1. Pengertian 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.
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.
2. 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.
3. 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.
- Lukis garis singgung pada saat t
- Lukis segitiga untuk menentukan kemiringan
- laju sesaat = kemiringan tangen
2. Teori Tumbukan
1. Hubungan Faktor-Faktor yang Mempercepat Laju Reaksi dengan Teori Tumbukan
Tumbukan antara pereaksi ada yang menghasilkan reaksi dan tidak, sebagai contoh amati gambar reaksi antara hidrogen dan iodium berikut:
Gambar : Tumbukan hidrogen dan iodium yang tidak menghasilkan reaksi
Gambar 4.15 Tumbukan hidrogen dan iodium yang menghasilkan reaksi
Tabel : Hubungan faktor-faktor yang mempercepat laju reaksi dengan teori tumbukan
Berdasarkan teori tumbukan, suatu tumbukan akan menghasilkan suatu reaksi jika ada energi yang cukup. Selain energi, jumlah tumbukan juga berpengaruh. Laju reaksi akan lebih cepat, jika tumbukan antara partikel yang berhasil lebih banyak terjadi.
2. Energi Aktivasi
Pada kenyataannya molekul-molekul dapat bereaksi jika terdapat tumbukan dan molekul-molekul mempunyai energi minimum untuk bereaksi. Energi minimum yang diperlukan untuk bereaksi pada saat molekul bertumbukan disebut energi aktivasi. Energi aktivasi digunakan untuk memutuskan ikatan-ikatan pada pereaksi sehingga dapat membentuk ikatan baru pada hasil reaksi. Misalnya energi aktivasi pada reaksi gas hidrogen dan iodium dengan persamaan reaksi:
digambarkan pada grafik sebagai berikut.
Gambar : Grafik energi potensial dan waktu pada reaksi H2 dan I2
Energi aktivasi pada reaksi tersebut adalah 170 kJ per mol. Untuk terjadi tumbukan antara H2 dan I2 diperlukan energi ≥170 kJ. Pada saat reaksi terjadi energi sebesar 170 kJ diserap dan digunakan untuk memutuskan ikatan H – H dan I – I selanjutnya ikatan H – I terbentuk. Pada saat terbentuk H – I ada energy yang dilepaskan sehingga reaksi tersebut termasuk reaksi eksoterm.
Untuk mengetahui bagaimana kerja katalis sehingga dapat mempercepat reaksi, Perhatikan Gambar berikut:
Gambar : Grafik energi potensial reaksi tanpa katalis dan dengan bantuan katalis
Pada Gambar diatas, proses reaksi tanpa katalis digambarkan dengan satu kurva yang tinggi sedangkan dengan katalis menjadi kurva dengan dua puncak yang rendah sehingga energi aktivasi pada reaksi dengan katalis lebih rendahdaripada energi aktivasi pada reaksi tanpa katalis. Berarti secara keseluruhan katalis dapat menurunkan energi aktivasi dengan cara mengubah jalannya reaksi atau mekanisme reaksi sehingga reaksi lebih cepat.
3. Kesetimbangan
Pengisian aki merupakan salah satu aktivitas yang sering dilakukan di bengkel. Reaksi kimia yang terjadi pada saat pengisian aki berjalan dua arah, sehingga tercapai kesetimbangan pada kondisi tertentu.
Suatu reaksi kimia dikatakan setimbang, jika jumlah unsur-unsur pereaksi dan hasil reaksi adalah sama. Kesetimbangan dalam reaksi kimia meliputi kesetimbangan dinamis, homogen, dan heterogen. Dalam kesetimbangan tersebut berlaku tetapan kesetimbangan yang dinyatakan dengan Kc dan Kp. Terbentuknya kesetimbangan reaksi dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor-faktor itu bisa digunakan untuk menentukan arah pergeseran kesetimbangan reaksi. Prinsip kesetimbangan reaksi tidak hanya kita temui dalam bidang studi kimia saja, tetapi juga di bidang industri. Salah satu prinsip yang dipakai yaitu pemilihan suhu optimum dalam memproduksi bahan-bahan kimia. Sehingga produk yang dihasilkan mempunyai nilai ekonomis yang tinggi.
faktor yang mempengeruhi pergeseran kesetimbangan
Suatu sistem kesetimbangan dapat berubah, jika mendapat pengaruh dari luar. Perubahan tersebut bertujuan untuk mencapai kesetimbangan baru, sehingga disebut pergeseran kesetimbangan. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Henry Louis Le Chatelier.
Beberapa faktor yang memengaruhi pergeseran kesetimbangan
1. Pengaruh Konsentrasi terhadap Kesetimbangan
Berdasarkan percobaan di atas, kalian mengetahui bahwa perubahan konsentrasi memengaruhi pergeseran kesetimbangan. Perubahan konsentrasi terjadi karena konsentrasi pereaksi ditambah atau dikurangi. Apabila konsentrasi pereaksi ditambah, reaksi bergeser ke kanan atau ke arah produk. Sedangkan jika konsentrasi pereaksi dikurangi, reaksi bergeser ke arah kiri atau ke arah pereaksi, sehingga konsentrasi pereaksi bertambah.
2. Pengaruh SuhuKesetimbangan reaksi juga dapat bergeser karena pengaruh suhu. Perhatikan reaksi berikut:
Jika reaksi tersebut dituliskan dalam persamaan termokimia,maka reaksi yang ke kanan merupakan reaksi eksoterm dan reaksi yang kekiri merupakan reaksi endoterm
Pada reaksi di atas, apabila suhu diturunkan, gas menjadi tidak berwarna dan kesetimbangan bergeser kearah N2O2 yang tidak berwarna (kearah eksoterm dengan melepaskan kalor). Apabila suhu dinaikkan gas berwarna coklat, karena kesetimbangan bergeser ke arah NO2 yang berwarna coklat (kearah endoterm dengan cara menyerap kalor).
Selain konsentrasi dan suhu, ternyata tekanan dan volume juga mempengaruhi pergeseran kesetimbangan.
3. Pengaruh Tekanan dan Volume
Sistem kesetimbangan gas mempungai tekanan dan volume tertentu. jika tekanan sistem diperbesar atau diperkecil, ada kesetimbangan yang terganggu dan adapula yang tidak tergangu, tergantung pada jumlah koofisien pereaksi dan hasil reaksi.
Jika tekanan diperbesar atau volume diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah koefisien yang kecil. Sebaliknya, jika tekanan diperkecil atau volume diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah koefisien yang besar. Tetapi, jika jumlah koefisien pereaksi sama dengan koefisien hasil reaksi, perubahan tekanan atau volume tidak akan menggeser kesetimbangan. Perhatikan contoh berikut.
Hubungan Kuantitatif antara Pereaksi dan Hasil Reaksi
Tetap terdapat hubungan antara konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi terhadap tetapan kesetimbangan (K). Kalian akan mengetahui harga tetapan kesetimbangan dengan memahami uraian berikut.
1. Tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi (Kc)
Harga K berdasarkan konsentrasi dinyatakan dengan Kc. Rumusan Kc tergantung pada wujud zat dalam kesetimbangan reaksi. Nah, bagaimana cara menentukan harga Kc secara kuantitatif, jika diketahui konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi? Kalian tentu masih ingat bahwa Tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi (Kc) adalah hasil perkalian konsentrasi hasil reaksi dibagi perkalian konsentrasi pereaksi yang masing-masing dipangkatkan koefisiennya.
Sebelum menentukan harga Kc dari suatu reaksi, simaklah aturan-aturan berikut.
- Harga Kc bisa ditentukan setelah konsentrasi zat-zat dalam kesetimbangan diketahui.
- Konsentrasi zat-zat selalu tertulis dalam satuan molar (mol L-1). Oleh karena itu, perhatikan volume tiap-tiap zat.
- Untuk zat-zat di ruas kiri berlaku hubungan sebagai berikut. Zat pada kesetimbangan = zat mula-mula – zat yang bereaksi Sedangkan untuk zat-zat di ruas kanan berlaku hubungan sebagai berikut:
Zat pada kesetimbangan = zat yang bereaksi pada ruas kiri (zat mulamula biasanya tidak ada).
- Perbandingan mol pada kesetimbangan disesuaikan dengan koefisien tiap-tiap zat.
Perhatikan tabel berikut, agar semakin memahami cara perhitungan harga K pada tiap-tiap reaksi kimia.
a = mol zat A mula-mula
b = mol zat B mula-mula
c = mol zat A yang bereaksi (terurai)
d = mol zat B yang bereaksi
e = mol zat C yang terbentuk (sama dengan pada saat kesetimbangan)
f = mol zat D yang terbentuk (sama dengan pada saat kesetimbangan)
g = a – c = mol zat A pada kesetimbangan
h = b – d = mol zat B pada kesetimbangan
Perbandingan c : d : e : f sesuai dengan perbandingan m : n : p : q, sehingga harga c, d, e, dan f disebut jalur koefisien.Dalam menyelesaikan soal kesetimbangan menggunakan tabel di atas, perhatikan urutan langkah-langkah berikut:
- Masukkan mol zat yang diketahui dalam soal ke dalam tabel.
- Lengkapi jalur koefisien berdasarkan perbandingan koefisien (baris ke dua).
- Lengkapi mol zat-zat pada kesetimbangan (baris paling bawah).
- Mol zat-zat pada kesetimbangan dibagi volume tiap-tiap zat untuk memperoleh konsentrasi dalam molar.
- Gunakan rumus Kc.
2. Tetapan Kesetimbangan Parsial (Kp)
Tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan (Kp) adalah hasil perkalian tekanan parsial gas-gas hasil reaksi dibagi dengan perkalian tekanan parsial gas-gas pereaksi yang masing masing dipangkatkan dengan koofisiennya.
Agar lebih mudah mempelajari tetapan kesetimbangan parsial, perhatikan reaksi berikut:
Pada saat setimbang, gas A, B, C, dan D bercampur dalam suatu ruangan tertentu dan menimbulkan tekanan yang disebut tekanan total dari campuran gas-gas tersebut. Sedangkan jika di dalam ruangan hanya terdapat satu gas dan menimbulkan tekanan, maka tekanan disebut tekanan parsial. Dengan demikian, jika tekanan total adalah P dan tekanan gas adalah PA, PB, PC, dan PD maka P = PA + PB + PC + PD.
Tekanan parsial berbanding lurus dengan jumlah mol tiap gas. Sehingga tekanan parsial suatu gas dapat ditentukan dengan rumus:
Sedangkan rumusan Kp untuk reaksi diatas adalah:
Harga Kp dan Kc suatu kesetimbangan tidak selalu sama, tetapi saling berhubungan, maksudnya jika konsentrasi dan tekanan parsial salah satu gas diketahui, maka gas yang lain dapat dihitung.Disosiasi merupakan peristiwa penguraian suatu zat menjadi zat lain yang lebih sederhana. Disosiasi termasuk reaksi kesetimbangan, sehingga hasil reaksi penguraian dapat berbalik menjadi pereaksi kembali. Beberapa contoh kesetimbangan disosiasi adalah sebagai berikut:
Jumlah zat yang terdisosiasi dinyatakan dengan derajat disosiasi. Jadi, derajat disosiasi merupakan perbandingan jumlah mol zat yang terurai dengan jumlah mol zat mula-mula. Derajat disosiasi dilambangkan dengan α.
Jika α = 0, berarti reaksi tidak berlangsung, dan Jika α = 1, berarti reaksi berlangsung sempurna.Dalam reaksi kesetimbangan, harga α berada di antara 0 sampai 1 atau 0 < α < 1. Agar lebih mudah memahami perhitungan derajat disosiasi pelajari contoh soal berikut:
SOAL DAN PEMBAHASAN
1. Data percobaan laju reaksi diperoleh dari reaksi:
A + B → C
sebagai berikut:
| Nomor Percobaan | [A] molar | [B] molar | Laju reaksi molar/detik |
| 1 | 0,01 | 0,20 | 0,02 |
| 2 | 0,02 | 0,20 | 0,08 |
| 3 | 0,03 | 0,20 | 0,18 |
| 4 | 0,03 | 0,40 | 0,36 |
Rumus laju reaksinya adalah....
A. V = k [A]2 [B]
B. V = k [A] [B]2
C. V = k [A] [B]
D. V = k [A]2 [B]2
E. V = k [A]3 [B]
( Ebtanas 2001)
Pembahasan
Menentukan laju reaksi. Untuk
mA + nB → pC + qD
berlaku laju reaksi ν
Orde reaksi terhadap A, bandingkan ν2 terhadap ν1
Orde reaksi terhadap B, bandingkan ν4 terhadap ν3
Sehingga
V = k [A]x[B]y = k [A]2[B]1 = k [A]2[B]
2. Dari reaksi:
2 NO(g) + 2H2(g) → N2(g) + 2H2O(g)
diperoleh data percobaan sebagai berikut:
| Nomor Percobaan | Konsentrasi (M) | Laju reaksi (M.det-1) | |
|---|---|---|---|
| NO | H2 | ||
| 1 | 2 × 10−3 | 2 × 10−3 | 4 × 10−6 |
| 2 | 4 × 10−3 | 2 × 10−3 | 8 × 10−6 |
| 3 | 6 × 10−3 | 2 × 10−3 | 12 × 10−6 |
| 4 | 4 × 10−3 | 6 × 10−3 | 24 × 10−6 |
| 5 | 4 × 10−3 | 8 × 10−3 | 32 × 10−6 |
Persamaan laju reaksi tersebut adalah.....
A. V = k [NO] [H2]
B. V = k [NO]2 [H2]
C. V = k [NO] [H2]2
D. V = k [NO]2 [H2]2
E. V = k [H2]2
Pembahasan
Orde reaksi terhadap NO, bandingkan ν2 terhadap ν1
Orde reaksi terhadap H2, bandingkan ν5 terhadap ν2
Sehingga
V = k [NO]x[H2]y = k [NO]1[H2]1= k [NO][H2]
3. Reaksi dari suatu gas dinyatakan sebagai ν = k [A][B]. Tentukan perbandingan laju reaksinya dibandingkan terhadap laju reaksi mula-mula jika:
a) volum yang ditempati gas-gas diperkecil menjadi 1/2 volum semula
b) volum yang ditempati gas-gas diperkecil menjadi 1/4 volum semula
Pembahasan
a) volum yang ditempati gas-gas diperkecil menjadi 1/2 volum semula
Artinya, konsentrasi larutan menjadi 2 kali semula. Sehingga
b) volum yang ditempati gas-gas diperkecil menjadi 1/4 volum semula
Artinya, konsentrasi larutan menjadi 4 kali semula. Sehingga
4. Data hasil percobaan laju reaksi:
2NO (g) + 2H2 (g) → N2 (g) + 2H2 (g) + 2H2O (g)
Berdasarkan data tersebut orde reaksi total adalah...
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
E. 5
Pembahasan
Orde reaksi terhadap NO
Orde reaksi terhadap H2
Sehingga orde reaksi totalnya adalah = 2 + 1 = 3
5. Data percobaan untuk reaksi A + B → AB adalah sebagai berikut:
| [A] (mol/L) | [B] (mol/L) | Laju (mol L−1s−1) |
| 0,1 | 0,05 | 20 |
| 0,3 | 0,05 | 180 |
| 0,1 | 0,20 | 320 |
Orde reaksi terhadap A dan B berturut-turut adalah....
A. 2 dan 4
B. 2 dan 2
C. 2 dan 1
D. 1 dan 2
E. 1 dan 1
(Laju reaksi - umptn 96)
Pembahasan
v = k[A]x[B]y
Orde reaksi A, lihat data [B] yang sama angkanya (0,05), yaitu dari data pertama dan kedua, ambil data [A] disampingnya, bisa langsung seperti ini:
| [A] (mol/L) | [B] (mol/L) | Laju (mol L−1s−1) |
| 0,1 | 0,05 | 20 |
| 0,3 | 0,05 | 180 |
| 0,1 | 0,20 | 320 |
Orde reaksi B, lihat data [A] yang sama angkanya (0,1), yaitu dari data pertama dan ketiga, ambil data [B] disampingnya:
| [A] (mol/L) | [B] (mol/L) | Laju (mol L−1s−1) |
| 0,1 | 0,05 | 20 |
| 0,3 | 0,05 | 180 |
| 0,1 | 0,20 | 320 |
Sehingga orde reaksi terhadap A dan B adalah 2 dan 2.
6. Diberikan reaksi antara gas A dan B sebagai berikut:
A + B → C + D
Jika persamaan kecepatan reaksinya adalah v = k [A][B]2 maka reaksi tersebut termasuk reaksi tingkat ke....
A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
E. 4
Pembahasan
Bentuk umumnya:
v = k [A]x [B]y
Sehingga v = k [A][B]2 memiliki nilai x = 1 dan y = 2. Tingkat reaksinya (orde) adalah 1 + 2 = 3
7. Pada suhu 273°C, gas brom dapat bereaksi dengan gas nitrogen monoksida menurut persamaan reaksi:
2NO (aq) + Br2 (g) → 2NOBr (g)
Laju reaksi bila konsentrasi gas NO = 0,01 M dan gas Br2 = 0,03 M adalah...
A. 0,012
B. 0,36
C. 1,200
D. 4,600
E. 12,00
(Laju Reaksi - Un Kimia 2010 P04)
Pembahasan
Orde reaksi terhadap NO
Diperoleh
Orde reaksi terhadap Br2
Diperoleh
Persamaan lajunya
Untuk NO = 0,01 M dan Br2 = 0,03 M
Bandingkan v4 terhadap v1
8. Nitrogen oksida, NO, bereaksi dengan hidrogen membentuk dinitrogen oksida N2O dan uap air menurut persamaan:
2NO (g) + H2O (g) → N2O (g) + H2O (g).
Pengaruh konsentrasi NO dan H2 terhadap laju reaksi ditemukan sebagai berikut:
Laju reaksi yang terjadi jika konsentrasi NO = 2 M dan konsentrasi H2 = 5 M adalah...(M.det−1)
A. 1/36
B. 1/18
C. 5/18
D. 5/18
E. 5/9
(Laju reaksi - Un Kimia 2010 P37)
Pembahasan
Orde reaksi terhadap NO
Orde reaksi terhadap H2 diperoleh
Untuk NO = 2 M dan H2 = 5 M, bandingkan dengan data pertama
9. Setiap 15°C laju reaksi menjadi 2 kali lebih cepat dari mula-mula. Jika pada suhu 30°C reaksi berlangsung 12 menit, tentukan waktu reaksi pada suhu 75°C!
Pembahasan
Jika laju reaksi menjadi n kali setiap kenaikan suhu a°C maka hubungan laju reaksi pada suhu T1 dan pada suhu T2 adalah
Sementara itu waktu reaksinya
Data soal:
a = 15°C
n = 2 kali
T1 = 30°C
T2 = 75°C
ΔT = 75°C − 30°C = 45°C
t1 = 12 menit
t2 =......
Dengan rumus yang kedua
10. Reaksi akan berlangsung 3 kali lebih cepat dari semula setiap kenaikan 20°C. Jika pada suhu 30°C suatu reaksi berlangsung 3 menit, maka pada suhu 70°C reaksi akan berlangsung selama....
A. 1/3 menit
B. 2/3 menit
C. 1 menit
D. 4 menit
E. 12 menit
(Laju reaksi - ebtanas 1992)
Pembahasan
Data:
a = 20°C
n = 3
ΔT = 70 − 30 = 40°C
t1 = 3 menit
t2 =.....
Bisa juga dengan bentuk lain dari rumus mencari waktu reaksi,
Hasilnya sama saja, sedikit lebih pendek,
Sumber :
http://kimia111.blogspot.co.id/2014/06/laju-reaksi.html
http://teknoareasmancis.blogspot.co.id/p/kd-3-kimia-kelas-xi.html
Tidak ada komentar:
Posting Komentar