28
Bab - 3 LAJU REAKSI Standar Kompetensi 3. Memaha Memahami mi kineti kinetika ka dan kesetimb kesetimbang angan an reaksi reaksi kimia serta faktorfaktor-fak faktor tor yang yang mempengaruhinya. Kompetensi asar ! 3.". 3.". Mengan Menganali alisis sis data data per#o per#obaa baan n untuk untuk menent menentuka ukan n laju reak reaksi si dan orde orde reak reaksi. si. 3.$. 3.$. Menyel Menyelidi idiki ki faktor faktor-f -fakt aktor or yang mempe mempenga ngaruhi ruhi lajun lajun reaks reaksii dan menyimp menyimpulk ulkan an hasilnya. 3.3. 3.3. Menggu Menggunak nakan an postul postulat at dasar dasar teori teori tumbuk tumbukan an untuk untuk menjela menjelaska skan n keberga kebergantu ntunga ngan n laju reaksi pada beberapa faktor yang mempengaruhi laju reaksi. 3.%. 3.%. Menj Menjel elas aska kan n pene penera rapa pan n kons konsep ep laju laju reaksi reaksi dalam dalam kehi kehiod odup upan an sehar seharii-ha hari ri dan industri.
Proses Proses industri yang melibatkan melibatkan adanya reaksi kimia memerlukan memerlukan seorang seorang ahli kimia yang dapat mengatur agar suatu proses industri akan menghasilkan bahan industri yang sebanyak-banyak dalam waktu waktu sesingkat-singkatnya. sesingkat-singkatnya. Di sisi lain lain terdapat reaksi reaksi kimia yang yang dike dikehe hend ndak akii berj berjal alan an lamb lambat at,, misa misaln lnya ya baga bagaim iman ana a agar agar buah buah tida tidak k sege segera ra membusuk, memperlambat proses pembusukan makanan dan bagaimana memperlambat perkaratan logam. Pada bab ini akan dibahas bagaimana suatu reaksi dapat berlangsung dengan cepat, faktor - faktor apa saja yang dapat mempercepat suatu reaksi, kondisi yang bagaimana suatu reaksi dapat dipercepat agar hasilnya dapat diperoleh sebanyak-banyaknya.
A. Penger Pengertian tian Laju Reaksi Reaksi dan Penentu Penentuanny annya. a. 1. Penge Pengert rtian ian Laj Laju u Reaksi Reaksi Istilah laju laju atau kecepatan sering sering dibicarakan dalam ilmu fisika, pengertian pengertian laju dalam reaksi sebenarnya sama dengan laju pada kendaraan yang bergerak, misalnya seseorang mengendarai sepeda motor sejauh 100 km ditempuh dalam waktu jam. !rang tersebut mengendarai sepeda motor dengan kecepatan "0 km#jam. $ecepatan tersebut dapat diartikan bahwa setiap orang tersebut mengendarai kendaraannya selama 1 jam maka jarak jarak yang yang ditemp ditempuh uh bertambah bertambah "0 km. Perny Pernyata ataan an terseb tersebut ut juga juga dapat dapat diarti diartikan kan bahwa setiap setiap orang tersebut tersebut mengendarai mengendarai sepeda sepeda motornya motornya selama selama 1 jam maka jarak yang harus ditempuh berkurang sejauh "0 "0 km. %ara menghitung kecepatan demikian ini menghasilkan kecepatan rata-rata, karena selama mengendarai mengendarai kendaraan mulai dari berangkat sampai tiba ditujuan tidak selalu mengendarai dengan laju "0 km#jam, tetapi ada kalanya berhenti, dipercepat atau diperlambat. &eaksi kimia menyangkut perubahan dari suatu pereaksi 'reaktan( menjadi hasil reaksi atau produk, yang dinyatakan dengan persamaan reaksi ) &eaktan'pereaksi(
→ produk 'hasil reaksi(
*epe *epert rtii haln halnya ya pada pada cont contoh oh di atas atas,, maka maka laju laju reak reaksi si dapa dapatt diny dinyata ataka kan n seba sebaga gaii berkurangn berkurangnya ya jumlah jumlah reaktan untuk untuk setiap setiap satuan waktu waktu atau bertambahnya jumlah hasil reaksi untuk setiap satuan waktu. +kuran jumlah at dalam reaksi kimia umumnya dinyatakan sebagai konsentrasi molar atau molaritas molaritas (M), dengan dengan demikian maka laju reaksi menyatakan menyatakan berkurangnya konsentrasi konsentrasi pereaksi atau bertambahnya konsentrasi konsentrasi
29
&at hasil reaksi setiap satu satuan waktu (detik). *atuan laju reaksi umumnya -3 -1 dinyatakan dalam satuan mol dm det atau mol/liter detik . *atuan mol dm - atau molaritas ' (, adalah satuan konsentrasi larutan. /ambar .1. menunjukkan suatu proses sederhana dari reaksi perubahan molekul menjadi molekul yang dinyatakan dengan persamaan reaksi ) → erkurangnya jumlah molekul dan bertambahnya molekul diikuti dengan selang waktu 10 detik. Dari gambar .1. tersebut tampak bahwa berkurangnya dalam setiap selang waktu 10 detik mengakibatkan bertambahnya , dengan demikian laju reaksi dapat dinyatakan ) 2aju reaksi 3
−
∆[ A ] ∆t
atau laju reaksi 3
∆[ B] ∆t
4anda negatif dari ∆ menunjukkan bahwa berkurang, sedangkan karenma bertambah.
∆
/ambar. .1. Perubahan → diikuti setiap 10 detik
/ambar. .. $ur5a laju reaksi →
2. Stoikiometri Laju Reaksi
berharga positip
30
4erdapat hubungan stoikiometri antara laju reaksi yang diukur terhadap berkurangnya konsentrasi pereaksi dan bertambahnya konsentrasi hasil reaksi. +ntuk reaksi → bila laju reaksi dinyatakan sebagai berkurangnya setiap satuan waktu - ∆67# ∆t akan sama dengan laju reaksi yang dinyatakan berdasar bertambahnya setiap satuan waktu ∆67# ∆t sebab setiap sebuah molekul berkurang maka akan menghasilkan sebuah molekul . +ntuk reaksi yang memenuhi persamaan reaksi ) % → D berarti setiap molekul % yang berkurang setiap satuan waktu akan menghasilkan sebuah molekul D, dengan demikian laju reaksi yang diukur berdasarkan jumlah D yang dihasilkan akan setara dengan 8 dari laju reaksi yang diukur berdasar berkurangnya % dalam satuan waktu yang sama, atau laju reaksi 3 - 8 ∆6%7# ∆t 3 ∆6D7#∆t *ecara umum untuk reaksi yang dinyatakan dengan persamaan reaksi ) a 3 b → c% 9 dD berlaku, 1 ∆[ A] 1 ∆[ B] 1 ∆[ C] 1 ∆[ D] =− = = laju reaksi 3 − a ∆t b ∆t c ∆t d ∆t
3. Penentuan Laju Reaksi. Penentuan laju reaksi dapat dilakukan dengan cara fiisika atau dengan cara kimia. Dengan cara fisika penentuan konsentrasinya dilakukan secara tidak langsung, yaitu berdasar sifat-sifat fisis campuran yang dipengaruhi oleh konsentrasi campuran, misalnya daya hantar listrik, tekanan 'untuk reaksi gas(, absorbsi cahaya, dan lainlainnya. Penentuan secara kimia dilakukan dengan menghentikan reaksi secara tibatiba ' reaksi dibekukan ( setelah selang waktu tertentu, kemudian konsentrasinya ditentukan dengan metode analisa kimia. erikut ini contoh penentuan laju reaksi dari reaksi antara larutan r dengan asam formiat pada suhu " o% yang ditentukan melalui konsentrasi r untuk setiap satuan waktu. $onsentrasi r ditentukan melalui spektrofootometer berdasarkan perubahan warna r yang tersisa. &eaksi yang terjadi adalah ) :%!!: 'l( 9 r 'a;(
→
r< 'a;( 9 :+'a;( 9 %! 'g(
Data yang diperoleh adalah sebagai berikut ) 4abel..1. :asil Pengukuran 2aju &eaksi romin dengan asam formiat pada " o% laju =aktu $onsentrasi r 2aju reaksi k3 'detik-1( 'detik( '( '#detik( [ Br 2 ] 0,0 "0,0 100,0 1"0,0 00,0 "0,0 00,0 "0,0 >00,0
0,010 0,0101 0,00A>B 0,00C10 0,00"@B 0,00"00 0,00>0 0,00" 0,00@B
>, ? 10 -" ," ? 10 -" ,@B ? 10 -" ,>@ ? 10 -" ,0@ ? 10 -" 1,C" ? 10 -" 1,>A ? 10 -" 1, ? 10 -" 1,0> ? 10 -"
,"0 ,>@ ,"0 ,"1 ,"1 ,"0 ," ,>A ,"1
? ? ? ? ? ? ? ? ?
10- 10- 10- 10- 10- 10- 10- 10- 10-
31
Dengan mengikuti perubahan konsentrasi r dari waktu ke waktu dapat ditentukan laju reaksi rata-rata dalam selang waktu tertentu dengan perhitungan ) ∆[ Br 2 ] 2aju rata-rata 3 − ∆t [ Br 2 ] akhir − [ Br 2 ] mula −mula 3 − t akhir − t awal dengan menggunakan data pada tabel .1. dapat dihitung laju reaksi rata-rata pada "0 detik pertama sebagai berikut ) laju rata-rata 3
−
( 0,0101 − 0,0120) M 50,0 det ik
= 3,8 x 10−5 M / det ik
Dengan cara yang sama maka laju rata-rata pada 100 detik pertama ad alah, laju rata < rata 3
−
( 0,00846 − 0,0120) M 100,0 det ik
= 3,54 x 10 −5 M / det ik
Dari kedua perhitungan tersebut menunjukkan bahwa ada perbedaan laju reaksi ratarata yang dihitung dalam selang waktu yang berbeda. Pendekatan ini tidak akurat sehingga diperlukan cara perhitungan laju reaksi yang berlaku dalam setiap saat, yang dikenal dengan laju reaksi sesaat.
2aju pada 100 detik pertama 3 ,@B ? 10-"#det 2aju pada 00 detik pertama 3 ,0@ ? 10-"#det
2aju pada 00 detik pertama 3 1,>A ? 10-"#det
/ambar... $ur5a 2aju &eaksi 2aju reaksi sesaat dapat ditentukan melalui cara grafik, dimana laju reaksi sesaat sebenarnya merupakan gradien dari kur5a antara waktu dengan perubahan konsentrasi pada selang waktu tertentu. !leh karena itu terdapat suatu bilangan tetap yang merupakan angka faktor perkalian terhadap konsnetrasi yang disebut sebagai tetapan laju reaksi (k). Dengan demikian maka laju reaksi sesaat secara umum dapat dinyatakan sebagai , laju reaksi ≈ k 6r7
32
B. Huku Laju Reaksi Dari percobaan penentuan laju reaksi menunjukkan bahwa laju reaksi akan menurun dengan bertambahnya waktu, ini berarti ada hubungan antara konsentrasi at yang tersisa saat itu dengan laju reaksi. Pada percobaan - percobaan menunjukkan bahwa umumnya laju reaksi tergantung pada konsentrasi awal dari &at-&at pereaksi, pernytaan ini dikenal dengan :ukum 2aju &eaksi atau Persamaan laju reaksi. *ecara umum untuk reaksi ) p 9 ; r % →
dimana,
V = k [ A]m []n 5 3 laju reaksi ' mol dm- det-1 ( k 3 tetapan laju reaksi m 3 tingkat reaksi 'orde reaksi( terhadap n 3 tingkat reaksi 'orde reaksi( terhadap 67 3 konsentrasi awal ' mol dm -( 67 3 konsentrasi awal 'mol dm-(
4ingkat reaksi total adalah jumlah total dari tingkat reaksi semua pereaksi, tingkat reaksi nol '0( berarti laju reaksi tersebut tidak teropengaruh oleh konsentrasi pereaksi, tetapi hanya tergantung pada harga tetapan laju reaksi 'k(. :arga k tergantung pada suhu, jika suhunya tetap harga k juga tetap. Persamaan laju reaksi tidak dapat diturunkan dari persamaan reaksi , tetapi melalui percobaan. :asil percobaan tabel 1.1. menunjukkan hasil percobaan penentuan laju reaksi antara gas hidrogen dengan nitrogen monoksida yang dilakukan pada suhu A00 o %, dengan persamaan reaksi ) :'g( 9 !'g( :!'g( 9 'g( → Percobaan ke1 > " B
6 ! 7 awal 'mol dm-( 0,00B 0,00B 0,00B 0,001 0,00 0,00
6 :7 awal 'mol dm- ( 0,001 0,00 0,00 0,00B 0,00B 0,00B
2aju awal pembentukan 'mol dm- det-1 ( 0,000 0,00B0 0,00@0 0,000" 0,000 0,00>"
4abel... :asil Percobaan Penentuan Persamaan 2aju reaksi antara gas ! dan gas : pada A00o%. Percobaan 1 , dan , menunjukkan konsentrasi ! dibuat tetap 'sebagai 5ariabel kontrol( untuk mengetahui pengaruh konsentrasi gas : terhadap laju reaksi 'sebagai 5ariabel manipulasi(, dan sebaliknya percobaan >, ", dan B yang menjadi 5ariabel kontrolnya adalah konsentrasi gas : dan sebagai 5ariabel manipulasinya konsentrasi gas !. Dengan membandingkan percobaan > dan ", terlihat bahwa jika konsentrasi ! diduakalikan laju reaksi menjadi > kali lebih cepat, dan dari percobaan > dan B jika konsentrasi ! ditiga-kalikan laju reaksinya menjadi @ kali lebih cepat, maka 5
≅
k 6!7
33
atau, $4 $5
[ ] [! ] k [ "#] [ ! ] k "#
=
2
0,0020
4
2
m
0,0005
1
m
k [ 0,001] [ 0,006]
k [ 0,002] [ 0,006/ ]
m
=
m
m
1 = 2
m 3 maka 5 3 k 6!7 Dari percobaan 1 dan didapat bila konsentrasi gas : didua-kalikan laju reaksinya menjadi dua kali lebih cepat, dan jika konsentrasi gash : ditiga-kalikan laju reaksinya mnenjadi tiga kali dari laju semula, maka 5
≅
k 6:7
atau, $1 $2
[ ] [! ] k [ "# ] [ ! ] k "#
=
m
2
m
2
[ 0,001] = m 0,006 k [ 0,006] [ 0,002] 1 1 = 2 2 k [ 0,006]
0,003
m
n 3 1 maka 5 3 k6:7 Dengan demikian persamaan laju reaksinya, 5 3 k 6!7 6:7 :arga k pada percobaan tersebut dapat dicari dengan menggunakan persamaan diatas, misalnya diambil data dari percobaan , 5 3 k 6!7 6:7 0,00B0 mol dm- det-1 3 k ' 0,00B mol dm- ( '0,00 mol dm -( 0,00B0 mol dm - det-1 k 3 '0,00B mol dm - ( ' 0,00 mol dm-( 3 A, ? 10 > mol- dmB det-1 *atuan harga k dapat berubah tergantung pada tingkat 'orde( reaksi totalnya. ila dibuat kur5a antara laju reaksi terhadap konsentrasi maka didapat tipe grafik seperti pada gambar .1. Dari kur5a tersebut terlih bahwa pada reaksi berorde nol, maka konsentrasi pereaksi tersebut tidak berpengaruh terhadap lajunya reaksi.
34
!. "akt#r $ "akt#r %ang &e'engaru(i Laju Reaksi ). *e#ri *ubukan *uatu at dapat bereaksi dengan at lain apabila partikel-partikelnya saling bertumbukan. 4umbukan yang terjadi tersebut akan menghasilkan energi untuk memulai terjadinya reaksi. 4erjadinya tumbukan antar partikel disebabkan oleh karena partikelpartikel 'molekul-molekul( at selalu bergerak dengan arah yang tidak teratur. 4umbukan antara partikel-partikel yang bereaksi tidak selalu menghasilkan energi, hanya tumbukan yang menghasilkan energi yang cukup yang dapat menghasilkan reaksi. odel tumbukan antar partikel dapat digambarkan sebagai bola yang akan menggelinding dari lekukan suatu bukit ke lereng bukit, diperlukan energi supaya bola menggelinding mencapai puncak lekukan ' keadaan transisi(, setelah mencapai keadaan transisipun masih diperlukan energi agar bisa terlepas dari puncak lekukan tersebut agar bisa menggelinding ke lereng gunung jika energi tidak cukup maka bola tersebut akan menggelinding kembali ke lekukan itu. '/b. .>(
/ambar..>. ola menggelinding akan kembali ke lembah bila energinya tidak cukup untuk mendorong sampai dipuncak. Energi yang diperlukan agar bola sampai ke puncak bukit dan menggelinding dianalogikan sebagai energi pengaktifan. alam reaksi kimia 'nergi engaktifan ('nergi kti*asi) merupakan energi minimum agar suatu reaksi dapat berlangsung . 4umbukan yang menghasilkan energi yang cukup untuk menghasilkan reaksi disebut dengan tumbukan efektif. Dengan menggunakan teori tumbukan ini dapat dijelaskan bagaimana faktor < faktor yang dapat mempercepat laju reaksi.
' Energi akti5asi(
' Energi akti5asi(
35
/ambar..". Diagram Energi pada reaksi eksoterm dan endoterm.
. K#nsentrasi *ecara umum konsentrasi pereaksi akan mempengaruhi laju reaksi, pengaruh konsentrasi terhadap laju reaksi untuk adalah khas untuk setiap reaksi. Pada reaksi orde-0 'nol( perubahan konsentrasi pereaksi tidak berpengaruh terhadap laju reaksi. &eaksi orde-1 'satu( setiap kenaikan konsentrasi dua kali akan mempercepat laju reaksi menjadi dua kali lebih cepat, sedangkan untuk reaksi orde- bila konsentrasi dinaikan menjadi dua kali laju reaksi menjadi empat kali lebih cepat. Pengaruh konsentrasi terhadap laju reaksi ini dapat dijelaskan dengan model teori tumbukan. akin tinggi konsentrasi berarti makin banyak molekul-molekul dalam setiap satuan luas ruangan, dengan demikian tumbukan antar molekul makin sering terjadi, semakin banyak tumbukan yang terjadi berarti kemungkinan untuk menghasilkan tumbukan efektif semakin besar, dan reaksi berlangsung lebih cepat.
3. Luas Perukaan Sentu(an +ntuk reaksi heterogen 'fasenya tidak sama(, misalnya logam seng dengan larutan asam klorida, laju reaksi selain dipengarhui oleh konsentrasi asam klorida juga dipengaruhi oleh kondisi logam seng. Dalam jumlah 'massa( yang sama butiran logam seng akan bereaksi lebih lambat habis daripada serbuk seng. &eaksi terjadi antara molekul - molekul asam klorida dalam larutan dengan atom-atom seng yang bersentuhan langsung dengan asam klorida. Pada butiran seng atom - atom seng yang bersentuhan langsung dengan asam klorida lebih sedikit daripada pada serbuk seng, sebab atom-atom seng yang bersetuhan hanya atom seng yang ada dipermukaan butiran, tetapi bila butiran seng tersebut dipecah menjadi butiran - butiran yang lebih kecil, atau menjadi serbuk, maka atom-atom seng yang semula didalam akan berada dipermukaan dan terdapat lebih banyak atom seng yang secara bersamaan bereaksi dengan larutan asam klorida. Dengan menggunakan teori tumbukan dapat dijelaskan bahwa semakin luas permukaan at padat semakin banyak tempat terjadinya tumbukan antar partikel at yang bereaksi.
,. Su(u dan Laju Reaksi :arga tetapan laju reaksi 'k( akan berubah bila suhunya berubah, kenaikan sekitar 10 o% akan menyebabkan harga tetapan laju reaksi menjadi dua atau tiga kali. Dengan naiknya harga tetapan laju reaksi 'k(, maka reaksi akan menjadi lebih cepat. +adi dengan naiknya suhu akan mengakibatkan laju reaksi akan berlangsung makin #epat . :al tersebut dapat dijelaskan dengan menggunakan teori tumbukan, yaitu bila terjadi kenaikan suhu maka molekul - molekul yang bereaksi akan bergerak lebih cepat, sehingga energi kinetiknya tinggi. $arena energi kinetiknya tinggi maka energi yang dihasilkan pada tumbukan antar molekul akan menghasilkan energi yang besar dan cukup untuk berlangsungnya reaksi. Dengan demikian semakin tinggi suhu berarti akan kemungkinan terjadinya tumbukan yang menghasilkan energi juga semakin banyak, dan berakibat reaksi berlangsung lebih cepat. ila pada setiap kenaikan ∆to% suatu reaksi berlangsung n kali lebih cepat maka laju reaksi pada t 'F( bila dibandingkan laju reaksi pada t 1 'F1( dapat dirumuskan )
36
%2
t 2 − t %1 ∆t
= ( )
%ontoh ) 2aju suatu reaksi menjadi dua kali lebih cepat pada setiap kenaikan suhu 10 o%. ila pada suhu 0 o% reaksi berlangsung dengan laju reaksi ? 10 - mol#L detik, maka berapa laju reaksi yang terjadi pada suhu "0 o%. Gawab ) %50
=
( )(
%20 2
50 20 −
10
)
F"0 3 ? 10- '( 3 1,B ? 10- mol#2.det.
. Kataisat#r eberapa reaksi kimia yang berlangsung lambat dapat dipercepat dengan menambahkan suatu at ke dalamnya, tetapi at tersebut pada waktu reaksi selesai ternyata tidak berubah, misalnya pada peruraian kalium klorat untuk menghasilkan gas oksigen dengan persamaan reaksi ) $%l!'s( → $%l's( 9 ! 'g( berlangsung pada suhu tinggi dan berjalan lambat, tetapi dengan penambahan kristal n! ke dalamnya ternyata reaksi akan dapat berlangsung dengan lebih cepat pada suhu yang lebih rendah. *etelah semua $%l! terurai ternyata n! masih tetap ada 'tidak berubah(. Dalam reaksi tersebut n! disebut sebagai katalisator. $atalisator adalah suatu at yang dapat mempercepat laju reaksi, tanpa dirinya mengalami perubahan yang kekal. *uatu katalisator mungkin dapat terlibat dalam proses reaksi atau mengalami perubahan selama reaksi berlangsung, tetapi setelah reaksi itu selesai maka katalistor akan diperoleh kembali dalam jumlah yang sama. $atalisator mempercepat reaksi dengan cara mengubah jalannya reaksi, dimana jalur reaksi yang ditempu tersebut mempunyai energi akti5asi yang lebih rendah daripada jalur reaksi yang biasanya ditempuh, jadi dapat dikatakan bahwa katalisator berperan di dalam menurunkan energi akti*asi.
/ambar..B. Diagram tingkat energi reaksi dengan katalisator Pada gambar .B. ditunjukkan bahwa apabila reaksi berlangsung tanpa katalisator reaksi antara dan akan menempuh jalur dengan membentuk kompleks terakti5asi H yang memerlukan energi akti5asi sebesar Ea-1, sedangkan pada penambahan katalisator reaksi menempuh jalur dengan membentuk kompleks terakti5asi dan J, yang masing-
37
masing memerlukan energi akti5asi sebesar Ea- dan Ea- yang relatif lebih rendah daripada Ea-1.
Diduga ada dua cara yang dilakukan katalisator dalam mempercepat reaksi yaitu dengan mem!entuk sen"a#a antara dan yang kedua dengan cara adsor!si .
a. Pem!entukan Sen"a#a Antara +mumnya reaksi berjalan lambat bila energi pengaktifan suatu reaksi terlalu tinggi, agar reaksi dapat berlangsung lebih cepat maka dapat dilakukan dengan cara menurunkan energi pengaktifan. +ntuk menurunkan energi pengaktifan dapat dilakukan dengan mencari senyawa antara 'keadaan tranmsisi( lain yang energinya lebih rendah. Kungsi katalis disini mengubah jalannya reaksi sehingga didapat senyawa antara ' keadaan transisi( yang energinya realtif lebih rendah tersebut. $atalisator %omogen ' katalisator yang mempunyai fase yang sama dengan at pereaksi yang dikatalis( bekerja dengan cara ini. isalnya reaksi ) 9 %, berlangsung melalui tahapan → tahap I ) 9 H ' H senyawa antara( → tahap II ) H % → ila kedalam reaksi tersebut ditambahkan katalisator '$( maka, tahapan reaksi berlangsung sebagai berikut, tahap I ) 9 $ $H '$H senyawa antara yang dibuat katalisator( → tahap II ) $H 9 % 9 $ → Pada kedua tahap tersebut terlihat bahwa pada akhir reaksi $ diperoleh kembali dan mengkatalisator molekul-molekul dan yang lain. Penggambaran energi menunjukkan bahwa dengan adanya jaan reaksi yang berbeda akan memerlukan energi pengaktifan yang rendah. '/b. ."( . %ontoh katalis homogen adalah larutan Ke9 untuk mengkatalis peruraian : ! menjadi : ! dan gas oksigen.
!. Adsor!si Proses katalisasi dengan cara adsorbsi umumnya dilakukan oleh katalisator heterogen, yaitu katalisator yang fasenya tidak sama dengan fase at yang dikatalisis(. Pada proses adsobsi, molekul-molekul pereaksi akan teradsorbsi pada permukaan katalisator, dengan terserapnya pereaksi di permukaan katalistor mengakibatkan at-at pereaksi terkonsentrasi di permukaan katalisator dan ini akan mempercepat reaksi. $emungkinan yang lain adalah , karena pereaksi-pereaksi teradsorbsi di permukaan katalisator akan dapat menimbulkan gaya tarik antar molekul yang bereaksi, dan ini menyebabkan molekul-molekul tersebut menjadi reaktif. gar katalisator tersebut berlangsung efektif, katalistor tidak mengadsorbsi at hasil reaksi, dan dengan demikian permukaan logam akan segera ditempati oleh molekul baru. ila at pereaksi atau pengotor teradsorbsi dengan kuat oleh katalisator menyebabkan permukaan katalis menjadi tidak aktif, dalam keadaan ini katalisator dikatakan telah teracuni, dan ini akan menghambat reaksi. %ontoh katalis adsorbsi adalah ikel pada pembuatan margarin, untuk mengkatalisis reaksi antara gas hidrogen dengan lemak atau minyak menjadi margarin. Pada industri asam sulfat digunakan katalisator F !" untuk mempercepat reaksi antara gas *! dan ! menjadi *!.
38
39
$atalisator Pen&ega% Polusi 'dara Pada $nal(ot $endaraan 'Disadur dari ) 2ister. 1@@1. nderstanding hemistry for d*an#e e*el. 2ondon)*tanley Pub.( /as buang kendaraan bermotor merupakan sumber utama polusi udara yang mengandung gas berbahaya seperti gas %! dan gas ! dan ! . /as %! berbahaya karena dapat meracuni darah, sedangkan gas ! dan ! bertanggung jawab terhadap terjadinya lubang oon dan hujan asam. *elain gas-gas tersebut asap kendaraan juga mengandung timbal yang berasal dari at aditif pada bensin. erbagai cara telah dilakukan untuk mencegah polusi tersebut tetapi belum ada cara yang terbaik. *alah satu cara untuk menghilangkan polusi timbal dilakukan dengan mengganti bensin bebas timbal. *alah satu penelitian yang dilakukan merekomendasikan adalah mengkondisikan agar terjadi reaksi antara gas %! dan hidrokarbon dapat bereaksi dengan gas ! %!'g( 9 ! → %!'g( 9 'g( %:>'g( 9 !'g( → %!'g( 9 'g( 9 :!'g( &eaksi tersebut hanya dapat berlangsung pada suhu yang sangat tinggi, tetapi pada suhu yang sangat tinggi mesin bekerja tidak efektif. !leh karenma itu diperlukan suatu katalisator yang dapat mempercepat reaksi tersebut pada suhu rendah. Dari penelitian telah diketemukan suatu katalis yang terbuat dari campuran logam platina dan rhodium 'Pt-&h(. $atalisator tersebut dipasang pada kenalpot kendaraan dan dibentuk seperti sisir. Dari hasil penelitian tersebut ternyata katalis tersebut mampu bekerja dengan baik pada suhu >00 o% dan dapat bertahan sampai "0.000 mil.' ± A0.000 km( Di negara maju yang sangat memperhatikan masalah lingkungan setiap kendaraan diwajibkan untuk memasang katalisator ini pada kenapot , yang dikenal sebagai &on)erter .
$atalisator dalam *ndustri Pu(uk Salah satu senyawa yang banyak dibutuhkan dalam industri pupuk adalah amoniak (NH 3 ). Senyawa ini dibuat melalui reaksi antara gas nitrogen dan hidrogen. N2(g) + 3 H 2(g) → NH3(g) H = !2"# k$.mol % &eaksi tersebut ber'alan sangat lambat pada suhu rendah" sedangkan pada suhu tinggi gas NH 3 yang dihasilkan enderung terurai kembali men'adi gas nitrogen dan hidrogen. leh karena itu diperlukan suatu kondisi dimana reaksi dapat berlangsung dengan epat pada suhu rendah" sehingga akan diperoleh hasil sebanyakbanyaknya dalam waktu yang sesingkatsingkatnya sesuai dengan prinsip ekonomi. Setelah melalui penelitian yang pan'ang" maka pada tahun %!* Fritz Haber berhasil menemukan ara membuat gas NH 3 yang e,isien" yaitu dengan menambahkan katalisator besi plus. -atalisator tersebut terbuat dari besi yang diampur dengan sedikit kalium oksida dan aluminium (e" - 2" /l). 0engan penambahan katalisator tersebut produksi gas NH 3 dapat berlangsung seara e,ekti, pada suhu **o1 dan selan'utnya dikenal dengan Proses Haber. Katalisator dalam proses Haber ini merupakan katalisatorm heterogen (fasa katalisator tidak sama dengan fasa zat yang bereaksi). Dalam proses tersebut diketahui bahwa gas N 2 dan H2 menempel pada permukaan katalisator. enelitian menun!ukkan bahwa pada waktu gas H 2 menempel di permukaan katalisator akan sangat mudah mengalami disosiasi men!adi atom"atom hidrogen yang sangat reakktif# di lain pihak gas N 2 akan terdisosiasi pada suhu sekitar $%% o&. Dalam keadaan atom ' atom maka reaksi berlangsung sangat epat N * + H → NH+ roses Haber membawa re,olusi dalam penyediaan gas amoniak yang merupakan bahan baku dalam industri pupuk dan bahan peledak .
40
Silakan +en&o!a, A$R-A$R 0A ++PAR'4* LA5' RA$S* I.
II.
*ujuan / Percobaan bertujuan menyelidiki pengaruh luas permukaan, suhu, konsentrasi dan katalisator terhadap laju reaksi. Aat dan Ba(an
41
lat dan ahan 4abung J *umbat berlubang dan pipa kaca *ilinder ukur /elas kimia /elas kimia plastik 2ampu spiritus $aki tiga 'tripot( 4ermometer *top =atch pipet tetes pualam 2arutan asam klorida
2arutan atrium tiosulfat 2arutan hidrogen peroksida larutan besi'III( klorida larutan natrium klorida
III.
+kuran#satuan
Gumlah
100 cm 1"0 cm 1 liter 0 < 100o% keping serbuk 1 0,1 "L 0,1 0,1
1 1 " 1 1 1 1 1 > ± " g ± " g 10 m2 10 m2 10 m2 00 m2 1"0 m2 1 m2 1 m2
Urutan Kerja Bagian $ )/ Pengaru( Luas 'erukaan ter(ada' aju reaksi 0 1.
.
.
>.
asukkan 0, g kepingan pualam ke dalam salah satu kaki tabung J , dan masukkan :%l sebanyak " m2 ke dalam kaki pipa J yang lain. 4utuplah mulut tabung dengan sumbat berpipa, kemudian reaksikan kedua at tersebut dengan menggulkingkkannya sehingga :%2 mengalir ke pualam. 4ampung gas yang terjadi pada silinder ukur seperti pada gambar disamping dan catat waktu yang diperlukan untuk menampung 10 m2 gas . 2akukan hal yang sama dengan langkah-1 dan mengganti keping pualam dengan serbuk pualam. 2akukan hal yang sama dengan langkah-1 tetapi dengan mengganti :%l dengan :%l dan 1
Bagian $ / Pengaru( Su(u *er(ada' Laju Reaksi 1. uatlah tanda silang pada sehelai kertas. . asukkan 100 m2 lautan a*! 0,1 ke dalam gelas kimia I, ukur suhunya dan catat, tempatkan gelas kimia di atas tanda silang. 4ambahkan 10 m2 larutan :%l 0, . %atat waktu sejak penambahan sampai tanda silang tidak terlihat dari atas larutan. . asukkan 100 m2 larutan a*! 0,1 pada gelas kimia II dan panaskan sampai suhunya naik 10 o% diatas suhu larutan yang pertama. 2etakkan diatas kertas yang ada tanda silangnya tadi kemudia tambahkan larutan :%l 0, . %atat waktu sejak penambahan sampai tanda silang tidak tampak l agi dari atas larutan. Bagian $ 3 / Pengaru( Kataisat#r *er(ada' Laju Reaksi 1. asukkan masing-masing " m2 larutan : ! "L ke dalam tiga gelas kimia terpisah. . 4ambahkan 1 m2 larutan a%l 0,1 ke dalam gelas kimia II 1 m2 dan 1 m2 larutan Ke%l 0,1 ke dalam gelas kimia III. . Pada gelas kimia I tidak ditambah apa-apa. agaimana kecepatan timbulnya gelembung gas pada ketiga gelas kimia tersebutM
42
I1.
Pengaatan Pengaru( Luas Perukaan dan K#nsentrasi sam $lorida '( Pualam 0, gram butiran sebesar pasir 1 keping 1 keping 1 1 keping Pengaru( Su(u *uhu 2arutan
=aktu ' detik(
=aktu
$eterangan
Pengaru( Kataisat#r 4abung omor 2arutan I :! II :! 9 a%l III :! 9 Ke%l
1. 1. . . >.
Pengamatan
Pertanyaan dan Kesi'uan 4erdapat beberapa faktor yang mempengaruhi laju reaksi. Kaktor apa saja yang diselidiki di atas M engapa tanda silang dibuat ukurannya sama M pa maksudnya pencatatan waktu reaksi berdasarkan pada tanda silang sampai tidak terlihat M Di dalam percobaan di atas sebutkan 5ariabel < 5ariabel apa saja yang merupakan 5ariabel bebas, 5ariabel terikat dan 5ariabel terkendali M
+'$A *$A RA$S* Pada umumnya laju reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi pereaksi. +ntuk reaksi antara dan dalam sistem homogen, hubungan antara laju reaksi dengan konsentrasi dinyatakan ) 2aju reaksi 3 k 67 m67n m disebut dengan tingkat reaksi terhadap dan n disebut sebagai tingkat reaksi terhadap , 'm9n( merupakan tingkat reaksi total. Pada percobaan ini akan ditentukan tingkat reaksi terhadap pereaksi untuik reaksi antara natrium tiosulfat dan asam klorida dengan reaksi ) a*!'a;( 9 :%l'a;(
→
a%l'a;( 9 *!'g( 9 *'s( 9 : !'l(
Aat dan Ba(an lat dan ahan
+kuran# satuan
Gumlah
100 m2 " m2 0,
1 C" m2 1" m2
/elas kimia silinder ukur stop watch larutan asam klorida larutan natrium tiosulfat
Urutan Kerja 1. uatlah tanda silang pada sehelai kertas putih.
43
. asukkan 10 m2 larutan :%l ke dalam gelas kimia dan letakkan gelas kimia tersebut di atas tanda silang. . 4ambahkan 0 m2 larutan a*! 0, dan catat waktu sejak penambahan sampai tanda silang tidak terlihat lagi dari atas larutan. >. +langi percobaan dengan menggunakan larutan a *! yang diencerkan dahulu dengan air seperti pada tebel Pengamatan-I. ". +langi percobaan dengan menggunakan larutan :%l yang diencerkan terlebih dahulu seperti pada tabel Pengamatan - II.
Pengaatan *abe I. Folume :%l
Folume 'm2( a*! 0,
air
Gumlah Folum
10
0
0
0
10
1"
"
0
10
10
10
0
10
"
1"
0
olaritas a*!
=aktu 'sekon(
1#'waktu(
olaritas :%l
=aktu 'sekon(
1#'waktu(
*abe II. Folume 'm2(
Folume a *! :%l
air
Gumlah Folum
0
10
0
0
0
C,"
,"
0
0
"
"
0
0,
4ugas ) a. uatlah grafik 1#'waktu( terhadap olaritas a *! b. uatlah grafik 1#'waktu( terhadap olaritas :%l
Pertanyaan dan Kesi'uan/ 1. Di dalam percobaan di atas laju reaksi diukur berdasarkan apa M . engapa 5olume total larutan dibuat sama M . engapa grafik laju reaksi digambarkan sebagai 1#'waktu( M >. 4entukan tingkatreaksi terhadap a *! dan terhadap :%lN ". agaimana rumusan laju reaksinyaN
Lati(an. 3.). 1. $edalam ruangan yang 5olumenya 10 liter direaksikan 0,1 mol gas dan 0,1 mol gas : dengan reaksi ) 'g( 9 :'g( :'g( → *etelah reaksi berlangsung " detik ternyata masih tersisa 0,0A mol gas . 4entukan laju reaksi sesaat berdasarkan ) a. gas nitrogen yang bereaksi '/ (
44
b. gas hidrogen yang terjadi '/ :( c. gas : yang terjadi ' / :( . +ntuk menentukan laju reaksi ) 'g( 9 'g( → 'g( , diikuti dengan mengukur perubahan konsentrasi setiap " detik dan didapat data sebagai berikut) =aktu 'detik( 6 7 'mol#2(
0 0,1
" 0,0A
10 0,0B"
4entukan ) a. laju reaksi rata-rata dari gas pad setiap selang waktu b. 2aju reaksi rata-rata setiap selang waktu berdasar gas yang dihasilkan
. 2aju reaksi terhadap reaksi ) :g%l 'a;( 9 %!> - 'a;( →
%! 'g( 9 :g%l 's( , diikuti dengan mengukur jumlah mol :g %l yang mengendap per liter permenit, dan diperoleh
data sebagai berikut ) Percobaan 6:g%l7awal ke 'mol#2( 1 0,10" 0,10" 0,0"
6%!>,- 7awal 'mol#2( 0,1" 0,0 0,0
2aju pembentukan :g%l 'mol#2 menit( 1,A ? 10-" C,1 ? 10-" ," ? 10-"
a. Dari data tersebut tentukan orde reaksinya terhadap :g%l dan terhadap %!>< serta orde keseluruhan. b. :itung harga tetapan laju reaksinya 'k( c. erapa laju reaksinya jika konsentrasi awal :g%l 0,0 mol#2 dan % !> < 3 0, mol#2.
45
Uji K#'etensi 1. $e dalam ruang liter direaksikan a mol gas dan b mol gas dengan persamaan reaksi ) 'g( 9 'g( % 'g( → setelah reaksi berlangsung 10 detik terbentuk gas % sebanyak m mol. 2aju reaksi rata-rata dalam 10 detik tersebut adalah O . . m#0 mol#2 detik . b#0 mol#2 detik %. a#0 mol#2 detik D. 'a - m ( mol#2 detik E. 'b-m( mol#2 detik . Pada reaksi ) %a%!'s( 9:%l'g( →%a%l'g( 9 : !'l( 9 %! 'g( /rafik yang menunjukkan hubungan antara konsentrasi :%l dengan waktu adalah O .
".
B.
[ HCl ] M
%
D C. E waktu D. D E. E
. . %. % . 2aju reaksi ) 9 % 9 D pada → setiap saat dapat dinyatakan sebagai O . . penambahan konsentrasi tiap satuan waktu . penambahan konsentrasi setiap satuan waktu %. penambahan konsentrasi % setiap satuan waktu D. penambahan konsentrasi dan setiap satuan waktu E. penambagan konsentrasi dan % setiap satuan waktu >. ila reaksi ) 'g( 9 : 'g( →: 'g( laju reaksi pembentukan gas : adalah r mol#2 detik, maka O . reaksinya tingkat satu terhadap gas A. nitrogen. banyaknya : yang bereaksi tiap detik . adalah r mol#L
gas yang berkurang adalah r mol setiap detik jumlah : yang terjadi tidak 7. dipengaruhi oleh konsentrasi awal : Pada detik pertama dihasilkan : . sebanyak r mol . Pernyataan berikut yang menyatakan reaksi tingkat nol adalah O . . laju reaksi meningkat dengan naiknya konsentrasi awal pereaksi. . laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi awal pereaksi %. laju reaksi berbanding lurus dengan kuadrat konsentrasi awal pereaksi . D. *uhu tidak mempengaruhi laju reaksi karena energi akti5asinya tetap. E. konsentrasi pereaksi tisak mempengaruhi laju reaksi. +ap bensin lebih mudah terbakar daripada bensin cair, faktor yang menyebabkan perbedaan ini adalah.. . konsentrasi D. katalisator . suhu E. entalpi %. luas permukaan Dari percobaan pengukuran laju reaksi diperoleh data sebagai berikut ) o 67 67 waktu reaksi 1 0,1 0,1 B 0,1 0, > 0, 0, > Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa orde reaksi totalnya adalah O . . 0 D. . 1 E. > %. lkohol lebih mudah terbakar daripada minyak tanah, sebab alkohol .. . lebih mudah menguap . lebih kecil energi pengaktifannya %. lebih reaktif D. lebih rendah massa jenisnya E. lebih kecil massa rumusnya Percobaan manakah yang anda harapkan paling cepat berlangsung jika pualam direaksikan dengan larutan asam klorida seperti yang tertera pada tabel berikut) Perc. entuk $onsentrasi ke pualam :%l keping 0,1 serbuk 0,1 % keping 1 6.
A.
@.
46
D E
serbuk keping
10. erikut adalah tabel data laju reaksi) !'g( 9 r'g( → !r'g( 6!7 6r7 2aju reaksi 'mol#2( 'mol#2( 'mol#2 detik( 0,10 0,0" B 0,10 0,10 1 0,10 0,0 > 0,0 0,0" > 0,0 0,0" "> &umus laju reaksinya adalah O . . F 3 k 6!76r 7 . F 3 k 6!76r7 %. F 3 k 6!76r7 D. F 3 k 6!7 E. F 3 k 6!76r7 11. erikut ini adalah data hasil percobaan laju reaksi dari reaksi ) !'g( 9 :'g( → 'g( 9 : !'g( 6!7 6:7 2)aju &eaksi 'mol# 'mol#2( 'mol#2 detik( 2 0,0 0,0" 1,B 0,0 0,1" >,A 0,10 0," 0," 0,0 0," ,0 &eaksi tersebut mempunyai tetapan laju reaksi sebesar O . . 0, D. 100 . ,0 E. 00 %. 0 1. &eaksi tingkat 'orde( tiga mempunyai satuan tetapan laju reaksi O . . detik-1 . mol-1dm- detik-1 %. mol- dmB detik-1 D. mol dm-Bdetik-1 E. mol- dm@detik-1 1. Dalam suatu eksperimen untuk menyelidiki laju reaksi untuk reaksi) 9 J → Data hasil percobaannya adalah )
o. 67awal 6J7awal 2aju 1 0,10 0,10 , ? 10 -> 0,10 0,0 1@,A ? 10-> 0,10 0,0 1@,A ? 10-> /rafik yang menggambarkan tingkat reaksi terhadap adalah O . D F F
67 . F
67 E
67
F
67
% F
67 1>. *uatu reaksi yang menghasilkan gas dilakukan pada berbagai suhu, setiap suhu naik "o% ternyata waktu yang diperlukan untuk menghasilkan 1 liter gas tersebut menjadi setengah dari waktu semula. ila pada suhu " o% untuk mendapatkan 1 liter gas tersebut memerlukan waktu >0 menit, maka pada suhu " o% untuk mendapatkan 1 liter gas diperlukan waktu O . . 0 menit D. ," menit . 10 menit E. 1," menit %. " menit 1". Kungsi katalisator adalah untuk O . . menaikkan energi kinetik molekul pereaksi . menurunkan energi pengaktifan dari seluruh reaksi %. mengubah jalannya reaksi sehingga energi akti5asinya turun D. meningkatkan frekwensi tumbukan antar partikel yang bereaksi E. menaikkan energi akti5asi dan energi kinetik molekul yang bereaksi
