BAB I KINETIKA REAKSI
A. Peng Penger erti tian an
Dalam kimia fisik, kinetika kimia atau kinetika reaksi adalah ilmu yang mempelajari laju reaksi dalam suatu reaksi kimia. Analisis terhadap pengaruh berbagai kondisi reaksi terhadap laju reaksi memberikan informasi mengenai mekanisme reaksi dan keadaan transisi dari suatu reaksi kimia. Pada tahun 1864, 1864, Peter Waage Waage merintis merintis pengembangan pengembangan kinetika kimia dengan memformulasikan hukum aksi massa, yang menyatakan baha ke!epatan suatu reaksi kimia proporsional dengan kuantitas "at yang bereaksi. 1. LAJU LAJU REAK REAKSI SI KIMI KIMIA A
#aju #aju atau atau ke!epa ke!epatan tan menga! menga!u u pada pada sesuat sesuatu u yang yang terjadi terjadi dalam dalam satuan satuan akt aktu. u. $ebu $ebuah ah mobi mobill yang yang berg bergera erak k deng dengan an ke!ep ke!epat atan an 6% mph, mph, misal misalny nyaa mene menemp mpuh uh jarak jarak 6% mil mil dalam dalam satu satuan an jam. jam. &ntu &ntuk k reaks reaksii kimi kimiaa laju laju reaks reaksii mendeskripsikan seberapa !epat konsentrasi reaktran atau produk berubah dengan aktu. $ebagai ilustrasi, mari kita lihat reaksi yang terjadi segera setelah ion 'e () dan $n*) se!ara serempak dimasukkan ke dalam larutan berair. * 'e()+a- ) $n*)+a- * * 'e *)+a- ) $n4)+a- ..........+1.1Andaikan (8,/ s sesudah reaksi dimulai, 0'e *) ternyata %,%%1% 2. $elama kurun aktu tersebut, 3t (8,/ s, perubahan konsentrasi 'e *) yang kita nyatakan sebagai sebagai 30'e 30'e*) adala adalah h 30'e 30'e*) %,%%1 ,%%1% % 2 5 % %,%% %,%%1% 1% 2. #aju aju rera rerata ta pembentukan 'e*) di bagi perubahan aktu Fe 2+ ¿ *)
#aju pembentukan 'e
¿ ∆¿ ¿
1
/
2 s 1
7agaimana konsentrasi $n4) berubah selama (8,/ s kita memantau 'e*) dapatkah anda melihat baha dalam (8,/ s, 30$n 4) akan menjadi %,%%%/% %,%%%/% 2 5 % %,%%%/% 2 berhubung hanya satu ion $n 4) dihasilkan untuk setiap dua ion 'e *) , maka maka penu penum mpuka pukan n 0$n 0$n 4) hanya sete etengah dari 0 'e*). Akiba kibatny tnyaa laju laju pembentukan $n4) adalah 1,( 9 1% / mol per liter per detik. #aju pembentukan $n 4) 1,( 9 1% / 2 s1 :ita juga dapat mengikuti jalannya reaksi dengan memantau konsentrasi reaktan aal. ;adi, banyaknya 'e () yang dikons dikonsumsi umsi sama sama dengan dengan banyaknya banyaknya 'e*) yang diproduksi. Perubahan konsentrasi 'e () adalah 30 'e () %,%%1% 2. #aju rerata hilangnya 'e () dalam reaksi diberikan melalui rumus< Fe 3 + ¿ ()
#aju hilangnya 'e
¿ ∆¿ ¿
/
2 s 1
#aju #aju hilan hilangn gnya ya spes spesies ies adala adalah h kuan kuantit titas as nega negati tiff kare karena na kons konsen entr trasi asi menu menuru run n deng dengan an akt aktu u kons konsen entra trasi si pada pada akhi akhirr perio periode de akt aktu u lebi lebih h ke!i ke!ill dibandingkan pada aal periode. Dengan !ara yang sama kita mengaitkan laju pembentukan $n 4) dengan laju pembentukan 'e *). Artinya laju hilangnya $n *) adalah setengah hilangnya 'e(), menghasilkan = #aju hilangnya $n *) 1,( 9 1% / 2 s1 :etika kita merujuk laju reaksi +1.1- mana dari keempat kuantitas yang dideskripsikan di sini yang harus digunakan &ntuk menghindari kebingungan dalam hal ini >&PA? menyarankan agar kita menggunakan laju umum reaksi. &ntuk reaksi hipotesis yang dinyatakan dengan persamaan setara, aA ) b7 g@ ) h laju reaksinya adalah
2
−1 ∆ [ A ] −1 ∆ [ B ] 1 ∆ [ G ] 1 ∆ [ H ] = = = laju reaksi a ∆ t b ∆ t g ∆ t h ∆ t dalam rumus ini, kita mengambil nilai negatif dari laju kehilangan, nilai positif dari laju pembentukan, dan membagi semua laju dengan koefisien stoikiometrik yang bener dari persamaan yang setara. asilnya adalah kuantitas tunggal bernilai positif yang kita sebut laju reaksi. ;adi, untuk reaksi +1.1- kita dapat menuliskan
Fe 3 +¿
¿
Sn 2 +¿ laju reaksi
¿ ∆¿ ∆¿ −1 ¿ 2
Fe 2+ ¿ ¿ Sn 4 +¿ ¿ ∆¿ ∆¿ −1
2
1,( 9 1% / 2 s1
¿
?ontoh soal 1. Andaikan pada suatu saat tertentu dalam reaksi A)(7*?)*D 07 %,BB86 2 dan 1(,*% menit berikutnya 07 %,BC46 2. 7erapa laju rerata reaksi selama periode aktu tersebut, dinyatakan dalam 2 s 1 Penyelesaian= #aju hilangnya 7 adalah perubahan molaritas, 307 dibagi dengan interal aktu 3t seaktu perubahan ini berlangsung, 307 %,BC462 5 %,BB86 2 %,%*4% 2, dan 3t 1(,*% menit, dan
3
#aju reaksi
−1 ∆ [ B ] −1 −0,0240 M = x 4 1 3 ∆ t 3 13,20 menit 6,%6 9 1% 2 min 1,%1 9 1%/ 2 s1
2. EFEK KONSENTRASI PADA LAJU REAKSI: HUKUM LAJU
$alah satu tujuan dalam kajian kinetika kimia adalah menurunkan persamaan yang dapat digunakan untuk memprediksi hubungan antara laju reaksi dan konsentrasi reaktan. Persamaan yang ditetapkan se!ara per!obaan ini disebut hukum laju +rate la- atau persamaan laju + rate euation-.
#ihat reaksi hipotesis berikut ini= aA ) b7 ... g@ ) h... dengan a, b, ... berarti koefisien dalan persamaan setara. :ita sering dapat menyatakan laju reaksi seperti ini sebagai
la! rea"#i $ "%A&'%B&n... suku 0A, 07, ... menyatakan molaritas reaktan. Eksponen yang diperlukan m, n, ... biasanya merupakan angka bulat, positif, ke!il, meskipun dalam beberapa kasus dapat berupa nol, pe!ahan, atau negatif. Eksponen harus ditentukan se!ara per!obaan dan biasanya tidak berkaitan dengan koefisien stoikiometrik a, b,... artinya, sering m F a, n F b dan seterusnya. >stilah orde dikaitkan dengan eksponen dalam hukum laju dan digunakan dalam dua !ara= 1- ;ika m 1, kita mengatakan reaksi berorde pertama untu A. ;ika n *, reaksi berorde kedua untuk 7, dan seterusnya
4
*- Grdereaksi + order of rea!tion - keseluruhan adalah jumlah semua eksponen= m ) n ) ... konstanta proporsionalitas k menghubungkan laju reaksi dengan konsentrasi reaktan dan dinamakan konstanta laju +rate !onstan- reaksi tersebut. Hilainya tergantung pada reaksi spesifik, keberadaan katalis +jika ada-, dan suhu. $emakin besar nilai k, semakin !epat reaksi berjalan. Grde reaksi menentukan bentuk umum hukum laju dan satuan k yang benar +artinya bergantung pada nilai eksponen-. Dengan hukum laju untuk suatu reaksi, kita dapat
2enghitung laju reaksi untuk konsentrasi reaktan yang diketahui 2enurunkan persamaan yang menyatakan konsentrasi reaktan sebagai fungsi aktu
2etode #aju Aal $eperti tersirat pada namanya, metode ini mensyaratkan kita bekerja dengan laju aal reaksi. ?ontohnya, mari kita melihat reaksi spesifik antara merkurium+>>- klorida dan ion oksalat. * g?l*+a- ) ?*G4*+a- * ?l +a- ) * ?G *+g- g*?l*+sukum laju tentatif yang dapat kita tulis untuk reaksi ini adalah #aju reaksi k0g?l *m0?*G4*n :ita dapat mengikuti reaksi dengan mengukur kuantitas g *?l*+s- yang terbentuk sebagai fungsi aktu. 7erapa data yang meakili diberikan pada tabel yang dapat kita asumsikan berdasarkan laju pembentukan g*?l* atau laju hilangnya ?*G4*. Pada !ontoh ini kita akan menggunakan beberapa data ini untuk mengilustrasikan metode laju aal.
5
Iabel
Data kinetika untuk reaksi * g?l*+a- ) ?*G4*+a- * ?l +a- ) * ?G*+g- g*?l*+s-
per!obaan 1 * (
0?*G4*, 2 0?*G4*1 %,1/ 0?*G4** %,(% 0?*G4*( %,(%
0g?l*, 2 0g?l*1 %,1%/ 0g?l** %,1%/ 0g?l*( %,%/*
#aju aal, 2 min1 1,8 9 1% / C,1 9 1% / (,/ 9 1% /
?ontoh soal 2enentuka orde reaksi dengan metode laju aal. @unakan data dari tabel untuk menetapkan orde reaksi, untuk g?l * dan untuk ? *G4* dan juga orde keseluruhan reaksi.
Penyelesaian :ita perlu menentukan nila m dan n dalam persamaan #aju reaksi k0g?l *m0?*G4*n Dalam membandingkan per!obaan * dan per!obaan (, perhatikan baha pada dasarnya 0g?l* berlipat dua +%,1%/ 2 * 9 %,%/* 2- sementara 0? *G4* dipertahankan konstan +pada %,(% 2-. Perhatikan juga baha J * * 9 J ( +C,1 9 1%/ * 9 (,/ 9 1% /-. 7ukannya menggunakan konsentrasi aktual dan laju dalam persamaan laju berikut, mari kita menggunakan euialen simboliknya. m J * k 9 0g?l * 2
m J ( k 9 0g?l * 2
*
n
9 0?*G4 2
*
n
9 0?*G4 2
6
m
* 4
n
k 9 +* 9 0g?l *(- 9 0?*G 3
R 2 2 x R 3 = =2= R 3 R 3
k x 2 m [ HgCl 2 ] ₂
K X [ HgC 1
]
m 2
m
[ C O ] ⁿ ₃ =2 × [ C O ] ⁿ ₃ 2
₄2
2
₄2
ͫ
2
Agar *m *, m 1 &ntuk menentukan nilai n, kita dapat membentuk rasio R2KJ 1. $ekarang, 0?*%4
*
dilipatduakan dan 0g?1* dibuat konstan. $aat ini, mari kita
menggunakan konsentrasi aktual, bukan ekuialen simbolik. ;uga, kita sekarang mempunyai nilai m = 1. ₁ *
n
J * k 9 0g?l * ₂ 9 0?*G4 2
₁
J 1 k 9 0g?l *
*
₁
k 9 +%,1%/- 1 9 +* 9 %,1/- n
k 9 +%,1%/- 1 9 +%,1/-n
n
9 0?*G4 2
k x ( 0,105 ) 1 x 2 ⁿ x ( 0,15 ) ⁿ R ₂ 7,1 x 10 = =2 ⁿ ͌ 4= R ₁ 1,8 x 10 ⁻ ⁵ k x ( 0,105 ) 1 x ( 0,15 ) ⁿ −5
Agar *n 4, n * Jingkasnya,reaksi ini mempunyai orde pertama untuk g?1* +m 1-, orde kedua untuk ? *%4*+n *-, dan orde ketiga untuk keseluruhan +m ) n 1) * (-. :ita membuat pengamatan penting pada ?ontoh 14(= ;ika reaksi adalah Grde pertama untuk salah satu reaktan, pelipatduaan konsentrasi aal dari reaktan itu mengakibatkan laju aal reaksi menjadi berlipat dua. 7erikut ini adalah efek umum pelipatduaan konsentrasi aal dari reaktan tertentu +dengan konsentrasi reaktan lain dipertahankan konstan-.
Grde kenol untuk reaktan 5 tidak ada efek pada laju aal reaksi. Grde pertama untuk rektan 5 laju aal reaktan berlipat dua. Grde kedua untuk reaktan 5 laju aal reaktan berlipat empat. Grde ketiga untuk reaktan 5 laju aal reaktan meningkat delapan kali.
7
$eperti telah dikemukakan, orde reaksi, sebagaimana diindikasikan melalui hukum laju, menentukan satuan konstanta laju, k. Artinya, jika pada sisi kiri hukum laju reaksi mempunyai satu 2 +aktu- 1, di sebelah kanan, satuan k harus menghasilkan peniadaan sehingga juga memberikan 2 +aktu-1. ;adi, untuk hukum laju yang ditetapkan pada !ontoh.
Hukum laju=
laju reaksi
k9
0g?1* 9 0?*G4**
$atuan=
2 min1
2* min1
2
2*
7egitu kita mempunyai eksponen dalam persamaan laju, kita dapat menentukan nilai konstanta laju, k .&ntuk melakukannya, apa yang kita perlukan adalah laju reaksi yang berkaitan dengan konsentrasi aal yang diketahui pada reaktan
(. REAKSI ORDE KE)NOL
Jeaksi orde kenol +"eroorder rea!tion- keseluruhan mempunyai hukum laju yang jumlah eksponennya, m)n L sama dengan %. $edangkan !ontoh, kita ambil reaksi dengan reaktan tunggal A yang terdekomposisi menjadi produk. A
produk
;ika reaksi mempunyai orde kenol, hukum lajunya adalah #aju reaksi k 0A% k konstan 0A% 8
+1,*-
Waktu
t f
?iri lain reaksi orde kenol adalah •
@rafik konsentrasiaktu merupakan garis lurus dengan kemiringan
•
negatif +@ambar 14(#aju reaksi, yang sama dengan k dan tetap konstan di sepanjang reaksi,
•
adalah negatif dari kemiringan garis ini $atuan k sama dengan satuan laju reaksi= mol # 1 +aktu-1, misalnya mol # 1 s1, atau 2 s1. Persamaan +1.*- adalah hukum laju untuk reaksi orde kenol. Persamaan
lain yang berguna, yang disebut hokum laju terintegrasi, menyatakan konsentras ireaktan sebagai fungsi aktu. Persamaan ini dapat ditentukan dengan agak lebih mudah dari grafik pada gambar. 2ari kita mulai dengan persamaan umum untuk garis lurus y m9 ) b dan mensubtitusikan y 0A, +konsentrasi A pada aktu t-< 9 t +aktu-< b 0A % +konsentrasi aal A pada aktu t %-< dan m k +m, kemiringan garis lurus, diperoleh sebagaimana dinyatakan pada keterangan gambar. 0At kt ) 0A%
*. REAKSI ORDE PERTAMA
$uatu reaksi orde pertama +firstorder rea!tion- keseluruhan memiliki hukum laju dengan jumlah eksponen, m ) n L. $ama dengan 1. ;enis yang sangat umum dari reaksi orde pertama, dan satusatunya jenis yang akan kita bahas, 9
adalah reaksi dengan satu reaktan terdekomposisi menjadi beberapa produk. Jeaksi dekomposisi *G* yang kita deskripsikan pada bahasan ini adalah reaksi orde pertama.
*G*+a- *G+l- )
1 2 G*+g-
#aju reaksi bergantung pada konsentrasi *G* dipangkatkan satu, artinya, #aju reaksi k0*G* 2udah untuk menetapkan baha reaksi tersebut adalah reaksi orde pertama melalui metode laju aal, akan tetapi ada !ara lain untuk mengenali reaksi orde pertama.
+. ,AKTU PARUH
2eski pun sampai sekarang kita hanya menggunakan konsentrasi molar dalam persamaan kinetika, kadang kita dapat bekerja langsung dengan massa reaktan. :emungkinan lain adalah bekerja dengan fraksi reaktan yang terkonsumsi, sebagaimana dilakukan dengan konsep aktu paruh. Waktu paruh +halflife- reaksi adalah aktu yang diperlukan untuk terkonsumsinya setengah reaktan. >ni adalah aktu ketika banyaknya reaktan atau konsentrasinya menurun menjadi setengah dari nilai aalnya. Artinya, pada t
t1K*, 0At
1 2 0A%. Pada saat ini, persamaan ini mengambil bentuk
ln
[ A ] t [ A ] 0
1
ln
2
[ A ] 0
[ A ] 0
1 ln 2 ln * k 9 t 1K*
10
ln 2
t1K*
k
0,693
k
-. REAKSI ORDE KEDUA
Jeaksi orde kedua +se!ondorder rea!tion- keseluruhan mempunyai hukum laju dengan jumlah eksponen, m ) n L ,sama dengan *. $eperti pada reaksi orde kenol dan reaksi orde pertama, pembahasan kita akan dibatasi pada reaksi yang melibatkan dekomposisi satu reaktan A produk Mang mengikuti hukum laju #aju reaksi k0A* &ntuk aktu paruh orde kedua dapat diperoleh 1
t1K*
k [ A ] 0
?ontoh soal Penguraian berkatalis *G* N *G ) G* diketahui merupakan orde ke 1. Ietapan laju pada I tertentu *,4 9 1% 4 s1. a. itung t1K* dalam per detik Penyelesaian 0,693
a. t1K*
k
0,693 2,4 x 10− 4 s −1
*88C,/ s
11
. MODEL TEORITIS UNTUK KINETIKA KIMIA
Aspek praktis dari kinetika reaksi 5 hukum laju, konstanta laju dapat dideskripsikan tanpa mempertimbangkan perilaku molekul se!ara indiidual. Hamun, pemahaman mengenai proses yang terlibat memerlukan pemeriksaan pada tingkat molekul. 2isalnya, per!obaan menunjukkan baha dekomposisi *G* adalah orde pertama.
/. TEORI TABRAKAN
Dalam pembahasan kita mengenai teori kinetikmolekl, penekanan kita adalah pada kelajuan molekul. Aspek lebih lanjut dari teori yang relean dengan kinetika kimia adalah frekuensi tabrakan +!ollision freuen!y-, yaitu banyak nya tabraka nmolekul per satuan aktu. Dalam reaksi yang melibatkan gas, frekuensi tabrakan terhitung adalah pangkat dari 1%(% tabrakan per detik. ;ika setiap tabrakan yang terjadi menghasilkan molekul, laju reaksi akan sekitar 1%6 2 s1, laju yang sangat !epat. Jeaksi fasegas umumnya berlangsung pada laju yang jauh lebih lambat, mungkin pangkat dari 1%4 2 s1. $e!ara umum, ini harus berarti baha hanya sebagian dari tabrakan di antara molekulmolekul gas yang menghasilkan reaksi kimia. >ni merupakan kesimpulan yang masuk akal< kita tidak dapat berharap setiap tabrakan menghasilkan reaksi. Agar reaksi dapat terjadi setelah ada tabrakan di antara molekul, mesti ada redistribusi energi yang member i!ukup energy kedalam ikatan kun!i tertentu untuk memutuskannya. :ita tidak akan berharap dua molekul yang bergerak lambat membaa
energi kinetik yang !ukup dalam tabrakannya 12
yang
mengakibatkan putusnya ikatan. Hamun kita akan berharap * molekul yang bergerak !epatlah yang dapat mengakibatkan putusnya ikatan, atau mungkin satu molekul yang bergerak sangat !epat bertabrakan dengan satu molekul yang bergeraklambat. Energi aktiasi +a!tiation energy- suatu reaksi adalah energy minimum di atas energy kineti! rerata yang harus dimiliki molekul agar tabrakannya menghasilkan reaksi kimia. Ieori kineti!molekul dapat digunakan untuk menentukan fraksi molekul dalam !ampuran yang memiliki energy kineti! tertentu.
0. TEORI KEADAAN TRANSISI
Dalam teori yang diajukan enry Eyring +1B%11B81- dan lainnya, penekanan khusus diberikan pada spesies hipotesis yang diper!aya ada dalam keadaaantara yang terletak diantara reaktan dan produk. :ita menamakan keadaan ini keadaan transisi +transition state- dan spesies hipotesis ini dinamakan kompleks teraktifkan +a!tiated !omple9-. :ompleks teraktifkan yang terbentuk melalui tabrakan, dapat terdisosiasi kembali menjadi reaktan asalnya atau membentuk molekul produk. :ita dapat menyatakan kompleks teraktifkan untuk reaksi dengan !ara ini.
H O H 5 G ) H G N H O H Q Q QGQ Q QH G reaktan
kompleks teraktifkan
HOH ) G5HG produk
Dalam reaktan, tidak ada ikatan antara atom G dari H *G dan atom H dan HG. Dalam kompleks teraktifkan, atom G se!ara parsial terputus dari molekul H*G dan se!ara parsial terikat ke molekul HG, sebagaimana dinyatakan oleh
13
ikatan parsial. Pembentukan kompleks teraktifkan adalah proses reersibel. 7egitu terbentuk, sebagian molekul kompleks teraktifkan dapat terdisosiasi kembali menjadi reaktan, tetapi molekul kompleks teraktifkan lainnya dapat terdisosiasi menjadi molekul produk< ikatan parsial dari atom G pada H *G telah putus dan ikatan parsial antara atom G dan HG telah menjadi ikatn sempurna.
1. EFEK SUHU PADA LAJU REAKSI
Dari pengalaman seharihari, kita menduga reaksi kimia berjalan lebih !epat pada suhu yang lebih tinggi. &ntuk memper!epat reaksi biokimia yang terlibat dalam pemasakan, kita menaikkan suhu, dan untuk melambatkan reaksi lainnya, kita menurunkan suhunya, seperti memasukkan susu ke dalam lemari pendingin agar tidak basi. Pada tahun 188B $tae Arrhenius menunjukkan baha konstanta laju banyak reaksi kimia berariasi dengan suhu sesuai dengan rumus k AeEaKJI dengan mengambil logaritma alami di kedua sisi persamaan ini, kita mendapatkan rumus berikut
ln k
Ea RT ) ln A
grafik ln k ersus 1KI adalah suatu garis lurus sehingga memberikan metode grafis untuk menentukan energi aktiasi suatu reaksi. :ita dapat juga menurunkan suatu ariasi penting dari persamaan ini dengan menuliskan dua kali masingmasing dengan nilai k berbeda dan suhunya dan kemudian mengeliminasi konstanta ln A. asilnya, dinamakan juga persamaan Arrhenius, adalah
ln k
k 2 Ea k 1 R
(
1 − 1 T 1 T 2
)
14
Dari persamaan di atas, I1 dan I* adalah suhu :elin< k* dan k1 adalah konstanta laju pada suhu tersebut< dan Ea adalah energi aktiasi dalam joule per mol. J adalah konstanta gas yang dinyatakan sebagai 8,(14/ ; mol 1 : 1.
11. MEKANISME REAKSI
HG*+g- diketahui memainkan peran kun!i dalam pembentukan absolut fotokimia, tetapi tampaknya tidak masuk akal baha sangat banyak dari gas initerbentuk di atmosfer melalui reaksi langsung * HG+g% ) G*+g- * HG *+gAgar reaksi ini berlangsung dalam satu langkah dengan !ara yang disarankan oleh persamaan di atas, tiga molekul harus bertabrakan se!ara serempak, atau sangat nyaris demikian. Iabrakan tiga molekul adalah kejadian yang tidak mungkin. Jeaksi tampaknya mengikuti mekanisme atau lintasan yang berbeda. $alah satu tujuan utama dalam menentukan hukum laju reaksi kimia adalah mengaitkanya dengan mekanisme reaksi yang mungkin. $uatu mekanisme reaksi +rea!tion me!hanism- adalah deskripsi rin!i langkah demi langkah suatu reaksi kimia. $etiap langkah dalam mekanisme dinamakan proses elementer +elementary pro!!es-, yang mendeskripsikan setiap kejadian molekular yang se!ara signifikan mengubah energi atau geometri molekul atau menghasilkan molekul baru. Dua syarat bagi mekanisme reaksi yang masuk akal adalah harus =
:onsisten dengan stoikiometri reaksi keseluruhan. 2enjelaskan hukum laju yang ditentukan se!ara per!obaan.
12. PROSES ELEMENTER
15
Adapun !iri proses elementer adalah sebagai berikut= 1. Proses elementer bersifat unimolekular 5 proses satu molekul terdisosiasi 5 atau bimolekular 5 proses yang melibatkan tabrakan dua molekul. Proses termolekular, yang melibatkan tambrakan serempak tiga molekul, relatif jarang sebagai proses elementer. *. Eksponen pada suku konsentrasi dalam hukum laju untuk proses elementer adalah sama seperti koefisien stoikiometrik dalam persamaan setara untuk proses itu. + perhatikan baha ini tidak sama seperti hukum laju keseluruhan, yang eksponennya tidak selalu berkaitan dengan koefisien stoikiometrik dalam persamaan keseluruhan(. Proses elementer bersifat reersibel dan berapa di antaranya dapat men!apai kondisi kesetimbangan dengan laju yang sama pada proses maju dan proses balik 4. $pesies tertentu dihasilkan dalam satu proses elementer dan terkonsumsi pada proses elementer lainnya. Dalam suatu mekanisme reaksi yang diajukan, intermedit +"at antara- seperti ini tidak boleh mun!ul dalam persamaan kimia keseluruhan atau hukum laju keseluruhan /. $atu proses elementer dapat berlangsung jauh lebih lambat dibandingkan proses elementer lainnya dan dalam beberapa kasus dapat menentukan laju reaksi keseluruhan. Proses ini dinamakan langkah penentu laju + rate determining step1(. MEKANISME DENAN LANKAH LAMBAT DIIKUTI DENAN LANKAH 3EPAT
Jeaksi antara gas iodin monoklorida dan gas hidrogen menghasilkan iodin dan hidrogen klorida sebagai produk gas. *+g- ) * >?l+g- > *+g- ) * ?l+gukum laju yang ditentukan se!ara per!obaan untuk reaksi ini adalah #aju reaksi k0 * 0>?l
16
2ari kita mulai dengan mekanisme yang tampaknya masuk akal, seperti mekanisme dua langkah berikut +1- #ambat= +*- ?epat=
* ) >?l > ) ?l > ) >?l >* ) ?l
:eseluruhan
* ) * >?l > * ) * ?l
$kema ini tampaknya masuk akal berdasrkan dua alasan= 1. ;umlah dua langkah ini menghasilkan reaksi keseluruhan yang teramati se!ara per!obaan *. $ebagaimana kita ingat, proses elementer unimolekular dan proses bimolekular adalah yang paling masuk akal dan setiap langkah dalam mekanisme di atas adalah bimolekular. 7erhubung setiap langkah adalah proses elementer, kita dapat menuliskan #aju +1- k 1 0* 0?l
dan
laju +*- k* 0> 0>?l
$ekarang, perhatikan baha mekanisme ini mengusulkan langkah +1terjadi lambat tetapi langkah +*- terjadi !epat. >ni menyiratkan baha > terkonsumsi dalam langkah kedua se!epat > terbentuk pada proses pertama. #angkah pertama adalah langkah penentu laju dan laju reaksi keseluruhan ditentukan hanya oleh laku ketika > terbentuk dalam langkah pertama, artinya oleh laju ini menjelaskan mengapa hukum laju yang teramati untuk reaksi netto adalah laju reaksi k 0* 0?l
1*. FAKTOR)FAKTOR 4AN MEMPENARUHI KE3EPATAN REAKSI 1. :onsentrasi
17
Dari berbagai per!obaan menunjukkan baha makin besar konsentrasi "a t "at yang bereaksi makin !epat reaksinya berlangsung. 2akin besar konsentrasi makin banyak "at"at yang bereaksi sehingga makin besar kemungkinan terjadinya tumbukan dengan demikian makin besar pula kemungkinan terjadinya reaksi. *. $ifat "at yang bereaksi $ifat "at yang mudah atau sukar bereaksi akan menentukan ke!epatan berlangsungnya suatu reaksi. $e!ara umum dinyatakan baha= RJeaksi antara senyaa ion umumnya berlangsung !epat.R al ini disebabkan oleh adanya gaya tarik menarik antara ionion yang muatannya berlaanan. ?ontoh= ?a*)+a-)?G(*)+a-?a?G(+sJeaksi ini berlangsung dengan !epat. Jeaksi antara senyaa koalen umumnya berlangsung lambat. al ini disebabkan oleh reaksi yang berlangsung tersebut membutuhkan energi untuk memutuskan ikatanikatan koalen yang terdapat dalam molekul "at yang bereaksi. ?ontoh= ?4+g- ) ?l*+g- S ?(?l+g- ) ?#+gJeaksi ini berjalan lambat reaksinya dapat diper!epat apabila diberi energi, misalnya< !ahaya matahari. (. $uhu Pada umumnya reaksi akan berlangsung lebih !epat bila suhu dinaikkan. Dengan menaikkan suhu maka energi kinetik molekulmolekul "at yang bereaksi akan bertambah sehingga akan lebih banyak molekul yang memiliki energi sama atau lebih besar dari Ea. Dengan demikian lebih banyak molekul yang dapat men!apai keadaan transisi atau dengan kata lain ke!epatan reaksi menjadi lebih
18
besar. $e!ara matematis hubungan antara nilai tetapan laju reaksi +k- terhadap suhu dinyatakan oleh formulasi AJJEH>&$. 4. :atalisator :atalisator adalah "at yang ditambahkan ke dalam suatu reaksi yang mempunyai tujuan memperbesar ke!epatan reaksi. :atalis terkadang ikut terlibat dalam reaksi tetapi tidak mengalami perubahan kimiai yang permanen, dengan kata lain pada akhir reaksi katalis akan dijumpai kembali dalam bentuk dan jumlah yang sama seperti sebelum reaksi. 'ungsi katalis adalah memperbesar ke!epatan reaksinya +memper!epat reaksi- dengan jalan memperke!il energi pengaktifan suatu reaksi dan dibentuknya
tahaptahap
reaksi yang baru.
Dengan menurunnya
energi
pengaktifan maka pada suhu yang sama reaksi dapat berlangsung lebih !epat. alaman ini menitikberatkan pada perbedaan tipetipe katalis +heterogen dan homogen- beserta dengan !ontoh!ontoh dari tiap tipe, dan penjelasan bagaimana mereka bekerja. Anda juga akan mendapatkan deskripsi dari satu !ontoh autokatalis reaksi dimana hasil produk juga turut mengkatalis. :atalis adalah suatu "at yang memper!epat laju reaksi reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri +lihat pula katalisis-. $uatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. :atalis
memungkinkan
reaksi
berlangsung
lebih
!epat
atau
memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipi!unya terhadap pereaksi. :atalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktiasi yang lebih rendah. :atalis
mengurangi energi yang
dibutuhkan untuk
berlangsungnya reaksi. :atalis dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu= katalis homogen dan katalis heterogen.
19
1. :atalis omogen :atalis homogen adalah suatu jenis dari katalisis di mana katalis menempati fase yang sama dengan reaktan :atalis homogen adalah senyaa yang ada dalam fase yang sama +gas atau !air- sebagai reaktan, sedangkan katalis heterogen tidak berada dalam fase yang sama dengan reaktan. 7iasanya, katalisis heterogen melibatkan penggunaan katalis padat ditempatkan dalam !ampuran reaksi !air.
?atatan= energi aktiasi menurunkan dari jalur Dikatalisis
35nt56 Katali# H5'5gen
:atalisis asam, katalis organologam, dan katalisis en"imatik adalah !ontoh katalis homogen. Paling sering, katalis homogen melibatkan pengenalan katalis fase !air ke dalam larutan reaktan. Dalam kasus tersebut, asam dan basa sering katalis sangat efektif, karena mereka dapat memper!epat reaksi dengan mempengaruhi polarisasi ikatan. :euntungan dari katalis homogen adalah baha katalis lebih !epat ber!ampur ke dalam !ampuran reaksi, yang memungkinkan tingkat yang sangat tinggi dari interaksi antara molekul katalis dan reaktan. Hamun, berbeda dengan
20
katalisis heterogen, katalis homogen sering tidak bisa kembali ke bentuk aal ketika reaksi telah berjalan sampai selesai. :atalis homogen digunakan dalam berbagai aplikasi industri, karena memungkinkan untuk peningkatan laju reaksi tanpa peningkatan suhu. *. :atalis eterogen :atalis heterogen adalah katalis yang fasenya berbeda dengan fase "at yang bereaksi maupun "at hasil reaksi. ?ontoh sederhana katalisis heterogen adalah katalis menyediakan suatu permukaan dimana pereaksipereaksi +atau substrat- untuk sementara terjerap. >katan dalam substratsubstrat menjadi lemah sehingga memadai terbentuknya produk baru. >katan antara produk baru dan katalis lebih lemah sehingga akhirnya terlepas 2ekanisme katalisis heterogen = 1. Difusi molekulmolekul pereaksi menuju permukaan *. Adsorpsi molekulmolekul pereaksi pada permukaan (. Jeaksi pada permukaan 4. Desorpsi hasil dari permukaan /. Difusi hasil dari permukaan menuju badan sistem
a. :atalis Pendukung :atalis heterogen biasanya membutuhkan pendukung +support-, karena pendukung katalis memiliki kekuatan mekanik, tahan panas, mempunyai
21
kerapatan ruah yang optimal, dan kemampuan pelarutan fase aktif. Pendukung juga meningkatkan luas permukaan, memiliki pori serta ukuran partikel yang optimal, dan peningkatan fungsi kimiai seperti perbaikan aktiitas. Pemilihan pendukung didasarkan pada beberapa hal = Q
:einertan
Q
$ifat mekanik yang diinginkan, termasuk ketahanan terhadap kikisan,
kekerasan dan ketahanan terhadap tekanan. Q
:estabilan pada kondisi reaksi dan regenerasi.
Q
#uas permukaan, diutamakan yang memiliki luas permukaan besar agar
semakin banyak sisi aktif katalis yang terdistribusi. Q
Porositas, meliputi ukuran pori ratarata dan distribusi ukuran pori
Q
$ifat ekonomis bahan. Padatan pendukung juga memiliki beberapa fungsi lain, yaitu untuk
mendispersikan sisi aktif, menstabilkan pendispersian serta memberikan kekuatan mekan Rea"#i
Katali#
?41% 5S 7utena dan ?46
?r *G(Al*G(
?4 atau hidronium lain ) *G 5S ?G ) *
Hi $upport
?** ) ** 5S ?*6
Pd dalam Al*G( atau padatan pendukung Hi $ulfida
idro ?ra!king
#ogam +seperti Pd- pada Teolit
?G ) ** 5S ?(G
?uTnG dengan ?r *G ( atau Al*G(
?ontoh
22
?ontoh reaksi dari ?** ) ** 5S ?*6 dengan menggunakan katalis heterogen PdKAl*G( telihat se!ara sederhana pada gambar
$umber = ?hemistry the ?entral of $!ien!e
1+. EN7IM SEBAAI KATALIS
:omponen En"im En"im merupakan senyaa organik berupa protein yang berfungsi sebagai katalis dalam metabolisme tubuh, sehingga disebut juga 8i5"atali#at5r.
23
:omponen penyusun en"im terdiri dari = 1. Apoen"im, yaitu bagian en"im aktif yang tersusun atas protein yang bersifat labil +mudah berubah- terhadap faktor lingkungan, dan *. :ofaktor,yaitu komponen non protein yang berupa = a. >onion anorganik +aktiator b. 7erupa logam yang berikatan lemah dengan en"im, 'e, ?a, 2n, Tn, :, ?o. >on klorida, ion kalsium merupakan !ontoh ion anorganik yang membantu en"im amilase men!erna karbohidrat +amilum!. @ugus prostetik 7erupa senyaa organik yang berikatan kuat dengan en"im, 'AD +'lain Adenin Dinu!leotide-, biotin, dan heme merupakan gugus prostetik yang mengandung "at besi berperan memberi kekuatan ekstra pada en"im terutama katalase, peroksidae sitokrom oksidase.
24
d. :oen"im 7erupa
molekul
organik
non
protein
kompleks,
seperti
HAD
+Hi!otineamide Adenine Dinu!leotide-, koen"imA, AIP, dan itamin yang berperan dalam memindahkan gugus kimia, atom, atau elektron dari satu en"im ke en"im lain. En"im yang terikat dengan kofaktor disebut 65l5en9i'. En"im diproduksi oleh selsel yang hidup, sebagian besar en"im bekerja di dalam sel dan disebut en"im intraseluler, !ontohnya en"im katalase yang berfungsi menguraikan senyaa peroksida + *G*- yang bersifat ra!un menjadi air +*G- dan oksigen +G *-. En"imen"im yang bekerja di luar sel +ekstraseluler!ontohnya = amilase, lipase, protease dll.
25
DAFTAR PUSTAKA
Petru!!i et al. *%1(. :imia Dasar ;ilid * Edisi B. Erlangga. ;akarta. Wikipedia. Diakses minggu, 1B April *%1/
26
