TEORI LAJU REAKSI
Laju Reaksi adalah berkurangnya jumlah pereaksi untuk satuan waktu atau bertambahnya jumlah hasil reaksi untuk setiap satuan waktu.
Ukuran jumlah zat dalam reaksi kimia umumnya dinyatakan sebagai konsentrasi molar atau molaritas (M), dengan demikian maka laju reaksi menyatakan berkurangnya konsentrasi pereaksi atau bertambahnya konsentrasi zat hasil reaksi setiap satu satuan waktu (detik). Satuan laju reaksi dinyatakan dalam satuan mol dmˉ³ detˉ¹ atau mol /liter detik.
Persamaan Laju Reaksi
Tujuan dari mempelajari laju reaksi adalah untuk dapat memprediksi laju suatu reaksi. Hal tersebut dapat dilakukan dengan hitungan matematis melalui hukum laju. Sebagai contoh, pada reaksi:
a A + b B → c C + d D
Dimana A dan B adalah pereaksi, C dan D adalah produk dan a,b,c,d adalah koefisien penyetaraan reaksi, maka hukum lajunya dapat dituliskan sebagai berikut:
Laju reaksi = k [A]m [B]n
dengan,
k = tetapan laju, dipengaruhi suhu dan katalis (jika ada)
m = orde (tingkat) reaksi terhadap pereaksi A n = orde (tingkat) reaksi terhadap pereaksi B [A], [B] = konsentrasi dalam molaritas.
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LAJU REAKSI
1. Konsentrasi
Dalam suatu reaksi semakin besar konsentrasi zat reaktan, akan semakin mempercepat laju reaksinya. Dengan bertambahnya konentrasi zat reaktan jumlah partikel-partikel reaktan semakin banyak sehingga peluang untuk bertumbukan semakin besar. Sebagai contoh suatu larutan yang pekat mengandung partikel yang lebih rapat jika dibandingkan dengan larutan yang encer, sehingga lebih mudah dan lebih sering bertumbukan.
2. Suhu
Laju reaksi akan semakin meningkat dengan meningkatnya suhu reaksi. Kenaikan suhu akan menambah energi kinetik molekul-molekul, akibatnya molekul-molekul yang bereaksi menjadi lebih aktif mengadakan tabrakan. Hal ini terjadi karena gerakan-gerakan molekul semakin cepat pada temperatur yang lebih tinggi.
3. Luas permukaan bidang sentuh
Pada pembahasan sebelumnya dijelaskan bahwa reaksi kimia terjadi karena tumbukan yang efektif antar partikel zat reaktan. Terjadi tumbukan berarti adanya bidang yang bersentuhan (bidang sentuh).Jika permukaan bidang sentuh semakin luas, akan sering terjadi tumbukan dan menghasilkan zat produk yang semakin banyak sehingga laju reaksi semakin besar. Oleh karena itu untuk meningkatkan laju reaksi salah satu caranya dengan menambah luas permukaan bidang sentuh zat reaktan.
Untuk menambah luas permukaan bidang sentuh zat reaktan adalah dengan mengubah ukuran zat reaktan menjadi lebih kecil. Misalnya saja kapur dalam bentuk serbuk lebih cepat bereaksi dengan HCl encer, dibandingkan kapur dalam bentuk bongkahan. Kapur dalam bentuk serbuk mempunyai luas permukaan bidang sentuhyang lebih besar dibandingkan dengan kapur berbentuk bongkahan.
Katalis adalah zat yang dapat mempercepat laju reaksi tetapi tidak mengalami perubahan kimia yang permanen.Dalam skala industri kimia katalis akan mempercepat laju reaksi tanpa menimbulkan produk yang tidak diinginkan. Salah satu eksperimen di laboratorium kimia adalah pembuatan gas O2 dengan cara memenaskan kalium klorat (KCLO3) menurut reaksi :
2 KClO3 (s) → 2 KCl (s) + 3O2 (g)
Jika hanya KClO3 saja yang dipanaskan, maka gas O2 lambat terbentuk dan harus pada suhu yang cukup tinggi. Tetapi jika sedikit batu kawi (MnO2) ditambahkan ke dalam KClO3, baru kemudian dipanaskan, ternyata gas O2 cepat terbentuk pada suhu yang relatif rendah. MnO2 sama sekali tidak menyumbangkan oksigen sebab gas O2 yang terbentuk semata-mata berasal dari penguraian KClO3.
Pada akhir reaksi MnO2 tetap ditemukan dalam tabung dengan jumlah yang tidak berubah. Contoh penggunaan katalis yang lainnya adalah pada proses kontak (pembuatan asam sulfat) digunakan katalis V2O5 (vanadium) dan pada proses Haber-Bosch ( pembuatan amonia) digunakan katalis serbuk Fe (besi).
C. ORDE REAKSI/TINGKAT REAKSI
Telah kita ketahui bersama bahwa makin besar konsentrasi (kepekatan) suatu larutan, makin besar pula laju reaksinya. Bilangan pangkat eksponensial yang menyatakan bertambahnya laju reaksi akibat naiknya konsentrasi disebutorde reaksi (tingkat reaksi). Harga orde reaksi hanya bisa ditentukan melalui eksperimen atau percobaan.
a. Jika konsentrasi zat A dinaikkan 2 kali dan laju reaksi meningkat 8 kali maka orde reaksi terhadap zat A adalah 3 karena 23 = 8
b. Jika konsentrasi zat B dinaikkan 3 kali dan laju reaksi meningkat 9
kali maka orde reaksi terhadap zat B adalah 2 karena 32 = 9
c. Jika konsentrasi zat C dinaikkan 4 kali dan laju reaksi meningkat 2
kali, maka orde reaksi terhadap zat C adalah 1/2 karena = 2
d. Jika konsentrasi zat D dinaikkan 6 kali dan ternyata laju reaksi
tetap, maka orde reaksi terhadap zat D adalah 0
Latihan teori laju reaksi
1. Hitung laju reaksi, faktor frekuensi, dan konstanta laju pada 700 K dan 1 atm (1.02325 x
105 Nm-2) untuk penguraian hydrogen iodida jika garis tengah kolisinya dianggap sampai
0.35 nm. Energi pengaktivasi ialah 184 kj/mol
Diket : T = 700 K
P = 1,02325 x 10-5 Nm-1
d = 0,35 Nm= 0,35 x 10-9 m
Ea = 184 kj/mol Dit : a. r
b. A c. K jawab :
a. 2KI H2 + I2
r = πd(H)2 (4kT
πm )1/2 (kTρ )2
= 3,14(0,35 x 10-9 m)2 ¿)1/2 (1,0325 x 105 Nm/1,38x10-27 T/K. 700 K)1/2
b. A =πd2 (4kT
2. Energi pengaktivasi untuk suatu reaksi bimolekuler A + B2 AB + B adalah 20.90 kj
mol-1. Berapakah temperature dimana 0.15 %, 0.25 % dan 0.40 % kolisi bola-boa keras
antara molekul-molekul reaktan terjadi dengan energi kinetik yang relative cukup sepanjang garis pusat?
3. Hitunglah konstanta laju untuk reaksi berikut pada 300 K dan 1 atm ( 1.103 x 105 Nm-2)
untuk reaksi-reaksi berikut : ClO + ClO Cl2 + O2
2NO2 2NO + O2
NO+ Cl2 NOCl + Cl
Garis tengah bulatan keras untuk reaktan di atas adalah ClO (0.18 nm), NO2 ( 0.19 nm),
NO (0.14 nm) dan Cl2 ( 0.24 nm), sedangkan energy pengaktivasi untuk reaksi-reaksi di
atas adalah 10.45 kj/mol , 111.19 kj/mol, dan 84.86 kj/mol
c. k = πdNO-Cl22 (8πkT MNO temperature (A~Tn). Hitung harga eksponen n untuk reaksi berikut :
Reaktan reaktan kompleks teraktivasi
A + B AB
a atom + atom linear
b atom + molekul linear linear
c atom + molekul non linear non linear
d molekul linear + molekul linear non linear
= kt x ft3 x fv3 x fr2
n ft3 x ft3 x fv0 x fr2
= kt x fv2
n ft3x fv2
= kt x ( T0)2
n (T ½)3
A = kT - 1 n (T 1/2)3
= kT/ n (T 1/2)3
= T 3/2 n = 3/2
5. Jika dianggap bahwa harga fungsi partisi translasi, rotasi, dan vibrasi untuk sistem-sistem yang berbeda adalah sama, hitung harga faktor pra-eksponensial untuk masing-masing reaksi pada soal no.4 diatas, jika harga kT/h = 1013 detik-1. Hitung faktor ruang (P) jika
teori koisi memberikan harga umtuk A sebagai 1012 dm3 detik-1. Jika diketahui q
trans =
108, qrot = 10 dan qvib = 1
