BAB II DESKRIPSI DAN KERANGKA PIKIR
C. Laju Reaksi
Bahan-bahan kimia yang mengandung kalium klorat, besi, kalsium, stronsium, litium, tembaga, barium, dan kalium dicampurkan dalam tabung yang terbuat dari kertas. Ketika api dinyalakan, campuran itu terbakar menyembur kan pijar – pijar api. Langit gelap dimalam hari seketika menjadi terang benderang dihiasi warna – warni kembang api. Itulah proses terjadinya reaksi kembang api. Kembang api merupakan salah satu contoh reaksi kimia.34
33
Kenan dkk, Kimia Untuk Universitas Jilid 2, (Jakarta: Gelora Aksara Pratama, 1992), cet. Ke-2. h. x.
34 Nana Sutresna, Cerdas Belajar Kimia untuk kelas XI, (Bandung: Garfindo Media Utama, 2007), h. 93
Setiap rekasi kimia memiliki kecepatan yang berbeda – beda. Ada reaksi kimia yang berlangsung cepat, adapula yang bereaksi lambat. Reaksi pembakaran bensin dalam mesin berlangsung sangat cepat, sedangkan reaksi pengkaratan besi dan pembentukan beton dari semen, air dan pasir berlangsung lambat. Apa yang dimaksud dengan laju reaksi?35
Dalam fisika, istilah “laju” digunakan untuk menyatakan besar perpindahan suatu benda tiap satuan waktu. Akan tetapi, dalam kimia, laju reaksi didefinisikan sebagai ukuran yang menyatakan berkurangnya jumlah zat-zat pereaksi tiap satuan waktu atau bertambahnya zat-zat hasil reaksi tiap satuan waktu. Karena jumlah zat-zat yang terlibat dalam suatu reaksi kimia biasanya dinyatakan dalam konsentrasinya, maka laju reaksi juga didefinisikan sebagai ukuran yang menyatakan perubahan konsentrasi zat-zat pereaksi atau zat-zat hasil reaksi tiap satuan waktu. Jika suatu reaksi kimia dinyatakan dengan: 36
A B
Keterangan:
A = zat-zat pereaksi B = zat-zat hasil reaksi.
Maka laju reaksinya dapat dinyatkan dengan persamaan sebagai berikut. v = -
t A atau v = +
t A keterangan: v = laju reaksi∆ [A] = perubahan konsentrasi
∆ [B] = perubahan konsentrasi zat-zat hasil reaksi
Nilai positif laju reaksi dinyatakan dalam konsentrasi zat-zat hasil reaksi menunjukkan bahwa konsentrasi zat tersebut bertambah. Sementara itu,
35
Ibid
36 Sunardi, Kimia Bilingual Untuk SMA/MA Kelas XI Semester 1 dan 2, (Bandung: Yrama Widya. 2008), h. 153
nilai negatif laju reaksi yang dinyatakan dengan konsentrasi zat-zat pereaksi menunjukkan bahwa konsentrasi zat tersebut berkurang.37
Kadang-kadang, suatu reaksi kimia melibatkan beberapa zat yang perbadingan jumlah molnya dinyatakan dengan koefisien reaksi, sehingga persamaan kimianya dapat dituliskan sebgai berikut.38
pA + qB rC + sD
Keterangan:
A, B = zat-zat pereaksi C,D = zat-zat hasil reaksi p, q, r, s = koefisien reaksi
Laju reaksi untuk reaksi yang dinyatakan dengan menggunakan persamaan kimia di atas dapat ditentukan sebagai berikut.
v = -
t A p 1 =-
t B q 1 =+
t C r 1 =+
t D s 1Pada dasarnya, terdapat beberapa cara sederhana dalam mengukur laju reaksi. Salah stunya seperti yang telah anda pelajari dalam pembahasan sebelumnya. Akan tetapi, cara tersebut hanya dapat mengukur laju reaksi rata-rata. Untuk penggunaan yang lebih normal, laju reaksi diukur pada waktu tertentu, sehingga dinamakan laju reaksi sesaat. Dalam hal ini, konsep laju reaksi sesaat diperlukan karena perhitungan laju reaksi rata-rata seringkali mengalihkan nilai yang tidak akurat. Jadi, persamaan laju reaksi digunakan untuk menyatakan laju reaksi sesaat dari suatu rekasi kimia.
Persamaan laju reaksi hanya dapat dinyatakan dalam percobaan. Berdasarkan data tersebut, kita dapat menemukan orde reaksi dan konstanta laju rekasi. Persamaan laju reaksi ditentukan berdasarkan konsentrasi awal setiap zat, dipagkatkan orde reaksinya. Orde reaksi bukanlah koefisien reaksi (walaupun keduanya mungkin memiliki nilai yang sama). Orde reaksi hanya dapat dilihat dari percobaan. 37 Ibid, h. 154 38 Ibid
Laju reaksi dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan laju reaksi berdasarkan konsentrasi zat-zat pereaksi. Pada umumya, laju reaksi hanya bergantung pada konsentrasi awal zat-zat pereaksi yang dapat ditentukan melalui percobaan. Lihat gambar dibawah ini:
Untuk reaksi A + B C + D, maka persamaan laju reaksinya dapat dinyatakan sebagai berikut.39
v = k [A]m [B]n
Keterangan: v = laju reaksi
k = tetapan laju reaksi [A] = konsentrasi perekasi A [B] = konsentrasi pereaksi B m = orde reaksi terhadap A n = orde reaksi terhadap B m + n = orde reaksi total
Setiap laju reaksi memiliki nilai k tertentu yang bergantung pada sifat pereaksi. Semakin besar nilai k semakin cepat reaksi berlangsung. Sebaliknya, reaksi berlangsung lambat jika nilai k kecil. Nilai k dipengaruhi oleh suhu, dan tidak akan berubah jika suhu tidak berubah. Tetapan laju ini merupakan bilangan positif.40
39
Ibid, h. 155
40 Nana Sutresna, Cerdas Belajar Kimia untuk kelas XI, (Bandung: Garfindo Media Utama, 2007), h. 101 C + D Hasil reaksi A + B Pereaksi Jumlah molekul Waktu/s A + B C + D
a. Orde Reaksi
Dalam suatu reaksi kimia, penambahan konsenrasi zat-zat pereaksi dapat meningkatkan laju reaksi. Berkaitan penambahan konsentrasi zat pereaksi, maka dalam persamaan laju reaksi dikenal suatu bilangan yang disebut dengan orde reaksi. Dalam hal ini, orde reaksi didefinisikan sebagai bilangan pangkat (eksponen) yang menyatakan penambahan laju reaksi karena penambahan konsentrasi zat-zat pereaksi. Sebagai contoh, jika konsentrasi suatu pereaksi dinaikkan m kali semula dapat menyebabkan laju reaksi meningkat n kali, maka hubungan penambahan konsentrasi dengan laju reaksi zat tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut.41
mq = n
Keterangan: q = orde reaksi
m = kenaikan konsentrasi n = kenaikan laju reaksi
Orde reaksi dapat ditentukan berdasaran tahapan-tahapan reaksi. Jika, tahapan-tahapan reaksi dapat dengan mudah diketahui dan diamati, maka orde reaksi terhadap masing-masing zat pereaksi adalah koefisien dari tahapan reaksi yang paling lambat. Akan tetapi, jika tahapan-tahapan reaksi sukar untuk diketahu dan diamati, maka orde reaksi terhadap masing-masing zat pereaksi dapat ditentukan berdasarkan percobaan.42
1) Orde reaksi nol.
Jika orde suatu reaksi terhadap pereaksi tertentu adalah nol, hal ini berarti bahwa konsentrasi perekasi tersebut tidak mempengaruhi laju reaksi. Secara matematis, bilanganya yang dipangkatkan nol selalu sama dengan satu, sehingga laju reaksi suatu zat yang orde nol adalah tetap pada konsentrasi berapapun dan nilainya sama dengan laju reaksi (k).43
v = k [A]m = k
41
Sunardi, Kimia Bilingual Untuk SMA/MA Kelas XI Semester 1 dan 2, (Bandung: Yrama Widya. 2008), h.161
42
Ibid, h. 163
43
2) Orde reaksi Satu
Jika orde reaksi suatu zat sama dengan satu, berarti penambahan konsentrasi akan berbanding lurus (linier) dengan kenaikan laju reaksi.44
v = k [A]1 = k [A]
3) Orde reaksi dua
Jika orde reaksi zat sama dengan dua, berarti penambahan konsentrasi akan meningkatkan reaksi, dimana laju reaksi sebanding dengan kuadrat konsentrasi zat tersebut.45
v = k [A]2
b. Teori Tumbukan
Kita telah mengetahui bahwa zat-zat di alam ini terdiri atas partikel-partikel (atom, molekul, atau ion). Secara teoritis, partikel-partikel-partikel-partikel suatu zat selalu bergerak secara acak atau tidak teratur. Selain itu, kita juga telah mengetahui bahwa suatu zat dapat bereaksi dengan zat lain yang membentuk
44 Ibid, h. 165 45 Ibid, h. 166 Laju reaksi Konsentrasi Laju reaksi Konsentrasi Laju reaksi Konsentrasi
zat baru. Bagaimanakah hubungan gerakan partikel-partikel zat dengan reaksi kimia zat tersebut?46
Alasan bagaimana zat-zat tersebut dapat mengalami reaksi kimia dapat dijelaskan dengan menggunakan teori tumbukan. Menurut tumbukan satu sama lain dengan energi yang cukup untuk belangsungn reaksi tersebut. Dengan kata lain, agar suatu reaksi kimia dapat berlangsung, maka harus terjadi tumbukan yang efektif antara partikel-partikel zat-zat yang bereaksi. Tumbukan yang efektif tersebut dapat terjadi apabila partikel-partikel tersebut mempunyai energi kinetik yang cukup besar, sehingga memungkinkan terjadinya perombakan (perubahan) pada struktur ikatan antar atom zat.47
Energi kinetik minimun yang harus dimiliki partikel untuk menghasilkan tumbukan efektif yang dapat mengahsilkan suatu reaksi kimia disebut energi aktivasi. Jika partikel-partikel suatu zat memiliki energi aktivasi (Ea) yang kecil, maka zat tersebut mudah bereaksi, sebaliknya jika partikel-partikel suatu zat memiliki energi aktivasi yang besar, maka zat tersebut sukar bereaksi.48
Efektivitas tumbukan diantara dua buah molekul juga dipengaruhi oleh posisi molekul-molekul tersebut saat bertumbukan. Bila posisi ruang atom-atom dari moleku-molekul yang bertumbukan tepat, maka akan terjadi pemutusan ikatan antar atom dalam molekul-molekul tersebut, sehingga terbentuk ikatan baru, yaitu dalam molekul hasil reaksi. Perhatikan gambar dibawah ini.49
1) Dua molekul yang bertumbukkan dalam posisi yang ruang kurang tepat, tumbukkan keduanya tidak menghasilkan reaksi.
46 Ibid, h. 172 47 Ibid, h. 173 48 Ibid 49 Ibid, h. 174 A A + B B A A B B A A + B B Tumbukan molekul-molekul yang tepat mengahsilkan reaksi
2) Dua buah molekul yang bertumbukan dalam posisi ruang yang tepat, tumbukan keduanya menghasilkan reaksi.
c. Faktor-faktor yang mempengaruhi Laju reaksi
Pada dasarnya, laju suatu reaksi kimia dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya luas permukaan, suhu, konsentrasi, tekanan, dan katalis.
1) Luas permukaan
Pada reaksi-reaksi zat padat, luas permukaan zat padat tersebut akan mempengaruhi laju reaksi. Oleh karena itu, luas permukaan zat padat akan mempengaruhi seberapa cepat reaksi tersebut berlangsung. Zat padat yang berbentuk serbuk mempunyai luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan zat padat dalam bentuk batangan atau kepingan untuk massa zat padat yang sama. Terdapat cara yang sederhana untuk memahami pernyataan ini. Ambil sebuah roti dan potonglah menjadi irisan-irisan. Setiap kali anda memtong irisan baru, maka anda akan memperoleh permukaan tambahan yang diatasnya dapat anda taburkan mentega atau selai. Semakin tipis anda memotong irisan-irisan tersebut, maka semakin banyak irisan yang anda peroleh, sehingga semakin banyak juga mentega dan selain yang dapat anda tempatkan pada irisan-risan tersebut.50
Tinjuan reaksi antara besi dengan asam sulfat (H2SO4). Besi dalam bentuk serbuk akan bereaksi lebih cepat dengan asam sulfat dibandingkan dengan besi dalam bentuk batangan (misalnya paku).51
50 Ibid, h. 175 51 Ibid B B A A + B B A A A A B B
2) Suhu
Perubahan suhu akan mempengaruhi laju suatu reaksi kimia. Pada umumnya, kenaikan suhu akan meningkatkan laju reaksi. Jika suhu naik, maka partikel-partikel zat-zat yang terlibat dalam reaksi akan menyerap kalor (energi), sehingga energi kinetik partikel-partikel tersebut meningkat oleh karena itu, dengan meningkatnya suhu, maka semakin banyak patikel yang mempunyai energi kinetik lebih besar dari energi aktivasi. Keadaan ini memungkinkan terjadinya lebih banyak tumbukan efektif antara partikel-partikel, sehingga reaksi berlangsung dengan lebih cepat.52
Berdasarkan hasil eksperimen, setiap kenaikan suhu sebesar 1000C, maka laju reaksi akan meningkat dua kali. Hubungan laju reaksi dengan peningkatan suhu dapat dinyatakan secara matematis.53
v = 210 T
v0 Keterangan:
V = laju reaksi pada suhu tertentu v0 = laju reaksi mula-mula
ΔT = kenaikan suhu
3) Konsentrasi
Kandunga O2 di udara terbuka hanya 20%. Jika serabut besi dibakar di udara terbuka, akan dihasilkan nyala merah sedikit demi sedikit. Ketika serabut besi yang memerah itu dimasukan kedalam labu Erlenmeyer berisi oksigen murni, serabut besi akan terbakar dengan hebat dan teroksidasi menjadi Fe3O4 dengan cepat. Reaksi di labu Erlenmeyer berlangsung lebih cepat karena konsentrasi O2 di udara terbuka. Bagaimanakah konsentrasi mempengaruhi laju suatu reaksi?54
Dalam hal ini, meningkatan konsenrasi zat-zat pereaksi (dalam bentuk larutan) akan meningkatkan frekuensi tumbukan antara partikel-partikel zat
52
Ibid, h. 176
53 Ibid
54 Nana Sutresna, Cerdas Belajar Kimia untuk kelas XI, (Bandung: Garfindo Media Utama, 2007), h. 114.
pereaksi tersebut. Hal ini karena dalam larutan pekat, jarak antara dua partikel yang berdekatan relatif rapat, sehingga muda bertumbukkan. Oleh karena itu, semakin besar konsentrasi suatu larutan, maka semakin banyak partikel yang terdapat dalam larutan. Jadi, apabila suatu larutan direaksikan dengan zat tertentu, maka zat tersebut akan mudah bereaksi ada larutan yang pekat.55
4) Tekanan
Anda harus tahu bahwa partikel-partikel (atom atau molekul) dalam suatu gas sangat berjauhan (tersebar). Pada dasarnya, tekanan mempengaruhi reaksi-reaksi yang melibatkan gas. Semakin besar tekanan semakin cepat laju reaksinya dan semakin kecil tekanan gas semakin lambat laju reaksinya. Agar dua buah zat kimia bereaksi, maka harus terdapat tumbukan diantara partikel-partikelnya. Dengan demikian meningkatkan tekanan, maka kita menekan partike-partikel tersebut bersama-sama sehingga kita akan meningkatkan frekuensi tumbukan diantara partikel-partikel tersebut. Hal ini terjadi semakin besar tekanan gas, maka volume gas semakin kecil, sehingga jarak antara partikel-partikelnya menjadi lebih rapat dan partikel-prtikel tersebut lebih mudah bertumbukan.56
5) Katalis
Katalis merupakan zat yang meningkatkan laju suatu reaksi kimia tanpa mengalami perubahan apapun. Hanya dalam beberapa saat, katalis dapat menghasilkan perubahan dalam laju reaksi. Hal ini karena adanya katalis dalam suatu reaksi akan menyebabkan reaksi tersebut berlangsung dengan cara yang berbeda. Lebih jauh, kemampuan katalis dalam mempercepat reaksi kimia disebabkan oleh kemampuan katalis dalam menurunkan harga energi aktivasi, sehingga reaksi zat dengan menggunakan katalis dapat berlangsung lebih cepat dibandingkan dengan reaksi zat tanpa katalis.57
55
Sunardi, Kimia Bilingual Untuk SMA/MA Kelas XI Semester 1 dan 2, (Bandung: Yrama Widya. 2008), h. 178.
56 Ibid 57
Salah satu reaksi dengan menggunkan katalis adalah reaksi pembuatan gas oksigen melalui pemanasan kalium klorat (KClO3). Pada kondisi normal (tanpa katalis), reaksi pemanasan KClO3 tersebut berlangsung lambat. Akan tetapi, dengan penambahan katalis mangan dioksida (MnO2) atau batu kawi reaksi tersebut berlangsung lebih cepat pada suhu yang tidak terlalu tinggi, dan pada akhir reaksi, katalis MnO2 tersebut diperoleh kembali.58
2 KClO3 (s) 2KCl(s) + O3 (g)
2 KClO3 (s) 2KCl(s) + O3 (g)
Katalis banyak digunakan dalam industri, misalnya vanadium pentoksida (V2O5) digunakan sebagai katalis dalam industri asam sulfat (H2SO4) melalui proses kontak dan serbuk besi (Fe) digunakan sebagai katalis dalam industri amonia (NH3) melalui proses Haber-Bosch.59
Disadari atau tidak, reaksi-reaksi kimia dalam tubuh manusia juga dipercepat oleh katalis yang disebut dengan enzim. Dalam hal ini, enzim nerupakan suatu protein kompleks yang dihasilkan oleh sel-sel hidup yang dapat meningkatkan laju suatu reaksi biokimia tertentu dengan bertindak sebagai katalis. Oleh karena itu, enzim disebut juga dengan biokatalisator. Sebagai contoh amilase yang terdapat pada ludah berperan dalam mempercepat pengubahan zat tepung dan glikogen menjadi gula sederhana, misalnya glukosa.60