga akan meningkat.

Jika suhu dinaikkan a⁰C maka reaksi terjadi b kali lebih cepat (dalam soal nilai a biasanya = 10⁰C dan nilai b = 2 kali). Laju reaksi saat suhunya dinaikkan dari T1 menjadi T2 (∆T) menjadi :

Keterangan :

 Waktu (t) yang diperlukan untuk terjadinya suatu reaksi berbanding terbalik dengan peningkatan kecepatan. Atau dengan kata lain semakin meningkat suhu maka waktu yang diperlukan juga semakin singkat :

5. Efek dari Katalis pada Laju Reaksi

Katalis adalah suatu zat yang mempercepat suatu laju reaksi dengan cara memberikan jalan lain terjadinya reaksi yang memiliki energi aktivasi yang lebih rendah sehingga reaksi tersebut lebih mudah terjadi. Namun zat katalis struktur kimianya pada akhir reaksi tidak mengalami perubahan. Selain itu ketika reaksi selesai, kita akan mendapatkan massa katalasis yang sama sesuai dengan massa awalnya ketika zat tersebut ditambahkan. Sehingga katalis dianggap tidak bereaksi. Zat-zat yang sering digunakan sebagai katalis adalah logam-logam golongan transisi atau senyawa-senyawanya. Otokatalis adalah katalis yang dihasilkan oleh reaksi itu sendiri.

Ingat, katalais hanya mempengaruhi laju pencapaian kesetimbangan, bukan posisi keseimbangan (misalnya : membalikkan reaksi). Katalis tidak menggangu gugat hasil suatu reaksi kesetimbangan.

C.   Orde Reaksi dan Persamaan Laju

1. Mengukur laju reaksi

Laju reaksi biasanya diukur dengan melihat seberapa cepat konsentrasi suatu reaktan/pereaksi berkurang pada waktu tertentu. Atau dengan mengamati seberapa cepat konsentrasi suatu produk/hasil reaksi bertambah pada waktu tertentu. Berarti satuan laju reaksi adalah M/s (molaritas/sekon).

2. Orde Reaksi

Orde reaksi selalu ditemukan melalui percobaan. Kita tidak dapat menentukan apapun tentang orde reaksi dengan hanya mengamati persamaan dari suatu reaksi. Dalam percobaan tersebut kita mengamati pengaruh penambahan konsentrasi tiap-tiap reaktan/pereaksi terhadap laju reaksi. Jika konsentrasi salah satu zat dinakkan menjadi a kali dan ternyata laju reaksinya menjadi b kali, maka :

[a]^orde = b

Dari pengambaran di atas, orde reaksi berupa bilangan pangkat dari konsentrasi zat-zat yang bereaksi. Jadi andaikan kita telah melakukan beberapa percobaan untuk menyelidiki apa yang terjadi dengan laju reaksi dimana konsentrasi dari satu reaktan,misal namanya A, berubah, Beberapa hal-hal yang akan kita temui adalah :

a. laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi A

Hal ini berarti jika kita melipatgandakan konsentrasi A, laju reaksi akan berlipat ganda pula. JIka kita meningkatkan konsentrasi A menjadi dua kali lipat maka laju reaksi pun akan menjadi 2 kali lipat. Yang berarti orde reaksi terhadap A sama dengan satu.

b. laju reaksi berbanding lurus dengan kuadrat konsentrasi A

Hal ini berarti jika kita melipatgandakan konsentrasi A, laju reaksi akan berlipat menjadi kuadrat konsentrasi tersebut. JIka kita meningkatkan konsentrasi A menjadi dua kali lipat maka laju reaksi pun akan menjadi 22 = 4 kali lipat. Yang berarti orde reaksi terhadap A sama dengan dua.

c. Laju reaksi tidak terpengaruh dengan konsentrasi A

Hal ini berarti laju reaksi tidak terpengaruh oleh penambahan konsentrasi A. Yang berarti orde reaksi terhadap A sama dengan nol (0).

Jika reaksi yang terjadi melibatkan dua reaktan atau lebih maka tiap-tiap reaktan kita cari orde reaksinya, kemuduan orde reaksi total merupakan hasil penjumlahan orde reaksi dari tiap-tiap reaktan.

3. Persamaan Laju Reaksi

Pemahaman tentang orde reaksi akan lebih jelas dalam bentuk persamaan reaksi. Misialnya terjadi reaksi anrata zat A dan zat B sebagai berikut :

Maka bentuk persamaan reaksinya adalah :

Keterangan :

v     = laju reaksi (M/s)

k     = ketetapan laju reaksi

[A]  = konsentrasi zat A (M)

[B]  = konsentrasi zat B (M)

m    = orde reaksi terhadap zat A

n     = orde reaksi terhadap zat B

Ø  Orde Reaksi = m + n

Berikut ini disajikan beberapa contoh kasus yang dapat terjadi :

a. Orde reaksi A = 1 dan B = 1, berarti ordereaksi totalnya = 2 dan bentuk persamaannya :

b. Orde reaksi A = 2 dan B = 1, berarti ordereaksi totalnya = 3 dan bentuk persamaannya :

c. Orde reaksi A = 2 dan B = 0, berarti ordereaksi totalnya = 2 dan bentuk persamaannya :

Dengan mengetahui orde reaksi zat A dan B beserta konsentrasi tiap-tiap zat tersebut dan kecepatan reaksinya kita dapan menentukan nilai dari ketetapan laju reaksi (k) tersebut. Ketetapan laju sebenarnya tidak benar-benar konstan. Ketetapan ini dapat berubah-ubah, sebagai contoh, jika kita mengubah temperatur dari reaksi, menambahkan katalis atau merubah katalis. Jadi tetapan laju akan konstan untuk reaksi yang diberikan hanya apabila kita mengganti konsentrasi dari reaksi tersebut sedangkan temperatur dan tekanannya tidak berubah/konstan.

Ø  Cara Menentukan Orde Reaksi

Orde reaksi dari suatu reaksi dapat ditentukan melalui eksperimen. Eksperimen dilakukan dengan mengubah-ubah konsentrasi salah satu zat yang bereaksi dengan cara menaikkan/menurunkan konsentrasinya sedangkan konsentrasi zat-zat lain dibuat tetap. Tiap-tiap perubahan konsentrasi yang terjadi kita amati perubahan laju reaksinya atau waktu reaksinya. Misalnya data eksperimen laju reaksi sebagai berikut :

Untuk mencari orde reaksi zat A kita perlu membandingkan dua data percobaan yang konsentrasi zat B nya tetap. Yakni kita pilih dua diantara percobaan 1, 4 dan 5. Tujuan dari pemilihan konsentrasi B yang sama adalah agar perbandingan zat B nya sama dengan 1 : 1, sehingga berapapun nilai orde reaksi B tetap perbandingan zat B nya 1 : 1. Ingat angka satu dipangkatkan berapapun nilainya tetap satu. Dalam contoh kali ini saya menggunakan percobaan ke 1 dan 4, maka perbandingan kedua percobaan tersebut adalah :

 Dengan cara yang sama kita dapat mencari besarnya orde reaksi zat B. misalnya menggunakan data percobaan 1 dan 2 maka orde reaksi B = 1.

Terkadang data percobaan tidak terbentuk perbandingan yang pas misalnya besar v1 tidak sama dengan 6 melainkan 6,13 sedangkan v4 tidak sama dengan 24 melainkan 24,49. Maka harus kita bulatkan sehingga perbandingan akhirnya tetap 1 : 4.

Terkadang data percobaan yang ada terbatas. Misalnya data percobaan 1 dan 2 tidak ada, maka untuk mencari orde reaksi A kita tidak mengalami kesulitan karena kita bisa menggunakan data percobaan 4 dan 5 yang mempunyai nilai konsentrasi B yang sama.

Lalu….bagaimana jika kita mau mencari orde reaksi B ??

Yang terpenting untuk mencari orde reaksi B adalah harus menggunakan data percobaan yang nilai konsentrasi B nya tidak sama. Yaitu data percobaan 3 dan 4.

Terkadang juga data yang diketahui bukanlah kecepatan reaksi melainkan waktu reaksinya. Maka kita harus menggunakan perbandingan terbalik. Misalnya kita ingin mencari orde reaksi A dengan menggunakan data percobaan 1 dan 4 maka bentuk perbandingannnya :

Jadi persamaan reaksi di atas adalah :

Dengan menggunakan salah satu data percobaan kita dapat memperoleh besarnya nilai ketapannya (k), misalnya data percobaan 1 :

6 = k.[0,1]².[0,1]

k = 6

sehingga persamaan reaksinya menjadi :

v = 6.[A]².[B]

D.   Faktor yang mempengaruhi laju reaksi

Laju reaksi dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:

·         Luas permukaan sentuh

Luas permukaan sentuh memiliki peranan yang sangat penting dalam banyak, sehingga menyebabkan laju reaksi semakin cepat. Begitu juga, apabila semakin kecil luas permukaan bidang sentuh, maka semakin kecil tumbukan yang terjadi antar partikel, sehingga laju reaksi pun semakin kecil. Karakteristik kepingan yang direaksikan juga turut berpengaruh, yaitu semakin halus kepingan itu, maka semakin cepat waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi; sedangkan semakin kasar kepingan itu, maka semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi.

·         Suhu

Suhu juga turut berperan dalam mempengaruhi laju reaksi. Apabila suhu pada suatu reaksi yang berlangusng dinaikkan, maka menyebabkan partikel semakin aktif bergerak, sehingga tumbukan yang terjadi semakin sering, menyebabkan laju reaksi semakin besar. Sebaliknya, apabila suhu diturunkan, maka partikel semakin tak aktif, sehingga laju reaksi semakin kecil.

Keterangan :

∆v = kenaikan laju reaksi T₀ = suhu awal

∆T = kenaikan suhu (10⁰C) v₀ = laju reaksi awal

T_t = suhu akhit v_t = laju reaksi akhir

·         Katalis

Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi.

Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama: katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang dikatalisinya, sedangkan katalis homogen berada dalam fase yang sama. Satu contoh sederhana untuk katalisis heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaan di mana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerat. Ikatan dalam substrat-substrat menjadi lemah sedemikian sehingga memadai terbentuknya produk baru. Ikatan atara produk dan katalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas.

Katalis homogen umumnya bereaksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk membentuk suatu perantarakimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Berikut ini merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya:

... (1)

... (2)

Meskipun katalis (C) termakan oleh reaksi 1, namun selanjutnya dihasilkan kembali oleh reaksi 2, sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi :

Beberapa katalis yang pernah dikembangkan antara lain berupa katalis Ziegler-Natta yang digunakan untuk produksi masal polietilen dan polipropilen. Reaksi katalitis yang paling dikenal adalah proses Haber, yaitu sintesis amonia menggunakan besi biasa sebagai katalis. Konverter katalitik yang dapat menghancurkan produk emisi kendaraan yang paling sulit diatasi, terbuat dari platina dan rodium.

·         Molaritas

Molaritas adalah banyaknya mol zat terlarut tiap satuan volum zat pelarut. Hubungannya dengan laju reaksi adalah bahwa semakin besar molaritas suatu zat, maka semakin cepat suatu reaksi berlangsung. Dengan demikian pada molaritas yang rendah suatu reaksi akan berjalan lebih lambat daripada molaritas yang tinggi.

·         Konsentrasi

Karena persamaan laju reaksi didefinisikan dalam bentuk konsentrsi reaktan maka dengan naiknya konsentrasi maka naik pula kecepatan reaksinya. Artinya semakin tinggi konsentrasi maka semakin banyak molekul reaktan yang tersedia dengan demikian kemungkinan bertumbukan akan semakin banyak juga sehingga kecepatan reaksi meningkat. Jadi semakin tinggi konsentrasi, semakin cepat pula laju reaksinya.^[rujukan?]

·         Luas Permukaan Sentuh

Luas permukaan sentuh memiliki peranan yang sangat penting dalam laju reaksi, sebab semakin besar luas permukaan bidang sentuh antar partikel, maka tumbukan yang terjadi semakin banyak, sehingga menyebabkan laju reaksi semakin cepat. Begitu juga, apabila semakin kecil luas permukaan bidang sentuh, maka semakin kecil tumbukan yang terjadi antar partikel, sehingga laju reaksi pun semakin kecil. Karakteristik kepingan yang direaksikan juga turut berpengaruh, yaitu semakin halus kepingan itu, maka semakin cepat waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi; sedangkan semakin kasar kepingan itu, maka semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi.

Persamaan laju reaksi

Untuk reaksi kimia

hubungan antara laju reaksi dengan molaritas adalah

dengan:

• V = Laju reaksi
• k = Konstanta laju reaksi
• m = Orde reaksi zat A
• n = Orde reaksi zat B

Orde reaksi zat A dan zat B hanya bisa ditentukan melalui percobaan

KONSEP LAJU REAKSI

Laju menyatakan seberapa cepat atau seberapa lambat suatu proses berlangsung. Laju juga menyatakan besarnya perubahan yang terjadi dalam satu satua waktu. Satuan waktu dapat berupa detik, menit, jam, hari atau tahun.
Reaksi kimia adalah proses perubahan zat pereaksi menjadi produk. Seiring dengan bertambahnya waktu reaksi, maka jumlah zat peraksi semakin sedikit, sedangkan produk semakin banyak. Laju reaksi dinyatakan sebagai laju berkurangnya pereaksi atau laju terbentuknya produk.

1. Ungkapan Laju Reaksi untuk Sistem Homogen

Untuk sistem homogen, laju reaksi umum dinyatakan sebagai laju penguragan konsentrasi molar pereaksi atau laju pertambahan konsentrasi molar produk untuk satu satuan waktu, sebagai berikut:

Jika diketahui satuan dari konsentrasi molar adalah mol/L. Maka satuan dari laju reaksi adalah mol/L.det atau M/det.

2. Laju Rerata dan Laju Sesaat

a. Laju rerata

Laju rerata adalah rerata laju untuk selang waktu tertentu. Perbedaan antara laju rerata dengan laju sesaat dapat diandaikan dengan laju kendaraan. Misalnya suatu kendaraan menempuh jarak 300 km dalam 5 jam. Laju rerata kendaraan itu adalah 300 km/5 jam = 60 km/jam. Tentu saja laju kendaraan tidak selalu 60 km/jam. Laju sesaat ditunjukkan oleh speedometer kendaraan.

b. Laju Sesaat

Laju sesaat adalah laju pada saat tertentu. Sebagai telah kita lihat sebelumnya, laju reaksi berubah dari waktu ke waktu. Pada umumnya, laju reaksi makin kecil seiring dengan bertambahnya waktu reaksi. oleh karena itu, plot konsentrasi terhadap waktu berbentuk garis lengkung, seperti gambar di bawah ini. Laju sesaat pada waktu t dapat ditentukan dari kemiringan (gradien) tangen pada saat t tersebut, sebagai berikut.

1.         Lukis garis singgung pada saat t

2.         Lukis segitiga untuk menentukan kemiringan

3.         laju sesaat = kemiringan tangen