Laju Reaksi
Laju (kecepatan) menunjukkan besarnya perubahan terhadap sesuatu yang terjadi per satuan waktu. Perubahan ini biasa dinyatakan dalam perubahan konsentrasi molar (molaritas). Oleh karena itu, laju reaksi dapat diartikan sebagai perubahan konsentrasi akhir (hasil reaksi) terhadap konsentrasi awal (pereaksi) per satuan waktu. Ketika mempelajari laju reaksi, diperlukan suatu satuan yang menyatakan besarnya laju reaksi, salah satunya adalah kemolaran atau molaritas. Molaritas didefinisikan sebagai jumlah mol zat yang terlarut dalam 1 liter larutan. Molaritas ini menyatakan konsentrasi (kepekatan) suatu larutan. Secara matematis, molaritas dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan : M = molaritas (mol L-1) n = mol zat terlarut V = volum larutan (L) Pada saat berlangsung suatu reaksi, jumlah pereaksi akan semakin berkurang, sedangkan jumlah produk akan semakin bertambah. Pengurangan zat pereaksi atau pertambahan zat produk per satuan waktu disebut dengan laju reaksi. Secara matematis, laju reaksi dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan berikut ini. A ® B Untuk membedakan pengurangan dan pertambahan suatu laju reaksi, laju pengurangan dinyatakan dengan tanda negatif, sedangkan laju pertambahan dinyatakan dengan tanda positif. Berikut ini digambarkan grafik konsentrasi reaktan dan produk terhadap waktu, yang terlihat dalam Gambar 1.
Gambar 1. Grafik Konsentrasi Reaktan dan Produk terhadap Waktu Laju reaksi ditentukan dengan menghitung pertambahan konsentrasi B tiap satuan waktu tertentu atau menghitung pengurangan konsentrasi A tiap satuan waktu tertentu. Persamaan laju reaksi dapat dituliskan sebagai berikut.
Besarnya laju reaksi dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu sebagai berikut. a. Sifat zat yang bereaksi Dua buah zat yang mempunyai sifat kimia yang berbeda akan memiliki laju reaksi yang berbeda pula jika direaksikan dengan suatu zat tertentu. Contohnya reaksi antara kalium dengan air akan menghasilkan banyak panas, sehingga gas hidrogen yang dihasilkan mampu menyulut api dan terbakar dengan dengan nyala ungu kemerahan. Berbeda halnya jika timah putih direaksikan dengan air akan bereaksi sangat lambat menghasilkan gas hidrogen. b. Konsentrasi reaktan Semakin besar konsentrasi, maka akan semakin cepat pula laju reaksinya. Zat yang memiliki konsentrasi besar maka jumlah partikelnya juga banyak. Hal ini memungkinkan semakin banyaknya peluang untuk melakukan tumbukan antara zat yang satu dengan zat yang lain. c. Luas permukaan bidang sentuh Semakin luas permukaan bidang sentuh, semakin cepat pula laju reaksinya. Suatu zat padat akan lebih cepat bereaksi jika permukaannya diperluas dengan cara mengubah bentuk kepingan menjadi serbuk. Dalam bentuk serbuk, ukuran suatu zat padat akan menjadi kecil tetapi banyak sehingga luas tumbukan bidang tumbukan antar zat pereaksi akan semakin besar. d. Suhu Pada umumnya suhu yang tinggi akan meningkatkan laju reaksi dan suhu yang rendah akan menurunkan laju reaksi. Contohnya adalah ketika menyimpan suatu makanan dalam lemari es akan menurukan proses pembusukan makanan. Hal ini terjadi karena suhu yang rendah pada lemari es akan menghambat laju pembentukan bakteri pengurai makanan yang membuat makanan cepat busuk. e. Tekanan Penambahan tekanan akan memperkecil volum dan menaikkan konsentrasi. Kenaikan konsentrasi ini akan meningkatkan laju reaksi. f. Katalis Katalis adalah zat yang dapat mempercepat laju reaksi. Dalam reaksi kimia, katalis tidak mengalami perubahan yang permanen. Katalis ini bekerja spesifik terhadap reaksi-reaksi kimia tertentu, artinya tidak semua katalis yang dapat digunakan untuk suatu reaksi kimia dapat pula digunakan untuk reaksi yang lain. Katalis dapat dikelompokkan menjadi katalis homogen, katalis heterogen, dan biokatalis. 1) Katalis homogen Katalis homogen adalah katalis yang fasenya sama dengan fase zat-zat pereaksi. Contohnya reaksi pembuatan gas SO3 dengan menggunakan katalis gas NO2. 2SO2 + O2® 2SO3 2) Katalis heterogen Katalis heterogen adalah katalis yang fasenya sama dengan fase zat-zat pereaksi. Contohnya adalah reaksi hidrogenasi etena (C2H4) dengan katalis logam Ni. Zat pereaksi, C2H4 dan H2 berwujud gas, sedangkan logam Ni berwujud padat. C2H4 + H2 ® C2H6 3) Biokatalis Biokatalis, disebut juga enzim, yaitu katalis yang mempercepat reaksi-reaksi kimia dalam makhluk hidup. Contohnya yaitu enzim rennin dibutuhkan dalampembuatan keju yang berfungsi untuk menggunpalkan susu. Suatu reaksi kimia dapat terjadi dapat berlangsung jika terjadi interaksi antara molekul-molekul pereaksi, atau dapat dikatakan bahwa suatu reaksi kimia dapat terjadi jika ada tumbukan antara molekul-molekul pereaksi. Hal ini dikenal dengan nama teori tumbukan. Tumbukan yang terjadi tidak selalu menghasilkan produk reaksi, tetapi hanya tumbukan efektif saja yang dapat menghasilkan produk reaksi. Untuk menghasilkan suatu tumbukan efektif agar dapat terjadi diperlukan energi minimum. Energi kinetik meinimum yang dimiliki partikel sehingga menghasilkan tumbukan efektif disebut dengan energi aktivasi (Ea). Teori tumbukan dapat digunakan untuk menjelaskan faktor-faktor yang mempengauhi laju reaksi berikut ini. a. Konsentrasi Larutan yang mempunyai konsentrasi yang tinggi maka akan mempunyai jumlah partikel yang banyak jika dibandingkan dengan larutan yang mempunyai konsentrasi rendah. Jika partikel zat semakin banyak, maka akan semakin besar pula peluang terjadinya tumbukan efektif. Semakin banyak tumbukan efektif, semakin meningkatkan laju reaksi. b. Luas permukaan bidang sentuh Semakin bertambah luas permukaan bidang sentuh, maka akan semakin besar pula peluang untuk terjadinya singgungan antara zat yang satu dengan zat yang lain, yang menyebabkan meningkatnya laju reaksi. c. Suhu Molekul-molekul dalam suatu zat kimia selalu mengalami pergerakan. Tingginya suhu dalam suatu reaksi menyebabkan gerak molekul semakin cepat, sehingga mengakibatkan laju reaksi juga semakin meningkat. d. Katalis Syarat terjadinya reaksi adalah energi suatu reaktan harus mampu melampaui energi aktivasinya. Penambahan katalis dapat mengakibatkan turunnya energi aktivasi dan menyebabkan mudahnya reaktan untuk melampaui energi aktivasi tersebut, sehingga penambahan katalis ini akan meningkatkan laju reaksi. Grafik yang menyatakan besarnya energi aktivasi ketika ditambahkan dan tidak ditambahkan katalis dapat dilihat dalam Gambar 2.
DH Gambar 2. Grafik Pengaruh Katalis terhadap Energi Aktivasi
Persamaan laju reaksi menyatakan hubungan kuantitatif antara laju reaksi dengan konsentrasi pereaksi. Misalnya untuk reaksi : mA + nB ® pC + qD, maka bentuk persamaan laju reaksinya dnyatakan sebagai berikut. v = k [A]x [B]y Keterangan : v = laju reaksi k = tetapan laju reaksi x = orde reaksi terhadap pereaksi A y = orde reaksi terhadap pereaksi B Tetapan laju reaksi (k) merupakan suatu tetapan yang harganya bergantung pada jenis pereaksi dan suhu. Setiap reaksi akan mempunyai harga k yang berbeda-beda. Harga k suatu reaksi juga akan mengalami perubahan jika suhunya diubah. Kenaikan suhu dan penggunaan katalis umumnya akan memeperbesar nilai k. Dalam penurunan hukum laju reaksi dikenal istilah orde reaksi. Orde reaksi menyatakan besarnya pengaruh konsentrasi pereaksi pada laju reaksi. Suatu reaksi berorde nol jika laju reaksi tidak dipengaruhi oleh konsentrasi pereaksi, artinya asalkan ada pereaksi dalam jumlah tertentu, maka perubahan konsentrasi zat itu tidak mengubah laju reaksi. Suatu reaksi dikatakan berorde satu jika laju reaksi berbanding lurus terhadap konsentrasi pereaksi. Hal ini berarti jika konsentrasi pereaksi dua kali lebih besar, maka laju reaksinya juga menjadi dua kalinya, dan seterusnya. Suatu reaksi berorde dua jika laju reaksi berubah secara kuadratik, yang artinya jika konsentrasi zat itu dilipattigakan, maka laju reaksinya akan menjadi 32 atau 9 kali lebih besar. Berikut ini digambarkan grafik suatu reaksi berorde nol, satu, dan dua, yang tampak dalam Gambar 3, 4, dan 5.
Gambar 3. Grafik Laju Reaksi Berorde Nol
Gambar 4. Grafik Laju Reaksi Berorde Satu
Gambar 5. Grafik Laju Reaksi Berorde Dua Persamaan laju reaksi tidak dapat diduga dari persamaan stoikiometri reaksi, tetapi diturunkan dari hasil percobaan. Salah satu cara menentukan laju reaksi adalah dengan menggunakan metode laju awal, yaitu laju diukur pada awal reaksi dengan konsentrasi yang berbeda-beda. Misalkan untuk reaksi NH4+ (aq) + NO2- (aq) ® N2 (g) + 2H2O (l) Dapat ditulis laju reaksinya adalah sebagai berikut. V = k [NH4+]x [NO2-]y
|
