Halaman
71Laju ReaksiLaju ReaksiIVDLangit di malam hari, saat perayaan tahun baru atau hari-hari is-timewa lainnya, menjadi lebih indah ketika nyala kembang api mu-lai kelihatan di angkasa. Tampak nyalanya gemerlapan menambah terang sinar rembulan. Sekejap kemudian, langit nampak redup kembali, cahaya gemerlap dari nyala kembang api tidak lagi kelihatan. Begitu cepatnya nyala itu hilang, berbeda tatkala kita menyalakan kayu bakar pada api unggun, membutuhkan waktu cukup lama. Cepat dan lambatnya nyala api ini menunjukkan cepat atau lambatnya reaksi kimia dalam kembang api maupun dalam kayu bakar. Cepat dan lambatnya proses reaksi kimia yang berlangsung dinyatakan dengan laju reaksi. Lantas, apakah pengertian laju reaksi itu? Bagaimana cara men-gukurnya? Apa saja faktor-faktor yang memengaruhinya? Apa manfaat memelajarinya bagi kehidupan kita? Kalian akan memperoleh jawabannya setelah mempelajari bab ini.www.cobaltcondominiums.comBab IV
Kimia Kelas XI72Cepatnya reaksi kimia dari kembang api dapat kita amati dari meny-alanya kembang api hingga matinya. Begitu pula dengan beberapa reaksi kimia yang kita laksanakan di laboratorium. Selesainya sebuah reaksi di-tandai dengan terbentuknya produk yang sebagin besar dapat kita amati. Nah, untuk mengetahui berapa kecepatan reaksi kimia yang kita lakukan, kita bisa mengetahui dari konsentrasi pereaksinya atau hasil reaksinya. Konsentrasi ini biasa dinyatakan dengan satuan molaritas. Ada beberapa faktor yang memberikan pengaruh pada laju reaksi kima. Faktor-faktor tersebut adalah konsentrasi, luas permukaan, suhu, dan katalis. Bagaimana masing-masing faktor memengaruhi laju suatu reaksi, dan bagaimana cara kita menganalisis faktor tersebut akan kita pe-lajari pula dalam bab ini. Selain hal-hal di atas, kita juga akan mempelajari tentang persamaan laju reaksi, waktu reaksi, dan orde reaksinya.A. Pengertian Laju Reaksi Laju reaksi diartikan sebagai laju penurunan reaktan (pereaksi) atau laju bertambahnya produk (hasil reaksi). Laju reaksi ini juga menggam-barkan cepat lambatnya suatu reaksi kimia, sedangkan reaksi kimia meru-pakan proses mengubah suatu zat (pereaksi) menjadi zat baru yang disebut sebagai produk. Reaksi kimia digambarkan seperti pada bagan berikut. Pereaksi Hasil ReaksiABBeberapa reaksi kimia ada yang berlangsung cepat. Natrium yang di-masukkan ke dalam air akan menunjukkan reaksi hebat dan sangat cepat, begitu pula dengan petasan dan kembang api yang disulut. Bensin akan terbakar lebih cepat daripada minyak tanah. Namun, ada pula reaksi yang berjalan lambat. Proses pengaratan besi, misalnya, membutuhkan waktu sangat lama sehingga laju reaksinya lambat. Cepat lambatnya proses reaksi kimia yang berlangsung dinyatakan dengan laju reaksi. Dalam mempelajari laju reaksi digunakan besaran konsentrasi tiap satuan waktu yang dinyatakan dengan molaritas. Apakah yang dimaksud molaritas? Simak uraian berikut.1. Molaritas sebagai Satuan Konsentrasi dalam Laju ReaksiMolaritas menyatakan jumlah mol zat dalam 1 L larutan, sehingga molaritas yang dinotasikan dengan M, dan dirumuskan sebagai berikut.n = jumlah mol dalam satuan mol atau mmolV = volume dalam satuan L atau mL Bagaimana cara menggunakan dan menghitung molaritas? Kalian akan mengetahuinya dari contoh-contoh soal berikut.Contoh1. Sebanyak 17,1 g sukrosa (Mr = 342) dilarutkan dalam air hingga volume larutan 500 mL. Tentukan kemolaran sukrosa.KataKunci• Laju reaksi• Molaritas• Tumbukan• Konsentrasi• Luas permukaan• Suhu• Katalis• Orde reaksi Gambar 4.1Reaksi pengaratan besi pada mobil membutuhkan waktu yang lama.www.friedmanarchives.comM = nV
massaMr17,1342=nV50 mmo500 mL=massa(gram)Mr/Ar(gram/mol)
ρ××10% massaMr1,8 10 9798××
75Laju Reaksi2. Perumusan Laju ReaksiLaju reaki kimia bukan hanya sebuah teori, namun dapat dirumuskan secara matematis untuk memudahkan pembelajaran. Pada reaksi kimia: A B, maka laju berubahnya zat A menjadi zat B ditentukan dari jumlah zat A yang bereaksi atau jumlah zat B yang terbentuk per satuan waktu. Pada saat pereaksi (A) berkurang, hasil reaksi (B) akan bertambah. Perhatikan dia-gram perubahan konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi pada Gambar 4.4. Berdasarkan gambar tersebut, maka rumusan laju reaksi dapat kita definisikan sebagai:a. berkurangnya jumlah pereaksi (konsentrasi pereaksi) per satuan wak-tu, atau: r = −ΔΔ[R]t dengan r = laju reaksi, - d[R] = berkurangnya reaktan (pereaksi), dan dt = perubahan waktu. Untuk reaksi : A B, laju berkurangnya zat A adalah: rA = −ΔΔ[A]tb. bertambahnya jumlah produk (konsentrasi produk) per satuan waktu, atau: r = +ΔΔ[P]tdengan +Δ[P] = bertambahnya konsentrasi produk (hasil reak-si). Untuk reaksi : A B, laju bertambahnya zat B adalah: rB = +ΔΔ[B]tBagaimana untuk reaksi yang lebih kompleks, semisal : pA + qB rC Untuk reaksi demikian, maka: rA : rB : rC = ΔΔΔΔΔΔ[A]t:[B]t:[C]tDalam perbandingan tersebut, tanda + atau – tidak perlu dituliskan karena hanya menunjukkan sifat perubahan konsentrasi. Oleh karena harga dt masing-masing sama, maka perbandingan laju reaksi sesuai dengan per-bandingan konsentrasi. Di sisi lain, konsentrasi berbanding lurus dengan mol serta berbanding lurus pula dengan koefisien reaksi, sehingga perban-dingan laju reaksi sesuai dengan perbandingan koefisien reaksi. Perbanding-an tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.rA : rB : rC = p : q : rPerhatikan contoh soal berikut.ContohPada reaksi pembentukan gas SO3 menurut reaksi: 2 SO2(g) + O2(g)2 SO3(g), sehingga diperoleh data sebagai berikut.No[SO3] mol/LWaktu (s)1 2 30,00 0,25 0,500 20 40Gambar 4.3Perubahan konsentrasi pereaksi (A) dan hasil reaksi
Kimia Kelas XI76Tentukanlah:a. Laju bertambahnya SO3b. Laju berkurangnya SO2c. Laju berkurangnya O2Penyelesaian:Diketahui: Persamaan reaksi : 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)Data konsentrasi (pada tabel).Ditanyakan: a. r SO3. b. r SO2. c. r O2.Jawab: a. Δ[SO3] = [SO3]3 – [SO3]2 = 0,50 – 0,25 = 0,25 M Δt = t3 – t2 = 40 – 20 = 20 sr SO3 = +Δ[SO ]dt3 = +0,25 mol/L20 s = 0,0125 M/sJadi, laju bertambahnya SO3 sebesar 1,25 10–2M/sb. Karena koefisien SO2 = koefisien SO3, maka:r SO2 = –r SO3 = –0,0125 M/sJadi, laju berkurangnya SO2 sebesar –1,25 10–2M/s c. r O2 = –12 . r SO3 = –12 . 0,0125 = - 0,00625 M/sJadi, laju berkurangnya O2 sebesar –6,25 10–3M/sUji KompetensiJawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.1. Sebanyak 0,4 g NaOH (Ar Na=23, O=16, H=1) dilarutkan dalam air hingga volume 250 mL. Hitunglah molaritas larutan tersebut.2. Berapa gram glukosa (Mr=180) yang harus dilarutkan untuk membuat 500 mL larutan glu-kosa 0,2 M?3. Berapa volume air yang harus ditambahkan pada 50 mL larutan NaOH 2 M untuk men-dapatkan NaOH 0,4 M? 4. Jika terdapat suatu reaksi: P + Q R, bagaimana pengertian laju reaksi terhadap:a. zat P c. zat Rb. zat Q5. Pada reaksi pembentukan amonia: N2(g) + 2H2(g) 2 NH3(g), diperoleh data seba gai berikut.Nomor [NH3] (mol/L) Waktu(s)1 2 3 40,0 0,2 0,4 0,80 25 50 100Hitunglah: a. Laju reaksi terhadap NH3b. Laju reaksi terhadap N2c. Laju reaksi terhadap H26. Dalam ruang bervolume 2 Liter, 6 mol zat A ter urai membentuk zat B
77Laju ReaksiSetelah kalian mempelajari apa itu laju reaksi dan bagaimana menen-tukan besarnya laju reaksi zat dalam persamaan reaksi, maka dapat kalian simpulkan bagaimana cepat lambatnya suatu reaksi kimia berdasarkan laju reaksi zat tersebut. Jika laju reaksi zat itu besar, maka reaksi berlangsung cepat, dan sebaliknya, jika laju reaksi zat kecil, maka reaksi berlangsung lambat. Nah, sebenarnya apa yang memengaruhi cepat lambatnya laju reaksi kimia? Berikut ini akan kalian pelajari faktor-faktor yang meme-ngaruhi laju reaksi, termasuk di dalamnya teori tumbukan.B. Faktor-faktor yang Memengaruhi Laju Reaksi Laju reaksi suatu reaksi kimia dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu konsentrasi pereaksi, luas permukaan zat yang bereaksi, suhu pada saat reaksi kimia terjadi, dan ada tidaknya katalis. Sehubungan dengan proses reaksi kimia, maka ada satu hal penting yang harus dipelajari untuk me-nentukan berjalan tidaknya sebuah reaksi kimia, yakni tumbukan. Suatu reaksi kimia dapat terjadi bila ada tumbukan antara molekul zat-zat yang bereaksi. Apakah setiap tumbukan pasti menyebabkan berlangsungnya reaksi kimia? Akan kita ketahui jawabannya dengan mempelajari teori tumbukan dahulu sebelum melangkah pada pembahasan faktor-faktor yang memengaruhi laju reaksi.1. Tumbukan sebagai Syarat Berlangsungnya Reaksi KimiaTumbukan yang menghasilkan reaksi hanyalah tumbukan yang efek-tif. Tumbukan efektif harus memenuhi dua syarat, yaitu posisinya tepat dan energinya cukup. Bagaimanakah posisi tumbukan yang efektif?Dalam wadahnya, molekul-molekul pereaksi selalu bergerak ke se-gala arah dan sangat mungkin bertumbukan satu sama lain. Baik dengan molekul yang sama maupun dengan molekul berbeda. Tumbukan terse-but dapat memutuskan ikatan dalam molekul pereaksi dan kemudian membentuk ikatan baru yang menghasilkan molekul hasil reaksi. Contoh tumbukan antarmolekul yang sama terjadi pada pereaksi hidrogen iodida berikut. HI(g)+ HI(g) H2(g) + I2(g)Secara umum, dituliskan:AB + AB A2 + B2Gambar 4.4Konsentrasi reaktan sangat berpengaruh pada laju reaksi seng dengan asam sulfat. Laju reaksi lambat dalam larutan berkonsen-trasi rendah (kiri) dan cepat dalam larutan berkonsen-trasi tinggi.dan zat C menurut reaksi: 3 A B + 2 C. Pada 10 detik pertama dihasilkan 2 mol zat B, maka hitunglah laju reaksi untuk:a. zat Bb. zat Ac. zat C7. Pada reaksi penguraian gas N2O4 menjadi gas NO2, dimasukkan 10 mL gas N2O4. Setelah 5 detik ternyata terbentuk 4 mol gas NO2. Tentukanlah:a. Laju bertambahnya gas NO2b. Laju berkurangnya gas N2O4Oxtoby, dkk., 2001, hlm. 416
Kimia Kelas XI78Gambar 4.5(a) tumbukan yang efektif karena posisi tumbukan tepat, (b) tumbukan tidak efektif karena molekul yang bertabrakan sama (c) tumbukan tidak efektif karena posisinya tidak tepat Perhatikan Gambar 4.6. Tumbukan yang efektif terjadi bila keadaan molekul sedemikian rupa sehingga antara A dan B saling bertabrakan (Gambar 4.5(a)). Jika yang bertabrakan adalah atom yang sama, yaitu antara A dan A (Gam-bar 4.5(b)) atau atom A dan B namun hanya bersenggolan saja (Gambar 4.5(c)), maka tumbukan tersebut merupakan tumbukan yang tidak efektif.Selanjutnya apa yang dimaksud energi tumbukan harus cukup? Jika kalian melemparkan batu pada kaca dan kacanya tidak pecah, berarti ener gi kinetik batu tidak cukup untuk memecahkan kaca. Demikian juga tumbukan antarmolekul pereaksi, meskipun sudah terjadi tumbukan de-ngan posisi tepat, namun apabila energinya kurang, maka reaksi tidak akan terjadi. Dalam hal ini diperlukan energi minimum tertentu yang ha-rus dipunyai molekul-molekul pereaksi untuk dapat menghasilkan reaksi. Energi tersebut dinamakan energi aktivasi atau energi pengaktifan (Ea). Perhatikan Gambar 4.6 tentang tumbukan dengan energi yang cukup dan tidak cukup.(a) (b) (c)
Kimia Kelas XI80tumbukan efektif karena percepatan gerakan memberikan energi lebih besar. Percepatan gerakan molekul berarti percepatan laju reaksi. Dengan dipercepatnya laju reaksi menggunakan salah satu faktor-faktor berikut, diharapkan energi yang dibutuhkan untuk tumbukan dapat tercukupi sehingga bisa menghasilkan tumbukan yang efektif. Faktor-faktor tersebut akan segera diuraikan dalam penjelasan berikut ini.2. Pengaruh Konsentrasi terhadap Laju ReaksiJika konsentrasi suatu larutan makin besar, larutan akan mengan dung jumlah partikel semakin banyak sehingga partikel-partikel tersebut akan tersusun lebih rapat dibandingkan larutan yang konsentrasinya lebih ren-dah. Susunan partikel yang lebih rapat memungkinkan terjadinya tumbu-kan semakin banyak dan kemungkinan terjadi reaksi lebih besar. Makin besar konsentrasi zat, makin cepat laju reaksinya. Perhatikan Gambar 4.8 tentang pengaruh konsentrasi berikut. Apabila dibuat sebuah grafik yang menunjukkan hubungan antara konsentrasi dengan laju reaksi, maka dihasilkan grafik seperti pada Gam-bar 4.9. Grafik menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi, semakin cepat pula laju reaksinya.3. Pengaruh Luas Permukaan terhadap Laju ReaksiPada saat zat-zat pereaksi bercampur, maka akan terjadi tumbukan antarpartikel pereaksi di permukaan zat. Laju reaksi dapat diperbesar de-ngan memperluas permukaan bidang sentuh zat yang dilakukan dengan cara memperkecil ukuran zat pereaksi. Perhatikan Gambar 4.10.Gambar 4.9Grafik pengaruh konsentrasi terhadap laju reaksiGambar 4.8(a) tumbukan yang terjadi pada konsentrasi kecil, (b) tumbukan yang terjadi pada konsen-trasi besar(a)(b)Gambar 4.10Tumbukan antar partikel pada (a) permukaan kecil dan (b) permukaan besar
81Laju ReaksiSemakin luas permukaan bidang sentuh zat, semakin besar laju reak-sinya, seperti yang ditunjukkan oleh grafik hubungan luas permukaan dengan laju reaksi pada Gambar 4.11.4. Pengaruh Suhu terhadap Laju ReaksiPartikel-partikel dalam zat selalu bergerak. Jika suhu zat dinaikkan, maka energi kinetik partikel-partikel akan bertambah sehingga tumbukan antarpartikel akan mempunyai energi yang cukup untuk melampaui ener-gi pengaktifan. Hal ini akan menyebabkan lebih banyak terjadi tumbukan yang efektif dan menghasilkan reaksi (Gambar 4.12). Pada umumnya, setiap kenaikan suhu sebesar 10 C, reaksi akan ber-langsung dua kali lebih cepat. Dengan demikian, apabila laju reaksi awal-nya diketahui, kita dapat memperkirakan besarnya laju reaksi berdasarkan kenaik an suhunya. Lebih mudahnya, lihat perumusan berikut.rt = ()T10ΔΔr. r0 Karena besarnya laju berbanding terbalik dengan waktu yang ditempuh, maka perumusan di atas dapat dituliskan sebagai berikut. Keterangan:r = kenaikan laju reaksiT = kenaikan suhu = T2 –T1 T2 = suhu akhir T1 = suhu awal t0 = waktu reaksi awal tt = waktu reaksi akhirAgar lebih memahami perumusan di atas, perhatikanlah contoh soal beri-kut.ContohSuatu reaksi berlangsung dua kali lebih cepat setiap suhu dinaikkan 10 C. Apabila pada suhu 25 C laju reaksi suatu reaksi adalah 2y M/s. Berapa laju reaksi pada suhu 75 C?Gambar 4.11Grafik pengaruh luas permu-kaan terhadap laju reaksiGambar 4.12(a) tumbukan antarpartikel pada suhu rendah, (b) tumbukan antarpar-tikel pada suhu tinggi (b)(a)t=1.ttT100ΔΔr()
()T10ΔΔr()10250
83Laju ReaksiKatalis memiliki beberapa sifat, di antaranya:1. Katalis tidak bereaksi secara permanen.2. Jumlah katalis yang diperlukan dalam reaksi sangat sedikit.3. Katalis tidak memengaruhi hasil reaksi.4. Katalis tidak memulai suatu reaksi, tetapi hanya memengaruhi laju-nya.5. Katalis hanya bekerja efektif pada suhu optimum, artinya di atas atau di bawah suhu tersebut kerja katalis berkurang.6. Suatu katalis hanya memengaruhi laju reaksi secara spesifik, artinya suatu katalis hanya memengaruhi laju satu jenis reaksi dan tidak dapat untuk reaksi yang lain.7. Keaktifan katalis dapat diperbesar oleh zat lain yang disebut promotor.8. Hasil suatu reaksi dapat bertindak sebagai katalis, sehingga zat terse-but disebut autokatalis.9. Katalis dalam senyawa organik disebut enzim.10. Terdapat katalis yang dapat memperlambat suatu reaksi, sehingga katalis itu disebut katalis negatif atau inhibitor. Berdasarkan wujudnya, katalis dapat dibedakan dalam dua golongan, yaitu:1. Katalis homogen, yaitu katalis yang mempunyai wujud sama dengan pereaksi. Katalis ini dapat berada dalam dua wujud:Gambar 4.14Diagram energi potensial reaksi tanpa katalis dan dengan katalis. Energi aktivasi reaksi dengan katalis (EaK) lebih kecil dari reaksi tanpa katalis.Gambar 4.15Dekomposisi H2O2 dengan katalis MnO2 menjadi air dan oksigenReaksi KimiaReaksi kimia dapat dimi-salkan dengan pabrik kue yang mengubah bahan baku menjadi kue. Misalnya untuk membuat satu kue diperlukan 5 butir telur, 0,5 kg gula dan 1 kg tepung, maka kecepatan produksi pabrik dapat dinyatakan dari jumlah telur, jumlah gula, atau jumlah tepung yang habis, atau dapat juga dari jumlah kue yang dihasil-kan. Cukup diambil salah satu saja dan tidak perlu keempatnya.Syukri, 1999, hlm. 470DiskusiPerhatikan Gambar 4.6(a) dan 4.6(b). Tampak pada gam-bar, molekul AB dan molekul C saling bertumbukan. Orientasi tumbukan keduanya sama dan posisinya sudah tepat. Namun, pada gambar (a) tidak tampak adanya produk yang berbeda, sedangkan pada gambar (b) menghasilkan produk berbeda, yaitu molekul BC dan molekul A. Apa yang membedakan keduanya? Bagaimana caranya agar pada (a) bisa terjadi reaksi seperti pada gambar (b)? Diskusikan jawaban kalian bersama teman-teman sekelompok. Pelajari tentang fungsi katalis dalam reaksi. Setelah kalian selesai berdiskusi dalam satu kelompok, presentasikan hasil diskusi kalian di depan teman-teman sekelas.Oxtoby, dkk., 2001, hlm. 439
Beberapa faktor yang memengaruhi laju reaksi telah usai kalian pe-lajari. Untuk menganalisis lebih dalam kecenderungan peranan masing-maing faktor, lakukanlah aktivitas berikut.a. dalam wujud gas, contoh: NO(g) 2 CO(g) + O2(g) 2 CO2(g)b. dalam wujud larutan, contoh: H+ C12H22O11(aq) + H2O(l) C6H12O6(aq) + C6H12O6(aq) 2. Katalis heterogen, yaitu katalis yang mempunyai wujud berbeda de-ngan pereaksi. Biasanya katalis ini berwujud padat dan pereaksinya cair atau gas. Contohnya: Fe(s) N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) Ni(s) C2H4(g) + H2(g) C6H6(g)Uji KompetensiJawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.1. Sebutkan faktor apa saja yang dapat meme-ngaruhi laju reaksi. Bagaimana kecenderung-an pengaruh masing-masing faktor terhadap tumbukan antarpartikel yang terjadi dan ter-hadap kemungkinan berlangsungnya reaksi?2. Lima buah tabung reaksi masing-masing berisi larutan:a. HCl 0,2 Md. HCl 0,4 Mb. HCl 0,3 Me. HCl 0,5 Mc. HCl 0,3 M Apabila ke dalam masing-masing tabung tersebut dimasukkan 1 g batu kapur, maka reaksi di tabung manakah yang akan berlang-sung paling cepat? Mengapa? Jelaskan.3. Dalam suatu reaksi: Mg(s) + HCl(aq)MgCl2(aq)+ 2 H2(g)Manakah dari perlakuan-perlakuan berikut yang dapat mempercepat terbentuknya gas hidrogen?a. menambah konsentrasi HClb. menurunkan suhuc. mendinginkan campuran reaksid. menghaluskan magnesium4. Dalam percobaan, reaksi antara natrium tio-sulfat dengan asam klorida adalah sebagai berikut. Na2S2O3(aq) + HCl(aq)2 NaCl(aq) + H2O(l)+ SO2(g) + S(s)Untuk menentukan laju reaksi pada reaksi tersebut ditandai dengan terbentuknya suatu zat. Zat apakah itu?5. Suatu reaksi berlangsung 2 kali lebih cepat se-tiap kenaikan suhu 10 C. Jika laju reaksi pada suhu 30 C adalah 2 × 10–3M/s, maka berapa laju reaksi pada suhu 60 C?6. Gambarkan diagram energi potensial dari reak-si kimia yang menggunakan katalisator mau-pun yang tidak. Apa beda keduanya?7. Simak kembali Gambar 4.14 pada materi ini. Jelaskan apa yang di-maksud dengan katalis dan ener gi pengaktifan. Apa peranannya? Terangkan.
Kimia Kelas XI863. Pengaruh suhu terhadap laju reaksi4. Pengaruh katalis terhadap laju reaksi H2O2a. Isilah 3 buah gelas kimia masing-masing dengan 50 mL H2O2b. Gelas 1 dibiarkan saja.c. Pada gelas 2, tambahkan 20 tetes NaCl.d. Pada gelas 3, tambahkan 20 tetes FeCl3.e. Amati reaksi yang terjadi pada setiap gelas dan catat hasilnya.E. Hasil PercobaanIsikanlah data hasil percobaan kalian pada tabel berikut. Tabel 1. Pengaruh Konsentrasi terhadap Laju Reaksi Tabung reaksiPita MgKonsentrasi HClWaktu (s)1 2 31 cm 1 cm 1 cm1 M2 M3 M Tabel 2. Pengaruh Luas Permukaan terhadap Laju Reaksi Tabung CaCO3 1 gramKonsentrasi HClWaktu (s)1 2 serbuk bongkahan2 M2 M Tabel 3. Pengaruh Suhu terhadap Laju ReaksiGelas KimiaSuhu (C) V HCl 2 MV Na2S2O3 0,1 MWaktu (s)1234x = x + 10 =x + 20 =x + 30 =10 mL10 mL10 mL10 mL20 mL20 mL20 mL20 mLGambar 4.16Langkah kerja untuk menganalisis faktor suhu yang mempengaruhi laju reaksi.
a. Isilah 4 gelas kimia masing-masing dengan 20 mL larutan Na2S2O3. Ukurlah suhunya mas-ing-masing.b. Letakkan gelas 1 di atas kertas bertanda silang. Masukkan 10 mL HCl 1 M dalam gelas kimia. Catat waktu saat HCl dimasuk-kan dalam gelas kimia sampai tanda silang pada kertas tidak kelihatan dari atas gelas.c. Panaskan gelas 2, 3, dan 4 di atas pemanas sampai suhu larutan naik 10 oC (gelas2), 20 oC (untuk gelas 3), dan 30 oC (untuk gelas 4). Turunkan gelas dari pemanas dan letakkan di atas kertas bertanda silang. Segera masukkan 10 mL HCl 1M ke dalam gelas dan catat waktu mulai dari HCl dimasukkan sampai tanda silang pada kertas tidak kelihatan dari atas gelas.
89Laju ReaksiContohDalam ruang tertutup, direaksikan gas SO2 dan gas H2 dengan persamaan reaksi berikut. SO2(g) + 2 H2(g) S(s) + 2 H2O(g)Berikut adalah data yang diperoleh dari percobaan.Percobaan[SO2] M[H2] Mr (M/s)1 2 30,030,060,060,120,120,241 10–22 10–28 10–2Tentukanlah:a. Persamaan laju reaksinyab. Konstanta laju reaksinyaJawab:Penulisan persamaan laju reaksinya: r = k[SO2]m [H2]nUntuk menentukan m dan n dapat dilakukan beberapa cara, yaitu:Cara 1a. Menentukan orde reaksi terhadap SO2 atau m. Kita ambil data pada konsentrasi H2 yang konstan, yaitu data 1 dan 2.Percobaan[SO2] M v (M/s)1 20,03 0,06110–2 210–2Pada data tersebut, jika [SO2] dinaikkan 2 kali ternyata laju reaksi juga naik 2 kali. Jadi laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi A, ditulis r = k [A]. Konsentrasi A berpangkat satu atau orde reaksi terha-dap A adalah 1. Jika dibuat grafik fungsi laju reaksi terhadap [A], maka grafiknya berupa garis lurus, seperti terlihat pada Gambar 4.18.b. Menentukan orde reaksi terhadap H2 atau n. Kita ambil data pada konsentrasi SO2 yang konstan, yaitu data 2 dan 3Percobaan[H2] Mr (M/s)2 30,12 0,24210–2810–2Dari data tersebut, jika [H2] dinaikkan 2 kali ternyata laju reaksinya naik 4 kali. Jadi, laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi H2pangkat 2, ditulis r = k [H2]2. Grafik fungsi laju reaksi terhadap [B] berupa parabola, seperti tampak pada Gambar 4.19. c. Selanjutnya, persamaan laju reaksi secara keseluruhan dituliskan: r = k [A] [B]2. Orde reaksi totalnya adalah m + n yaitu 1 + 2 = 3.Gambar 4.17Grafik Reaksi Orde NolGambar 4.18Grafik Reaksi Orde 1Gambar 4.19Grafik Reaksi Orde 2
Kimia Kelas XI90Cara 2Cara yang kedua ini dilakukan dengan membandingkan persamaan reaksi pada data satu dengan data lainnya. Berikut penyelesaiannya.a. Menentukan orde reaksi terhadap SO2 pada data [H2] yang konstan, yaitu data 2 dan 1rr212221m2221n =kkSOSOHH[][]⎡⎣⎢⎤⎦⎥[][]⎡⎣⎢⎤⎦⎥21011000600301201222××⎡⎣⎢⎤⎦⎥⎡⎣⎢⎤⎦⎥−−=kkmn,,,, 2 = 2m m = 1Jadi, orde reaksi terhadap SO2 adalah 1.b. Menentukan orde reaksi terhadap H2 pada data [SO2] yang konstan, yaitu data 3 dan 2rr312322m2322n=kkSOSOHH[][]⎡⎣⎢⎤⎦⎥[][]⎡⎣⎢⎤⎦⎥81021000600602401222××⎡⎣⎢⎤⎦⎥⎡⎣⎢⎤⎦⎥−−=kkmn,,,, 4 = 2n n = 2Jadi, orde reaksi terhadap hidrogen adalah 2.c. Persamaan laju reaksinya adalah r = k [SO2] [H2]2Untuk menentukan harga k dapat digunakan salah satu data, kemu-dian dimasukkan dalam persamaan laju reaksi yang sudah dituliskan tersebut. Misalnya kita ambil data 1.r1 = k [SO2] [H2]2 1 10–2M/s= k (0,03 M) ( 0,12 M)2 1 10–2M/s = 4,32 . l0–4 k M–3 k = 10432102143−−−MM/,.s k = 23,15 M-2/sJadi, konstanta laju reaksinya adalah 23,15 M-2/s.DiskusiDari hasil suatu percobaan terhadap reaksi:2 NO(g) + Br2(g) 2 NOBr(g), diperoleh data sebagai berikut.Percobaan [NO] M [Br2] M v (M/s)1 2 3 40,10 0,10 0,20 0,300,10 0,20 0,10 0,1012 24 48 108
91Laju ReaksiMudah bukan menentukan persamaan laju reaksi dan orde reaksinya? Nah, supaya lebih paham lagi, berlatihlah dengan mengerjakan soal-soal Uji Kompetensi.Uji KompetensiJawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.1. Mengapa rumus laju reaksi tidak dapat ditulis berdasarkan koefisien pereaksinya?2. Data yang dihasilkan dari reaksi:2X + Y ..., hasil reaksinya adalah:Percobaan [X] M [Y] M V (M/s)1233,2 10–3 6,4 10–3 6,4 10–31,1 10–31,1 10–3 2,2 10–3 5,4 10–62,16 10–5 4,32 10–5 Tentukan:a. Persamaan laju reaksinyab. Harga k3. Untuk reaksi A + B C diperoleh data:No[A]mol/L[B] mol/L Waktu (s)1 2 3 0,1 0,1 0,30,05 0,15 0,1581 27 9Tentukanlah: a. Persamaan laju reaksinyab. Orde reaksinya4. Gambarlah grafik fungsi konsentrasi vs laju reaksi yang menunjukkan reaksi:a. tingkat nolb. tingkat 1c. tingkat 2D. Penerapan Laju ReaksiKalian pernah melarutkan gula dalam air bukan? Mungkin sewaktu ka-lian membuat teh manis, kopi, atau minuman lainnya. Bagaimana kira-kira larutnya gula dalam air jika yang dilarutkan bongkahan gula batu atau serbuk? Tentulah lebih cepat larut yang dalam bentuk serbuk. Itulah pe ngaruh luas permukaan pada laju reaksi yang kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari.Dalam bidang industri, reaksi-reaksi yang terjadi selalu diusahakan berlangsung lebih cepat. Faktor laju reaksi yang sering digunakan adalah katalis. Seperti yang telah kalian pelajari tentang uraian katalis di depan, katalis merupakan zat yang mempercepat laju reaksi tetapi pada akhir reaksi didapatkan kembali seperti semula. Contoh industri yang menggu-nakan katalis adalah pembuatan amonia (NH3) dan asam sulfat (H2SO4).Amonia merupakan bahan untuk membuat asam nitrat, pupuk, dan bahan peledak. Proses pembuatan amonia dikenal dengan nama Proses Haber-Bosch sesuai dengan nama penemunya, yaitu Fritz Haber dan Karl Bosch. Reaksi pembuatan amonia dari gas nitrogen dan gas hidrogen se-bagai berikut:Gambar 4.20Laju reaksi yang berbeda pada pelarutan gula dengan luas permukaan berbedaMelalui data di atas, cari tahulah bersama teman-teman kalian persa-maan laju reaksinya, orde reaksinya, dan konstanta laju reaksi. Melalui jawaban yang telah kalian peroleh, tentukan pula waktu reaksinya. Ingat bahwa laju reaksi adalah berkurangnya reaktan per satuan waktu atau bertambahnya produk per satuan waktu. Dengan konsep ini kalian bisa menentukan besarnya wakru reaksi. Diskusikan dengan teman-teman kalian agar lebih mudah menemukan jawabannya.
93Laju ReaksiRangkuman1. Laju reaksi menyatakan cepat lambatnya suatu reaksi kimia. Laju reaksi diartikan dengan berkurangnya pereaksi atau ber-tambahnya reaktan. Laju reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi pereaksi, luas permukaan pereaksi, suhu saat reaksi, dan ada tidaknya katalis.2. Satuan konsentrasi yang digunakan dalam laju reaksi adalah molaritas (M), dan rumus-nya adalah M = n × V, dengan n adalah mol dan V menunjukkan volume larutan.3. Penulisan persamaan laju reaksi secara umum untuk reaksi: pA + qB rC adalah r = k [A]m [B]n, dengan m orde reaksi terhadap A dan n orde reaksi terhadap B. 4. Orde reaksi adalah jumlah pangkat konsen-trasi pereaksi dalam persamaan laju reaksi.5. Penggunaan katalis dalam industri ter-lihat pada produksi senyawa NH3 dan H2SO4.Autokatalis Hasil suatu reaksi yang dapat bertindak sebagai katalis Energi aktivasi Energi minimum yang harus dipu-nyai molekul-molekul pereaksi untuk dapat meng-hasilkan reaksiEnzim Katalis yang berperan dalam reaksi-reaksi yang berlangsung dalam tubuh Inhibitor Zat yang menghambat laju reaksiKatalis Zat yang dapat mempercepat laju reaksi tetapi tidak mengalami perubahan secara per-manen sehingga zat tersebut dapat diperoleh kembali di akhir reaksi Laju reaksi Berkurangnya konsentrasi pereaksi (reaktan) per satuan waktu atau bertambahnya konsentrasi hasil reaksi (produk) per satuan waktuMolaritas Jumlah mol zat dalam satu liter larutanOrde reaksi Jumlah pangkat konsentrasi pereaksi dalam persamaan laju reaksiPromotor Zat lain yang dapat memperbesar keakti-fan katalis GlosariumUlangan Harian A Pilihlah jawaban yang tepat.1. Larutan CaCO3 (Ar Ca = 40, C = 12, O = 16)) mempunyai konsentrasi 0,5 M. Arti-nya, dalam ....A. 1 L larutannya terdapat 0,5 mol CaCO3B. 1 L pelarutnya terdapat 5 g CaCO3C. 2 L larutannya terdapat 2 mol CaCO3D. 500 mL pelarutnya terdapat 50 g CaCO3E. 500 mL larutannya terdapat 0,1 mol CaCO32. Laju reaksi: H2(g) + I2(g)2 HI(g), dapat dinyatakan sebagai .... A. penambahan konsentrasi H2 per satuan waktuB. penambahan konsentrasi HI per satuan waktuC. penambahan konsentrasi I2 per satuan waktuD. penambahan konsentrasi H2 dan I2 per satuan waktuE. penambahan konsentrasi H2, I2, dan HI persatuan waktu
Kimia Kelas XI943. Dari reaksi: A + B C, diperoleh data sebagai berikut.NoKonsentrasi C (M)Waktu (s) 1 2 3 0,00 0,50 0,750 20 60Maka laju reaksi terhadap C adalah ...A. – 0,25 M/sB. – 0,00625 M/sC. + 0,00625 M/sD. + 0,25 M/sE. + 160 M/s4. Pada ruangan 1 liter terdapat 0,2 mol zat B yang bereaksi dengan zat A menurut reaksi: A + B ABSetelah 10 detik, ternyata zat B yang tersisa adalah 0,05 mol. Laju reaksi terhadap zat B adalah ....A. 0,15 M/s D. 0,015 M/sB. 0,05 M/s E. 0,005 M/sC. 0,02 M/s5. Faktor berikut yang tidak memengaruhi laju reaksi adalah ....A. benar semuaB. konsentrasi C. katalisatorD. suhuE. luas permukaan6. Pada reaksi: X + Y Z, diperoleh data sebagai berikut.Perco-baanZat AZat BSuhu (°C)Waktu (s)1 2 3 4 52 g serbuk2 g larutan2 g keping2 g larutan2 g larutan0,2 M0,2 M0,2 M0,4 M0,2 M27272727351081555Berdasarkan data percobaan 1 dan 3, faktor yang memengaruhi laju reaksi adalah ....A. luas permukaan zatB. suhuC. konsentrasiD. wujud zatE. sifat zat7. Pada percobaan reaksi antara batu pualam (CaCO3) dengan larutan asam klorida yang diharapkan berlangsung paling cepat adalah percobaan ....Perco-baan1 gram CaCO325 mL HCla bcd eserbukserbuk bongkahanbongkahanbongkahan0,1 M 0,3 M 0,1 M 0,2 M 0,3 M8. Kecepatan berlangsungnya reaksi antara natrium thiosulfat dengan asam klorida menurut reaksi: Na2S2O3(aq) + HCl(aq)2 NaCl(aq) + H2O(aq) + SO2(aq) + S(s), dapat diamati dari ....A. terbentuknya SO2B. terbentuknya endapan kuning dari SC. terbentuknya NaClD. berkurangnya konsentrasi Na2S2O3E. berkurangnya konsentrasi HCl9. Berikut adalah data percobaan reaksi: A2 + 2 C 2 ACPercobaan[A2] M[C] Mr (M/s)1 2 30,1 0,10,20,1 0,2 0,22816Persamaan laju reaksi untuk reaksi tersebut adalah ....A. r = k [A2][C]B. r = k [A2]0[C]2C. r = k [A2][C]2D. r = k [A2]2[C]E. r = k [A2][C]010. Data percobaan reaksi: A + 2 B AB2, menunjukkan bahwa apabila konsentrasi A dinaikkan 2 kali sedang konsentrasi B tetap, laju reaksinya naik 2 kali. Bila konsentrasi A tetap dan konsentrasi B dinaikkan 2 kali, maka laju reaksinya naik 2 kali pula. Persa-maan laju reaksinya dapat dituliskan ....A. r = k [A]2 [B]3B. r = k [A]2 [B]2
95Laju ReaksiC. r = k [A] [B]2D. r = k [A]2 [B]E. r = k [A] [B] 11. Reaksi: 2 NO(g) + Cl2(g) 2 NOCl(g)Pada suhu tertentu mempunyai persamaan laju reaksi r = k [NO]2[Cl], maka reaksi tersebut merupakan reaksi tingkat .... A. 0 D. 3B. 1 E. 4C. 212. Gas brom dapat bereaksi dengan gas nitro-gen monoksida menurut persamaan reaksi: 2 NO(g) + Br2(g) 2 NOBr(g). Dari reaksi tersebut diperoleh data sebagai berikut.PercobaanKonsentrasi Laju reaksi (M/s)NO Br21 2 30.1 0,1 0,2 0,05 0,10 0,150,02 0,04 0,36Reaksi tersebut adalah reaksi tingkat (orde) ....A. 0 D. 3B. 1 E. 4C. 213. Pada reaksi penguraian: AB2 A + 2 B, diketahui bahwa reaksi tersebut berorde satu terhadap AB2. Grafik di bawah ini yang menyatakan hubungan laju reaksi dengan konsentrasi AB2 adalah .... A. D. B. E. C. 14. Bila suhu suatu reaksi dinaikkan 10 C, maka laju reaksi akan menjadi dua kali lipat. Apa bila pada suhu T C reaksi berlangsung selama 160 menit, maka pada suhu (T + 40)C reaksi akan berlangsung selama ....A. 10 menit B. 20 menit C. 40 menit D. 80 menit E. 120 menit 15. Laju reaksi suatu reaksi akan bertambah menjadi dua kali lipat untuk kenaikan suhu 10 C. Maka, laju reaksi pada suhu 75 C dibanding pada suhu 35 C adalah ...A. 4 kaliB. 8 kaliC. 16 kaliD. 32 kaliE. 50 kali16. Perhatikan diagram energi berikut.Diagram di atas menyatakan bahwa ....A. energi aktivasi 35 kJB. energi aktivasi 20 kJC. perubahan entalpi reaksi +15 kJD. perubahan entalpi reaksi –35 kJE. perubahan entalpi menyerap energi 17. Pernyataan tentang katalis berikut yang ti-dak benar adalah ....A. katalis tidak mengalami perubahan secara permanen selama reaksi berlangsungB. hasil suatu reaksi dapat bertindak se-bagai katalis yang disebut autokatalisC. katalis sangat memengaruhi hasil akhir reaksiD. keaktifan katalis dapat diperbesar zat lain yang disebut promotorE. suatu katalis hanya memengaruhi laju reaksi secara spesifik18. Energi minimum yang diperlukan untuk dapat berlangsungnya suatu reaksi disebut energi ....
Kimia Kelas XI96A. potensialB. kinetikC. reaksiD. kimiaE. aktivasi19. Katalis yang berperan dalam reaksi-reaksi yang berlangsung dalam tubuh kita sering kita sebut dengan ....A. enzim D. asam nukleatB. hormon C. selE. kelenjar20. Katalis yang digunakan dalam pembuatan asam sulfat dengan proses kontak adalah ....A. MnO2 D. K2Cr2O7B. V2O5 E. HClC. Fe2O3 B Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.1. Grafik suatu reaksi adalah sebagai berikut.Tuliskan persamaan reaksi untuk zat-zat yang ada dalam grafik di atas sesuai konsep laju reaksi.2. Jelaskan pengertian:a. Molaritasb. Laju reaksic. Tumbukan efektifd. Energi aktivasi 3. Sebutkan faktor-faktor yang memengaruhi laju reaksi dan jelaskan pengaruhnya masing-masing.4. Dalam ruangan yang bervolume 2 L, 6 g logam magnesium (Ar = 24) dilarutkan dalam larutan HCl 0,1 M, menurut reaksi: Mg(s) + HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g)Setelah 10 detik ternyata logam Mg tinggal 2 g. Tentukan laju reaksi terhadap:a. logam Mgb. HClc. H25. Suatu persamaan reaksi tertulis:2 A + B2 2 AB. Persamaan laju untuk reaksi tersebut ditu-liskan sebagai: r = k [A][B]2. Maka,a. berapa orde reaksi terhadap A?b. berapa orde reaksi terhadap B?c. berapa orde reaksi totalnya?d. bagaimana perubahan laju reaksinya jika konsentrasi B tetap dan konsen-trasi A diperbesar 3 kali?e. Bagaimana perubahan laju reaksinya jika konsentrasi A tetap dan konsen-trasi B diperbesar 2 kali?6. Pada reaksi : X + Y XY2, diperoleh data percobaan sebagai berikut.PercobaanKonsentrasi (M) Laju reaksi(M/s)XY1 2 30,05 0,10 0,05 0,10,10,24.10–3 8.10–316.10–3Tentukanlah:a. Orde reaksi totalb. Persamaan laju reaksinyac. Harga k7. Suatu reaksi akan menjadi dua kali lebih cepat jika suhu dinaikkan 10 C. Jika pada suhu 30 C reaksi berlangsung selama 2 menit 24 sekon, pada suhu berapa reaksi berlangsung selama 18 sekon? Berapa waktu yang dibutuhkan reaksi pada suhu 90 C?8. Sebutkan jenis katalisator dan berikan con-tohnya masing-masing.9. Apakah katalisator itu? Apa pula fungsinya?10. Berikan contoh penggunaan katalis dalam industri kimia.