Laju Reaksi

Molaritas

 

A. Pengertian Molaritas

Molaritas merupakan salah satu cara untuk menyatakan kosentrasi larutan, selain molalitas, normalitas maupun fraksi mol. Molaritas menyatakan jumlah mol zat yang terlarut dalam satu liter larutan. Molaritas dilambangkan dengan notasi M dan satuannya adalah mol/liter (James E. Brady, 2000). Rumus yang digunakan untuk mencari molaritas larutan adalah:

Jika zat yang akan dicari molaritasnya ada dalam satuan gram dan volumenya dalam mililiter, maka molaritasnya dapat dihitung dengan rumus:

C o n t o h

1. Tentukan molaritas 0,2 mol HCl dalam 1 liter larutan!

Jawab:

n = 0,2 mol

V = 1 liter

2. Tentukan molaritas larutan yang dibuat dari 2 gram NaOH yang dilarutkan ke dalam air sampai volumenya menjadi 500 mL!

Jawab:

Massa zat terlarut (NaOH) = 2 gram

Volume larutan = 500 mL

B. Hubungan antara Molaritas dengan Kadar Larutan

Di laboratorium ditemui banyak zat kimia yang berwujud larutan dengan satuan kadar kepekatan (%) tertentu, sehingga untuk memanfaatkan dalam kegiatan praktikum harus ditentukan untuk diencerkan sesuai dengan molaritas yang dikehendaki. Untuk itu harus ditentukan terlebih dahulu molaritasnya dengan mengubah satuan kadar kepekatan (%) dengan molaritas. Untuk dapat mengubah kadar kepekatan menjadi molaritas, perhatikancontoh berikut.

 

C o n t o h

Tentukan molaritas dari asam sulfat pekat yang mengandung 96% H2SO4 dan massajenis 1,8 kg L–1! (diketahui Ar H = 1, S = 32, dan O = 16)

Jawab:

Larutan memiliki massa jenis 1,8 kg/liter, artinya dalam setiap 1 liter larutan, massanya

adalah 1,8 kg atau 1.800 gram.

C. Pengenceran Larutan

Seringkali di laboratorium, larutan yang tersedia mempunyai molaritas tidak sesuai dengan yang kita kehendaki. Jika larutan yang tersedia mempunyai molaritas yang lebih besar dari yang kita butuhkan, maka kita harus melakukan pengenceran. Pengenceran menyebabkan volume dan molaritas larutan berubah, tetapi jumlah mol zat terlarut tidak berubah. Rumus yang digunakan adalah:

C o n t o h

Tentukan molaritas larutan yang terjadi, jika 50 mL larutan H2SO4 2 M ditambah

dengan 150 mL air!

Jawab:

V1M1 = V2M2

50 × 2 = 200 × M2

M2 = 0,5 M

 

Konsep Laju Reaksi

Laju reaksi menyatakan laju berkurangnya jumlah reaktan atau laju bertambahnya jumlah produk dalam satuan waktu. Satuan jumlah zat bermacammacam, misalnya gram, mol, atau konsentrasi. Sedangkan satuan waktu digunakan detik, menit, jam, hari, ataupun tahun. Dalam reaksi kimia banyak digunakan zat kimia yang berupa larutan atau berupa gas dalam keadaan tertutup, sehingga dalam laju reaksi digunakan satuan konsentrasi (molaritas) (James E. Brady, 1990). Perhatikan reaksi berikut.

Pada awal reaksi, reaktan ada dalam keadaan maksimum sedangkan produk ada dalam keadaan minimal. Setelah reaksi berlangsung, maka produk akan mulai terbentuk. Semakin lama

produk akan semakin banyak terbentuk, sedangkan reaktan semakin lama semakin berkurang. Laju reaksi tersebut dapat digambarkan seperti pada gambar 3.3. Dari gambar 3.3 terlihat bahwa konsentrasi reaktan semakin berkurang, sehingga laju reaksinya adalah berkurangnya konsentrasi R setiap satuan waktu, dirumuskan sebagai:

Tanda (–) artinya berkurang.

Berdasarkan gambar 3.3 terlihat bahwa produk semakin bertambah, sehingga laju

reaksinya adalah bertambahnya konsentrasi P setiap satuan waktu, dirumuskan sebagai:

C o n t o h

1. Berdasarkan reaksi:

2 N2O5(g) → 4 NO2(g) + O2(g)

diketahui bahwa N2O5 berkurang dari 2 mol/liter menjadi 0,5 mol/liter dalam waktu 10 detik. Berapakah laju reaksi berkurangnya N2O5?

Jawab:

2. Ke dalam ruang yang volumenya 2 liter, dimasukkan 4 mol gas HI yang kemudian terurai menjadi gas H2 dan I2. Setelah 5 detik, dalam ruang tersebut terdapat 1 mol gas H2. Tentukan laju reaksi pembentukan gas H2 dan laju reaksi peruraian gas HI!

Jawab:

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Dari hasil percobaan ternyata laju reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi, luas permukaan, temperatur, dan katalis (James E. Brady, 1990).

 

A. Konsentrasi

Pada umumnya, reaksi akan berlangsung lebih cepat jika konsentrasi pereaksi diperbesar. Zat yang konsentrasinya besar mengandung jumlah partikel yang lebih banyak, sehingga partikel-partikelnya tersusun lebih rapat dibanding zat yang konsentrasinya rendah. Partikel yang susunannya lebih rapat, akan lebih sering bertumbukan dibanding dengan partikel yang susunannya renggang, sehingga kemungkinan terjadinya reaksi makin besar.

 

B. Luas Permukaan

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.

 

C. Temperatur

Setiap partikel selalu bergerak. Dengan menaikkan temperatur, energi gerak atau energi kinetik partikel bertambah, sehingga tumbukan lebih sering terjadi. Dengan frekuensi tumbukan yang semakin besar, maka kemungkinan terjadinya tumbukan efektif yang mampu menghasilkan reaksi juga semakin besar. Suhu atau temperatur ternyata juga memperbesar energi potensial suatu zat. Zat-zat yang energi potensialnya kecil, jika bertumbukan akan sukar menghasilkan tumbukan efektif. Hal ini terjadi karena zat-zat tersebut tidak mampu melampaui energi aktivasi. Dengan menaikkan suhu, maka hal ini akan memperbesar energi potensial, sehingga ketika bertumbukan akan menghasilkan reaksi.

Pada umumnya reaksi kimia akan berlangsung dua kali lebih cepat, apabila suhu dinaikkan 10 oC. Jika dimisalkan laju reaksi pada saat t1°C = v1 dan laju reaksi setelah dinaikkan suhunya t2°C = v2, maka laju reaksi setelah dinaikkan suhunya atau v2 tersebut dapat dirumuskan sebagai:

C o n t o h

1. Suatu reaksi berlangsung dua kali lebih cepat setiap suhunya dinaikkan 10 oC. Jika laju reaksi pada saat suhu 20 °C adalah x M/detik, tentukan laju reaksi pada saat suhu dinaikkan menjadi 60 °C!

Jawab:

2. Suatu reaksi kimia yang berlangsung pada suhu 30 °C memerlukan waktu 40 detik. Setiap kenaikan suhu 10 °C, reaksi akan lebih cepat dua kali dari semula. Tentukan waktu yang diperlukan jika suhu dinaikkan menjadi 50 °C!

Jawab:

D. Katalis

Katalis adalah suatu zat yang berfungsi mempercepat terjadinya reaksi, tetapi pada akhir reaksi dapat diperoleh kembali. Fungsi katalis adalah menurunkan energi aktivasi, sehingga jika ke dalam suatu reaksi ditambahkan katalis, maka reaksi akan lebih mudah terjadi. Hal ini disebabkan karena zatzat yang bereaksi akan lebih mudah melampaui energi aktivasi.

 

Teori Tumbukan

Reaksi kimia terjadi karena adanya tumbukan yang efektif antara partikelpartikel zat yang bereaksi. Tumbukan efektif adalah tumbukan yang mempunyai energi yang cukup untuk memutuskan ikatan-ikatan pada zat yang bereaksi (James E. Brady, 1990).

Contoh tumbukan yang menghasilkan reaksi dan tumbukan yang tidak menghasilkan reaksi antara molekul hidrogen (H2) dan molekul iodin (I2), dapat dilihat pada gambar 3.4.

H2(g) + I2(g) → 2 HI(g)

Sebelum suatu tumbukan terjadi, partikel-partikel memerlukan suatu energi minimum yang dikenal sebagai energi pengaktifan atau energi aktivasi (Ea). Energi pengaktifan atau energi aktivasi adalah energi minimum yang diperlukan untuk berlangsungnya suatu reaksi. Sebagai contoh adalah reaksi antara hidrogen (H2) dengan oksigen (O2) menghasilkan air, dapat dilihat pada gambar 3.5. Ketika reaksi sedang berlangsung akan terbentuk zat kompleks teraktivasi. Zat kompleks teraktivasi berada pada puncak energi. Jika reaksi berhasil, maka zat kompleks teraktivasi akan terurai menjadi zat hasil reaksi. Hubungan antara energi pengaktifan dengan energi yang diserap atau dilepaskan selama reaksi berlangsung dapat dilihat pada gambar 3.6.

Persamaan Laju Reaksi

 

A. Persamaan Laju Reaksi

Umumnya reaksi kimia dapat berlangsung cepat jika konsentrasi zat-zat yang bereaksi (reaktan) diperbesar (James E. Brady, 1990).

Secara umum pada reaksi:

xA + yB  →   pC + qD

persamaan laju reaksi dapat ditulis sebagai:

Persamaan seperti di atas, disebut persamaan laju reaksi atau hukum laju reaksi. Persamaan laju reaksi seperti itu menyatakan hubungan antarakonsentrasi pereaksi dengan laju reaksi. Bilangan pangkat pada persamaan diatas disebut sebagai orde reaksi atau tingkat reaksi pada reaksi yangbersangkutan. Jumlah bilangan pangkat konsentrasi pereaksi-pereaksi disebutsebagai orde reaksi total. Artinya, reaksi berorde x terhadap pereaksi A danreaksi berorde y terhadap pereaksi B, orde reaksi total pada reaksi tersebutadalah (x + y). Faktor k yang terdapat pada persamaan tersebut disebut tetapan reaksi. Harga k ini tetap untuk suatu reaksi, dan hanya dipengaruhi oleh suhudan katalis.Pada umumnya, harga orde reaksi merupakan bilangan bulat sederhana,yaitu 1, 2, atau 3, tetapi kadang-kadang juga terdapat pereaksi yang mempunyaiorde reaksi 0, ½, atau bahkan negatif.Beberapa contoh reaksi beserta rumus laju reaksi dan orde reaksinya dapatdilihat pada tabel 3.1.

B. Makna Orde Reaksi

Orde reaksi menyatakan besarnya pengaruh konsentrasi pereaksi pada laju reaksi. Beberapa orde reaksi yang umum terdapat dalam persamaan reaksi kimia beserta maknanya sebagai berikut.

1. Reaksi Orde Nol

Suatu reaksi kimia dikatakan mempunyai orde nol, jika besarnya laju reaksi tersebut tidak

dipengaruhi oleh konsentrasi pereaksi. Artinya, seberapapun peningkatan konsentrasi pereaksi

tidak akan mempengaruhi besarnya laju reaksi. Secara grafik, reaksi yang mempunyai orde nol dapat dilihat pada gambar 3.9.

2. Reaksi Orde Satu

Suatu reaksi kimia dikatakan mempunyai orde satu, apabila besarnya laju reaksi berbanding lurus dengan besarnya konsentrasi pereaksi. Artinya, jika konsentrasi pereaksi dinaikkan dua kali semula, maka laju reaksi juga akan meningkat besarnya sebanyak (2)1 atau 2 kali semula juga. Secara grafik, reaksi orde satu dapat digambarkan seperti terlihat pada gambar 3.10.

3. Reaksi Orde Dua

Suatu reaksi dikatakan mempunyai orde dua, apabila besarnya laju reaksi merupakan

pangkat dua dari peningkatan konsentrasi pereaksinya. Artinya, jika konsentrasi pereaksi dinaikkan 2 kali semula, maka laju reaksi akan meningkat sebesar (2)2 atau 4 kali semula. Apabila konsentrasi pereaksi dinaikkan 3 kali semula, maka laju reaksi akan menjadi (3)2 atau 9 kali semula. Secara grafik, reaksi orde dua dapat digambarkan pada gambar 3.11.

4. Reaksi Orde Negatif

Suatu reaksi kimia dikatakan mempunyai orde negatif, apabila besarnya laju reaksi berbanding terbalik dengan konsentrasi pereaksi. Artinya, apabila konsentrasi pereaksi dinaikkan atau diperbesar, maka laju reaksi akan menjadi lebih kecil.

 

C. Menentukan Persamaan Laju Reaksi

Untuk dapat menentukan rumus laju reaksi, tidak dapat hanya dengan melihat reaksi lengkapnya saja, tetapi harus berdasar percobaan. Yaitu pada saat percobaan, konsentrasi awal salah satu pereaksi dibuat tetap, sedang konsentrasi awal pereaksi yang lain dibuat bervariasi. Percobaan harus dilakukan pada suhu yang tetap. Metode penentuan rumus laju reaksi seperti ini disebut sebagai metode laju awal. Penentuan rumus laju reaksi dapat dilihat pada contoh berikut.

 

C o n t o h

Reaksi gas bromin dengan gas nitrogen oksida sesuai dengan persamaan reaksi:

2 NO(g) + Br(g) → 2 NOBr(g)

Berdasarkan hasil percobaan diperoleh data sebagai berikut.

Tentukan:

a. orde reaksi terhadap NO     d. orde reaksi total

b. orde reaksi terhadap Br2     e. harga tetapan reaksi k

c. persamaan laju reaksi          f. besar laju reaksi jika [NO] = 0,2 dan [Br2] = 0,1

Jawab:

D. Jenis-jenis Katalis

Berdasarkan wujudnya, katalis dapat dibedakan menjadi katalis homogen dan katalis heterogen (James E. Brady, 1990).

1. Katalis Homogen

Katalis homogen adalah katalis yang dapat bercampur secara homogen dengan zat pereaksinya karena mempunyai wujud yang sama.

Contoh:

2. Katalis Heterogen

Katalis heterogen adalah katalis yang tidak dapat bercampur secara homogen dengan pereaksinya karena wujudnya berbeda.

Contoh:

Katalis berwujud padat, sedang pereaksi berwujud gas.

3. Autokatalis

Autokatalis adalah zat hasil reaksi yang bertindak sebagai katalis.

Contoh:

CH3COOH yang dihasilkan dari reaksi metil asetat dengan air merupakan autokatalis reaksi tersebut.

CH3COOCH3(aq) + H2O(l)  →  CH3COOH(aq) + CH3OH(aq)

Dengan terbentuknya CH3COOH, reaksi menjadi bertambah cepat.

 

4. Biokatalis

Biokatalis adalah katalis yang bekerja pada proses metabolisme, yaitu enzim.

Contoh:

Enzim hidrolase mempercepat pemecahan bahan makanan melalui reaksi hidrolisis.

 

5. Inhibitor

Inhibitor adalah zat yang kerjanya memperlambat reaksi atau menghentikan reaksi.

Contoh:

I2 atau CO bersifat inhibitor bagi reaksi:

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l)

 

6. Racun Katalis

Racun katalis adalah inhibitor yang dalam jumlah sangat sedikit dapat mengurangi atau menghambat kerja katalis.

Contoh:

CO2, CS2, atau H2S merupakan racun katalis pada reaksi:

B. Hubungan antara Katalis dengan Energi Pengaktifan

Dalam suatu reaksi, peran katalis adalah untuk menurunkan energi aktivasi dengan jalan mengubah mekanisme reaksi, yaitu dengan jalan menambah tahaptahap reaksi. Katalis ikut serta dalam suatu tahap reaksi, akan tetapi pada akhir reaksi katalis terbentuk kembali (James E. Brady, 1990).

Contoh:

Dengan adanya katalis ini, energi aktivasi menjadi lebih rendah, sehingga persentase partikel yang mempunyai energi lebih besar dari energi aktivasi. Hal ini mengakibatkan tumbukan efektif menjadi lebih sering terjadi, sehingga reaksi berjalan lebih cepat.