persamaan aRrhenius dan energi aktivasiNurullah Aulia Sugiarti, Ely PurwantiLab. Kimia Fisika Jurusan Kimia Universitas Negeri SemarangGedung D8 Lt 2 Sekaran Gunungpati Semarang, Indonesia kode pos 50229Nurullahaulia2411@gmail.com, 085741415940

AbstrakPraktikum persamaan Arhenius dan energi aktivasi bertujuan untuk mengetahui pengaruh temperatur terhadap laju reaksi serta untuk menentukan energi aktivasi suatu reaksi kimia melalui persamaan Arrhenius. Pada praktikum ini menggunakan metode variasi temperatur sebesar 10, 1520253035Sistem pada tabung 1 dan tabung dua yang berisi campuran larutan tertentu dibuat sama temperaturnya sesuai variasi temperatur tersebut, untuk kemudian dicampurkan kedua sistem tersebut ketika telah tercapai temperatur yang sama. Campuran kedua sistem kemudian diaduk hingga tebentuk larutan berwarna biru pertama kali. Waktu ketika mulai pencampuran kedua sistem hingga terbentuk warna biru dicatat sebagai t. sedangkan temperatur akhir campuran dicatan sebagai T. variabel kontrol yang digunakan dalam praktikum ini ialah temperatur, sedangkan variable terikatnya yaitu perubahan warna biru larutan. Dari data hasil praktikum tersebut didapatkan grafik linear yang melukiskan hubungan antara 1/T dengan ln K dengan persamaan y= 2682,3x - 15,08. Dari analisis data praktikum diperoleh Ea = 22,300642 kJ/mol, ln A = -15,08 dan A = 0,0257. Dari hasil praktikum tersebut dapat ditarik simpulan bahwa semakin naik temperatur suatu sistem maka waktu yang diperlukan untuk bereaksi akan semakin cepat, dengan kata lain temperatur berbanding terbalik terhadapwaktu reaksi. Kata kunci : Energi Aktivasi; Persamaan Arrhenius; Temperatur.

Abstract

Practicum Arrhenius equation and the activation energy is aimed to determine the effect of temperature on the reaction rate and to determine the activation energi of a chemical reaction through the Arrhenius equation. In this lab using the method of variation of temperature of 10 , 15 , 20 , 25 , 30 , 35 . Sistem on the tube 1 and tube containing a mixture of two specific solutions are created equal temperatur corresponding variation of temperature, and then mixed the two sistems when it has reached the same temperatur. The time when the start of mixing the two sistems to form a blue color noted as t. From the lab result data obtained liner graph illustrating the relationship between 1 / T with ln K with the equation y = 2682,3x - 15.08. From the data analysis lab obtained Ea = 22.300642 kJ / mol, ln A = -15.08 and A = 0.0257. From the results of the lab can be drawn the conclusion that the rise of temperatur of a sistem, the time required for the reaction will be faster, in other words, the reaction temperatur is inversely to the time.Keywords: Activation Energi; Arrhenius equation; Temperatur.

PendahuluanLaju reaksi merupakan besarnya perubahan konsentrasi pereaksi serta hasil reaksi dalam satuan waktu, atau laju pengurangan konsentrasi molar salah satu pereaksi atau penambahan konsentrasi molar salah satu produk dalam satuan waktu (Atkins, 1999).Ada empat faktor yang mempengaruhi kecepatan laju reaksi. Pertama, konsentrasi zat yang berkaitan dengan jumlah partikel zat terlarut. Semakin besar konsentrasi zat, maka semakin banyak jumlah partikel zat terlarut sertaa jarak antar partikel semakin berdekatan, sehingga tumbukan antar partikel akan sering terjadi dan reaksi berlangsung lebih cepat. Kedua yaitu tempeatur. Laju reaksi akan berjalan lebih cepat seiring dengan pertambahan temperatur (Castellan, 1982). Ketiga, luas permukaan yang berhubungan dengan bidang sentuh partikel zat terlarut. Serbuk memiliki bidang sentuh yang lebih luas dibandingkan dengan kepingan atau butiran, sehingga bidang sentuhnya lebih banyak untuk bertumbukan dengan zat lain. Ke empat ialah katalisator. Katalisator merupakan suatu zat yang dapat mempercepat laju reaksi namun tidak ikut bereaksi. Hal ini karena katalisator mampu menurunkan energi aktivasi, sehingga kompleks teraktivasi lebih cepat terbentukdan laju reaksi akan semakin cepat. Energi aktivasi merupakan istilah yang pertama kali dikenalkan oleh Svante Arrhenius yang didefinisikan sebagai energi yang harus dilampaui agar reaksi kimia dapat terjadi dan dinyatakan dalam satuan kilojoule per mol (Vogel, 1994). Dalam kinetika reaksi, suatu reaksi dapat berlangsung melalui beberapa tahapan yang mana diawali dengan tumbukan antar partikel zat terlarut. Setelah partikel reaktan bertumbukan maka akan terjadi penyusunan ulang ikatan dalam senyawa reaktan menjadi susunan ikatan yang berbeda dengan membentuk senyawa produk. Kondisi ini dinamakan keadaan transisi kompleks (Vogel, 1994). Proses pencapaian keadaan transisi kompleks membutuhkan energi yang disuplai dari luar sistem yang disebut sebagai energi aktivasi. Pada reaksi eksoterm maupun endoterm memiliki energi aktivasi positif karena keadaan transisi kompleks memiliki tingkat energi yang lebih tinggi dari pereaksi (Castellan, 1982).Persamaan Arrhenius mendefinisikan secara kuantitatif hubungan antara energi aktivasi dengan konstanta laju reaksi sesuai dengan persamaan yang diusulkan oleh Arrhenius pada tahun 1889.

Persamaan Arrhenius tersebut dapat dianalogikan dengan persamaan garis lurus dengan persamaan y = mx + c, sehingga hubungan antara energi aktivasi temperatur serta laju reaksi dapat dianalisis dalam bentuk grafik ln K vs 1/T sebagai titik absis. Gradient pada persamaan tersebut ialah (Ea/RT) dengan intersep ln A (Tim Dosen Kimia Fisika, 2014).Terdapat tiga faktor yang dapat mempengaruhi energi aktivasi suatu reaksi. Pertama, yakni temperatur. Melalui peningkatan temperatur sebesar 10 C, maka fraksi molekul-molekul mampu untuk bereaksi dua kali lipat. Hal tersebut mengakibatkan laju reksi menjadi berlipat ganda. Kedua ialah faktor frekuensi. Untuk perubahan temperatur yang kecil, dalam persamaan ini kurang lebih konstan. Perubahan energi dari fraksi molekul sama atau lebih dari energi aktivasi. Ketiga ialah faktor penambahan katalis. Katalis akan menyediakan jalan agar reaksi berlangsung dengan energi aktivasi yang lebih rendah (Castellan, 1982). Berdasarkan uraian latar belakang tersebut, maka pembuktikan pengaruh suhu terhadap laju reaksi dan menghitung energi aktivasi (Ea) dengan menggunakan persamaan Arrhenius perlu dilakukan.MetodeAlat yang digunakan dalam praktikum ini diantaranya, rak tabung reaksi yang terbuat dari kayu, tabung reaksi dari Pyrex sebanyak 12 buah, beaker glass 50 mL dari Pyrex 2 buah, pipet ukur 10 ml, 5 ml, dan 1 ml dari Pyrex masing-masing satu buah, pepet tetes 5 buah, stopwatch dan termometer 2 buah. Sedangkan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah larutan H2O2 0,04 M, KI 0,1 M, NaS2O3 0,001 M, larutan Amilum 1%, es batu dan akuades. Masing-masing larutan tersebut dibuat dari bahan serbuk yang dilarutkan dengan akuades dengan menggunakan labu ukur merek Pyrex.Terdapat beberapa tahapan dari prosedur dalam praktikum ini. Tahap pertama ialah persiapan dua sistem untuk variasi temperatur 10 0C, 150C, 20 0C, 25 0C, 30 0C, 35 0C. Sistem I dibuat dengan mencampurkan 5 ml H2O2 0,04 M dan 5 ml H2O. Sedangkan untuk sistem II diisi dengan campuran larutan 10 ml KI 0,1 M, 1ml Na2S2O3 0,001 M, dan 1 ml larutan Amilum 1%. Kedua sistem tersebut kemudian dibuat variasi 6 kali, sehingga jumlah tabung keseluruhan ada 12 buah. Antara tabung yang berisi sistem I dan sistem II tersebut kemudian disamakan temperaturnya mulai dari temperatur rendah 10 0C, 150C, 20 0C, 25 0C. penyamaan temperatur kedua sistem dilakukan dengan menggunakan Waskom yang berisi es batu yang disebut terrmostat sederhana. Sedangkan penyamaan temperatur tinggi sebesar 30 0C, 35 0C dilakukan dengan menggunakan waterbath. Setelah kedua sistem bertemperatur sama, kedua sistem tersebut dicampurkan dalam beker glass kemudian diaduk hingga terbentuk warna biru. Waktu sejak pencampuran hingga terbentuk warna biru dicatat sebagai t. sedangkan temperatur akhir saat awal terbentuk warna biru dicatat sebagai Temperatur campuran (T).Data yang diperoleh dari praktikum tersebut yang berupa t dan T tersebut kemudian digunakan untuk mencari nilai 1/T dan ln K yang mana digunakan untuk membuat grafik persamaan Arrhenius yang berupa garis lurus. Grafik hubungan antara 1/T dengan ln K tersebut dibuat dengan menggunakan program Microsoft excel dengan 1/T sebagai sumbu x dan ln K sebagai sumbu y, sehingga didapatkan persamaan garis lurus. Melalui persamaan garis lurus tersebut dapat dicari nilai Energi Aktivasi (Ea) menggunakan persamaan Arrhenius.Variabel yang digunakan dalam praktikum persamaan Arrhenius dan Energi aktivasi ialah warna akhir campuran (biru) sebagai variabel terikat. Variabel bebasnya ialah volume sistem, serta temperatur sebagai variabel kontrol.Hasil Dan PembahasanPada percobaan Arrhenius dan Energi Aktivasi ini dilakukan pembuatan grafik berupa grafik persamaan garis lurus hubungan antara 1/T dan ln K. Analisis data percobaan persamaan Arrhenius dan Energi Aktivasi ini dilakukan secara kulaitatif dan kuantitatif. Analisis data kualitatif dilakukan melalui pengamatan perubahan warna biru pada campuran antara larutan sistem I dan sitem II yang diberi perlakuan dengan variasi temperatur sebesar 10 0C, 150C, 20 0C, 25 0C, 30 0C, 35 0C. kedua sitem tersebut disamakan temperaturnya sesuai variasi temperatur tersebut untuk kemudian dicampurkan hingga terbentuk warna biru. Dari pengamatan tersebut didapatkan data yang berupa Temperatur camputan (T) dan waktu saat mulai pencampuran kedua sistem hingga terbentuk warna biru yang dicatat sebagai (t). data hasil pengamatan dapat dilihat pada Tabel 1.Tabel 1. Hasil Pengamatan Pencampuran LarutanNoSuhu Awal (C)Suhu AkhirCampuran (C)Rata-Rata suhu (C)Waktu reaksi (s)

Tabung 1Tabung 2Campuran

11010109 9.5

12

15.5

20

27.5

31.5

55

21515159 12.043.8

32020201115.539.2

42525251520.031.9

530303025 27.538

635353528 31.049

Data temperatur akhir campuran dan waktu reaksi yang diperoleh tersebut kemudian digunakan untuk mencari nilai 1/T dan ln K. Dari hasil yang ditunjukan pada Tabel diatas dapat diketahui bahwa semakin tinggi temperatur sistem maka semakin sedikit atau kecil waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi hingga terbentuk warna biru pada campuran tersebut. Namun dalam hasil praktikum ini terdapat kerancuan data pada variasi temperatur 30 0C, 35 0C. ketidak akuratan data tersebut disebabkan karena pencamuran kedua sistem pada variasi temperatur tersebut tidak dilakukan dalam thermostat. Artinya, dalam reaksi saat variasi tersebut tidak dijaga variabel kontrolnya yakni berupa temperatur reaksi, yang mana didapatkan temperatur campuran berturut-turut sebesar 27,5 0C dan 31 0C.Dari data temperatur akhir serta waktu reaksi yang didapatkan tersebut, dilakukan analisis data kuantitatif untuk mencari nilai 1/T dan ln k. Data hasil perhitungan nilai 1/T dan ln k dapat dilihat pada Tabel 2.Tabel 2. Hasil PerhitunganNo.Rerata suhu (K)1/TkLn k

1. 9.5

12

15.5

20

27.5

31.5

0.003540.00182-6.31102

2. 12.00.003510.00228-6.08332

3.15.50.003460.00254-5.97236

4.20.00.003410.00313-5.76629

5. 27.50.003320.00263-5.94127

6. 31.00.003280.00203-6.19550

Pada percobaan ini, energi aktivasi ditentukan nilainya dengan mengolah data dari grafik hubungan ln k dan 1/T berdasarkan persamaan Arrhenius. Untuk mendapatkan data-data yang akan diolah dalam grafik, dilakukan percobaan berulang dengan mengukur ln k reaksi dari temperatur yang bervariasi. Reaksi yang diukur adalah reaksi Hidrogen peroksida dengan ion iodida. Dalam hal ini, hidrogen peroksida dicampurkan bersamaan dengan iodida, ion tiosulfat, dan amilum. Penambahan larutan hidrogen peroksida berfungsi sebagai oksidator, yakni mengubah I- menjadi I2. I- kemudian berikatan dengan Na2S2O3 yang berfungsi sebagai reduktor. I2 berubah kembali menjadi I- yang selanjutnya berikatan dengan larutan amilum. Ion iodida dan hidrogen peroksida akan bereaksi membentuk gas I2, gas tersebut akan bereaksi berubah kembali dengan ion tiosulfat membentuk kembali ion iodida. Namun, dalam reaksi ini, tidak aka nada yodium yang dibebaskan sampai semua ion tiosulfat habis bereaksi. Dengan tambahan amilum, ion iodida yang terbentuk kembali akan bereaksi dengan amilum dan menghasilkan warna biru pada larutan. Amilum yang digunakan harus amilum yang masih fresh. Karena amilum yang tidak fresh memiliki kemungkinan perubahan struktur akibat pengaruh dari luar sistem. Oleh karena itu, larutan amilum sebaiknya dipanaskan terlebih dahulu sesaat sebelum digunakan.Reaksi yang terjadi dalam percobaan ini yaitu:2 H2O2 2 H2O + O2I2 + 2 S2O32- 2 I- +S4O62-2 H2O + 2 I- + S4O62- I2 + 2 H2S2O3 + 2 O2Perubahan warna yang terjadi pada campuran kedua sistem tersebut akan semakin cepat apabila reaksi berlangsung pada temperatur yang lebih tinggi. Pada temperatur yang lebih tinggi, ion-ion pereaksi akan memiliki energi kinetik yang lebih besar pula. Berdasarkan teori tumbukan, energi kinetic yang lebih besar akan membuat tumbukan antar partikel akan menjadi lebih sering, sehingga reaksi berlangsung lebih cepat (Atkins, 1999).Dari data tersebut terlihat adanya penambahan adanya kinetik partikel yang dilakukan dengan menaikan temperatur reaksi, inilah energi yang diberikan dari luar sistem untuk mencapai kondisi transisi seperti yang dijelaskan pada teori. Energi tersebut akan diukur besarnya sebagai energi aktivasi.Perubahan temperatur pada umumnya mempengaruhi harga tetapan laju (k). Jika temperatur dinaikan maka harga k akan meningkat dan sebaliknya. Dari harga k tersebut maka akan dapat dihitung energi aktivasi. Melalui perhitungan (analisis data pada lampiran) didapatkan data dalam grafik hubungan antara 1/T dan ln k yang dilukiskan dalam gambar 1.

Gambar 1. Grafik hubungan 1/T dan ln KDari grafik ln k dan 1/T tersebut diperoleh persamaan y = 2682,3x 15,08 sehingga dari persamaan tersebut didapatkan nilai Energi aktivasi (Ea) sebesar 22,300642 kJ/mol, ln A sebesar -15,08 yang dihitung menggunakan persamaan Arrhenius. Hubungan anergi aktivasi dengan laju reaksi adalah berbanding terbalik. Semakin besar energi aktivasi maka laju reaksinya semakin lambat karena energi minimum untuk terjadi reaksi semakin besar.Semakin kecil harga ln k maka harga 1/T rata-rata semakin besar. Hal ini membuktikan bahwa semakin tinggi temperatur maka energi aktivasinya akan semakin kecil dan semakin sedikit waktu yang diperlukan sehingga akan memperbesar harga laju reaksi. Hal ini sesuai dengan teori dimana energi aktivasi berbanding terbalik dengan laju reaksi (Castellan, 1982).KesimpulanDari data hasil pengamatan percobaan persamaan Arrhenius dan Energi aktifasi , setelah dilakukan analisis dan pengolahan data dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur sistem maka semakin kecil dan semakin sedikit waktu yang diperlukan sehingga akan memperbesar harga laju reaksi. Kesimpulan selanjutnya ialah harga Energi aktivasi (Ea) reaksi dalam praktikum ini yaitu sebesar 22,300642 kJ/mol.

Daftar PustakaAtkins PW. 1999. Kimia Fisika. Ed ke-2 Kartahadiprodjo Irma I, penerjemah;Indarto Purnomo Wahyu, editor. Jakarta : Erlangga. Terjemahan dari : Physichal Chemistry.Castellan GW. 1982. Physichal Chemistry. Third Edition. New York : General Graphic Services.Harjito, 2013, Panduan penulisan manuskrip., diunduh di www.facebook.com/groups/chemisfun/shshhsnshhhs.pdf pada tanggal 20 November 2014.Tim Dosen Kimia Fisik. 2014. Diktat Petunjuk Praktikum Kimia Fisik. Semarang : Jurusan Kimia FMIPA UNNESVogel. 1994. Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik. Jakarta : Penerbit Buku Kedokteran (EGC).

LAMPIRANJawaban Pertanyaan1. Alasan yang mungkin menyebabkan terjadinya penyimpangan jika suhu diatas 40oC adalah jika suhunya lebih dari 40oC maka larutan amilum akan rusak atau rusak sebagian , sehingga ion iodida yang terbentuk dari perubahan yodium tidak dapat terdeteksi dengan baik.2. Ya, energy aktivasi (Ea) dipengaruhi oleh temperatur, karena hubungan energi aktivasi dengan laju reaksi adalah berbanding terbalik. Semakin besar energi aktivasi maka laju reaksinya semakin lambat karena energi minimum untuk terjadi reaksi semakin besar. Semakin kecil harga ln K maka harga 1/T rata-rata semakin besar. Ini membuktikan bahwa semakin tinggi temperatur maka energi aktivasinya akan semakin kecil dan semakin sedikit waktu yang diperlukan sehingga akan memperbesar harga laju reaksi. Hal ini sesuai dengan teori dimana energi aktivasi berbanding terbalik dengan laju reaksi.3. Ya, karena temperatur berbanding terbalik dengan waktu. Semakin tinggi suhu, kecepatan gerak partikel-partikel pereaksi dan energi kinetik partikel ikut meningkat. Hal ini menyebabkan tumbukan akan lebih sering terjadi dan reaksi akan lebih cepat berlangsung. Perubahan suhu umumnya mempengaruhi harga tetapan laju K. Jika suhu dinaikan maka harga K akan meningkat dan begitu sebaliknya. Sehingga kurva energi aktifasi selalu linier pada setiap rentang temperatur.

Analisis Data a. Perhitunganmgrek H2O2= M . V . val= 0,04 x 5 x 2 = 0,4 mgrek mgrek KI = M . V . val= 0,1 x 10 x 1 = 1 mgrek mgrek Na2S2O3 = M . V . val = 0,001 x 1 x 1 = 0,001 mgrek (pereaksi pembatas) Mgrek H2O2 yang bereaksi = mgrek Na2S2O3

b. Menghitung nilai kk = [H2O2] bereaksi / [H2O2] awal x t t = 55 sk= 9,09 x 10-4 / 0,0091x55= 0,001816 t = 43.8 sk= 9,09 x 10-4 / 0,0091x43.8= 0,00228 t = 39.2 sk= 9,09 x 10-4 / 0,0091x39.2= 0,00265 t = 31.9 sk= 9,09 x 10-4 / 0,0091x3,41= 0,029293 t = 31.9k= 9,09 x 10-4 / 0,0091x31.9= 0,00313 t = 38k= 9,09 x 10-4 / 0,0091x38= 0,00263 t = 49k= 9,09 x 10-4 / 0,0091x49= 0,00204

c. Menghitung nilai 1/T Untuk T = 312 K1/T= 1/287,5 = 0.00354 Untuk T = 308 K1/T= 1/292 = 0.00346 Untuk T = 303,5 K1/T= 1/298,5 = 0.00341 Untuk T = 299 K1/T= 1/301,5 = 0.00332 Untuk T = 293,5 K1/T= 1/309,5 = 0.00328

d. Perhitungan Energi Aktivasi (Ea)Dari kurva diperoleh persamaan y = 2682,3x - 15,08 ( y = mx + b ) y = -2682,3x + 15,08m = -2682,3m = - Ea/R Ea= - ( m x R )= - (-2682,3 x 8,314)= 22.300,642 J/mol= 22,300642 kJ/molLampiran Data Pengamatan