Laju Reaksi

Pengertian Laju Reaksi

Laju reaksi adalah perubahan konsentrasi dari reaktan ataupun produk per satu satuan waktu. Untuk reaksi dengan reaktan A dan B menghasilkan produk C dan D seperti pada rumus persamaan reaksi berikut, seiring waktu jumlah molekul reaktan A dan B akan berkurang dan jumlah molekul produk C dan D akan bertambah, dan rumus laju reaksi (v) yaitu:

rumus laju reaksiTanda negatif pada laju perubahan konsentrasi reaktan A dan B (reaktan) ditujukan agar nilainya positif, sebagaimana laju reaksi adalah besaran yang nilainya harus selalu positif. Satuannya adalah M s-1 atau mol L-1 s-1.

Lihat juga materi lainnya:
Titrasi Asam Basa
Reaksi Redoks

Teori Tumbukan

Teori tumbukan menyatakan bahwa partikel-partikel reaktan harus saling bertumbukan untuk bereaksi. Tumbukan antar partikel reaktan yang berhasil menghasilkan reaksi disebut tumbukan efektif. Energi minimum yang harus dimiliki oleh partikel reaktan untuk bertumbukan efektif disebut energi aktivasi (Ea). Pada dasarnya, laju reaksi bergantung pada:

1. Orientasi (arah) tumbukan partikel

Pada reaksi umumnya, partikel harus dalam orientasi yang tertentu ketika bertumbukan agar tumbukan yang terjadi efektif menghasilkan reaksi. Sebagai contoh, perhatikan beberapa tumbukan yang mungkin terjadi antara molekul gas NO dan molekul gas NO3  dalam reaksi:

NO(g) + NO3(g) → 2NO2(g)

ilustrasi tumbukanIlustrasi pentingnya orientasi dari tumbukan
(Sumber: Silberberg, Martin S. 2009. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (5th edition). New York: McGraw Hill)

2. Frekuensi terjadinya tumbukan partikel

Semakin sering terjadinya tumbukan partikel (frekuensi tumbukan tinggi) maka semakin besar peluang terjadinya tumbukan efektif sehingga laju reaksi juga menjadi semakin cepat.

3. Energi partikel reaktan yang bertumbukan

Energi partikel reaktan yang bertumbukan harus melampaui energi aktivasi, yakni energi penghalang terjadinya reaksi, sehingga reaksi dapat terjadi. Bila energi aktivasi semakin rendah, maka laju reaksinya akan semakin cepat.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi antara lain:

1. Konsentrasi Reaktan

Semakin tinggi konsentrasi reaktan, semakin banyak jumlah partikel reaktan yang bertumbukan, sehingga semakin tinggi frekuensi terjadinya tumbukan dan lajunya meningkat. Sebagai contoh, dalam reaksi korosi besi di udara, laju reaksi korosi besi lebih tinggi pada udara yang kelembabannya lebih tinggi (konsentrasi reaktan H2O tinggi)

2. Wujud Fisik Reaktan

Jika reaktan yang bereaksi dalam wujud fisik (fasa) yang sama, semuanya gas atau semuanya cair, maka tumbukan antar partikel didasarkan pada gerak acak termal dari partikel. Jika reaktan yang bereaksi berbeda wujud fisik (fasa), tumbukan yang efektif hanya terjadi pada bagian antarfasa. Jadi, reaksi dengan reaktan-reaktan berbeda fasa dibatasi oleh luas permukaan kontak reaktan. Oleh karena itu, semakin luas permukaan kontak reaktan per unit volum, maka semakin tinggi frekuensi terjadinya tumbukan partikel reaktan dan laju reaksi meningkat. Sebagai contoh, pada reaksi pembakaran kayu, akan lebih mudah dan cepat membakar kayu gelondongan yang telah dipotong menjadi balok-balok kecil dibanding dengan langsung membakar kayu gelondongan tersebut.

3. Temperatur

Semakin tinggi temperatur maka semakin tinggi energi kinetik dari partikel reaktan, sehingga frekuensi tumbukan dan energi tumbukan meningkat. Oleh karena itu, semakin tinggi temperatur, laju reaksi juga semakin cepat. Sebagai contoh, pada reaksi glowing stick menyala (reaksi chemiluminescence), glowing stick menyala lebih cepat dan terang di dalam air panas dibanding dalam air dingin.

4. Keberadaan Katalis

Katalis adalah zat yang dapat mempercepat laju reaksi, tanpa terkonsumsi di dalam reaksi tersebut. Katalis menyediakan alternatif jalur reaksi dengan energi aktivasi yang lebih rendah dibanding jalur reaksi tanpa katalis sehingga reaksinya menjadi semakin cepat.

Hukum Laju

Hukum laju (persamaan laju) menyatakan hubungan antara laju reaksi dengan konsentrasi dari reaktan dipangkatkan bilangan tertentu. Untuk reaksi:

aA + bB → cC + dD

Hukumnya adalah:

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

di mana nilai konstanta laju, k dan nilai x dan y ditentukan berdasarkan eksperimen, bukan berdasarkan koefisien stoikiometri persamaan reaksi setara. Untuk reaksi tersebut, dikatakan reaksi orde ke-x terhadap A, orde ke-y terhadap B, dan orde reaksi total sama dengan x + y.

Contoh soal:

NO_2 \:(g) + CO(g) \longrightarrow NO (g) + CO_2 (g)

Eksperimen Laju reaksi awal (M s-1) [NO2] awal (M) [CO] awal (M)
1 0,005 0,10 0,10
2 0,080 0,40 0,10
3 0,005 0,10 0,20

Berdasarkan data eksperimen reaksi di atas, tentukan:

  1. orde reaksi terhadap NO2
  2. orde reaksi terhadap CO
  3. orde reaksi total
  4. konstanta laju
  5. laju reaksi ketika [NO2] = 0,40 M dan [CO] = 0,40 M

Jawab:

Pertama, asumsikan bahwa hukum laju dari reaksi ini yaitu:

v = k [NO_2]^x [CO]^y

a. Untuk menghitung nilai x pada [NO2]x, kita perlu membandingkan data eksperimen 1 dan 2, di mana [NO2] bervariasi namun [CO] konstan.

\frac{v_2}{v_1} = \frac{k[NO_2]_2^x [CO]_2^y}{k[NO_2]_1^x [CO]_1^y} = (\frac{[NO_2]_2}{[NO_2]_1})^x atau

\frac{0,080 Ms^{-1}}{0.005 Ms^{-1}} = (\frac{0,40 M}{0,10 M})^x

Diperoleh 16 = (4)x, dengan demikian x = 2. Jadi, orde reaksi terhadap NO2 = 2.

b. Untuk menghitung nilai y pada [CO]y, kita perlu membandingkan data eksperimen 1 dan 3, di mana [CO] bervariasi namun [NO2] konstan.

\frac{v_3}{v_1} = \frac{k[NO_2]_3^x [CO]_3^y}{k[NO_2]_1^x [CO]_1^y} = (\frac{[CO]_3}{[CO]_1})^y atau

\frac{0,005 Ms^{-1}}{0,005 Ms^{-1}} = (\frac{0,20 M}{0,10 M})^y

Diperoleh 1 = (2)y, dengan demikian y = 0. Jadi, orde reaksi terhadap CO = 0.

c. Hukum laju reaksi ini yaitu v = k[NO_2]^2. Orde reaksi keseluruhan = x + y = 2 + 0 = 2

d. Untuk menghitung konstanta laju, digunakan salah satu data eksperimen di atas, misalnya eksperimen 1.

v_1 = k[NO_2]_1^2 k = \frac{v_1}{[NO_2]_1^2} = \frac{(0,005 Ms^{-1})}{(0,10 Ms^{-1})} = 0,5 M^{-1}s^{-1}

e. v = k[NO_2]^2 = (0,5 M^{-1}s^{-1})(0,40 M)^2

v = 8 \times 10^{-2} M s^{-1}

Referensi
– Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.
– Chang, Raymond. 2010. Chemistry (10th edition). New York: McGraw Hill
– Purba, Michael. 2006. Kimia 2A untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.
– Silberberg, Martin S. 2009. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (5th edition). New York: McGraw Hill

Artikel: Laju Reaksi Kimia
Kontributor: Nirwan Susianto, S.Si.
Alumni S1 Kimia UI

Materi lainnya:

  1. Ikatan Kimia: Ion Kovalen Logam
  2. Termokimia
  3. Stoikiometri