LAJU REAKSI

Kinetika Kimia, Definisi Laju Reaksi dan Hukum Laju

A. KINETIKA KIMIA

Mengapa beberapa reaksi kimia berlangsung secepat kilat sementara yang lainnya memerlukan waktu berhari-hari, berbulan-bulan bahkan tahunan untuk menghasilkan produk yang cukup banyak? Bagaimana katalis bisa meningkatkan laju reaksi kimia? Mengapa perubahan suhu yang sedikit saja sering memberikan efek besar pada laju memasak? Bagaimana kajian mengenai laju reaksi kimia memberikan informasi tentang bagaimana cara molekul bergabung membentuk produk? Semua pertanyaan ini menyangkut kinetika kimia belum selengkap seperti termodinamika. Masih banyak reaksi yang tetapan kesetimbangannya telah diketahui dengan cermat, tetapi perincian lintasan reaksinya masih belum dipahami. Ini terutama berlaku untuk reaksi yang melibatkan banyak unsur reaktan yang membentuk produknya.
Kinetika kimia adalah bagian dari ilmu kimia yang mempelajari laju dan mekanisme reaksi kimia. Besi lebih cepat berkarat dalam udara lembab daripada dalam udara kering; makanan lebih cepat membusuk bila tidak didinginkan; kulit bule lebih cepat menjadi gelap dalam musim panas daripada dalam musim dingin. Ini merupakan tiga contoh yang lazim dari perubahan kimia yang kompleks dengan laju yang beraneka menurut kondisi reaksi.

B. DEFENISI LAJU REAKSI

Laju reaksi rerata analog dengan kecepatan rerata mobil. Jika posisi rerata mobil dicatat pada dua waktu yang berbeda, maka :

Dengan cara yang sama, laju reaksi rerata diperoleh dengan membagi perubahan konsentrasi reaktan atau produk dengan interval waktu terjadinya reaksi :

Jika konsentrasi diukur dalam mol L^-1 dan waktu dalam detik, maka laju reaksi mempunyai satuan mol L^-1s^-1. Kita ambil contoh khusus. Dalam reaksi fasa gas

NO₂ dan CO dikonsumsi pada saat pembentukan NO dan CO₂. Jika sebuah kuar dapat mengukur konsentrasi NO, laju reaksi rerata dapat diperkirakan dari nisbah perubahan konsentrasi NO,  ∆[NO] terhadap interval waktu, ∆t:

Jadi laju reaksi adalah besarnya perubahan konsentrasi reaktan atau produk dalam satu satuan waktu.  Perubahan laju konsentrasi setiap unsur dibagi dengan koefisiennya dalam persamaan yang seimbang/stoikiometri. Laju perubahan reaktan muncul dengan tanda negatif dan laju perubahan produk dengan tanda positif.
Untuk reaksi yang umum:
aA + bB → cC + dD
Lajunya ialah

Hubungan ini benar selama tidak ada unsur antara atau jika konsentrasinya bergantung pada waktu di sepanjang waktu reaksi.
Menentukan Laju Reaksi :
Perhatikan penguraian nitrogen dioksida, NO₂ menjadi nitrogen oksida, NO dan oksigen, O₂ :  2NO₂ → 2NO + O₂
a.  Tulislah pernyataan untuk laju rata-rata berkurangnya konsentrasi NO₂ dan laju rata-rata bertambahnya konsentrasi NO dan O₂.
b.  Jika laju rata-rata berkurangnya konsentrasi NO₂ ditetapkan dan dijumpai sebesar 4×10_^-13mol L^-1s_^-1, berapakah laju rata-rata padanannya (dari) bertambahnya konsentrasi NO dan O₂
Jawaban :
a.  Laju rata-rata berkurangnya konsentrasi NO₂ dinyatakan sebagai :

Laju rata-rata bertambahnya konsentrasi NO dan O₂ dinyatakan sebagai:

b.  Untuk tiap dua molekul NO₂ yang bereaksi terbentuk dua molekul NO. Jadi berkurangnya konsentrasi NO₂ dan bertambahnya konsentrasi NO berlangsung dengan laju yang sama



C. HUKUM LAJU
Dalam membahas reaksi kesetimbangan kimia telah ditekankan bahwa reaksi ke kanan maupun ke kiri dapat terjadi begitu produk terbentuk, produk ini dapat bereaksi kembali menghasilkan reaktan semula.
Laju bersih ialah:
Laju bersih = laju ke kanan – laju ke kiri
Dapat dikatakan, pengukuran konsentrasi memberikan laju bersih, bukannya sekedar laju ke kanan. Bagaimanapun, sesaat sebelum reaksi yang dimulai dari reaktan murni, konsentrasi reaktan jauh lebih tinggi dibandingkan produknya sehingga laju ke kiri dapat diabaikan. Selain itu, banyak reaksi berlangsung sempurna (K>>1) sehingga laju yang terukur hanyalah reaksi ke kanan atau eksperimen dapat diatur agar produknya dapat dialihkan jika terbentuk. Dalam subbab ini, persamaan diberikan pada laju ke kanan saja.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi

1. Kecepatan Reaksi dipengaruhi oleh ukuran partikel/zat.
   Semakin luas permukaan maka semakin banyak tempat bersentuhan untuk berlangsungnya reaksi. Luas permukaan zat dapat dicapai dengan cara memperkecil ukuran zat tersebut
2. Kecepatan Reaksi dipengaruhi oleh suhu.
   Semakin tinggi suhu reaksi, kecepatan reaksi juga akan makin meningkat sesuai dengan teori Arhenius.
3. Kecepatan Reaksi dipengaruhi oleh katalis.
   Adanya katalisator dalam reaksi dapat mempercepat jalannya suatu reaksi. Kereakifan dari katalis bergantung dari jenis dan konsentrasi yang digunakan.

1. Katalis
Katalis adalah suatu zat yang mempercepat suatu laju reaksi, namun ia sendiri, secara kimiawi, tidak berubah pada akhir reaksi. Ketika reaksi selesai, maka akan didapatkan kembali massa katalasis yang sama seperti pada awal ditambahkan.
Katalis dapat dibagi berdasarkan dua tipe dasar, yaitu reaksi heterogen dan reaksi homogen. Didalam reaksi heterogen, katalis berada dalam fase yang berbeda dengan reaktan. Sedangkan pada dalam reaksi homogen, katalis berada dalam fase yang sama dengan reaktan.
Jika kita melihat suatu campuran dan dapat melihat suatu batas antara dua komponen, dua komponen itu berada dalam fase yang berbeda. Campuran antara padat dan cair terdiri dari dua fase. Campuran antara beberapa senyawa kimia dalam satu larutan terdiri hanya dari satu fase, karena kita tidak dapat melihat batas antara senyawa-senyawa kimia tersebut.

Fase berbeda denga istilah keadaan fisik (padat, cair dan gas). Fase dapat juga meliputi padat, cair dan gas, akan tetapi lebih sedikit luas. Fase juga dapat diterapkan dalam dua zat cair dimana keduanya tidak saling melarutkan (contoh, minyak dan air).



2. Energi Aktivasi
Tumbukan-tumbukan akan menghasilkan reaksi jika partikel-partikel bertumbukan dengan energi yang cukup untuk memulai suatu reaksi. Energi minimum yang diperlukan disebut dengan reaksi aktivasi energi. Kita dapat menggambarkan keadaan dari energi aktivasi pada distribusi Maxwell-Boltzmann seperti ini:

3. Luas Permukaan

Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan luas permukaan, dapat mencitrakan luas permukaan bola. Berbeda dengan luas permukaan bola, yang dimaksud dengan luas permukaan dalam reaksi kimia adalah luas permukaan zat-zat pereaksi yang bersentuhan untuk menghasilkan reaksi. Dalam  reaksi  kimia,  tidak  semua  luas  permukaan  zat  yang  bereaksi dapat bersentuhan hingga terjadi reaksi, hal ini bergantung pada bentuk partikel zat-zat  yang bereaksi. Suatu reaksi dapat saja melibatkan pereaksi dalam bentuk padatan. Luas permukaan zat ini akan berkaitan dengan bidang sentuh zat tersebut.Luas permukaan zat padat akan bertambah jika ukurannya diperkecil.

Luas permukaan mempercepat laju reaksi karena semakin luas permukaan zat, semakin banyak bagian zat yang saling bertumbukan dan semakin besar peluang adanya tumbukan efektif menghasilkan perubahan. Semakin luas permukaan zat, semakin kecil ukuran partikel zat. Jadi semakin kecil ukuran partikel zat, reaksi pun akan semakin cepat.
Salah satu syarat agar reaksi dapat berlangsung adalah zat-zat pereaksi harus bercampur atau bersentuhan. Pada campuran pereaksi yang heterogen, reaksi hanya terjadi pada bidang batas campuran. Bidang batas campuran inilah yang dimaksud dengan bidang sentuh. Dengan memperbesar luas bidang sentuh, reaksi akan berlangsung lebih cepat.Dari gambar 2.3 dapat dilihat bahwa luas permukaan P gambar pada poin B lebih besar daripada gambar poin A. Jumlah zat terlarut (lingkaran berwarna hijau) pada kedua gambar diatas adalah sama, namun ukurannya yang berbeda. Kita dapat menghitung molekul zat terlarut yang dapat bertumbukkan dengan molekul pelarut (lingkaran berwarna merah). Makin banyak molekul zat terlarut yang dapat bersentuhan dengan molekul pelarut, berarti luas permukaannya semakin besar. Dengan semakin luas permukaan zat pereaksi, akan memudahkan molekul-molekul tersebut bertumbukkan dan menghasilkan hasil reaksi. Dengan kata lain, laju reaksinya meningkat.

Laju reaksi berbanding lurus dengan luas permukaan reaktan

 

4. Konsentrasi Larutan

Jika konsentrasi suatu larutan makin besar, larutan akan mengandung jumlah partikel semakin banyak sehingga partikel-partikel tersebut akan tersusun lebih rapat dibandingkan larutan yang konsentrasinya lebih rendah. Susunan partikel yang lebih rapat memungkinkan terjadinya tumbukan semakin banyak dan kemungkinan terjadi reaksi lebih besar. Makin besar konsentrasi zat, makin cepat laju reaksinya. Perhatikan Gambar 2.6 tentang pengaruh konsentrasi berikut. Hubungan kuantitatif perubahan konsentrasi dengan laju reaksi tidak dapat ditetapkan dari persamaan reaksi, tetapi harus melalui percobaan .

 

Semakin tinggi konsentrasi suatu larutan, makin besar laju reaksinya.

 

5. Suhu

Partikel-partikel dalam zat selalu bergerak. Jika suhu zat dinaikkan, maka energi kinetik partikel-partikel akan bertambah sehingga tumbukan antar partikel akan mempunyai energi yang cukup untuk melampaui energi pengaktifan. Hal ini akan menyebabkan lebih banyak terjadi tumbukan yang efektif dan menghasilkan reaksi. Di samping memperbesar energi kinetik, ternyata peningkatan suhu juga meningkatkan energi potensial suatu zat. Dengan semakin besarnya energi potensial zat, maka semakin besar terjadinya tumbukan yang efektif, sehingga laju reaksi semakin cepat.