Laju Reaksi

Mengapa daging  ayam yang disimpan di dalam kulkas lebih tahan lama dibandingkan dengan daging ayam yang dibiarkan pada suhu ruangan? Bagaimana seorang teknisi dapat merobohkan suatu bangunan menggunakan dinamit secara teratur tanpa mencelakakan orang banyak?. Jawaban untuk pertanyaan-pertanyaan tersebut akan kita bahas pada bab laju reaksi.

Bab laju reaksi akan dibahas dalam 3 postingan berbeda. Postingan kali ini akan membahas tentang kemolaran dan apa itu laju reaksi.

DAFTAR MATERI LAJU REAKSI
1. Kemolaran dan Pengertian Laju reaksi
2. Persamaan laju reaksi, orde reaksi, dan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi
3. Teori tumbukan dan penggunaan katalis di bidang industri

A. Kemolaran

Untuk menyatakan kadar zat terlarut dalam larutan dinyatakan dengan konsentrasi larutan.

1.  Pengertian Kemolaran

        Kemolaran adalah satuan konsentrasi larutan yang menyatakan jumlah mol zat terlarut dalam 1 liter larutan. Kemolaran sama dengan jumlah mol (n) zat terlarut dibagi dengan volume (v) larutan. 

Keterangan:

M  =molaritas (mol/L atau mmol/mL)

n   = molzat terlarut (mol atau mmol)

V = volume larutan (L atau mL)

g = massa zat terlarut (gram)

2. Pengenceran
Pengenceran adalah menurunkan atau memper kecil konsentrasi larutan dengan menambahkan pelarut.   Dalam hal ini konsentrasi   yang  digunakan adalah molaritas   (M).   Pada   proses   pengenceran   volume   dan molaritas berubah, sedangkan jumlah molnya tetap. 

V₁M₁ = V₂M₂

Keterangan:

V₁ = volume larutan sebelum diencerkan (L atau mL)

M₁ = molaritas larutan sebelum diencerkan

V₂ = volume larutan setelah diencerkan (L atau mL)

M₂ = molaritas larutan setelah diencerkan

3. Pencampuran

          Pencampuran adalah campuran dari dua atau lebih zat  yang  jenisnya sama,  tetapi konsentrasi berbeda.  Dalam hal ini konsentrasi  yang  digunakan adalah molaritas (M). Pada proses pencampuran beberapa zat yang sejenis berlaku rumus:

Untuk pencampuran 2 jenis zat yang sejenis berlaku rumus: 

  Keterangan:

M_c = molaritas larutan setelah dicampurkan

V₁ = volume larutan pertama yang dicampurkan (L atau mL)

M₁ = molaritas larutan pertama

V₂ = volume larutan kedua yang dicampurkan (L atau mL)

M₂  = molaritas larutan kedua

B.    Pengertian Laju Reaksi

          Laju menyatakan seberapa cepat atau seberapa lambat suatu proses berlangsung. Perhatikan beberapa contoh dalam gambar dibawah ini :

           Dari contoh-contoh diatas dapat disimpulkan bahwa laju menyatakan besarnya perubahan yang terjadi dalam satuan waktu. Satuan waktu dapat berupa detik, menit, jam, hari, atau tahun.

          Mengingat kembali bahwa Reaksi kimia menyangkut perubahan dari suatu pereaksi (reaktan) menjadi hasil reaksi (produk) yang ditanyakan dengan persamaan reaksi: 

  Pereaksi (reaktan) à hasil reaksi (produk)

Berdasarkan persamaan diatas, laju reaksi dapat dinyatakan sebagai berkurangnya jumlah pereaksi untuk setiap satuan waktu atau bertambahnya jumlah hasil reaksi untuk setiap satuan waktu. Ukuran jumlah zat dalam reaksi kimia umumnya dinyatakan sebagai konsentrasi molar atau kemolaran (M). Dengan demikian, laju reaksi menyatakan berkurangnya konsentrasi pereaksi atau bertambahnya konsentrasi hasil reaksi setiap satuan waktu (detik). Satuan mol dm^-3 atau kemolaran (M) adalah satuan konsentrasi larutan.

Berkurangnya jumlah molekul A dan bertambahnya molekul B diamati setiap selang waktu 10 detik. Hal ini menyebabkan molekul A akan berkurang setiap 10 detik mengakibatkan bertambahnya molekul B setiap 10 detik. Dengan demikian, laju reaksi dapat dinyatakan :

              

Materi Laju Reaksi Bagian 3

Pada pembahasan sebelumnya telah dibahas tentang kemolaran dan pengertian laju reaksi, persamaan laju reaksi, orde reaksi, serta faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi. Pada pembahasan penutup tentang laju reaksi ini akan dibahas tentang apa itu teori tumbukan dan pengunaan katalis di dunia industri.

A. Teori Tumbukan

Pengaruh dari berbagai faktor terhadap laju reaksi dapat dijelaskan dengan teori tumbukan. Menurut teori ini, suatu reaksi berlangsung sebagai hasil tumbukan antar partikel pereaksi. Akan tetapi, tidaklah setiap tumbukan menghasilkan reaksi melainkan hanya tumbukan antar partikel saja. Suatu tumbukan akan menghasilkan reaksi jika pada saat tumbukan, partikel-partikel yang bertumbukan pada posisi yang baik dan memiliki sejumlah energy tertentu. Makin banyak kemungkinan terjadinya tumbukan, makin cepat kemungkinan terjadinya reaksi. Makin baik posisi partikel, makin cepat kemungkinan terjadinya reaksi dan makin rendah energy kinetic minimum yang diperlukan, makin cepat pula kemungkinan terjadinya reaksi.

Teori tumbukan menggambarkan pertemuan partikel-partikel pereaksi sebagai suatu tumbukan. Tumbukan yang dapat menghasilkan partikel-partikel produk reaksi disebut tumbukan yang efektif. Ada dua yang menentukan terjadinya suatu tumbukan yang efektif, yaitu:

1. Orientasi atau arah partikel yang bertumbukan

Suatu tumbukan efektif dapat terjadi jika partikel-partikel pereaksi juga mempunyai orientasi yang tepat pada saat bertumbukan. Contohnya reaksi antara gas nitrogen oksida (NO) dengan ozon (O3) 

NO(g) + O3 → NO2(g) + O2(g)

2. Energi kinetik partikel

Suatu tumbukan efektif dapat terjadi jika partikel-partikel pereaksi memiliki energi kinetik yang cukup untuk mengatasi gaya tolak menolak sewaktu kedua partikel mengendap. Dengan denikian, terjadi penetrasi partikel-partikel satu sama lain sehingga terjadi pemutusan ikatan partikel-partikel pereaksi dan pembentukkan ikatan partikel-partikel produk reaksi. Energi kinetik minimum yang diperlukan partikel untuk menghasilkan tumbukan efektif disebut energi pengaktifan ( Ea ). Energi pengaktifan ditafsirkan sebagai energi penghalang (barrier) antara pereaksi dan produk. Pereaksi harus didorong, sehingga dapat melewati energi penghalang tersebut baru. Kemungdian dapat berubah menjadi produk.

Dari penjelasan di atas, sekarang dapat dipahami bahwa laju reaksi ditentukan oleh banyak sedikitnya tumbukan efektif yang terjadi. Selanjutnya berdasarkan teori tumbukan ini akan dijelaskan bagaimana faktor kosentrasi, luas permukaan, suhu, dan katalis dapat mempengaruhi laju reaksi

1. Konsentrasi

Semakin besar konsentrasi pereaksi, maka semakin besar jumlah partikel pereaksi sehingga semakin banyak peluang terjadinya tumbukan. Hal ini menyebabkan semakin besar peluang untuk terjadinya tumbukan efektif antar-partikel. Semakin banyak tumbukan efektif berarti laju reaksi semakin cepat.

2. Luas Permukaan

Semakin luas permukaan, semakin banyak peluang terjadinya tumbukan antar pereaksi. Semakin banyak tumbukan yang terjadi mengakibatkan semakin besar peluang terjadinya tumbukan yang menghasilkan reaksi (tumbukan efektif). Akibatnya, laju reaksi semakin cepat.

3. Suhu

Pada suhu tinggi, partikel-partikel yang terdapat dalam suatu zat akan bergerak (bergetar) lebih cepat daripada suhu rendah. Oleh karena itu, apabila terjadi kenaikan suhu, partikel-partikel akan bergerak lebih cepat, sehingga energi kinetik partikel meningkat. Semakin tinggi energi kinetik partikel yang bergera, jika saling bertabrakan akan menghasilkan energi yang tinggi pula, sehingga makin besar peluang terjadinya tumbukan yang dapat menghasilkan reaksi (tumbukan efektif)

4. Katalis

Energi minimal yang diperlukan untuk berlangsungnya suatu reaksi disebut energi pengaktifan atau energi aktivasi. Tiap reaksi mempuyai energi aktivasi yang berbeda-beda. Jika energi suatu aktivasi rendah, reaksi tersebut akan lebih mudah terjadi. Semakin rendah energi aktivasi, semakin mudah reaksi berlangsung. Katalis mempercepat reaksi dengan cara mengubah jalannya reaksi, dimana jalur reaksi yang ditempuh tersebut mempunyai energi aktivasi yang lebih rendah daripada jalur reaksi yang biasanya ditempuh. Jadi dapat dikatakan bahwa katalis berperan dalam menurunkan energi aktivasi.

B. Penggunaan Katalis di Bidang Industri

Katalis adalah sebuah zat yang memiliki fungsi untuk meningkatkan kecepatan laju reaksi kimia terhadap suhu yang tidak menentu tanpa mengalami perubahan maupun terpakai oleh reaksi itu sendiri. Sebuah katalis memiliki fungsi dalam reaksi namun bukan sebagai pereaksi maupun produk. Katalis sangat penting digunakan dalam industri. Kebanyakan industri kimia menggunakan katalis dalam proses produksinya. Berikut ini beberapa penggunaan katalis dalam industri:

1. Industri Amonia

Bahan dasar amonia adalah nitrogen yang tersedia melimpah di udara. Bahkan, nitrogen merupakan gas yang paling banyak di atmosfer, yaitu kira-kira 78%. Walaupun demikian, nitrogen sukar bereaksi sehingga senyawanya tidak banyak ditemukan di alam. Satu-satunya senyawa nitrogen yang ada di alam adalah sendawa chili (NaNO3).

Di sisi lain, permintaan terhadap senyawa nitrogen semakin hari semakin tinggi, senyawa nitrogen biasanya digunakan untuk industri pupuk dan bahan peledak. Karena hal itulah, sintesis senyawa nitrogen adalah suatu proses yang sangat penting untuk dilakukan dan diterapkan. Senyawa nitrogen yang paling penting adalah amonia yang merupakan hasil reaksi antara nitrogen dan hidrogen. Selanjutnya, amonia dapat diubah menjadi senyawa nitrogen yang lain, misalnya asam nitrat dan garamnya.

Katalis Fe2O3 digunakan dalam pabrik amonia. Katalis tersebut menyebabkan terjadinya reaksi antara nitrogen dan hidrogen.

N2(g) + 3 H2(g) → 2NH3(g)

2. Industri Asam Nitrat

Asam nitrat merupakan salah satu asam anorganik yang sangat penting. Asam nitrat digunakan untuk membuat pupuk, pewarna obat-obatan, dan bahan peledak. Dalam pembuatan asam nitrat (HNO3), amonia bereaksi dengan oksigen membentuk nitrogen monoksida (NO) dan uap air (H2O) dengan bantuan katalis platina (Pt). Gas NO dalam keadaan kontak udara dilarutkan kedalam air membentuk asam nitrat.

4 NH₃(g) + 5 O₂(g) → 4 NO(g) + 6 H₂O(l)

       2 NO(g) + O₂(g)     → 2 NO₂(g) (tanpa katalis)

4 NO₂(g) + O₂(g) + H2O(l) → 4 HNO₃(aq)

3. Industri Asam Sulfat

Dalam pabrik asam sulfat (H2SO4), gas SO2 dibuat dengan membakar bijih belerang (FeS). Pada proses kontak, gas SO2 dan udara dipanaskan kemudian dilewatkan pada katalis vanadium (V) oksida (V2O5). Asam sulfat dibuat dengan cara melarutkan gas SO3 dalam H2SO4 dan kemudian diencerkan dengan air.

Materi Laju Reaksi Bagian 2

Pembelajaran pada postingan kali ini melanjutkan pembahasan pada postingan sebelumnya tentang laju reaksi. Pada pembelajaran kali ini terdapat 3 pembahasan utama yaitu persamaan laju reaksi, orde reaksi dan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi. 

A. Persamaan Laju Reaksi

Penentuan laju reaksi pada umumnya dilakukan pada laju awal (konsentrasi awal). Terdapat dua alasan penentuan laju reaksi dilakukan pada konsentrasi awal. Pertama, pada saat reaksi berlangsung konsentrasi zat pereaski akan menurun sehingga tidak dapat ditentukan konsentrasi pada saat reaksi sedang berjalan. Kedua, kemungkinan reaksi berbalik arah, artinya zat hasil reaksi berubah kembali menjadi zat pereaksi. Persamaan laju reaksi menyatakan hubungan kuantitatif laju reaksi dengan konsentrasi pereaksi. Bentuk persamaan laju reaksi : 

v = k [A]^m [B]^n

Keterangan:

k  = tetapan jenis reaksi

m = orde reaksi terhadap pereaksi A

n  = orde reaksi terhadap pereaksi B

B. Orde Reaksi

Orde reaksi adalah pangkat konsentrasi dalam persamaan laju reaksi. Semakin besar orde reaksi, semakin besar pengaruh perubahan konsentrasi pereaksi itu terhadap laju reaksi. Orde reaksi ditentukan melalui percobaan dan tidak dapat ditentukan dari stoikiometri (koefisien) reaksi.

Orde reaksi menyatakan besarnya pengaruh konsentrasi pereaksi pada laju reaksi. Ada tiga macam orde reaksi, yaitu :

1. Orde nol

Reaksi dikatakan berorde nol terhadap salah satu pereaksi apabila perubahan konsentrasi pereaksi tersebut tidak mempengaruhi laju reaksi.

2. Orde satu

 Suatu reaksi dikatakan berorde satu terhadap salah satu pereaksinya jika laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi pereaksi itu.

3. Orde dua

Suatu reaksi dikatakan berorde dua terhadap salah satu pereaksi jika laju reaksi merupakan pangkat dua dari konsentrasi pereaksi itu.

C. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi 

Dari pengalaman sehari-hari dapat diketahui bahwa laju reaksi dipengaruhi oleh berbagai faktor. Misalnya, kita dapat mengamati bahwa serpihan kayu terbakar lebih cepat daripada balok kayu. Berikut Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi :

1. Konsentrasi

Konsentrasi berkaitan dengan jumlah partikel yang bereaksi. Makin besar konsentrasi, maka makin banyak partikel sehingga semakin banyak tumbukan yang terjadi. dengan demikian semakin banyak partikel yang bertumbukan, maka laju reaksi pun semakin besar.

Pengaruh konsentrasi terhadap laju reaksi dapat dijelaskan sebagai berikut: supaya suatu reaksi dapat berlangsung , partikel – partikel tersebut pertama – tama haruslah bertubrukan. Hal ini berlaku ketika dua partikel itu larutan atau salah satu larutan satunya lagi benda padat. Jika konsentrasi tinggi maka kemungkinan untuk bertubrukan pun besar. Jika reaksi hanya melibatkan satu partikel tersebut keberbagai arah, maka tubrukan – tubrukan tidak saling berhubungan.

2. Luas Permukaan

Suatu reaksi mungkin banyak melibatkan pereaksi dalam bentuk padatan., bila kita mempunyai kubus dengan ukuran panjang, lebar dan tinggi masing-masing 1cm. Luas permukaan kubus bagian depan 1 cm x 1 cm = 1 cm². Luas permukaan bagian belakang, kiri, kanan, atas dan bawah, masing-masing juga 1 cm² . Jadi luas permukaan seluruhnya 6 cm².

Kemudian kubus tersebut kita pecah jadi dua, maka luas permukaan salah satu kubus hasil pecahan tadi adalah 2(1 cm x 1 cm) + 4 (0,5 cm x 1 cm) = 4 cm². Berarti luas dua kubus hasil pecahan adalah 8 cm². Apa yang dapat Anda simpulkan mengenai hal ini? Jadi makin kecil pecahan tersebut, luas permukaannya makin besar. Bila kubus 1 cm³ dipecah menjadi dua, maka luas permukaan sentuh meningkat dua kalinya, dan permukaan sentuh tadi bereaksi dengan cairan atau gas. Hal ini merupakan contoh bagaimana penurunan ukuran partikel dapat memperluas permukaan sentuh zat.

Bagaimana pengaruh ukuran kepingan zat padat terhadap laju reaksi? Misalkan, kita mengamati reaksi antara batu gamping dengan larutan asam klorida (HCl). Percobaan dilakukan sebanyak dua kali, masing-masing dengan ukuran keping batu gamping yang berbeda, sedangkan faktor-faktor lainnya seperti massa batu gamping, volume larutan HCl, konsentrasi larutan HCl dan suhu dibuat sama. Dengan demikian, perubahan laju reaksi semata-mata sebagai akibat perbedaan ukuran kepingan batu gamping (kepingan halus dan kepingan kasar). Dalam hal ini, ukuran keping batu gamping kita sebut variabel manipulasi, perubahan laju reaksi (waktu reaksi) disebut variable respon, dan semua faktor lain yang dibuat tetap (sama) disebut variable kontrol.

Mengapa kepingan yang lebih halus bereaksi lebih cepat? Pada campuran pereaksi yang heterogen, reaksi hanya terjadi pada bidang batas campuran yang selanjutnya kita sebut bidang sentuh. Oleh karena itu, makin luas bidang sentuh makin cepat bereaksi. Jadi makin halus ukuran kepingan zat padat makin luas permukaannya. Pengaruh luas permukaan banyak diterapkan dalam industri, yaitu dengan menghaluskan terlebih dahulu bahan yang berupa padatan sebelum direaksikan. Ketika kita makan, sangat dianjurkan untuk mengunyah makanan hingga lembut, agar proses reaksi di dalam lambung berlangsung lebih cepat dan penyerapan sari makanan lebih sempurna.

3. Suhu

Suhu merupakan salah satu faktor - faktor yang mempengaruhi laju reaksi. Besarnya suhu menyebabkan laju reaksi semakin besar. Suhu juga akan mempengaruhi harga konstanta suatu laju reaksi. Kecepatan laju reaksi sebagai pengaruh suhu, dapat dilihat pada proses pembuatan kopi. Gula akan lebih cepat larut apabila air pada gelas lebih panas. Sebaliknya gula akan lebih lambat larut apa bila air pada gelas itu masih dingin.

Pada umumnya reaksi akan lambat cepat apabila suhu dinaikkan. Dengan menaikan suhu maka energi kinetik molekul – molekul zat yang bereaksi akan bertambah sehingga semakin banyak molekul yang memiliki energi sama atau lebih besar dari Ea. hubungan antara nilai tetapan laju reaksi (k) terhadap suhu dinyatakan oleh persamaan ARRHENIUS : 

k = A . e –E/RT

4. Katalis

Katalis adalah zat yang dapat mempercepat atau memperlambat laju reaksi. Zat yang mempercepat laju reaksi disebut katalisator. Dan zat yang memperlambat suatu reaksi disebut inibitor. Ada dua jenis katalis yaitu:

 Katalis homogen : yaitu katalis yang wujudnya sama dengan wujud pereaksi

 Katalis heterogen : yaitu katalis yang wujudnya berbeda dengan wujud partikel

 laju reaksi bergantung pada energi rintangan reaksi atau energi aktivitasi katalis juga didefinisikan sebagai suatu zat yang dapat mengurangi energi aktivitasi suatu reaksi. Contoh katalis yang digunakan:

Reaksi	Katalis
Dikomposisi hidrogen peroxida	Mangan ( IV ) Oksida ( MnO2)
Nitrasi benzen	Asam sulfat pekat
Produksi amonia dengan proses haber	Besi
Konversi dari SO2 ke SO3 melalui proses untuk memproduksi asam sulfat	Vonadium ( V ) oxida ( V2O5 )

5. Tekanan

Peningkatan tekanan pada reaksi yang melibatkan gas pereaksi akan meningkatkan laju reaksi. Perubahan tekanan pada suatu reaksi yang melibatkan zat padat maupun zat cair tidak memberikan perubahan apapun terhadap laju reaksi. Dalam proses pembuatan amonia dengan proses haber, laju reaksi antara hidrogen dan nitrogen ditingkatkan dengan menggunakan tekanan yang sangat tinggi.

N_{2 (g)} + 3H_{2 (g)} → 2NH_{3 (g)}

Sesungguhnya, alasan untuk menggunakan tekanan tinggi adalah untuk meningkatkan persentase amonea didalam kesetimbangan campuran. Peningkatan tekanan dari gas adalah sama dengan peningkatan pada konsentrasi.

pembahasan selanjutnya klik disini