C. ORDE REAKSI/TINGKAT REAKSI - TEORI LAJU REAKSI SAKINAH
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:
aA+bB→cC+dD
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.
Pangkat m dan n ditentukan dari data eksperimen, biasanya harganya kecil dan tidak selalu sama
dengan koefisien a dan b. Semakin besar harga ‘k’ reaksi akan berlangsung lebih cepat.
Kenaikan suhu dan penggunaan katalis umumnya memperbesar harga k. Secara formal hukum
laju adalah persamaan yang menyatakan laju reaksi v sebagai fungsi dari konsentrasi semua
komponen yang menentukan laju reaksi.
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.
4. Katalis
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 sematamata 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.
Jika konsentrasi suatu zat dinaikkan sebanyak a kali, dan ternyata laju reaksi bertambah
sebanyak b kali, maka orde reaksi terhadap zat itu adalah ax= b dengan x adalah orde reaksinya.
Perhatikan contoh-contoh berikut :
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
Dit :
P = 1,02325 x 10-5 Nm-1
d = 0,35 Nm= 0,35 x 10-9 m
Ea = 184 kj/mol
a. r
b. A
c. K
jawab :
a. 2KI
r
H 2 + I2
4
kT
ρ
= π d(H)2 ( πm )1/2 ( kT )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
=1,03686 x1037s-1
4 kT
b. A = π d2 ( πm )1/2
=3,14(0,35 x 10-9 m)2 ¿ )1/2
=92,412X10-15 dm3s-1
4 kT
c. K = π d2 ( πm )1/2 e-Ea/RT
=92,412X10-15 dm3s-1 . e -184 kj/mol/8,314/kmol.700K
=171,794 x 10-32 m3s-1
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 10 5 Nm-2)
untuk reaksi-reaksi berikut :
ClO + ClO
2NO2
Cl2 + O2
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
Jawab:
a. ClO + ClO
Cl2 + O2
4 kT
− Ea/ RT
k = π d2 ( πm )1/2. e
KJ
4,138 x 10−23 J / K x 300 K 1/2 − 10,45 mol JL
8,314
k = 3,14 (0,18 x 10 m) (
) .
−27
.300 K
3,14 x 87 x 1,667.10 Kg
e molK
-9
2
k = 9,3176 x 10−21 m3s-1
4 kT
b. k = π d2 ( πm )1/2. e− Ea/ RT
KJ
4,138 x 10−23 J/ K x 300 K 1/2 − 111,19 mol JL
8,314
= 3,14 (0,1 x 10 m) (
) .
−27
.300 K
3,14 x 92 x 1,667. 10 Kg
e molK
-9
2
= 3,706 x 10−39 m3s-1
8 kT MNO + MCl 2
c. k = π dNO-Cl22 ( π MNOxMCl 2 )1/2. e− Ea/ RT
=
3,14
(1/2
(0,14+0,24)
x
10-9m)2
J
8,139 x 10−23 K .300 K 30 x 1,667 x 10−27 kg+71 x 1,667 x 10−27 kg 1/2
)
3,14
30 x 1,667 x 10−27 kgx 71 x 1,667 x 10−27 kg
(
.
KJ
mol
JL
8,314
.300 K
molK
84860
−
e
4. Teori laju absolut menghubungkan ketergantungan dari faktor frekuensi terhadap
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
jawab :
a. A = kt x qAB
n
qAqB
= kt x ft3 x fv0 x fr0
ft3 x ft3
n
= kt x fv0 x fr2
ft3
n
= kt x T0(T1/2)2
n
(T ½)3-1
A=k
- T 1/2
n
=T½ n=½
b.
A = kt x qAB
n
qAqB
ft3 x fv3 x fr2
= kt x
ft3 x ft3 x fv0 x fr2
n
= kt x
fv2
n
ft3x fv2
= kt x
( T0)2
(T ½)3
n
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 = 10 13 detik-1. Hitung faktor ruang (P) jika
teori koisi memberikan harga umtuk A sebagai 1012 dm3 detik-1. Jika diketahui qtrans =
108, qrot = 10 dan qvib = 1
6. Teori Arrhenius menganggap bahwa fajtor frekuensi adalah konstan, tidak terga ntung
pada temperature, sedangkan teori koisi meramalkan ketergantungan faktor frekuensi
terhadap temperature. Buktikan bahwa untuk reaksi tipikal, bagian eksponensial
melampaui berat perubahan yang diamati dalam A karena diabaikannya temperatur
tersebut. Garis tengah kolisi o = 0.4 nm, M = 150 g/mol dan Ea = 100 kj/mol.
Perhatikanlah kisaran temperature 200 0C sampai 400 0C
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:
aA+bB→cC+dD
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.
Pangkat m dan n ditentukan dari data eksperimen, biasanya harganya kecil dan tidak selalu sama
dengan koefisien a dan b. Semakin besar harga ‘k’ reaksi akan berlangsung lebih cepat.
Kenaikan suhu dan penggunaan katalis umumnya memperbesar harga k. Secara formal hukum
laju adalah persamaan yang menyatakan laju reaksi v sebagai fungsi dari konsentrasi semua
komponen yang menentukan laju reaksi.
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.
4. Katalis
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 sematamata 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.
Jika konsentrasi suatu zat dinaikkan sebanyak a kali, dan ternyata laju reaksi bertambah
sebanyak b kali, maka orde reaksi terhadap zat itu adalah ax= b dengan x adalah orde reaksinya.
Perhatikan contoh-contoh berikut :
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
Dit :
P = 1,02325 x 10-5 Nm-1
d = 0,35 Nm= 0,35 x 10-9 m
Ea = 184 kj/mol
a. r
b. A
c. K
jawab :
a. 2KI
r
H 2 + I2
4
kT
ρ
= π d(H)2 ( πm )1/2 ( kT )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
=1,03686 x1037s-1
4 kT
b. A = π d2 ( πm )1/2
=3,14(0,35 x 10-9 m)2 ¿ )1/2
=92,412X10-15 dm3s-1
4 kT
c. K = π d2 ( πm )1/2 e-Ea/RT
=92,412X10-15 dm3s-1 . e -184 kj/mol/8,314/kmol.700K
=171,794 x 10-32 m3s-1
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 10 5 Nm-2)
untuk reaksi-reaksi berikut :
ClO + ClO
2NO2
Cl2 + O2
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
Jawab:
a. ClO + ClO
Cl2 + O2
4 kT
− Ea/ RT
k = π d2 ( πm )1/2. e
KJ
4,138 x 10−23 J / K x 300 K 1/2 − 10,45 mol JL
8,314
k = 3,14 (0,18 x 10 m) (
) .
−27
.300 K
3,14 x 87 x 1,667.10 Kg
e molK
-9
2
k = 9,3176 x 10−21 m3s-1
4 kT
b. k = π d2 ( πm )1/2. e− Ea/ RT
KJ
4,138 x 10−23 J/ K x 300 K 1/2 − 111,19 mol JL
8,314
= 3,14 (0,1 x 10 m) (
) .
−27
.300 K
3,14 x 92 x 1,667. 10 Kg
e molK
-9
2
= 3,706 x 10−39 m3s-1
8 kT MNO + MCl 2
c. k = π dNO-Cl22 ( π MNOxMCl 2 )1/2. e− Ea/ RT
=
3,14
(1/2
(0,14+0,24)
x
10-9m)2
J
8,139 x 10−23 K .300 K 30 x 1,667 x 10−27 kg+71 x 1,667 x 10−27 kg 1/2
)
3,14
30 x 1,667 x 10−27 kgx 71 x 1,667 x 10−27 kg
(
.
KJ
mol
JL
8,314
.300 K
molK
84860
−
e
4. Teori laju absolut menghubungkan ketergantungan dari faktor frekuensi terhadap
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
jawab :
a. A = kt x qAB
n
qAqB
= kt x ft3 x fv0 x fr0
ft3 x ft3
n
= kt x fv0 x fr2
ft3
n
= kt x T0(T1/2)2
n
(T ½)3-1
A=k
- T 1/2
n
=T½ n=½
b.
A = kt x qAB
n
qAqB
ft3 x fv3 x fr2
= kt x
ft3 x ft3 x fv0 x fr2
n
= kt x
fv2
n
ft3x fv2
= kt x
( T0)2
(T ½)3
n
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 = 10 13 detik-1. Hitung faktor ruang (P) jika
teori koisi memberikan harga umtuk A sebagai 1012 dm3 detik-1. Jika diketahui qtrans =
108, qrot = 10 dan qvib = 1
6. Teori Arrhenius menganggap bahwa fajtor frekuensi adalah konstan, tidak terga ntung
pada temperature, sedangkan teori koisi meramalkan ketergantungan faktor frekuensi
terhadap temperature. Buktikan bahwa untuk reaksi tipikal, bagian eksponensial
melampaui berat perubahan yang diamati dalam A karena diabaikannya temperatur
tersebut. Garis tengah kolisi o = 0.4 nm, M = 150 g/mol dan Ea = 100 kj/mol.
Perhatikanlah kisaran temperature 200 0C sampai 400 0C