40. LAJU, ORDE, KATALIS

Order Reaksi dan Persamaan Laju
.
Merubah konsentrasi dari suatu zat di dalam suatu reaksi biasanya merubah juga laju reaksi. Persamaan laju menggambarkan perubahaan ini secara matematis. Order reaksi adalah bagian dari persamaan laju. Halaman ini memperkenalkan dan menjelaskan berbagai istilah yang perlu Anda tahu.

Persamaan Laju

Mengukur laju reaksi

Ada beberapa cara untuk mengukur laju dari suatu reaksi. Sebagai contoh, jika gas dilepaskan dalam suatu reaksi, kita dapat mengukurnya dengan menghitung volume gas yang dilepaskan per menit pada waktu tertentu selama reaksi berlangsung.

Definisi Laju ini dapat diukur dengan satuan cm3s-1

Bagaimanapun, untuk lebih formal dan matematis dalam menentukan laju suatu reaksi, laju biasanya diukur dengan melihat berapa cepat konsentrasi suatu reaktan berkurang pada waktu tertentu.

Sebagai contoh, andaikan kita memiliki suatu reaksi antara dua senyawa A dan B. Misalkan setidaknya salah satu mereka merupakan zat yang bisa diukur konsentrasinya-misalnya, larutan atau dalam bentuk gas.

Untuk reaksi ini kita dapat mengukur laju reaksi dengan menyelidiki berapa cepat konsentrasi, katakan A, berkurang per detik.

Kita mendapatkan, sebagai contoh, pada awal reaksi, konsentrasi berkurang dengan laju 0.0040 mol dm-3 s-1.

Hal ini berarti tiap detik konsentrasi A berkurang 0.0040 mol per desimeter kubik. Laju ini akan meningkat seiring reaksi dari A berlangsung.

Kesimpulan

Untuk persamaan laju dan order reaksi, laju reaksi diukur dengan cara berapa cepat konsentrasi dari suatu reaktan berkurang. Satuannya adalah mol dm-3 s-1

Order reaksi

Halaman ini tidak akan mendefinisikan apa arti order reaksi secara langsung, tetapi mengajak kita untuk mengerti apa itu order reaksi.

Order reaksi selalu ditemukan melalui percobaan. Kita tidak dapat menentukan apapun tentang order reaksi dengan hanya mengamati persamaan dari suatu reaksi.

Jadi andaikan kita telah melakukan beberapa percobaan untuk menyelidiki apa yang terjadi dengan laju reaksi dimana konsentrasi dari satu reaktan, A, berubah, Beberapa hal-hal sederhana yang akan kita temui adalah ;

Kemungkinan pertama : laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi A

Hal ini berarti jika kita melipatgandakan konsentrasi A, laju reaksi akan berlipat ganda pula. JIka kita meningkatkan konsentrasi A dengan faktor 4, laju reaksi pun akan menjadi 4 kali lipat.

Kita dapat mengekspresikan persamaan ini dengan simbol :

Adalah cara yang umum menulis rumus dengan tanda kurung persegi untuk menunjukkan konsentrasi yang diukur dalam mol per desimeter kubik (liter).

Kita juga dapat menulis tanda berbanding lurus dengan menuliskan konstanta (tetapan), k.

Kemungkinan lainnya : Laju reaksi berbanding terbalik dengan kuadrat konsentrasi A

Hal ini berarti jika kita melipatgandakan konsentrasi dari A, laju reaksi akan bertambah 4 kali lipat (22). Jika konsentras dari Ai ditingkatkan tiga kali lipat, laju reaksi akan bertambah menjadi 9 kali lipat (32). Dengan simbol dapat dilambangkan dengan:


Secara umum
,

Dengan melakukan percobaan yang melibatkan reaksi antara A dan B, kita akan mendapatkan bahwa laju reaksi berhubugngan dengan konsentrasi A dan B dengan cara :

Hubungan ini disebut dengan persamaan laju reaksi :

Kita dapat melihat dari persamaan laju reaksi bahwa laju reaksi dipengaruhi oleh pangkat dari konsentrasi dari A dan B. Pangkat-pangkat ini disebut dengan order reaksi terhadap A dan B

Jika order reaksi terhadap A adalah 0 (no), berarti konsentrasi dari A tidak mempengaruhi laju reaksi.

Order reaksi total (keseluruhan), didapat dengan menjumlahkan tiap-tiap order. Sebagai contoh, di dalam reaksi order satu terhadap kedua A dan B (a = 1 dan b = 1), order reaksi total adalah 2. Kita menyebutkan order reaksi total dua.

Beberapa contoh

Tiap contoh yang melibatkan reaksi antara A dan B, dan tiap persamaan laju didapat dari ekperimen untuk menentukan bagaimana konsentrasi dari A dan B mempengaruhi laju reaksi.

Contoh 1:

Dalam kasus ini, order reaksi terhadap A dan B adalah 1. Order reaksi total adalah 2, didapat dengan menjumlahkan tiap-tiap order.

Contoh 2:

Pada reaksi ini, A berorder nol karena konsentrasi A tidak mempengaruhi laju dari reaksi. B berorder 2 , sehingga order reaksi total adalah dua.

Contoh 3:

Pada reaksi ini, A berorder satu dan B beroder nol, karena konsentrasi B tidak mempengaruhi laju reaksi. Order reaksi total adalah satu.

Bagaimana bila kita memiliki reaktan-reaktan lebih dari dua lainnya?

Tidak menjadi masalah berapa banyak reaktan yang ada. Konsentasi dari tiap reaktan akan berlangsung pada laju reaksi dengan kenaikan beberapa pangkat. Pangkat-pangkat ini merupakan order tersendiri dari setiap reaksi. Order total (keseluruhan) dari reaksi didapat dengan menjumlahkan tiap-tiap order tersebut.

Ketetapan laju

Hal yang cukup mengejutkan, Ketetapan laju sebenarnya tidak benar-benar konstan. Konstanta ini berubah, sebagai contoh, jika kita mengubah temperatur dari reaksi, menambahkan katalis atau merubah katalis.

Tetapan laju akan konstan untuk reaksi yang diberikan hanya apabila kita mengganti konsentrasi dari reaksi tersebut. Anda akan mendapatkan efek dari perubahaan suhu dan katalis pada laju konstanta pada halaman lainnya.

Kalkulasi yang melibatkan order reaksi

Anda akan dapat menghitung order dari reaksi dan tetapan laju dari data yang diberikan maupun dari hasil percobaan yang Anda lakukan.

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

Order Reaksi dan Mekanisme
.
Halaman ini menitikberatkan pada hubungan antara order reaksi dan mekanisme dalam beberapa kasus sederhana. Halaman ini menyelidiki apa itu mekanisme, dan konsep tentang langkah penentuan laju reaksi. Halaman ini juga menjelaskan perbedaan antara beberapa istilah yang membingungkan antara “order reaksi” dan “molekularitas reaksi”.

Mekanisme Reaksi

Apa itu mekanisme reaksi?

Dalam perubahaan kimia, beberapa ikatan-ikatan diceraikan dan ikatan-ikatan baru dibentuj. Tidak jarang, perubahan-perubahaan ini begitu rumit untuk dilangsungkan dalam satu langkah sederhana. Melainkan, reaksi sering berlangsung dalam beberapa tahap perubahaan-perubahaan kecil.

Mekanisme reaksi menjelaskan satu atau lebih langkah yang terjadi di reaksi sehingga mampu menggambarkan bagaimana beberapa ikatan tercerai dan terbentuk. Contoh-contoh berikut ini berdasar dari kimia organik yang mudah dimengerti walaupun misalnya Anda tidak terbiasa dengannya.

Reaksi dibawah ini merupakan reaksi 2-bromo-2-metilpropan dengan ion hidroksi dari larutan natrium hidroksi.

Reaksi keseluruhan adalah pergantian atom brom dalam senyawa organik dengan gugus OH.

Hal pertama yang terjadi ialah ikatan karbon-brom dalam komposisi sedikit bercerai menjadi ion-ion:

Ikatan karbon-brom cukup kuat, sehingga reaksi ini berlangsung lambat. Jika ion-ion inti bertumbukan satu dengan yang lainnya, ikatan kovalen akan terbentuk kembali. Tanda anak panah dalam persamaan menunjukkan perpindahan dari sepasang elektron.

Jika terdapat ion hidroksi dalam konsentrasi pekat, ion positif akan memiliki kemungkinan tinggi untuk ditumbuk oleh ion-ion hidroksi. Langkah keseluruhan reaksi akan berlangsung cepat. Ikatan kovalen baru akan dibentuk antara karbon dan oksigen, menggunakan satu dari sepasang elektron kosong dari atom oksigen.

Karena ikatan karbon-oksigen kuat, sekali gugus OH berdempet dengan atom karbon, mereka akan cenderung untuk terus berdempet.

Mekanisme menunjukkan reaksi berlangsung dalam dua langkah dan mengdeskripsikan secara jelas bagaimana langkah-langkah itu berlangsung dalam ikatan-ikatan yang tercerai dan terbentuk. Mekanisme juga menggambarkan bahwa langkah-langkah laju reaksi berbeda -satu lambat dan satunya cepat.

Langkah penentuan laju reaksi

Laju reaksi keseluruhan (dimana pengukurannya diperlukan beberapa eksperimen) dikontrol oleh laju reaksi yang paling lambat. Dalam contoh diatas, ion hidroksi tidak dapat berinteraksi dengan ion positif sampai ion positif terbentuk. Lankah kedua dapat diandaikan dengan reaksi yang menunggu langkah laju reaksi pertama terbentuk.

Langkah reaksi lambat ini disebut juga dengan langkah penentuan laju reaksi.

Sepanjang terdapat beberapa macam laju yang berbeda dari langkah-langkah, ketika kita mengukur laju suatu reaksi, sebenarnya kita mengukur langkah penentuan laju reaksi.

Mekanisme reaksi dan order reaksi

Contoh-contoh yang kita gunakan pada halaman ini merupakan contoh yang sederhana dimana reaksi berlangsung dalam order 0, 1 atau 2. Dimana langkah reaksi lambat berlangsung sebelum langkah-langkah reaksi cepat lainnya.

Contoh 1

Mekanisme dibawah ini merupakan mekanisme yang telah kita bahas. Bagaimana kita tahu mekanisme berlangsung seperti ini?

Dengan melakukan eksperimen laju reaksi, kita dapat menemukan persamaan laju sebagai berikut :

Reaksi ini berorder satu terhadap senyawa organik dan beroder nol terhadap ion hidrokis. Konsentrasi dari ion hidroksi tidak mempengaruhi laju reaksi keseluruhan.

Bila ion hidroksi mengambil bagian dalam langkah reaksi lambat, peningkatan dari konsentrasi akan mempercepat reaksi. Namun peningkatan konsentrasi ini tidak memiliki perubahaan yang berarti, sehingga konsentrasi ion hidroksi berada dalam bagian langkah reaksi cepat.

Peningkatan konsentrasi ion hidroksi akan mempercepat langkah reaksi cepat, tetapi hal ini tidaklah memberikan pengaruh yang berarti pada laju reaksi keseluruhan. Dimana reaksi keseluruhan ditentukan oleh cepatnya laju reaksi lambat.

Dalam kasus sederhana seperti ini, dimana langkah reaksi lambat merupakan langkah pertama, persamaan laju memberitahukan apa saja yang mengambil bagian dalam laju reaksi lambat. Dalam kasus ini, reaksi berorder satu terhadap senyawa organik.

Hal ini memberikan gambaran terhadap kita bagaimana menentukan kemungkinan mekanisme. Apabila kita ingin menentukan suatu mekanisme, kita perlu mencari lebih banyak bukti-bukti untuk memastikannya. Sebagai contoh, dalam kasus ini kita perlu mendeteksi keberadaan ion positif yang dibentuk pada langkah pertama.

Contoh 2

Sekilas reaksi di bawah ini tampak mirip dengan reaksi di atas. Atom brom digantikan dengan gugus OH pada senyawa organik.

Walaupun begitu, persamaan laju dari reaksi yang terlihat mirip ini cukup berbeda. Dimana mekanisme reaksinya berlainan.

Reaksi ini berorder satu terhadap senyawa organik maupun ion hidroksi. Kedua darinya haruslah mengambil bagian dalam langkah laju reaksi lambat. Reaksi haruslah berlangsung dalam keadaan tumbukan langsung diantara mereka.

Atom karbon yang ditumbuk oleh ion hidroksi memiliki muatan positif dan atom brom memiliki muatan negatif yang dikarenakan oleh perbedaan elektronegatifas diantaranya.

Ketika ion hidroksi mendekat, brom akan tertolak dalam suatu langkah yang mulus.

Molekularitas reaksi

Jika kita mengetahui mekanisme dari suatu reaksi, kita dapat menuliskan persamaan dari suatu rangkaian langkah-langkah yang membentuk reaksi tersebut. Tiap langkah-langkah tersebut memiliki molekularitas.

Molekularitas dari sebuat langkah dapat ditentukan dengan menghitung jumlah dari partikel (molekul, ion , atom atau radikal bebas) yang terlibat dalam langkah tersebut. Sebagai contoh, mari kita lihat mekanisme yang telah kita bahas sebelumnnya:

Langkah ini melibatkan satu molekul yang tercerai menjadi ion-ion. Karena hanya ada satu jenis partikel yang terlibat didalam reaksi, maka reaksi ini memiliki molekularitas 1. Ini dapat dideskripsikan sebagai reaksi unimolekular.

Langkah kedua dari mekanisme melibatkan dua ion yang berinteraksi bersama.


Langkah ini memiliki molekularitas 2 atau disebut juga dengan reaksi bimolekular.

Reaksi lainnya yang telah kita bahas terjadi dalam satu langkah yaitu :

Karena dua jenis partikel terlibat (satu molekul dan satu ion), reaksi ini juga merupakan reaksi bimolekular.

Kecuali reaksi keseluruhan yang terjadi dalam satu langka (seperti reaksi terakhir diatas), kita tidak dapat menentukan molekularitasnya. Kita perlu mengetahui mekanisme dan tiap-tiap langkah reaksi memilki molekuralitasnya sendiri.

Satu hal yang perlu diingat dan sering sekali kita dibingungkan adalah konsep molekularitas tidak sama dengan dengan konsep order reaksi

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

Tetapan Laju dan Persamaan Arrhenius
.
Halaman ini menitikberatkan pada bagaimana tetapan laju bergantung pada suhu dan energi aktivasi seperti yang ditunjukkan oleh persamaan Arrhenius.

Persamaan Arrhenius

Tetapan laju dan persamaan laju

Kita ingat bahwa persamaan laju dari suatu reaksi antara dua senyawa A dan B ditulis seperti dibawah ini :

Persamaan laju menunjukkan pengaruh dari perubahaan konsentrasi reaktan terhadap laju reaksi. Bagaimana dengan faktor-faktor lainnya (seperti suhu, katalis) yang juga mempengaruhi laju reaksi? Bagaimana hal ini dapat berlaku dalam persamaan laju ini?

Seluruh faktor-faktor ini termasuk didalam tetapan laju dimana sebenarnya tetap bila kita hanya mengubah konsentrasi dari reaktan. Ketika kita mengubah suhu maupun katalis, sebagai contoh, tetapan laju akan berubah.

Perubahaan ini digambarkan secara matematis oleh persamaan Arrhenius.

Persamaan Arrhenius

Apa arti dari berbagai simbol ini ?

Mulai dari yang sederhana …

Temperatur atau suhu, T

Agar berlaku dalam persamaan, suhu harus diukur dalam kelvin.

Konstanta atau tetapan gas, R

Tetapan ini datang dari persamaan, pV=nRT, yang berhubungan dengan tekanan, volume dan suhu dalam jumlah tertentu dari mol gas.

Energi aktivasi, EA

Ini merupakan energi minimum yang diperlukan bagi reaksi untuk berlangsung. Agar berlaku dalam persamaan, kita harus mengubahnya menjadi satuan Joule per mole, bukan kJ mol-1

Lalu beberapa yang cukup rumit …

e

Harga dari satuan ini adalah 2.71828 … dan ini merupakan satuan matematis seperti layaknya pi. Anda tidak perlu terlalu bingung untuk mengerti apa artinya ini, untuk menghitung persamaan Arrhenius.

Ekspresi, e-(EA/RT)

Ekspresi ini menghitung fraksi dari molekul yang berada dalam keadaan gas dimana memiliki energi yang sama atau lebih dari energi aktivasi pada suhu tertentu.

Faktor frekwensi, A

Kita juga dapat menyebut ini sebagai faktor pre-eksponensial atau faktor sterik.

A merupakan istilah yang meliputi faktor seperti frekwensi tumbukan dan orentasinya. A sangat bervariasi bergantung pada suhu walau hanya sedikit. A sering dianggap sebagai konstanta pada jarak perbedaan suhu yang kecil.

Pada saat ini mungkin Anda lupa dengan persamaan Arrhenius semula. Persamaan Arrhenius didefinisikan sebagai:

Kita dapat mengalikan kedua sisinya dengan “ln” sehingga menjadi persamaan:

“ln” merupakan salah satu bentuk logaritma.

Menggunakan persamaan Arrhenius

Pengaruh pengubahaan suhu

Kita dapat menggunakan persamaan Arrhenius untuk menggambarkan pengaruh dari perubahaan suhu pada tetapan reaksi – dan tentunya laju reaksi. Jika misalkan tetapan laju berlipatganda, maka juga laju reaksi akan berlipatganda. Lihat kembali ke persamaan pada awal dari halaman ini bila Anda tidak yakin dengan pernyataan ini.

Apa yang terjadi ketika kita menaikkan suhu sebesar 10oC ke, misalkan, dari 20oC ke 30oC
(293 K ke 303 K)?

Faktor frekwensi, A, dalam persamaan ini kurang lebih konstan untuk perubahaan suhu yang kecil. Kita perlu melihat bagaimana perubahaan e-(EA/RT) – energi dari fraksi molekul sama atau lebih dengan aktivasi energi.

Mari kita ansumsikan energi aktivasi 50 kJ mol-1. Dalam persamaan, kita perlu menulisnya sebagai 50000 J mol-1. Harga dari konstanta gas, R, adalah 8.31 J K-1 mol-1.

Pada 20oC(293 K) harga dari fraksi adalah:

Dengan menaikkan suhu walau hanya sedikit (ke 303 K), peningkatannya:

Kita dapat melihat bahwa fraksi molekul-molekul mampu untuk bereaksi dua kali lipat dengan peningkatan suhu sebesar 10oC. Hal ini menyebabkan laju reaksi hampirmenjadi berlipatganda.

Pengaruh dari katalis

Katalis akan menyediakan rute agar reaksi berlangsung dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Andaikan keberadaan katalis menurunkan energi aktivasi sebesar 25 kJ mol-1. Kita ulangi perhitungan pada 293 K :

Jika kita membandingkan ketika harga dari aktivasi energi sebesar 50 kJ mol-1, kita dapat melihat terjadi peningkatan yang luar biasa pada fraksi molekul-molekul untuk dapat bereaksi. Hampir lebih dari 30000 lipat molekul-molekul dapat bereaksi dengan keberadaan katalis dibandingkan tanpa katalis. Sesuatu hal yang sangat luar biasa!

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

Tipe-tipe katalis

Halaman ini menitikberatkan pada perbedaan tipe-tipe katalis (heterogen dan homogen) beserta dengan contoh-contoh dari tiap tipe, dan penjelasan bagaimana mereka bekerja. Anda juga akan mendapatkan deskripsi dari satu contoh autokatalis – reaksi dimana hasil produk juga turut mengkatalis.

Tipe-tipe dari reaksi katalis

Katalis dapat dibagi berdasarkan dua tipe dasar – heteregon dan homogen. Didalam reaksi heterogen, katalis berada dalam fase yang berbeda dengan reaktan. Di dalam realso homogen, katalis berada dalam fase yang sama dengan reaktan.

Apa itu fase?

Jika kita melihat suatu campuran dan dapat melihat suatu batas antara dua komponen, dua komponen itu berada dalam fase yang berbeda. Campuran antara padat dan cair terdiri dari dua fase. Campuran antara beberapa senyawa kimia dalam satu larutan terdiri hanya dari satu fase, karena kita tidak dapat melihat batas antara senyawa-senyawa kimia tersebut.

Kita mungkin bertanya mengapa fase berbeda denga istilah keadaan fisik (padat, cair dan gas). Fase juga meliputi padat, cair dan gas, tetapi lebih sedikit luas. Fase juga dapat diterapkan dalam dua zat cair (sebagai contoh, minyak dan air) dimana keduanya tidak saling melarutkan. Kita dapat melihat batas diantara kedua zat cair tersebut.

Jika Anda lebih cermat, sebenarnya diagram diatas menggambarkan lebih dari fase yang diterakan. Masing-masing, sebagai contoh, beaker kaca merupakan fase zat padat. Sebagian besar gas yang berada diatas zat cair juga merupakan salah satu fase lainnya. Kita tidak perlu memperhitungkan fase-fase tambahan ini karena mereka tidak mengambil bagian dalam proses reaksi.

Katalis Homogen

Bagian ini meliputi penggunaan katalis dalam fase berbeda dari reaktan. Contoh-contoh meliputi katalis padat dengan reaktan-reaktan dalam fase cair maupun gas.

Bagaimana katalis heterogen bekerja (secara umum)

Satu atau lebih reaktan akan melekat ke sisi aktif (active sites) pada permukaan katalis.

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

Ditulis dalam uncategorized | Sunting | Tinggalkan sebuah komentar »

LAJU REAKSI

Oktober 16, 2008 oleh ebenbohr

Teori Tumbukan pada Laju Reaksi

Reaksi yang hanya melibatkan satu partikel mekanismenya sederhana dan kita tidak perlu memikirkan tentang orientasi dari tumbukan. Reaksi yang melibatkan tumbukan antara dua atau lebih partikel akan membuat mekanisme reaksi menjadi lebih rumit.

Reaksi yang melibatkan tumbukan antara dua partikel
Sudah merupakan suatu yang tak pelak lagi jika keadaan yang melibatkan dua partikel dapat bereaksi jika mereka melakukan kontak satu dengan yang lain. Mereka pertama harus bertumbukan, dan lalu memungkinkan terjadinya reaksi.

Kenapa “memungkinkan terjadinya reaksi”? Kedua partikel tersebut harus bertumbukan dengan mekanisme yang tepat, dan mereka harus bertumbukan dengan energi yang cukup untuk memutuskan ikatan-ikatan.

Orientasi dari tumbukan

Pertimbangkan suatu reaksi sederhana yang melibatkan tumbukan antara dua molekul etena CH2=CH2 dan hidrogen klor, HCl sebagai contoh. Keduanya bereaksi untuk menghasilkan kloroetan.

Sebagai hasil dari tumbukan antara dua molekul, ikatan rangkap diantara dua karbon berubah menjadi ikatan tunggal. Satu hidrogen atom berikatan dengan satu karbon dan atom klor berikatan dengan satu karbon lainnya.

Reaksi hanya dapat terjadi bila hidrogen yang merupakan ujung dari ikatan H-Cl mendekati ikatan rangkap karbon-karbon.Tumbukan selain daripada itu tidak bekerja dikarenakan kedua molekul tersebut akan saling bertolak.

Tumbukan-tumbukan(collisions) yang ditunjukkan di diagram, hanya tumbukan 1 yang memungkinkan terjadinya reaksi.

Jika Anda belum membaca halaman tentang mekanisme reaksi, mungkin Anda bertanya-tanya mengapa tumbukan 2 tidak bekerja dengan baik. Ikatan rangka dikelilingi oleh konsentrasi negatifitas yang tinggi sebagai akibat elektron-elektron yang berada di ikatan tersebut. Pendekatan atom klor yang memiliki negatifitas lebih tinggi ke ikatan rangkap menyebabkan tolakan karena kedua-duanya memiliki negatifitas yang tinggi.

Di dalam tumbukan yang melibatkan partikel-partikel yang tidak simetris, Anda dapat menduga mekanisme melalui bagaimana cara mereka bertumbukan untuk menentukan dapat atau tidaknya suatu reaksi terjadi.

Energi tumbukan


Aktivasi Energi

Walaupun partikel-partikel itu berorientasi dengan baik, Anda tidak akan mendapatkan reaksi jika partikel-partikel tersebut tidak dapat bertumbukan melampui energi minimum yang disebut dengan aktivasi energi reaksi.

Aktivasi energi adalah energi minimum yang diperlukan untuk melangsungkan terjadinya suatu reaksi. Contoh yang sederhana adalah reaksi exotermal yang digambarkan seperti di bawah ini:

Jika partikel-partikel bertumbukan dengan energi yang lebih rendah dari energi aktivasi, tidak akan terjadi reaksi. Mereka akan kembali ke keadaan semula. Anda dapat membayangkan energi aktivasi sebagai tembok dari reaksi. Hanya tumbukan yang memiliki energi sama atau lebih besar dari aktivasi energi yang dapat menghasilkan terjadinya reaksi.

Di dalam reaksi kimia, ikatan-ikatan diceraikan (membutuhkan energi) dan membentuk ikatan-ikatan baru (melepaskan energi). Umumnya, ikatan-ikatan harus diceraikan sebelum yang baru terbentuk. Energi aktivasi dilibatkan dalam menceraikan beberapa dari ikatan-ikatan tersebut.

Ketika tumbukan-tumbukan tersebut relatif lemah, dan tidak cukup energi untuk memulai proses penceraian ikatan. mengakibatkan partikel-partikel tersebut tidak bereaksi.

Distribusi Maxwell-Boltzmann

Karena energi aktivasi memegang peranan penting dalam menentukan suatu tumbukan menghasilkan reaksi, hal ini sangat berguna untuk menentukan bagaimana macam bagian partikel berada untuk mendapatkan energi yang cukup ketika mereka bertumbukan.

Di dalam berbagai sistem, keberadaan partikel-partikel akan memiliki berbagai variasi besar energi. Untuk gas, dapat diperlihatkan melalui diagram yang disebut dengan Distrubis Maxwell-Boltzmann dimana setiap kumpulan beberapa partikel memiliki energinya masing-masing.

Luas dibawah kurva merupakan ukuran banyaknya partikel berada.

Distribusi Maxwell-Boltzmann dan energi aktivasi

Ingat bahwa ketika reaksi berlangsung, partikel-partikel harus bertumbukan guna memperoleh energi yang sama atau lebih besar daripada aktivasi energi untuk melangsungkan reaksi. Kita dapat mengetahui dimana energi aktivatisi berlangsung dari distribusi Mazwell-Boltzmann.

Perhatikan bahwa sebagian besar dari partikel-partikel tidak memiliki energi yang cukup untuk bereaksi ketika mereka bertumbukan. Untuk membuat mereka bereaksi kita dapat mengubah bentuk dari kurva atau memindahkan aktivasi energi lebih ke kanan.Hal ini akan dijelaskan lebih lanjut di halaman-halaman berikutnya.

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

Efek dari Luas Permukaan pada Laju Reaksi

Halaman ini menjelaskan efek dari perubahaan dari luas permukaan zat padat pada laju reaksi. Hal ini berlaku untuk reaksi yang melibatkan zat padat dan gas, atau zat padat dan zat cair. Juga termasuk kasus dimana zat padat berlaku sebagai katalis.

Fakta-fakta

Apa yang sebenarnya terjadi ?

Semakin zat padat terbagi menjadi bagian kecil-kecil, semakin cepat reaksi berlangsung. Bubuk zat padat biasanya menghasilkan reaksi yang lebih cepat dibandingkan sebuah bungkah zat padat dengan massa yang sama. Bubuk padat memiliki luas permukaan yang lebih besar daripada sebuah bungkah zat padat.

Beberapa contoh

Kalsium karbonat dan asam hidroklorida

Di labotarium, bubuk kalsium karbonat bereaksi lebih cepat dengan larutan asam hidroklorida dibandingkan dengan massa yang sama dalam bentuk pualam atau batu gamping.

Katalis perubah

Katalis perubah berupa logam seperti platina, palladium, dan rhodium digunakan untuk merubah zat-zat beracun buangan kendaraan bermotor menjadi zat yang relatif aman. Sebagai contoh, reaksi pengubahaan karbon monooksida dan oksida nitrogen adalah:

Karena gas-gas buangan hanya berinteraksi dengan katalis dalam waktu yang sangat singkat, reaksi harus berlangsung cepat. Logam yang luar biasa mahal digunakan sebagai katalis dengan melapiskan struktur keramik ‘honeycomb’ suatu lapisan yang sangat tipis untuk memaksimalkan luas permukaan.hh

Penjelasan

Anda hanya dapat melangsungkan reaksi jika partikel dalam gas maupun cair bertumbukan dengan partikel padat. Peningkatkan luas permukaan dari zat padat meningkatkan kemungkinan tumbukan bertambah besar.

Bayangkan suatu reaksi antara logam magnesium dengan larutan asam seperti asam hidroklorida. Reaksi melibatkan tumbukan antara atom magnesium dengan ion hidrogen.

Kita dapat menyimpulkan bahwa peningkatan jumlah tumbukan per detik meningkatkan laju reaksi.

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

Efek dari Luas Permukaan pada Laju Reaksi

Halaman ini menjelaskan efek dari perubahaan dari luas permukaan zat padat pada laju reaksi. Hal ini berlaku untuk reaksi yang melibatkan zat padat dan gas, atau zat padat dan zat cair. Juga termasuk kasus dimana zat padat berlaku sebagai katalis.

Fakta-fakta

Apa yang sebenarnya terjadi ?

Semakin zat padat terbagi menjadi bagian kecil-kecil, semakin cepat reaksi berlangsung. Bubuk zat padat biasanya menghasilkan reaksi yang lebih cepat dibandingkan sebuah bungkah zat padat dengan massa yang sama. Bubuk padat memiliki luas permukaan yang lebih besar daripada sebuah bungkah zat padat.

Beberapa contoh

Kalsium karbonat dan asam hidroklorida

Di labotarium, bubuk kalsium karbonat bereaksi lebih cepat dengan larutan asam hidroklorida dibandingkan dengan massa yang sama dalam bentuk pualam atau batu gamping.

Katalis perubah

Katalis perubah berupa logam seperti platina, palladium, dan rhodium digunakan untuk merubah zat-zat beracun buangan kendaraan bermotor menjadi zat yang relatif aman. Sebagai contoh, reaksi pengubahaan karbon monooksida dan oksida nitrogen adalah:

Karena gas-gas buangan hanya berinteraksi dengan katalis dalam waktu yang sangat singkat, reaksi harus berlangsung cepat. Logam yang luar biasa mahal digunakan sebagai katalis dengan melapiskan struktur keramik ‘honeycomb’ suatu lapisan yang sangat tipis untuk memaksimalkan luas permukaan.hh

Penjelasan

Anda hanya dapat melangsungkan reaksi jika partikel dalam gas maupun cair bertumbukan dengan partikel padat. Peningkatkan luas permukaan dari zat padat meningkatkan kemungkinan tumbukan bertambah besar.

Bayangkan suatu reaksi antara logam magnesium dengan larutan asam seperti asam hidroklorida. Reaksi melibatkan tumbukan antara atom magnesium dengan ion hidrogen.

Kita dapat menyimpulkan bahwa peningkatan jumlah tumbukan per detik meningkatkan laju reaksi.

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

Efek dari Konsentrasi pada Laju Reaksi

Halaman ini menjelaskan efek dari perubahaan dari konsentrasi larutan pada laju reaksi.

Fakta-fakta

Apa yang sebenarnya terjadi ?

Untuk berbagai reaksi yang melibatkan zat cair dan gas, peningkatan konsentrasi dari pereaksi meningkatkan laju reaksi. Dalam beberapa kasus tertentu, peningkatan salah satu pereaksi memungkinkan terjadinya sedikit efek pada laju reaksi. Kasus-kasus ini akan dibahas di halaman ini lebih lanjut.

Jangan beranggapan apabila Anda melipatgandakan konsentrasi dari satu pereaksi Anda akan melipatgandakan laju reaksi. Hal itu mungkin saja terjadi, tetapi hubungannya akan jauh lebih rumit.

Beberapa contoh

Seng dan asam hidroklorida

Di labotarium, butiran seng beraksi cukup lambat dengan larutan asam hidroklorida, tetapi akan lebih cepat apabila konsentrasi dari asam ditingkatkan.



Dekomposisi katalis pada hidrogen peroxide

Mangan(IV) oksida padat biasa digunakan sebagai katalis dalam reaksi ini. Oksigen dihasilkan jauh lebih cepat apabila hidrogen peroxide dalam konsentrasi pekat daripada dalam konsentrasi encer.

Reaksi antara larutan natrium thiosulfat dan asam hidroklorida

Reaksi ini sering digunakan untuk menyelidiki relasi antara konsentrasi dan laju reaksi. Ketika larutan asam ditambahkan ke dalam larutan natrium thiosulfat, endapan berwarna kuning pucat dari belerang dihasilkan.

Semakin banyak larutan natrium thiosulfate menjadi encer, semakin lama juga endapan terbentuk.

Penjelasan

Kasus ketika perubahaan konsentrasi mempengaruhi laju reaksi

Ini merupakan kasus yang umum dan dengan mudah dijelaskan dengan mudah.

Tumbukan yang melibatkan dua partikel

Argumen yang sama berlaku ketika dua reaksi melibatkan tumbukan antara dua partikel yang berbeda atau dua partikel yang sama.

Supaya suatu reaksi dapat berlangsung, partikel-partikel tersebut pertama-tama haruslah bertumbukan. Hal ini berlaku ketika dua partikel itu larutan atau salah satu larutan dan satunya lagi benda padat. Jika konsentrasinya tinggi, kemungkinan untuk bertumbukan pun semakin besar.

Reaksi yang melibatkan hanya satu partikel

Jika reaksi hanya melibatkan satu partikel tersebar ke berbagai arah, maka tumbukan-tumbukan tidak saling berhubungan. Yang menjadi masalah sekarang adalah bagaimana berbagai partikel memiliki energi yang cukup untuk bereaksi pada waktu yang bersamaan.

Andaikan dalam satu waktu 1 per satu juta partikel memiliki energi yang cukup atau melebihi energi aktivasi. Jika Anda memiliki 100 juta partikel, 100 diantaranya akan bereaksi. Jika Anda memilki 200 juta partikel pada volume yang sama, maka 200 diantaranya akan bereaksi. Laju reaksi akan berlipat ganda dengan menggandakan konsentrasi.

Kasus ketika perubahaan konsentrasi tidak mempengaruhi laju reaksi

Sekilas mungkin hal ini membuat kita agak terkejut.

Ketika katalis telah bekerja sangat cepat

Andaikan Anda menggunakan sedikit jumlah dari katalis padat dalam reaksi, dan direaksikan dengan reaktan dengan larutan konsentrasi yang cukup tinggi, maka permukaan katalis akan seluruhnya diliputi oleh partikel yang bereaksi yang menghalangi terjadinya reaksi yang lebih cepat.

Peningkatan konsentrasi dari larutan terkadang tidak memberikan efek apa-apa karena katalis telah bekerja pada kapasitas maksimumnya.

Dalam beberapa reaksi bertahap tertentu

Andaikan Anda memiliki suatu reaksi yang berlangsung sebagai suatu rentetan dari tahap-tahap kecil. Tahap-tahap ini memilki perbedaan laju yang cukup besar – beberapa cepat, beberapa lambat.

Sebagai contoh, andaikan dua reaksi A dan B bereaksi bersama dalam dua tahap :

Laju total dari seluruh reaksi akan ditentukan dari berapa cepatnya A terpecah membentuk X dan Y. Ini dapat dideskripsikan sebagai rate determining step dari reaksi.

Jika Anda meningkatkan konsentrasi dari A, Anda akan mendapatkan peningkatan laju reaksi pada tahap pertama maupun laju reaksi keseluruhan.

Jika Anda meningkatkan konsentrasi dari B, Anda akan mendapatkan penigkatan laju reaksi pada tahap kedua, namun akan sulit mendapatkan peningkatan laju keseluruhan. Anda dapat membayangkan reaksi tahap kedua akan berlangsung segera setelah X terbentuk sehingga reaksi tahap kedua sebagai ‘reaksi yang menunggu’ yang berlangsung setelah reaksi pertama berlangsung.

Contoh yang paling tepat untuk reaksi ini berada dalam kimia organik. Reaksi yang melibatkan tertier halogenalkana (alkil halida) dan beberapa senyawa yang memungkinkan – termasuk hidroksi ion. Contoh dari reaksi ini adalah subtitusi nukleofil dengan mekanisme SN1.

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

Efek dari Tekanan pada Laju Reaksi

Halaman ini menjelaskan efek dari perubahaan dari konsentrasi larutan pada laju reaksi.

Fakta-fakta

Apa yang sebenarnya terjadi ?

Peningkatan tekanan pada reaksi yang melibatkan gas pereaksi akan meningkatan laju reaksi. Perubahaan tekanan pada suatu reaksi yang melibatkan hanya zat padat maupun zat cair tidak memberikan perubahaan apapun pada laju reaksi

Beberapa contoh

Dalam proses pembuatan amonia dengan proses Haber, laju reaksi antara hidrogen dan nitrogen ditingkatkan dengan menggunakan tekanan yang sangat tinggi.

Sesungguhnya, alasan utama menggunakan tekanan tinggi adalah untuk meningkatkan persentase amonia didalam kesetimbangan campuran, namun hal ini juga memberikan perubahaan yang berarti pada laju reaksi juga.

Penjelasan

Hubungan antara tekanan dan konsentrasi

Peningkatan tekanan dari gas adalah sama dengan peningkatan pada konsentrasi. Jika Anda memilki gas dalam massa tertentu, semakin Anda meningkatkan tekanan semakin kecil juga volumenya. Jika Anda memiliki massa yang sama dengan volume yang lebih kecil, maka semakin tinggi konsentrasinya.

Kita juga dapat menggambarkan relasi matematis apabila keadaan berlangsung dalam keadaan gas ideal :

Karena “RT” merupakan tetapan selama suhu tetap, menunjukkan bahwa tekanan berbanding lurus dengan konsentrasi. Jika Anda melipat gandakannya, Anda juga menggandakan konsentrasinya.

Pengaruh peningkatan tekanan terhadap laju reaksi

Tumbukan yang melibatkan dua partikel

Argumen yang sama berlaku ketika dua reaksi melibatkan tumbukan antara dua partikel yang berbeda atau dua partikel yang sama.

Supaya suatu reaksi dapat berlangsung, partikel-partikel tersebut pertama-tama haruslah bertumbukan. Hal ini berlaku ketika dua partikel itu gas atau salah satu gas dan satunya lagi benda padat. Jika tekanan tinggi, kemungkinan untuk bertumbukan pun semakin besar.

Reaksi yang melibatkan hanya satu partikel

Jika reaksi hanya melibatkan satu partikel tersebar ke berbagai arah, maka tumbukan-tumbukan tidak saling berhubungan. Yang menjadi masalah sekarang adalah bagaimana berbagai partikel memiliki energi yang cukup untuk bereaksi pada waktu yang bersamaan.

Andaikan dalam satu waktu 1 per satu juta partikel memiliki energi yang cukup atau melebihi energi aktivasi. Jika Anda memiliki 100 juta partikel, 100 diantaranya akan bereaksi. Jika Anda memilki 200 juta partikel pada volume yang sama, maka 200 diantaranya akan bereaksi. Laju reaksi akan berlipat ganda dengan menggandakan tekanan.

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

Efek dari Suhu pada Laju Reaksi

Halaman ini menjelaskan bahwa perubahaan suhu memperngaruhi laju reaksi. Halaman ini mengansumsikan bahwa Anda telah mengerti prinsip dasar dari teori tumbukan dan distribusi energi molekular Maxwell-Bpltzmann pada gas.

Fakta-fakta

Apa yang sebenarnya terjadi ?

Ketika Anda meningkatkan temperatur laju reaksi akan meningkat. Sebagai perkiraan kasar, sebagian reaksi berlangsung dalam temperatur ruangan, laju reaksi akan berlipatganda setiap kenaikan 10oC suhu.

Perkiraan ini bukan keadaan yang mutlak dan tidak bisa diterapkan pada seluruh reaksi. Bahkan bilapun mendekati benar, laju reaksi akan berlipat ganda tiap 9oC atau 11oC atau tiap suhu tertentu. Angka dari derajat suhu yang diperlukan untuk melipatgandakan laju reaksi akan berubah secara bertahap seiring dengan meningkatnya temperatur.


Beberapa contoh

Beberapa reaksi pada hakekatnya sangat cepat – sebagai contoh, reaksi pernafasan melibatkan ion yang terlarut menjadi zat padat yang tidak larut, atau reaksi antara ion hidrogen dengan asam dan ion hidroksi dari alkali di dalam larutan. Sehingga memanaskan salah satu dari contoh ini tidak memperoleh perbedaan laju reaksi yang cukup bereaksi.

Hampir sebagian besar reaksi yang terjadi baik di labotarium maupun industri akan berlangsung lebih cepat apabila kita memanaskannya.

Penjelasan

Peningkatan frekwensi tumbukan

Partikel hanya dapat bereaksi ketika mereka bertumbukan. Jika Anda memanaskan suatu benda, maka partikel-partikelnya akan bergerak lebih cepat sehingga frekwensi tumbukan akan semakin besar. Hal ini mempercepat laju dari reaksi.

Mari kita lihat lebih jauh secara matematis.

Frekwensi dari tumbukan dua partikel gas berbanding lurus dengan akar dari temperatur kelvin. Jika kita meningkatkan suhu dari 293 K ke 303 K (20oC ke 30oK)

Kita akan memperoleh 1.7 % peningkatan dari tiap kenaikan 10o. Laju reaksi akan meningkat kurang lebih dua kali pada tiap kenaikan suhu – dengan kata lain peningkatan sekitar 100%. Efek dari peningkatan frekwensi tumbukan pada laju reaksi sangatlah kecil. Namun efek yang dihasilkannya sangat berbeda.

Pentingnya aktivasi energi

Tumbuka-tumbukan akan menghasilkan reaksi jika partikel-partikel bertumbukan dengan energi yang cukup untuk memulai suatu reaksi. Energi minimum yang diperlukan disebut dengan reaksi aktivasi energi.

Kita dapat menggambarkan keadaan dari energi aktivasi pada distribusi Maxwell-Boltzmann seperti ini:

Hanya partikel-partikel yang berada pada area di sebelah kanan dari aktivasi energi yang akan bereaksi ketika mereka bertumbukan. Sebagian besar dari partikel tidak memiliki energi yang cukup dan tidak menghasilkan reaksi.

Untuk mempercepat reaksi, kita perlu untuk meningkatkan jumlah dari partikel-partikel energik – partikel-partikel yang memiliki energi sama atau lebih besar dari aktivasi energi. Peningkatan suhu memberi pengaruh yang tepat – merubah bentuk dari diagram.

Diagram berikut, grafik yang berlabel T merupakan suhu awal. Grafik yang berlabelkan T+t adalah suhu yang lebih tinggi.

Jika kita memperhatikan posisi dari aktivasi energi, kita dapat melihat walaupun kurva tidak bergeser terlalu banyak, ada peningkatan yang cukup berarti pada pertikel-partikel energik untuk bertumbukkan dengan energi yang cukup untuk bereaksi.

Ingat bahwa luas dibawah kurva merupakan jumlah dari partikel-partikel. Diagram diatas menggambarkan luas dibawah kurva pada sebelah kanan energ i aktivasi menjadi kurang lebih dua kali lipat lebih luas, oleh karena itu laju reaksi pun berlipatganda.

Kesimpulan

Peningkatan suhu meningkatkan laju reaksi karena bertambahnya jumlah energi tumbukan aktif.

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

Efek dari Katalis pada Laju Reaksi

Halaman ini menjelaskan bahwa penambahan katalis mempengaruhi laju reaksi. Halaman ini mengansumsikan bahwa Anda telah mengerti prinsip dasar dari teori tumbukan dan distribusi energi molekular Maxwell-Boltzmann pada gas.

Fakta-fakta

Apa itu katalis?

Katalis adalah suatu zat yang mempercepat suatu laju reaksi, namun ia sendiri, secara kimiawi, tidak berubah pada akhir reaksi. Ketika reaksi selesai, kita akan mendapatkan massa katalasis yang sama seperti pada awal kita tambahkan.

Beberapa contoh

Beberapa katalis umum yang digunakan :

reaksi
katalis
Dekomposisi hidrogen peroxide mangan(IV)oksida, MnO2
Nitrasi benzena asam sulfur pekat
Produksi amonia dengan proses Haber besi
Konversi dari SO2 ke SO3 melalui proses Kontak untuk memproduksi asam sulfur vanadium(V)oxida,V2O5
Hidrogenasi C=C ikatan rangkap

Penjelasan

Pentingnya aktivasi energi

Tumbukan-tumbukan akan menghasilkan reaksi jika partikel-partikel bertumbukan dengan energi yang cukup untuk memulai suatu reaksi. Energi minimum yang diperlukan disebut dengan reaksi aktivasi energi.

Kita dapat menggambarkan keadaan dari energi aktivasi pada distribusi Maxwell-Boltzmann seperti ini:

Hanya partikel-partikel yang berada pada area di sebelah kanan dari aktivasi energi yang akan bereaksi ketika mereka bertumbukan. Sebagian besar dari partikel tidak memiliki energi yang cukup dan tidak menghasilkan reaksi.

Katalis dan aktivasi energi

Untuk meningkatkan laju reaksi kita perlu untuk meningkatkan jumlah tumbukan-tumbukan yang berhasil. Salah satu cara alternatif untuk mewujudkannya adalah dengan menurunkan energi aktivasi.

Dengan kata lain, menggeser energi aktivasi seperti diagram dibawah ini :

Menambahkan katalis memberikan perubahaan yang berarti pada energi aktivasi. Katalis menyediakan satu rute alternatif bagi reaksi. Rute alternatif ini memiliki energi aktivasi yang rendah. Diagram dibawah ini merupakan gambaran keadaan energi.

Ingat, katalais hanya mempengaruhi laju pencapaian kesetimbangan, bukan posisi keseimbangan (misalnya : membalikkan reaksi). Katalis tidak menggangu gugat hasil suatu reaksi kesetimbangan dan konsentrasi atau massanya setelah reaksi selesai sama dengan konsentrasi atau massa reaksi sebelum reaksi dilangsungkan.

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

6 Tanggapan to “40. LAJU, ORDE, KATALIS”

  1. junianataslima Says:

    thanks a lot sir for helping me study :)

  2. gisnawirdya Says:

    makasih pak atas info nya, ini dapat membantu sya dalam banyak hal

  3. devydestiani Says:

    trimakasih Pak atas ilmu yang telah bapak berikan :)

  4. selvyanyayu Says:

    terima kasih pak atas informasinya, info ini sangat membantu sekali dalam proses apapun.

  5. putudarmawan Says:

    terima ksih infonya pak, semoga berguna ..

  6. Desi Riskyani ( Sepdes ) Says:

    pak, apa yang bapak berikan sngat berguna untuk saya dan bisa saya pelajari lagi
    mksh pak :)

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s


Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

Bergabunglah dengan 63 pengikut lainnya.

%d bloggers like this: