KINETIKA KIMIA(Laju Reaksi)

Laju Reaksi / Kecepatan Reaksi

Perubahan konsentrasi reaktan atau produk per satuan waktu.

reaktan produk

Selama berlangsungnya reaksi, molekul reaktan akan terurai, sedangkan molekul produk akan terbentuk, sehingga Laju reaksi dapat ditentukan dengan mengamati antara penurunan konsentrasi reaktan atau peningkatan konsentrasi produk.

A B

Δt

AΔV

A

Δt

BΔV

B

Δt

Δ[B]

Δt

AΔ

Contoh reaksi : 2A B

2 mol A terurai, maka akan terbentuk 1 mol B

laju peruraian zat A = 2 x laju pembentukan zat B.

VA = 2VB

BVV

2

1A

1

2

BV

AV

Perbandingan kecepatan peruraian zat A dengan kecepatan pembentukan zat B menjadi :

Δt

[B]

Δt

[A]

2

1

Atau VA : VB = 2 : 1

Untuk reaksi umum :

aA + bB cC + dD

Rumus laju reaksinya :

Δt

Δ[D]

d

1

Δt

Δ[C]

c

1

Δt

Δ[B]

b

1

Δt

Δ[A]

a

1V

Perbandingan laju reaksinya :

VA : VB : VC : VD = a : b : c : d

Soal

1. Dalam suatu percobaan yang melibatkan proses Born-Harber : N2 + 3H2 2NH3, diperoleh bahwa laju terbentuknya NH3 adalah 2,0 x 10-4 mol.L-1.s-1. Berapakah laju reaksi tersebut berdasarkan hilangnya H2 ?

2

3

NV

HV

Jawab :Perbandingan laju menghilangnya H2 (VH) dengan laju pembentukan NH3 (VN) adalah 3 : 2

2N

3V

HV

2

4-10 x 2,0 x 3H

V

VH = 3 x 10-4 mol.L-1.s-1.

U.S. National Chemistry Olimpiad (1999)2. Laju pembentukan O3(g) adalah 2,0 x 10-7 mol.L-1.s-1

menurut reaksi : 3O2(g) 2O3(g). Berapakah laju menghilangnya O2(g) dalam mol.L-1.s-1 ?

Olimpiade Kimia Nasional (2002)

3. Laju reaksi dari suatu reaksi didefinisikan sebagai besarnya pengurangan konsentrasi pereaksi tiap satuan waktu, atau sebagai besarnya penambahan konsentrasi hasil reaksi tiap satuan waktu. Jika pada reaksi : 1/2N2 + 3/2H2 NH3, dimana laju reaksi berdasarkan konsentrasi N2 adalah vN dan laju reaksi berdasarkan konsentrasi H2 dinyatakan sebagai vH maka hubungan kedua laju tersebut adalah ……

Percobaan penentuan laju reaksi :

Br2(aq) + HCOOH(aq) 2Br-(aq) + 2H+

(aq) + CO2(g).

Kecepatan (laju) reaksi dapat didefinisikan sebagai perubahan konsentrasi reaktan per satuan waktu.

Waktu (s) [Br2] (M)

0,00 0,0120

50,0 0,0101

100,0 0,00846

150,0 0,00710

200,0 0,00596

250,0 0,00500

300,0 0,00420

350,0 0,00353

400,0 0,00296

Pemilihan rentang waktu (perubahan waktu, t) akan melahirkan beberapa nama laju reaksi.

Jika : t rentangnya besar Vrata-rata

t rentangnya kecil,bahkan nol (0) Vsesaat

t = 0 Vawal

[Br2] = [Br2]akhir – [Br2]awal

t = takhir – tawal.

Δt

BrΔV 2

rata-rata

Vrata-rata 50 detik pertama

M/s 10 x 3,80V

s 0,050,0

M 0,0120)(0,0101V

Δt

]Δ[BrV

5rata-rata

rata-rata

2rata-rata

Vrata-rata 50 detik kedua

M/s 10 x 3,28V

s 50,0-100,0

M 0,0101)(0,00846V

Δt

]Δ[BrV

5rata-rata

rata-rata

2rata-rata

Menentukan laju rata-rata

Vrata-rata 50 detik ketiga

M/s 10 x 72,2V

s 100,0-150,0

M 0,00846) - (0,00710V

Δt

]Δ[BrV

5rata-rata

rata-rata

2rata-rata

Vrata-rata 50 detik keempat

M/s 10 x 28,2V

s 150,0 - 200,0

M 0,00710) - (0,00596V

Δt

]Δ[BrV

5rata-rata

rata-rata

2rata-rata

Vrata-rata 100 detik pertama

M/s 10 x 26,7V

s 0,0 - 100,0

M 0,00120) - (0,00846V

Δt

]Δ[BrV

5rata-rata

rata-rata

2rata-rata

Penentuan laju sesaat

Laju sesaat dapat ditentukan dengan membuat grafik antara konsentrasi dengan waktu

Vsesaat = slop atau tangen yang melalui t pada titik waktu tersebut.

12

12

xx

yyVsesaat

Penentuan laju awal

Laju awal ditentukan dengan cara yang sama seperti penentuan laju sesaat, tetapi garis tangen yang ditentukan harus melalui titik t = 0

12

12

xx

yyVo

Hukum Kecepatan (Laju) Reaksi• Kecepatan suatu reaksi berhubungan dengan konsentrasi dari

zat-zat yang terlibat dalam suatu reaksi.

• Salah satu cara mempelajari pengaruh konsentrasi terhadap kecepatan reaksi adalah menentukan berapa kecepatan awal suatu reaksi.

• Marilah perhatikan reaksi berikut :

F2(g) + 2ClO2(g) 2FClO2(g)

No [F2] (M) [ClO2] (M) Kecepatan awal (M/s)

1 0,10 0,010 1,2 x 10−3

2 0,10 0,040 4,8 x 10−3

3 0,20 0,010 2,4 x 10−3

Perhatikan percobaan 1 dan 3, • Bila konsentrasi F2 dilipat-duakan sedangkan konsentrasi

ClO2 dipertahankan tetap, maka terlihat kecepatan reaksinya berlipat-dua juga.

• Jadi kecepatan berbanding langsung dengan [F2].

Perhatikan percobaan 1 dan 2, • Bila konsentrasi ClO2 dilipat-empat dengan

mempertahankan konsentrasi F2, terlihat bahwa kecepatan bertambah empat kali.

• Jadi kecepatan juga berbanding langsung dengan [ClO2].

Kita dapat meringkas pengamatan di atas dengan menulis :

V [F2][ClO2]

V = k [F2][ClO2]

Untuk reaksi umum :

aA + bB cC + dD

Hukum kecepatan mengambil bentuk :

V = k [A]X[B]Y

X dan Y merupakan ordo reaksi dari masing-masing reaktan

X + Y merupakan ordo reaksi keseluruhan.

X dan Y merupakan ordo reaksi yang nilainya harus ditentukan berdasarkan percobaan.

X dan Y tidak berhubungan dengan koefisien reaksi.

a. Tentukan ordo reaksi pada [BrO3-], [Br-], [H+] dan ordo reaksi

total.b. Tentukan persamaan laju reaksinyac. Tentukan laju relatif reaksi pada kondisi konsentrasi [BrO3

-], [Br-], [H+] berturut-turut 0,3; 0,2; dan 0,1 M

1. Pengukuran laju reaksi biasanya ditentukan dengan menggunakan metode laju awal, yaitu laju reaksi berdasarkan konsentrasi awal zat-zat yang bereaksi. Untuk reaksi : BrO3

- + 5Br- + 6H+ 3Br2 + 3H2O didapat data sbb :

Perc. ke [BrO3-]awal [Br-]awal [H+]awal Laju relatif

1 0,1 M 0,1 M 0,1 M 1

2 0,2 M 0,1 M 0,1 M 2

3 0,2 M 0,2 M 0,1 M 4

4 0,1 M 0,1 M 0,2 M 4

Jawab :

zyx

zyx

HBrBrO

HBrBrO

k

k

V

V

][][][

][][][

3

3

2

1

a. Menentukan ordo reaksi pada [BrO3-], [Br-], [H+] dan ordo reaksi total

Menentukan ordo reaksi pada [BrO3-]

Perhatikan percobaan 1 dan 2

zyx

zyx

k

k

]1,0[]1,0[]2,0[

]1,0[]1,0[]1,0[

2

1

x

2

1

2

1x = 1

Jadi ordo reaksi pada [BrO3-] adalah 1

Menentukan ordo reaksi pada [Br-]

Perhatikan percobaan 2 dan 3

zyx

zyx

k

k

]1,0[]2,0[]2,0[

]1,0[]1,0[]2,0[

4

2

y

2

1

2

1

zyx

zyx

k

k

]2,0[]1,0[]1,0[

]1,0[]1,0[]1,0[

4

1

y = 1

Jadi ordo reaksi pada [Br-] adalah 1

Menentukan ordo reaksi pada [H+]Perhatikan percobaan 1 dan 4

z

2

1

4

1z = 2

Jadi ordo reaksi pada [H+] adalah 2

Ordo reaksi total = x + y + z = 1 + 1 + 2 = 4

b. Persamaan laju reaksinya :V = k [BrO3

-][Br-][H+]2

c. Laju relatif reaksi pada kondisi konsentrasi [BrO3-], [Br-], [H+] berturut-

turut 0,3; 0,2; dan 0,1 M

Sebelum menentukan laju relatif reaksi pada kondisi ini, kita tentukan nilai k (konstanta kecepatan) berdasarkan hasil percobaan 1

V = k [BrO3-][Br-][H+]2

1 = k [0,1][0,1][0,1]2

k = 1 x 10-4

V = k [BrO3-][Br-][H+]2

V = 1 x 10-4 [0,3][0,2][0,1]2

V = 6 x 10-8

Jadi laju relatif reaksi pada kondisi konsentrasi [BrO3-], [Br-], [H+]

berturut-turut 0,3; 0,2; dan 0,1 M adalah 6 x 10-8

2. Dalam suatu percobaan penentuan laju reaksi :2NO + O2 2NO2 diperoleh data sebagai berikut :

No [NO] (M) [O2] (M) V (Ms-1)

1 0,40 0,20 0,096

2 0,30 0,30 0,162

3 0,20 0,20 0,048

4 0,10 0,10 0,006

5 0,05 0,10 0,003

a. Tentukan ordo reaksinya !b. Tentukan persamaan laju reaksinya !c. Tentukan harga tetapan lajunya !

• Karena konsentrasi awal NO tidak ada yang sama, maka ordo dari NO ditentukan terlebih dahulu :

yx

yx

ONO

ONO

k

k

V

V

][][

][][

2

2

3

1

• Perhatikan reaksi No. 1 dan 3

yx

yx

k

k

]20,0[]20,0[

]20,0[]40,0[

048,0

096,0

x)2(2

x = 1

• Perhatikan reaksi No. 3 dan 4

yx

yx

ONO

ONO

k

k

V

V

][][

][][

2

2

4

3

yx

yx

k

k

]10,0[]10,0[

]20,0[]20,0[

006,0

048,0

y)2()2(8 1

y = 2

a. NO berordo kesatu, O2 berordo kedua dan reaksi tersebut berordo ketiga.

b. V = k [NO][O2]2

c.2

2 ]][[ ONO

Vk

2]2,0][4,0[

096,0k k = 6 M.s-1

3. Data pengamatan kecepatan awal dari reaksi :

2A + B A2B, adalah sebagai berikut :

No [A] (M) [B] (M) V (Ms-1)

1 0,15 0,05 1,5 x 10-4

2 0,20 0,10 4,0 x 10-4

3 0,25 0,25 1,25 x 10-3

4 0,30 0,20 1,20 x 10-3

5 0,45 0,15 1,35 x 10-3

a. Tentukan ordo reaksinya !b. Tentukan persamaan laju reaksinya !c. Tentukan harga tetapan lajunya !

• Dalam kasus seperti ini, kita harus mengambil data yang hasil baginya mudah disederhanakan dalam perpangkatan, seperti ½ dengan ¼ atau 1/3 dengan 1/9

yx

B

B

A

A

k

k

V

V

4

1

4

1

4

1

][

][

][

][

• Perhatikan data 1 dan 4

yx

3

4

0,20

0,05

0,30

0,15

10 x 1,2

10 x 1,5

yx

4

1

2

1

8

1

x + 2y = 3

• Perhatikan data 1 dan 5y

5

1

x

5

1

5

1

[B]

[B]

[A]

[A]

k

k

V

V

yx

3

4

0,15

0,05

0,45

0,15

10 x 1,35

10 x 1,5

2yx3

2

1

2

1

2

1

yx

3

1

3

1

9

1

yx2

3

1

3

1

3

1

x + y = 2

• Dari dua persamaan yang diperoleh :

[A][B]

Vk

x + 2y = 3x + y = 2

y = 1

Masukan nilai itu pada x + y = 2, maka x = 1

a. Ordo reaksi A =1, dan ordo reaksi B = 1, ordo total = 1 + 1 = 2

b. V = k [A][B]

c.5)(0,15)(0,0

10 x 1,5k

-4

k = 2 x 10-2 M.s-1

U.S. National Chemistry Olimpiad

1. Reaksi antara NO(g) dan O2(g) adalah reaksi berordo kedua terhadap NO(g) dan berordo pertama untuk O2(g). Jika konsentrasi kedua pereaksi dijadikan 2 kali konsentrasi semula, maka laju reaksinya dibandingkan dengan laju semula menjadi ……

2. Untuk reaksi NO + Cl2 2NOCl, laju reaksinya adalah v = 0,4 [NO]2[Cl2] dalam M/menit. Jika 2 mol NO dan 2 mol Cl2 direaksikan dalam wadah 4 liter, berapakah laju reaksi pada saat 80% NO bereaksi ?

3. Percobaan terhadap reaksi :

CH3Cl(g) + H2O(g) CH3OH(g) + HCl(g)menghasilkan data sebagai berikut :

Percobaan [CH3Cl]0 [H2O]0 Laju awal

1 0,100 0,100 0,182

2 0,200 0,200 1,45

3 0,200 0,400 5,81

Berdasarkan data diatas tentukan persamaan laju reaksinya !

4. Tabel berikut memberikan informasi reaksi :A + B C + D

Reaksi No. [A]0 (M) [B]0 (M) Waktu (detik)

1 0,4 0,1 152

2 0,8 0,1 76

3 1,2 0,1 52

4 0,4 0,2 152

5 0,4 0,4 152

a. Berapa ordo masing-masing pereaksi ?b. Tulislah persamaan laju reaksi diatas !

Hubungan Konsentrasi Reaktan dengan Waktu

Reaksi-reaksi berordo kesatu

A produk

Δt

Δ[A]V k[A]V

Δt

Δ[A][A]k Δtk

[A]

Δ[A] dtk

[A]

d[A]

t

0

At

Aodtk

[A]

d[A]k t

A

Aln

o

t

ln At = k t + ln Ao ot Atk

A log303,2

log

Waktu paruh

maka,1/2AA ikonsentras bila

A

Aln x

k

1t

ot

t

o

k

0,693t

2ln x k

1t

1/2A

Aln x

k

1t

1/2

1/2

o

o1/2

• Untuk reaksi-reaksi yang berlangsung dalam keadaan gas, kita dapat mengganti konsentrasi dengan tekanan dari reaktan.

• Reaksi : A(g) produk

• Persamaan gas ideal : PV = nRT

RT

P[A]

V

nA

• Substitusikan [A] dengan P/RT pada persamaan :

k.tP

Pln o k.t

RT

PRT

P

ln k.t A

Aln

o

o

• Reaksi-reaksi Berordo Kedua

A produk

Δt

Δ[A]ν = k [A]2 2k[A]

Δt

Δ[A]

Δtk [A]

Δ[A]2

t

o

A

A 2dtk

[A]

d[A]t

o

k tA

1

A

1

to

ot A

1 t.k

A

1

• Waktu paruh dari reaksi ordo kedua jenis ini adalah :

ot A

1 t.k

A

1 dimana At = ½ Ao

o2

1o A

1k.t

2A

1

o2

1 A .k

1t

Catatan :• waktu paruh dari reaksi ordo kedua ini bergantung

pada konsentrasi awal, • waktu paruh reaksi ordo kesatu tidak bergantung

pada konsentrasi awal.• Ini adalah salah satu cara untuk membedakan

antara reaksi ordo kesatu dengan reaksi ordo kedua.

• Jenis yang lain dari reaksi ordo kedua adalah :

A + B produk

Δt

Δ[B]

Δt

Δ[A]V = k [A][B]

k[A][B]Δt

Δ[B]

Δt

Δ[A]

dtk [A][B]

d[A] atau k[A][B]

dt

d[A]

• kita tidak dapat mengintegralkan persamaan ini sebelum kita mengetahui bagaimana hubungan antara konsentrasi A dan konsentrasi B.

• Ini bergantung pada stoikiometri reaksi, dan untuk penyederhanaan kita perhatikan reaksi :

A + B produk

• Jika konsentrasi awal [A]o dan [B]o, sedangkan pada saat t konsentrasi A menjadi ([A]o − x) dan konsentrasi B menjadi ([B]o − x), karena setiap penurunan 1 mol A, B juga menurun 1 mol, maka persamaan di atas menjadi :

x)}x)(Bk{(Ak[A][B]dt

d[A]oo

dt

dx

dt

x)d(A

dt

d[A] o

Karena

dimana [A]o konstan, maka hukum kecepatannya menjadi

karena x = 0 pada t = 0, makax)x)(B(Ak dt

dxoo

x

ooooo

x

ooo

dxx)(B

1

x)(A

1

BA

1

x)x)(B(A

dxk.t

x)(B

Bln

x)(A

Aln

BA

1k.t

o

o

o

o

oo

Jika diketahui bahwa At = (Ao – x) dan Bt = (Bo – x), maka persamaan di atas dapat disederhanakan dengan menggabungkan kedua logaritma, sehingga menjadi :

to

ot

oo .BA

.BAln

BA

1k.t

Soal :1. Waktu paro dari reaksi pengubahan siklobutana menjadi

etilena menurut reaksi : C4H8(g) 2C2H4(g) adalah 22,7 detik pada suhu tertentu. Jika reaksi tersebut berordo kesatu, Berapakah waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan tekanan parsial siklobutana dari 100 mmHg menjadi 10 mmHg ?

k

0,693t1/2

Jawab :

0305,022,7

0,693k

k.tP

Pln o 0,0305.t

10

100ln

2. Peruraian dinitrogen pentoksida merupakan reaksi berordo kesatu dengan konstanta kecepatan 5,1 x 10-4 s-1 pada 45oC. Persamaan reaksinya :

2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g)

a. Jika konsentrasi awal N2O5 = 0,25 M, berapakah konsentrasi N2O5 setelah 3,2 menit ?

b. Berapa waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan konsentrasi N2O5 dari 0,25 menjadi 0,15 M ?

c. Berapa waktu yang dibutuhkan untuk mengubah konsentrasi awal sebesar 62% ?

Jawab :

a. Diket. :k = 5,1 x 10-4 s-1

Ao = 0,25 Mt = 3,2 menit = 192 detikDitanya :

At = …… ?

Jawab :

ln At = k t + ln Ao

ln At = 5,1 x 10-4 s-1 . 192 s + ln 0,25

ln At = 0,098

At = e0,098 At = 0,23 M

k tA

Aln

o

t

b. Diket :

Ao = 0,25 M

At = 0,15 M

Ditanya :

t = ….. ?Jawab :

t.s 10 x 5,1M 0,25

M 0,15ln 1-4

t = 1,0 x 103 s

c. Jika 62% dari bahan awal telah bereaksi, maka jumlah sisa saat t adalah 100% - 62% = 38% atau 0,38.

menit 32s 10 x 1,90,38

1,00ln x

s 5,1x10

1t

A

Aln x

k

1t

314

t

o

• Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Reaksi

• Sifat kimia dari reaktan• Kemampuan reaktan berinteraksi satu dengan

yang lainnya• Konsentrasi reaktan• Temperatur sistem• Katalis

Hampir semua kecepatan reaksi kimia dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut :

1. Gas hidrogen sulfida, H2S adalah gas beracun yang banyak terlarut dalam air limbah industri. Salah satu cara untuk menghilangkannya adalah dengan mengoksidasi memakai oksigen terlarut dalam air berdasarkan reaksi :2H2S + O2 2S + 2H2O

Bila reaksi oksidasi ini adalah reaksi ordo pertama untuk setiap pereaksi, maka :

i. Tulislah persamaan laju reaksi keseluruhan

ii. Tulislah laju reaksi hilangnya H2S

iii. Tulislah persamaan laju reaksi terbentuknya H2O

iv. Bagaimana pengaruh konsentrasi O2 dalam air terhadap laju degradasi H2S ?

v. Diketahui bahwa konsentrasi H2S dalam air yang tercemari limbah industri tersebut adalah 5 x 10-6 M, dan konsentrasi oksigen terlarut dalam keadaan kesetimbangan adalah 2,6 x 10-4 M. Bila tetapan laju reaksinya adalah 4 x 10-5 L/mol.det. Berapa laju awal dari degradasi tersebut ?

Senyawa azomethana bila dipanaskan pada wadah tertutup pada suhu 298,0oC akan terurai sesuai reaksi :H3C-N=N-CH3(g) C2H6(g) + N2(g)Tekanan total campuran gas pada suhu 298,0oC diukur pada setiap periode waktu tertentu dan diperoleh data sebagai berikut:Waktu (t), menit : 10,0 21,0 35,0 Tekanan (p) torr : 491,9 548,0 609,7 861,6Berdasarkan data tersebut maka :

a. Buktikan bahwa reaksi tersebut merupakan reaksi ordo pertamab. Tentukanlah nilai rata-rata tetapan laju (k) reaksi tersebutc. Tentukanlah waktu paruh (t1/2) pada suhu 298,0oC Bila waktu paruh (t1/2) penguraian azomethana pada suhu 302,6oC adalah 9,5 menit maka :d. Tentukanlah energi aktivasi (Ea) dari reaksi tersebut. Catatan R = 8,31 J.mol-1.K-1.