Kesetimbangan

 KESETIMBAN
Reaksi timbal balik adalah reaksi yang, tergantung keadaan, dapat mengalir ke dua arah.
Apabila Anda meniupkan uap panas ke sebuah besi yang panas, uap panas ini akan bereaksi dengan besi dan
membentuk sebuah besi oksida magnetik berwarna hitam yang disebut ferri ferro oksida atau magnetit, Fe3O4.
Hidrogen yang terbentuk oleh reaksi ini tersapu oleh aliran uap.
Dalam keadaan lain, hasil-hasil reaksi ini akan saling bereaksi. Hidrogen yang melewati ferri ferro oksida panas akan
mengubahnya menjadi besi, dan uap panas juga akan terbentuk.

Uap panas yang kali ini terbentuk tersapu oleh aliran hidrogen.
Reaksi ini dapat berbalik, tapi dalam keadaan biasa, reaksi ini menjadi reaksi satu arah. Produk dari reaksi satu arah
ini berada dalam keadaan terpisah dan tidak dapat bereaksi satu sama lain sehingga reaksi sebaliknya tidak dapat
terjadi.
Reaksi timbal balik yang terjadi pada sistem tertutup
Sistem tertutup adalah situasi di mana tidak ada zat yang ditambahkan atau diambil dari sistem tersebut. Tetapi
energi dapat ditransfer ke luar maupun ke dalam.
Pada contoh yang baru kita bahas tadi, Anda harus membayangkan sebuah besi yang dipanaskan oleh uap dalam
sebuah kotak tertutup. Panas ditambahkan ke dalam sistem ini, namun tidak satu zat pun yang terlibat dalam reaksi
ini dapat keluar dari kotak. Keadaan demikian disebut sistem tertutup.
Pada saat ferri ferro oksida dan hidrogen mulai terbentuk, kedua zat ini akan saling bereaksi kembali untuk
membentuk besi dan uap panas yang ada pada mulanya. Coba pikirkan, kira-kira apa yang Anda temukan ketika
menganalisis campuran ini setelah beberapa saat?
Anda akan sadar, bahwa Anda telah membentuk situasi yang disebut kesetimbangan dinamis.
Kesetimbangan Dinamis
Mempelajari kesetimbangan dinamis secara visual
Bayangkan sebuah zat yang dapat berada dalam dua bentuk/warna, biru dan merah, masing-masing dapat bereaksi
untuk menjadi yang lain (biru menjadi merah, merah menjadi biru). Kita akan membiarkan mereka bereaksi dalam
sistem tertutup, di mana tidak ada satu pun yang dapat keluar dari sistem ini.
Biru dapat berubah menjadi merah jauh lebih cepat daripada merah menjadi biru. Dan berikut adalah peluang
(probabilitas) dari perubahan yang dapat terjadi. 3/6 biru berubah menjadi merah, dan 1/6 merah berubah menjadi
biru.
Anda dapat mencobanya dengan kertas berwarna yang digunting kecil-kecil (dua warna) dan sebuah dadu.
2
Berikut adalah hasil dari 'reaksi' (simulasi) yang saya lakukan. Saya mulai dengan 16 potongan kertas biru. Saya
melihat potongan-potongan itu satu per satu secara bergantian dan memutuskan apakah kertas yang saya lihat dapat
berubah warna dengan melempar dadu.
Kertas biru dapat saya ganti dengan kertas merah apabila angka 4, 5 dan 6 keluar.
Kertas merah dapat saya ganti dengan kertas biru apabila angka 6 keluar pada saat saya melihat sebuah kertas
merah.
Ketika saya selesai melihat ke-16 kertas itu, saya mulai lagi dari awal. Tapi tentu saja kali ini saya mulai dengan pola
yang berbeda. Diagram di bawah ini menunjukkan hasil yang saya dapat setelah saya mengulang proses ini sebanyak
11 kali (dan saya tambahkan 16 potongan kertas biru yang saya punya pada awal simulasi).
Anda dapat melihat bahwa 'reaksi' berlangsung terus menerus. Pola yang terbentuk dari kertas merah dan biru terus
berubah. Tapi, yang mengejutkan ialah, jumlah keseluruhan dari masing-masing kertas warna biru dan merah tetap
sama, di mana dalam berbagai situasi, kita dapatkan 12 kertas warna merah dan 4 kertas warna biru.
Catatan : Sejujurnya, hasil akhir ini diperoleh secara kebetulan karena simulasi ini dilakukan dengan jumlah kertas
yang sangat sedikit. Apabila Anda melakukan simulasi ini dengan jumlah kertas yang lebih banyak (misalnya beberapa
ribu kertas), Anda akan mendapati proporsi yang terbentuk akan mendekati 75% merah dan 25% biru (suatu simulasi
yang sangat membosankan, tentunya).
Apabila Anda mempunyai sejumlah besar partikel yang turut ambil bagian dalam sebuah reaksi kimia, proporsinya
akan mendekati 75%:25%.
Penjelasan tentang "kesetimbangan dinamis"
Reaksi (simulasi) di atas telah mencapai kesetimbangan dalam arti tidak akan perubahan lebih lanjut dalam jumlah
kertas biru dan merah. Namun demikian, reaksi ini masih terus berlangsung. Untuk setiap kertas merah yang berubah
warna jadi biru, ada kertas biru yang berubah jadi merah di suatu tempat dalam campuran tersebut.
Inilah yang kita kenal sebagai "kesetimbangan dinamis". Kata "dinamis" menunjukkan bahwa reaksi itu masih terus
berlangsung.
Anda dapat menggunakan tanda panah khusus untuk memperlihatkan bahwa ada kesetimbangan dinamis pada
persamaan reaksi. Untuk kasus yang kita bahas di atas, Anda dapat menulis seperti demikian :
Yang perlu kita perhatikan di sini ialah, ini tidak hanya berarti bahwa reaksi tersebut merupakan reaksi timbal balik,
tapi ini menunjukkan bahwa reaksi ini adalah reaksi timbal balik yang berada dalam kesetimbangan dinamis.
Pergeseran Kesetimbangan
Pergeseran dari kiri ke kanan dalam persamaan (dalam hal ini, dari warna biru ke warna merah) disebut 'pergeseran
kesetimbangan ke kanan' dan dari kanan ke kiri disebut 'pergeseran kesetimbangan ke kiri'
Posisi kesetimbangan
Dalam contoh yang kita pakai, campuran kesetimbangan terdiri dari lebih banyak warna merah daripada warna biru.
Posisi kesetimbangan dapat menggambarkan situasi ini. Kita dapat mengatakan bahwa:
Posisi kesetimbangan condong ke merah
Posisi kesetimbangan condong ke sebelah kanan
Apabila kondisi praktikum berubah (dengan mengubah peluang terjadinya pergeseran kesetimbangan ke kanan
maupun ke kiri), komposisi dari campuran kesetimbangan itu sendiri pun akan berubah.Contohnya, apabila dengan
mengubah kondisi praktikum kita dapat memproduksi lebih banyak warna biru di dalam campuran kesetimbangan,
kita bisa mengatakan bahwa "Posisi kesetimbangan bergeser ke kiri" atau "Posisi kesetimbangan bergeser ke warna
3
biru".
Catatan: Apabila Anda tertarik, cobalah perbesar peluang warna merah berubah menjadi biru dari 1/6 menjadi 2/6
untuk melihat efeknya pada posisi kesetimbangan. Dengan kata lain, biarkanlah warnanya berubah apabila angka 5
atau angka 6 keluar pada saat dadu dilempar.
Mencapai kesetimbangan dari sisi yang lain
Apa yang terjadi bila Anda memulai reaksi dengan warna merah dan bukan warna biru namun tetap memberi
kesempatan untuk berubah warna seperti di contoh pertama ? Ini adalah hasil dari percobaan saya.
Sekali lagi Anda dapat melihat konfigurasi yang terjadi sama persis dengan percobaan pertama di mana kita mulai
dengan warna biru. Anda akan mendapat konfigurasi kesetimbangan yang sama tanpa dipengaruhi dari sisi mana
Anda memulai reaksi.
Ingat: Anda tidak akan mendapat hasil yang sama bila menggunakan jumlah potongan kertas (yang melambangkan
jumlah partikel) yang terlalu sedikit. Fluktuasi perubahan akan sangat mudah terlihat. Sekali lagi, apabila Anda
menggunakan potongan kertas dalam jumlah besar, proporsi kesetimbangan akan menjadi 75% merah dan 25% biru.
Dengan jumlah potongan kertas yang saya gunakan, kita mendapat hasil reaksi yang sangat dekat dengan proporsi
rata-rata.
Kesetimbangan Dinamis, lagi, dengan lebih formal
Kecepatan Reaksi
Ini adalah persamaan untuk sebuah reaksi biasa yang telah mencapai kesetimbangan dinamis.
Bagaimana reaksi ini bisa mencapai keadaan tersebut? Anggap saja kita mulai dengan A dan B.
Pada awal reaksi, konsentrasi A dan B pada mula-mula ada pada titik maksimum, dan itu berarti kecepatan reaksi
juga ada pada titik maksimum.
Seiring berjalannnya waktu, A dan B bereaksi dan konsentrasinya berkurang. Ini berarti, jumlah partikelnya berkurang
dan kesempatan bagi partikel A dan B untuk saling bertumbukan dan bereaksi berkurang, dan ini menyebabkan
kecepatan reaksi juga berangsur-angsur berkurang.
Pada awalnya tidak ada C dan D sama sekali sehingga tidak mungkin ada reaksi di antara keduanya. Seiring
berjalannya waktu, konsentrasi C dan D bertambah banyak dan keduanya menjadi mudah bertumbukan dan bereaksi.
Dengan berlangsungnya waktu, kecepatan reaksi antara C dan D pun bertambah.
4
Akhirnya, kecepatan reaksi antara keduanya mencapai titik yang sama di mana kecepatan reaksi A dan B berubah
menjadi C dan D sama dengan kecepatan reaksi C dan D berubah menjadi A dan B kembali.
Pada saat ini, tidak akan ada lagi perubahan pada jumlah A, B, C, D di dalam campuran. Begitu ada partikel yang
berubah, partikel tersebut terbentuk kembali berkat adanya reaksi timbal balik. Pada saat inilah kita mencapai
kesetimbangan kimia.
Rangkuman
Kesetimbangan kimia terjadi pada saat Anda memiliki reaksi timbal balik di sebuah sistem tertutup. Tidak ada yang
dapat ditambahkan atau diambil dari sistem itu selain energi. Pada kesetimbangan, jumlah dari segala sesuatu yang
ada di dalam campuran tetap sama walaupun reaksi terus berjalan. Ini dimungkinkan karena kecepatan reaksi ke
kanan dan ke kiri sama.
Apabila Anda mengubah keadaan sedemikian rupa sehingga mengubah kecepatan relatif reaksi ke kanan dan ke kiri,
Anda akan mengubah posisi kesetimbangan, karena Anda telah mengubah faktor dari sistem itu sendiri.
5
LAJU
REAKSI
Teori Tumbukan pada Laju Reaksi
Reaksi yang hanya melibatkan satu partikel mekanismenya sederhana dan kita tidak perlu memikirkan tentang
orientasi dari tumbukan. Reaksi yang melibatkan tumbukan antara dua atau lebih partikel akan membuat mekanisme
reaksi menjadi lebih rumit.
Reaksi yang melibatkan tumbukan antara dua partikel
Sudah merupakan suatu yang tak pelak lagi jika keadaan yang melibatkan dua partikel dapat bereaksi jika mereka
melakukan kontak satu dengan yang lain. Mereka pertama harus bertumbukan, dan lalu memungkinkan terjadinya
reaksi.
Kenapa "memungkinkan terjadinya reaksi"? Kedua partikel tersebut harus bertumbukan dengan mekanisme yang
tepat, dan mereka harus bertumbukan dengan energi yang cukup untuk memutuskan ikatan-ikatan.
Orientasi dari tumbukan
Pertimbangkan suatu reaksi sederhana yang melibatkan tumbukan antara dua molekul etena CH2=CH2 dan hidrogen
klor, HCl sebagai contoh. Keduanya bereaksi untuk menghasilkan kloroetan.
Sebagai hasil dari tumbukan antara dua molekul, ikatan rangkap diantara dua karbon berubah menjadi ikatan tunggal.
Satu hidrogen atom berikatan dengan satu karbon dan atom klor berikatan dengan satu karbon lainnya.
Reaksi hanya dapat terjadi bila hidrogen yang merupakan ujung dari ikatan H-Cl mendekati ikatan rangkap karbonkarbon.
Tumbukan selain daripada itu tidak bekerja dikarenakan kedua molekul tersebut akan saling bertolak.
Tumbukan-tumbukan(collisions) yang ditunjukkan di diagram, hanya tumbukan 1 yang memungkinkan terjadinya
reaksi.
Jika Anda belum membaca halaman tentang mekanisme reaksi, mungkin Anda bertanya-tanya mengapa tumbukan 2
tidak bekerja dengan baik. Ikatan rangka dikelilingi oleh konsentrasi negatifitas yang tinggi sebagai akibat elektronelektron
yang berada di ikatan tersebut. Pendekatan atom klor yang memiliki negatifitas lebih tinggi ke ikatan rangkap
menyebabkan tolakan karena kedua-duanya memiliki negatifitas yang tinggi.
Di dalam tumbukan yang melibatkan partikel-partikel yang tidak simetris, Anda dapat menduga mekanisme melalui
bagaimana cara mereka bertumbukan untuk menentukan dapat atau tidaknya suatu reaksi terjadi.
Energi tumbukan
Aktivasi Energi
Walaupun partikel-partikel itu berorientasi dengan baik, Anda tidak akan mendapatkan reaksi jika partikel-partikel
tersebut tidak dapat bertumbukan melampui energi minimum yang disebut dengan aktivasi energi reaksi.
Aktivasi energi adalah energi minimum yang diperlukan untuk melangsungkan terjadinya suatu reaksi. Contoh yang
sederhana adalah reaksi exotermal yang digambarkan seperti di bawah ini:
6
Jika partikel-partikel bertumbukan dengan energi yang lebih rendah dari energi aktivasi, tidak akan terjadi reaksi.
Mereka akan kembali ke keadaan semula. Anda dapat membayangkan energi aktivasi sebagai tembok dari reaksi.
Hanya tumbukan yang memiliki energi sama atau lebih besar dari aktivasi energi yang dapat menghasilkan terjadinya
reaksi.
Di dalam reaksi kimia, ikatan-ikatan diceraikan (membutuhkan energi) dan membentuk ikatan-ikatan baru
(melepaskan energi). Umumnya, ikatan-ikatan harus diceraikan sebelum yang baru terbentuk. Energi aktivasi
dilibatkan dalam menceraikan beberapa dari ikatan-ikatan tersebut.
Ketika tumbukan-tumbukan tersebut relatif lemah, dan tidak cukup energi untuk memulai proses penceraian ikatan.
mengakibatkan partikel-partikel tersebut tidak bereaksi.
Distribusi Maxwell-Boltzmann
Karena energi aktivasi memegang peranan penting dalam menentukan suatu tumbukan menghasilkan reaksi, hal ini
sangat berguna untuk menentukan bagaimana macam bagian partikel berada untuk mendapatkan energi yang cukup
ketika mereka bertumbukan.
Di dalam berbagai sistem, keberadaan partikel-partikel akan memiliki berbagai variasi besar energi. Untuk gas, dapat
diperlihatkan melalui diagram yang disebut dengan Distrubis Maxwell-Boltzmann dimana setiap kumpulan beberapa
partikel memiliki energinya masing-masing.
Luas dibawah kurva merupakan ukuran banyaknya partikel berada.
Distribusi Maxwell-Boltzmann dan energi aktivasi
Ingat bahwa ketika reaksi berlangsung, partikel-partikel harus bertumbukan guna memperoleh energi yang sama atau
lebih besar daripada aktivasi energi untuk melangsungkan reaksi. Kita dapat mengetahui dimana energi aktivatisi
berlangsung dari distribusi Mazwell-Boltzmann.
7
Perhatikan bahwa sebagian besar dari partikel-partikel tidak memiliki energi yang cukup untuk bereaksi ketika mereka
bertumbukan. Untuk membuat mereka bereaksi kita dapat mengubah bentuk dari kurva atau memindahkan aktivasi
energi lebih ke kanan.
Efek dari Luas Permukaan pada Laju Reaksi
Fakta-fakta
Apa yang sebenarnya terjadi ?
Semakin zat padat terbagi menjadi bagian kecil-kecil, semakin cepat reaksi berlangsung. Bubuk zat padat biasanya
menghasilkan reaksi yang lebih cepat dibandingkan sebuah bungkah zat padat dengan massa yang sama. Bubuk
padat memiliki luas permukaan yang lebih besar daripada sebuah bungkah zat padat.
Beberapa contoh
Kalsium karbonat dan asam hidroklorida
Di labotarium, bubuk kalsium karbonat bereaksi lebih cepat dengan larutan asam hidroklorida dibandingkan dengan
massa yang sama dalam bentuk pualam atau batu gamping.
Katalis perubah
Katalis perubah berupa logam seperti platina, palladium, dan rhodium digunakan untuk merubah zat-zat beracun
buangan kendaraan bermotor menjadi zat yang relatif aman. Sebagai contoh, reaksi pengubahaan karbon monooksida
dan oksida nitrogen adalah:
Karena gas-gas buangan hanya berinteraksi dengan katalis dalam waktu yang sangat singkat, reaksi harus
berlangsung cepat. Logam yang luar biasa mahal digunakan sebagai katalis dengan melapiskan struktur keramik
'honeycomb' suatu lapisan yang sangat tipis untuk memaksimalkan luas permukaan.hh
Penjelasan
Anda hanya dapat melangsungkan reaksi jika partikel dalam gas maupun cair bertumbukan dengan partikel padat.
Peningkatkan luas permukaan dari zat padat meningkatkan kemungkinan tumbukan bertambah besar.
Bayangkan suatu reaksi antara logam magnesium dengan larutan asam seperti asam hidroklorida. Reaksi melibatkan
tumbukan antara atom magnesium dengan ion hidrogen.
Kita dapat menyimpulkan bahwa peningkatan jumlah tumbukan per detik meningkatkan laju reaksi.
Efek dari Konsentrasi pada Laju Reaksi
Fakta-fakta
Apa yang sebenarnya terjadi ?
Untuk berbagai reaksi yang melibatkan zat cair dan gas, peningkatan konsentrasi dari pereaksi meningkatkan laju
8
reaksi. Dalam beberapa kasus tertentu, peningkatan salah satu pereaksi memungkinkan terjadinya sedikit efek pada
laju reaksi. Kasus-kasus ini akan dibahas di halaman ini lebih lanjut.
Jangan beranggapan apabila Anda melipatgandakan konsentrasi dari satu pereaksi Anda akan melipatgandakan laju
reaksi. Hal itu mungkin saja terjadi, tetapi hubungannya akan jauh lebih rumit.
Beberapa contoh
Seng dan asam hidroklorida
Di labotarium, butiran seng beraksi cukup lambat dengan larutan asam hidroklorida, tetapi akan lebih cepat apabila
konsentrasi dari asam ditingkatkan.
Dekomposisi katalis pada hidrogen peroxide
Mangan(IV) oksida padat biasa digunakan sebagai katalis dalam reaksi ini. Oksigen dihasilkan jauh lebih cepat apabila
hidrogen peroxide dalam konsentrasi pekat daripada dalam konsentrasi encer.
Reaksi antara larutan natrium thiosulfat dan asam hidroklorida
Reaksi ini sering digunakan untuk menyelidiki relasi antara konsentrasi dan laju reaksi. Ketika larutan asam
ditambahkan ke dalam larutan natrium thiosulfat, endapan berwarna kuning pucat dari belerang dihasilkan.
Semakin banyak larutan natrium thiosulfate menjadi encer, semakin lama juga endapan terbentuk.
Penjelasan
Kasus ketika perubahaan konsentrasi mempengaruhi laju reaksi
Ini merupakan kasus yang umum dan dengan mudah dijelaskan dengan mudah.
Tumbukan yang melibatkan dua partikel
Argumen yang sama berlaku ketika dua reaksi melibatkan tumbukan antara dua partikel yang berbeda atau dua
partikel yang sama.
Supaya suatu reaksi dapat berlangsung, partikel-partikel tersebut pertama-tama haruslah bertumbukan. Hal ini
berlaku ketika dua partikel itu larutan atau salah satu larutan dan satunya lagi benda padat. Jika konsentrasinya
tinggi, kemungkinan untuk bertumbukan pun semakin besar.
Reaksi yang melibatkan hanya satu partikel
Jika reaksi hanya melibatkan satu partikel tersebar ke berbagai arah, maka tumbukan-tumbukan tidak saling
berhubungan. Yang menjadi masalah sekarang adalah bagaimana berbagai partikel memiliki energi yang cukup untuk
bereaksi pada waktu yang bersamaan.
Andaikan dalam satu waktu 1 per satu juta partikel memiliki energi yang cukup atau melebihi energi aktivasi. Jika
9
Anda memiliki 100 juta partikel, 100 diantaranya akan bereaksi. Jika Anda memilki 200 juta partikel pada volume
yang sama, maka 200 diantaranya akan bereaksi. Laju reaksi akan berlipat ganda dengan menggandakan konsentrasi.
Kasus ketika perubahaan konsentrasi tidak mempengaruhi laju reaksi
Sekilas mungkin hal ini membuat kita agak terkejut.
Ketika katalis telah bekerja sangat cepat
Andaikan Anda menggunakan sedikit jumlah dari katalis padat dalam reaksi, dan direaksikan dengan reaktan dengan
larutan konsentrasi yang cukup tinggi, maka permukaan katalis akan seluruhnya diliputi oleh partikel yang bereaksi
yang menghalangi terjadinya reaksi yang lebih cepat.
Peningkatan konsentrasi dari larutan terkadang tidak memberikan efek apa-apa karena katalis telah bekerja pada
kapasitas maksimumnya.
Dalam beberapa reaksi bertahap tertentu
Andaikan Anda memiliki suatu reaksi yang berlangsung sebagai suatu rentetan dari tahap-tahap kecil. Tahap-tahap ini
memilki perbedaan laju yang cukup besar - beberapa cepat, beberapa lambat.
Sebagai contoh, andaikan dua reaksi A dan B bereaksi bersama dalam dua tahap :
Laju total dari seluruh reaksi akan ditentukan dari berapa cepatnya A terpecah membentuk X dan Y. Ini dapat
dideskripsikan sebagai rate determining step dari reaksi.
Jika Anda meningkatkan konsentrasi dari A, Anda akan mendapatkan peningkatan laju reaksi pada tahap pertama
maupun laju reaksi keseluruhan.
Jika Anda meningkatkan konsentrasi dari B, Anda akan mendapatkan penigkatan laju reaksi pada tahap kedua, namun
akan sulit mendapatkan peningkatan laju keseluruhan. Anda dapat membayangkan reaksi tahap kedua akan
berlangsung segera setelah X terbentuk sehingga reaksi tahap kedua sebagai 'reaksi yang menunggu' yang
berlangsung setelah reaksi pertama berlangsung.
Contoh yang paling tepat untuk reaksi ini berada dalam kimia organik. Reaksi yang melibatkan tertier halogenalkana
(alkil halida) dan beberapa senyawa yang memungkinkan - termasuk hidroksi ion. Contoh dari reaksi ini adalah
subtitusi nukleofil dengan mekanisme SN1.
Efek dari Tekanan pada Laju Reaksi
Fakta-fakta
Apa yang sebenarnya terjadi ?
Peningkatan tekanan pada reaksi yang melibatkan gas pereaksi akan meningkatan laju reaksi. Perubahaan tekanan
pada suatu reaksi yang melibatkan hanya zat padat maupun zat cair tidak memberikan perubahaan apapun pada laju
reaksi
Beberapa contoh
Dalam proses pembuatan amonia dengan proses Haber, laju reaksi antara hidrogen dan nitrogen ditingkatkan dengan
menggunakan tekanan yang sangat tinggi.
Sesungguhnya, alasan utama menggunakan tekanan tinggi adalah untuk meningkatkan persentase amonia didalam
kesetimbangan campuran, namun hal ini juga memberikan perubahaan yang berarti pada laju reaksi juga.
Penjelasan
Hubungan antara tekanan dan konsentrasi
Peningkatan tekanan dari gas adalah sama dengan peningkatan pada konsentrasi. Jika Anda memilki gas dalam massa
tertentu, semakin Anda meningkatkan tekanan semakin kecil juga volumenya. Jika Anda memiliki massa yang sama
dengan volume yang lebih kecil, maka semakin tinggi konsentrasinya.
Kita juga dapat menggambarkan relasi matematis apabila keadaan berlangsung dalam keadaan gas ideal :
10
Karena "RT" merupakan tetapan selama suhu tetap, menunjukkan bahwa tekanan berbanding lurus dengan
konsentrasi. Jika Anda melipat gandakannya, Anda juga menggandakan konsentrasinya.
Pengaruh peningkatan tekanan terhadap laju reaksi
Tumbukan yang melibatkan dua partikel
Argumen yang sama berlaku ketika dua reaksi melibatkan tumbukan antara dua partikel yang berbeda atau dua
partikel yang sama.
Supaya suatu reaksi dapat berlangsung, partikel-partikel tersebut pertama-tama haruslah bertumbukan. Hal ini
berlaku ketika dua partikel itu gas atau salah satu gas dan satunya lagi benda padat. Jika tekanan tinggi,
kemungkinan untuk bertumbukan pun semakin besar.
Reaksi yang melibatkan hanya satu partikel
Jika reaksi hanya melibatkan satu partikel tersebar ke berbagai arah, maka tumbukan-tumbukan tidak saling
berhubungan. Yang menjadi masalah sekarang adalah bagaimana berbagai partikel memiliki energi yang cukup untuk
bereaksi pada waktu yang bersamaan.
Andaikan dalam satu waktu 1 per satu juta partikel memiliki energi yang cukup atau melebihi energi aktivasi. Jika
Anda memiliki 100 juta partikel, 100 diantaranya akan bereaksi. Jika Anda memilki 200 juta partikel pada volume
yang sama, maka 200 diantaranya akan bereaksi. Laju reaksi akan berlipat ganda dengan menggandakan tekanan.
Efek dari Suhu pada Laju Reaksi
Fakta-fakta
Apa yang sebenarnya terjadi ?
Ketika Anda meningkatkan temperatur laju reaksi akan meningkat. Sebagai perkiraan kasar, sebagian reaksi
berlangsung dalam temperatur ruangan, laju reaksi akan berlipatganda setiap kenaikan 10oC suhu.
Perkiraan ini bukan keadaan yang mutlak dan tidak bisa diterapkan pada seluruh reaksi. Bahkan bilapun mendekati
benar, laju reaksi akan berlipat ganda tiap 9oC atau 11oC atau tiap suhu tertentu. Angka dari derajat suhu yang
diperlukan untuk melipatgandakan laju reaksi akan berubah secara bertahap seiring dengan meningkatnya
temperatur.
Beberapa contoh
Beberapa reaksi pada hakekatnya sangat cepat - sebagai contoh, reaksi pernafasan melibatkan ion yang terlarut
menjadi zat padat yang tidak larut, atau reaksi antara ion hidrogen dengan asam dan ion hidroksi dari alkali di dalam
larutan. Sehingga memanaskan salah satu dari contoh ini tidak memperoleh perbedaan laju reaksi yang cukup
bereaksi.
Hampir sebagian besar reaksi yang terjadi baik di labotarium maupun industri akan berlangsung lebih cepat apabila
kita memanaskannya.
Penjelasan
Peningkatan frekwensi tumbukan
Partikel hanya dapat bereaksi ketika mereka bertumbukan. Jika Anda memanaskan suatu benda, maka partikelpartikelnya
akan bergerak lebih cepat sehingga frekwensi tumbukan akan semakin besar. Hal ini mempercepat laju
dari reaksi.
11
Mari kita lihat lebih jauh secara matematis.
Frekwensi dari tumbukan dua partikel gas berbanding lurus dengan akar dari temperatur kelvin. Jika kita
meningkatkan suhu dari 293 K ke 303 K (20oC ke 30oK)
Kita akan memperoleh 1.7 % peningkatan dari tiap kenaikan 10o. Laju reaksi akan meningkat kurang lebih dua kali
pada tiap kenaikan suhu - dengan kata lain peningkatan sekitar 100%. Efek dari peningkatan frekwensi tumbukan
pada laju reaksi sangatlah kecil. Namun efek yang dihasilkannya sangat berbeda.
Pentingnya aktivasi energi
Tumbukan-tumbukan akan menghasilkan reaksi jika partikel-partikel bertumbukan dengan energi yang cukup untuk
memulai suatu reaksi. Energi minimum yang diperlukan disebut dengan reaksi aktivasi energi.
Kita dapat menggambarkan keadaan dari energi aktivasi pada distribusi Maxwell-Boltzmann seperti ini:
Hanya partikel-partikel yang berada pada area di sebelah kanan dari aktivasi energi yang akan bereaksi ketika mereka
bertumbukan. Sebagian besar dari partikel tidak memiliki energi yang cukup dan tidak menghasilkan reaksi.
Untuk mempercepat reaksi, kita perlu untuk meningkatkan jumlah dari partikel-partikel energik - partikel-partikel
yang memiliki energi sama atau lebih besar dari aktivasi energi. Peningkatan suhu memberi pengaruh yang tepat -
merubah bentuk dari diagram.
Diagram berikut, grafik yang berlabel T merupakan suhu awal. Grafik yang berlabelkan T+t adalah suhu yang lebih
tinggi.
Jika kita memperhatikan posisi dari aktivasi energi, kita dapat melihat walaupun kurva tidak bergeser terlalu banyak,
ada peningkatan yang cukup berarti pada pertikel-partikel energik untuk bertumbukkan dengan energi yang cukup
untuk bereaksi.
12
Ingat bahwa luas dibawah kurva merupakan jumlah dari partikel-partikel. Diagram diatas menggambarkan luas
dibawah kurva pada sebelah kanan energ i aktivasi menjadi kurang lebih dua kali lipat lebih luas, oleh karena itu laju
reaksi pun berlipatganda.
Kesimpulan
Peningkatan suhu meningkatkan laju reaksi karena bertambahnya jumlah energi tumbukan aktif.
Efek dari Katalis pada Laju Reaksi
Fakta-fakta
Apa itu katalis?
Katalis adalah suatu zat yang mempercepat suatu laju reaksi, namun ia sendiri, secara kimiawi, tidak berubah pada
akhir reaksi. Ketika reaksi selesai, kita akan mendapatkan massa katalasis yang sama seperti pada awal kita
tambahkan.
Beberapa contoh
Beberapa katalis umum yang digunakan :
reaksi katalis
Dekomposisi hidrogen peroxide
mangan(IV)oksida,
MnO2
Nitrasi benzena asam sulfur pekat
Produksi amonia dengan proses Haber besi
Konversi dari SO2 ke SO3 melalui proses Kontak untuk memproduksi asam
sulfur
vanadium(V)oxida,V2O5
Hidrogenasi C=C ikatan rangkap @
Penjelasan
Pentingnya aktivasi energi
Tumbukan-tumbukan akan menghasilkan reaksi jika partikel-partikel bertumbukan dengan energi yang cukup untuk
memulai suatu reaksi. Energi minimum yang diperlukan disebut dengan reaksi aktivasi energi.
Kita dapat menggambarkan keadaan dari energi aktivasi pada distribusi Maxwell-Boltzmann seperti ini:
13
Hanya partikel-partikel yang berada pada area di sebelah kanan dari aktivasi energi yang akan bereaksi ketika mereka
bertumbukan. Sebagian besar dari partikel tidak memiliki energi yang cukup dan tidak menghasilkan reaksi.
Katalis dan aktivasi energi
Untuk meningkatkan laju reaksi kita perlu untuk meningkatkan jumlah tumbukan-tumbukan yang berhasil. Salah satu
cara alternatif untuk mewujudkannya adalah dengan menurunkan energi aktivasi.
Dengan kata lain, menggeser energi aktivasi seperti diagram dibawah ini :
Menambahkan katalis memberikan perubahaan yang berarti pada energi aktivasi. Katalis menyediakan satu rute
alternatif bagi reaksi. Rute alternatif ini memiliki energi aktivasi yang rendah. Diagram dibawah ini merupakan
gambaran keadaan energi.
Ingat, katalais hanya mempengaruhi laju pencapaian kesetimbangan, bukan posisi keseimbangan (misalnya :
membalikkan reaksi). Katalis tidak menggangu gugat hasil suatu reaksi kesetimbangan dan konsentrasi atau
massanya setelah reaksi selesai sama dengan konsentrasi atau massa reaksi sebelum reaksi dilangsungkan.
Order Reaksi dan Persamaan Laju
Persamaan Laju
Mengukur laju reaksi
Ada beberapa cara untuk mengukur laju dari suatu reaksi. Sebagai contoh, jika gas dilepaskan dalam suatu reaksi,
kita dapat mengukurnya dengan menghitung volume gas yang dilepaskan per menit pada waktu tertentu selama
reaksi berlangsung.
Definisi Laju ini dapat diukur dengan satuan cm3s-1
Bagaimanapun, untuk lebih formal dan matematis dalam menentukan laju suatu reaksi, laju biasanya diukur dengan
melihat berapa cepat konsentrasi suatu reaktan berkurang pada waktu tertentu.
Sebagai contoh, andaikan kita memiliki suatu reaksi antara dua senyawa A dan B. Misalkan setidaknya salah satu
mereka merupakan zat yang bisa diukur konsentrasinya-misalnya, larutan atau dalam bentuk gas.
Untuk reaksi ini kita dapat mengukur laju reaksi dengan menyelidiki berapa cepat konsentrasi, katakan A, berkurang
per detik.
Kita mendapatkan, sebagai contoh, pada awal reaksi, konsentrasi berkurang dengan laju 0.0040 mol dm-3 s-1.
Hal ini berarti tiap detik konsentrasi A berkurang 0.0040 mol per desimeter kubik. Laju ini akan meningkat seiring
reaksi dari A berlangsung.
14
Kesimpulan
Untuk persamaan laju dan order reaksi, laju reaksi diukur dengan cara berapa cepat konsentrasi dari suatu reaktan
berkurang. Satuannya adalah mol dm-3 s-1
Order reaksi
Halaman ini tidak akan mendefinisikan apa arti order reaksi secara langsung, tetapi mengajak kita untuk mengerti apa
itu order reaksi.
Order reaksi selalu ditemukan melalui percobaan. Kita tidak dapat menentukan apapun tentang order reaksi dengan
hanya mengamati persamaan dari suatu reaksi.
Jadi andaikan kita telah melakukan beberapa percobaan untuk menyelidiki apa yang terjadi dengan laju reaksi dimana
konsentrasi dari satu reaktan, A, berubah, Beberapa hal-hal sederhana yang akan kita temui adalah ;
Kemungkinan pertama : laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi A
Hal ini berarti jika kita melipatgandakan konsentrasi A, laju reaksi akan berlipat ganda pula. JIka kita meningkatkan
konsentrasi A dengan faktor 4, laju reaksi pun akan menjadi 4 kali lipat.
Kita dapat mengekspresikan persamaan ini dengan simbol :
Adalah cara yang umum menulis rumus dengan tanda kurung persegi untuk menunjukkan konsentrasi yang diukur
dalam mol per desimeter kubik (liter).
Kita juga dapat menulis tanda berbanding lurus dengan menuliskan konstanta (tetapan), k.
Kemungkinan lainnya : Laju reaksi berbanding terbalik dengan kuadrat konsentrasi A
Hal ini berarti jika kita melipatgandakan konsentrasi dari A, laju reaksi akan bertambah 4 kali lipat (22). Jika
konsentras dari Ai ditingkatkan tiga kali lipat, laju reaksi akan bertambah menjadi 9 kali lipat (32). Dengan simbol
dapat dilambangkan dengan:
Secara umum,
Dengan melakukan percobaan yang melibatkan reaksi antara A dan B, kita akan mendapatkan bahwa laju reaksi
berhubugngan dengan konsentrasi A dan B dengan cara :
Hubungan ini disebut dengan persamaan laju reaksi :
Kita dapat melihat dari persamaan laju reaksi bahwa laju reaksi dipengaruhi oleh pangkat dari konsentrasi dari A dan
B. Pangkat-pangkat ini disebut dengan order reaksi terhadap A dan B
15
Jika order reaksi terhadap A adalah 0 (no), berarti konsentrasi dari A tidak mempengaruhi laju reaksi.
Order reaksi total (keseluruhan), didapat dengan menjumlahkan tiap-tiap order. Sebagai contoh, di dalam reaksi order
satu terhadap kedua A dan B (a = 1 dan b = 1), order reaksi total adalah 2. Kita menyebutkan order reaksi total dua.
Beberapa contoh
Tiap contoh yang melibatkan reaksi antara A dan B, dan tiap persamaan laju didapat dari ekperimen untuk
menentukan bagaimana konsentrasi dari A dan B mempengaruhi laju reaksi.
Contoh 1:
Dalam kasus ini, order reaksi terhadap A dan B adalah 1. Order reaksi total adalah 2, didapat dengan menjumlahkan
tiap-tiap order.
Contoh 2:
Pada reaksi ini, A berorder nol karena konsentrasi A tidak mempengaruhi laju dari reaksi. B berorder 2 , sehingga
order reaksi total adalah dua.
Contoh 3:
Pada reaksi ini, A berorder satu dan B beroder nol, karena konsentrasi B tidak mempengaruhi laju reaksi. Order reaksi
total adalah satu.
Bagaimana bila kita memiliki reaktan-reaktan lebih dari dua lainnya?
Tidak menjadi masalah berapa banyak reaktan yang ada. Konsentasi dari tiap reaktan akan berlangsung pada laju
reaksi dengan kenaikan beberapa pangkat. Pangkat-pangkat ini merupakan order tersendiri dari setiap reaksi. Order
total (keseluruhan) dari reaksi didapat dengan menjumlahkan tiap-tiap order tersebut.
Ketetapan laju
Hal yang cukup mengejutkan, Ketetapan laju sebenarnya tidak benar-benar konstan. Konstanta ini berubah, sebagai
contoh, jika kita mengubah temperatur dari reaksi, menambahkan katalis atau merubah katalis.
Tetapan laju akan konstan untuk reaksi yang diberikan hanya apabila kita mengganti konsentrasi dari reaksi tersebut.
Anda akan mendapatkan efek dari perubahaan suhu dan katalis pada laju konstanta pada halaman lainnya.
Kalkulasi yang melibatkan order reaksi
Anda akan dapat menghitung order dari reaksi dan tetapan laju dari data yang diberikan maupun dari hasil percobaan
yang Anda lakukan.