Laju Reaksi: Konsep, Tori, Persamaan dan Contoh Soal

Pernahkah kamu memperhatikan bahwa ada begitu banyak reaksi di sekitarmu yang berlangsung cepat atau lambat? Misalnya reaksi ledakan bom yang dapat terjadi dalam beberapa detik, serta reaksi perkaratan besi yang dapat memakan waktu berhari – hari atau bahkan berbulan – bulan. Apa yang menyebabkan hal tersebut terjadi?

Untuk menjawab pertanyaan di atas, kamu harus memahami materi mengenai laju reaksi. Kali ini akan dibahas mengenai laju reaksi mulai dari konsep laju reaksi, teori tumbukan, faktor – faktor yang mempengaruhi laju reaksi, persamaan laju reaksi, dan contoh soal laju reaksi. Untuk lebih jelasnya kamu dapat membaca pembahasan berikut ini.

Pendahuluan dan Pengertian

Bagian dari kimia yang mempelajari tentang laju dari suatu reaksi kimia yang terjadi adalah kinetika kimia. Laju reaksi merupakan perubahan konsentrasi dari reaktan atau produk terhadap waktu (satuan M/s).

Baca juga: Senyawa Hidrokarbon Alkuna

Beberapa reaksi yang terjadi di alam ada yang berlangsung sangat cepat atau sangat lambat. Contoh reaksi yang berlangsung sangat cepat yaitu reaksi fotosintesis dan reaksi berantai nuklir yang memerlukan rentang waktu 10^-12 s sampai 10^-16 s. Sedangkan contoh reaksi yang berlangsung sangat lambat adalah reaksi perubahan grafit menjadi berlian yang memerlukan waktu tahunan bahkan jutaan tahun.

Penerapan laju reaksi ini banyak digunakan dalam pembuatan obat, pengontrol polusi, serta proses pembuatan makanan.

Konsep Laju Reaksi

Suatu reaksi kimia dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.

Reaktan → Produk

Berdasarkan persamaan reaksi diatas, dapat dikatan bahwa selama terjadinya reaksi, reaktan dikonsumsi sedangkan produk dibentuk. Sehingga suatu reaksi dapat dikontrol melalui penurunan konsentrasi reaktan ataupun peningkatan konsentrasi produk.

Perhatikan reaksi berikut.

A → B

Dari persamaan reaksi tersebut, laju reaksinya (rate yang disimbolkan dengan r) dapat dinyatakan dengan:

dimana ∆[A] dan ∆[B] merupakan perubahan konsentrasi selama periode waktu ∆t. Selama selang waktu tertentu, konsentrasi A akan berkurang sehingga memiliki tanda negatif. Tanda tersebut hanya menunjukkan terjadinya pengurangan konsentrasi A dan nilai lajunya tetap positif. Sedangkan untuk pembentukan produk tidak memerlukan tanda negatif karena terjadi penambahan konsentrasi B.

Dalam menentukan laju reaksi, perlu diperhatikan stoikiometrinya. Sebagai contoh untuk reaksi:

2A → B

Dua mol A bereaksi membentuk satu mol B, dimana laju pembentukan B adalah setengah kali dari laju pembentukan A, maka laju reaksinya:

Secara umum, untuk persamaan reaksi:

aA + bB → cC + dD

Contoh penentuan laju reaksi:

Perhatikan reaksi berikut.

4NO_{2 (g)} + O_{2 (g)} → 2N₂O_{5 (g)}

Asumsikan gas oksigen bereaksi dengan laju 0,024 M/s. Berapakah laju berkurangnya NO₂ dan laju pembentukan N₂O₅?

Jawaban:

• Laju berkurangnya NO₂ (bertanda negatif)
• Laju pembentukan N₂O₅ (bertanda positif)

Teori Tumbukan

Menurut teori tumbukan, suatu reaksi dapat terjadi jika terjadi tumbukan antar partikel zat pereaksinya. Semakin banyak tumbukan yang terjadi antar partikel reaktannya, maka laju reaksinya semakin cepat. Akan tetapi tidak semua tumbukan dapat menghasilkan produk reaksi, hanya tumbukan efektiflah yang dapat menghasilkan produk reaksi. Terdapat dua faktor yang dapat menentukan terjadinya tumbukan efektif, yaitu:

1. Orientasi

Dalam reaksi, molekul harus dalam orientasi tertentu saat tumbukan sehingga reaksi dapat terjadi. Orientasi dari molekul akan menentukan posisi atom yang benar untuk membentuk ikatan baru (menjadi produk). Sebagai contoh untuk reaksi

Cl + NOCl → NO + Cl₂

Berdasarkan gambar di atas, atom Cl harus bertumbukan dengan atom Cl (dari NOCl) agar menghasilkan NO dan Cl_2.

2. Energi Aktivasi

Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan untuk memulai terjadinya reaksi. Selama tumbukan, energi kinetik dari molekul – molekul yang bertumbukan haruslah melampaui energi aktivasi, jika tidak maka reaksi tidak akan terjadi.

Digaram yang menunjukkan energi aktivasi untuk suatu reaksi.

Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Terdapat 4 faktor yang mempengaruhi laju reaksi, yaitu pengaruh konsentrasi reaktan, luas permukaan reaktan, suhu, serta penambahan katalis.

1. Konsentrasi Reaktan

Semakin besar konsentrasi reaktan maka laju reaksi semakin cepat. Hal ini terjadi karena semakin banyak partikel reaktan maka kemungkinan terjadinya tumbukan efektif semakin banyak sehingga laju reaksinya semakin cepat.

2. Luar Permukaan Sentuh Reaktan

Semakin besar luas permukaan sentuh reaktan maka laju reaksinya semakin cepat. Hal ini terjadi karena semakin besar permukaan bidang sentuhnya maka tumbukan semakin sering terjadi dan laju reaksi semakin cepat.

Berdasarkan gambar di atas, pada luas permukaan sentuh reaktan yang kecil, tumbukan terjadi hanya pada bagian partikel luarnya saja sedangkan bagian dalam tidak, sehingga partikel yang bertumbukan sedikit dan laju reaksinya lambat. Pada luas permukaan sentuh yang besar, tumbukan antar partikel lebih banyak sehingga laju reaksinya juga cepat.

3. Suhu Reaksi

Semakin tinggi suhu reaksi maka energi kinetik rata – rata partikelnya akan semakin tinggi untuk melampaui energi aktivasi, sehingga laju reaksinya semakin cepat.

4. Penambahan Katalis

Katalis merupakan zat yang dapat mempercepat laju reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi melalui mekanisme reaksi yang berbeda, dan setelah reaksinya selesai maka katalis akan terbentuk kembali.

Diagram di atas menunjukkan tingkat energi dari awal mula reaktan yang belum bereaksi hingga akhirnya berubah menjadi produk. Dari diagram di atas terlihat bahwa energi aktivasi untuk reaksi tanpa katalis cukup tinggi, sedangkan untuk reaksi yang menggunakan katalis (garis putus – putus) energi aktivasinya lebih rendah.

Bacaj juga: Termokimia Serta Penjelasannya Secara Lengkap

Persamaan Laju Reaksi

Persamaan laju reaksi atau hukum laju reaksi merupakan hubungan laju dari suatu reaksi terhadap tetapan laju dan konsentrasi reaktan yang dipangkatkan ordenya. Secara umum untuk reaksi.

aA + bB → cC + dD

Persamaan lajunya dapat dinyatakan dengan:

r = k[A]^x[B]^y

Dimana k merupakan konstanta laju reaksi, x dan y merupakan merupakan orde dari A dan B yang harus ditentukan melalui data eksperimen. Jumlah dari orde A dan B (x + y) disebut sebagai orde reaksi. Perlu diingat bahwa x dan y nilainya tidak sama dengan koefisien reaksi.

Contoh penentuan orde reaksi dan persamaan laju reaksi:

Perhatikan tabel data untuk laju reaksi F₂ + 2ClO₂ → 2FClO₂

Persamaan laju reaksinya: r = k[F₂]^x [ClO₂]^y

Perhatikan pada tabel bahwa konsentrasi F₂ memiliki nilai yang sama pada percobaan 1 dan 2, sehingga untuk menentukan nilai y dapat dilakukan dengan membandingkan persamaan laju dari eksperimen 1 dan 2.

Karena nilai k serta konsentrasi F₂ nilainya sama pada eksperimen 1 dan 2, maka:

Untuk menentukan nilai x, perhatikan pada tabel bahwa konenstrasi ClO₂ memiliki nilai yang sama pada eksperimen 1 dan 3.

Karena nilai k serta konsentrasi ClO₂ nilainya sama pada eksperimen 1 dan 3, maka:

Selanjutnya untuk menentukan persamaan laju reaksi, nilai k tentunya harus diketahui. Untuk menentukan nilai k, masukkan nilai orde dari masing – masing reaktan ke dalam persamaan laju reaksi menggunakan salah satu data eksperimen, misalnya data eksperimen 1:

r = k[F₂] [ClO₂]  (untuk orde 1 tidak perlu dituliskan angkanya)

1,2 x 10^-3 M/s = k (0,1 M) (0,01 M)

K = 1,2 M^-1 s

• Orde reaksi = x + y = 1 + 1 = 2
• Persamaan laju reaksi: r = 1,2 M^-1 s [F₂] [ClO₂]

Contoh Soal Laju Reaksi

Berikut contoh soal laju reaksi.

Perhatikan data laju untuk reaksi nitrogen oksida dengan hidrogen pada suhu 1280 ℃.

2NO _(g) + 2H_{2 (g)} → N_{2 (g)} + 2H₂O _(g)

1. Tentukan orde reaksinya!
2. Tentukan tetapan laju reaksinya!
3. Tentukan persamaan laju reaksinya!
4. Berapakah laju reaksinya ketika [NO] = 6 x 10^-3 M dan [H₂] = 3 x 10^-3 M?

Jawaban:

1. Orde dari NO: misalkan x

Orde dari H₂: misalkan y

• Nilai x:

• Nilai y:

Orde reaksi = x + y = 2 + 1 = 3

2. Tetapan laju reaksi (k):

r₂ = k [NO]² [H₂]

5 x 10^-5 M/s = k (10 x 10^-3 M)² (2 x 10^-3 M)

5 x 10^-5 M/s = k (2 x 10^-5 M³)

k = 2,5 M^-2.s^-1

3. Persamaan laju reaksi:

r = 2,5 M^-2.s^-1 [NO]² [H₂]

4. r = k [NO]² [H₂]

r = 2,5 M^-2.s^-1 (6 x 10^-3 M)² (3 x 10^-3 M)

r = 4,5 x 10^-5 M/s

Baca juga: Senyawa Hidrokarbon Alkena Serta Contoh Soalnya

Pemahaman Akhir

Laju reaksi merupakan perubahan konsentrasi reaktan atau produk terhadap waktu. Beberapa reaksi dapat berlangsung dengan cepat atau lambat, tergantung pada faktor-faktor yang mempengaruhinya.

Teori tumbukan menjelaskan bahwa reaksi kimia terjadi melalui tumbukan antar partikel reaktan. Tumbukan efektif yang menghasilkan produk reaksi membutuhkan orientasi yang tepat dan energi aktivasi yang mencukupi.

Ada empat faktor yang mempengaruhi laju reaksi, yaitu konsentrasi reaktan, luas permukaan reaktan, suhu, dan penambahan katalis. Konsentrasi reaktan yang lebih tinggi, luas permukaan reaktan yang lebih besar, suhu yang lebih tinggi, dan adanya katalis dapat meningkatkan laju reaksi.

Persamaan laju reaksi atau hukum laju reaksi menggambarkan hubungan antara laju reaksi, konsentrasi reaktan, dan konstanta laju reaksi. Orde reaksi ditentukan melalui data eksperimen, dan persamaan laju reaksi dapat digunakan untuk menghitung laju reaksi pada kondisi tertentu.

Dalam mempelajari laju reaksi, pemahaman terhadap konsep ini dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti dalam pembuatan obat, pengontrolan polusi, dan proses pembuatan makanan.

Dengan memahami faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi, kita dapat mengoptimalkan reaksi kimia dan mengendalikan kecepatan reaksi sesuai kebutuhan kita.

Demikian pembahasan mengenai laju reaksi. Semoga pembahasannya bermanfaat dan menambah pengetahuanmu.

Referensi:

Brown, Theodore L. (2011). Chemistry the Central of Science 12^th  Edition. Pearson Prentince

Hall.

Chang, Raymond. (2010). Chemistry 10^th Edition. New York: McGraw-Hill.

Whitten. (2013). Chemistry 12^th Edition. Brooks Cole.