LAJU REAKSI STANDART KOMPETENSI; 3. Memahami kinetika reaksi, kesetimbangan kimia, dan faktor-faktor yang berpengaruh, serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. KOMPETENSI DASAR; 3.1. Mendeskripsikan pengertian laju reaksi dengan melakukan percobaan mengenai faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi. A. KEMOLARAN - Kemolaran adalah menyatakan banyaknya mol zat terlarut dalam 1 liter larutan.
M=
n V
Keterangan; M = kemolaran suatu larutan (mol/ℓt atau M) n = mol zat terlarut V = volume larutan (ℓt) Contoh. 0,3 M NaOH artinya dalam 1 liter larutan mengandung 0,3 mol NaOH. -
Untuk mengencerkan larutan digunakan rumus; M1.V1 = M2.V2
LATIHAN 1 1. Hitung molaritas larutan 1,6 gram NaOH dalam 200 ml larutan! Jawab. ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... 2.
Berapa mililiter air yang harus ditambahkan untuk membuat larutan 500 ml HCl 0,1 M dari larutan HCl 0,2 M? Jawab. ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................
1
3.
Sebanyak 100 ml NaCl 0,1 M dicampur dengan 100 ml CaCl2 0,2 M dan diencerkan dengan air hingga volumenya menjadi 1 liter. Hitunglah konsentrasi ion klor dalam larutan! Jawab. ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................
B. PENGERTIAN LAJU REAKSI Perhatikan reaksi berikut! Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 Selama reaksi berlangsung, - konsentrasi Mg berkurang setiap satuan waktu. - konsentrasi HCl berkurang setiap satuan waktu. - konsentrasi MgCl2 bertambah setiap satuan waktu. - konsentrasi H2 bertambah setiap satuan waktu. Secara matematik ditulis; D[Mg] - VMg = Dt D[HCl] - VHCl = Dt D[MgCl 2 ] VMgCl 2 = + Dt D[H 2 ] VH 2 = + Dt Hubungan konsentrasi zat-zat reaksi terhadap waktu dinyatakan dengan grafik;
MgCl2 + H2 konsentrasi
Mg + HCl waktu
2
Dengan demikian, laju reaksi didefinisikan berkurangnya konsentrasi zat-zat pereaksi per satuan waktu atau bertambahnya konsentrasi zat-zat hasil reaksi per satuan waktu. Secara matematik, laju reaksi zat-zat dalam reaksi dinyatakan dalam persamaan;
VA = ±
D[A ] Dt
Keterangan; VA = laju reaksi zat A (mol/ℓt/s) - ∆[A] = berkurangnya konsentrasi zat A (mol/ℓt) + ∆[A] = bertambahnya konsentrasi zat A (mol/ℓt) ∆t = perubahan waktu (s) 1.
Contoh. Sepuluh gram logam magnesium dimasukkan kedalam 500 mililiter larutan asam klorida. Setelah 5 menit, ternyata tersisa 2,8 gram logam magnesium. Jika Ar; Mg = 24, maka tentukan laju berkurangnya logam magnesium tersebut. Jawab. - Mg mula-mula = 10 gr. - Mg tersisa = 2,8 gr. - Mg yang bereaksi = Mg mula-mula - Mg tersisa = 10 gr - 2,8 gr = 7,2 gr. Mg yang bereaksi 7, 2 - mol Mg = = = 0,3 mol. Ar Mg 24 - Vol = 500 ml = 0,5 ℓt. 0,3 mol Mg - ∆ [Mg] = = 0,6 mol/ℓt = 0,5 Vol - ∆ t = 5 menit = 5 x 60 = 300 s. -
2.
Laju berkurangnya logam magnesium adalah D[Mg ] V = Dt 0,6 V = mol/ℓt/s 300 V = - 0,002 mol/ℓt/s.
Diketahui reaksi; A + B → C Berdasarkan reaksi tersebut, diperoleh data; No 1 2 3
[C] (mol/ℓt) 0,00 0,06 0,18
Waktu (detik) 0 50 150 3
Tentukan laju bertambahnya zat D! Jawab. Pada data no 2 dan no 3, diperoleh; - ∆ [C] = 0,18 - 0,06 = 0,12 mol/ℓt. - ∆ t = 150 - 50 = 100 s - Jadi, laju bertambahnya zat C adalah D[C] V = + Dt 0,12 V = + mol/ℓt/s 100 V = + 0,0012 mol/ℓt/s. C. PERBANDINGAN LAJU REAKSI Jika suatu reaksi kimia dinyatakan dalam bentuk umum; aA+bB→cC+dD maka perbandingan masing-masing laju zat-zat dalam reaksi adalah; VA : VB : VC : VD = a : b : c : d
1.
Contoh. Diketahui; 2 SO2 + O2 → 2 SO3. Jika laju reaksi SO3 sama dengan y, maka tentukan laju reaksi O2 dan SO2 dalam y! Jawab. VSO 3 = y VO 2
-
VSO3
=
1 atau VO 2 = ½ VSO 3 2
Jadi, VO 2 = ½ y. VSO 2
-
VSO 3
=
2 = 1 atau VSO 2 = VSO 3 2
Jadi, VSO 2 = y. 2.
Berdasarkan reaksi; 2 N2O5 → 4 NO + 3 O2, diperoleh data sebagai berikut. No 1 2 3
[O2] (mol/ℓt) 0,00 0,0012 0,0024
Waktu (detik) 0 30 60
4
Tentukanlah; a. Laju pembentukan O2, dan b. Laju penguraian N2O5! Jawab. D[O 2 ] 0,0024 - 0,0012 0,0012 = 0,00004 mol/ℓt/s. = = Dt 60 - 30 30 : VO 2 = 2 : 3
a.
VO 2 = +
b.
VN 2 O5
VN 2 O5 : 0,00004 = 2 : 3
2 x 0,0004 mol/ℓt/s. 3 = 0,000026 mol/ℓt/s.
VN 2 O5 = VN 2 O5
D. PERSAMAAN LAJU REAKSI Jika suatu reaksi kimia dinyatakan dalam bentuk umum; aA+bB→cC+dD maka persamaan laju reaksinya dinyatakan; V = k.[A]m.[B]n Keterangan; k = konstanta laju reaksi [A] = konsentrasi zat A [B] = konsentrasi zat B m = orde (tingkat reaksi) terhadap zat A n = orde (tingkat reaksi) terhadap zat B m + n = orde total reaksi 1.
Contoh. Data untuk reaksi A + B → C adalah sebagai berikut. No 1 2 3
[A] (mol/ℓt) 0,2 0,2 0,4
[B] (mol/ℓt) 0,2 0,4 0,4
V (mol/ℓt/s) 0,02 0,04 0,16
Tentukan; a. Orde total reaksi, b. Nilai k, dan c. Persamaan laju reaksi! 5
Jawab. Misalkan laju reaksinya adalah V = k.[A]m.[B]n. a. Pada data no. 1 dan no. 2, konsentrasi zat A sama sehingga; n
Pada data no. 2 dan no. 3, konsentrasi zat B sama sehingga; m
æ 0,2 ö æ 0,02 ö ç ÷ =ç ÷ è 0,4 ø è 0,04 ø
æ 0, 2 ö æ 0,04 ö ç ÷ =ç ÷ è 0, 4 ø è 0,16 ø
n
m
æ1ö æ1ö ç ÷ =ç ÷ è2ø è2ø n=1
æ1ö æ1ö ç ÷ =ç ÷ è2ø è4ø m
æ1ö æ1ö ç ÷ =ç ÷ è2ø è2ø m=2
2
Jadi, orde total reaksi = m + n = 2 + 1 = 3.
2.
b.
Ambil percobaan 1; V = k.[A]m.[B]n 0,02 = k.(0,2)2.(0,2)1. 0,02 = k.0,008 20 = k.8 k = 20/8 k = 2,5 mol-2/ℓt-2/s-1.
c.
Karena k = 2,5 mol-2/ℓt-2/s-1, m = 2, dan n = 1, maka persamaan laju reaksinya ; V = k.[A]m.[B]n V = 2,5.[A]2.[B].
Data untuk reaksi A + B → C adalah sebagai berikut. No 1 2 3
[A] (mol/ℓt) 0,02 0,02 0,04
[B] (mol/ℓt) 0,2 0,4 1,2
Waktu (s) 144 36 4
Tentukan; a. Orde terhadap zat A, dan b. Orde terhadap zat B! Jawab. Misalkan laju reaksinya adalah V = k.[A]m.[B]n. Laju reaksi berbanding terbalik terhadap waktu. Sehingga, orde reaksi ditentukan dengan cara berikut. n a. Pada data no. 1 dan no. 2, konsentrasi æ 0,02 ö æ 1144 ö ÷÷ ç ÷ = çç zat A sama sehingga; è 0,04 ø è 136 ø 6
n
æ2ö ç ÷ è4ø
n
1 æ1ö æ1ö ç ÷ .ç ÷ = 36 è2ø è6ø Karena n = 2, sehingga;
æ 2 ö æ 36 ö ç ÷ =ç ÷ è 4 ø è 144 ø æ1ö æ1ö ç ÷ =ç ÷ è2ø è4ø n
æ1ö æ1ö ç ÷ =ç ÷ è2ø è2ø Jadi, n = 2.
2
æ1ö ç ÷ è2ø
m
n
4 æ2ö .ç ÷ = è 12 ø 144
m
n
m
1 æ1ö .ç ÷ = è 6 ø 36
2
m
a.
1 æ1ö 1 ç ÷ . = è 2 ø 36 36
Karena konsentrasi zat B tidak ada yang sama, maka pilih data no. 1 dan no. 3 sehingga; k.(0,02) m .(0,2) n ( 1144) = k.(0,04)m .(1,2)n ( 14 ) m
m
æ1ö ç ÷ = 1 è2ø m
æ1ö æ1ö ç ÷ = ç ÷ è2ø è2ø Jadi, m = 0.
n
æ 0,02 ö æ 0,2 ö 1 4 x ç ÷ .ç ÷ = 144 1 è 0,04 ø è 1,2 ø
3.
0
Data untuk reaksi A + B → C adalah sebagai berikut. [A] (mol/ℓt) 0,01 0,02 0,03 0,04
No 1 2 3 4
[B] (mol/ℓt) 0,05 0,20 0,15 0,10
V (mol/ℓt/s) 0,01 0,08 0,09 0,16
Tentukan orde total reaksi! Jawab. Misalkan laju reaksinya adalah V = k.[A]m.[B]n. Dari data di atas, baik konsentrasi zat A maupun zat B tidak ada yang sama, sehingga orde reaksi ditentukan dengan cara berikut. Pilih data no 1 dan no 2, sehingga; k.(0,01)m .(0,05) n (0,01) = k.(0,02)m .(0,20) n (0,08) m
n
æ 0,01 ö æ 0,05 ö æ 0,01 ö ç ÷ .ç ÷ = ç ÷ è 0,02 ø è 0,20 ø è 0,08 ø m
m +2n
2n
æ1ö = ç ÷ è2ø
3
3
æ1ö æ1ö = ç ÷ ç ÷ è2ø è2ø m + 2n = 3 ... (1)
n
æ1ö æ 5 ö æ1ö ç ÷ .ç ÷ = ç ÷ è 2 ø è 20 ø è 8 ø m
m
æ1ö æ1ö ç ÷ .ç ÷ è2ø è2ø
n
æ1ö æ1ö æ1ö ç ÷ .ç ÷ = ç ÷ è 2ø è 4ø è8ø
Pilih data no. 1 dan no.3, sehingga; k.(0,01) m .(0,05)n (0,01) = k.(0,03)m .(0,15)n (0,09)
7
m
n
æ 0,01 ö æ 0,05 ö æ 0,01 ö ç ÷ .ç ÷ =ç ÷ è 0,03 ø è 0,15 ø è 0,09 ø m
n
æ1ö æ 5 ö æ1ö ç ÷ .ç ÷ = ç ÷ è 3 ø è 15 ø è 9 ø m
n
æ1ö ç ÷ è 3ø
m
n
æ1ö ç ÷ è 3ø
m+n
æ1ö æ1ö æ1ö ç ÷ .ç ÷ = ç ÷ è 3ø è 3ø è9 ø æ1ö æ1ö .ç ÷ = ç ÷ è 3ø è 3ø æ1ö =ç ÷ è 3ø
m + n = 2 ... (1) Subtitusi (1) dan (2), sehingga; m + 2n = 3 m +n= 2 n= 1 m+n=2 m+1=2 m=2-1 m=1
2
2
Jadi, orde total reaksi adalah m + n = 1 + 1 = 2. E. GRAFIK LAJU REAKSI Laju reaksi memiliki grafik yang berbeda-beda. Grafik laju reaksi dibedakan berdasarkan orde total reaksi. - Untuk orde total sama dengan nol, laju reaksinya memiliki grafik sebagai berikut. V k
V=k
[A] -
Untuk orde total sama dengan satu, laju reaksinya memiliki grafik sebagai berikut. V
V = k.[A]
[A] -
Untuk orde total sama dengan dua, laju reaksinya memiliki grafik sebagai berikut.
8
V
V = k.[A]2
[A]
LATIHAN 2 1. 15 gram Fe dimasukkan kedalam 500 ml HCl. Setelah 300 detik, Fe yang tersisa sebanyak 3,8 gram. Jika Ar; Fe = 56, hitung laju berkurangnya logam Fe! Jawab. ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... 2.
Data untuk reaksi A + B → C adalah sebagai berikut. No 1 2 3
[A] (mol/ℓt) 0,1 0,2 0,1
[B] (mol/ℓt) 0,1 0,1 0,3
V (mol/ℓt/s) 30 60 90
Tentukan; a. orde total reaksi, b. persamaan laju reaksi, c. nilai k, d. laju reaksi, jika [A] = 0,1 M dan [B] = 0,4 M, e. grafik laju reaksi! Jawab. a................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... b................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... c................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... d................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... 9
e................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... F. FAKTOR-FAKTOR YANG BERPENGARUH LAJU REAKSI a.
Konsentrasi Besarnya konsentrasi berpengaruh terhadap laju reaksinya. Makin besar konsentrasi, makin besar pula laju reaksinya. Hal itu disebabkan, makin besar konsentrasi, makin banyak pula partikel yang bertumbukan. Untuk lebih jelasnya, coba lakukan percobaan berikut.
1)
2) 1 gr Mg
5 ml HCl 1 M t = ... detik
1 gr Mg
5 ml HCl 3 M t = ... detik
3)
1 gr Mg
5 ml HCl 5 M t = ... detik
1.
Logam Mg cepat larut terdapat pada percobaan mana? Jawab. ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ 2.
Apa kesimpulanmu tentang percobaan di atas? Jawab. ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ b. Suhu Besarnya suhu juga berpengaruh terhadap laju reaksi. Makin besar suhu, makin besar pula laju reaksinya. Untuk lebih jelasnya, coba lakukan percobaan berikut. -
Sediakan gelas kimia 1 dan gelas kimia 2 yang masing-masing berisi 10 ml Na2S2O3 0,2 M. Sediakan pula 2 lembar kertas yang masing-masing diberi tanda silang tengahnya. Letakkan kertas-kertas tersebut di bawah setiap gelas kimia. (lihat gambar di bawah) Ukur suhu pada gelas kimia 1 dan tambahkan 10 ml HCl 2 M. Catat waktu dan lihat dari atas sampai tanda silang tidak terlihat. Panaskan gelas kimia 2 hingga suhunya naik 10 0C. Tambahkan 10 ml HCl 2 M kedalamnya. Catat waktu dan lihat dari atas sampai tanda silang tidak terlihat.
10
10 ml HCl 2 M
10 ml HCl 2 M
10 ml Na2S2O3 0,2 M
10 ml Na2S2O3 0,2 M
10 ml HCl 2 M
10 ml Na2S2O3 0,2 M
1.
Pada gelas kimia manakah yang tanda silangnya cepat tidak terlihat? Jawab. ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ 2.
Apa kesimpulanmu dari percobaan di atas? Jawab. ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ c.
1)
Luas Permukaan Luas permukaan zat berpengaruh terhadap laju reaksinya. Zat berupa butiran mempunyai luas permukaan lebih kecil dibandingkan dengan zat berupa serbuk. Makin luas permukaan suatu zat makin besar laju reaksinya. Untuk lebih jelasnya, coba lakukan percobaan berikut. 1 gr butiran CaCO3
5 ml HCl 3 M t = ... detik
2)
1 gr serbuk CaCO3
5 ml HCl 3 M t = ... detik
1.
Pada percobaan manakah CaCO3 cepat larut? Jawab. ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ 2.
Apa kesimpulanmu dari percobaan di atas? Jawab.
11
............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ d. Katalis Katalis adalah zat yang mempercepat laju reaksi, tetapi dia tidak ikut bereaksi. Katalis hanya berfungsi menurunkan energi aktivasi molekul yang bertumbukan, sehingga menyebabkan jumlah tumbukan yang dilakukan molekul makin meningkat. Perhatikan contoh reaksi berikut : – Reaksi A + BC → AB + C berlangsung lambat. Jika pada reaksi ditambah katalis K, reaksi berlangsung sebagai berikut : – K + BC → KB + C (cepat) – A + KB → AB + K (cepat) – A + BC → AB + C(cepat) ----------------------------------- + – 2A + 2BC → 2AB + 2C atau – A + BC → AB + C – Jadi, katalis hanya berfungsi mempercepat laju reaksi tetapi dia tidak ikut bereaksi. -
-
1.
Untuk lebih jelasnya, lakukan percobaan berikut. Masukkan 5 ml H2O2 3% ke dalam gelas kimia. Perhatikan gelembung gas yang timbul dalam larutan. Masukkan 5 ml H2O2 3% ke dalam gelas kimia lain. Tambahkan 1 ml CuCl2 0,5 M dan catat waktu sejak penambahan sampai reaksi berhenti. Perhatikan apakah pembentukan gas terjadi dengan laju yang sama dari awal sampai reaksi berhenti. Perhatikan juga apakah warna larutan CuCl2 berubah. Ulangi langkah di atas dengan menggunakan 5 ml H2O2 3% dengan; a. 1 ml larutan FeCl3 0,5 M b. sedikit MnO2 c. sedikit terusi Berdasarkan percobaan di atas, isi data pengamatan berikut! No 1 2 3 4 5
Larutan H2O2 H2O2 + CuCl2 H2O2 +FeCl3 H2O2 + MnO2 H2O2 + terusi
t = ... detik
2.
Zat manakah yang bertindak sebagai katalisator? Jawab. ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ 3. Apakah zat tersebut juga mengalami perubahan? Jawab.
12
............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ TEORI TUMBUKAN
STANDART KOMPETENSI; 3. Memahami kinetika reaksi, kesetimbangan kimia, dan faktor-faktor yang berpengaruh, serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. KOMPETENSI DASAR; 3.2. Memahami teori tumbukan untuk menjelaskan faktor-faktor penentu laju dan orde reaksi serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. A. TEORI TUMBUKAN Molekul-molekul selalu bergerak sehingga kemungkinan terjadi tabrakan selalu ada. Tidak setiap molekul yang bertabrakan menghasilkan reaksi kimia. Untuk menghasilkan reaksi kimia, setiap tabrakan molekul diperlukan energi minimum. Jadi energi minimum yang diperlukan agar tabrakannya menghasilkan reaksi kimia disebut energi pengaktifan(Ea). Perhatikan gambar berikut. tumbukan yang tidak menghasilkan reaksi kimia
tumbukan yang menghasilkan reaksi kimia
Peran katalis dalam hal ini adalah menurunkan energi pengaktifan. Energi pengaktifan tanpa menggunakan katalis lebih besar dibandingkan energi pengaktifan menggunakan katalis. Makin kecil Energi pengaktifan (Ea) maka makin cepat pula laju reaksinya. Perhatikan grafik di bawah ini : E
Ea
Ea
E
Hasil reaksi Pereaksi
Pereaksi
DH
DH
Hasil reaksi 13
Koordinat Reaksi
Koordinat Reaksi
Reaksi Eksoterm
Reaksi Endoterm
tanpa katalis E
Ea dengan katalis Pereaksi
Ea' DH
Hasil reaksi
B. PEMAKAIAN KATALIS DALAM INDUSTRI Prinsip ekonomi dalam industri adalah menggunakan modal minimum untuk mendapatkan keuntungan yang maksimum. Katalis banyak membantu pada industri dengan memakai prinsip ekonomi yang dimaksudkan. Contoh industri pembuatan Amoniak dengan Proses Hader berikut. N2(g) + 3 H2(g) « 2 NH3(g)
∆ H = -92 kJ
Proses pembuatan amoniak inin menggunakan 55 % s/d 60 % gas N2 untuk menghasilkan gas NH3 menggunakan katalis besi oksida yang mengandung sedikit kalium dan aluminium oksida pada suhu 600 0C dan tekanan 1000 atm.
14
