Laju Reaksi dan Persamaan Laju

Laju Reaksi dan Persamaan Laju

 

 Bagi suatu reaksi kimia dengan persamaan stoikiometri sebagai berikut

           a A + b B ---à c C + d D                                                                          

laju reaksi r didefinisikan sebagai

           r     = - dA  = - dB = - dC = - dD

                       a dt        b dt      c dt    d dt

Dimensi dari r adalah : konsentrasi/waktu. Bagi sistem gas, dimana diandaikan persamaan gas ideal berlaku, maka :

                                           konsentrasi = n/V = P/RT

sehinga pada suhu tetap, konsentrasi dapat diganti dengan tekanan P. Untuk pengamatan dengan spektrofotometer, konsentrasi dapat diganti dengan absorbansi.

 Laju reaksi r merupakan fungsi dari berbagai variabel yang menentukan jalan reaksi, seperti : konsentrasi pereaksi, konsentrasi hasil reaksi, suhu, tekanan total (bagi sistem gas), zat-zat lain di luar pereaksi dan hasil reaksi (seperti katalis), dan sebagainya. Jadi

       r = f(T,P,[X_i],C,…)

kefungsian r pada konsentrasi disebut sebagai persamaan laju, yang merupakan ungkapan yang diperoleh sebagai suatu pengamatan eksperiment. Dengan kata lain, bentuk persamaan laju tak dapat diperoleh dari persamaan stokiometri ; bentuk stokiometri yang sama dapat menghasilkan laju yang berbeda.

Beberapa contoh berikut dapat memperjelas.

a.       Reaksi hidrogen dengan iod membentuk hidrogen iodid (fasa gas).

        H₂ + I₂ = 2HI

memiliki persamaan laju

        r = k[H₂][I₂]

b.      Reaksi hidrogen dengan brom membentuk hidrogen bromid (fasa gas)

     H₂ + Br₂ = 2HBr

     

c.       Reaksi pembentukan fosgen (fasa gas).

     CO + Cl₂  = COCl₂           

memiliki persamaan laju

     r = k[Cl₂]^3/2[CO]

d.      Reaksi penguraian asetaldehida (fasa gas)

     CH₃CHO = CH₄ + CO                                                     

memiliki persamaan laju

     r =k[CH₃CHO]^3/2                                                                                   

Kesimpulan : persamaan stokiometri suatu reaksi  tidak menggambarkan proses kimia yang berlangsung secara lengkap. Yang sebenarnya berlangsung  adalah lebih rumit daripada yang digambarkan oleh persamaan stokiometri.

 Persamaan laju dapat memiliki berbagai bentuk. Bila persamaan laju berbentuk perkalian dari konsentrasi, masing-masing dengan pangkat tertentu, seperti :

     r = k[A]^a[B]^b[C]^c…

maka dapat didefinisikan pengertian orde reaksi, yaitu :

     a = orde reaksi terhadap A

     b = orde reaksi terhadap B

dan seterusnya, sedangkan

     k = tetapan laju reaksi.

Orde reaksi dapat bilangan bulat atau pecahan, positif maupun negatif. Bila persamaan laju tak dapat dituliskan dalam bentuk pemfaktoran seperti diatas, seperti dalam hal reaksi antara hidrogen dan brom, maka reaksi dikatakan tak memiliki orde tertentu terhadap berbagai komponennya.

Penentuan orde raksi dapat dilakukan melalui dua cara, yaitu : cara differensial dan cara integral. Dalam cara differensial, yang ditentukan adalah orde reaksi terhadap salah satu komponen pereaksi, sedangkan dalam cara integral dilakukan pengandaian suatu orde reaksi dan dicek dengan data reaksi.

a. Cara diferrensial didasarkan atas penggunaan persamaan laju secara langsung. Untuk kasus satu komponen, dengan persamaaan laju

                   r = k[A]^a

maka

       ln r = ln k + a ln [A]

Pengaluran ln r terhadap ln [A] dari data pengamatan, akan menghasilkan garis lurus, dengan koeffisien kelerengan (slope) a dan perpotongan dengan ordinat pada ln k. Dengan demikian orde dapat langsung ditentukan melalui penarikan garis lurus terbaik (berdasarkan data pengamatan) dan penentuan kelerengannya.

Bila reaksi terdiri atas dua pereaksi, dengan persamaan laju dituliskan sebagai

        r = k[A]^a[B]^b

salah satu komponen dibuat berharga “tetap”, denagan cara menggunakan konsentrasi yang jauh lebih besar dari yang lain. Jadi, jika [B]>>[A],maka perubahan harga [A] tak akan banyak mempengaruhi [B] sehingga selama reaksi berlangsung dapat dianggap “tetap”. Dengan demikian, dari ungkapan

           ln r = {ln k + b ln [B]} + a ln [A]

Pengaluran ln r terhadap ln [A] tetap menghasilkan orde terhadap A dengan suku dalam kurung {…} merupakan perpotongan dengan ordinat. Proses ini dapat dibalik, dengan membuat konsentrasi A “tetap” untuk memperoleh orde terhadap b, dan kemudian harga tetapan laju k.

b. Cara integral didasarkan atas pengandaian harga orde reaksi tertentu terhadap suatu komponen. Jadi diandaikan berorde a terhadap komponen A, persamaam laju menjadi ( untuk satu komponen ) :

r = -k dt

Bila orde reaksi a=1, integrasi menghasilkan ungkapan

ln [A] = ln [A]₀ – kt

sehingga pengaluran ln  [A] terhadap t akan menghasilkan garis lurus, dengan kelerangan sebesar –k. Disini [A]₀ adalah konsentrasi A pada awal reaksi, yaitu t=0.