Laju reaksi

LAJU REAKSI
( KINETIKA KIMIA )



1). Pengertian Laju Reaksi
• Laju reaksi adalah berkurangnya jumlah konsentrasi pereaksi untuk setiap satuan waktu atau bertambahnya jumlah konsentrasi hasil reaksi untuk setiap satuan waktu.
• Dinyatakan dengan satuan molaritas per detik ( M / detik atau mol / L.detik ).
• Misalnya pada reaksi :

maka :
Laju reaksi ( v ) = atau v =
Keterangan :
Tanda (  ) pada menunjukkan bahwa konsentrasi zat A berkurang, sedangkan tanda ( + ) pada menunjukkan bahwa konsentrasi zat B bertambah.
Secara umum dapat digambarkan :

2). Stoikiometri Laju Reaksi
Pada persamaan reaksi :

Secara umum dapat dituliskan :
Laju reaksi = = = =
Laju pengurangan B =
Laju pertambahan C =
Laju pertambahan D =
atau :
Laju reaksi =  laju berkurangnya A
=
=
=

Jika dituliskan dalam persamaan matematika :
Laju pengurangan A =
Sehingga :
= = =
 Catatan :
Perbandingan laju reaksi zat-zat sesuai dengan perbandingan koefisien reaksinya :

Contoh soal :
Tuliskan persamaan laju reaksi untuk reaksi berikut ini :

Jawaban :
Laju reaksi ( v ) = = = =

3). Laju Reaksi Rerata dan Laju Reaksi Sesaat
 Laju reaksi rerata adalah laju reaksi untuk selang waktu tertentu.
Dirumuskan :
=
 Laju reaksi sesaat adalah laju reaksi pada saat waktu tertentu.
Biasanya ditentukan dengan menggunakan grafik yang menyatakan hubungan antara waktu reaksi ( sumbu x ) dengan konsentrasi zat ( sumbu y ).
Besarnya laju reaksi sesaat = kemiringan ( gradien ) garis singgung pada saat t tersebut.
Langkah-langkah menentukan laju reaksi sesaat :
 Lukislah garis singgung pada saat t!
 Lukislah segitiga untuk menentukan gradien ( kemiringan )!
 Laju reaksi sesaat = gradien garis singgung


4). Persamaan Laju Reaksi
Secara umum, laju reaksi dapat dinyatakan dengan rumus :


Keterangan :
v = laju reaksi
k = konstanta laju reaksi ( nilainya tergantung pada jenis reaktan, suhu dan katalis )
x = orde atau tingkat reaksi terhadap reaktan A
y = orde atau tingkat reaksi terhadap reaktan B
x + y = orde atau tingkat reaksi total / keseluruhan
Harga k akan berubah jika suhu berubah. Kenaikan suhu dan penggunaan katalis umumnya akan memperbesar harga k.
Catatan penting :
 Orde reaksi ditentukan melalui percobaan dan tidak ada kaitannya dengan koefisien reaksi.
 Hukum laju reaksi menyatakan bahwa : “ pada umumnya laju reaksi tergantung pada konsentrasi awal dari zat-zat reaktan. “

5). Makna Orde Reaksi
“ Orde reaksi menyatakan besarnya pengaruh konsentrasi reaktan terhadap laju reaksi. ”
a. Orde reaksi nol.
Reaksi dikatakan ber’orde nol terhadap salah satu reaktan, jika perubahan konsentrasi reaktan tersebut tidak mempengaruhi laju reaksi. Artinya, asalkan terdapat dalam jumlah tertentu; perubahan konsentrasi reaktan itu tidak mempengaruhi laju reaksi.
Besarnya laju reaksi hanya dipengaruhi oleh besarnya konstanta laju reaksi ( k ).







b. Orde reaksi satu.
Suatu reaksi dikatakan ber’orde satu terhadap salah satu reaktan, jika laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi reaktan itu.
Jika konsentrasi reaktan itu dilipat-tigakan maka laju reaksinya akan menjadi 31 atau 3 kali lebih besar.



c. Orde reaksi dua.
Suatu reaksi dikatakan ber’orde dua terhadap salah satu reaktan, jika laju reaksi merupakan pangkat dua dari konsentrasi reaktan itu.
Jika konsentrasi reaktan itu dilipat-tigakan, maka laju reaksi akan menjadi 32 atau 9 kali lebih besar.




d. Orde reaksi negatif.
Suatu reaksi ber’orde negatif, jika laju reaksi berbanding terbalik dengan konsentrasi reaktan tersebut.
Jika konsentrasi reaktan itu diperbesar, maka laju reaksi akan semakin kecil.


6). Menentukan Persamaan Laju Reaksi
Persamaan laju reaksi tidak dapat diturunkan dari stoikiometri reaksi, tetapi ditentukan melalui percobaan.
Salah 1 cara menentukan persamaan laju reaksi adalah dengan metode laju awal. Menurut cara ini, laju reaksi diukur pada awal reaksi dengan konsentrasi yang berbeda-beda.


Pada penentuan laju reaksi seperti ini, ada beberapa variabel yang digunakan yaitu :
o Variabel tetap ( kontrol ) = variabel yang tidak diubah-ubah / dipertahankan sama ( = konsentrasi salah 1 reaktan ).
o Variabel bebas ( manipulasi ) = variabel yang sengaja diubah-ubah untuk memperoleh hubungan antara suatu besaran dengan besaran lain ( = konsentrasi salah 1 reaktan ).
o Variabel terikat = variabel yang dipengaruhi oleh variabel bebas ( variabel terikatnya yaitu laju reaksi ).

Contoh :
Pada reaksi :

diperoleh data :
No [ A ] Molar [ B ] Molar v( M / s )
1 0,2 0,2 0,02
2 0,2 0,4 0,04
3 0,4 0,4 0,16

Tentukan orde reaksi total dan persamaan laju reaksinya!
Jawaban :
Misalnya orde reaksi terhadap A = m; dan orde reaksi terhadap B = n.
• Orde reaksi terhadap A ditentukan dengan membandingkan data [B] yang sama, yaitu data ke-2 dan 3.



m = 2
• Orde reaksi terhadap B ditentukan dengan membandingkan data [A] yang sama, yaitu data ke-1 dan 2.



n = 1
Jadi, orde reaksi terhadap A (m) = 2 dan orde reaksi terhadap B (n) = 1.
• Orde reaksi total = m + n = 2 + 1 = 3.
Persamaan laju reaksinya :



• Untuk menghitung nilai k, dapat diambil dari salah 1 data yang ada ( data ke-1).




• Jadi persamaan laju reaksinya :

7). Teori Tumbukan
 Suatu zat dapat bereaksi dengan zat lain jika partikel-partikelnya saling bertumbukan. Tumbukan yang terjadi akan menghasilkan energi untuk memulai terjadinya reaksi.
 Terjadinya tumbukan tersebut disebabkan karena partikel-partikel zat selalu bergerak dengan arah yang tidak teratur.
 Tumbukan antar partikel yang bereaksi tidak selalu menghasilkan reaksi. Hanya tumbukan yang menghasilkan energi yang cukup serta arah tumbukan yang tepat, yang dapat menghasilkan reaksi. Tumbukan seperti ini disebut tumbukan yang efektif.
Jadi, laju reaksi tergantung pada 3 hal :
a. Frekuensi tumbukan
b. Energi partikel reaktan
c. Arah tumbukan
 Energi minimum yang harus dimiliki oleh partikel reaktan, sehingga menghasilkan tumbukan yang efektif disebut energi pengaktifan atau energi aktivasi ( Ea ).
 Semua reaksi, baik eksoterm maupun endoterm memerlukan Ea. Reaksi yang dapat berlangsung pada suhu rendah berarti memiliki Ea yang rendah. Sebaliknya, reaksi yang dapat berlangsung pada suhu yang tinggi, berarti memiliki Ea yang tinggi.
 Ea ditafsirkan sebagai energi penghalang ( barrier ) antara reaktan dengan produk. Reaktan harus didorong agar dapat melewati energi penghalang tersebut sehingga dapat berubah menjadi produk.






8). Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi
Besarnya laju reaksi dipengaruhi oleh :
a. Luas Permukaan Bidang Sentuh.
o Pada reaksi heterogen ( reaksi yang fase reaktannya tidak sama ), misalnya logam Zn dengan larutan HCl; laju reaksi selain dipengaruhi oleh konsentrasi larutan HCl, juga dipengaruhi oleh kondisi logam Zn tersebut.
o Dalam jumlah ( massa ) yang sama; butiran logam Zn akan bereaksi lebih lambat daripada serbuk Zn.
o Reaksi akan terjadi antara molekul-molekul HCl dengan atom-atom Zn yang bersentuhan langsung dengan HCl.
o Pada butiran Zn, atom-atom Zn yang bersentuhan langsung dengan HCl lebih sedikit daripada serbuk Zn sebab atom-atom Zn yang bersentuhan hanya atom Zn yang ada di permukaan butiran.
o Jika butiran Zn tersebut dihaluskan menjadi serbuk, maka atom-atom Zn yang semula ada di bagian dalam akan berada di bagian permukaan dan terdapat lebih banyak atom Zn yang secara bersamaan bereaksi dengan larutan HCl.
o Semakin luas permukaan bidang sentuh zat padat, semakin banyak tempat terjadinya tumbukan antar partikel zat yang bereaksi sehingga laju reaksi akan semakin meningkat juga.

b. Konsentrasi Reaktan.
 Pengaruh konsentrasi reaktan terhadap laju reaksi dapat dijelaskan dengan menggunakan teori tumbukan.
 Semakin tinggi konsentrasinya berarti semakin banyak molekul dalam setiap satuan luas ruangan; dengan demikian tumbukan antar molekul akan semakin sering terjadi.
 Semakin banyak tumbukan yang terjadi, berarti kemungkinan untuk menghasilkan tumbukan yang efektif akan semakin besar sehingga reaksi berlangsung lebih cepat.

c. Tekanan.
 Pada reaksi yang reaktannya berwujud gas, peningkatan tekanan dapat meningkatkan laju reaksi. Jika tekanan meningkat, maka volumenya akan berkurang sehingga konsentrasi gas akan meningkat (konsentrasi berbanding terbalik dengan volume; ).
 Jika volumenya berkurang, maka memungkinkan bertambahnya jumlah tumbukan yang terjadi karena setiap molekul menjadi lebih berdekatan jaraknya.

d. Suhu.
• Pada umumnya, suhu yang semakin tinggi akan semakin mempercepat reaksi. Meningkatnya suhu akan memperbesar energi kinetik molekul reaktan.
• Oleh karena itu, gerakan antar molekul reaktan akan semakin acak sehingga kemungkinan terjadinya tumbukan antar molekul akan semakin besar.
• Akibatnya tumbukan yang efektif akan mudah tercapai dan energi aktivasi akan mudah terlampaui.
• Bila pada setiap kenaikan T oC suatu reaksi berlangsung n kali lebih cepat, maka laju reaksi pada T2 ( = v2 ) bila dibandingkan dengan laju reaksi pada T1 ( = v1 ) dapat dirumuskan :

Keterangan :
T1 = suhu awal
T2 = suhu akhir
V1 = laju reaksi awal ( saat T1 )
V2 = laju reaksi akhir ( saat T2 )
T = besarnya kenaikan suhu
n = kelipatan cepatnya laju reaksi
Contoh :
Laju suatu reaksi menjadi 2 kali lebih cepat pada setiap kenaikan suhu 10 oC. Bila pada suhu 20 oC reaksi berlangsung dengan laju reaksi 2 x 10-3 M.s-1. Berapa laju reaksi pada suhu 50 oC?
Jawaban :

= 1,6 x 10-2 M.s-1

• Jika yang dibandingkan adalah besaran waktu ( t ) maka :

Keterangan :
T1 = suhu awal
T2 = suhu akhir
t1 = waktu awal ( saat T1 )
t2 = waktu akhir ( saat T2 )
T = besarnya kenaikan suhu
n = kelipatan cepatnya laju reaksi

e. Katalis.
o Katalis adalah suatu zat yang dapat mempercepat laju reaksi, tanpa dirinya mengalami perubahan yang kekal sehingga pada akhir reaksi zat tersebut dapat diperoleh kembali.
o Suatu katalis mungkin dapat terlibat dalam proses reaksi atau mengalami perubahan selama reaksi berlangsung, tetapi setelah reaksi itu selesai maka katalis akan diperoleh kembali dalam jumlah yang sama.
o Katalis dapat mempercepat reaksi dengan cara mengubah jalannya reaksi. Jalur reaksi yang ditempuh tersebut mempunyai energi aktivasi ( Ea ) yang lebih rendah daripada jalur reaksi yang ditempuh tanpa katalis.
o Artinya : katalis berperan untuk menurunkan energi aktivasi ( Ea ).
Jenis-jenis katalis yaitu :
 Katalis Homogen.
Adalah katalis yang wujudnya sama dengan wujud reaktannya.
Dalam reaksi kimia, katalis homogen berfungsi sebagai zat perantara ( fasilitator ).
Contohnya :
o Katalis gas NO2 pada pembuatan gas SO3.
o Katalis gas Cl2 pada penguraian N2O


 Katalis Heterogen.
Adalah katalis yang wujudnya berbeda dengan wujud reaktannya.
Reaksi zat-zat yang melibatkan katalis jenis ini, berlangsung pada permukaan katalis tersebut.
Contohnya :
o Katalis logam Ni pada reaksi hidrogenasi etena ( C2H4 ).
o Katalis logam Rodium atau Iridium pada proses pembuatan asam etanoat.
o Katalis logam Ni pada proses pembuatan mentega.
o Katalis logam V2O5 pada reaksi pembuatan asam sulfat ( proses Kontak ).
o Katalis logam Fe pada reaksi pembuatan amonia ( proses Haber-Bosch )

 Biokatalis ( enzim ).
 Adalah katalis yang dapat mempercepat reaksi-reaksi kimia dalam tubuh makhluk hidup.
 Mekanisme kerjanya dengan metode “ kunci dan gembok “ atau “ lock and key “ yang dipopulerkan oleh Emil Fischer.
 Contohnya :
Enzim amilase = membantu menghidrolisis amilum menjadi maltosa.
Enzim katalase = menguraikan H2O2 menjadi O2 dan H2O
Enzim lipase = menguraikan lipid menjadi gliserol dan asam lemak.

 Autokatalis.
Adalah zat hasil reaksi yang berfungsi sebagai katalis. Artinya, produk reaksi yang terbentuk akan mempercepat reaksi kimia.
Contohnya :
Reaksi antara kalium permanganat ( KMnO4 ) dengan asam oksalat ( H2C2O4 ) salah satu hasil reaksinya berupa senyawa mangan sulfat ( MnSO4 ).
Semakin lama, laju reaksinya akan semakin cepat karena MnSO4 yang terbentuk berfungsi sebagai katalis.


Ada 2 cara yang dilakukan katalis dalam mempercepat reaksi yaitu :
1. Pembentukan senyawa antara ( senyawa kompleks teraktivasi ).
o Pada mumnya reaksi akan berlangsung lambat jika energi aktivasi reaksi tersebut terlalu tinggi. Agar reaksi dapat berlangsung dengan lebih cepat, maka dapat dilakukan dengan cara menurunkan energi aktivasinya.
o Untuk menurunkan energi aktivasi dapat dilakukan dengan mencari senyawa antara ( transisi ) lain yang mempunyai energi aktivasi lebih rendah.
o Fungsi katalis dalam hal ini adalah mengubah jalannya reaksi sehingga diperoleh senyawa antara yang energinya lebih rendah.
o Katalis yang bekerja dengan metode ini adalah jenis katalis homogen ( = katalis yang mempunyai fase yang sama dengan fase reaktan yang dikatalis ).
Contoh :
, berlangsung melalui 2 tahapan yaitu :


o Jika ke dalam reaksi tersebut ditambahkan katalis Z maka tahapan reaksinya menjadi :


2. Adsorpsi.
 Proses katalisasi dengan cara adsorpsi umumnya dilakukan oleh katalis heterogen.
 Pada proses adsorpsi, molekul-molekul reaktan akan teradsorpsi ( terserap ) pada permukaan katalis. Akibatnya molekul-molekul reaktan tersebut akan terkonsentrasi pada permukaan katalis sehingga dapat mempercepat reaksi.
 Kemungkinan lain, antar molekul yang bereaksi tersebut akan terjadi gaya tarik sehingga menyebabkan molekul-molekul tersebut menjadi reaktif.
 Agar katalisis berlangsung efektif, katalis tidak boleh mengadsorpsi zat hasil reaksi. Bila zat hasil reaksi atau pengotor teradsorpsi dengan kuat oleh katalis, maka menyebabkan permukaan katalis menjadi tidak aktif. Keadaan seperti ini disebut katalis telah teracuni dan akan menghambat terjadinya reaksi.


Catatan tentang Stoikiometri ( untuk bahan renungan dan pembelajaran )

1. Kemolaran / molaritas / konsentrasi ( M ).
Adalah banyaknya mol zat terlarut dalam satu liter larutan.
Dirumuskan :

Keterangan :
M = molaritas ( mol / liter )
n = jumlah mol zat terlarut ( mol )
V = volume larutan ( liter )
Sedangkan :
atau
m = massa zat terlarut ( gram )
mm = massa molar = massa tiap mol zat ( gram / mol ) ; besarnya mm = Mr ( massa molekul relatif )
Contoh soal :
Hitunglah massa asam sulfat yang terdapat dalam 100 mL asam sulfat 2 M! ( Ar. H = 1; O = 16; Na = 23; S = 32 )

2. Hubungan Kemolaran dengan Kadar Larutan.
Kadar ( % massa ) adalah massa zat terlarut dalam 100 gram larutan.
Massa larutan = volume larutan x massa jenis larutan ( )


Maka untuk menghitung kemolarannya digunakan persamaan :

Keterangan :
M = molaritas larutan ( mol / liter )
 = massa jenis larutan ( kg / liter )
Kadar = % massa
mm = massa molar ( gram / mol )
INGAT !
“ Persamaan di atas biasanya hanya digunakan untuk menghitung kemolaran suatu larutan pekat. “
Contoh soal :
Tentukan kemolaran asam nitrat pekat yang mengandung 63 % HNO3, jika massa jenisnya = 1,3 kg/L!

3. Pengenceran Larutan.
Adalah proses pembuatan larutan yang lebih encer ( konsentrasinya lebih kecil ) dari larutannya yang lebih pekat ( konsentrasinya lebih besar ).
Rumus yang digunakan :

Keterangan :
V1 = volume larutan 1 ( lebih pekat )
M1 = molaritas larutan 1 ( lebih pekat )
V2 = volume larutan 2 ( lebih encer )
M2 = molaritas larutan 2 ( lebih encer )
Contoh soal :
Berapa mL air yang harus dicampur dengan 100 mL larutan NaOH 0,5 M sehingga kemolarannya menjadi 0,2 M?

4. Molaritas Campuran.
Pada peristiwa pencampuran larutan yang sejenis, berlaku persamaan :


Jika campuran terbentuk dari 2 larutan yang berbeda konsentrasinya maka :

Contoh soal :
Sebanyak 150 mL larutan asam sulfat 0,2 M dicampur dengan 100 mL larutan asam sulfat 0,3 M. Hitunglah molaritas campuran yang terbentuk!



5. Konsentrasi dalam Sistem Gas.
Dirumuskan :

Keterangan :
C = molaritas gas ( mol / liter )
n = jumlah mol gas ( mol )
V = volume ruangan ( liter )
Contoh soal :
Ke dalam suatu ruangan 5 L, dimasukkan 16 gram oksigen dan 28 gram nitrogen. Hitunglah konsentrasi masing-masing gas tersebut! ( Ar. N = 14; O = 16 )

6. Membuat Larutan dengan Kemolaran Tertentu.
Larutan dengan molaritas tertentu dapat dibuat dari 2 jenis zat yaitu :
a. Pelarutan Zat Padat.
Prinsipnya : dengan cara mencampurkan zat terlarut ( dengan massa tertentu ) dan pelarut dalam jumlah tertentu ( volume tertentu ).
Rumus yang digunakan :
dan
Contoh soal :
Berapakah massa kristal NaOH yang harus dilarutkan untuk membuat larutan NaOH 0,5 M dengan volume 500 mL?

b. Pengenceran Larutan Pekat.
Zat yang tersedia dalam bentuk larutan pekat, biasanya adalah berbagai jenis asam dan amonia ( basa ). Larutan pekat biasanya berasap ( mudah menguap ) dan sangat korosif.
Oleh karena itu, pembuatan larutan dari larutan pekat harus dilakukan di lemari asam dan dikerjakan secara hati-hati.
Rumus yang digunakan :
dan
Contoh soal :
Berapa volume larutan asam sulfat pekat yang harus diambil untuk membuat larutan asam sulfat 4 M dengan volume 200 mL?
( diketahui : massa jenisnya = 1,8 kg/L dan kadarnya 98 % ).