Jelaskan pengaruh konsentrasi reaktan terhadap kecepatan reaksi menurut teori tumbukan

Laju reaksi merupakan salah satu konsep dasar dari Kimia yang membahas mengenai perubahan konsentrasi suatu reaktan atau produk dalam satuan waktu. Laju reaksi sendiri yang dinyatakan dalam persamaan laju reaksi yang dipengaruhi oleh berbagai faktor .

Kehidupan sehari-hari kita tidak lepas dari berbagai reaksi kimia. Reaksi-reaksi kimia yang terjadi di sekitar kita ada yang berjalan cepat dan bisa diamati secara langsung (misalnya melarutkan gula dalam teh), berjalan lambat (misalnya perkaratan besi), maupun reaksi yang sangat cepat (reaksi yang eksplosif misalnya reaksi yang terjadi pada bahan bakar) ataupun sangat lambat (misalnya perubahan grafit menjadi intan) sehingga tidak bisa diamati karena waktunya yang sangat singkat atau sangat lama. Berbagai reaksi kimia yang terjadi mempunyai lajunya masing-masing. Lalu, apakah pengertian dari laju reaksi itu sendiri? Faktor apa yang mempengaruhi laju reaksi itu sendiri? Dan bagaimana menentukan persamaan laju reaksi? Yuk, simak artikel ini untuk lebih lengkapnya!

Pengertian Laju Reaksi

Menurut Raymond Chang dalam bukunya yang berjudul “Chemistry 10th Edition”, laju reaksi adalah perubahan konsentrasi suatu reaktan atau produk dalam satuan waktu. Laju reaksi memiliki satuan M/s (Molaritas per detik), menggambarkan perubahan konsentrasi (molaritas) suatu zat dalam waktu tertentu.

Saat terjadi reaksi kimia, hal yang terjadi adalah pengurangan konsentrasi zat yang bereaksi (reaktan) karena telah menjadi produk dan menyebabkan konsentrasi produk bertambah seiring berjalannya waktu. Berikut ini adalah ilustrasi perubahan konsentrasi reaktan dan produk dalam satuan waktu.

Grafik Perubahan Konsentrasi Produk dan Reaktan terhadap Waktu

Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada saat awal sebelum terjadi reaksi, hanya terdapat reaktan dan belum ada produk. Saat reaksi mulai berjalan, konsentrasi reaktan akan menurun, dan konsentrasi produk akan bertambah seiring berjalannya waktu hingga reaksi selesai. Reaksinya adalah sebagai berikut.

Reaktan → Produk

Dari grafik dapat  kita misalkan untuk reaksi sederhana seperti perubahan reaktan A menjadi produk B, maka reaksinya akan menjadi sebagai berikut.

A → B

Karena konsentrasi A terus berkurang dan konsentrasi B terus bertambah seiring berjalannya waktu, maka laju perubahan konsentrasi masing-masing dapat ditentukan sebagai

 v = – (∆[A])/∆t dan

Dimana ∆[A] adalah perubahan konsentrasi reaktan A, memiliki nilai negatif karena nilainya berkurang, dan ∆[B] adalah perubahan konsentrasi produk B yang bertambah, dalam perubahan waktu (∆t) tertentu.

Ketika kita sudah mengetahui bahwa laju reaksi merupakan perubahan konsentrasi suatu reaktan dan produk dalam satuan waktu, kemudian timbullah pertanyaan baru, “mengapa suatu reaksi kimia dapat terjadi hingga menyebabkan perubahan dari reaktan menjadi produk?”. Nah, untuk menjawab ini, kita akan berkenalan dengan Teori Tumbukan.

Teori Tumbukan

Suatu reaksi kimia dapat terjadi apabila molekul-molekul reaktan bertumbukan satu sama lain dengan orientasi yang tepat dan memiliki energi yang cukup. Pada teori tumbukan, syarat yang harus dipenuhi agar suatu reaksi kimia dapat terjadi adalah:

1. Molekul-molekul harus saling bertumbukan (berinteraksi)
2. Molekul-molekul yang bertumbukan memiliki energi yang cukup, melebihi energi aktivasi (Ea) dari reaksi yang akan dijalani
3. Molekul-molekul yang bertumbukan harus pada orientasi yang tepat

Berikut ini video ilustrasi dari teori tumbukan.

Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Setelah diketahui bahwa reaksi kimia dapat terjadi karena adanya tumbukan-tumbukan antar molekul reaktannya, besarnya laju dari suatu reaksi kimia juga dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi adalah konsentrasi, temperatur, luas permukaan, dan katalis.

Konsentrasi adalah salah satu hal yang mempengaruhi laju reaksi. Semakin besar konsentrasi reaktan, maka laju reaksi juga akan semakin besar. Hal ini disebabkan karena konsentrasi yang besar menandakan bahwa molekul-molekul dalam suatu zat juga menjadi lebih banyak, banyaknya molekul-molekul tersebut juga memperbesar peluang adanya tumbukan yang menyebabkan reaksi dapat terjadi.

Pengaruh Konsentrasi terhadap Laju Reaksi

Temperatur juga merupakan hal yang mempengaruhi laju reaksi. Temperatur yang lebih tinggi akan menyebabkan molekul-molekul lebih cepat dan bergerak, sehingga menyebabkan molekul-molekul akan lebih sering bertumbukan dan memiliki energi yang lebih tinggi agar reaksi kimia dapat terjadi. Temperatur yang lebih tinggi akan membuat laju reaksi menjadi lebih besar.

Temperatur Terhadap Laju Reaksi

Luas permukaan juga merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi laju reaksi. Contoh mudah dari pengaruh luas permukaan terhadap laju reaksi adalah gula pasir dan gula batu. Pada kondisi (temperatur dan berat) yang sama, gula pasir akan lebih cepat melarut dalam air dibandingkan dengan gula batu, hal ini disebabkan gula pasir memiliki luas permukaan yang lebih besar dibandingkan gula batu. Maka dari itu, luas permukaan yang lebih besar akan menghasilkan laju reaksi yang lebih besar (reaksi lebih cepat terjadi).

Pengaruh Luas Permukaan Terhadap Laju Reaksi

Katalis juga dapat mempengaruhi laju reaksi, yaitu membuat laju reaksi semakin besar atau mempercepat laju reaksi. Katalis bekerja dengan cara menurunkan energi aktivasi dari suatu reaksi, sehingga energi yang diperlukan oleh molekul-molekul reaktan untuk bereaksi menjadi lebih rendah, dan reaksi lebih cepat atau mudah terjadi. Katalis dapat menurunkan energi aktivasi dengan cara bereaksi dengan reaktan membentuk suatu kompleks teraktivasi, lalu akan terurai kembali membentuk produk dan mengembalikan katalis. Berikut ini adalah kurva energi reaksi dengan katalis maupun tanpa katalis.

Penggunaan katalis diilustrasikan pada gambar berikut:

Nah, setelah kita mengetahui faktor-faktor yang memengaruhi laju reaksi, maka selanjutnya kita akan membahas bagaimana cara menghitung laju reaksi, mengetahui orde reaksi, dan mengetahui hukum serta persamaan laju reaksi.

Persamaan Hukum Laju Reaksi

Pada faktor yang mempengaruhi laju reaksi, diketahui bahwa konsentrasi adalah salah satu faktor yang mempengaruhi. Besarnya laju reaksi sendiri berbanding lurus dengan konsentrasi reaktan. Laju reaksi dapat ditentukan melalui suatu hukum laju.  Hukum laju adalah penggambaran dari laju reaksi, konstanta laju, dan konsentrasi dari suatu zat yang saling berhubungan.  Hukum laju sendiri bentuknya adalah berupa suatu persamaan. Misalnya untuk reaksi berikut.

aA + bB → cC + dD

Hukum laju dari reaksi diatas adalah

Dimana v = laju reaksi (M/s), k adalah konstanta laju reaksi, [A] dan [B] adalah konsentrasi reaktan A dan B, serta x dan y adalah orde reaksi terhadap reaktan A dan B yang harus ditentukan melalui suatu percobaan atau eksperimen. Perlu diketahui bahwa nilai x dan y tidak berhubungan dengan koefisien stoikiometri dari reaksi.

Contoh, untuk reaksi pembentukan uap air dari gas hidrogen dan gas oksigen sebagai berikut.

Dari reaksi tersebut, maka hukum laju yang dapat ditulis adalah

Orde Reaksi

Seperti diketahui pada bagian hukum laju, diketahui nilai x dan y  merupakan orde reaksi terhadap reaktan A dan B, untuk nilai orde total reaksinya adalah x+y. Orde reaksi sendiri menggambarkan seberapa berpengaruh konsentrasi suatu reaktan terhadap laju reaksinya. Dalam kinetika kimia, diketahui beberapa jenis orde reaksi sebagai berikut.

Reaksi dengan orde nol bermakna bahwa konsentrasi suatu reaktan tidak berpengaruh terhadap laju suatu reaksi. Dengan kata lain, meskipun kita menambahkan atau memperbesar konsentrasi dari suatu reaktan, laju reaksinya tidak akan berubah. Maka hukum lajunya dapat disebut sebagai   atau . Berikut ini adalah grafik dari reaksi dengan orde nol.

Grafik Laju Reaksi Orde Nol

Reaksi dengan orde satu bermakna bahwa laju reaksi akan sebanding besarnya dengan konsentrasi reaktan.  Hukum laju dari reaksi berorde satu dapat berupa  atau hanya ditulis sebagai . Berikut ini adalah grafik dari reaksi dengan orde satu.

Grafik Laju Reaksi Orde Satu

Untuk reaksi dengan orde dua, maka laju reaksi akan bertambah sebesar pangkat dua dari konsentrasi reaktan. Misalkan konsentrasi dari reaktan A ditingkatkan sebesar 2 kali, maka laju reaksinya akan menjadi (2)2 atau 4 kali lebih besar dari laju awal. Berikut ini adalah grafik laju reaksi dengan orde reaksi dua.

Grafik Laju Reaksi Orde Dua

Kesimpulan

Laju reaksi merupakan perubahan konsentrasi dari suatu reaktan atau produk dalam satuan waktu, besarannya yang umum adalah molar/detik (M/s). Laju reaksi dapat dijelaskan menggunakan teori tumbukan. Laju reaksi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu konsentrasi, temperature, luas permukaan, dan katalis. Laju reaksi dapat ditentukan dengan menggunakan hukum laju berbentuk persamaan. Suatu laju reaksi juga memiliki orde, yang dapat dibedakan menjadi reaksi orde nol, orde satu, maupun orde dua.

Contoh Soal

Diketahui reaksi antara gas hidrogen dengan gas bromin untuk membentuk gas asam bromide adalah sebagai berikut :

Untuk reaksi berikut, dilakukan beberapa kali percobaan sehingga menghasilkan data seperti berikut.

                Dari data berikut, tentukanlah:

1. Hukum dan persamaan laju reaksi
2. Orde reaksi terhadap H2
3. Orde Reaksi terhadap Br2
4. Nilai konstanta laju, k
5. Besarnya laju reaksi jika [H2] = 0,1 M dan [Br2] = 0,5 M

Pembahasan

1. Dari reaksi yang tertera di soal, dapat disimpulkan bahwa hukum laju reaksinya adalah :

2. Orde reaksi terhadap H2 dapat ditentukan dengan  membandingkan percobaan dengan nilai konsentrasi Br2 yang sama. Pada soal ini, kita akan membandingkan percobaan 3 dan 4.

Karena nilai konsentrasi Br2 dan nilai k adalah sama, maka dapat dihilangkan dari persamaan. Lalu perbandingan akan menjadi

Masukkan nilai-nilainya hingga menjadi

Kemudian disederhanakan menjadi

Dari hasil berikut dapat disimpulkan bahwa nilai x = 2. Maka, orde reaksi terhadap H2 adalah 2.

3. Orde reaksi terhadap Br2 dapat ditentukan dengan cara yang sama dengan penentuan orde terhadap H2. Percobaan yang dibandingkan adalah percobaan 1 dan 2, karena memiliki nilai konsentrasi H2 yang sama.

Karena nilai k dan [H2]1 = [H2]2 adalah sama dan nilai x = 2, maka persamaannya menjadi

Persamaan tersebut kemudian disederhanakan menjadi

Dari hasil berikut dapat disimpulkan bahwa nilai y = 1. Maka, orde reaksi terhadap Br2 adalah 1.

Orde total dari reaksi tersebut adalah x + y = 2 + 1 = 3. Hukum lajunya akan menjadi

4. Untuk menentukan nilai konstanta laju reaksi atau k, kita dapat memilih salah satu dari percobaan, misal kita ambil percobaan 2. Masukkan semua nilai yang diketahui dari percobaan 2 ke dalam hukum laju, maka persamaan akan menjadi

Maka, konstanta laju reaksi tersebut adalah k = 12000 M-2s-1

5. Karena orde masing-masing reaktan dan nilai konstanta laju reaksi telah diketahui, maka masukkan nilai-nilai tersebut ke dalam hukum laju untuk menentukan laju reaksinya

Jadi, laju reaksi ketika [H2] = 0,1 M dan [Br2] = 0,5 M adalah .

Daftar Pustaka