Laju Reaksi DESKRIPSI TEORITIS DAN KERANGKA PIKIR
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
Waktus 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
m
q
= 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 SMAMA Kelas XI Semester 1 dan 2, Bandung: Yrama Widya. 2008, h.161
42
Ibid, h. 163
43
Ibid, h. 164
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 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 E
a
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 H
2
SO
4
. 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
Tumbukan molekul-molekul yang tepat mengahsilkan reaksi
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 100 C,
maka laju reaksi akan meningkat dua kali. Hubungan laju reaksi dengan peningkatan suhu dapat dinyatakan secara matematis.
53
v =
10
2
T
v Keterangan:
V = laju reaksi pada suhu tertentu v
= laju reaksi mula-mula ΔT = kenaikan suhu
3 Konsentrasi
Kandunga O
2
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 Fe
3
O
4
dengan cepat. Reaksi di labu Erlenmeyer berlangsung lebih cepat karena konsentrasi O
2
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 SMAMA Kelas XI Semester 1 dan 2, Bandung: Yrama Widya. 2008, h. 178.
56
Ibid
57
Ibid, h. 179
Salah satu reaksi dengan menggunkan katalis adalah reaksi pembuatan gas oksigen melalui pemanasan kalium klorat KClO
3
. Pada kondisi normal tanpa katalis, reaksi pemanasan KClO
3
tersebut berlangsung lambat. Akan tetapi, dengan penambahan katalis mangan dioksida MnO
2
atau batu kawi reaksi tersebut berlangsung lebih cepat pada suhu yang tidak terlalu tinggi,
dan pada akhir reaksi, katalis MnO
2
tersebut diperoleh kembali.
58
2 KClO
3 s
2KCl
s
+ O
3 g
2 KClO
3 s
2KCl
s
+ O
3 g
Katalis banyak digunakan dalam industri, misalnya vanadium pentoksida
V
2
O
5
digunakan sebagai katalis dalam industri asam sulfat H
2
SO
4
melalui proses kontak dan serbuk besi Fe digunakan sebagai katalis dalam industri amonia NH
3
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