Selasa, 06 April 2010

modul laju reaksi

MODUL PEMBELAJARAN KIMIA

Lò9ò;-)UNIB


“LAJU REAKSI”

Mata Pelajaran : Kimia
K e l a s : XI
Nomor Modul : Kim.XI.08

Penulis :

Dody Dori Putra / A1F007017

Herina Yuni Utami / A1F007019
Ida Ayu Mayang Sari /
A1F007020
Irlia Marissa / A1F007022

Kata Pengantar

Modul Kimia untuk siswa SMA ini disusun dengan mengacu kepada kurikulum SMA Edisi 2009. Modul merupakan salah satu media yang sesuai dan tepat untuk mencapai suatu tujuan tertentu pada setiap pembelajaran. Bagi siswa, selain dapat dipakai sebagai sumber belajar, modul juga dapat dijadikan sebagai pedoman dalam melakukan suatu kegiatan tertentu.

Dalam modul ini akan dipelajari bagaimana laju berlangsungnya reaksi kimia, energi yang berhubungan dengan proses itu, dan mekanisme berlangsungnya proses tersebut. Laju suatu reaksi sangat dipengaruhi beberapa faktor, yaitu sifat dan keadaan zat, konsentrasi, suhu dan katalisator. Modul ini memiliki fitur yang khas, yaitu di dalam buku terdapat kegiatan-kegiatan yang memungkinkan siswa untuk melakukan aktivitas mental dan fisik. Selain itu modul dilengkapi dengan tugas dan tes formatif pada setiap akhir subbab dan evaluasi pada setiap akhir bab. Pertanyaan-pertanyaan di dalam tugas, tes formatif dan evaluasi diharapkan siswa dapat mencoba dan melatih sendiri untuk menyelesaikannya.

Akhir kata, diharapkan modul ini dapat meringankan tugas guru dalam mengajar. Tak lupa juga kami mengharapkan kritik dan masukan dari para pemakai dan pemerhati buku pelajaran. Semoga modul ini bermanfaat bagi siswa khususnya, dan dapat membuat siswa belajar kimia dengan senang, sehingga dapat meningkatkan kualitas pendidikan di Indonesia.

Bengkulu, Oktober 2009

Tim Penyusun

DAFTAR ISI

IDENTITAS .................................................................................................................... i

KATA PENGANTAR .................................................................................................... ii

DAFTAR ISI ................................................................................................................. iii

GLOSARIUM........................................................................................................... iv

PENDAHULUAN .......................................................................................................... v

RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN I ................................................. vi

RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN II......................................... vii PEMBELAJARAN

Kegiatan Belajar 1: Kemolaran, Konsep Laju Reaksi dan Persamaan Laju Reaksi

1. Tujuan Kegiatan Pembelajaran ................................................................................. 1

2. Uraian Materi

A. Kemolaran / Molaritas ......................................................................................... 1
B. Konsep Laju Reaksi ............................................................................................ 5
C. Persamaan Laju Reaksi......................................................................................... 6

3. TUGAS KEGIATAN 1 .......................................................................................... 7

Kegiatan Belajar 2: Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Laju Reaksi

1. Tujuan Kegiatan Pembelajaran ................................................................................. 9

2. Uraian Materi

A. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi..................................................... 9
B.
Teori Tumbukan................................................................................................. 11

3. TUGAS KEGIATAN 2 ........................................................................................ 14

EVALUASI ..................................................................................................................... 17

PENUTUP ..................................................................................................................... 18

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................... 19

Glosarium

Istilah

Keterangan

Laju reaksi

Jumlah suatu perubahan dalam reaksi tiap satuan waktu

Orde reaksi

Pangkat dari konsentrasi komponen-komponen dalam persamaan laju reaksi

Energi pengaktifan

Energi minimum yang harus dimiliki oleh partikel pereaksi sehingga menghasilkan tumbukan yang efektif

Kompleks teraktivasi

Suatu keadaan transisi antara pereaksi dan produk

Katalis

Zat yang dapat meningkatkan laju reaksi tanpa dirinya mengalami

Katalisator

Katalis yang berfungsi untuk mempercepat laju reaksi

Inhibitor

Katalis yang berfungsi untuk memperlambat laju reaksi

Katalis homogen

Katalisator yang mempunyai fasa sama dengan zat yang dikatalisis

Katalis heterogen

Katalisator yang mempunyai fasa tidak sama dengan zat yang dikatalisis

PENDAHULUAN

A. Deskripsi

Dalam modul ini Anda akan mempelajari laju berlangsungnya reaksi kimia, energi yang berhubungan dengan proses itu, dan mekanisme berlangsungnya proses tersebut. Laju suatu reaksi sangat dipengaruhi beberapa faktor, yaitu sifat dan kedaan zat, konsentrasi, suhu dan katalisator.

B. Prasyarat

Agar dapat mempelajari modul ini Anda harus memahami lambing unsur dan persamaan reaksi, ikatan kimia, konsep mol dan termokimia.

C. Petunjuk Penggunaan Modul

1. Pelajari daftar isi serta skema kedudukan modul dengan cermat dan teliti karena dalam skema modul akan nampak kedudukan modul yang sedang Anda pelajari ini diantara modul-modul yang lain.

2. Perhatikan langkah-langkah dalam melakukan pekerjaan dengan benar untuk mempermudah dalam memahami suatu proses pekerjaan, sehingga diperoleh hasil yang maksimal.

3. Pahami setiap materi teori dasar yang akan menunjang penguasaan suatu pekerjaan dengan membaca secara teliti. Apabila terdapat evaluasi, maka kerjakan evaluasi tersebut sebagai sarana latihan.

4. Jawablah tes formatif dengan jawaban yang singkat dan jelas serta kerjakan sesuai dengan kemampuan Anda setelah mempelajari modul ini.

5. Bila terdapat penugasan, kerjakan tugas tersebut dengan baik dan jika perlu konsultasikan hasil tersebut pada guru/instruktur.

6. Catatlah kesulitan yang Anda dapatkan dalam modul ini untuk ditanyakan pada guru pada saat kegiatan tatap muka. Bacalah referensi yang lain yang berhubungan dengan materi modul agar Anda mendapatkan pengetahuan tambahan.

D. Tujuan Akhir

Setelah mempelajari modul ini diharapkan anda dapat:

· Menjelaskan pengertian laju reaksi

· Menentukan persamaan laju reaksi

· Menentukan orde laju reaksi

· Menentukan tetapan laju reaksi

· Menjelaskan teori tumbukan

E. Kompetensi

Kompetensi : LAJU REAKSI

Durasi Pembelajaran : 22 jam @ 45 menit

Sub materi

kriteria kerja

Lingkup kerja

Materi pokok pembelajaran

sikap

pengetahuan

keterampilan

1. Konsep

Laju reaksi dan orde reaksi

Ø Menjelaskan pengertian laju reaksi

Ø Ungkapan laju reaksi dituliskan sesuai ketentuan

Ø Persamaan laju reaksi dan tingkat reaksi dijelaskan sesuai ketentuan

Ø Tingkat reaksi persamaan laju reaksi dan tetapan laju reaksi ditentukan berdasarkan data hasil percobaan

Ø Pengertian laju reaksi

Ø Persamaan laju reaksi

Ø Penentuan orde reaksi

Ø Tetapan laju reaksi

Ø Digunakan untuk mendukung materi:

- Pembuatan

kertas

- Pembuatan

tinta

- Fotoreprodu

si

- Ofset

- Sablon

Ø Kritis

Ø Jujur

Ø Obyektif

Ø Bekerja sama

Ø Cermat

Ø Teliti

Ø Pengertian laju reaksi

Ø Penjelasan orde reaksi

Ø Pengertian tetapan laju reaksi

Ø Penjelasan persamaan laju reaksi

Ø Menghitung laju reaksi

Ø Menginter-pretasi kan data yang berhubungandengan penentuan orde reaksi dan laju reaksi

2.

Menjelas-kan

faktor-faktor

yang

mempengaruhi

laju reaksi

Ø Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi dianalisis melalui percobaan

Ø Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi dijelaskan berdasarkan postulat dasar teori tumbukan

Ø Teori tumbuka

Ø Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi

Ø Aktif melakukan percobaan tentang faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi

Ø Bekerja sama

Ø Cermat

Ø Teliti

Ø Kritis

Ø Penjelasan Teori tumbukan

Ø Penjelasan knsentrasi

Ø Penjelasan katalis

Ø Pengertian luas permukaan sentuhan

Ø Penjelasan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi

Ø Menentukan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi berdasarkan data percobaan dan teori tumbukan

F. Cek kemampuan

1. Jelaskan pengertian tentang laju reaksi!

2. Tentukan persamaan laju reaksi!

3. Tentukan orde laju reaksi!

4. Tentukan tetapan laju reaksi!

5. Jelaskan fakor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi berdasarkan teori tumbukan!

6. Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi berdasarkan analisis percobaan!

RENCANA PELAKSANAAN

PEMBELAJARAN 1

KEMOLARAN, KONSEP LAJU REAKSI DAN PERSAMAAN LAJU REAKSI

I. Standar Kompetensi

3. Memahami kinetika reaksi, kesetimbangan kimia, dan faktor-faktor yang mempengaruhinya, serta penerapannya dalam kehidupan sehari hari dan industri

II. Kompetensi Dasar

3.1. Menganalisis data percobaan untuk menentukan laju dan orde reaksi

III. Indikator

* Menjelaskan pengertian kemolaran dan penggunaanya

* Menjelaskan konsep laju reaksi

* Menjelaskan persamaan laju reaksi, orde reaksi dan tingkat reaksi serta penentuannya

IV. Tujuan Pembelajaran

* Siswa dapat menjelaskan pengertian kemolaran dan penggunaanya

* Siswa dapat menjelaskan konsep laju reaksi

* Siswa dapat menjelaskan persamaan laju reaksi, orde reaksi dan tingkat reaksi serta penentuannya

III. Materi Ajar

* Kemolaran

* Konsep laju reaksi

* Persamaan laju reaksi

IV. Metode pendekatan:

* Penyampaian informasi

* Diskusi

* Penugasan

V. Alokasi Waktu

12 Jam pelajaran

VI. Skenario Pembelajaran

Pertemuan Pertama:

Materi ajar

* Kemolaran

Kegiatan awal

* Salam pembuka

* Memeriksa kehadiran siswa

Kegiatan Inti

* Melakukan tanya jawab dan diskusi kelas mengenai kemolaran, pengenceran dan cara membuat larutan dengan kemolaran tertentu.

Kegiatan Akhir

* Menyimpulkan kemolaran, pengenceran dan cara membuat larutan dengan kemolaran tertentu.

Pertemuan Kedua:

Materi Ajar

* Konsep laju reaksi

* Definisi laju reaksi

Kegiatan awal

* Salam pembuka

* Memeriksa kehadiran siswa

Kegiatan Inti

* Melakukan diskusi kelas untuk membahas definisi, konsep dan cara menentukan / menghitung laju reaksi

Kegiatan Akhir

* Menyimpulkan definisi dan konsep serta cara menentukan laju reaksi

Pertemuan Ketiga :

Materi Ajar

* Bentuk Persamaan Laju Reaksi

* Makna Orde Reaksi

Kegiatan awal

* Salam pembuka

* Memeriksa kehadiran siswa

Kegiatan Inti

* Melakukan diskusi kelas untuk membahas bentuk persamaan laju reaksi dan makna orde reaksi

Kegiatan Akhir

* Menyimpulkan bentuk persamaan laju reaksi dan makna orde reaksi

* Tugas Kegiatan Belajar 1

VIII. Alat/Bahan/Sumber Belajar

* Sumber : Buku Kimia kelas XI A Erlangga, modul dan artikel internet

IX. Penilaian

* Kognitif : latihan dan tugas

* Psikomotor : Diskusi, kerja sama, motivasi dan menghargai pendapat

RENCANA PELAKSANAAN

PEMBELAJARAN II

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LAJU REAKSI DAN TEORI TUMBUKAN

I. Standar Kompetensi

3. Memahami kinetika reaksi, kesetimbangan kimia, dan faktor-faktor yang mempengaruhinya, serta penerapannya dalam kehidupan sehari hari dan industri

II. Kompetensi Dasar

3.2. Menggunakan postulat dasar teori tumbukan untuk menjelaskan kebergantungan laju reaksi pada beberapa faktor yang mempengaruhi laju reaksi

III. Indikator

* Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi

* Menjelaskan teori tumbukan

IV. Tujuan Pembelajaran

* Siswa dapat menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi

* Siswa dapat menjelaskan tentang teori tumbukan

III. Materi Ajar

* Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi

* Teori tumbukan

IV. Metode pendekatan

* Penyampaian informasi

* Diskusi

* Penugasan

VII. Alokasi Waktu

10 Jam pelajaran

VIII. Skenario Pembelajaran

Pertemuan Pertama:

Materi Ajar

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi,

* Pengaruh luas permukaan

* Pengaruh konsentrasi

* Pengaruh suhu

* Pengaruh katalis

Kegiatan awal

* Salam pembuka

* Memeriksa kehadiran siswa.

Kegiatan Inti

* Melakukan diskusi kelas untuk membahas faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi

Kegiatan Akhir

* Menyimpulkan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi.

Pertemuan Kedua :

Materi Ajar

* Teori Tumbukan

Kegiatan awal

* Salam pembuka

* Memeriksa kehadiran siswa.

Kegiatan Inti

* Melakukan diskusi kelas untuk membahas mengenai Teori Tumbukan

Kegiatan Akhir

* Menyimpulkan hasil diskusi

* Tugas Kegiatan Belajar 2

* Mengingatkan siswa untuk ulangan pada pertemuan berikutnya

Pertemuan Ketiga :

Materi Ajar:

* Ulangan harian.

Kegiatan awal

* Salam pembuka

* Memeriksa kehadiran siswa.

* Memeriksa latihan sepintas, mencatat siswa yang tidak membuat latihan

Kegiatan Inti

* Membahas Tugas

* Ulangan harian tentang laju reaksi

Kegiatan Akhir

* Salam penutup

VIII. Alat/Bahan/Sumber Belajar

* Sumber : Buku Kimia kelas XI A Erlangga, modul dan artikel internet

IX. Penilaian

* Kognitif : Uji tertulis

* Psikomotor : Diskusi, kerja sama, motivasi dan menghargai pendapat

PEMBELAJARAN 1

KEMOLARAN, KONSEP LAJU REAKSI DAN PERSAMAAN LAJU REAKSI

I. Tujuan Kegiatan Pembelajaran

Setelah Anda mempelajari kegiatan belajar 1, diharapkan Anda dapat :

· Mengetahui pengertian kemolaran.

· Menjelaskan konsep laju reaksi.

· Menuliskan persamaan laju dan orde reaksi.

II. Uraian Materi

A. KEMOLARAN

1. Pengertian Kemolaran

M = atau M =

Kemolaran adalah salah satu cara menyatakan kepekatan larutan. Kemolaran menyatakan jumlah zat terlarut dalam setiap liter larutan (ingat : setiap liter larutan, bukan pelarut). Kemolaran dinyatakan dengan lambing M dan satuannya adalah mol L-1.

Contoh : Larutan HCl 1 M artinya tiap liter larutan mengandung 1 mol HCl yang terlarut.

Disini kita akan mempelajari cara membuat larutan dengan kemolaran tertentu. Sebagaimana anda ketahui, zat kimia diperdagangkan kebanyakan berupa zat padat atau berupa larutan pekat. Kita akan mempelajari cara membuat larutan dari kedua jenis bahan tersebut.

Contoh soal :

Sebanyak 2 gram NaOH (Ar Na = 23, O = 16, H = 1) dilarutkan dalam air hingga volume larutan 500 mL. Hitung kemolaran ( M ) larutan tersebut!

Jawab :

Dik : gram NaOH = 2 gram

Ar NaOH = 23, O = 16, H = 1

Volume = 500 mL = 0,5 L

Dit : Kemolaran ( M ) = ?

Penyelesaian :

M =

=

=

= 0,1 M

Jadi, molaritas dari larutan di atas adalah 0, 1 M.

2. Hubungan Kemolaran dengan Kadar Larutan

Kadar menyatakan massa zat terlarut dalam 100 gram larutan, sedangkan kemolaran menyatakan jumlah mol zat terlarut dalam setiap liter larutan. Oleh karena massa merupakan hasil kali volume dengan massa jenis, maka kemolaran larutan dapat ditentukan jika kadar dan massa jenisnya diketahui. Perhatikanlah contoh berikut :

Contoh soal :

Menghitung kemolaran asam sulfat pekat yang mengandung 96% H2SO4 dengan massa jenis 1, 8 kg L-1.

Kemolaran menyatakan jumlah mol ( n ) zat terlarut dalam 1 liter larutan. Jadi, kita harus menentukan jumlah mol asam sulfat dalam 1 liter larutan tersebut.

Massa 1 liter asam sulfat = V x ρ

= 1 L x 1, 8 kg L-1

= 1, 8 kg = 1, 8 x 1000 g

= 1800 g

s ( = ρ x 1000 g )

Massa H2SO4 96%, m = x 1800 g

= 18 x 96 g ( = ρ x 10 x kadar )

Jumlah mol H2SO4, n =

=

= 17, 63 mol atau

( = ρ x 10 x )

Kemolaran asam sulfat, M =

= 17, 63 mol / 1 L

= 17, 63 mol L-1 atau

( M = )

Dari contoh di atas, dapat dituliskan hubungan antara kemolaran dengan kadar dan massa jenis larutan sebagai berikut :

( M = )


Dengan, M = kemolaran

= massa jenis

Kada r = % massa

mm = massa molar

3. Pengenceran

Pengenceran menyebabkan volume dan kemolaran larutan berubah, tetapi jumlah mol zat terlarut tidak berubah.

Oleh karena pengenceran tidak mengubah jumlah mol zat terlarut maka :

n1 = n2 atau V1 M1 = V2 M2

V1 M1 = V2 M2

Untuk lebih memahami rumus di atas, perhatikanlah contoh soal berikut :

· Berapa ml air harus dicampur dengan 100 ml larutan NaOH 0,5 M sehingga menjadi 0,2 M ?

Jawab :

Misal volume air yang harus ditambah = x mL maka volume akhir larutan

= (100 + x) mL.

V1 M1 = V2 M2

100 . 0, 5 = (100 + x) 0,2

50 = 20 + 0,2 x

x = = 150

Jadi volume air yang harus ditambahkan adalah 150 mL.

4. Pengertian Konsentrasi Dalam Sistem Gas

Gas selalu mengisi ruangan secara homogen. Konsentrasi atau kerapatan gas juga dinyatakan dengan kemolaran.

C = mol L-1


Dengan C = konsentrasi gas

n = jumlah mol gas

V = volume ruangan

Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh berikut :

Kedalam suatu ruang 5 L dimasukkan 16 gr oksigen dan 28 gr nitrogen. Hitunglah konsentrasi masing-masing gas tersebut ( N = 14 , O = 16 )!

Jawab :

Mol O2 =

= 0,5 mol

Konsentrasi O2 (CO2) = 0,5 mol / 5 L

= 0,1 mol L-1

Mol N2 =

= 1 mol

Konsentrasi N2 (CN2) = 1 mol / 5 L

= 0,2 mol L-1

5. Membuat larutan Dengan Kemolaran Tertentu

a. Pelarutan padatan murni

Membuat larutan dari padatan murni dilakukan dengan mencampurkan zat terlarut dan pelarut dalam jumlah tertentu. Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh berikut :

Membuat 500 mL larutan NaOH 1M dari Kristal NaOH murni.

Prosedurnya melalui beberapa tahap sebagai berikut :

1. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan yaitu neraca, botol timbang, labu ukur 500 mL, sendok stainless stel, Kristal NaOH dan aquades.

2. Menghitung jumlah NaOH yang diperlukan

Mol NaOH = 500 mL x 1 mmol mL-1

= 500 mmol = 0,5 mol

3. Menimbang 20 gr Kristal NaOH

4. Melarutkan NaOH itu dengan kira-kira 300 mL aquades dalam labu ukur 500 mL. setelah Kristal NaOH itu larut seluruhnya, ditambahkan lagi aquades hingga volume larutan tepat 500 mL

b. Pengenceran larutan pekat

Di antara zat yang tersedia dalam bentuk larutan pekat adalah berbagai jenis asam dan ammonia. Misalnya, asam sulfat biasanya diperdagangkan berupa larutan dengan kadar 98 % dan massa jenis 1,8 kg L-1.

Contoh :

Membuat 200 mL H2SO4 4 M dari asam sulfat 98 % massa jenis 1,8 kg L-1. Cara kerja pembuatan larutan sebagai berikut :

1. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan yaitu labu ukur 200 mL, gelas kimia 200 mL, pipet ukur, asam sulfat pekat dan aquades.

2. Menghitung volume asam sulfat pekat yang diperlukan. Dari perhitungan di atas diketahui kemolaran asam sulfat pekat adalah 18 mol L-1. Volume asam sulfat pekat yang diperlukan dapat dihitung dengan menggunakan rumus pengenceran.

V1 . M1 = V2 . M2

V1 . 18 = 200 . 4

V1 = 44,44 mL

3. Mengambil 44,44 mL asam sulfat pekat menggunakan pipet ukur.

4. Melarutkan asam sulfat pekat itu kedalam kira-kira 100 mL air dalam gelas kimia ukuran 200 mL secara hati-hati.

5. Setelah campuran agak dingin, dipindahkan kedalam labu ukur ukuran 200 mL, kemudian ditambahkan aquades hingga volume tepat 200 mL.

B. KONSEP LAJU REAKSI

Reaksi kimia berjalan pada tingkat yang berbeda. Beberapa diantaranya berjalan sangat lambat, misalnya penghancuran kaleng aluminium oleh udara atau penghancuran botol plastic oleh sinar matahari, yang memerlukan waktu bertahun-tahun bahkan berabad-abad. Beberapa reaksi lain berjalan sangat cepat misalnya nitrogliserin yang mudah meledak. Selain itu beberapa reaksi dapat berjalan cepat atau lambat bergantung pada kondisinya, misalnya besi mudah berkarat pada kondisi lembab, tetapi di lingkungan yang kering, misalnya di gurun besi berkarat cukup lambat.

(a) (b)

Gambar 1. Perkaratan besi merupakan contoh reaksi lambat (a) sedangkan ledakan merupakan contoh reaksi cepat (b)

Pengertian Laju Reaksi

Laju atau kecepatan didefinisikan sebagai jumlah suatu perubahan tiap satuan waktu. Satuan waktu dapat berupa detik, menit, jam, hari atau tahun. Sebagai contoh, seseorang lari dengan kecepatan 10 km/jam. Artinya orang tersebut telah berpindah tempat sejauh 10 km dalam waktu satu jam.

Bagaimanakah cara menyatakan laju dari suatu reaksi? Dalam reaksi kimia, perubahan yang dimaksud adalah perubahan konsentrasi pereaksi atau produk. Seiring dengan bertambahnya waktu reaksi, maka jumlah zat pereaksi akan makin sedikit, sedangkan produk makin banyak. Laju reaksi dinyatakan sebagai laju berkurangnya pereaksi atau laju bertambahnya produk. Satuan konsentrasi yang digunakan adalah molaritas (M) atau mol per liter (mol. L-1). Satuan waktu yang digunakan biasanya detik (dt). Sehingga laju reaksi mempunyai satuan mol per liter per detik (mol. L-1. dt-1 atau M.dt-1).


Gambar 2 :Laju reaksi A → B, ditunjukkan dengan berkurangnya molekul A dan bertambahnya molekul B dalam satu satuan waktu

Tabel 1. Persamaan Laju Integrasi dari Orde 0, 1, dan 2

Orde

Persamaan Laju

Hukum Laju Integrasi

Garis Kurva

Slope

Satuan

0

k [ A ]0 = k

[A]t = -kt + [A0]

[A]t vs t

-k

Kons. Waktu -1

1

k [ A ]

ln [A]t = -kt + ln[A 0]

ln [A]t vs t

-k

Waktu -1

2

k [ A ] 2

= k t =

vs t

k

Kons.-1 waktu -1

C. Persamaan Laju Reaksi

Tujuan dari mempelajari laju reaksi adalah untuk dapat memprediksi laju suatu reaksi. Hal tersebut dapat dilakukan dengan hitungan matematis melalui hukum laju. Sebagai contoh, pada reaksi:

a A + b B → c C + d D


Dimana A dan B adalah pereaksi, C dan D adalah produk dan a,b,c,d adalah koefisien penyetaraan reaksi, maka hukum lajunya dapat dituliskan sebagai berikut:

Laju reaksi = k [A]m [B]n ............................(3)


dengan, k = tetapan laju, dipengaruhi suhu dan katalis (jika ada)

m = orde (tingkat) reaksi terhadap pereaksi A

n = orde (tingkat) reaksi terhadap pereaksi B

[A], [B] = konsentrasi dalam molaritas.

Pangkat m dan n ditentukan dari data eksperimen, biasanya harganya kecil dan tidak selalu sama dengan koefisien a dan b. Semakin besar harga ‘k’ reaksi akan berlangsung lebih cepat. Kenaikan suhu dan penggunaan katalis umumnya memperbesar harga k. Secara formal hukum laju adalah persamaan yang menyatakan laju reaksi v sebagai fungsi dari konsentrasi semua komponen spesies yang menentukan laju reaksi.

Perhatikan gambar 3, reaksi antara bromin dengan asam formiat yang ditunjukkan dengan persamaan reaksi berikut :

Br2 (aq) + HCOOH (aq) 2H+ (aq) + 2 Br- (aq) + CO2 (g)

Awal reaksi bromin berwarna coklat kemerahan, lama kelamaan menjadi tidak berwarna.

Gambar 3 : Berkurangnya konsentrasi bromin dalam satu satuan waktu yang ditandai dengan hilangnya warna dari coklat kemerahan menjadi tidak berwarna (dari kiri ke kanan).

Orde Reaksi

Salah satu faktor yang dapat mempercepat laju reaksi adalah konsentrasi, namun seberapa cepat hal ini terjadi? Menemukan orde reaksi merupakan salah satu cara memperkirakan sejauh mana konsentrasi zat pereaksi mempengaruhi laju reaksi tertentu.

Orde reaksi atau tingkat reaksi terhadap suatu komponen merupakan pangkat dari konsentrasi komponen tersebut dalam hukum laju. Sebagai contoh, v = k [A]m [B]n, bila m=1 kita katakan bahwa reaksi tersebut adalah orde pertama terhadap A. Jika n=3, reaksi tersebut orde ketiga terhadap B.

Orde total adalah jumlah orde semua komponen dalam persamaan laju: n + m + ... Pangkat m dan n ditentukan dari data eksperimen, biasanya harganya kecil dan tidak selalu sama dengan koefisien a dan b. Hal ini berarti, tidak ada hubungan antara jumlah pereaksi dan koefisien reaksi dengan orde reaksi. Secara garis besar, beberapa macam orde reaksi diuraikan sebagai berikut:

  1. Orde nol

Reaksi dikatakan berorde nol terhadap salah satu pereaksinya apabil perubahan konsentrasi pereaksi tersebut tidak mempengaruhi laju reaksi. Artinya,nasalkan terdapat dalam jumlah tertentu, perubahan konsentrasi pereaksi itu tidak mempengaruhi laju reaksi. Bila kita tulis laju reaksinya: k A k

Gambar 4 : Grafik Orde Reaksi Nol

  1. Orde Satu

Suatu reaksi dikatakan berorde satu terhadap salah satu pereaksinya jika laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi pereaksi itu. Misalkan, konsentrasi pereaksi itu dilipat tigakan maka laju reaksi akan menjadi 31 atau 3 kali lebih besar.

Bila kita tinjau reaksi orde satu berikut: A → produk, maka persamaan lajunya: ] [ Integrasinya adalah ln [A]t = -kt + ln[A 0] Bila persamaan ln [A]t = -kt + ln[A0] dibuat grafik ln [A] lawan t, maka diperoleh garis lurus dengan kemiringan = -k, sedang jelajahnya (intersep) = ln[A]0.

Gambar 5 : Grafik Orde Reaksi Satu

  1. Orde Dua

Suatu reaksi dikatakan berorde dua terhadap salah satu pereaksi jika laju reaksi merupakan pangkat dua dari konsentrasi pereaksi itu. Apabila konsentrasi zat itu dilipatigakan, maka laju pereaksi akan menjadi 32 atau 9 kali lebih besar.

Gambar 6 : Grafik Orde Reaksi Dua

  1. Orde Negatif

Suatu reaksi berorde negatif jika laju reaksi berbanding terbalik dengan konsentrasi pereaksi itu. Jika konsentrasi pereaksi itu diperbesar, maka laju reaksi kan semakin kecil.

Penentuan Persamaan Laju Reaksi

Pengaruh konsentrasi terhadap laju reaksi secara kuantitatif hanya dapat diketahui dari hasil eksperimen. Sebagai contoh, penentuan persamaan laju dengan metode laju awal. Mari kita perhatikan reaksi antara hydrogen (gas) dengan nitrogen mono oksida (gas) yang secara kinetika dapat diamati dari perubahan tekanan campuran yang berkurang, karena empat molekul pereaksi menghasilkan tiga molekul produk menurut reaksi.

2H2 (g) + 2 NO (g) → 2 H2O (g) + N2 (g)

Dari reaksi pada suhu 8000C diperoleh data sebagai berikut:

Tabel 2. Laju reaksi NO dan H2 pada suhu

Eksperimen

Konsentrasi molar awal

Laju awal

NO

H2

1

0,006

0,001

0,025

2

0,006

0,002

0,050

3

0,006

0,003

0,075

4

0,001

0,009

0,0063

5

0,002

0,009

0,025

6

0,003

0,009

0,056

Dari data eksperimen 1 dan 2 terlihat, bahwa pada konsentrasi NO konstan (0,006M), jika konsentrasi H2 dilipat duakan, laju reaksi juga naik dua kali lipat. Bila konsentrasi H2 dinaikan tiga kali, laju reaksi juga bertambah menjadi tiga kali lipat (eksperimen 1 dan 3). Dengan demikian, perubahan laju semata-mata disebabkan oleh perubahan konsentrasi H2.

Eksperimen 4, 5, dan 6 menunjukkan bahwa pada konsentrasi H2 konstan (0,009M), jika konsentrasi NO dinaikan dua kali dan tiga kali lipat, maka laju reaksi naik menjadi empat kali dan sembilan kali lebih besar. Jadi, perubahan laju reaksi semata-mata disebabkan perubahan konsentrasi NO.

Bagaimana cara menentukan persamaan laju reaksi dari data percobaan di atas?

Dari persamaan reaksi: 2H2 (g) + 2 NO (g) → 2 H2O (g) + N2 (g)

dapat ditulis persamaan lajunya sebagai:

v = k [H2]x [NO]y


Orde reaksi terhadap H2, yaitu x dapat ditentukan dengan membandingkan percobaan 1 dan 2, atau percobaan 2 dan 3, atau percobaan 1 dan 3:

= = 2x = 2, maka x = 1

Jadi, laju reaksi sebanding dengan konsentrasi H2 pangkat satu.

Orde reaksi terhadap NO, yaitu y dapat ditentukan dengan membandingkan percobaan 4 dan 5, atau percobaan 4 dan 6, atau percobaan 5 dan 6:

= = 2x = 4, maka x = 2

Jadi, laju reaksi sebanding dengan konsentrasi NO pangkat dua.

Secara matematis, persamaan laju reaksi dapat dituliskan:

v = k [H2][NO]2


Contoh soal 2

Gas nitrogen monoksida dan gas brom bereaksi pada 00 C menurut persamaan reaksi : 2NO (g) + Br2(g) → 2NOBr (g)

Laju reaksinya diikuti dengan mengukur pertambahan konsentrasi NOBr dan diperoleh data sebagai berikut:

Percobaan ke

[ NO ]

[ Br2 ] M

Kecepatan awal pembentukan NOBr (M detik -1)

1

0,1

0,1

1,2 x 10 -3

2

0,1

0,2

2,4 x 10 -3

3

0,2

0,1

4,8 x 10 -3

4

0,3

0,1

1,08 x 10 -4

Tentukan:

a. Orde reaksi terhadap gas NO

b. Orde reaksi terhadap gas Br2

c. Orde reaksi total

d. Rumus laju reaksinya

e. Tetapan kecepatan laju reaksi

Penyelesaian :

a. v = k . [NO]x [Br2]y

Pada percobaan ke 1 dan 3, [Br2] tetap; 2x = 4 = 22 → x = 2

Jadi, orde reaksi terhadap gas NO = 2

b. Pada percobaan ke 1 dan 2, [NO] tetap; 2y = 2 → y = 1

Jadi, Orde reaksi terhadap gas Br2 = 1

c. Orde reaksi total = 2 + 1 = 3

d. Rumus laju reaksi 2NO (g) + Br2(g) → 2NOBr (g)

v = k . [NO]2 [Br2]

e. Pada percobaan ke 1

v = k . [NO]2 [Br2]

k = = = = 1,2 M -2 det -1

III. Rangkuman

v Laju atau kecepatan didefinisikan sebagai jumlah suatu perubahan tiap satuan waktu. Satuan waktu dapat berupa detik, menit, jam, hari atau tahun.

v Orde reaksi atau tingkat reaksi terhadap suatu komponen merupakan pangkat dari konsentrasi komponen tersebut dalam hukum laju, yang ditentukan melalui percobaan dan tidak dari persamaan reaksinya.

v Penentuan persamaan laju dalam suatu percobaan, salah satunya dengan menggunakan metode laju awal.

IV. Tugas Kegiatan Pembelajaran 1

1. Tuliskan persamaan laju dari reaksi berikut:

CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g)

2. Dari persamaan reaksi: H2 (g) + I2 (g) → 2 HI (g), Tentukan:

a. Persamaan laju reaksi

b. Laju HI (g), bila laju I2 (g) 0,0037 mol L-1.det-1

3. Untuk masing-masing reaksi dan hukum lajunya berikut, tentukan orde masing-masing pereaksi dan orde totalnya.

a. 2 H2O2 (aq) → 2 H2O (l) + O 2 (g) v = k [H2O2]

b. 14 H3O+ (aq) + 2 HCrO4 - (aq) + 6 I- (aq) → 2 Cr3+ (aq) + 3 I2 (aq) + 22 H2O (l)

v = [HCrO4-][I-]2[H3O+]2

4. Suatu reaksi dari nitrogen monoksida dengan hidrogen pada temperatur 12800 C adalah :

2 NO (g) + 2H2 (g) → N2 (g) + 2 H2O (g)

berdasarkan reaksi, diperoleh data seperti dalam tabel berikut.

Eksperimen

Konsentrasi molar awal

Laju awal

( M / det )

NO

H2

1

5,0 x 10-3

(2,0 x 10-3 M)

1,3 x 10-5

2

10,0 x 10-3

2,0 x 10-3

5,0 x 10-5

3

10,0 x 10-3

4,0 x 10-3

10,0 x 10-5

Tentukan hukum laju dan hitung konstanta laju

5. Suatu reaksi dari ion peroksida sulfat dengan ion iodida adalah :

S2O8 2- (aq) + 3 I- (aq) → 2 SO4 2- (aq) + I3 - (aq)

berdasarkan reaksi, diperoleh data seperti dalam tabel berikut.

Eksperimen

Konsentrasi molar awal

Laju awal

(M/s)

[S2O82-]

[I-]

1

0,080

0,034

2,2 x 10-4

2

0,080

0,017

1,1 x 10-4

3

0,160

0,017

2,2 x 10-4

Tentukan hukum laju dan hitung konstanta laju

6. Reaksi A + B, mempunyai persamaan laju reaksi, v = k [A]2 [B]

Hitung:

a. orde reaksi

b. bila konsentrasi A dan B keduanya diperbesar dua kali semula, berapa kali semulakah laju reaksi?

7. Tentukan persamaan laju reaksi dan konstanta laju reaksi, dari percobaan terhadap reaksi:

2 NO2 (g) → 2 NO (g) + O2 (g), dan didapat data sebagai berkut :

Percepatan

Konsentrasi NO2

(mol L-1)

Laju pembentukan NO

(mol L-1 det -1)

1

0,1 x 10-2

2

2

0,3 x 10-2

18

3

0,6 x 10-2

72

8. Tentukan persamaan laju reaksi dan konstantan laju reaksi dari percobaan pada reaksi:

P + Q → PQ, dan didapat data sebagai berikut :

Percepatan

Konsentrasi awal (mol L-1)

Laju pembentukan PQ

(mol L-1 det -1)

P

Q

1

0,010

0,020

0,05

2

0,090

0,020

0,15

3

0,190

0,040

0,30

PEMBELAJARAN II

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LAJU REAKSI DAN TEORI TUMBUKAN

I. Tujuan Kegiatan Pembelajaran

Setelah mempelajari kegiatan belajar 2, diharapkan Anda dapat:

· Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi berdasarkan teori tumbukan.

· Menjelaskan tentang pengaruh konsentrasi pereaksi, luas permukaan sentuhan, suhu dan katalis terhadap laju reaksi.

· Menjelaskan mekanisme dari suatu reaksi.

II. Uraian materi

Dalam kegiatan belajar 1, kita telah mempelajari tentang pengertian laju reaksi dan kenyataan bahwa dalam kehidupan sehari-hari ada reaksi yang berlangsung sangat cepat dan reaksi yang berlangsung sangat lambat. Permasalahannya sekarang apakah yang menyebabkan cepat lambatnya laju reaksi suatu reaksi? Berikut akan kita pelajari pengaruh beberapa faktor terhadap laju reaksi.

A. Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Laju Reaksi

1. Konsentrasi

Telah diuraikan dalam teori tumbukan, perubahan jumlah molekul pereaksi dapat berpengaruh pada laju suatu reaksi. Kita telah tahu bahwa jumlah mol spesi zat terlarut dalam 1 liter larutan dinamakan konsentrasi molar. Bila konsentrasi pereaksi diperbesar dalam suatu reaksi, berarti kerapatannya bertambah dan akan memperbanyak kemungkinan tabrakan sehingga akan mempercepat laju reaksi.

Bila partikel makin banyak, akibatnya lebih banyak kemungkinan partikel saling bertumbukan yang terjadi dalam suatu larutan, sehingga reaksi bertambah cepat. Perhatikan Gambar 8, apa yang terjadi bila dalam suatu kolam makin banyak perahu yang berjalan? Pasti akan terjadi banyak kemungkinan saling bertabrakan.

Gambar 8 : Makin banyak perahu dalam kolam, makin banyak terjadi tabrakan

2. Luas Permukaan Sentuhan

Suatu reaksi mungkin banyak melibatkan pereaksi dalam bentuk padatan. Perhatikan Gambar 9, bila kita mempunyai kubus dengan ukuran panjang, lebar dan tinggi masing-masing 1cm. Luas permukaan kubus bagian depan 1 cm x 1 cm = 1 cm2. Luas permukaan bagian belakang, kiri, kanan, atas dan bawah, masing-masing juga 1cm2 . Jadi luas permukaan seluruhnya 6 cm2.

Kemudian kubus tersebut kita pecah jadi dua, maka luas permukaan salah satu kubus hasil pecahan tadi adalah 2(1 cm x 1 cm) + 4 (0,5 cm x 1 cm) = 4 cm2. Berarti luas dua kubus hasil pecahan adalah 8 cm2. Apa yang dapat Anda simpulkan mengenai hal ini? Jadi makin kecil pecahan tersebut, luas permukaannya makin besar.

Gambar 9 : Bila kubus 1 cm3 dipecah menjadi dua, maka luas permukaan sentuh meningkat dua kalinya, dan permukaan sentuh tadi bereaksi dengan cairan atau gas. Hal ini merupakan contoh bagaimana penurunan ukuran partikel dapat memperluas permukaan sentuh zat.

Bagaimana pengaruh ukuran kepingan zat padat terhadap laju reaksi? Misalkan, kita mengamati reaksi antara batu gamping dengan larutan asam klorida (HCl). Percobaan dilakukan sebanyak dua kali, masing-masing dengan ukuran keping batu gamping yang berbeda, sedangkan faktor-faktor lainnya seperti massa batu gamping, volume larutan HCl, konsentrasi larutan HCl dan suhu dibuat sama. Dengan demikian, perubahan laju reaksi semata-mata sebagai akibat perbedaan ukuran kepingan batu gamping (kepingan halus dan kepingan kasar). Dalam hal ini, ukuran keping batu gamping kita sebut variabel manipulasi, perubahan laju reaksi (waktu reaksi) disebut variable respon, dan semua faktor lain yang dibuat tetap (sama) disebut variable kontrol.

Mengapa kepingan yang lebih halus bereaksi lebih cepat? Pada campuran pereaksi yang heterogen, reaksi hanya terjadi pada bidang batas campuran yang selanjutnya kita sebut bidang sentuh. Oleh karena itu, makin luas bidang sentuh makin cepat bereaksi. Jadi makin halus ukuran kepingan zat padat makin luas permukaannya.

Pengaruh luas permukaan banyak diterapkan dalam industri, yaitu dengan menghaluskan terlebih dahulu bahan yang berupa padatan sebelum direaksikan. Ketika kita makan, sangat dianjurkan untuk mengunyah makanan hingga lembut, agar proses reaksi di dalam lambung berlangsung lebih cepat dan penyerapan sari makanan lebih sempurna.

Apa hubungannya dengan tumbukan? Makin luas permukaan gamping, makin luas bidang sentuh dengan asam klorida makin besar, sehingga jumlah tumbukannya juga makin besar. Artinya makin kecil ukuran, makin luas permukaannya, makin banyak tumbukan, makin cepat terjadinya reaksi.

3. Suhu

Umumnya kenaikan suhu mempercepat reaksi, dan sebaliknya penurunan suhu memperlambat reaksi. Bila kita memasak nasi dengan api besar akan lebih cepat dibandingkan api kecil. Bila kita ingin mengawetkan makanan (misalnya ikan) pasti kita pilih lemari es, mengapa? Karena penurunan suhu memperlambat proses pembusukan.

Laju reaksi kimia bertambah dengan naiknya suhu. Bagaimana hal ini dapat terjadi? Ingat, laju reaksi ditentukan oleh jumlah tumbukan. Jika suhu dinaikkan, maka kalor yang diberikan akan menambah energi kinetik partikel pereaksi. Sehingga pergerakan partikel-partikel pereaksi makin cepat, makin cepat pergerakan partikel akan menyebabkan terjadinya tumbukan antar zat pereaksi makin banyak, sehingga reaksi makin cepat.

Umumnya kenaikan suhu sebesar 100C menyebabkan kenaikan laju reaksi sebesar dua sampai tiga kali. Kenaikan laju reaksi ini dapat dijelaskan dari gerak molekulnya. Molekul-molekul dalam suatu zat kimia selalu bergerak-gerak. Oleh karena itu, kemungkinan terjadi tabrakan antar molekul yang ada. Tetapi tabrakan itu belum berdampak apa-apa bila energi yang dimiliki oleh molekul-molekul itu tidak cukup untuk menghasilkan tabrakan yang efektif. Kita telah tahu bahwa, energi yang diperlukan untuk menghasilkan tabrakan yang efektif atau untuk menghasilkan suatu reaksi disebut energi pengaktifan.

Energi kinetik molekul-molekul tidak sama. Ada yang besar dan ada yang kecil. Oleh karena itu, pada suhu tertentu ada molekul-molekul yang bertabrakan secara efektif dan ada yang bertabrakan secara tidak efektif. Dengan perkataan lain, ada tabrakan yang menghasilkan reaksi kimia ada yang tidak menghasilkan reaksi kimia. Meningkatkan suhu reaksi berarti menambahkan energi. Energi diserap oleh molekul-molekul sehingga energy kinetik molekul menjadi lebih besar. Akibatnya, molekul-molekul bergerak lebih cepat dan tabrakan dengan dampak benturan yang lebih besar makin sering terjadi. Dengan demikian, benturan antar molekul yang mempunyai energi kinetik yang cukup tinggi itu menyebabkan reaksi kimia juga makin banyak terjadi. Hal ini berarti bahwa laju reaksi makin tinggi.

4. Katalis

Salah satu cara lain untuk mempercepat laju reaksi adalah dengan jalan menurunkan energi pengaktifan suatu reaksi. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan katalis. Katalis adalah zat yang dapat meningkatkan laju reaksi tanpa dirinya mengalami perubahan kimia secara permanen. Katalis dapat bekerja dengan membentuk senyawa antara atau mengabsorpsi zat yang direaksikan.

Suatu reaksi yang menggunakan katalis disebut reaksi katalis dan prosesnya disebut katalisme. Katalis suatu reaksi biasanya dituliskan di atas tanda panah, misalnya.

2 KClO3 (g) 2 KCl (s) + 3 O2 (g)

H2 (g) + Cl2 (g) 2 HCl (g)

Secara umum proses sustu reaksi kimia dengan penambahan katalis dapat dijelaskan sebagai berikut. Perhatikan zat A dan zat B yang direaksikan membentuk zat AB dengan zat C sebagai katalis.

A + B → AB (reaksi lambat)


Bila tanpa katalis diperlukan energi pengaktifan yang tinggi dan terbentuknya AB lambat. Namun, dengan adanya katalis C, maka terjadilah reaksi: A + C → AC (reaksi cepat). Energi pengaktifan diturunkan, AC terbentuk cepat dan seketika itu juga AC bereaksi dengan B membentuk senyawa ABC.

AC +B→ABC (reaksi cepat)


Energi pengaktifan reaksi ini rendah sehingga dengan cepat terbentuk ABC yang kemudian mengurai menjadi AB dan C.

ABC→ AB + C (reaksi cepat)

Energi pengaktifan reaksi zat A dan zat B tanpa dan dengan katalis ditunjukkan dalam Gambar 10.

Gambar 10: Katalis menyebabkan energi pengaktifan reaksi lebih rendah

Ada dua macam katalis, yaitu katalis positif (katalisator) yang berfungsi mempercepat reaksi, dan katalis negatif (inhibitor) yang berfungsi memperlambat laju reaksi. Katalis positif berperan menurunkan energi pengaktifan, dan membuat orientasi molekul sesuai untuk terjadinya tumbukan. Sedangkan katalisator dibedakan atas katalisator homogen dan katalisator heterogen.

¬ Katalisator homogen

Katalisator homogen adalah katalisator yang mempunyai fasa sama dengan zat yang dikatalisis. Contohnya adalah besi (III) klorida pada reaksi penguraian hidrogen peroksida menjadi air dan gas oksigen menurut persamaan :

2 H2O2 (l) 2 H2O (l) + O2 (g)

¬ Katalisator heterogen

Katalisator heterogen adalah katalisator yang mempunyai fasa tidak sama dengan zat yang dikatalisis. Umumnya katalisator heterogen berupa zat padat. Banyak proses industri yang menggunakan katalisator heterogen, sehingga proses dapat berlangsung lebih cepat dan biaya produksi dapat dikurangi.

Banyak logam yang dapat mengikat cukup banyak molekul-molekul gas pada permukannya, misalnya Ni, Pt, Pd dan V. Gaya tarik menarik antara atom logam dengan molekul gas dapat memperlemah ikatan kovalen pada molekul gas, dan bahkan dapat memutuskan ikatan itu. Akibatnya molekul gas yang teradborpsi pada permukaan logam ini menjadi lebih reaktif daripada molekul gas yang tidak terabsorbsi. Prinsip ini adalah kerja dari katalis heterogen, yang banyak dimanfaatkan untuk mengkatalisis reaksi-reaksi gas.

Di beberapa negara maju, kendaraan bermotor telah dilengkapi dengan katalis dari oksida logam atau paduan logam pada knalpotnya sehingga dapat mempercepat reaksi antara gas CO dengan udara. Dalam industri banyak dipergunakan nikel atau platina sebagai katalis pada reaksi hidrogenasi terhadap asam lemak tak jenuh.

Gambar 11 : Katalis platina, digunakan pada proses Oswald dalam industri asam nitrat,

pengubah katalitik pada knalpot kendaraan bermotor

¬ Katalisator enzim

Katalis sangat diperlukan dalam reaksi zat organik, termasuk dalam organisme. Reaksi-reaksi metabolisme dapat berlangsung pada suhu tubuh yang realtif rendah berkat adanya suatu biokatalis yang disebut enzim. Enzim dapat meningkatkan laju reaksi dengan faktor 106 hingga 1018, namun hanya untuk reaksi yang spesifik.

Dalam tubuh kita terdapat ribuan jenis enzim karena setiap enzim hanya dapat mengkatalisis satu reaksi spesifik dalam molekul (substrat) tertentu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.

Gambar 12 : Dalam proses katalisis enzim yang digunakan harus sesuai dengan

substratnya

Salah satu contoh adalah enzim protease yang dapat digunakan sebagai katalis dalam proses penguraian protein (Gambar 13), namun tidak dapat mengkatalisis penguraian skharosa.

Gambar 13:

Gelatin dibuat dari buah nanas. Buah nanas mengandung enzim aktif protease yang dapat menguraikan molekul protein dalam gelatin

Mekanisme Reaksi

Beberapa reaksi berlangsung melalui pembetukan zat antara, sebelum diperoleh produk akhir. Reaksi yang demikian berlangsung tahap demi tahap. Mekanisme reaksi ialah serangkaian reaksi tahap demi tahap yang terjadi berturut-turut selama proses perubahan reaktan menjadi produk. Sebagai contoh, reaksi:

AB + CD → AC + BD

AB dan CD adalah keadaan awal, sedangkan AC dan BD adalah keadaan akhir. Dalam reaksi ini terjadi pemutusan ikatan A-B dan C-D, dan kemudian terbentuk ikatan A-C dan B-D. Proses ini tidak serentak, dapat melalui beberapa tahap, yaitu:

Tahap 1 : AB → A + B (cepat)

Tahap 2 : A + CD → ACD (lambat)

Tahap 3 : ACD → AC + D (cepat)

Tahap 4 : B + D → BD (cepat)


Setiap tahap mekanisme reaksi diatas, mempunyai laju tertentu. Tahap yang paling lambat (tahap 2) disebut tahap penentu laju reaksi, karena tahap ini merupakan penghalang untuk laju reaksi secara keseluruhan. Artinya, tidak ada pengaruh kenaikan laju tahap 1, 3, dan 4 terhadap reaksi total.

Contoh Soal :

Tentukan persamaan laju reaksi

2H2 (g) + SO2 (g) → 2 H2O (g) + S (p)

yang mempunyai tahap:

H2 (g) + SO2 (g) → SO2H2 (lambat)

SO2H2 → H2O + SO (cepat)

SO + H2O →SOH2 (cepat)

SOH2 → H2O + S (cepat)

Penyelesaian :

Tahap penentu laju reaksi adalah tahap 1, yang bergantung pada konsentrasi H2 dan SO2, sehingga v = k [H2] [SO2]

B. Teori Tumbukan

Pengaruh dari berbagai faktor tersebut terhadap laju reaksi dapat dijelaskan dengan teori tumbukan. Menurut teori ini, reaksi berlangsung sebagai hasil tumbukan antar partikel pereaksi. Akan tetapi, tidaklah setiap tumbukan menghasilkan reaksi, melainkan hanya tumbukan antar partikel yang memiliki energi cukup serta arah tumbukan yang tepat. Jadi laju reaksi akan bergantung pada tiga hal berikut:

§ Frekuensi tumbukan.

§ Freaksi tumbukan yang melibatkan partikel dengan energi cukup.

§ Freaksi partikel dengan energi cukup yang bertumbukan dengan arah yang tepat.

Berikut akan diuraikan syarat-syarat terjadinya suatu reaksi, meliputi tumbukan efektif dan energi tumbukan yang cukup :

1. Tumbukan efektif

Tumbukan yang menghasilkan reaksi kita sebut tumbukan efektif.Molekul pereaksi dalam wadahnya selalu bergerak kesegala arah, dan berkemungkinan besar bertumbukan satu sama lain, baik dengan molekul yang sama maupun berbeda. Tumbukan itu dapat memutuskan ikatan dalam molekul pereaksi dan kemudian membentuk ikatan baru yang menghasilkan molekul hasil reaksi.

Sebagai contoh, reaksi antara atom kalium (K) dan metil iodide (CH3I) dengan reaksi berikut: K + CH3I KI + CH3. Maka, tumbukan yang efektif akan terjadi bila kedaaan molekul sedemikian rupa sehingga antara atom-atom yang berukuran sama saling bertabrakan (Gambar 5a). Sedangkan tumbukan tidak efektif jika yang bertabrakan adalah atom-atom dengan ukuran berbeda (Gambar 5b).

Gambar 5 : Tumbukan yang efektif terjadi bila atom K bertumbukan dengan atom I, karena ukuran atomnya sama.

Supaya terjadi banyak tumbukan, maka terjadi penambahan molekul pereaksi. Karena dengan bertambahnya molekul pereaksi, dimungkinkan banyak tumbukan efektif yang terjadi untuk menghasilkan molekul hasil reaksi. Kedaaan tersebut divisualisasikan dalam Gambar 6

Gambar 6 : Makin banyak molekul yang bereaksi, makin banyak kemungkinan terjadi tumbukan untuk menghasilkan molekul hasil reaksi.

2. Energi Tumbukan yang Cukup

Bila kaca dilempar dengan batu tetapi tidak pecah, berarti energy kinetik batu tidak cukup untuk memecahkan kaca. Demikian pula, bila telah terjadi tabrakan molekul pereaksi, walaupun sudah bertabrakan langsung dengan posisi yang efektif, tetapi ternyata energi kurang tidak akan menimbulkan reaksi. Energi minimum yang harus dimiliki oleh partikel pereaksi sehingga menghasilkan tumbukan efektif disebut energy pengaktifan (Ea = energi aktivasi).

Semua reaksi, eksoterm atau endoterm, memerlukan energy pengaktifan. Reaksi yang dapat berlangsung pada suhu rendah berarti memiliki energi pengaktifan yang rendah. Sebaliknya, reaksi yang memiliki energi pengaktifan besar hanya dapat berlangsung pada suhu tinggi.

Energi pengaktifan ditafsirkan sebagai energi penghalang (barier) antara pereaksi dan produk. Pereaksi harus didorong sehingga dapat melewati energi penghalang tersebut baru kemudian dapat berubah menjadi produk. Profil diagram energi pada reaksi eksoterm dan endoterm diberikan pada Gambar 7.

(a) (b)

Gambar 7 : Energi pengaktifan untuk reaksi eksoterm (a) dan reaksi endoterm (b)

Menurut hukum mekanika, bahwa energi total (jumlah energy kinetik dan energi potensial) harus konstan. Berdasarkan Gambar 7, pada saat terbentuknya ikatan baru (C-D), masih terdapat ikatan lama (A -B).

Berarti pada saat itu, terdapat dua ikatan (A -B dan C-D). Kedaan seperti itu hanya sesaat dan tidak stabil, maka keadaan tersebut disebut keadaan transisi atau kompleks teraktivasi yang mempunyai tingkat energi lebih tinggi daripada keadaan awal.

Terbentuknya ikatan baru (C-D) adalah akibat gaya tarik (energy potensial), dan proses ini akan melepaskan sejumlah energi. Energi tersebut sebagian atau seluruhnya akan dipakai untuk memutuskan ikatan lama (A -B). Selama proses pemutusan, terjadi penurunan tingkat energy sistem, karena terbentuk ikatan baru yang energinya lebih rendah.

Dengan demikian, dalam suatu reaksi terdapat tiga keadaan yaitu keadaan awal (pereaksi), kedaaan transisi, dan keadaan akhir (hasil reaksi). Keadaan transisi selalu lebih tinggi daripada dua keadaan yang lain, tetapi kedaan awal dapat lebih tinggi atau lebih rendah daripada keadaan akhir. Bila keadaan awal lebih tinggi, reaksi menghasilkan kalor atau eksoterm (Gambar 7a). Dan bila sebaliknya, reaksi adalah menyerap kalor atau endoterm (Gambar 7b).

III. Rangkuman

Ø Menurut teori tumbukan, reaksi dapat terjadi jika partikel pereaksi saling bertumbukan. Akan tetapi hanya tumbukan antar partikel yang memiliki energi minimum tertentu dan arah yang tepat yang menghasilkan reaksi. Sehingga, kelajuan reaksi bergantung pada: (a) frekuensi tumbukan, (b) freaksi partikel yang memiliki energi minimum tertentu, dan (c) freaksi yang mempunyai arah yang sesuai.

Ø Energi pengaktifan adalah energi minimum yang harus dimiliki oleh partikel pereaksi sehingga menghasilkan tumbukan efektif.

Ø Frekuensi tumbukan dapat diperbesar dengan memperbesar konsentrasi atau memperluas permukaan zat padat.

Ø Freaksi molekul yang mencapai energi pengaktifan dapat ditingkatkan dengan menaikkan suhu.

Ø Katalis adalah zat yang dapat meningkatkan laju reaksi tanpa dirinya mengalami perubahan kimia secara permanen.

Ø Katalisator dapat mempercepat reaksi karena membuat tahap reaksi dengan energi pengaktifan yang lebih rendah.

Ø Mekanisme reaksi adalah serangkaian reaksi tahap demi tahap yang terjadi berturut-turut selama proses perubahan pereaksi menjadi produk.

Ø Setiap tahap dalam mekanisme reaksi berlangsung dengan laju yang berbeda. Laju reaksi keseluruhan ditentukan oleh tahap yang berlangsung paling lambat.

III. Tugas Kegiatan Pembelajaran II

1. Data percobaan reaksi antara besi dan larutan asam klorida sebagai berikut :

No

Besi 0,2 g

[ HCl ]

1

Serbuk

3 M

2

Serbuk

2M

3

1keping

3M

4

1keping

2 M

5

1 keping

1 M

Apa yang dapat Anda simpulkan dari percobaan ini, dalam hal faktor yang mempengaruhi laju dan percobaan mana yang paling cepat.

2. Mengapa suhu dapat memepercepat laju reaksi?

3. Jelaskan karakteristik dari katalis pada suatu reaksi kimia!

4. Data hasil percobaan, untuk reaksi: A + B → hasil

Percepatan

Massa / bentuk zat A

Konsentrasi B (mol. L-1)

Waktu (detik)

Suhu (0C)

1

5 g serbuk

0,1

2

25

2

5 g larutan

0,1

3

25

3

5 g padat

0,1

5

25

4

5 g larutan

0,2

1,5

30

5

5 g larutan

0,1

1,5

35

Tentukan:

· Faktor yang mempengaruhi laju reaksi pada percobaan 1 dan 3.

· Laju reaksi percobaan 2 dan 5, bila suhu dinaikkan sebesar 100 C.

5. Dari rumus reaksi yang diperoleh dari suatu eksperimen diperoleh bahwa dalam

reaksi: H2O2 (g) + 2 H+ (g) → 2 H2O (l) + I2 (aq) terhadap satu tahap lambat yaitu tahap pertama

H2O2 (aq) + I- (aq) → H2O (l) + I- (aq)

Tentukan:

a. Bagaimana rumus kecepatan reaksi itu?

b. Bagaimana perubahan kecepatan reaksi, bila:

- Konsentrasi H2O2 diperbesar 2 kali?

- Konsentrasi ion iodida diperbesar 2 kali?

- Konsentrasi H2O2 maupun konsentrasi I- diperbesar 2 kali?

EVALUASI

A. Tes Tertulis

1. Sebanyak 4 gram NaOH ( 40 gram/mol ) dilarutkan ke dalam air hingga 500 mL dicampur dengan 500 mL larutan KOH 0,2 M maka konsentrasi capuran sebesar ….

  1. 0,1 M B. 0,15 M C. 0,2 M D. 0,25 M E. 0,3 M

2. Laju reaksi Mg(s) + 2 HCl(aq) à MgCl2(aq) + H2(g) dapat dinyatakan sebagai ….

A. laju bertambahnya [HCl] persatuan waktu

B. laju bertambahnya [Mg] persatuan waktu

C. laju bertambahnya [MgCl2] persatuan waktu

D. laju berkurangnya [MgCl2] persatuan waktu

E. laju berkurangnya [H2] persatuan waktu

3.Dalam ruang 5 L telah terurai 0,5 mol amonia menjadi gas nitrogen dan gas hidrogen

menurut reaksi :

2 NH3(g) à N2(g) + 3 H2(g)

Setelah 10 detik terbentuk 0,1 mol gas nitrogen, maka pernyataan yang benar tentang laju reaksi ….

A. VNH3 = 0,5 M/dt D. VH2 = 0,03 M/dt

B. VNH3 = 0,05 M/dt E. VH2 = 1,5 M/dt

C. VN2 = 0,25 M/dt

4. Reaksi penguraian padatan KClO3 sebagai berikut : 2 KClO3(s) à 2 KCl(s) + 3 O2(g)

Kurva A ( lihat gambar ) menunjukkan volume gas oksigen hasil reaksi yang dilangsungkan pada suhu 50oC Manakah diantara aksi berikut :

1. digunakan katalis MnO2

2. tanpa menggunakan katalis MnO2

3. reaksi berlangsung pada suhu 50oC

4. reaksi berlangsung pada suhu 70oC

Yang akan menghasilkan kurva B adalah ….

  1. 1, 2, 3 dan 4 D. 1 dan 4
  2. 1, 2 dan 3 E. 2, 3 dan 4
  3. 2 dan 3

5. Data percobaan A + B à C adalah

Percobaan

Massa/bentuk Zat A

Konsentrasi B ( M )

Waktu ( detik )

Suhu ( oC )

1.

2.

3.

4.

5.

5 gram serbuk

5 gram larutan

5 gram padat

5 gram larutan

5 gram larutan

0,1

0,1

0,1

0,2

0,1

2

3

5

1,5

1,5

2

25

25

25

35

Pada percobaan 1 dan 3 laju reaksi dipengaruhi faktor ….

A. Konsentrasi D. luas permukaan

B. sifat-sifat E. katalis

C. suhu

6. Setiap kenaikan suhu 20oC laju reaksi menjadi 3 kali lebih cepat dari semula. Jika pada

suhu 20oC laju

reaksi berlangsung 243 detik, maka laju reaksi pada suhu 80oC adalah …

A.27 detik B. 9 detik C. 3 detik D. 1 detik E. detik

7. Diagram tingkat energi untuk reaksi R à P adalah sebagai berikut :

Perubahan entalpi reaksi tersebut ….

100 A. 10 kJ

B. 20 kJ

C. 30 kJ

20 D. 50 kJ

10 E. 80 kJ

0

8. Satuan tetapan laju reaksi orde ke tiga adalah ….

A. M-1dt-1 B. M-2dt-1 C. M-2dt-1 D. Mdt-1 E. M-1dt-1

9. Untuk reaksi A + B à C diperoleh data sebagai berikut :

Jika konsentrasi A dinaikkan tiga kali dan konsentrasi B tetap laju reaksi menjadi tiga kali,

Jika konsentrasi A tetap dan konsentrasi B dinaikan tiga kali laju reaksi menjadi sembilan kali,

Maka orde reaksinya adalah ….

A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 E. 5

10. Untuk reaksi : X + 3Y à XY3 diperoleh data sebagai berikut :

Percobaan

[ X ] ( M )

[ Y ] ( M )

Waktu (dt)

1

2

3

0,1

0,1

0,3

0,1

0,3

0,1

27

9

3

Maka persamaan laju reaksinya adalah ….

A. V = k[P][Q] D. V = k[P][Q]2

B. V = k[P]2[Q] E. V = k[P]2[Q]3

C. V = k[P]2[Q]2


KUNCI JAWABAN

A. Kegiatan Pembelajaran 1

1. V = - = - = + =+

2. a. V = - = - = +

b. Berdasarkan koefisien dalam reaksi, 2 mol HI setara dengan 1 mol I2.

Sehingga laju pembentukan HI adalah dua kali pembentukan I2, maka:

? ? ? 2 x

= 2 x 0,0037 mol L-1.det-1 = 0,0074 mol L-1.det-1

3. a. Orde reaksi terhadap H2O2 = 1, orde reaksi total 1

b. Orde reaksi terhadap HCrO4 - = 1, I- = 2 dan H3O+ = 3

Jadi orde reaksi total = 5

4. Berdasarkan tabel pengamatan, eksperimen 1, dan 2 menunjukkan bahwa pada konsentrasi H2 konstan (2,0 x 10-3), jika konsentrasi NO dinaikan dua kali, maka laju reaksi naik menjadi empat kali lebih besar. Jadi laju reaksi sebanding dengan konsentrasi NO pangkat dua.

Dari data eksperimen 2 dan 3 terlihat, bahwa pada konsentrasi NO konstan (10,0 x 10-3), jika konsentrasi H2 dilipat duakan, laju reaksi juga naik dua kali lipat. Dengan demikian laju reaksi sebanding dengan konsentrasi H2 pangkat satu.

Secara matematis dapat dituliskan: v = k [NO]2[H2]

Maka orde reaksi total = 2 + 1 = 3

Konstanta laju dari eksperimen 2

k = = 2,5 x 102 / M2 .det.

5. Berdasarkan tabel pengamatan, eksperimen 1, dan 2 menunjukkan bahwa pada konsentrasi S2O82- konstan (0,080), jika konsentrasi I- diturunkan setengahnya, maka laju reaksi juga turun menjadi setengahnya. Jadi laju reaksi sebanding dengan konsentrasi S2O82- pangkat satu.

Dari data eksperimen 2 dan 3 terlihat, bahwa pada konsentrasi I- konstan(0,017), jika konsentrasi S2O82- dilipat duakan, laju reaksi juga naik dua kali lipat. Dengan demikian laju reaksi sebanding dengan konsentrasi I pangkat satu.

Secara matematis dapat dituliskan: r = k [S2O82-] [I-]

Jadi orde reaksi = 1 + 1 = 2

Konstanta laju dari eksperimen 1

k = = 8 x 10 -2 / M. det

6. a. Orde reaksi= 2 + 1 = 3

b. v = k [A]2 [B], jika [A]’ = 2 [A] dan [B]’ = 2 [B], maka :

v’ = k x [2A]2 [2B] = 8 k [A]2 [B] atau v’ = 8 v (delapan kali semula)

7. Persamaan umum laju reaksi adalah: v = k [NO2]m

Dari percobaan 1 dan 2, didapat:

= = (3)m = 9 , maka m = 2

dari percobaan 2 dan 3, didapat:

= = (2)m = 4 , maka m = 2

Dari kedua pengujian di atas ternyata v = k [NO2]2

Untuk mencari nilai k, dimasukkan nilai salah satu percobaan, misalnya percobaan 1, sebagai berikut :

K = = = 2,0 x 103 mol-1 L-1 det-1

8. Persamaan umum laju reaksi adalah: v = k [P]m [Q]n

Dari percobaan 1 dan 2, didapat:

= = (9)m = 3 , maka m =

Dari percobaan 2 dan 3, didapat:

= = (2)n = 2 , maka n = 1

Dari kedua pengujian di atas ternyata v = k [P]½ [Q]1

Untuk mencari nilai k, dimasukkan nilai salah satu percobaan, misalnya percobaan 2, sebagai berikut :

k = = = 0,006 mol½ L½ det-1

B. Kegiatan Pembelajaran II

1. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi pada percobaan tersebut adalah luaspermukaan sentuhan zat pereaksi (Besi 0,2 g) dan konsentrasi HCl. Dari percobaan, Konsentrasi HCl paling besar dan besi dalam bentuk serbuk merupakan kondisi yang cepat untuk melakukan reaksi adalah percobaan nomor 1.

2. Menaikkan suhu berarti menambah energi, sehingga energi kinetic molekul-molekul akan membesar dan mengakibatkan laju reaksi semakin bertambah.

3. Katalis pada suatu reaksi kimia:

a. Menurunkan energi aktivasi reaksi tersebut.

b. Mempercepat pemutusan ikatan antara partikel-partikel dalam suatu zat

pereaksi

c. Pada akhir reaksi ditemukan kembali dalam jumlah yang sama.

4. a. Pada percobaan 1 dan 3:

- konsentrasi B sama yaitu 0,1 mol.L-1

- suhu sama (250C)

- perbedaan: bentuk zat A serbuk dan padatan

Berarti, faktor yang berpengaruh terhadap laju adalah luas permukaan sentuhan.

b. Pada percobaan 2 dan 5, jika suhunya dinaikkan 100C (250C menjadi 350C) maka dengan konsentrasi yang sama (0,1) laju reaksi menjadi 2x (dari 3 detik menjadi 1,5 detik) atau laju reaksi menjadi 2 x semula.

5. Berdasarkan reaksi diatas:

· Tahap lambat adalah tahap penentu kecepatan reaksi, yaitu

H2O2 (aq) + I- (aq) → H2O (l) + I- (aq)

Jadi rumus kecepatan reaksinya adalah v = k . [H2O2] [I-]

· Konsentrasi H2O2 diperbesar 2 kali, maka kecepatan reaksinya:

v = k . 2 [H2O2] [I-] = 2v

Jadi laju reaksinya 2 kali semula Konsentrasi ion iodida diperbesar 2 kali, maka kecepatan reaksinya: v = k . [H2O2] . 2 [I-] = 2v

Jadi laju reaksinya 2 kali semula Konsentrasi H2O2 maupun konsentrasi I- diperbesar 2 kali, maka kecepatan reaksinya v = k . 2 [H2O2] . 2 [I-] = 4v

Jadi laju reaksinya 4 kali semula

C. Evaluasi

1. A

2. D

3. D

4. B

5. C

6. A

7. C

8. D

9. E

10.E

PENUTUP

Sertifikat kompetensi tentang laju reaksi akan diberikan kepada peserta didik setelah semua komponen evaluasi dilaksanakan dan mencapai kriteria yang telah ditentukan. Bagi siswa yang belum mampu mencapai kriteria yang ditetapkan wajib melaksanakan remedial.

Komponen yang dimuat dalam sertifikat meliputi aspek sikap (afektif), pengetahuan (kognitif), serta keterampilan (skill) yang di dapat peserta didik selama mengikuti pembelajaran.

Sertifikat ini digunakan sebagai bukti untuk melanjutkan pada tingkat kompetensi dan modul selanjutnya. Dengan demikian diharapkan setiap peserta didik dapat memberikan kompetensi sesuai yang diharapkan oleh konsumen (dunia industri) maupun kompetensi yang diperlukan pada jenjang pendidikan tinggi.

DAFTAR PUSTAKA

Chang, Raymond. 2003. General Chemistry: The Essential Concepts. Third Edition. Boston: Mc Graw-Hill.

Goldberg, David E. 2004. Fundamentals of Chemistry. Fourth Edition. New York The McGraw – Hill Companies, Inc.

Heyworth, Rex. 1990. Chemistry A New Approach. Hongkong: Macmillan Publishers (HK) Limited.

Hill, John W., and Kolb, Doris K. 1998. Chemistry for Changing Times. Eighth Edition. London: Prentice Hall International (UK) Limited.

Hill, John W., Baum, Stuart J., Feigl, Dorothy M. 1997. Chemistry and Life. Fifth Edition. London: Prentice Hall International (UK) Limited.

Kelter, Paul B., Carr, James D., and Scott, Andrew. 2003. Chemistry A World of Choices. Boston: Mc Graw Hill.

Moore, John W, Stanitski and Jurs, Peter C. 2005. Chemistry The Molecular Science. Second Edition. United States: Thomson Learning, Inc.

Stanitski, Conrad L,. Et all. 2003. Chemistry In Context: Applying Chemistry to Society. Boston: Mc Graw Hill.

Winstrom, Cheryl, Phillips, John, Strozak, Victor. 1997. Chemistry: Concepts and Application Students Edition. New York: GLENCOE McGraw-Hill

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar