7
Tujuan
Mengamati pengaruh suhu terhadap laju reaksi
Dasar Teori
Cabang ilmu kimia yang khusus mempelajari tentang laju reaksi disebut kinetika kimia. Tujuan utama kinetika kimia ialah menjelaskan bagaimana laju bergantung pada konsentrasi reaktan dan mengetahui mekanisme suatu reaksi berdasarkan pengetahuan tentang laju reaksi yang diperoleh dari eksperimen (Oxtoby, 2001). Laju reaksi dapat didefinisikan sebagai perubahan konsentrasi pereaksi atau produk persatuan waktu. Artinya terjadi pengurangan konsentrasi pereaksi atau pertambahan konsentrasi produk tiap satuan waktu (Keenan, 1990).
A + B 3C + D
Persamaan laju reaksinya yaitu v = k [A] [B]2
Dimana v adalah laju reaksi, k adalah konstanta laju reaksi dan [A] [B] adalah konsentrasi dari zat yang bereaksi. Nilai pangkat 2 menyatakan koefisien zat ataupun orde dari reaksi tersebut. Orde reaksi berarti menjelaskan tentang tingkat reaksi atau hubungan antara konsentrasi dengan kecepatan. Laju reaksi memiliki satuan mol / liter. detik (Petrucci,1985).
Macam-macam orde reaksi yaitu :
Orde reaksi 0 yaitu laju reaksi yang tidak bergantung pada konsentrasi.
Persamaan laju reaksi yang berorde 0 yaitu v = k [A]0
Gambar 1. Orde reaksi 0
Orde reaksi 1 yaitu laju reaksi yang berbanding lurus dengan konsentrasi pereaksi. Jika konsentrasi dinaikkan dua kali, maka laju reaksinya pun akan naik dua kali lebih cepat dari semula, dst. Persamaan laju reaksi yaitu v = k [A]
Gambar 2. Orde reaksi 1
Orde reaksi 2 yaitu pada reaksi orde dua, kenaikan laju reaksi akan sebanding dengan kenaikan konsentrasi pereaksi pangkat dua. Bila konsentrasi pereaksi dinaikkan dua kali maka laju reaksinya akan naik menjadi empat kali lipat dari semula.
Persamaan laju reaksi yaitu v = k [A]1 [B]1 ; v = k [A]2 ; v = k [B]2 (4)
Gambar 3. Orde reaksi 2
Dengan demikian, jika konsentrasi suatu zat dinaikkan a kali, maka laju reaksinya menjadi b kali sehingga orde reaksi terhadap zat tersebut adalah : ax = b. Dimana x = orde reaksi (Petrucci,1985). Persamaan laju reaksi mempunyai dua penerapan utama, yaitu penerapan praktis dan penerapan teoritis. Dikatakan untuk penerapan praktis adalah dimana telah diketahui persamaaan laju reaksi dan konstanta laju reaksi sehingga dapat diramalkan laju reaksi dari komposisi campuran. Sedangkan penerapan teoritis adalah dimana laju persamaan digunakan untuk menentukan mekanisme reaksi (Atkins,1990). Laju reaksi sebanding dengan konsentrasi reaktan suatu pangkat. Contohnya laju reaksi sebanding dengan konsentrasi reaktan A dan B, sehingga :
V = k [A] [B]
Koefisien k disebut konstanta laju reaksi yang tidak bergantung pada konsentrasi tetapi bergantung pada temperatur. Persamaan sejenis ini yang ditentukan secara eksperimen disebut hukum laju reaksi. Secara formal, hukum laju reaksi adalah persamaan yang menyatakan laju reaksi, dimana v sebagai fungsi dari konsentrasi semua spesies yang ada termasuk produknya (Atkins, 1990).
Laju reaksi terlihat dari perubahan konsentrasi molekul reaktan atau konsentrasi molekul produk terhadap waktu. Laju reaksi tidak tetap melainkan berubah terus-menerus seiring dengan perubahan konsentrasi (Chang, 2005). Laju suatu reaksi kimia dapat dipengaruhi oleh lima faktor untuk zat yang bersifat larutan dan ada enam faktor untuk zat yang bersifat gel. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi adalah sebagai berikut (Gilles,1984).
Konsentrasi
Konsentrasi menyatakan pengaruh kepekatan atau zat yang berperan dalam proses reaksi. Semakin besar nilai konsentrasi, maka nilai laju reaksi akan semakin besar pula. Hal ini dikarenakan jumlah zat semakin besar dan peluang untuk melakukan tumbukan semakin besar sehingga laju reaksi semakin cepat.
Gambar 4. Hubungan volume gas hidrogen terhadap waktu
Umumnya laju reaksi meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi. Hal ini dapat dinyatakan sebagai berikut.
Laju = k f (C1, C2, …., Ci)
Di mana k adalah konstanta laju atau disebut juga konstanta laju spesifik atau konstanta kecepatan, C1, C2, … adalah konsentrasi dari reaktan-reakan dan produk-produk (Dogra,1990).
Suhu
Setiap zat mamiliki energi. Zat tersebut akan bereaksi membentuk produk bila energi aktivasinya terpenuhi. Dengan menaikan suhu pada system berarti akan terjadi peristiwa menaikan energi aktivasi dan zat menjadi lebih mudah bergerak sehingga lebih mudah terjadi tumbukan dan laju reaksi akan menjadi lebih tinggi. Bila range suhu tidak terlalu besar, ketergantungan tetapan kecepatan reaksi pada suhu biasanya dapat dinyatakan dengan persamaan empiris yang diusulkan oleh arthenius:
k = A.e-Ea/RT
dimana :
A = faktor pre exponensial
Ea = energi aktifasi
R = konstanta gas
K = konstanta laju reaksi
T = suhu mutlak
persamaan tersebut dapat dituliskan dalam bentuk logaritma sebagai berikut :
log k = log A – Ea /2,303 R.T
Berdasarkan persamaan ini, di peroleh garis lurus untuk grafik log k vs 1/T (suhu mutlak), dimana harga -Ea/2,303 R merupakan slope dan log A sebagai intersept.
Gambar 5. Hubungan volume gas terhadap waktu (Wiryoatmojo, 1988).
Luas Permukaan Sentuh
Umumnya zat yang digunakan adalah padatan yang dilarutkan dalam suatu pelarut. Luas permukaan total zat tersebut akan semakin bertambah bila ukurannya diperkecil, Semakin halus suatu zat maka laju reaksi akan semakin besar karena luas permukaan yang bereaksi semakin besar.
Gambar 6. Hubungan jumlah molekul terhadap waktu (Roth dan Blaschke, 1989).
Sifat Dasar Pereaksi
Setiap zat memiliki sifat yang khas. Ada yang bersifat padatan, gas, dan cairan. Secara khas, zat yang bersifat gas adalah zat yang paling mudah bereaksi, kemudian tercepat kadua adalah cairan, kemudian padatan. Semakin renggang suatu zat maka laju reaksi akan semakin besar karena zat tersebut mamiliki partikel yang makin bebas dan mudah bertumbukan (Martin, 1990).
Tekanan
Faktor tekanan yang berlaku jika pereaksi adalah gel. Penambahan tekanan akan membuat volume suatu zat akan semakin kecil dan konsentrasi akan semakin besar. Umumnya proses penambahan tekanan ini dilakukan pada industri amonia (Noerdin, 1986).
Katalisator
Katalisator adalah suatu zat yang ditambahkan untuk mempercepat laju reaksi. Katalisator tidak mengalami perubahan kekal dalam
reaksi namun mungkin terlibat dalam reaksi. Katalis mempercepat suatu reaksi dengan menurunkan energi aktivasi, namun tidak mengubah entalpi reaksi. Katasis ditambahkan pada zat dalam jumlah yang sedikit dan umumnya bersifat spesifik untuk setiap reaksi (Arsyad, 2001). Jadi, katalis tidak muncul dalam laju persamaan kimia secara keseluruhan, tetapi kehadirannya sangat mempengaruhi hukum laju, memodifikasi dan mempercepat lintasan yang ada. Katalis menimbulkan efek yang nyata pada laju reaksi, meskipun dengan jumlah yang sangat sedikit. Dalam kimia industri, banyak upaya untuk menemukan katalis yang akan mempercepat reaksi tertentu tanpa meningkatkan timbulnya produk yang tidak diinginkan (Oxtoby, 2001).
Gambar 7. Hubungan energi pereaksi terhadap penggunaan katalis. Sebelum terjadi reaksi, molekul pereaksi harus saling bertumbukan membentuk suatu molekul kompleks aktif, yang kemudian berubah menjadi hasil reaksi (Produk). Energi yang di butuhkan untuk membentuk kompleks aktif ialah yang dinamakan energi aktivasi (Sukarjo, 1985). Berdasarkan hasil pengamatan, ada dua faktor yang mempengaruhi keefektifan suatu molekul untuk bertumbukan, yaitu :
Hanya molekul yang lebih energetik dalam campuran reaksi akan menghasilkan reaksi sebagai hasil tumbukan.
Probabilitas tumbukan untuk menghasilkan reaksi bergantung pada orientasi molekul yang bertumbukan (Petrucci,1985). Na2S2O3 merupakan hablur besar, tidak berwarna, atau serbuk hablur kasar. Mengkilap dalam udara lembab dan mekar dalam udara kering pada suhu lebih dari 33°C. Larutannya netral atau basa lemah terhadap lakmus. Sangat mudah larut dalam air dan tidak larut dalam etanol (Meredith, 1993).
Asam klorida adalah larutan gas HCl dalam air. Kelarutan gas HCl ini dalam air dapat mencapai 450 liter per liter air pada suhu 0 oC dan tekanan 1 atmosfer. Gas HCl tidak berwarna, membentuk kabut jika terkena udara lembab, baunya sangat menusuk dan sangat asam. Udara yang mengandung 0,004 % gas tersebut dapat membunuh. Asam klorida pekat yang murni berupa cairan tidak berwarna, sedangkan yang teknis berwarna agak kuning karena mengandung feri. Asam klorida pekat memiliki massa jenis 1,19 dan memiliki kadar sebesar 38%. Asam klorida adalah asam yang sangat kuat, dapat melarutkan hampir semua logam, termasuk Pb pada kondisi panas, kecuali logam-logam mulia (Cotton dan Wilkinson, 1989).
Alat dan Bahan
Alat
Bahan
1.
Gelas kimia
1.
Lar. Na2S2O3 0,2 M
2.
Pembakaran spiritus
2.
Lar. HCl 2 M
3.
Kaki tiga dan kasa
4.
Termometer
5.
Stopwatch
6.
Gelas ukur
Gambar Rangkaian Alat
Gambar gelas kimia Gambar pembakar spiritus
Gambar kaki tiga dan kasa Gambar Stopwatch
Gambar termometer Gambar gelas ukur
Cara Kerja
Membuat tanda silang pada sehelai kertas putih
Memasukkan 50 Ml Na2S2O3 0,2 M kedalam gelas kimia. Meletakan gelas kimia diatas kertas bertanda silang. mengukur suhu larutan dan mencatatnya, menambahkan 5 Ml larutan HCl, mengukur dan catat waktu yang dibutuhkan sejak penambahan larutan HCl sampai tanda silang tidak terlihat lagi.
Memasukan 50 Ml larutan Na2S2O3 0,2 M kedalam gelas kimia. Memanaskan larutan hingga 10oC diatas larutan percobaan pertama. mencatat suhunya. Meletakkan gelas kimia diatas kertas bertanda silang, kemudian menambahkan 5 Ml larutan HCl catat waktu seperti diatas.
Hasil Pengamatan
No.
Zat
Suhu
Waktu reaksi
Warna yang dihasilkan
1
Na2S2O3
2,8o C
19 s
Putih pekat, berangsur menjadi putih semu kuning
2
Na2S2O3
12,8o C
9,5 s
Putih semu kuning
Pembahasan
No.
Pembahasan
1
Suhu larutan rendah maka waktu yang dibutuhkan untuk reaksi lama. Hal ini dikarenakan dengan suhu rendah, maka sulit menaikan energi aktivasi dan zat menjadi lebih sulit bergerak sehingga lebih sulit terjadi tumbukan dan laju reaksi akan menjadi lebih lambat. Dengan laju reaksi yang lambat maka perubahan yang terjadi pada zat juga lambat (perubahan warna pada larutan lambat, dapat dilihat, saat detik ke 19 baru terjadi perubahan warna).
2
Suhu larutan tinggi maka waktu yang dibutuhkan untuk reaksi singkat. Hal ini dikarenakan dengan suhu tinggi, maka lebih mudah menaikan energi aktivasi dan zat menjadi lebih mudah bergerak sehingga lebih mudah terjadi tumbukan dan laju reaksi akan menjadi lebih cepat. Dengan laju reaksi yang cepat maka perubahan yang terjadi pada zat juga cepat (perubahan warna cepat, dapat dilihat, perubahan warna terjadi pada detik ke 9,5. Lebih cepat dari larutan pertama).
Pertanyaan :
Bagaimana pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi antara larutan Na2S2O3 0,2 M dengan larutan HCl? Jelaskan sebabnya!
Jawaban :
pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi antara larutan Na2S2O3 0,2 M dengan larutan HCl yaitu, semakin tinggi suhu Na2S2O3 maka laju reaksi semakin cepat, semakin rendah suhu Na2S2O3 maka laju reaksi semakin lambat. Hal ini dikarenakan dengan suhu tinggi, maka Na2S2O3 lebih mudah menaikan energi aktivasinya dan zat menjadi lebih mudah bergerak sehingga lebih mudah terjadi tumbukan dan laju reaksi akan menjadi lebih cepat.
Kesimpulan
Suhu berpengaruh terhadap laju reaksi karena laju reaksi pada suhu rendah dan suhu tinggi berbeda. Semakin tinggi suhu maka semakin cepat laju reaksi, semakin rendah suhu maka semakin lambat laju reaksi. Tinggi rendahnya laju reaksi dapat dilihat dari cepat atau lambatnya perubahan yang terjadi pada zat. Kenaikan suhu dapat mempercepat laju reaksi karena dengan naiknya suhu energi kinetik partikel zat-zat meningkat sehingga memungkinkan semakn banyaknya tumbukan efektif yang menghasilkan perubahan. Hal ini dibuktikan dengan larutan Na2SO3 dengan suhu 12,8o C bereaksi lebih cepat dibandingkan dengan larutan Na2SO3 2,8o C.
Daftar Pustaka
Atkins, P.W. 1990. Kimia Fisika Jilid II Edisi V Penerjemah Kartohadiprodjo.
Jakarta : Erlangga.
Basuki, Atastina Sri, dan Setijo Bismo. 2003. Buku Panduan Praktikum Kimia
Fisika. Jakarta : Tim Dosen Laboratorium Dasar Proses Kimia Universitas
Indonesia.
Cotton dan Wilkinson. 1989. Kimia Anorganik Dasar. Jakarta : Universitas
Indonesia Press.
Dogra, S.K dan S.Dogra.1990.Kimia Fisik dan soal-soal. Jakarta : Penerbit
Universitas Indonesia.
Gilles, R.V. 1984. Mekanika Fluida dan Hidrolika Edisi II Penerjemah Herwan
Widodo. Jakarta : Erlangga.
Martin, A. 1990. Farmasi Fisika. Jakarta : UI-Press.
Noerdin, I. 1986. Buku Materi Pokok Larutan. Jakarta : Karonika.
Keenan, K. dan Wood. 1990. Kimia Untuk Universitas Jilid I Edisi VI
Penerjemah Aloysius, H. Pudjaatmaka. Jakarta : Erlangga.
Oxtoby, dkk.2001.Prinsip-prinsip Kimia Modern edisi keempat jilid 1. Jakarta:
Erlangga.
Petrucci, K.H, 1985. Kimia Dasar Edisi IV Jilid II Penerjemah Suminar S.
Achmadi. Jakarta : Erlangga.
Roth, H.G dan Blaschke. S. 1985. Analisis Farmasi Penerjemah Sarjono Kumar.
Yogyakarta : UGM-Press.
Sukarjo, 1985. Kimia Koordinasi. Jakarta : Binarupa Aksara.
Wiryoatmojo, S. 1988. Kimia Fisika I. Jakarta : Departemen Pendidikan dan
Kebudayaan.
