Coba kalian perhatikan, mengapa ketika ibu membuat teh harus dengan air mendidih? Mengapa tidak menggunakan air yang sudah dingin? Atau mengapa ketika kalian membuat minuman teh manis, gula yang dimasukkan ke dalam larutan teh harus kalian aduk? Mengapa tidak dibiarkan saja melarut dengan sendirinya. Mengapa makanan seperti daging, tempe, ketika dimasukkan lemari es menjadi lebih awet dibandingkan jika ditaruh di lemari biasa? Dan masih banyak pertanyaan lain dalam kehidupan sehari-hari yang berhubungan dengan kecepatan berlangsungnya reaksi suatu zat. Pada artikel ini kita akan membahas materi Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi.
Larutan teh biasanya dibuat dalam air panas, karena jika dibuat dalam air dingin, maka sari teh tidak dapat atau sukar larut dalam air. Pengadukan gula ketika membuat teh manis bertujuan agar gula cepat larut. Penyimpanan makanan dalam lemari es atau frezeer bertujuan agar reaksi berjalan lambat atau bahkan berhenti. Makanan yang ditaruh di dalam lemari es mengakibatkan reaksi pembusukan menjadi berjalan lambat sehingga makanan dapat lebih awet.
Gambar: makanan yang ditaruh di dalam kulkas lebih awet
Reaksi kimia dapat dipercepat atau diperlambat dengan cara memberi perlakuan tertentu. Beberapa perlakuan yang dapat mempengaruhi kecepatan terjadinya reaksi dinamakan factor-faktor yang berpengaruh terhadap laju reaksi. Banyak faktor yang dapat mempengaruhi cepat lambatnya reaksi. Faktor-faktor tersebut antara lain ukuran materi, suhu, pengadukan, tekanan gas, molaritas, katalisator, inhibitor, dan sebagainya. Dalam bab ini akan dibahas beberapa faktor saja seperti ukuran partikel, luas permukaan, suhu, molaritas/konsentrasi, dan katalis.
Pengaruh Ukuran Partikel pada Laju Reaksi
Mengapa ketika ibu memasak daging sapi, daging tersebut harus dipotong-potong terlebih dahulu? Mengapa adik kalian yang masih kecil ketika minum obat, obatnya dalam bentuk serbuk (puyer) bukan berupa pil? Contoh lain adalah pada proses peragian singkong untuk pembuatan tape. Ragi gelondong harus dihancurkan dahulu kemudian ditaburkan pada singkong. Beberapa peristiwa tersebut, semua menggambarkan perbedaan ukuran partikel dari zat yang bereaksi. Tujuan dari pengunyahan, pemotongan daging, bentuk obat serbuk, dan penghalusan ragi untuk memperkecil ukuran partikel. Jika ukuran partikel semakin kecil, maka reaksi akan berjalan semakin cepat. Pada artikel ini kita akan membahas materi Pengaruh Ukuran Partikel pada Laju Reaksi.
Dengan semakin kecil ukuran suatu materi, maka mengandung arti memperluas permukaan sentuh materi tersebut. Bayangkan. Jika kalian mempunyai benda berbentuk kubus dengan ukuran rusuk panjang, lebar, dan tinggi sama, yaitu 1 cm. Berapa luas permukaan kubus tersebut? Secara matematika dapat dihitung bahwa luas permukaan kubus sebesar 6 kali luas sisinya. Karena kubus mempunyai 6 sisi yang sama, maka jumlah luas permukaannya adalah 6 $\times$ 1 cm $\times$ 1 cm = 6 cm$^2$. Sekarang jika kubus tersebut dipotong sehingga menjadi 8 buah kubus yang sama besar, maka keempat kubus akan mempunyai panjang, lebar, dan tinggi masing-masing 0,5 cm. Luas permukaan untuk sebuah kubus menjadi 6 $\times$ 0,5 cm $\times$ 0,5 cm = 1,5 cm$^2$. Jumlah luas permukaan kubus menjadi 8 $\times$ 1,5 cm$^2$ = 12 cm$^2$. Jadi, dengan memperkecil ukuran kubus, maka luas permukaan total menjadi semakin banyak. Hitunglah jika kubus diperkecil menjadi kubuskubus yang lebih kecil sehingga ukuran rusuknya menjadi 1 mm.
Gambar: jika ukuran kubus diperkecil, luas permukaan total semakin besar
Jika ukuran partikel suatu benda semakin kecil, maka akan semakin banyak jumlah total permukaan benda tersebut. Oleh karena itu, luas permukaan semakin banyak maka kemungkinan terjadinya tumbukan antar permukaan partikel akan semakin sering. Hal ini dapat mempercepat terjadinya reaksi.
Jika kita gunakan padatan dalam bentuk serbuk biasanya hasil reaksi akan lebih cepat diperoleh. Hal itu dikarenakan zat dalam bentuk serbuk memiliki luas permukaan yang lebih besar. Memperbesar luas permukaan padatan akan meningkatkan peluang terjadinya tumbukan. Bayangkan sebuah reaksi antara logam magnesium dan asam klorida encer. Reaksi akan mencakup tumbukan antara atom magnesium dan ion hydrogen.
$Mg(s) + 2 H^+(aq) \rightarrow Mg^{2+}(aq) + H_2(g) $
Gambar: pengaruh luas permukaan terhadap laju reaksi
Dengan semakin kecil ukuran suatu materi, maka mengandung arti memperluas permukaan sentuh materi tersebut. Bayangkan. Jika kalian mempunyai benda berbentuk kubus dengan ukuran rusuk panjang, lebar, dan tinggi sama, yaitu 1 cm. Berapa luas permukaan kubus tersebut? Secara matematika dapat dihitung bahwa luas permukaan kubus sebesar 6 kali luas sisinya. Karena kubus mempunyai 6 sisi yang sama, maka jumlah luas permukaannya adalah 6 $\times$ 1 cm $\times$ 1 cm = 6 cm$^2$. Sekarang jika kubus tersebut dipotong sehingga menjadi 8 buah kubus yang sama besar, maka keempat kubus akan mempunyai panjang, lebar, dan tinggi masing-masing 0,5 cm. Luas permukaan untuk sebuah kubus menjadi 6 $\times$ 0,5 cm $\times$ 0,5 cm = 1,5 cm$^2$. Jumlah luas permukaan kubus menjadi 8 $\times$ 1,5 cm$^2$ = 12 cm$^2$. Jadi, dengan memperkecil ukuran kubus, maka luas permukaan total menjadi semakin banyak. Hitunglah jika kubus diperkecil menjadi kubuskubus yang lebih kecil sehingga ukuran rusuknya menjadi 1 mm.
Jika ukuran partikel suatu benda semakin kecil, maka akan semakin banyak jumlah total permukaan benda tersebut. Oleh karena itu, luas permukaan semakin banyak maka kemungkinan terjadinya tumbukan antar permukaan partikel akan semakin sering. Hal ini dapat mempercepat terjadinya reaksi.
Jika kita gunakan padatan dalam bentuk serbuk biasanya hasil reaksi akan lebih cepat diperoleh. Hal itu dikarenakan zat dalam bentuk serbuk memiliki luas permukaan yang lebih besar. Memperbesar luas permukaan padatan akan meningkatkan peluang terjadinya tumbukan. Bayangkan sebuah reaksi antara logam magnesium dan asam klorida encer. Reaksi akan mencakup tumbukan antara atom magnesium dan ion hydrogen.
$Mg(s) + 2 H^+(aq) \rightarrow Mg^{2+}(aq) + H_2(g) $
Pengaruh Suhu pada Laju Reaksi
Pada umumnya reaksi akan berlangsung dengan semakin cepat jika dilakukan dengan pemanasan. Pemanasan berarti penambahan energi kinetik partikel sehingga partikel akan bergerak lebih cepat, akibatnya tumbukan yang terjadi akan semakin sering Tumbukan akan menghasilkan hasil reaksi jika partikel yang bertumbukan memiliki energi yang cukup untuk melakukannya. Energi minimum ini disebut sebagai energi aktivasi untuk bereaksi. Hal itu digambarkan sebagaimana pada gambar berikut ini:
Hanya partikel pada daerah energi tinggi (daerah hijau) yang dapat mengatasi energi aktivasi sehingga mengalami tumbukkan efektif. Partikel tidak dapat bereaksi karena tidak memiliki energi yang cukup, sehingga setelah bertumbukan kembali berpisah. Untuk mempercepat reaksi, jumlah partikel dengan energi yang cukup untuk bereaksi harus ditingkatkan. Meningkatkan temperatur berarti menambah energi sehingga bentuk grafik pada gambar di atas akan berubah menjadi seperti pada Gambar di bawah ini:
Alasan lainnya mengapa dengan semakin tinggi suhu, laju reaksi semakin cepat? Suhu mempunyai hubungan linear dengan gerakan molekul. Jika suhu semakin tinggi, maka molekul-molekul dalam materi akan semakin cepat bergerak. Akibatnya frekuensi terjadinya tumbukan semakin besar. Hal ini dapat mempercepat laju reaksi.
Hanya partikel pada daerah energi tinggi (daerah hijau) yang dapat mengatasi energi aktivasi sehingga mengalami tumbukkan efektif. Partikel tidak dapat bereaksi karena tidak memiliki energi yang cukup, sehingga setelah bertumbukan kembali berpisah. Untuk mempercepat reaksi, jumlah partikel dengan energi yang cukup untuk bereaksi harus ditingkatkan. Meningkatkan temperatur berarti menambah energi sehingga bentuk grafik pada gambar di atas akan berubah menjadi seperti pada Gambar di bawah ini:
Alasan lainnya mengapa dengan semakin tinggi suhu, laju reaksi semakin cepat? Suhu mempunyai hubungan linear dengan gerakan molekul. Jika suhu semakin tinggi, maka molekul-molekul dalam materi akan semakin cepat bergerak. Akibatnya frekuensi terjadinya tumbukan semakin besar. Hal ini dapat mempercepat laju reaksi.
Pengaruh Konsentrasi pada Laju Reaksi
Contoh reaksi antara asam klorida yang ditambahkan pada natrium tiosulfat, endapan kuning terbentuk yang menunjukkan pembentukkan belerang.
$ Na_2S_2O_3(aq) + 2 HCl(aq) \rightarrow 2 NaCl(aq) + H_2O(l) + S(s) + SO_2(g) $
Jika larutan natrium tiosulfat dibuat semakin encer, pembentukkan endapan semakin membutuhkan waktu yang lama. Dengan asumsi bahwa reaksi terjadi antara dua partikel karena terjadinya tumbukan, tumbukan yang menghasilkan reaksi disebut tumbukan efektif. Ini berlaku untuk reaksi pada fasa apapun, baik untuk fasa gas, cair atau pun padat. Jika konsentrasi tinggi maka kemungkinan terjadinya tumbukan semakin banyak.
Anggaplah pada suatu waktu kalian punya satu juta partikel yang memiliki cukup energi untuk mengatasi energi aktivasinya sehingga dapat bereaksi, atau E > E$_a$. Jika kamu punya 100 juta maka akan bereaksi 100 juta, maka hasil reaksi biasanya mengikuti kelipatan zat pereaksi yang ditambahkan.
Gambar: pengaruh konsentrasi terhadap laju reaksi
$ Na_2S_2O_3(aq) + 2 HCl(aq) \rightarrow 2 NaCl(aq) + H_2O(l) + S(s) + SO_2(g) $
Jika larutan natrium tiosulfat dibuat semakin encer, pembentukkan endapan semakin membutuhkan waktu yang lama. Dengan asumsi bahwa reaksi terjadi antara dua partikel karena terjadinya tumbukan, tumbukan yang menghasilkan reaksi disebut tumbukan efektif. Ini berlaku untuk reaksi pada fasa apapun, baik untuk fasa gas, cair atau pun padat. Jika konsentrasi tinggi maka kemungkinan terjadinya tumbukan semakin banyak.
Anggaplah pada suatu waktu kalian punya satu juta partikel yang memiliki cukup energi untuk mengatasi energi aktivasinya sehingga dapat bereaksi, atau E > E$_a$. Jika kamu punya 100 juta maka akan bereaksi 100 juta, maka hasil reaksi biasanya mengikuti kelipatan zat pereaksi yang ditambahkan.
Pengaruh Katalis pada Laju Reaksi
Katalis adalah zat yang dapat mempercepat suatu reaksi, tetapi secara kimia zat tersebut tidak berubah dan kita dapat memperoleh kembali ada akhir reaksi bahkan dengan jumlah massa yang sama. Beberapa reaksi yang dibantu dengan penambahan katalis diantaranya adalah :
Untuk meningkatkan laju reaksi kamu perlu meningkatkan jumlah tumbukan yang efektif sehingga menghasilkan reaksi. Selain dengan meningkatkan energi kinetiknya melalui pemanasan, adalah dengan menempuh jalan alternatif dalam bereaksi, dimana jalan tersebut lebih mudah dicapai atau membutuhkan energi yang relatif lebih kecil dari jalan reaksi yang biasa. Tumbukaan akan lebih efektif jika memiliki arah orientasi yang tepat, dengan energi aktivasi yang lebih kecil atau lebih mudah untuk membentuk ikatan dibanding dengan arah orientasi yang lain. Contoh untuk reaksi pembentukan CH$_3$CH$_2$Cl berikut:
Gambar: arah orientasi tidak efektif
akan lebih efektif dan energi aktivasinya lebih rendah dibandingkan dengan jika bertumbukan dengan arah orientasi seperti berikut:
Gambar: arah orientasi dengan efektivitas lebih tinggi
Dengan kata lain untuk mengerakkan energi aktivasi dalam gambar berikut ini.
Penambahan katalis memiliki pengaruh pada energi aktivasi. Sebuah katalis memberikan jalan reaksi yang lain dengan energi aktivasi lebih rendah. Seperti ditunjukkan dalam gambar ini:
Contoh reaksi pemutusan ikatan rangkap pada etena untuk membentuk etana yang sangat sulit dilakukan dapat dilakukan dengan menempuh cara lain jika ada katalis logam nikel, gambaran reaksi yang berlangsung bisa dilihat seperti pada gambar di bawah ini:
Gambar: reaksi katalisis pada pembentukan etana dari etena
Logam nikel hanya menjadi mediator terjadinya pemutusan ikatan kovalen antara molekul diatomik hidrogen dan menjadi sarana terjadinya tumbukan antara hidrogen yang sudah pecah dengan etena. Logam nikel sedikit pun tidak berubah. Ini hanya membutuhkan energi yang lebih kecil dalam bereaksi karena hidrogen dibuat diam di permukaan logam sampai terjadinya tumbukan dengan etena.
Dalam tubuh mahluk hidup sudah tersedia katalis tertentu untuk mempercepat reaksi yang biasanya merupakan suatu enzim, seperti enzim yang membantu proses pencernaan.
Untuk meningkatkan laju reaksi kamu perlu meningkatkan jumlah tumbukan yang efektif sehingga menghasilkan reaksi. Selain dengan meningkatkan energi kinetiknya melalui pemanasan, adalah dengan menempuh jalan alternatif dalam bereaksi, dimana jalan tersebut lebih mudah dicapai atau membutuhkan energi yang relatif lebih kecil dari jalan reaksi yang biasa. Tumbukaan akan lebih efektif jika memiliki arah orientasi yang tepat, dengan energi aktivasi yang lebih kecil atau lebih mudah untuk membentuk ikatan dibanding dengan arah orientasi yang lain. Contoh untuk reaksi pembentukan CH$_3$CH$_2$Cl berikut:
akan lebih efektif dan energi aktivasinya lebih rendah dibandingkan dengan jika bertumbukan dengan arah orientasi seperti berikut:
Dengan kata lain untuk mengerakkan energi aktivasi dalam gambar berikut ini.
Penambahan katalis memiliki pengaruh pada energi aktivasi. Sebuah katalis memberikan jalan reaksi yang lain dengan energi aktivasi lebih rendah. Seperti ditunjukkan dalam gambar ini:
Contoh reaksi pemutusan ikatan rangkap pada etena untuk membentuk etana yang sangat sulit dilakukan dapat dilakukan dengan menempuh cara lain jika ada katalis logam nikel, gambaran reaksi yang berlangsung bisa dilihat seperti pada gambar di bawah ini:
Logam nikel hanya menjadi mediator terjadinya pemutusan ikatan kovalen antara molekul diatomik hidrogen dan menjadi sarana terjadinya tumbukan antara hidrogen yang sudah pecah dengan etena. Logam nikel sedikit pun tidak berubah. Ini hanya membutuhkan energi yang lebih kecil dalam bereaksi karena hidrogen dibuat diam di permukaan logam sampai terjadinya tumbukan dengan etena.
Dalam tubuh mahluk hidup sudah tersedia katalis tertentu untuk mempercepat reaksi yang biasanya merupakan suatu enzim, seperti enzim yang membantu proses pencernaan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar