Energi AktivasiMengapa beberapa reaksi kimia terjadi dengan mudah sementara yang lainnya memerlukan

masukan panas yang besar untuk dapat terjadi? Jika kita mencampur sodium metalik dengan

air, reaksi dapat terjadi segera, melepaskan banyak panas (cukup untuk menyalakan gas

hidrogen yang terbentuk). Logam Golongan II, seperti kalsium, bereaksi pada tingkat yang jauh

lebih lambat. Berbeda dengan reaksi yang sangat kuat pada natrium, reaksi dengan kalsium kita

mendapat gas hidrogen yang dilepaskan cukup lambat.

Menyediakan partikel reaktan dengan energi menyebabkan ikatan antara atom-atom bergetar

dengan frekuensi yang lebih besar. Peningkatan energi getaran membuat ikatan kimia lebih

mungkin untuk pecah dan reaksi kimia lebih mungkin terjadi ketika partikel-partikel tersebut

bertumbukan dengan partikel lainnya. Energi aktivasi untuk reaksi adalah energi minimum

partikel yang bertumbukan harus dimiliki untuk menjalani reaksi. Beberapa reaksi terjadi

dengan mudah pada suhu kamar karena partikel yang bereaksi telah memiliki energi aktivasi

yang diperlukan pada suhu tersebut. Reaksi lainnya hanya terjadi ketika dipanaskan karena

partikel tidak memiliki energi yang cukup kecuali sumber eksternal panas diberikan pada partikel

yang akan memberikan energi kinetik yang lebih besar.

Sejumlah besar energi sering diperlukan untuk reaksi kimia berlangsung, karena kekuatan ikatan

yang perlu untuk dipecah. Jumlah energi aktivasi yang diperlukan untuk memulai reaksi sering

disebut hambatan energi (energi barrier). Energi ini jarang disediakan oleh molekul yang sedang

bertabrakan, faktor lainnya sehingga diperlukan untuk membantu molekul menghilangkan

penghalang energi dan memfasilitasi reaksi kimia. Panas, merupakan faktor fisik, dan

menambahkan enzim yang tepat, adalah faktor kimia, adalah dua contoh faktor yang

mengaktifkan molekul.

Setelah reaksi kimia telah dimulai, sering melepaskan energi yang cukup, biasanya sebagai

panas, untuk mengaktifkan reaksi berikutnya dan seterusnya dalam reaksi berantai. Inilah apa

yang terjadi pada kembang api. Kayu dapat terletak di tumpukan kayu selama bertahun-tahun

tanpa meledak dan terbakar secara spontan. Setelah dibakar, diaktifkan oleh percikan, itu benar-

benar akan memakan dirinya dengan panas yang dilepaskan pasokan energi aktivasi untuk

menjaga sisa pembakaran kayu. Pemanasan campuran akan meningkatkan laju reaksi.

Untuk sebagian besar reaksi biologis, pemanasan tidak praktis karena suhu tubuh terbatas pada

rentang yang sangat kecil. Panas hanya dapat digunakan sebagai cara untuk mengatasi

hambatan energi sampai batas yang sangat terbatas sebelum sel-sel akan rusak. Untuk reaksi

dalam kehidupan dapat berlangsung, sel-sel harus menggunakan enzim yang secara selektif

dapat menurunkan energi aktivasi reaksi.

Enzim adalah molekul protein yang bertindak sebagai katalis biologi. Katalis adalah molekul

yang mempercepat reaksi kimia, tetapi tetap tidak berubah pada akhir reaksi. Hampir setiap

reaksi metabolisme yang terjadi di dalam organisme hidup dikatalisis oleh enzim. Enzim memiliki

bentuk tiga dimensi yang tepat dan memiliki situs aktif, yang mana molekul dapat melekatkan

sendiri ke enzim. Bentuk situs aktif memungkinkan molekul tertentu untuk mengikat dengan

sempurna, sehingga setiap jenis enzim biasanya akan bertindak hanya pada satu jenis molekul,

disebut molekul substrat. Reaksi yang dikatalisis oleh enzim akan berlangsung cepat pada

temperatur yang lebih rendah dibandingkan tanpa mereka.

Sebagai contoh, selama respirasi, molekul glukosa bereaksi dengan molekul oksigen dan

dipecah untuk membentuk karbon dioksida dan air dan melepaskan energi. Karena glukosa dan

oksigen secara alami tidak reaktif, sejumlah kecil energi aktivasi harus ditambahkan untuk

memulai proses respirasi. Ketika salah satu molekul substrat berikatan dengan enzim yang

diperlukan, bentuk molekul akan sedikit berubah. Hal ini pada gilirannya membuat lebih mudah

bagi molekul yang mengikat molekul lain atau berubah menjadi produk reaksi. Dengan demikian,

enzim telah mengurangi energi aktivasi reaksi, atau membuat lebih mudah bagi reaksi untuk

berlangsung.

Jika hambatan energi tidak ada, molekul yang kompleks yang hidup tergantung pada energi

tinggi akan menjadi tidak stabil dan memecah jauh lebih mudah. Oleh karena itu, hambatan

energi aktivasi mencegah sebagian besar reaksi dapat terjadi dengan mudah. Hal ini

memastikan lingkungan yang stabil bagi semua makhluk hidup.

Tetapan Laju dan Persamaan ArrheniusKata Kunci: Arrhenius

Ditulis oleh Jim Clark pada 23-09-2004

Halaman ini menitikberatkan pada bagaimana tetapan laju bergantung pada suhu dan energi

aktivasi seperti yang ditunjukkan oleh persamaan Arrhenius.

 Persamaan Arrhenius

Tetapan laju dan persamaan laju

Kita ingat bahwa persamaan laju dari suatu reaksi antara dua senyawa A dan B ditulis seperti

dibawah ini :

Persamaan laju menunjukkan pengaruh dari perubahaan konsentrasi reaktan terhadap laju reaksi.

Bagaimana dengan faktor-faktor lainnya (seperti suhu, katalis) yang juga mempengaruhi laju

reaksi? Bagaimana hal ini dapat berlaku dalam persamaan laju ini?

Seluruh faktor-faktor ini termasuk didalam tetapan laju dimana sebenarnya tetap bila kita hanya

mengubah konsentrasi dari reaktan. Ketika kita mengubah suhu maupun katalis, sebagai contoh,

tetapan laju akan berubah.

Perubahaan ini digambarkan secara matematis oleh persamaan Arrhenius.

Persamaan Arrhenius

Apa arti dari berbagai simbol ini ?

Mulai dari yang sederhana …

Temperatur atau suhu, T

Agar berlaku dalam persamaan, suhu harus diukur dalam kelvin.

Konstanta atau tetapan gas, R

Tetapan ini datang dari persamaan, pV=nRT, yang berhubungan dengan tekanan, volume

dan suhu dalam jumlah tertentu dari mol gas.

Energi aktivasi, EA

Ini merupakan energi minimum yang diperlukan bagi reaksi untuk berlangsung. Agar

berlaku dalam persamaan, kita harus mengubahnya menjadi satuan Joule per mole, bukan kJ mol -1

Lalu beberapa yang cukup rumit …

e

Harga dari satuan ini adalah 2.71828 … dan ini merupakan satuan matematis seperti

layaknya pi. Anda tidak perlu terlalu bingung untuk mengerti apa artinya ini, untuk menghitung

persamaan Arrhenius.

Ekspresi, e-(EA/RT)

Ekspresi ini menghitung fraksi dari molekul yang berada dalam keadaan gas dimana

memiliki energi yang sama atau lebih dari energi aktivasi pada suhu tertentu.

Faktor frekwensi, A

Kita juga dapat menyebut ini sebagai faktor pre-eksponensial atau faktor sterik.

A merupakan istilah yang meliputi faktor seperti frekwensi tumbukan dan orentasinya. A sangat

bervariasi bergantung pada suhu walau hanya sedikit. A sering dianggap sebagai konstanta pada

jarak perbedaan suhu yang kecil.

Pada saat ini mungkin Anda lupa dengan persamaan Arrhenius semula. Persamaan Arrhenius

didefinisikan sebagai:

 

Kita dapat mengalikan kedua sisinya dengan “ln” sehingga menjadi persamaan:

“ln” merupakan salah satu bentuk logaritma.

Menggunakan persamaan Arrhenius

Pengaruh pengubahaan suhu

Kita dapat menggunakan persamaan Arrhenius untuk menggambarkan pengaruh dari perubahaan

suhu pada tetapan reaksi – dan tentunya laju reaksi. Jika misalkan tetapan laju berlipatganda,

maka juga laju reaksi akan berlipatganda. Lihat kembali ke persamaan pada awal dari halaman ini

bila Anda tidak yakin dengan pernyataan ini.

Apa yang terjadi ketika kita menaikkan suhu sebesar 10oC ke, misalkan, dari 20oC ke 30oC

(293 K ke 303 K)?

Faktor frekwensi, A, dalam persamaan ini kurang lebih konstan untuk perubahaan suhu yang kecil.

Kita perlu melihat bagaimana perubahaan e-(EA/RT) – energi dari fraksi molekul sama atau lebih

dengan aktivasi energi.

Mari kita ansumsikan energi aktivasi 50 kJ mol-1. Dalam persamaan, kita perlu menulisnya sebagai

50000 J mol-1. Harga dari konstanta gas, R, adalah 8.31 J K-1 mol-1.

Pada 20oC(293 K) harga dari fraksi adalah:

Dengan menaikkan suhu walau hanya sedikit (ke 303 K), peningkatannya:

Kita dapat melihat bahwa fraksi molekul-molekul mampu untuk bereaksi dua kali lipat dengan

peningkatan suhu sebesar 10oC. Hal ini menyebabkan laju reaksi hampirmenjadi berlipatganda.

Pengaruh dari katalis

Katalis akan menyediakan rute agar reaksi berlangsung dengan energi aktivasi yang lebih rendah.

Andaikan keberadaan katalis menurunkan energi aktivasi sebesar 25 kJ mol-1. Kita ulangi

perhitungan pada 293 K :

Jika kita membandingkan ketika harga dari aktivasi energi sebesar 50 kJ mol-1, kita dapat melihat

terjadi peningkatan yang luar biasa pada fraksi molekul-molekul untuk dapat bereaksi. Hampir

lebih dari 30000 lipat molekul-molekul dapat bereaksi dengan keberadaan katalis dibandingkan

tanpa katalis. Sesuatu hal yang sangat luar biasa!