Menyusun Hukum Laju Reaksi

Kenapa Reaksi Bisa Cepat?

Reaksi kimia hanya terjadi jika partikel-partikel pereaksi saling bertumbukan.

Bayangkan partikel zat pereaksi $\text{NO}$ dan $\text{Br}_2$ seperti mobil mainan di arena bom-bom car. Reaksi baru menghasilkan molekul $\text{NOBr}$ saat mobil $\text{NO}$ dan mobil $\text{Br}_2$ bertabrakan secara langsung dengan posisi dan energi yang tepat—inilah yang kita sebut sebagai tumbukan efektif.

Laju reaksi (kecepatan berkurangnya reaktan atau bertambahnya produk tiap detik) pada dasarnya ditentukan oleh seberapa sering tabrakan ini terjadi. Jika kita menaikkan konsentrasi zat (ukuran kepekatan zat dalam suatu ruangan), arena menjadi makin sesak dan padat. Akibatnya, peluang mobil-mobil itu untuk saling bertabrakan menjadi jauh lebih tinggi sehingga reaksi berlangsung lebih cepat.

Ada dua wadah reaksi dengan volume yang sama. Wadah pertama diisi 1 mol gas hidrogen dan 1 mol gas klorin. Wadah kedua diisi 3 mol gas hidrogen dan 3 mol gas klorin pada suhu yang sama. Apa yang membuat reaksi di wadah kedua berlangsung lebih cepat?

  • Energi gerak partikel di wadah kedua menjadi jauh lebih besar dibanding wadah pertama.
  • Jarak antar partikel gas lebih dekat sehingga mereka lebih sering bertabrakan.
  • Ukuran partikel gas membesar karena berkumpul di dalam wadah tertutup.
  • Wadah kedua memiliki tekanan yang menahan partikel agar diam di tempat.

Jawaban: Jarak antar partikel gas lebih dekat sehingga mereka lebih sering bertabrakan.

Reaksi berlangsung lebih cepat di wadah kedua karena konsentrasi zat lebih tinggi (jumlah partikel per volume lebih padat). Akibatnya, jarak antar partikel semakin dekat dan frekuensi tumbukan efektif meningkat. Pilihan A salah karena energi kinetik ditentukan oleh suhu, bukan jumlah mol. Pilihan C salah karena ukuran partikel zat tidak berubah. Pilihan D salah karena partikel gas tidak diam, melainkan terus bergerak bebas.

Konsentrasi zat pereaksi yang lebih tinggi meningkatkan frekuensi tumbukan sehingga reaksi lebih cepat.

Trik Memilih Data Eksperimen

Untuk mengetahui efek pasti dari satu jenis pereaksi, kita harus melihat data di mana pereaksi lainnya tidak berubah.

Kembali ke arena bom-bom car: jika tiba-tiba tabrakan terjadi jauh lebih sering, kita tidak bisa langsung tahu apakah penyebabnya adalah penambahan mobil merah ($\text{NO}$) atau mobil biru ($\text{Br}_2$). Cara terbaik untuk menguji pengaruh mobil biru secara objektif adalah mengamati saat jumlah mobil merah dijaga sama persis, sementara jumlah mobil biru diubah-ubah.

Inilah prinsip dasar membaca data eksperimen kimia. Untuk mencari tahu pengaruh zat $\text{Br}_2$, kita wajib mencari dua percobaan yang memiliki konsentrasi $\text{NO}$ yang konstan.

Tabel perbandingan data eksperimen dengan baris dan kolom yang disorot untuk mengisolasi efek Br2.

Perhatikan baris pada tabel di atas. Pada Percobaan 1 dan Percobaan 2, konsentrasi $\text{NO}$ dijaga tetap sama di angka $0{,}1\text{ M}$. Sementara itu, konsentrasi $\text{Br}_2$ digandakan dari $0{,}1\text{ M}$ menjadi $0{,}2\text{ M}$. Perubahan laju dari $12\text{ M/s}$ menjadi $24\text{ M/s}$ sepenuhnya merupakan akibat dari penambahan $\text{Br}_2$.

Diberikan data eksperimen untuk reaksi A + B: • Percobaan 1: [A] = 0,2 M; [B] = 0,2 M; v = 5 M/s • Percobaan 2: [A] = 0,4 M; [B] = 0,2 M; v = 10 M/s • Percobaan 3: [A] = 0,2 M; [B] = 0,4 M; v = 20 M/s Jika kamu ingin melihat pengaruh murni dari penambahan konsentrasi zat A terhadap laju reaksi, percobaan mana yang harus dibandingkan?

  • Percobaan 1 dan 2
  • Percobaan 1 dan 3
  • Percobaan 2 dan 3
  • Semua percobaan dirata-ratakan

Jawaban: Percobaan 1 dan 2

Untuk melihat pengaruh murni zat A, kita harus memilih data di mana konsentrasi zat lainnya (B) konstan. Pada percobaan 1 dan 2, [B] sama-sama 0,2 M sementara [A] dinaikkan dari 0,2 menjadi 0,4 M, sehingga perubahan laju dari 5 ke 10 murni disebabkan oleh zat A. Pilihan B salah karena itu digunakan untuk mencari orde B (A yang konstan). Pilihan C salah karena kedua konsentrasi berubah bersamaan. Pilihan D salah karena laju reaksi ditentukan dengan rasio eksperimen berpasangan, bukan rata-rata.

Memilih dua baris data percobaan untuk mengisolasi pengaruh satu variabel.

Menerjemahkan Kelipatan Jadi Pangkat

Orde reaksi adalah bilangan pangkat yang menghubungkan kelipatan konsentrasi dengan kelipatan lajunya.

Ketika konsentrasi dinaikkan, laju reaksi bisa naik sebanding, naik berlipat-lipat kuadrat, atau bahkan tidak berpengaruh sama sekali. Pangkat kelipatan inilah yang dinamakan orde reaksi. Hubungan matematis sederhananya adalah:

$$(\text{kelipatan konsentrasi})^{\text{orde}} = (\text{kelipatan laju})$$

Diagram panah perbandingan kelipatan konsentrasi terhadap kelipatan laju untuk menentukan nilai orde reaksi.

Mari kita terapkan aturan ini pada data soal:

  1. Mencari orde $\text{Br}_2$ (Percobaan 1 dan 2):

    • $[\text{NO}]$ konstan di $0{,}1\text{ M}$.

    • Konsentrasi $[\text{Br}_2]$ naik dari $0{,}1\text{ M}$ ke $0{,}2\text{ M}$ ($2\text{ kali lipat}$).

    • Laju reaksi naik dari $12\text{ M/s}$ ke $24\text{ M/s}$ ($2\text{ kali lipat}$).

    • Persamaannya: $2^y = 2 \implies y = 1$. Jadi, orde reaksi terhadap $\text{Br}_2$ adalah $1$.

  2. Mencari orde $\text{NO}$ (Percobaan 1 dan 3):

    • $[\text{Br}_2]$ konstan di $0{,}1\text{ M}$.

    • Konsentrasi $[\text{NO}]$ naik dari $0{,}1\text{ M}$ ke $0{,}2\text{ M}$ ($2\text{ kali lipat}$).

    • Laju reaksi naik dari $12\text{ M/s}$ ke $48\text{ M/s}$ ($4\text{ kali lipat}$).

    • Persamaannya: $2^x = 4 \implies x = 2$. Jadi, orde reaksi terhadap $\text{NO}$ adalah $2$.

Dalam suatu reaksi, ketika konsentrasi zat X diperbesar menjadi 3 kali lipat (sementara pereaksi lain dijaga tetap), ternyata kecepatan reaksi meningkat menjadi 9 kali lebih cepat. Berapakah orde reaksi terhadap zat X?

  • 1
  • 2
  • 3
  • 9

Jawaban: 2

Hubungan kelipatan konsentrasi dan laju reaksi dinyatakan sebagai $(\text{kelipatan konsentrasi})^{\text{orde}} = \text{kelipatan laju}$. Dengan kelipatan konsentrasi 3 dan kelipatan laju 9, kita peroleh persamaan $3^x = 9$. Karena $3^2 = 9$, maka nilai ordenya adalah 2. Pilihan C keliru karena mengira nilainya sama dengan kelipatan konsentrasi atau sekadar membagi $9/3$. Pilihan A salah karena mengasumsikan reaksi selalu linear tingkat 1. Pilihan D salah karena langsung menyalin angka kelipatan laju.

Menemukan nilai pangkat (orde) dari perbandingan kelipatan konsentrasi dan kecepatan reaksi.