KTSP & K-13
kimia LAJU REAKSI II Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Mengetahui persamaan laju reaksi. 2. Memahami orde reaksi dan konstanta laju reaksi. 3. Menyelesaikan permasalahan tentang perhitungan laju reaksi.
A. Persamaan Laju Reaksi Setelah mempelajari definisi laju reaksi dan faktor-faktor yang memengaruhi laju reaksi, kita akan belajar tentang persamaan laju reaksi. Persamaan ini akan digunakan dalam berbagai penyelesaian soal terkait laju reaksi. Perhatikan reaksi berikut. aA + bB → cC + dD Oleh karena laju reaksi didefinisikan sebagai jumlah produk yang terbentuk atau jumlah reaktan yang bereaksi dalam waktu tertentu, maka besarnya laju reaksi dapat dihitung dengan persamaan berikut.
K e l a s
XI
v = r = k [A]x [B]y Keterangan: v = r = laju reaksi (M/s); k
= konstanta laju reaksi;
[A]
= konsentrasi pereaksi A (M);
[B]
= konsentrasi pereaksi B (M);
x
= orde reaksi zat A;
y
= orde reaksi zat B; dan
x + y = orde reaksi total. Dari persamaan tersebut, dapat diketahui bahwa persamaan laju reaksi menunjukkan hubungan antara laju reaksi dan konstanta laju reaksi serta konsentrasi pereaksi. Oleh karena konstanta laju reaksi dan orde reaksi hanya dapat ditentukan berdasarkan percobaan, maka persamaan laju reaksi juga hanya dapat ditentukan dari percobaan.
Contoh Soal 1 Perhatikan reaksi berikut. H2 (g) + I2 (s) → 2HI (aq) Diketahui konsentrasi H2 dan I2 pada saat tertentu berturut-turut 2 M dan 0,5 M. Jika konstanta laju reaksinya sebesar 0,125 M–2s–1, orde reaksi H2 adalah 1, dan orde reaksi I2 adalah 2, maka besarnya laju reaksi adalah ... M/s. Pembahasan: Diketahui: [H2] = 2 M [I2] = 0,5 M k = 0,125 M–2s–1 orde reaksi H2 = 1 orde reaksi I2 = 2 Ditanya: r = ... ?
2
Dijawab: Berdasarkan informasi yang diketahui, persamaan laju reaksi pembentukan HI dapat ditulis sebagai berikut. r = 0,125 [H2] [I2]2 Dengan mensubstitusikan konsentrasi masing-masing reaktan, diperoleh: r = (0,125) (2) (0,5)2 1 1 = ( ) (2) ( ) 4 8 1 = 16 = 6,25 × 10–2 M/s Jadi, besarnya laju reaksi tersebut adalah 6,25 × 10–2 M/s.
Contoh Soal 2 Persamaan reaksi 2SO2 (g) + O2 (g) → 2SO3 (g) memiliki persamaan laju reaksi r = 2,5 [SO2]2 [O2]. Jika dalam wadah sebesar 2 L terdapat 4 mol SO2 dan 2 mol O2, berapakah laju reaksinya? Pembahasan: Diketahui: r = 2,5 [SO2]2 [O2] SO2 = 4 mol O2 = 2 mol V=2L Ditanya: r = ...? Dijawab: Nilai laju reaksi dalam M/s dapat dihitung menggunakan persamaan laju reaksi seperti yang tertulis pada soal. Untuk menyelesaikan persoalan tersebut, kita harus menghitung dahulu konsentrasi reaktan (SO2 dan O2) menggunakan rumus molaritas. n M M== V 4 mol = 2M M SO2 = 2L 2 mol = 1M M O2 = 2L
3
Dengan demikian, diperoleh: r = 2,5 [SO2]2 [O2] = 2,5 (2)2 (1) = 10 M/s Jadi, besarnya laju reaksi tersebut adalah 10 M/s.
B. Orde Reaksi Orde atau tingkat reaksi adalah suatu angka yang menunjukkan besarnya pengaruh konsentrasi reaktan terhadap suatu reaksi. Semakin besar orde reaksi suatu reaktan, semakin besar pula pengaruh konsentrasi reaktan tersebut terhadap laju reaksi. Sebagai contoh, perhatikan persamaan laju reaksi berikut. r = k [A] [B]2 Persamaan reaksi tersebut menunjukkan bahwa reaktan A memiliki orde reaksi 1 dan reaktan B memiliki orde reaksi 2. Jika konsentrasi A menjadi dua kali semula, sedangkan konsentrasi B tetap, maka laju reaksi menjadi dua kali semula. Berbeda dengan jika konsentrasi B menjadi dua kali semula, sedangkan konsentrasi A tetap, maka laju reaksi menjadi empat kali semula. Hal ini menunjukkan bahwa orde reaksi menentukan besarnya pengaruh konsentrasi suatu reaktan terhadap laju reaksi. Orde suatu reaksi ditentukan berdasarkan percobaan. Jenis-jenis reaksi berdasarkan ordenya adalah sebagai berikut.
1.
Reaksi Orde 0 Pada reaksi orde 0, laju reaksi tidak bergantung pada konsentrasi. Contoh persamaan laju reaksi yang berorde 0 adalah r = k [A]0 atau r = k.
r
r=k
[A]
4
2.
Reaksi Orde 1 Pada reaksi orde 1, laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi pereaksi. Jika konsentrasi pereaksi dinaikkan dua kali semula, maka laju reaksi akan meningkat menjadi dua kali semula. Contoh persamaan laju reaksi yang berorde 1 adalah r = k [A]. r = k[A]
r
[A]
3.
Reaksi Orde 2 Pada reaksi orde 2, kenaikan laju reaksi sebanding dengan kenaikan konsentrasi pereaksi pangkat dua. Jika konsentrasi pereaksi dinaikkan dua kali semula, maka laju reaksinya menjadi empat kali semula. Contoh persamaan laju reaksi yang berorde 2 adalah r = k [A] [B], r = k [A]2, dan r = k [B]2. r = k[A]2
r
[A] Dari penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahwa jika konsentrasi suatu zat dinaikkan a kali semula, maka laju reaksinya menjadi b kali semula. Hubungan a dan b dapat dituliskan dengan b = ax, dengan x adalah orde reaksi terhadap zat tersebut.
C. Konstanta Laju Reaksi Konstanta laju reaksi k adalah suatu bilangan yang menentukan nilai laju reaksi terhadap konsentrasi-konsentrasi pereaksi. Nilai k bergantung pada suhu dan jenis pereaksi, sedangkan satuannya bergantung pada orde reaksi totalnya.
5
1.
Reaksi Orde 0 Untuk reaksi orde 0 dengan persamaan reaksi r = k dan konstanta laju reaksi memiliki satuan M/s.
2.
Reaksi Orde 1 Untuk reaksi orde 1 dengan persamaan laju reaksi r = k [A], konstanta laju reaksi memiliki satuan s–1.
3.
Reaksi Orde 2 Untuk reaksi orde 2 dengan persamaan laju reaksi r = k [A]2, konstanta laju reaksi memiliki satuan M–1s–1.
Contoh Soal 3 Data hasil suatu percobaan adalah sebagai berikut. Percobaan
[A] (M)
[B] (M)
r (M/s)
1
0,10
0,10
2,2 × 10–4
2
0,20
0,30
19,8 × 10–4
3
0,10
0,30
19,8 × 10–4
a.
Tentukan orde reaksi terhadap A dan B!
b.
Tentukan nilai konstanta laju reaksi!
Pembahasan: a.
Orde reaksi terhadap A dan B dapat ditentukan dengan membandingkan datadata percobaan. Untuk menentukan orde reaksi terhadap A, bandingkan dua data percobaan yang mempunyai konsentrasi B tetap. Dalam hal ini yaitu pada percobaan 2 dan 3. Untuk menentukan orde reaksi terhadap B, bandingkan dua data percobaan yang mempunyai konsentrasi A tetap. Dalam hal ini yaitu pada percobaan 1 dan 3. Misalkan orde reaksi terhadap A adalah x dan orde reaksi terhadap B adalah y, maka persamaan laju reaksinya r = k [A]x [B]y.
6
Orde reaksi terhadap A (percobaan 2 dan 3): x
y
r2 k ( 0,20 ) ( 0,30 ) = r3 k ( 0,10 ) x ( 0,30 )y x 19, 8 × 10 −4 ( 2 ) ⇔ = 19, 8 × 10 −4 (1) x ⇔ x=0
Jadi, orde reaksi terhadap A adalah 0. Orde reaksi terhadap B (percobaan 1 dan 3): x
y
r1 k ( 0,10 ) ( 0,10 ) = r3 k ( 0,10 ) x ( 0,30 ) y (1) y 2,2 × 10 −4 ⇔ = 19, 8 × 10 −4 ( 3 ) y y 1 (1) ⇔ = 9 (3) y ⇔ y=2 Jadi, orde reaksi terhadap B adalah 2. b.
Berdasarkan hasil perhitungan orde reaksi pada bagian a, persamaan laju reaksi dapat dituliskan sebagai berikut. r = k [A]0 [B]2 = k [B]2 Konstanta laju reaksi dapat ditentukan dengan mensubstitusikan salah satu data percobaan ke persamaan laju reaksi. Jika data percobaan 1 disubstitusikan ke dalam persamaan laju reaksi, maka nilai k dapat ditentukan sebagai berikut. r = k [B]2 ⇔ 2,2 × 10–4 = k (0,1)2 ⇔ k = 2,2 × 10–2 Jadi, nilai konstanta laju reaksinya adalah k = 2,2 × 10–2 dengan satuan M–1s–1.
7
Contoh Soal 4 Reaksi pembentukan amonia dari gas nitrogen dan hidrogen adalah sebagai berikut. N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) 1)
Jika konsentrasi N2 tetap dan konsentrasi H2 dinaikkan dua kali semula, maka laju reaksi meningkat empat kali semula.
2)
Jika konsentrasi H2 tetap dan konsentrasi N2 dinaikkan dua kali semula, maka laju reaksi meningkat dua kali semula.
Berdasarkan informasi tersebut, tentukan persamaan laju reaksinya! Pembahasan: Hubungan antara orde reaksi dan laju reaksi adalah hubungan eksponensial (pangkat). Berdasarkan pernyataan pertama, ketika konsentrasi H2 dinaikkan 2 kali semula, maka laju reaksi meningkat menjadi 22 = 4 kali semula. Berdasarkan pernyataan kedua, ketika konsentrasi N2 dinaikkan 2 kali semula, maka laju reaksi meningkat menjadi 21 = 2 kali semula. Dengan demikian, orde reaksi untuk H2 adalah 2 dan orde reaksi untuk N2 adalah 1. Jadi, persamaan laju reaksinya dapat ditulis dengan r = k [N2] [H2]2.
Contoh Soal 5 Berikut ini adalah data hasil percobaan pada suhu tertentu untuk reaksi: 2A + B + 3C → D Percobaan
[A] (M)
[B] (M)
[C] (M)
t (s)
1
0,4
0,24
0,01
152
2
0,8
0,24
0,01
76
3
1,2
0,24
0,01
51
4
0,4
0,48
0,01
152
5
0,4
0,12
0,01
150
6
0,4
0,12
0,02
75
7
0,4
0,24
0,03
50
8
Tentukan: a.
Orde reaksi terhadap A, B, dan C!
b.
Persamaan laju reaksi!
Pembahasan: Misalkan orde reaksi terhadap A, B, dan C berturut-turut adalah x, y, dan z, maka persamaan laju reaksinya dapat ditulis dengan r = k [A]x [B]y [C]z. Perlu diketahui bahwa pada data percobaan yang diketahui adalah waktu (t, sekon), bukan laju reaksi (r, M/s). Perlu diingat bahwa laju reaksi berbanding terbalik dengan waktu. Dengan demikian, ketika membuat perbandingan data, misalnya r1 terhadap r2, r t yaitu 1 akan setara dengan t2 terhadap t1, yaitu 2 . Ingat data konsentrasi tidak r2 t1 perlu dibalik! Orde reaksi terhadap A (percobaan 1 dan 2): x
y
z t2 k ( 0, 4 ) ( 0,24 ) (0, 01) = t1 k ( 0, 8 ) x ( 0,24 ) y (0, 01)z (1) x 76 ⇔ = 152 ( 2 ) x ⇔ x =1
Jadi, orde reaksi terhadap A adalah 1. Orde reaksi terhadap B (percobaan 1 dan 4): x
y
z
t 4 k ( 0, 40 ) ( 0,24 ) ( 0, 01) = t1 k ( 0, 40 ) x ( 0, 48 ) y ( 0, 01) z y 152 (1) ⇔ = 152 ( 2 ) y ⇔ y=0 Jadi, orde reaksi terhadap B adalah 0.
9
Orde reaksi terhadap C (percobaan 5 dan 6): x
y
z
t6 k ( 0, 40 ) ( 0,12 ) ( 0, 01) = t5 k ( 0, 40 ) x ( 0,12 ) y ( 0, 02 ) z z 75 (1) ⇔ = 150 ( 2 ) z ⇔ z =1 Jadi, orde reaksi terhadap C adalah 1. Dengan demikian, diperoleh nilai berikut. a.
Orde reaksi terhadap A, B, dan C berturut-turut adalah 1, 0, dan 1.
b.
Persamaan laju reaksi: r = k [A] [C].
10
