BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang Masalah
Pada dasarnya reaksi kimia berlangsung dengan laju
(kecepatan) yang berbeda-beda. Ada reaksi yang berlangsung seketika, seperti
bom atau petasan yang meledak. Ada juga reaksi yang berlangsung sangat lambat,
seperti perkaratan besi atau fosilisasi sisa organisme. Selain itu laju reaksi
kimia ternyata dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti suhu, konsentrasi, luas
permukaan, katalisator, tekanan, dan volume. Laju menyatakan seberapa cepat
atau seberapa lambat suatu proses berlangsung. Laju juga menyatakn besarnya
perubahan yang terjadi dalam satuan waktu. Satuan waktu tersebut dapat berupa
detik, menit, jam, hari, bulan, ataupun tahun. Reaksi kimia adalah proses
perubahan zat pereaksi menjadi produk. Seiring dengan bertambahnya waktu
reaksi, maka jumlah zat pereaksinya akan semakin sedikit, sedangkan produk
semakin banyak. Laju reaksi dinyatakan sebagai laju berkurangnya pereaksi atau
terbentuknya produk. Setiap pereaksi disertai suatu perubahan fisis yang
diamati, seperti pembentukan endapan, gas, atau perubahan warna. Kelajuan
reaksi dapat dipelajari dengan mengukur salah atau dari perubahan tersebut.
Bagi reaksi yang menghasilkan gas, maka kelajuan reaksinya dapat dipelajari
dengan mengukur volume gas yang dihasilkan. Bagi reaksi yang disertai perubahan
warna, maka kelajuan reaksinya dapat ditentukan dengan mengukur perubahan
intensitas warnanya. Bagi reaksi yang menghasilkan endapan, maka kelajuan
reaksinya dapat ditentukan dengan mengukur waktu yang diperlukan untuk
membentuk sejumlah endapan.
B. Rumusan
Masalah
1.
Apa
yang dimaksud dengan konsep laju reaksi ?
2.
Bagaimana
cara menentukan laju reaksi ?
3.
Bagaimana
penentuan laju penguraian dan laju pembentukan ?
4.
Bagaimana
cara menghitung orde reaksi dari data suatu percobaan ?
5.
Bagaimana
cara menentukan hukum laju reaksi ?
C. Tujuan
Penulisan
1.
Makalah ini dibuat
dengan tujuan untuk memenuhi tugas mahasiswa prodi kimia dalam mata kuliah Kimia Fisik 2.
2.
Makalah
ini juga dapat membantu pembaca untuk mengetahui Konsep Laju Reaksi
3.
Makalah
ini dapat membantu pembaca untuk mengetahui cara menentukan laju reaksi,
cara penentuan laju penguraian dan laju pembentukan,cara menghitung orde reaksi
dari data suatu percobaan, dan cara menentukan hukum laju reaksi.
4.
Makalah
ini juga diharapkan dapat menambah pengetahuan pembaca tentang laju
reaksi.
D. Manfaat
Manfaat dari penulisan
makalah ini adalah sebagai berikut:
1.
Memberikan
informasi bagi Dosen
dan Mahasiswa tentang
laju reaksi
2.
Menjadi
informasi bagi masyarakat luas.
3.
Membantu
memberikan informasi tentang cara menentukan laju reaksi, cara penentuan laju
penguraian dan laju pembentukan,cara menghitung orde reaksi dari data suatu
percobaan, dan cara menentukan hukum laju reaksi.
E.
Metode
Makalah ini ditulis
dengan menggunakan metode studi pustaka dan
juga data-data yang di ambil bersumber dari internet.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1
Konsep Laju Reaksi
Kecepatan(laju
reaksi) adalah pengurangan konsentrasi reaksi pereaksi per satuan waktu, atau
pertambahan konsentrasi hasil reaksi per satuan waktu.
Laju reaksi (V) dapat diungkapkan
sebagai berikut :
·
Besarnya
pengurangan konsentrasi A per satuan waktu: V = -
·
Besarnya
pengurangan konsentrasi B per satuan waktu: V = -
·
Besarnya
pertambahan konsentrasi AB per satuan waktu: V = +
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.
Suatu reaksi
berlangsung karena terjadi tumbukan efektif antarmolekul. Makin sering terjadi
tumbukan maka reaksi makin cepat.
Faktor-faktor yang mempengaruhi
laju reaksi :
Ø Luas permukaan sentuh
Luas permukaan sentuh memiliki peranan yang sangat penting. Semakin luas permukaan bidang sentuh, tumbukan yang terjadi antar partikel semakin besar sehingga laju reaksi semakin cepat. Begitu juga, apabila semakin kecil luas permukaan bidang sentuh, maka semakin kecil tumbukan yang terjadi antar partikel, sehingga laju reaksi pun semakin kecil. Karakteristik kepingan yang direaksikan juga turut berpengaruh, yaitu semakin halus kepingan itu, maka semakin cepat waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi; sedangkan semakin kasar kepingan itu, maka semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi.
Ø Suhu
Suhu
juga turut berperan dalam mempengaruhi laju reaksi. Apabila suhu pada suatu
reaksi yang berlangsung dinaikkan, maka menyebabkan partikel
semakin aktif bergerak, sehingga tumbukan yang terjadi
semakin sering, menyebabkan laju reaksi semakin besar. Sebaliknya, apabila suhu
diturunkan, maka partikel semakin tak aktif, sehingga laju reaksi semakin
kecil.
Katalisator
atau katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi kimia pada suhu
tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri.
Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk.
Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi
pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi.
Ø Molaritas
Molaritas
adalah banyaknya mol zat terlarut tiap satuan volum zat pelarut. Hubungannya
dengan laju reaksi adalah bahwa semakin besar molaritas suatu zat, maka semakin
cepat suatu reaksi berlangsung. Dengan demikian pada molaritas yang rendah
suatu reaksi akan berjalan lebih lambat daripada molaritas yang tinggi.
Ø Konsentrasi Pereaksi
Karena persamaan laju reaksi didefinisikan dalam bentuk
konsentrsi reaktan maka dengan naiknya konsentrasi maka naik pula
kecepatan reaksinya. Artinya semakin tinggi konsentrasi maka semakin banyak
molekul reaktan yang tersedia dengan demikian kemungkinan bertumbukan akan
semakin banyak juga sehingga kecepatan reaksi meningkat.
Persamaan Laju
Reaksi
Untuk reaksi kimia :
aA
+ bB → Pp + qQ
hubungan antara laju reaksi dengan molaritas
adalah V = k [A]m [B]n dengan:
V = Laju reaksi
k = Konstanta laju reaksi
m = Orde reaksi zat A
n = Orde reaksi zat B
Orde reaksi zat A dan zat B hanya bisa
ditentukan melalui percobaan.
Dalam
sistem tertutup konstan, laju reaksi kimia didefenisikan secara sederhana
sebagai kecepatan perubahan konsentrasi reaktan atau produk satuan waktu.
Konsentrasi diberikan dalam jumlah unit tertentu dalam satuan volume, misalnya
mol per liter atau mmol per ml. Apabila kecepatan reaksi itu dipengaruhi oleh
stokiometri maka reaksi dapat dituliskan sebagai berikut :
Laju = r = -
=
= +
= +
Bila reaksi itu berlangsung pada volume
konstan untuk semua komponen maka konsentrasi merupakan fungsi dari diffusi,
reaksi dan volume; secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :
dC=
V.D
dt+
V.R dt+
R.D
dv
Dimana V,D,dan R adalah simbol untuk
volume,diffusi, dan reaksi. Bentuk differensial untuk volume tidak berubah atau
tidak diffusi atau tidak ada reaksi kimia. Jika C adalah jumlah mol unit volume
, maka :
=
+
2
Dan
R.D
=
Dari defenisi laju reaksi dalam sistem
tertutup.
V.D=
aR
Dimana a adalah koefisien stokiometri dari persamaan untuk reaksi total. Tanda yang dipakai yaitu positif untuk produk dan negatif untuk reaktan.
Dimana a adalah koefisien stokiometri dari persamaan untuk reaksi total. Tanda yang dipakai yaitu positif untuk produk dan negatif untuk reaktan.
2.2
Perhitungan Laju Reaksi
1.
Reaksi
pembakaran ammonia :
4NH3 (g) + 5O2(g) ® 4NO(g) + 6H2 O(g)
Jika pada waktu tertentu diketahui laju
reaksi ammonia sebesar 0,24 mol L-1 det -1 maka laju reaksi oksigen (O2 ) dan
laju reaksi pembentukan H2O berturut-turut adalah ?
Di ketahui :
a. V NH3
= 0,24 mol L-1 det -1
b. Reaksi : 4NH3 (g) + 5O2(g) ® 4NO(g) + 6H2 O(g)
Di tanya :
a. Vo2 =…… ?
laju reaksi
b. VH2O=......?
laju reaksi
Penyelesaian :
Perubahan laju reaksi = perubahan
koefisien reaksi
Koefisien O2
a.
VO2 = x ( V.NH3 )
Koefisien NH3
Koefisen H2O
b. V H2O = x (V. NH3
)
Koefisen NH3
2.
Data
eksperimen reaksi : A + B AB
Sebagai
berikut :
Perc
|
[ A ]
|
[ B ]
|
Waktu (detik)
|
1
|
O,1
|
0,2
|
36
|
2
|
O,2
|
0,2
|
18
|
3
|
0,4
|
0,2
|
9
|
4
|
0,4
|
0,1
|
18
|
5
|
0,4
|
0,005
|
36
|
Dari
percobaan tersebut dapat disimpulkan tingkat reaksi totalnya adalah………
Orde terhadap A(x) percobaan 1 dan 2
2= 2x®
x =1
. orde terhadap B(y)
percobaan 3 dan 4:
Tingkat
reaksi total = 1 + 1 = 2
3. Untuk reaksi A + B AB, diperoleh data sebagai berikut : jika
konsentrasi A dinaikkan dua kali pada konsentrasi B tetap, laju reaksi menjadi
dua lebih besar. Jika konsentrasiaksi menjadi delapan kali A dan B masing – masing dinaikkan dua kali
laju reaksi menjadi delapan kali lebih besar. Persamaaan laju reaksi adalah……
Penyelesaian ;
Persamaan kecepatan reaksi ;
V
= k [ A ] x [ B ] y
-
Orde
terhadap A (x) :
(
-
Orde
terhadap B (y):
4 = 2y y = 2
-
Persamaan
laju reaksi ; v = k [ A ] [ B ]2
4.
Dari
percobaan laju reaksi :
2H2
+ 2 NO 2H2O + N2 diperoleh
data sebagai berikut :
No
|
[ H2 ]
|
[ NO ]
|
V (M/detik)
|
1
|
0,1
|
0,1
|
30
|
2
|
0,5
|
0,1
|
150
|
3
|
0,1
|
0,3
|
270
|
Persamaan
laju reaksi untuk reaksi diatas adalah………..
Penyelesaian
:
Persamaan
kecepatan reaksi :
V
= k [ H2 ]x [ NO ]y
-
Orde
terhadap H2(x) percobaan 1 dan 2:
5
= 5x x = 1
-
Orde
terhadap N2(y) percobaan 1 dan 3;
9
= 3y y = 2
-
Persamaan
laju reaksi :
V
= k [ H2 ] [ NO ]2
2.3
Penentuan Laju Penguraian
dan Laju Pengurangan
Dalam mengukur laju reaksi, perlu
dilakukan analisis secara langsung maupun tak langsung tak langsung banyaknya,
produk yang terbentuk atau banyaknya reaksi yang tersisa setelah penggal waktu
tertentu. Contoh :
2 NO2 (g) ® N2
(g) +2 O2(g)
Laju reaksi kimia dapat dinyatakan
sebagai laju penguraian konsentrasi molar NO2 atau Laju pertambahan
konsentrasi molar N2 dan O2.
VNO2=
VN2=
VO2=
Keterangan :
V
= laju reaksi (m/s)
dt
= satuan waktu (s)
= konsentrasi NO2
=
konsentrasi O2
=
konsentrasi N2
Catatan : tanda negatif ( - ) = reaksi penguraian
tanda positif ( + ) = reaksi pembentukan
Sebagai
bahan kajian, dimisalkan kita melakukan reaksi fasa gaspenguraian dinitrogen
pentoksida, N2O5. Ketika zat ini dipanaskan dalam fasa
gas, akan terurai membentuk nitrogen dioksida dan oksigen, Sesuai dengan
perbandingan koefisien reaksinya, laju pembentukan O2 adalah
setengah dari laju pengurangan NO2, yaitu : 2N2O5(g) ®
4 NO2(g) + O2
VN2O5
=
VNO2
= V O2
Dalam hal ini laju
penguraian N2O5 dan laju
pembentukan O2 mudah dihubungkan secara steikiometri. Dua mol N2O5
terurai membentuk satu mol oksigen , sehingga laju penguraian N2O5dua
kali laju pembentukan oksigen. Untuk menyamakan lajunya, laju penguraian N2O5harus
dibagi dua (angka 2 merupakan koefisien pada persamaan kimia setara).
Laju penguraian
N2O5
|
=
|
Laju pembentukan
NO
|
=
|
Laju pembentukan
O2
|
2.4
Penentuan Order Reaksi dari Data Percobaan
Salah satu tujuan
utama pengkajian kinetika kimia adalah menentukan tiap tahap reaksi reaksi
individu yang terlibat dalam pengubahan pereaksi menjadi produk. Cara untuk
mempelajari suatu mekanisme reaksi ialah menetapkan order reaksi. Sekali order
reaksi diketahui, dapatlah dipilih mekanisme yang sangat mungkin disisihkan
mekanisme yang kurang mungkin.
Pada prosedur
percobaan untuk mengukur laju reaksi kimia, perlulah menanalisis secara
langsung maupun tak-langsung banyaknya produk yang terbentuk atau banyaknya
pereaksi yang tersisa setelahnya penggal-penggal waktu yang sesuai. Karena laju
reaksi kimia terpengaruh oleh perubahan temperatur, perlu mengatur menjaga agar
campuran reaksi temperaturnya konstan. Biasanya persyaratan ini dapat dipenuhi
dengan membenamkan bejana reaksi dalam air atau minyak yang temperaturnya
diatur secara termostatis (konstan). Metode untuk menentukan konsentrasi
pereaksi ataupun produk bermacam-macam menurut jenis reaksi yang diselidiki dan
keadaan fisika dari komponen reaksi.
Sekali data percobaan
untuk suatu reaksi tertentu telah dikumpulkan, data tersebut dapat dikumpulkan
dalam bentuk tabel atau sebagai suatu grafik. Orde reaksi dapat dicari dengan
mentukan bagaimana pengeruh konsentrasi pada laju reaksi.
Tabel
1 Persamaan Laju Reaksi
Reaksi
|
Orde
|
Bentuk
Diferensial
|
Bentuk
Integrasi
|
Satuan k
|
A produk (s)
|
1
|
Laju
= k [A]
|
s-1
|
|
2A produk (s)
|
2
|
Laju
= k [A]2
|
L
. mol-1 . s-1
|
|
xA+yB
produk (s)
|
3
|
Laju
=k [A][B]
|
L
. mol-1 . s-1
|
a.
Satuan
laju dalam tiap kasus adalah mol.L-1.s-1[A]0 ialah
konsentrasi A pada waktu 0 (konsentrasi awal), dan [A]t ialah
konsentrasi setelah lewatnya waktu t.
b.
Bentuk
diferensial dan integrasi dari suatu persamaan laju adalah sekedar dua cara
yang setara yang secara matematis menghubungkan laju reaksi dengan konsentrasi
pereaksi yang berubah-ubah. Untuk menggunakan persamaan ini, tidaklah perlu
untuk mengetahui cara aljabar yang mengubah bentuk yang satu ke bentuk yang
lain.
Prosedur yang lazim
adalah memulainya dengan suatu persamaan laju yang mungkin berlaku untuk reaksi
yang sedang dipelajari itu. Tiga persamaan semacam itu dicantumkan pada tabel
diatas. Bentuk integrasi dari persamaan laju ini diterapkan pada data kinetic
percobaan untuk mengetahui mana yang tercocok. Kecocokan itu dapat ditentukan
dalam sejumlah cara : (a) dengan cara menghitung tetapan laku, k (b) dengan
suatu aluran grafik, (c) dengan menentukan waktu-paruh reaksi itu. Persamaan
yang paling cocok akan menunjukan orde reaksi tersebut.
1. Penentuan
Reaksi Orde Pertama
a. Perhitungan
k untuk Reaksi Orde-Pertama
Persamaan
laju untuk reaksi orde-pertama, laju = k [A], dimana [A] ialah konsentrasi zat
yang bereaksi dalam mol per liter, dapat juga dinyatakan dalam bentuk,
……………………………………………(a)
Atau
…………………...........................................(b)
Untuk
menggambarkan penggunaan persamaan k
tersebut diatas untuk menghitung tetapan laju, k, untuk suatu reaksi orde-pertama, akan diperhatikan suatu reaksi
antara suatu logam alkali, M, dan ammonia cair sebagai contoh :
M + NH3 MNH3 +
H2
Banyak reaksi
orde-lebih tinggi akan Nampak sebagai reaksi orde pertama jika salah satu
pereaksi berada dalam jumlah besar sehingga konsentrasinya tidak berubah secara
nyata selama reaksi itu. Seperti misalnya dalam hal reaksi logam-amonia itu.
Suatu logam, misalnya kalium, dalam jumlah sangat kecil dilarutkan dalam
ammonia cair yang volumenya relative besar (cukup untuk membuat larutan
sekecil, missal, 1 x 10-3 M). Amonia yang bereaksi sangat sedikit
sehingga banyaknya ammonia praktis sama dari awal sampai akhir. Amonia itu
dikatakan berada dalam konsentrasi yang membanjir. Persamaan laju untuk
menghilangnya logam dapat ditulis sebagai.
laju = k’[A][NH3] dengan:
[A] ialah konsentrasi logam. Tetapi karena [NH3]
konstan, hasil kali k’ [NH3]
juga konstan, sebesar k, sehingga
persamaan laju dapat ditulis sebagai.
laju = k[A]
Suatu
reaksi, yang nampak seperti orde pertama meskipun melibatkan lebih dari satu
pereaksi, disebut reaksi orde pertama-semu. Untuk reaksi kalium-amonia, laju
itu diikuti secara eksperimen dengan menentukan perubahan warna larutan dengan
berjalannya waktu. Larutan pereaksi adalah biru tua pada mulanya, kemudian
perlahan-lahan warna itu memucat dan menjadi praktis tak berwarna ketika reaksi
hamper selesai. Banyaknya kalium yang tak bereaksi yang masih tinggal dalam
larutan ditentukan oleh intensitas warna yang masih bertahan, yang diukur
dengan sel fotolistrik. Data untuk suatu percobaan yang khas dicantumkan dalam
tabel perubahan konsentrasi molar kalium dengan berjalannya waktu reaksi
kalium-amonia. Dari data tersebut tetapan laju orde-pertama dapat dihitung
dnegan menggunakan persamaan (b). Fakta
bahwa harga k yang dihitung dalam cara ini (lihat kolom terakhir dalam
Tabel 2) ini cukup konstan menunjukkan
bahwa reaksi ini memang orde-pertama.
Tabel 2. Perubahan
konsentrasi molar kalium dengan berjalannya waktu untuk reaksi
K + NH3 K+ + NH2-
+
H2
Waktu
|
Intensitas
|
Konsentrasi
|
Log
Konsentrasi
|
Laju reaksi
|
|
Jam
|
menit
|
Warna
|
Molar
|
Molar
|
k
x 102 , h-1
|
0
|
0
|
1.702
|
1.13
x 10-3
|
-2.947
|
-
|
2
|
33
|
1.476
|
9.80 x 10-4
|
-3.009
|
5.59
|
4
|
34
|
1.322
|
8.77
|
-3.057
|
5.55
|
6
|
36
|
1.196
|
7.94
|
-3.100
|
5.35
|
9
|
38
|
0.996
|
6.62
|
-3.179
|
5.55
|
12
|
31
|
0.841
|
5.59
|
-3.253
|
5.62
|
21
|
26
|
0.506
|
3.36
|
-3.474
|
5.66
|
Contoh soal 1.
Gunakan konsentrasi awal kalium
dalam Tabel 2 dan konsentrasi setelah 4 jam dana 34 menit untuk menghitung laju
reaksi, k, untuk reaksi kalium-amonia.
Jawab :
Persamaan (b) dipecahkan dengan t
= 4 h, 34 min = 4.57 h ;
[A]0 = 1.13 x 10-3
M; dan [A]t = 8.77 x 10- 4 M :
k =
=
=
=
5.54 x 10-2 h-1
Perhitungan ini dilakukan dengan
menggunakan tabel logaritma untuk menemukan logaritma 0,1099. Jika Anda
mempunyai kalkulator dengan fungsi logaritma, perhitungan langsung akan
menghasilkan k = 5,55 x 10-2 h-h.
Untuk menggunakan fungsi ln pada suatu
kalkulator, didapat persamaan (b) ditulis dalam bentuk :
maka, k = 5.55 x 10-2 h-1.
b. Alur
Grafik untuk Reaksi Orde-Pertama
Laju khas dari berkurangnya konsentrasi reaksi orde-pertama
ditunjukan oleh alur yang ditunjukkan dalam Grafik 1. Karena laju reaksi
orde-pertama berbandingan lurus denagn [A], laju reaksi menurun dengan berkurangnya
[A]. Laju itu mendekati nol tetapi tak pernah mencapai nol, seperti ditunjukan
oleh lengkungan dalam Grafik 1(a). Bila perubahan konsentrasi tak dapat lagi
diukur, reaksi itu dianggap sudah selesai. Jadi sistem dikatakan berada dalam
kesetimbangan.
Grafik 1. Dua cara mengalurkan data dari dalam
Tabel 2. Dalam masing-masing cara, setelah suatu garis yang lancar ditarik
melewati atau di dekat titik-titik yang dicantumkan, suatu titik yang mudah
dibaca dipilih sebagai konsentrasi “awal” (A
atau A’) pada waktu “awal” (t1 atau t1’). Kemudian dicari
titik pada lengkungan yang berpadanan dengan separuh konsentrasi awal (
atau
), dan waktu kapan
konsentrasi setengah-awal ini dicapai (t2 atau t2’).
Waktu yang diperlukan agar separuh dari konsentrasi awal ini bereaksi adalah t2
– t1= t1/2.
Untuk suatu reaksi orde pertama, suatu
alur konsentrasi, log [A] t, lawan waktu, adalah suatu garis lurus [lihat
grafik 1(b)]. Alur tipe ini sering kali digunakan untuk mengevaluasi tetapan
laju , k. Persamaan (b) ditulis dalam bentuk :
……………………………(c)
Kuantitas dalam tanda kurung adalah arah
lereng garis lurus, jadi
…………………………… (d)
Karena arah lereng itu sendiri negative,
maka k adalah positif. Arah lereng
untuk reaksi kalium-amonia dapat diperkirakan dari Grafik 1(b). Dengan
menggunakan titik-titik data pada t = 27
dan t = 0 jam, diperoleh
Kemudian k dihitung dari Persamaan (d) :
Pemecahan grafik ini sesuai dengan
pemecahan aritmetik (hitungan) Contoh soal 1.
C. Penentuan
Waktu-Paruh
Seperti diilustrasikan oleh kedua alur yang ditunjukan dalam
Grafik 1, terdapat suatu selang-waktu tertentu untuk reaksi orde-pertama, yang
disebut waktu-paruh, t1/2, bagi konsentrasi
tertentu mana saja untuk berkurang menjadi separuhnya. Untuk suatu reaksi yang
cepat, waktu-paruh dapat hanya sepersekian detik; untuk reaksi yang lambat,
dapat bertahun-tahun.
Waktu-paruh untuk reaksi orde-pertama dapat diperkirakan dari
suatu grafik data tersebut, seperti ditunjukan Grafik 1, atau dapat dihitung
dari bentuk integrasi dari persamaan laju dalam Tabel 2. Bila t = t1/2, konsentrasi [A]t
adalah
,
sehingga
atau
………………………………………………….(e)
Untuk reaksi orde-pertama, diperlukan
waktu yang sama untuk memulai dari konsentrasi apa saja ke separuh konsentrasi
itu. Misalnya diperlukan 12,5 h untuk konsentrasi kalium berkurang dari 8,00 x
10-4 M ke 4,00 x 10-4 M, juga diperlukan 12,5 h untuk
perubahan konsentrasi dari 4,00 x 10-2 M ke 2,00 x 10-2
M. Jika data untuk suatu reaksi menunjukkan bahwa waktu-paruh tidak tergantung
pada konsentrasi awal, maka reaksi yang ditunjukan itu bersifat orde-reaksi
pertama.
Selang waktu selain t1/2 dapat
dihitung jika diperoleh cukup informasi untuk menghitung tetapan laju.
Contoh soal 2
Penguraian termal aseton, (CH3)2C
= 0, pada 6000C adalah reaksi orde-pertama dengan suatu waktu-paruh
80 s.
a.
Hitunglah
laju tetapan, k.
b.
Berapa
waktu yang diperlukan agar 25 persen suatu contoh tertentu terurai ? Agar 85 %
terurai ?
Jawaban :
a.
Tetapan
laju, k, adalah
b.
Bila
25% konsentrasi molar awal dari aseton itu terurai, konsentrasi molar yang
tinggal adalah 75%. Angkabanding [(CH3)2C==O]0
terhadap [(CH3)2C==O]t adalah 1,0:0,75 dan t
dihitung dengan menggunakan Persamaan (a) sebagai berikut :
Angka banding [(CH3)2C==O]0
terhadap [(CH3)2C==O]t setelah 85% bereaksi
adalah 1,0:0,15, dan
D. Persamaan
Reaksi Orde-Kedua
Seperti ditunjukkan di atas, persamaan laju untuk reaksi
orde-kedua umumnya ada dua tipe :
1.
Untuk 2A produk
2.
Untuk A +
B produk
Dengan bentuk integrasi
(dari) persamaan ini yang dicantumkan pada tabel 1, dapat digunakan data
percobaan untuk (1) menghitung harga tetapan laju, k, (2) mengalurkan
grafik-grafik, atau (3) menghitung harga waktu-waktu paruh, t1/1.
Jika data untuk waktu reaksi tertentu cocok dengan salah satu persamaan
orde-kedua, maka reaksi itu terbukti adalah reaksi orde-kedua.
a.
Perhitungan
k untuk Reaksi Orde-Kedua
Untuk
kasus 2A produk, bentuk integrasi
dalam Tabel 1 dapat ditulis sebagai berikut.
…………………………………………………………(f)
Untuk
kasus A + B produk, dimana
konsentrasi awalnya sama, yakni [A]0 = [B]0.Persamaan (F)
juga berlaku.
Hidrolisis basa etil asetat akan digunakan
untuk menunjukan bagaimana tetapan laju orde-kedua itu ditentukan. Dalam Tabel
3 dicantumkan beberapa data untuk reaksi ini.
Tabel
3 Hidrolisis basa etil asetat pada 300C
Waktu
S
|
[OH-]t=[CH3CO2C2H5]t
|
Tetapan laju orde-kedua k x 102, L . mol-1 . s-1
|
Tetapan laju orde-pertama k x 104, s-1
|
0
|
0.0500
|
-
|
-
|
240
|
0.0441
|
1.12
|
5.23
|
540
|
0.0386
|
1.09
|
4.79
|
900
|
0.0337
|
1.07
|
4.38
|
1,440
|
0.0279
|
1.10
|
4.05
|
2,220
|
0.0228
|
1.07
|
3.54
|
3,180
|
0.0185
|
1.07
|
3.13
|
4,980
|
0.0136
|
1.07
|
2.61
|
8,580
|
0.00895
|
1.07
|
2.00
|
Contoh soal 3
Dengan menggunakan
konsentrasi-konsentrasi awal dalam Tabel 3 dan konsentrasi setelah 2.220 detik,
hitunglah suatu tetapan laju, k, untuk hidrolisis basa (dari) etil asetat.
Jawaban :
Konsentrasi awal pereaksi, etil asetat
dana natrium hidroksida, sama, yakni 0,0500 M, sehingga Persamaan (f) dapat
diterapkan. Persamaan itu dipecahkan dengan t = 2.220 s, [A]0 =
0.0500 M, dan [A]t = 0,0228 M :
Harga-harga k, yang dihitung sepert dalam Contoh
soal 3, dipaparkan dalam kolom ketiga dari Tabel 3. Karena kedelapan harga itu
cukup konstan, dapat disimpulkan bahwa reaksi ini order-kedua. Berlawanan
dengan itu, harga k dalam kolom
keempat dihitung dengan menggunakan Persamaan (b) untuk suatu reaksi
orde-pertama. Variasi yang nyata dari harga-harga ini dengan jelas menunjukkan
bahwa reaksi itu bukan orde-pertama.
b.
Alur
grafik untuk suatu Reaksi Orde-Reaksi
Suatu alur konsentrasi
molar dari OH- lawan waktu untuk penanyabunan etil asetat. Untuk
reaksi orde-kedua yang dpat diterapi Persamaan (f), suatu alur dari kebalikan
konsentrasi pereaksi, 1/[A]t, lawan waktu, t, merupakan suatu garis lurus (lihat Grafik 2). Tipe ini dapat
digunakan untuk mengevaluasi tetapan laju, k.
Persamaan (f) dapat juga ditulis sebagai.
…………………………………………………………….(g)
Kuantitas
pada ruas kanan ialah arah-lereng suatu garis lurus, jadi
……………………………………………………….(h)
Arahlereng
untuk reaksi etil asetat dengan natrium hidroksida dapat diperkirakan dari
Grafik 2. Dengan memilih titik-titik pada t = 6.000 s dan t 0 s, orang akan
memperoleh
Grafik 2. Penentuan secara grafik dua waktu-paruh, t1/2,
untuk sebuah reaksi tingkat-dua. Perhatikan bahwa t1/2 untuk
berkurangnya konsentrasi mulai dari 0,250 M adalah dua kali lebih panjang
daripada t1/2 untuk berkurangnya konsentrasi dimulai dari 0,500 M.
Data yang dialurkan berasal dari Tabel 3.
c.
Penentuan
Waktu-Paruh
Waktu-paruh untuk suatu reaksi orde-kedua
dari tipe yang dibahas di atas, dapat diperkirakan dari alur grafik atau dapat
dihitung dari persamaan laju orde-kedua terintegrasi, Persamaan (f). Dengan
mengambil [A]t =
[A]0,
diperoleh
dan
……………………………………………………(i)
Untuk
reaksi penyabunan, t1/2 dihitung dari rata-rata harga k yang dihitung dalam Tabel 3 :
Tidak seperti reaksi orde-pertama, t1/2
untuk suatu reaksi orde-kedua bergantung pada konsentrasi awal pereaksi.
Waktu-paruh berbanding terbalik dengan konsentrasi awal pereaksi. Makin besar
konsentrasi awalnya, makin kecil waktu-paruh itu. Dalm reaksi penyabunan,
misalnya, dalam mana [A]0 adalah 0.0500 M, t1/2 adalah
1.850 s; jika [A]0 sama dengan 0.0250 M, makan t1/2 akan
menjadi 3.700 s.
2.5
Penetapan Hukum-Hukum Laju atau
Persamaan Laju (Rate Lawas or Rate Equations)
Bagaimana
laju reaksi dipengaruhi oleh perubahan konsentrasi pereaksi, tak dapt
diramalkan dari persamaan reaksi keseluruhan. Hal itu ditentukan secara
eksperimental. Misalnya, perhatikan perangkat data eksperimen untuk penguraian
untuk penguraian nitrogen pentoksida, N2O3, dibandingkan
dengan penguraian nitrogen dioksida, NO2, pada 250C :
2N2O5 4NO2 + O2
|
2NO2 2NO + O2
|
||
[N2O5]
|
Laju,
mol . L-1 . s-1
|
[NO2]
|
Laju,
mol . L-1 . s-1
|
0.020
|
0.70
x 10-6
|
0.020
|
0.75
X 10-13
|
0.040
|
1.4
x 10-6
|
0.040
|
3.0
X 10-13
|
0.080
|
2.8
x 10-6
|
0.080
|
12.0
X 10-13
|
Tiap
kali konsentrasi N2O5 dikuadratkan, laju reaksi
penguraian pertama menjadiduakali. Di pihak lain, bila konsentrasi NO2 dikuadratkan
dalam reaksi kedua, laju penguraian berlipat empa. Oleh karena itu,
laju reaksi pertama berbanding lururs dengan konsentrasi N2O5,
sedangkan laju reaksi kedua berbanding lururs dengan kuadrat konsentrasi NO2.
Fakta-fakta yang ditetapkan secara
eksperimen ini dapat dipaparkan secra matematis sebagai
Masing-masing
perbandingan ini dapat diubah menjadi persamaan, dengan menggunakan suatu
tetapan, k :
Suatu
persamaan yang memberikan hubungan antara laju reaksi dan konsentrasi pereaksi
disebut persamaan laju atau hukum
laju. Tetapan kesebandingan k
dirujuk sebagai tetapan laju untuk
suatu reaksi tertentu. Karena konsentrasi pereaksi, [N2O5]
atau [NO2] dalam contoh ini, berkurang dengan berlangsungnya reaksi,
laju semakin berkurang. Tetapi tetapan laju k
tetap tak berubah sepanjang perjalanan reaksi. Jadi, laju reaksi memberikan
suatu ukuran yang memudahkan untuk kecepatan reaksi. Makin cepat reaksi makin
besar harga k; makin lambat reaksi, m akin kecil harga k tersebut.
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
v Kecepatan(laju reaksi) adalah pengurangan konsentrasi reaksi pereaksi per satuan waktu, atau pertambahan konsentrasi hasil reaksi per satuan waktu. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi : Luas permukaan sentuh, Suhu, Molaritas, Konsentrasi Pereaksi.
v Persamaan
Laju Reaksi, Untuk reaksi kimia : aA + bB → Pp + qQ
Hubungan antara laju reaksi dengan molaritas
adalah V = k [A]m [B]n dengan:
V = Laju reaksi
k = Konstanta laju reaksi
m = Orde reaksi zat A
n = Orde reaksi zat B
v Suatu selang-waktu
tertentu untuk reaksi orde-pertama, yang disebut waktu-paruh, t1/2,
bagi konsentrasi tertentu mana saja untuk berkurang menjadi separuhnya. Untuk
suatu reaksi yang cepat, waktu-paruh dapat hanya sepersekian detik; untuk
reaksi yang lambat, dapat bertahun-tahun.
v Suatu persamaan yang
memberikan hubungan antara laju reaksi dan konsentrasi pereaksi disebut persamaan laju atau hukum
laju. Tetapan kesebandingan k
dirujuk sebagai tetapan laju untuk
suatu reaksi tertentu.
B. Saran
Semoga makalah ini dapat membantu mahasiswa dalam
menambah wawasan selain itu, menambah koleksi bacaaan. Melalui Makalah tentang
laju reaksi ini kami berharap bisa memecahkan masalah dalam materi Kimia
Fisik yang tidak tahu menjadi Tahu.
DAFTAR PUSTAKA
Atkins,Pw. 1993. Kimia
Fisika Jilid 2 edisi keempat. Erlangga : Jakarta
Keenan, dkk. Kimia
Untuk Universitas. Erlangga : Jakarta
Sadiana, I Made. 2002. Kimia Fisika 2. Universitas Palangkaraya : Palangkaraya
Sumarjono. 2009. Jalan
Pintas Pintar Kimia. Andi :Yogyakarta
Sunarya, yayan. 2002. Kimia Dasar II. Alkeni Grafisinda Press: Bandung
Tidak ada komentar:
Posting Komentar