27. Konsentrasi, Laju Reaksi

Kecepatan reaksi adalah banyaknya mol/liter suatu zat yang dapat berubah menjadi zat lain dalam setiap satuan waktu.

Untuk reaksi: aA + bB →   mM + nN
maka kecepatan reaksinya adalah:

	1 (dA)	1 d(B)	1 d(M)	1 d(N)
V = –	——- = –	——- = +	——– = +	———-
	a dt	b dt	m dt	n dt

dimana:

– 1/a . d(A) /dt	= rA	= kecepatan reaksi zat A = pengurangan konsentrasi zat A per satuan wakru.
– 1/b . d(B) /dt	= rB	= kecepatan reaksi zat B = pengurangan konsentrasi zat B per satuan waktu.
– 1/m . d(M) /dt	= rM	= kecepatan reaksi zat M = penambahan konsentrasi zat M per satuan waktu.
– 1/n . d(N) /dt	= rN	= kecepatan reaksi zat N = penambahan konsentrasi zat N per satuan waktu.

Pada umumnya kecepatan reaksi akan besar bila konsentrasi pereaksi cukup besar. Dengan berkurangnya konsentrasi pereaksi sebagai akibat reaksi, maka akan berkurang pula kecepatannya.

Secara umum kecepatan reaksi dapat dirumuskan sebagai berikut:

V = k(A) ^x (B) ^y

dimana:

V = kecepatan reaksi
k = tetapan laju reaksi
x = orde reaksi terhadap zat A
y = orde reaksi terhadap zat B
(x + y) adalah orde reaksi keseluruhan
(A) dan (B) adalah konsentrasi zat pereaksi.

(dr-sts:  chem-is-try.org)

Efek dari Konsentrasi

Fakta-faktaApa 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 S_N1.

(dr-sts:  chem-is-try.org)

Teori Tumbukan Dan Teori Keadaan Transisi

Teori tumbukan didasarkan atas teori kinetik gas yang mengamati tentang bagaimana suatu reaksi kimia dapat terjadi. Menurut teori tersebut kecepatan reaksi antara dua jenis molekul A dan B sama dengan jumiah tumbukan yang terjadi per satuan waktu antara kedua jenis molekul tersebut. Jumlah tumbukan yang terjadi persatuan waktu sebanding dengan konsentrasi A dan konsentrasi B. Jadi makin besar konsentrasi A dan konsentrasi B akan semakin besar pula jumlah tumbukan yang terjadi.

TEORI TUMBUKAN INI TERNYATA MEMILIKI BEBERAPA KELEMAHAN, ANTARA LAIN :

• tidak semua tumbukan menghasilkan reaksi sebab ada energi tertentu yang harus dilewati (disebut energi aktivasi = energi pengaktifan) untak dapat menghasilkan reaksi. Reaksi hanya akan terjadi bila energi tumbukannya lebih besar atau sama dengan energi pengaktifan (E_a).
• molekul yang lebih rumit struktur ruangnya menghasilkan tumbukan yang tidak sama jumlahnya dibandingkan dengan molekul yang sederhana struktur ruangnya.

Teori tumbukan di atas diperbaiki oleh tcori keadaan transisi atau teori laju reaksi absolut. Dalam teori ini diandaikan bahwa ada suatu keadaan yang harus dilewati oleh molekul-molekul yang bereaksi dalam tujuannya menuju ke keadaan akhir (produk). Keadaan tersebut dinamakan keadaan transisi. Mekanisme reaksi keadaan transisi dapat ditulis sebagai berikut:

A + B →   T^* –> C + D

dimana:

– A dan B adalah molekul-molekul pereaksi
– T^* adalah molekul dalam keadaan transisi
– C dan D adalah molekul-molekul hasil reaksi

SECARA DIAGRAM KEADAAN TRANSISI INI DAPAT DINYATAKAN SESUAI KURVA BERIKUT

Dari diagram terlibat bahwa energi pengaktifan (E_a) merupakan energi keadaan awal sampai dengan energi keadaan transisi. Hal tersebut berarti bahwa molekul-molekul pereaksi harus memiliki energi paling sedikit sebesar energi pengaktifan (Ea) agar dapat mencapai keadaan transisi (T^*) dan kemudian menjadi hasil reaksi (C + D).

Catatan :
energi pengaktifan (= energi aktivasi) adalah jumlah energi minimum yang dibutuhkan oleh molekul-molekul pereaksi agar dapat melangsungkan reaksi.

(dr-sts:  chem-is-try.org)

Tahap Menuju Kecepatan Reaksi

Dalam suatu reaksi kimia berlangsungnya suatu reaksi dari keadaan semula (awal) sampai keadaan akhir diperkirakan melalui beberapa tahap reaksi.

Contoh: 4 HBr(g) + O₂(g) →  2 H₂O(g) + 2 Br₂(g)

Dari persamaan reaksi di atas terlihat bahwa tiap 1 molekul O₂ bereaksi dengan 4 molekul HBr. Suatu reaksi baru dapat berlangsung apabila ada tumbukan yang berhasil antara molekul-molekul yang bereaksi. Tumbukan sekaligus antara 4 molekul HBr dengan 1 molekul O₂ kecil sekali kemungkinannya untuk berhasil. Tumbukan yang mungkin berhasil adalah tumbukan antara 2 molekul yaitu 1 molekul HBr dengan 1 molekul O₂. Hal ini berarti reaksi di atas harus berlangsung dalam beberapa tahap dan diperkirakan tahap-tahapnya adalah :

Tahap 1:	HBr + O2	→   HOOBr	(lambat)
Tahap 2:	HBr + HOOBr	→   2HOBr	(cepat)
Tahap 3:	(HBr + HOBr	→   H2O + Br2) x 2	(cepat)
	—————————————————— +
	4 HBr + O2	→ 2H2O + 2 Br2

Dari contoh di atas ternyata secara eksperimen kecepatan berlangsungnya reaksi tersebut ditentukan oleh kecepatan reaksi pembentukan HOOBr yaitu reaksi yang berlangsungnya paling lambat.

Rangkaian tahap-tahap reaksi dalam suatu reaksi disebut “mekanisme reaksi” dan kecepatan berlangsungnya reaksi keselurahan ditentukan oleh reaksi yang paling lambat dalam mekanisme reaksi. Oleh karena itu, tahap ini disebut tahap penentu kecepatan reaksi.

(dsts:  chem-is-try.org)