Efek dari Konsentrasi

Kata Kunci: efek konsentrasi

Ditulis oleh Ramadhan wahyu

Halaman ini menjelaskan efek dari perubahaan dari konsentrasi larutan pada laju reaksi.
Fakta-fakta
Apa yang sebenarnya terjadi ?
Untuk berbagai reaksi yang melibatkan zat cair dan gas, peningkatan konsentrasi dari pereaksi meningkatkan laju 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 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 S_N1.

Read More

Efek dari Tekanan

Kata Kunci: tekanan

Ditulis oleh Ramadhan wahyu

Halaman ini menjelaskan efek dari perubahaan dari konsentrasi larutan 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 :

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.

Read More

Efek dari Suhu

Kata Kunci: boltzmann, energi aktivasi, laju reaksi, maxwell, teori tumbukan

Ditulis oleh Ramadhan wahyu

Halaman ini menjelaskan bahwa perubahaan suhu memperngaruhi laju reaksi. Halaman ini mengansumsikan bahwa Anda telah mengerti prinsip dasar dari teori tumbukan dan distribusi energi molekular Maxwell-Bpltzmann pada gas.
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 10^oC suhu.
Perkiraan ini bukan keadaan yang mutlak dan tidak bisa diterapkan pada seluruh reaksi. Bahkan bilapun mendekati benar, laju reaksi akan berlipat ganda tiap 9^oC atau 11^oC 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 partikel-partikelnya akan bergerak lebih cepat sehingga frekwensi tumbukan akan semakin besar. Hal ini mempercepat laju dari reaksi.
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 (20_oC ke 30_oK)

Kita akan memperoleh 1.7 % peningkatan dari tiap kenaikan 10_o. 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
Tumbuka-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.

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.

Read More

Efek dari Katalis

Ditulis oleh Ramadhan wahyu

Halaman ini menjelaskan bahwa penambahan katalis mempengaruhi laju reaksi. Halaman ini mengansumsikan bahwa Anda telah mengerti prinsip dasar dari teori tumbukan dan distribusi energi molekular Maxwell-Boltzmann pada gas.
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:

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.

Read More

Order Reaksi dan Persamaan Laju Reaksi

Kata Kunci: laju reaksi, order reaksi

Ditulis oleh Ramadhan wahyu

Merubah konsentrasi dari suatu zat di dalam suatu reaksi biasanya merubah juga laju reaksi. Persamaan laju menggambarkan perubahaan ini secara matematis. Order reaksi adalah bagian dari persamaan laju. Halaman ini memperkenalkan dan menjelaskan berbagai istilah yang perlu Anda tahu.
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.

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
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.

Read More