Teori Laju Reaksi Kimia: Pengertian Rumus Menentukan Konstanta Persamaan Kecepatan Orde Satu Dua Contoh Soal Percobaan Perhitungan 10

Pengertian Kecepatan Reaksi. Laju reaksi merupakan laju berkurangnya jumlah reaktan atau laju bertambahnya jumlah produk dalam satuan waktu. Laju reaksi ditentukan melalui percobaan dengan cara mengukur banyaknya pereaksi yang dihabiskan atau dengan mengukur banyaknya produk yang dihasilkan pada selang waktu tertentu.

Pada system homogen, laju reaksi umumnya dinyatakan sebagai laju pengurangan konsentrasi molar pereaksi atau laju pertambahan konsentrasi molar produk dalam waktu tertentu.

Grafik Laju Reaksi Konsentrasi Waktu

Jumlah suatu zat yang dihabiskan dalam reaksi maupun yang dihasilkan dalam reaksi dapat dinyatakan dengan berbagai macam satuan, misalnya gram, mol, atau konsentrasi, sedangkan satuan waktu dapat berupa detik, menit, jam, hari ataupun tahun.

konsep-laju-reaksi-kimia-persamaan
konsep-laju-reaksi-kimia-persamaan

Apabila reaksi seperti berikut


R → P, maka laju reaksinya adalah

vR = – ∆[R]/∆t = laju pengurangan konsentrasi molar reaktan dalam waktu tertentu

vP = +∆[P]/∆t = laju pertambahan konsentrasi molar produk dalam waktu tertentu

1). Contoh Soal Perhitungan Laju Reaksi

Pada reaksi zat A menjadi zat B diketahui bahwa konsentrasi zat A mula-mula 8 M, setelah 3 detik menjadi 2 M. Tentukan laju reaksinya?

Jawab:

∆c = Perubahan konsentrasi

∆c = (8 – 2) M = 6 M

∆t = Perubahan waktu

∆t = 3 detik

Dengan demikian, laju reaksi dari zat A menjadi Zat B adalah:

v=∆c/∆t

v= 6/3

v = 2 M/detik

Contoh Soal dan Pembahasan Di Akhir Artikel

Untuk system reaksi yang lebih kompleks, maka laju reaksi akan sama dengan berkurangnya konsentrasi masing – masing reaktan atau bertambahnya konsentrasi setiap produknya.

Apabila reaksi seperti berikut:

aA + bB → cC + dD

Maka Laju reaksinya adalah:

vA = – ∆[A]/∆t

vB = – ∆[B]/∆t

vD = + ∆[C]/∆t

vD = + ∆[D]/∆t.

Perbandingan laju reaksi zat – zat dalam reaksi sama dengan perhitungan koefiensi reaksinya

vA : vB : vc : vD = a : b : c : d

Persamaan Laju Reaksi Kimia Hukum Laju Reaksi

Persamaan laju reaksi kimia menyatakan hubungan antara konsentrasi reaktan dengan laju reaksi. Secara umum, persamaan laju reaksi dituliskan sebagai berikut:

aA + bB → cC + dD

Rumus Persamaan Laju Reaksi

Persamaan laju reaksi kimianya adalah:

v = k [A]m [B]n

Dengan

v = laju reaksi

[A] = konsentrasi zat A

[B] = konsentrasi zat B

m = order reaksi zat A

n = order reaksi zat B

k = konstanta laju reaksi

Persamaan laju reaksi di atas disebut persamaan laju reaksi atau hukum laju reaksi. Persamaan laju reaksi seperti itu menyatakan hubungan antara konsentrasi pereaksi dengan laju reaksi. Bilangan pangkat pada persamaan di atas disebut sebagai orde reaksi atau tingkat reaksi pada reaksi yang bersangkutan.

Nilai Orde reaksi hanya dapat ditentukan dari percobaan atau eksperimen. Orde reaksi pada reaksi secara keseluruhan disebut seaagai orde reaksi total. Besarnya orde reaksi total adalah jumlah semua orde reaksi pereaksi. Sehingga, orde reaksi total (orde reaksi) pada reaksi tersebut di atas adalah m + n.

Contoh Penentuan Orde Reaksi

Perhatikan Contoh  reaksi berikut

2H2(g) + 2NO(g) → H2O(g) + N2(g)

Persamaan laju reaksinya dapat ditulis sebagai berikut:

v = k . [H2] [NO2]2,

Reaksi tersebut mempunyai tingkat (atau orde) pertama terhadap H2 dan tingkat (atau orde) kedua terhadap NO. Sehingga secara keseluruhan reaksi tersebut merupakan tingkat (atau orde) ketiga.

Contoh Soal dan Pembahasan Di Akhir Artikel

Tetapan kesetaraan (k) bergantung pada macam pereaksi dan suhu reaksi. Untuk reaksi yang sama, harga k tetap selama suhu reaksi tidak berubah. Jika suhu atau pereaksi berubah, harga k juga berubah.

Pengertian Orde Reaksi Kimia

Pada dasarnya Orde reaksi merupakan suatu bilangan pangkat dan faktor konsentrasi dalam persamaan laju reaksi  seperti berikut

v = k [A]m [B]n

Konsentrasi [A] berpangkat m atau m merupakan orde reaksi terhadap konsentrasi [A]

konsentrasi [B] berpangkat n atau n merupakan orde reaksi terhadap konsentrasi [B].

Penentuan Orde Laju Reaksi

Orde reaksi  ditentukan dari hasil eksperimen. Orde reaksi tidak dapat ditentukan dari bentuk persamaan reaksinya.

Penentuan orde reaksi memerlukan beberapa eksperimen dengan cara merubah – ubah variabel tekanan khusus untuk reaksi berwujud gas atau merubah molaritas untuk reaksi berupa larutan atau dapat pula gas.

Orde reaksi pada reaksi keseluruhan disebut orde reaksi total. Besarnya orde reaksi total adalah jumlah semua orde reaksi pereaksi. Jadi, orde reaksi total (orde reaksi) pada reaksi tersebut adalah m + n.

Reaksi Kimia Orde Nol

Laju reaksi tetap walaupun ada penambahan konsentrasi reaktan.

Contoh Reaksi Kimia Orde Nol

Contoh reaksi kimia orde nol adalah reaksi pada proes fotosintetis, reaksi penguraian ammonia

Reaksi Kimia Orde Satu

Kenaikan laju reaksi akan sebanding dengan penambahan konsentrasi reaktan

Contoh Reaksi Kimia Orde Satu

Contoh reaksi kimia orde satu adalah reaksi penguraian gas N2O4

Reaksi Kimia Orde Dua

Kenaikan laju reaksi sebanding dengan kuadrat penambahan konsentrasi reaktan

Contoh Reaksi Kimia Orde Dua adalah reaksi pembetukan gas Nitrogen dioksida NO2 dari reaksi nitogen monoksida dengan oksigen.

2). Contoh Soal Perhitungan Laju Reaksi Kimia CH4 Dan Br2

Reaki kimia CH4 Dan Br2 memenuhi persamaan reaksi berikut:

CH4 (g) + Br2 (g) → CH3Br (g) + HBr (g)

Pada keadaan tertentu laju pengurangan terhadap gas CH4 adalah 2 M/s, maka tentukanlah laju penambahan gas CH3Br

Diketahui:

v(CH4) = 2 M/s

Rumus Menghtiung Laju Penambahan Produk Hasil Reaksi

Untuk reaksi yang setara, Laju penambahan gas CH3Br dapat dihitung dengan menggunakan rumus seperti berikut:

Perbandingn laju = perbandingan koefisien

v(CH4) : v(CH3Br)  = coef (CH4) : coef (CH3Br)

2 : v(CH3Br) = 1: 1 atau dapat pula ditulis

2/v(CH3Br) = 1/1

v(CH3Br) = 2 M/s

Jadi, Laju penambahan gas CH3Br adalah 2 M/s

3). Contoh Soal Perhitungan Kecepatan Reaksi Penguraian Batu Kapur Kalsium Karbonat CaCO3

Persamaan reaksi penguraian kalsium karbonat memenuhi persamaan reaksi berikut

CaCO3 → CaO + CO2

Bila 30 gram CaCO3 (Mr 100) pada temperature dan tekanan tertentu terurai secara sempurna seluruhnya menjadi CaO dan gas CO2 dalam waktu 5 menit, maka hitunglah kecepatan pengurainya.

Diketahui

m(CaCO3) = 30 gram atau

mol(CaCO3) = 30/100

mol(CaCO3) = 0,3 mol

t = 5 x 60 = 300 detik

Rumus Menentukan Kecepatan Reaksi Penguraian

Kecepatan reaksi penguraian kalsium karbonat dapat dinyatakan dengan rumus seperti berikut

v(CaCO3) = Δmol/Δt

v(CaCO3) = 0,3/300

v(CaCO3) = 1,0 x 10-3 mol/detik

Jadi, kecepatan reaksi penguraian batu kapur kalsium karbonat adalah 1,0 x 10-3 mol/detik

4). Contoh Soal Perhitungan Kecepatan Pembentukan Nitrogen Dioksida NO2

Reaksi pembentukan nitrogen dioksida NO2 dari Dinitrogen pentoksida N2O5 memenuhi persamaan reaksi berikut;

N2O5 → 2 NO2 + ½ O2

Tentukan laju pembentukan NO2 jika laju penguraian senyawa N2O5 adalah 2 x 10-6 mol/L.detik

Diketahui.

v(N2O5) = 2 x 10-6 mol/L.detik

Rumus Menghitung Laju Pembentukan Nitrogen Dioksida NO2

Kecepatan reaksi pembentukan Nitrogen Dioksida NO2 dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut:

v(N2O5)/v(NO2) =  koef (N2O5)/koef (NO2) atau

(2 x 10-6)/v(NO2) = 1/(2)

(2 x 10-6)/v(NO2) = 1/2

v(NO2) = 2 x (2 x 10-6)

v(NO2) = 4 x 10-6 mol/L.detik

Jadi, kecepatan reaksi pembentukan Nitrogen Dioksida NO2 adalah v(NO2) = 4 x 10-6 mol/L.detik

5). Contoh Soal Perhitungan Kecepatan Reaksi Pembakaran Gas Amonia NH3

Reaksi pembakaran gas ammonia NH3 sesuai dengan reaksi seperti berikut

4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O

Jika laju reaksi ammonia NH3 adalah 0,4 mol/Ldetik, berapakah kebutuhan gas oksigen setiap detiknya pada pembakaran ammonia tersebut

diketahui:

v(NH3) = Kecepatan reaksi NH3

v(NH3) = 0,4 mol/L.detik

Rumus Menentukan Kebutuhan Gas Oksigen Pada Pembakaran Amonia NH3

Kebutuhan gas oksigen per detik dalam pembakaran ammonia sama dengan laju reaksi gas oksigen yang dapat dihitung dengan persamaan berikut

v(O2)/v(NH3) = koef (O2)/koef (NH3) atau

v(O2) = v(NH3) x koef (O2)/koef (NH3)

v(O2) = 0,4 x (5/4)

v(O2) = 0,5 mol/L.detik

Jadi kebutuhan gas oksigen adalah 0,5 mol/L.detik

6). Contoh Soal Perhitungan Kecepatan Reaksi Dekomposisi Nitrogen Dioksida NO2

Reaksi dekomposisi Nitrogen Dioksida NO2 merupakan reaksi elementer dan dinyatakan dengan persamaan reaksi berikut

2 NO2 → 2 NO + O2

Pada awal reaksi [NO2] adalah 0,01 M dan laju reaksinya adalah 5 x 10-4 M/detik,  tentukan laju reaksi ketika [NO2] sudah terurai 90% nya.

Diketahui

[NO2] = 0,01 M

v1(NO2) = 5 x 10-4 M/detik,

Rumus Menghitung Kecepatan Reaksi Dekomposisi Nitrogen Dioksida NO2

Kecepatan reaksi Dekomposisi Nitrogen Dioksida NO2 dapat dinyatakan dengan rumus berikut;

konsentrasi awal NO2

[NO2]1 = 0,01 M  sehingga v1 adalah

v1 = k [0,01]2 = 5 x 10-4 M/detik

konsentrasi NO2 yang tersisa setelah 90% terurai adalah

[NO2]2 = 0,01 – (90% x 0,01)

[NO2]2 = 0,001 M sehingga v2 adalah

v2 = k [0,001]2

Dengan demikian, kecepatan setelah 90% NO2 terurai adalah

v1/v2 = (k [0,01]2)/(k [0,001]2) atau

v2 = v1 x (0,001/0,01)2

v2 = 5 x 10-4 (0,01)

v2 = 5 x 10-6 M/detik

Jadi Kecepatan reaksi Dekomposisi Nitrogen Dioksida NO2 adalah 5 x 10-6 M/detik

7). Contoh Soal Perhitungan Kecepatan Penguraian Dinitrogen Pentoksida N2O5

Reaksi penguraian Dinitrogen Pentoksida N2O5 menjadi Nitrogen dioksida NO2 dan gas oksigen memenuhi persamaan reaksi berikut;

N2O5 → 2 NO2 + ½ O2

Pada reaksi diketahui bahwa N2O5 berkurang dari 4 mol/liter menjadi 1 mol/liter dalam waktu 20 detik. Hitung Berapakah laju reaksi berkurang konsentarsi N2O5

Rumus Menghitung Laju Penguraian Dinitrogen Pentoksida N2O5

Laju pengurangan konsentrasi Dinitrogen Pentoksida N2O5 dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan berikut:

v(N2O5) =∆c/∆t atau

v(N2O5) =∆[N2O5]/∆t

v(N2O5) = (4 – 1)/20

v(N2O5) = 0,15 M/detik

Jadi laju pengurangan konsentrasi N2O5 adalah 0,15 M/detik

8). Contoh Soal Penentuan Persamaan Laju Reaksi Kimia Brom dan Nitrogen Monoksida

Percobaan penentuan laju reaksi, gas brom dapat bereaksi dengan gas nitrogen monoksida menurut persamaan reaksi:

NO + Br2 →  NOBr2

Dari percobaan reaksi tersebut diperoleh data seperti ditunjukkan pada table

Contoh Soal Penentuan Persamaan Laju Reaksi Kimia Brom dan Nitrogen Monoksida
Contoh Soal Penentuan Persamaan Laju Reaksi Kimia Brom dan Nitrogen Monoksida

Tentukan persamaan laju reaksi tersebut

Rumus Menentukan Persamaan Laju Reaksi Kimia

Persamaan laju reaksi kimia secara umum dapat dinyatakan denga persamaan berikut

v = k [NO]m [Br2]n

Menentukan Orde Reaksi Kimia Brom dan Nitrogen Monoksida

Untuk mencari orde m, dapat gunakan nilai konsentrasi awal [NO] yang berbeda, namun konsentrasi [Br2] sama, yaitu pada percobaan 2 dan 3, dan dapat dinyatakan dengan rumus berikut

v2= k [0,1]m [0,2]n

v3 = k [0,2]m [0,2]n

Orde m dapat dicari cara seperti ini

v3/v2 = (k [0,2]m [0,2]n)/(k [0,1]m [0,2]n)

8/4 = [0,2]m/[0,1]m

2 = [2]m

m = 1

Jadi orde reaksi terhadap konsentrasi [NO] adalah 1

Untuk mencari orde n, dapat gunakan nilai konsentrasi awal [NO] yang sama, namun konsentrasi [Br2] yang berbeda, yaitu pada percobaan 1 dan 2, dan dapat dinyatakan dengan rumus berikut

v1= k [0,1]m [0,1]n

v2 =k [0,1]m [0,2]n

Orde n dapat dicari cara seperti ini

v2/v1 = (k [0,1]m [0,2]n)/(k [0,1]m [0,1]n)

4/2 = [0,2]n/[0,1]n

2 = [2]n

n = 1

Jadi orde reaksi terhadap konsentrasi [Br2] adalah 1

Dengan demikian persamaan laju reaksinya adalah

v = k [NO]1 [Br2]1 atau

v = k [NO] [Br2]

9). Contoh Soal Perhitungan Konstanta Persamaan Laju Reaksi Kimia Hidrogen Nitrogen Monoksida

Dari percobaan untuk penentuan laju reaksi, gas hidrogen dapat bereaksi dengan gas nitrogen monoksida menurut persamaan reaksi:

2 H2 + 2 NO → 2 H2O + N2

Dari percobaan reaksi tersebut diperoleh data seperti ditunjukkan pada table berikut

Contoh Soal Perhitungan Konstanta Persamaan Laju Reaksi Kimia Hidrogen Nitrogen Monoksida
Contoh Soal Perhitungan Konstanta Persamaan Laju Reaksi Kimia Hidrogen Nitrogen Monoksida

Tentukanlah orde reaksi, persamaan laju reaksi dan konstanta laju reaksi

Rumus Menentukan Persamaan Laju Reaksi Kimia

Persamaan laju reaksi kimia secara umum dapat dinyatakan denga persamaan berikut

v = k [H2]m [NO]n

Menentukan Orde Reaksi Kimia Hidrogen dan Nitrogen Monoksida

Untuk mencari orde m, dapat gunakan nilai konsentrasi awal [H2] yang berbeda, namun konsentrasi [NO] sama, yaitu pada percobaan 1 dan 2, dan dapat dinyatakan dengan rumus berikut

v1= k [0,01]m [0,02]n

v2 = k [0,02]m [0,02]n

Orde m dapat dicari dengan cara seperti ini

v2/v1 = (k [0,02]m [0,02]n)/(k [0,01]m [0,02]n)

8/4 = [0,02]m/[0,01]m

2 = [2]m

m = 1

Jadi orde reaksi terhadap konsentrasi [H2] adalah 1

Untuk mencari orde n, dapat gunakan nilai konsentrasi awal [H2] yang sama, namun konsentrasi [NO] yang berbeda, yaitu pada percobaan 2 dan 3, dan dapat dinyatakan dengan rumus berikut

v2= k [0,02]m [0,02]n

v3 =k [0,02]m [0,04]n

Orde n dapat dicari cara seperti ini

v3/v2 = (k [0,02]m [0,04]n)/(k [0,02]m [0,02]n)

32/8 = [0,04]n/[0,02]n

4 = [2]n

n = 2

Jadi orde reaksi terhadap konsentrasi [NO] adalah 2

Dengan demikian persamaan laju reaksinya adalah

v = k [H2] [NO]2

Rumus Cara Menentukan Konstanta Laju Persamaan Reaksi Hidrogen dan Nitrogen Monoksida

Konstanta laju persamaan reaksi dapat dihitung dengan rumus seperti berikut

v = k [H2] [NO]2

k = v/([H2] [NO]2)

nilai nilai v, [H2] dan [NO] dapat menggunakan salah satu data percobaan, misal data dari percobaan nomor 2,

v = 8 M/detik

[H2] = 0,02 M

[NO] = 0,02 M

Sehingga nilai k dapat dicari seperti berikut

k = 8/(0,02 x (0,02)2)

k = 1 x 106 M/detik

Jadi, konstanta persamaan laju reaksinya adalah 1 x 106 M/detik

10). Contoh Soal Perhitungan Laju Reaksi Volume Diperkecil

Laju reaksi suatu gas memenuhi Hukum laju reaksi berikut

v = k [A]2[B]

Bila volume diperkecil menjadi ¼ kali volume mula mula, tentukan laju reaksi jika dibandngkan dengan laju reaksi mula mula

Diketahui

Vol2 = ¼ Vol1

Rumus Menentukan Laju Reaksi Volume Diperkecil

Laju reakis Ketika volume diperkecil menjadi ¼ volume semula dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

v1 = k [A]2[B]

v2 = k [A/(¼)]2[B/(1¼)]

v2/v1 = (k [A/(¼)]2[B/(¼)])/(k [A]2[B])

v2/v1 = ([4A]2[4B])/([A]2[B])

v2/v1 = ([4]2[4])/([1]2[1])

v2/v1 = (16 x4)

v2/v1 = 64

v2 = 64 v1

Dengan demikian, laju reaksi menjadi 64 kali laju reaksi mula mula

11). Contoh Soal Menentuka Persamaan Laju Reaksi Dari Data Percobaan

Reaksi fase gas memenuhi persamaan reaksi berikut:

2 NO + Br2 → 2NOB2

dilakukan dalam kondisi tertutup dengan konsentrasi awal reaktan yang berbeda beda. Pada table waktu reaksi adalah waktu dari awal reaksi sampai hilangnya warna Br2.

Teori Laju Reaksi Kimia: Pengertian Rumus Menentukan Konstanta Persamaan Kecepatan Orde Satu Dua Contoh Soal Percobaan Perhitungan 10,
Contoh Soal Menentuka Persamaan Laju Reaksi Dari Data Percobaan

Tentukanlah orde reaksi dan laju reaksi fase gas tersebut

Rumus Menentukan Persamaan Laju Reaksi Kimia

Persamaan laju reaksi kimia secara umum dapat dinyatakan denga persamaan berikut

v = k [NO]m [Br2]n

Menentukan Orde Reaksi Kimia Dari Data Percobaan

Untuk mencari orde m, dapat gunakan nilai konsentrasi awal [NO] yang berbeda, namun konsentrasi [Br2] sama, yaitu pada percobaan 1 dan 3, dan dapat dinyatakan dengan rumus berikut

v1= k [0,1]m [0,05]n

v3 = k [0,2]m [0,05]n

Perlu diingat bahwa laju reaksi berbanding terbalik dengan waktunya. Sehingga

v3/v1 = t1/t3

Orde m dapat dicari dengan cara seperti ini

t1/t3 = (k [0,2]m [0,05]n)/(k [0,1]m [0,05]n)

4/1 = [0,2]m/[0,1]m

4 = [2]m

m = 2

Jadi orde reaksi terhadap konsentrasi [NO] adalah 2

Untuk mencari orde n, dapat gunakan nilai konsentrasi awal [NO] yang sama, namun konsentrasi [Br2] yang berbeda, yaitu pada percobaan 1 dan 2, dan dapat dinyatakan dengan rumus berikut

v1= k [0,1]m [0,05]n

v2 =k [0,1]m [0,1]n

Perlu diingat bahwa laju reaksi berbanding terbalik dengan waktunya. Sehingga

v2/v1 = t1/t2

Orde n dapat dicari cara seperti ini

t1/t2 = (k [0,1]m [0,1]n)/(k [0,1]m [0,05]n)

4/2 = [0,1]n/[0,05]n

2 = [2]n

n = 1

Jadi orde reaksi terhadap konsentrasi [Br2] adalah 1

Dengan demikian persamaan laju reaksinya adalah

v = k [NO]2 [Br2]

Daftar Pustaka:

  1. Sunarya, Yayan, 2014, “Kimia Dasar 1, Berdasarkan Prinsip Prinsip Kimia Terkini”, Cetakan Ketiga, Yrama Widya, Bandung.
  2. Brady, James, E,1999, “Kimia Universitas Asas dan Struktur”, Edisi Kelima, Jilid Satu, Binarupa Aksara, Jakarta,
  3. Brady, James, E., 1999, “Kimia Universitas Asas dan Struktur”, Edisi Kelima, Jilid Dua, Binarupa Aksara, Jakarta.
  4. Sunarya, Yayan, 2013, “Kimia Dasar 2, Berdasarkan Prinsip Prinsip Kimia Terkini”, Cetakan Kedua, Yrama Widya, Bandung.
  5. Syukri, S., 1999, “Kimia Dasar 2”, Jillid 2, Penerbit ITB, Bandung
  6. Chang, Raymond, 2004, “Kimia Dasar, Konsep -konsep Inti”, Edisi Ketiga, Jilid Satu, Penerbit, Erlangga, Jakarta.
  7. Teori Laju Reaksi Kimia: Pengertian Rumus Menentukan Konstanta Persamaan Kecepatan Orde Satu Dua Contoh Soal Percobaan Perhitungan 10,