3 LAJU REAKSI A.
MOLARITAS (M)
B.
KONSEP LAJU REAKSI
C.
PERSAMAAN LAJU REAKSI
D. TEORI TUMBUKAN E.
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LAJU REAKSI
Materi dapat berubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain. Perubahan-perubahan materi itu berlangsung dengan laju yang berbeda-beda. Materi yang mengalami perubahan kimia, berarti terjadi reaksi kimia. Reaksi kimia ada yang berlangsung cepat, lambat, bahkan ada yang sangat lambat sekali. Petasan meledak merupakan reaksi kimia berjalan sangat cepat, korosi besi berlangsung lambat dan pembentukan minyak bumi contoh reaksi kimia sangat lambat. Reaksi kimia berlangsung tergantung dari jenis zat dan faktorfaktor dari luar. Hubungan antara konsep yang satu dengan yang lain dalam laju reaksi, dapat kamu perhatikan peta konsep di bawah ini.
68
KIMIA XI SMA
LAJU REAKSI
berkaitan dengan
dipengaruhi oleh
ditentukan melalui
percobaan konsentrasi pereaksi
luas permukaan
menentukan
orde reaksi
membentuk
katalis
suhu mengadakan
senyawa antara
adsorpsi
waktu perubahan dari
pereaksi
hasil reaksi
Peta konsep laju reaksi
A. MOLARITAS (M) 1. Pengertian Molaritas Molaritas menyatakan jumlah mol zat terlarut dalam setiap liter larutan. Molaritas diberi notasi M. M=
mol zat n = volume larutan v
Keterangan: M = molaritas (mol/L) n = banyaknya mol zat terlarut (mol) v = banyaknya volume larutan (liter) Contoh soal 3.1 a. Hitung molaritas larutan NaOH apabila 4 gram NaOH dilarutkan ke dalam air sehingga diperoleh 500 mL larutan! (Ar Na = 23, Ar O = 16, Ar H = 1)
KIMIA XI SMA
Jawab: n M= v
4g = 0, 1 mol 40 g/mol Volume larutan = 500 mL = 0, 5 liter 0,1 mol M= = 0, 2 mol/L 0, 5 L
mol NaOH =
b. Berapakah volum larutan apabila di dalam larutan CaCl2 0,1 M terdapat 11,1 gram CaCl2? Jawab: mol CaCl 2 = v=
11,1 g = 0, 1 mol 111 g/mol
0,1 mol = 1 Liter 0,1 mol/L
c. Berapakah molaritas larutan H2SO4 98% jika diketahui massa jenisnya 1,8 g/mL? Jawab: massa 1 mL H2SO4 = 1,8 gram massa 1 L H2SO4 = 1800 gram massa H2SO4 98% = 1800 x 98% = 1764 gram n v n v= M M=
mol H 2 SO 4 =
1764 g = 18 mol 98 g/mol
n v 18 mol = = 18 mol/L 1L M=
d. Berapa gramkah glukosa (Mr = 180) yang terdapat dalam 200 mL larutan glukosa 2M? Jawab: volum larutan = 200 mL = 0,2 liter n M= v
69
70
KIMIA XI SMA
n = Mv = 2 x 0,2 = 0,4 mol massa glukosa = 0,4 mol x 180 g/mol = 72 gram
2. Molaritas untuk Pengenceran Pengenceran larutan adalah penambahan pelarut dalam larutan sehingga konsentrasi menjadi lebih kecil atau encer. Pada pengenceran, volum dan konsentrasi larutan berubah tetapi jumlah mol zat terlarut tidak berubah. Pada pengenceran berlaku rumus: M1 x V1 = M2 x V2 Keterangan: V1 V2 M1 M2
= volum sebelum diencerkan = volum sesudah diencerkan = konsentrasi sebelum diencerkan = konsentrasi sesudah diencerkan
3. Molaritas Larutan Campuran Apabila dua atau lebih larutan sejenis yang mempunyai konsentrasi berbeda dicampurkan, molaritas campuran dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: Mc =
( M1 x V1 ) + ( M 2 x V2 ) + ... V1 + V2 + ...
Keterangan: Mc M1 M2 V1 V2
= molaritas campuran = molaritas larutan I = molaritas larutan II = volum larutan I = volum larutan II
Contoh soal 3.2 a. Ke dalam 200 mL larutan HCl 0,1 M ditambahkan air sebanyak 300 mL. Berapakah molaritas larutan HCl setelah pengenceran? Jawab: M1 = 0,1 M V1 = 200 mL = 0,2 L V2 = 200 + 300 = 500 mL = 0,5 L
KIMIA XI SMA
M1 x V1 = M2 x V2 0,1 x 0,2 = M2 x 0,5 M2 =
0, 02 0, 05
= 0,04 M Jadi, molaritas larutan setelah pengenceran adalah 0,04 M b. Berapakah molaritas campuran bila 100 mL larutan HCl 0,1 M dicampur dengan 400 mL larutan HCl 0,2 M? Jawab: V1 = 100 mL M1 = 0,1 M V2 = 400 mL M2 = 0,2 M ( V1xM1 ) + ( V2 xM 2 ) V1 + V2 (0, 1 x 0, 1) + (0, 4 x 0, 2) = 0, 1 + 0, 4 0, 01 + 0, 08 = 0, 5 0, 09 = 0, 5 = 0,18 M
Mc =
Jadi, molaritas campuran adalah 0,18 M.
B. KONSEP LAJU REAKSI Laju berhubungan dengan waktu. Apabila waktu yang diperlukan suatu reaksi kimia singkat berarti lajunya besar, sebaliknya bila waktu yang diperlukan lama berarti dikatakan lajunya kecil. Jadi, laju berbanding terbalik dengan waktu. Reaksi kimia merupakan perubahan pereaksi menjadi hasil reaksi. Jadi laju reaksi adalah perubahan konsentrasi pereaksi atau hasil reaksi per satuan waktu. V( laju reaksi) =
Perubahan konsentrasi Perubahan waktu
71
KIMIA XI SMA
M det mol / L = det
Satuan laju reaksi =
= mol.L−1 det −1 Contoh: Reaksi: A → B Mula-mula konsentrasi B tidak ada, kemudian ketika reaksi mulai berlangsung konsentrasi B semakin bertambah dan konsentrasi A semakin berkurang. Hubungan antara konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi terhadap waktu dapat digambarkan sebagai berikut. B
konsentrasi
72
A waktu
Gambar 3.1 Grafik konsentrasi terhadao waktu
Pada awal reaksi konsentrasi pereaksi (A) maksimum karena belum bereaksi, sedang konsentrasi hasil reaksi (B) minimum karena hasil reaksi belum terbentuk. Laju reaksi terhadap A dan B dapat dirumuskan sebagai berikut. Laju rata-rata berkurangnya A: −[A] ∆t [A]2 − [A]1 VA = t 2 – t1 VA =
Kecepatan rata-rata bertambahnya B: +[B] ∆t [B]2 − [B]1 VA = t 2 – t1 VB =
Hubungan antara keduanya adalah VA = VB −[A] +[B] = ∆t ∆t Tanda [ ] digunakan untuk menunjukkan konsentrasi dalam mol/L Tanda - menunjukkan bahwa konsentrasi pereaksi berkurang
KIMIA XI SMA
Tanda + menunjukkan bahwa konsentrasi hasil reaksi bertambah Secara umum laju reaksi adalah berkurangnya konsentrasi pereaksi per satuan waktu atau bertambahnya konsentrasi hasil reaksi per satuan waktu. Contoh: Dalam ruang yang volumnya 2 liter, 1 mol gas NH3 terurai menjadi gas N2 dan gas H2. Setelah 10 detik ternyata gas NH3 yang tersisa dalam ruang tersebut 0,6 mol. Tentukan laju reaksi N2, H2 dan NH3! Jawab Reaksi: 2NH3(g) → N2(g) + 3H2(g) a. laju penguraian gas NH3 NH3 yang terurai = 1 mol – 0,6 mol = 0,4 mol 0, 4 mol 2L = 0, 2 M 0, 2 = 0, 02 M/det VNH 3 = 10
M NH 3 yang terurai =
b. laju pembentukan gas N2 1 x 0, 4 mol 2 = 0, 2 mol 0, 2 mol M N 2 yang terbentuk = 2L = 0, 1 M 0,1 = 0, 01 M/det VN 2 = 10 N 2 yang terbentuk =
c. laju pembentukan gas H2 3 x 0, 4 2 = 0, 6 mol 0, 6 mol M H 2 yang terbentuk = 2 = 0, 3 M 0, 3 VH 2 = = 0, 03 M/det 10 H 2 yang terbentuk =
73
74
KIMIA XI SMA
C. PERSAMAAN LAJU REAKSI 1. Persamaan laju reaksi Persamaan laju reaksi menyatakan hubungan antara konsentrasi pereaksi dengan laju reaksi Contoh: Reaksi: aA + bB → cC + dD Rumus laju reaksinya V = k[A]a [B]b Keterangan: V = laju reaksi (M/det) k = tetapan laju reaksi [A] = konsentrasi zat A [B] = konsentrasi zat B a = orde reaksi terhadap zat A b = orde reaksi terhadap zat B Akan tetapi, hukum ini tidak berlaku secara umum, hanya untuk reaksi sederhana saja, yaitu reaksi yang berlangsung satu tahap. Contoh: Reaksi: H2(g) + I2(g) ⎯→ 2HI(g) Rumus laju reaksinya V = k [H2] [I2] Reaksi yang berlangsung beberapa tahap tidak berlaku ketentuan di atas, tetapi hanya ditentukan oleh tahap yang paling lambat saja. Misalnya: Reaksi: A + B ⎯→ D Mekanismse reaksi: Tahap I
A ⎯→ C
(lambat)
Tahap II C + B ⎯→ D (cepat) A + B ⎯→ D (lambat) Rumus laju reaksinya V = k [A] bukan V = k [A] [B]
2. Untuk reaksi yang tidak sederhana atau reaksi yang berlangsung beberapa tahap penentuan orde reaksi hanya bisa ditentukan dengan eksperimen Contoh: Reaksi: aA + bB ⎯→ cC + dD Rumus laju reaksinya v = k[A]x [B]y
KIMIA XI SMA
Keterangan: v = laju reaksi (M/det) k = tetapan laju reaksi (satuannya tergantung rumus laju reaksinya) x = orde reaksi atau tingkat reaksi terhadap A y = orde reaksi atau tingkat reaksi terhadap B x + y = orde reaksi total atau hanya disebut orde reaksi saja x dan y hanya bisa ditentukan dengan eksperimen sehingga harga x dan y belum tentu sama dengan angka koefisien dari zat yang bersangkutan. Contoh soal 3.3 Reaksi: A + 3B ⎯→ C + 4D Data percobaan No. 1. 2. 3.
[A]
[B]
Laju reaksi
M
M
(M.det-1)
0,2 0,2 0,4
0,4 0,8 0,4
3,4 6,8 13,6
Pertanyaan a. Tentukan tingkat reaksi terhadap A dan B! b. Tentukan rumus laju reaksinya! c. Orde berapa reaksi tersebut? d. Tentukan harga k! e. Tentukan harga laju reaksinya jika diketahui [A] = 0,5 M dan [B] = 0,6 M! Jawab: a. Cara I Misal, V = k [A]x [B]y Dalam mencari x (orde reaksi terhadap zat A), pilih konsentrasi B tetap tetapi konsentrasi A berubah, yang sesuai adalah percobaan 1 dan 3. Konsentrasi A berlipat dua dari percobaan 1 ke percobaan 3 (dari 0,2 menjadi 0,4) dan laju reaksinya menjadi 4 kali (dari 3,4 menjadi 13,6) berarti laju reaksinya berbanding lurus dengan [A]2. (2)x = 4 x=2 Dalam mencari y (orde reaksi terhadap zat B), pilihlah konsentrasi A tetap tetapi konsentrasi B yang berubah, yang sesuai adalah percobaan 1 dan 2.
75
76
KIMIA XI SMA
Konsentrasi B berlipat 2 dari percobaan 1 ke percobaan 2 (dari 0,4 menjadi 0,8) dan laju reaksinya menjadi dua kali (dari 3,4 menjadi 6,8) berarti laju reaksinya berbanding lurus dengan [B]. [2]y = 2 y=1 Jadi V = k [A]2 [B] Cara II V = k [A]x [B]y Mencari x, pilihlah [A] berubah tetapi [B] tetap Percobaan 1 dan 3 V1 = k[A]1x . [B]1y,
V1 = 3,4 M/det [A]1 = 0,2 M [B]1 = 0,4 M
V3 = k[A]3x . [B]3y,
V3 = 13,6 M/det [A]3 = 0,4 M [B]3 = 0,4 M
V1 k[A]1x . [B]1y = V3 k[A]3 x . [B]3 y 3 , 4 k( 0 , 2) x . ( 0 , 4 ) y = 13, 6 k(0, 4)x . (0, 4)y 1 ⎛ 0, 2 ⎞ =⎜ ⎟ 4 ⎝ 0, 4 ⎠ 1 ⎛ 1⎞ = 4 ⎝ 2⎠ x=2
x
x
Mencari y, pilihlah [B] berubah tetapi [A] tetap Percobaan 1 dan 2 V1 = k[A]1x . [B]1y,
V1 = 3,4 M/det [A]1 = 0,2 M [B]1 = 0,4 M
V2 = k[A]2x . [B]2y,
V2 = 6,8 M/det [A]2 = 0,2 M [B]2 = 0,8 M
KIMIA XI SMA
V1 k[A]1x . [B]1y = V2 k[A]2 x . [B]2 y 3 , 4 k( 0 , 2) x . ( 0 , 4 ) y = 6 , 8 k( 0 , 2) x . ( 0 , 8) y 1 ⎛ 0, 4 ⎞ =⎜ ⎟ 2 ⎝ 0, 8 ⎠ 1 ⎛ 1⎞ = 2 ⎝ 2⎠ y=1
y
y
b. V = k [A]2 [B] c. Orde reaksi = 2 + 1 = 3 Reaksi tersebut termasuk orde 3 d. Untuk mencari harga k bisa memilih percobaan 1, 2, atau 3 Misal dipilih percobaan 1 V1 = k[A]12 [B]1 V1 k= [A]12 [B] = =
3, 4 Mdet -1 (0, 2 M)2 x (0, 4 M) 3, 4 Mdet -1 0, 016 M 3
= 212, 5 M -2det −1 e. V = k [A]2 [B] = 212,5 x (0,5)2 x 0,6 = 318,8 M/det Bila orde reaksi digambarkan dalam bentuk grafik maka grafiknya merupakan grafik perpangkatan 2. Orde reaksi 1 atau V = k [A] 1. Orde reaksi 0 atau V = k [A]o V
V
(A) (A)
77
78
KIMIA XI SMA
3. Orde reaksi 2 atau V = k [A]2
5. Orde
V
1⁄
reaksi
V = k[A]
1
2
atau
2
V
(A)
4. Orde reaksi -2 atau V = k [A]-2
(A)
V
(A)
D. TEORI TUMBUKAN Suatu reaksi melibatkan dua atau lebih zat yang bereaksi. Agar suatu reaksi dapat terjadi, maka zat-zat yang bereaksi harus bertumbukan satu sama lain. Akan tetapi, tidak semua tumbukan menghasilkan reaksi. Hanya tumbukan efektiflah yang menghasilkan reaksi., untuk menghasilkan tumbukan efektif diperlukan energi kinetik yang cukup dan orientasi partikel yang tepat. Untuk jelasnya, perhatikan reaksi antara gas NO2 dengan gas CO berikut: N
O
C
O
O
O
C
O
O
N
O
C
O
O
N O
N
N
O
C
O
N
O
C
O
O
C
O
O
O
(a) (b) Gambar 3.2 (a) Orientasi partikel yang tidak tepat sehingga tidak menghasilkan tum bukan yang efektif (tidak menghasilkan reaksi) Gambar 3.2(b) Orietasi partikel yang tepat sehingga menghasilkan tumbukan yang efektif. Reaksi NO(g) + CO(g) → NO(g) + CO2(g)
KIMIA XI SMA
Energi minimum yangharus dimiliki molekul-molekul untuk menghasilkan tumbukan yang efektif disebut energi pengaktifan (energi aktifasi). Hanya molekul-molekul yang mempunyai energi kinetik di atas. Energi aktifasi (Ea) yang dapat menghasilkan reaksi. E n e r g i p o t e n s i a l
E n e r g i
senyawa kompleks teraktivasi Ea
A + BC pereaksi
AB + C
∆H
hasil reaksi
Waktu/jalanya reaksi Gambar 3.3 (a) Reaksi eksoterm
p o t e n s i a l
senyawa kompleks teraktivasi Ea
AB + C hasil reaksi
A + BC
∆H
pereaksi
Waktu/jalanya reaksi
Gambar 3.3 (b) Reaksi endoterm
E. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LAJU REAKSI Ada lima faktor yang dapat mempengaruhi laju reaksi, yaitu luas permukaan sentuh, suhu, konsentrasi, dan katalis.
1. Luas permukaan bidang sentuh Reaksi yang berlangsung dalam sistem homogen sangat berbeda dengan reaksi yang berlangsung dalam sistem heterogen. Pada reaksi yang homogen campuran senyawa bercampur seluruhnya. Hal ini akan mempercepat berlangsungnya reaksi, karena molekul-molekul itu dapat bersentuhan satu sama lain. Dalam sistem heterogen, reaksi hanya dapat berlangsung pada bidang-bidang perbatasan dan pada bidang-bidang yang bersentuhan dari kedua fasa. Reaksi kimia dapat berlangsung jika molekul-molekul, atom-atom, atau ion-ion dari zat-zat yang bereaksi terlebih dahulu bertumbukan. Hal ini terjadi jika antara zat-zat yang akan bereaksi terjadi kontak. Pada sistem reaksi heterogen adalah sedapat mungkin memperbesar bidang persentuhan kedua fasa itu. Apabila kita mereaksikan zat padat dengan zat cair atau gas, maka besar kecilnya luas permukaan zat padat itulah yang sangat penting. Semakin halus zat padat, makin luas permukaannya (bidangnya) maka makin banyak kemungkinan untuk bertumbukan dan semakin cepat reaksi itu berlangsung. Dalam membuktikan pengaruh luas permukaan sentuhan antara zat-zat yang bereaksi terhadap laju reaksinya, lakukan percobaan sebagai berikut.
79
80
KIMIA XI SMA
Percobaan pengaruh luas permukaan CO2 CO2
HCl 4M butiran CaCO3
HCl 4M Serbuk CaCO3
(a) (b) Gambar 3.4 Percobaan untuk membuktikan pengaruh luas permukaan sentuhan antara zat-zat yang bereaksi terhadap laju reaksinya
Pada gambar (1) digunakan CaCO3 berbentuk butiran, sedangkan gambar (2) digunakan CaCO3 berupa serbuk. Percobaan (1) dan (2) diperlukan massa CaCO3 yang sama dengan konsentrasi HCl yang sama pula. Dalam mengetahui perbedaan laju reaksi, dapat diketahui dengan membandingkan volum gas CO2 yang terbentuk selama selang waktu yang sama. Kedua percobaan ternyata gambar (2) menghasilkan volum CO2 lebih banyak daripada gambar (1). Hal ini menunjukkan bahwa luas permukaan memperbesar laju reaksi. Dalam kehidupan sehari-hari pengaruh luas permukaan terhadap laju reaksi dapat kita lihat. Misalnya, kita mempunyai air panas dalam gelas. Agar air cepat dingin, maka air dalam gelas itu perlu kita tuangkan ke dalam cawan atau piring. Dengan menuangkan air dari gelas ke cawan, berarti permukaan air menjadi lebih luas.
2. Konsentrasi Laju reaksi dipengaruhi oleh konsentrai zat pereaksi bukan oleh konsentrasi hasil reaksi. Pada umumnya, kenaikan konsentrasi pereaksi akan menaikkan laju reaksi. Contohnya: Mg(s) + 2HCl(aq) ⎯→ MgCl2(aq) + H2(g) Jika massa pita Magnesium sama dan konsentrasi HCl berbeda (misalnya 1 M, 2 M, dan 3 M), maka reaksi yang berlangsung lebih cepat adalah reaksi yang menggunakan HCl 3 M dibanding HCl 1 M dan 2 M. Dalam reaksi antara larutan Na2S2O3 dan larutan HCl, perubahan konsentrasi HCl tidak mempengaruhi laju reaksi karena laju reaksi hanya dipengaruhi oleh konsentrasi larutan Na2S2O3. Jelaskan mengapa demikian? Bertambahnya laju reaksi karena konsentrasi pereaksi diperbesar disebabkan kemungkinan terjadinya tumbukan antara partikel-partikel zat yang bereaksi semakin besar.
KIMIA XI SMA
3. Suhu Kayu, bensin, kertas, minyak tanah tidak akan terbakar jika dibiarkan di udara dengan suhu kamar tanpa disulut lebih dahulu, karena ada penghalang terjadinya reaksi. Penghalang ini dapat diatasi dengan menyulut bahan-bahan tersebut. Menyulut bahan sama dengan memberikan energi pada oksigen dan bahan tersebut untuk mengatasi penghalang tersebut. Kadang-kadang reaksi dapat berlangsung tanpa menaikkan suhu terlebih dahulu. Hal ini dimungkinkan karena reaksi tersebut sudah mempunyai energi yang cukup untuk mengatasi penghalang terjadinya suatu reaksi. Walaupun demikian, reaksi itu akan lebih cepat berlangsung apabila suhu dinaikkan. Semakin tinggi suhu, gerakan partikel makin cepat dan tumbukan-tumbukan yang terjadi lebih efektif untuk menghasilkan reaksi karena energu kinetik partikel meningkat. Pengaruh kenaikan suhu untuk tiap zat berbeda-beda tetapi pada umumnya setiap kenaikan suhu 10oC laju reaksi naik dua kali lebih besar dari semula. Contoh: Tiap kenaikan 10oC laju reaksi suatu zat dua kali semula. Bila pada suhu 40oC, laju reaksi sama dengan 6.10-2 M/det, tentukan laju reaksi pada suhu 70oC. Jawab: Suhu 40oC menjadi 70oC adalah menaikkan suhu sebanyak 30oC. Tiap naik 10oC laju reaksi zat naik dua kali semula sehingga ( 2)
30
10
= 23 = 8
Jadi pada suhu 70oC laju reaksinya adalah delapan kali lebih cepat dari semula atau V = 8 x 6 x 10-2 = 48 x 10-2 M/det. Secara umum dapat dirumuskan: V2 = V1 .
( T2 – T1 ) n ∆T
Keterangan: V2 = laju reaksi akhir
T2 = suhu awal
V1 = laju reaksi awal
T1 = suhu akhir
n = kenaikan laju reaksi perkenaikan suhu Soal di atas dapat dijawab sebagai berikut V2 = 6 . 10 -2 . 2
(70 – 40) 10
= 6 . 10 -2 . 2 3 = 48 . 10 -2 M /det
81
82
KIMIA XI SMA
4. Katalis Katalis adalah suatu zat yang dapat meningkatkan laju reaksi suatu reaksi tanpa mengalami perubahan kimia yang permanen, sedangkan katalis yang memperlambat laju reaksi disebut inhibitor. Macam-macam katalisator a. Katalis homogen adalah katalis yang wujudnya sama dengan pereaksinya Contoh: Penguraian hidrogen peroksida CoCl 2(aq)
H 2 O 2(aq ) ⎯ ⎯⎯⎯ ⎯→ 2H 2 O( l) + O 2(g ) Pembuatan asam sulfat proses bilik timbal NO (g) +NO 2(g)
2SO 2(g ) + O 2(g) ⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯ ⎯→ 2SO 3(g ) b. Katalis heterogen adalah katalis yang wujudnya berbeda dengan wujud pereaksinya Contoh: Pembuatan amonia dengan proses Haber-Bosch FeO
(s) N 2(g ) + 3H 2(g) ⎯ ⎯⎯ ⎯ → 2 NH 3(g )
Pembuatan asam sulfat dengan proses kontak N2O 5
(s) 2SO 2(g ) + O 2(g) ⎯ ⎯⎯⎯ → 2SO 3(g )
Pada prinsipnya kerja katalisator adalah sebagai berikut. a. Zat yang mempercepat reaksi tetapi tidak ikut bereaksi. Sebenarnya katalisator ikut bereaksi tetapi pada akhir reaksi terbentuk kembali dengan jumlah yang sama sehingga katalisator dianggap tidak ikut bereaksi. Contoh: - Tanpa katalis, reaksi: AB + C ⎯→ AC + B (lambat) -
x
Dengan katalis, reaksi: AB + C ⎯ ⎯→ AC + B Jalannya reaksi: AB + X ⎯→ ABX ABX + C ⎯→ AC + BX BX ⎯→ B + X X AB + C ⎯→ AC + B
(cepat)
KIMIA XI SMA
energi(KJ)
b. Mempercepat reaksi dengan cara menurunkan energi pengaktifan Ea tanpa katalis Ea dengan katalis
koordinat reaksi Gambar 3.5
c. Katalisator hanya mempercepat reaksi yang berlangusng lambat tetapi tidak dapat membuat reaksi. d. Ada kalanya dalam suatu reaksi, hasil reaksi dapat mempercepat laju reaksi. Misalnya: dalam suatu reaksi, reaksi itu mula-mula berjalan lambat, setelah terbentuk hasil reaksi, reaksinya menjadi bertambah cepat. Peristiwa seperti ini disebut autokatalis. Contoh: CH3COOCH3 + H2O ⎯→ CH3COOH + CH3OH autokatalis e. Bekerja pada suhu yang optimum. f. Katalisator bersifat khas, artinya hanya dapat mempercepat reaksi tertentu saja.
Latihan 1. Sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhi suatu laju reaksi! Jelaskan jawabanmu! 2. Setiap kenaikan suhu 10oC kecepatan reaksi menjadi 2 kali lebih cepat dari semula. Jika pada suhu 30oC reaksi dapat berlangsung dalam 8 menit pada suhu berapakah reaksi dapat berlangsung selama 8 menit, pada suhu berapakah reaksi dapat berlangsung dalam waktu 15 detik?
83
84
KIMIA XI SMA
i c n u K a t a K
Molaritas Laju reaksi Mekanisme reaksi Orde reaksi Energi aktivasi Katalis Tahap penentu laju reaksi Katalis homogen Katalis heterogen Kompleks teraktivasi Autokatalis Inhibitor Teori tumbukan
RANGKUMAN -
Molaritas adalah banyaknya mol zat terlarut dalam stiap liter larutan. Notasi molaritas adalah M M=
-
Laju rekasi adalah berkurangnya konsentrasi pereaksi atau bertambahnya konsentrasi hasil reaksi per satuan waktu V=
-
-
-
-
n V
±[
∇t
]
Energi aktivasi adalah energi minimum yang diperlukan untuk berlangsungnya suatu reaksi. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi adalah konsentrasi, sifat kimia pereaksi, luas permukaan bidang sentuh, suhu dan katalis. Besarnya laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi pereaksi Contoh: aA + bB → cC + dD Rumus laju reaksinya: V = k[A]x [B]y Keterangan: x = orde reaksi terhadap A y = orde reaksi terhadap B x + y = orde reaksi total k = ketetapan laju reaksi Orde reaksi adalah pangkat konsentrasi dari pereaksi Katalis adalah zat yang dapat mempercepat reaksi tetapi tidak mengalami perubahan kimia secara tetap Ada 2 jenis katalis yaitu katalis homogen dan katalis heterogen.
KIMIA XI SMA
P
ELATIHAN SOAL
I. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat! 1. Larutan H2SO4 (Mr = 98) mempunyai konsentrasi 0,2 M artinya .... a. 1 L pelarutnya terdapat 0,2 mol H2SO4 b. 1 L larutannya terdapat 4,9 gram H2SO4 c. 500 mL pelarutnya terdapat 9,8 gram H2SO4 d. 500 mL larutannya terdapat 0,2 mol H2SO4 e. 2 L larutannya terdapat 0,4 mol H2SO4 2. Jika ke dalam 20 mL NaOH 0,5 M ditambahkan air sebanyak 80 mL maka konsentrasi larutan NaOH setelah pengenceran adalah .... a. 0,010 M d. 0,100 M b. 0,025 M e. 0,250 M c. 0,050 M 3. 500 mL larutan CaCl2 0,3 M ditambahkan 100 mL air maka konsentrasi ion Cl- setelah diencerkan adalah .... a. 0,2 M d. 0,5 M b. 0,3 M e. 0,6 M c. 0,4 M 4. Untuk memperoleh konsentrasi Cl- = 0,1 M maka larutan 250 mL FeCl3 0,2 M harus diencerkan sampai volume menjadi .... a. 500 mL d. 1250 mL b. 750 mL e. 1500 mL c. 1000 mL
5. Untuk mengubah 40 mL larutan HCl 6 M menjadi larutan HCl 5 M diperlukan tambahan air sebanyak .... a. 9 mL d. 6 mL b. 8 mL e. 5 mL c. 7 mL 6. Reaksi: 2A + B → C Konsentrasi awal zat A = 0,6 mol/L setelah bereaksi dengan zat B selama 30 detik, konsentrasinya tinggal 0,2 mol/L. Ungkapan laju reaksi di bawah ini yang benar adalah .... 0, 6 – 0, 2 a. VB = mol/L.detik 30 0, 6 + 0, 2 b. VB = mol/L.detik 30 c. VA = 2(0, 6 – 0, 2) mol/L.det. 30 2 x 0, 6 d. VA = mol/L.detik 30 0, 6 e. VC = mol/L.detik 30 7. Dari beberapa faktor berikut 1. ukuran partikel 2. warna partikel 3. jumlah partikel 4. suhu 5. bentuk partikel 6. katalis Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi laju reaksi adalah .... a. 1, 2, 4, dan 6 b. 2, 3, 4, dan 5 c. 1, 2, 3, dan 6 d. 1, 3, 4, dan 6 e. 1, 3, 5, dan 6
85
86
KIMIA XI SMA
8. Di antara reaksi berikut yang mempengaruhi laju reaksi paling cepat adalah .... a. 2 gram batang Mg dengan larutan HCl 0,001 M b. 2 gram batang Mg dengan larutan HCl 0,01 M c. 2 gram serbuk Mg dengan larutan HCl 0,001 M d. 2 gram serbuk Mg dengan larutan HCl 0,01 M e. 2 gram serbuk Mg dengan larutan HCl 0,1 M 9. Gas A dan gas B bereaksi menurut persamaan A(g) + B(g) → AB(g) Jika pada suhu tetap volum gas tersebut diperkecil 1⁄2 dari volum semula maka laju reaksi menjadi .... a. 1⁄4 kali semula b. 1⁄8 kali semula c. 4 kali semula d. 8 kali semula e. tetap 10. Untuk reaksi A + B → AB diperoleh data sebagai berikut. - Jika konsentrasi A dinaikkan dua kali pada konsentrasi B tetap, laju reaksi menjadi dua kali lebih besar - Jika konsentrasi A dan B masing-masing dinaikkan dua kali, laju reaksi menjadi delapan kali lebih besar. Maka, persamaan laju reaksi adalah .... a. k [A] [B]2 d. k [A]2 [B]2 b. k [A] [B] e. k [A] [B]3 c. k [A]2 [B]
11. Suatu reaksi A + B → hasil, laju reaksi A dan B dapat digambarkan pada grafik berikut. V
(A) V
(B)
Oleh karena itu, orde reaksi dari reaksi tersebut adalah .... a. 1 d. 4 b. 2 e. 5 c. 3 12. Gas Nitrogen oksida (NO) bereaksi dengan gas Klorin (Cl2) menurut persamaan: 2NO(g) + Cl2(g) ⎯→ 2NOCl(g) Laju reaksi dari persamaan tersebut adalah V = k [NO]2 [Cl2]. Jika pada suhu tetap konsentrasi gas NO2 diperkecil 2 kali, sedangkan konsentrasi gas Cl2 tetap, maka laju reaksi menjadi .... a. 1⁄2 kali semula b.
1⁄
4
kali semula
c. 1⁄8 kali semula d. 2 kali semula e. 4 kali semula
KIMIA XI SMA
13. Diketahui suatu reaksi: 2NO2(g) + Br2(g) ⎯→ 2NOBr(g) Dari hasil percobaan diperoleh data sebagai berikut Perc.
Kons awal (M)
Laju reaksi
A
B
awal (M/det)
1
0,1
0,05
0,001
2
0,02
0,2
0,032
3
0,1
0,15
0,027
Persamaan laju reaksinya adalah .... a. V = k [A] [B] b. V = k [A]2 [B] c. V = k [A] [B]2 d. V = k [A]2 [B]2 e. V = k [A] [B]3 14. Pada reaksi: 2NO(g) + 2H2(g) ⎯→ N2(g) + 2H2O(g) diperoleh data sebagai berikut. Perc. [NO] M [H2] M
Laju reaksi (M/det)
1
0,3
0,1
3,2
2
0,3
0,3
9,6
3
0,2
0,5
1,0
4
0,4
0,5
4,0
Orde reaksi untuk reaksi tersebut adalah .... a. 1 d. 4 b. 2 e. 5 c. 3 15. Satuan tetapan laju reaksi untuk orde 2 adalah .... a. detik-1 b. mol liter-1 detik-1 c. mol-1 liter detik-1 d. mol-1 e. mol liter-1
16. Dari eksperimen dapat diketahui bahwa persamaan laju reaksi untuk reaksi: 2H2(g) + 2NO(g) ⎯→ 2H2O(g) + N2(g) adalah V = k [H2]x [NO]y Bila diketahui mekanisme reaksinya sebagai berikut. 2NO(g) + H2(g) ⎯→ N2O(g) + H2O(g) (lambat) N2O(g) + H2(g) ⎯→ H2O(g) + N2(g) (cepat) maka harga x dan y masingmasing adalah .... a. 2 dan 1 b. 1 dan 2 c. 1 dan 1 d. 2 dan 2 e. 1 dan 0 17. Laju reaksi dari suatu reaksi tertentu bertambah menjadi dua kali lipat untuk tiap kenaikan 10oC. Kecepatan reaksi pada suhu 80oC dibanding 20oC adalah .... a. 128 kali b. 64 kali c. 32 kali d. 16 kali e. 8 kali 18. Tiap kenaikan 10oC laju reaksi zat akan naik dua kali semula. Jika pada suhu 30oC reaksi tersebut berlangsung selama 4 menit maka pada suhu 70oC reaksi tersebut akan berlangsung selama .... a. 1⁄4 menit b. 1⁄2 menit c. 1 menit d. 2 menit e. 4 menit
87
88
KIMIA XI SMA
19. Kenaikan suhu akan mempercepat laju reaksi karena .... a. kenaikan suhu akan menaikkan energi pengaktifan zat yang bereaksi b. kenaikan suhu akan memperbesar zat yang bereaksi c. kenaikan suhu akan memperbesar energi kinetik molekul zat yang bereaksi d. kenaikan suhu akan memperbesar tekanan e. kenaikan suhu akan memperbesar luas permukaan
20. Energi aktivasi adalah .... a. energi minimum yang harus dimiliki molekul-molekul agar tumbukan menghasilkan reaksi b. energi maksimum yang harus dimiliki molekulmolekul agar tumbukan menghasilkan reaksi c. penjumlahan antara energi kompleks teraktivasi dan energi pereaksi d. energi kinetik molekulmolekul gas yang bereaksi e. energi yang diperlukan untuk menghasilkan produk
II. Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini! 1. Tentukan molaritas larutan berikut! a. 500 mL larutan yang mengandung 1,71 gram C12H22O11 b. 200 mL larutan yang mengandung 1,8 gram CH3COOH c. 250 mL larutan CuSO4 0,1 M + 250 mL air d. 100 mL larutan CaCO3 0,2 M + 400 mL air e. 100 mL larutan HCl 0,1 M + 150 mL larutan HCl 0,2 M f. 200 mL larutan KOH 1 M + 50 mL larutan KOH 2 M g. H2SO4 98%, massa jenis H2SO4 = 1,8 g/mL h. HCl 37%, massa jenis HCl = 1,12 g/mL 2. a. Agar diperoleh larutan NaOH 0,01 M, berapa mL air yang harus ditambahkan ke dalam 200 mL NaOH 0,05 M? b. Agar diperoleh larutan CH3COOH 0,1 M, berapa mL CH3COOH 2 M yang harus ditambahkan ke dalam 100 ml air? c. Bila ingin membuat larutan 500 ml H2SO4 1 M, berapa mL H2SO4 pekat dengan kadar 98% massa (massa jenis = 1,85 g/cm3) harus dilarutkan ke dalam air?
KIMIA XI SMA
3. Sebanyak 6 gram urea (CO(NH2)2) dilarutkan dalam air sampai volume larutan menjadi 200 mL a. Tentukan molaritas larutan tersebut! b. Jika larutan tersebut diambil 50 mL dan dipindahkan ke dalam gelas kimia lain, berapakah molaritas larutan dalam gelas kimia tersebut? c. Berapa gram urea yang terdapat dalam 50 mL larutan tersebut? d. Berapa mL air yang harus ditambahkan ke dalam 100 mL larutan tersebut sehingga konsentrasinya menjadi 0,1 M? 4. Jelaskan apakah yang dimaksud: a. laju reaksi b. katalisator c. autokatalis d. energi aktivasi 5. Sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi dan jelaskan! 6. Reaksi: 2N2O5(g) ⎯→ 4NO2(g) + O2(g) Data percobaan No.
Waktu (detik)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
0 100 200 300 400 500 600 700
Konsentrasi (M) NO2 N2O5 0,0200 0,0169 0,0142 0,0120 0,0101 0,0080 0,0072 0,0061
0 0,0063 0,0115 0,0160 0,0197 0,0229 0,0256 0,0278
O2
0 0,0016 0,0029 0,0040 0,0049 0,0057 0,0064 0,0070
Dari data di atas tentukan laju reaksi N2O5, NO2, dan O2! 7. Reaksi: 3I-(aq) + H3AsO3(aq) + 2H+(aq) ⎯→ I3-(aq) + H3AsO3(aq) + H2O(l) Jika laju reaksi I- = 4,8 . 10-4 M/det berapakah laju reaksi I3-? 8. Reaksi: 2H2O2(aq) ⎯→ 2H2O(l) + O2(g) Reaksi di atas adalah reaksi orde satu, tetapan laju reaksinya diukur pada suhu 20oC adalah 1,8 . 10-5 det-1 dan konsentrasi H2O2 awal adalah 0,3 M. a. Berapakah konsentrai H2O2 setelah 4 jam? b. Berapa jam waktu yang diperlukan supaya konsentrasi H2O2 menjadi 0,12 M?
89
90
KIMIA XI SMA
9. Diketahui reaksi: BrO3-(aq) + 5Br-(aq) + 6H+(aq) ⎯→ 3Br2(aq) + 3H2O(l) Persamaan laju reaksi adalah V = k [BrO3-] [Br-] [H+]2 a. Berapakah orde reaksi totalnya? b. Tentukan satuan tetapan laju reaksinya! c. Bila konsentrasi BrO3-, Br-, dan H+ masing-masing diperbesar 2 kali, bagaimana laju reaksinya? d. Bila konsentrasi BrO3- diperbesar dua kali sedang konsentrasi Brdan H+ tetap, bagaimanakah laju reaksinya? 10. Reaksi: NH4+(aq) + NO2-(aq) ⎯→ N2(g) + 2H2O(l) Data percobaan No.
[NH4+] M
[NO2-] M
1
0,24
0,1
7,2 . 10-6
2
0,12
0,1
3,6 . 10-6
3
0,12
0,15
5,4 . 10-6
Laju reaksi (M/det)
a. Tentukan orde reaksi NH4+! b. Tentukan orde reaksi NO2-! c. Tentukan rumus laju reaksinya! d. Tentukan harga tetapan laju reaksi dan satuannya! e. Tentukan laju reaksi bila [NH4+] = 0,5 M dan [NO2-] = 0,3 M! 11. Diketahui reaksi: A + B + C ⎯→ hasil Data percobaan No.
[A] M
[B] M
[C] M
1. 2. 3. 4. 5.
0,1 0,1 0,1 0,2 0,4
0,03 0,03 0,06 0,02 0,02
0,1 0,4 0,4 0,3 0,3
Waktu (detik) 96 24 6 72 73
a. Tentukan rumus laju reaksinya! b. Tentukan harga tetapan laju reaksinya! c. Gambarlah grafik laju reaksi terhadap konsentrasi A, B, dan C!
KIMIA XI SMA
12. Suatu reaksi berlangsung 3 kali lebih cepat setiap temperatur dinaikkan 20oC. Jika laju reaksi pada temperatur 20oC adalah 2 M/det, berapakah laju reaksi pada suhu 80oC? 13. Pada temperatur 30oC reaksi berlangsung selama 36 menit. Berapakah waktu reaksi yang diperlukan pada suhu 70oC jika diketahui setiap kenaikan temperatur 10oC reaksi menjadi dua kali laju reaksi mulamula? 14. Data percobaan No.
Temperatur (oC)
Laju reaksi (M/det)
1.
25
5 . 10-3
2. 3.
40 70
1,5 . 10-2 x
4.
85
4,05 . 10-1
Dari data di atas tentukan laju reaksi pada suhu 70oC! 15. Diketahui mekanisme reaksi: Tahap 1
H2O2(aq) + I-(aq) ⎯→ H2O(l) + IO-(aq)
Tahap 2
H2O2(aq) + I-(aq) ⎯→ H2O(l) + O2(aq) + I-(aq) (cepat) 2H2O2(aq ⎯→ 2H2O(l) + O2(aq)
Tentukan rumus laju reaksinya!
(lambat)
91
