Bahan Ajar Laju Reaksi

Identitas Modul

Mata Pelajaran : Kimia

Kelas : XII

Judul : Laju Reaksi: Pengertian dan Faktornya

Deskripsi Materi

Modul ini memaparkan tentang konsep laju reaksi dan persamaan laju reaksi. Konsep laju reaksi merupakan prasarat untuk kita mempelajari beberapa konsep lain yang berhubungan misalnya konsep kesetimbangan kimia. Pengetahuan tentang laju reaksi sangat berguna bagi kalian untuk mengembangkan suatu pemikiran tentang pengawetan bahan dan lain-lain.

Laju reaksi adalah perubahan konsentrasi pereaksi atau produk dalam suatu satuan waktu. Laju reaksi dapat dinyatakan sebagai laju berkurangnya konsentrasi suatu pereaksi atau laju bertambahnya konsentrasi suatu produk persatuan waktu.

Laju reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi pereaksi. Persamaan laju reaksi menyatakan hubungan antara laju reaksi dengan konsentrasi dari pereaksi dipangkatkan bilangan tertentu.

Beberapa faktor yang mempengaruhi laju reaksi adalah suhu, konsentrasi zat, luas permukaan zat, dan katalis.

Petunjuk Penggunaan

Berikan respon pada kegiatan observasi lingkungan, kemudian pahami materi pembelajaran 1 dan contoh soal.
Perdalam pemahamanmu tentang konsep laju reaksi dengan menghafal rangkuman pembelajaran, baru kemudian mengerjakan penugasan mandiri
Akhiri kegiatan dengan mengisi penilaian diri dengan jujur dan ulangi lagi pada bagian yang masih belum sepenuhnya dimengerti
Kerjakan soal evaluasi di akhir materi

Tujuan Pembelajaran

Setelah mempelajari modul ini, kalian diharapkan dapat:

Menuliskan ungkapan laju reaksi
Menentukan persamaan laju reaksi dan orde reaksi
Menganalisis data untuk menentukan orde reaksi dan laju reaksi
Menganalisis berbagai faktor penunjang laju reaksi dan pengaruhnya pada reaksi tersebut, beserta contohnya

Apresepsi

Pernahkah kalian berkendara menggunakan motor atau angkutan umum? Kadang apabila jalan sedang kosong seperti pagi hari, kendaraan yang kita tumpangi akan dijalankan dengan kecepatan tinggi (tanpa melanggar batas kecepatan maksimum tentunya), tapi apabila macet total, jangan harap bisa ngebut, jalan saja susah bukan? Nah, dengan demikian kondisi kemacetan lalu lintas mempengaruhi kecepatan kendaraan kita.

Apa hubungannya dengan Kimia? Peristiwa kecepatan laju kendaraan itu sama dengan yang terjadi pada reaksi kimia. Dalam suatu peristiwa kimia, terkadang reaksi dapat berjalan cepat, namun terkadang berjalan lambat. Apa yang membedakannya? Sudah barang tentu kondisi ketika reaksi itu berlangsung merupakan faktor utama dalam reaksi kimia.

Pernahkah kalian memainkan kembang api? Terutama di hari lebaran Idul Fitri pasti langit akan ramai dengan bunga-bunga indah hasil ledakan kembang api. Jika sumbu kembang api yang kalian mainkan hanya sepanjang 1 cm tersulut, maka akan terjadi ledakan sebelum sempat kalian lemparkan ke langit (*PERHATIAN: jangan pernah meniru adegan ini). Dengan demikian, reaksi ledakan tergolong cepat bukan? Namun, jika sumbu yang kalian gunakan sepanjang 1 meter, maka kemungkinan kembang api tersebut akan menyala jauh lebih lama, belum lagi jika sumbunya sepanjang jalan raya Slamet Riyadi… Waduh… Bahkan sesudah lebaran usai, kembang api tersebut tidak akan menyala.

Coba bandingkan dengan proses pembentukan batu bara, mungkin memerlukan waktu ribuan hingga jutaan tahun agar batu bara terbentuk. Artinya proses pembentukan batu bara tidak secepat proses ledakan kembang api.

Selain kedua proses tersebut, masih banyak proses-proses lain yang berjalan cepat maupun lambat, seperti penambahan gula dalam minuman favorit kita, proses penuaan kulit, proses pematangan buah, membuat daging hasil qurban menjadi empuk, dan lain sebagainya. Ilmu kimia berperan dalam menyesuaikan kondisi yang diinginkan dari proses-proses tersebut. Bagaimana caranya agar gula yang dilarutkan dalam minuman favorit kita dapat melarut dengan cepat? Bagaimana caranya agar kulit mulus remaja kita tidak cepat menua? Bagaimana mempercepat pematangan buah mangga yang masih mentah? Bagaimana membuat daging gepuk yang amat sangat empuk tanpa harus menumbuk-numbuknya seharian?

Untuk memahami semua itu, kita harus memahami konsep dari laju reaksi yang akan kita pelajari pada materi di bawah ini!

Materi Pembelajaran

Observasi Lingkunganmu! Perhatikan perubahan kimia yang terjadi disekitar kehidupan kalian. Adakah perubahan yang berlangsung cepat atau berlangsung lambat? Amatilah laju reaksi yang terjadi pada pembusukan daging di luar kulkas, pembusukan daging di dalam kulkas, meledaknya kembang api, korosi besi, dan pembentukan batu bara, lalu isilah tabel di bawah ini sesuai dengan hasil pengamatanmu!

Kegiatan 1

Isilah tabel di bawah ini sesuai dengan pengamatanmu!

Proses	Perkiraan laju reaksi	Penjelasan
Daging di luar kulkas (www.idntimes.com)	Berlangsung sedang, perkiraan terjadi dalam beberapa hari	Makanan, khususnya daging, setelah dibiarkan beberapa hari diudara terbuka akan mengalami proses pembusukan dan tidak layak dikonsumsi
Daging di dalam kulkas (www.hipwee.com)
Meledaknya kembang api (www.idntimes.com)
Korosi besi (www.rumuskimia.net)
Pembentukan batu bara: (www.emaritim.com)
Apakah laju setiap proses reaksi sama? Berikan kesimpulan yang dapat kalian dapatkan!

Konsep Laju Reaksi

Laju reaksi kimia adalah perubahan konsentrasi pereaksi atau produk dalam suatu satuan waktu. Laju reaksi dapat dinyatakan sebagai laju berkurangnya konsentrasi suatu pereaksi atau laju bertambahnya konsentrasi suatu produk persatuan waktu

Untuk lebih memahami konsep ini, coba amati gambar hasil reaksi antara bromin (Br2) dengan asam formiat (HCOOH) berikut:

Ungkapan laju reaksi dalam eksperimen ini adalah:

Laju berkurangnya konsentrasi pereaksi (larutan Br2) dalam satu satuan waktu ditunjukkan oleh laju memudarnya warna larutan
Laju bertambahnya konsentrasi produk (ion Br-) dalam satu satuan waktu ditunjukkan oleh laju terbentuknya larutan tidak berwarna

Dari konsep tersebut, kita bisa menyimpulkan suatu konsep bahwa Laju Reaksi adalah laju berkurangnya konsentrasi pereaksi dan bertambahnya konsentrasi produk dalam satuan waktu tertentu.

Dari pengertian tersebut, laju reaksi dapat dirumuskan sebagai:

Faktor yang mempengaruhi laju reaksi

Konsentrasi zat

Dalam suatu reaksi kimia tentunya kita akan berurusan dengan larutan. Ketika membuat larutan kita tidak memakai zat yang diinginkan secara langsung, tetapi biasanya dilarutkan ke dalam suatu pelarut terlebih dahulu. Oleh karena itu, kita memerlukan besaran khusus yang disebut KONSENTRASI. Konsentrasi menyatakan kepekatan dari suatu larutan.Konsentrasi dapat dinyatakan dengan berbagai macam satuan, seperti mol, molaritas, molalitas, normalitas, dll. Tapi untuk saat ini kita akan fokus pada MOLARITAS.

Kemolaran atau molaritas disimbolkan dengan “M” merupakan satuan konsentrasi larutan yang digunakan dalam laju reaksi. Molaritas adalah satuan konsentrasi larutan untuk menyatakan jumlah mol zat terlarut tiap liter larutan. Secara matematika, molaritas dapat diungkapkan dengan persamaan berikut:

Apabila nilai molaritas suatu larutan tinggi, artinya konsentrasi yang dimiliki oleh larutan tersebut besar, sehingga larutan tersebut merupakan larutan yang pekat. Semakin pekat suatu larutan, maka pengaruhnya pada laju reaksi akan semakin cepat dibandingkan dengan larutan yang encer.

Suhu reaksi

Observasi Lingkunganmu! Lakukahlah kegiatan di bawah ini dengan saksama!

Kegiatan 2

Lakukanlah percobaan berikut!

Pengaruh Suhu Terhadap Laju Reaksi

Alat dan Bahan

Gelas kaca (2 buah)
Air hangat 70 mL
Air es 70 mL
Gula secukupnya
Stopwatch

Cara Kerja

Siapkan dua buah gelas kaca transparan
Siapkan gula pasir yang akan digunakan, masukkan masing masing sebanyak 3 sendok teh gula pasir ke dalam gelas
Beri label (1) pada gelas pertama dan (2) pada gelas kedua
Ukur sekitar 70 mL air hangat dan masukkan ke dalam gelas (1), nyalakan stopwatch dan aduk air tersebut hingga gula larut, catat waktu yang diperlukan gula untuk larut sempurna!
Ukur sekitar 70 mL air es dan masukkan ke dalam gelas (2), nyalakan stopwatch dan aduk air tersebut hingga gula larut, catat waktu yang diperlukan gula untuk larut sempurna!

Analisis Data

Buatlah grafik hubungan antara suhu reaksi dan waktu yang diperlukan
Dari percobaan tersebut, tentukanlah:

Variabel bebas
Variabel terikat
Variabel kontrol

Buatlah kesimpulan dari kegiatan ini! Air pada suhu manakah yang dapat menyebabkan gula lebih cepat larut? Jelaskan kesimpulanmu tersebut!

Apa yang kalian dapatkan dari percobaan yang telah kalian lakukan? Serbuk gula akan larut lebih cepat ketika diseduh menggunakan air panas daripada air dingin. Peristiwa ketika kalian menyeduh kopi merupakan pelarutan.

Laju reaksi antara air dan gula ini dapat dipercepat dengan meningkatkan suhu pelarutnya, yakni air. Hal inilah yang menyebabkan gula dapat melarut lebih cepat dalam air panas.

Untuk memahami hal ini lebih lanjut, coba kalian bayangkan jika kalian berada di dalam suatu ruangan. Jika ruangan tersebut sejuk, terdapat AC, kalian akan betah dan kemungkinan akan rebahan kan? Namun, ketika ruangan tersebut pengap dan panas, kalian akan segera meninggalkan ruangan tersebut, bukan?

Sama seperti kalian, molekul dalam larutan akan merasa tidak “betah” jika berada di dalam suhu panas. Mereka akan bergerak lebih cepat daripada molekul yang ada dalam suhu biasa atau dingin. Kenaikan dari kecepatan gerak ini disebabkan karena energi kinetik dari molekul akan bertambah seiring naiknya suhu.

Karena kecepatan gerak molekul bertambah, maka, molekul akan semakin mudah bertabrakan dengan molekul yang lain dan reaksi akan semakin cepat berlangsung. Oleh karena itu semakin tinggi suhu reaksi, maka laju reaksi akan semakin besar.

Luas Permukaan Sentuh

Kalian pernah memakan daging sapi? Pada waktu kalian memasaknya, misalkan untuk dijadikan gulai, kalian tentunya tidak akan memasak gelondongan daging sapi begitu saja tanpa memotong-motong terlebih dahulu, bukan? Atau ketika kalian membuat tape, pada saat peragian pasti ragi yang digunakan akan dihancurkan terlebih dahulu sebelum ditaburkan pada singkong, kan? Apakah kalian juga pernah mengamati gula batu dan gula pasir yang dilarutkan? Apakah kalian pernah mengamati perbedaan waktu keduanya? Pada suhu air yang sama, biasanya gula pasir akan lebih mudah larut daripada gula batu.

Nah, peristiwa-peristiwa itu menggambarkan perbedaan ukuran partikel dari zat yang bereaksi. Tujuan memotong-motong daging maupun menghancurkan ragi adalah untuk memperkecil ukuran partikel. Semakin kecil ukuran partikel, maka reaksi akan berjalan semakin cepat.

Semakin kecil ukuran suatu materi, mengandung arti memperluas permukaan bidang sentuh materi tersebut. Yang dimaksud luas permukaan dalam reaksi kimia adalah luas permukaan zat-zat pereaksi yang bersentuhan untuk menghasilkan reaksi. Dengan demikian, semakin kecil suatu materi, luas permukaan bidang sentuh akan semakin besar, sehingga reaksi akan lebih cepat berlangsung.

Kegiatan 3

Lakukanlah percobaan berikut!

Pengaruh Luas Permukaan Terhadap Laju Reaksi

Alat dan Bahan

1. Gelas kaca (2 buah)

2. Air (20 mL untuk masing masing gelas)

3. Mortar dan Alu (atau penghalus jenis lain)

4. Dua buah tablet CDR

5. Stopwatch

Cara Kerja

Siapkan dua buah gelas kaca transparan
Siapkan dua buah tablet CDR, haluskan salah satu tablet hingga menjadi berbentuk bubuk
Masukkan ke dalam masing masing gelas 20 mL air putih, beri label ‘1’ pada salah satu gelas dan label ‘2’ pada gelas yang lain
Masukkan tablet CDR utuh ke dalam gelas (1), nyalakan stopwatch dan ukur waktu yang diperlukan CDR utuh untuk larut sepenuhnya dalam air, catat waktu yang diperlukan!
Masukkan tablet CDR yang telah dihaluskan ke dalam gelas (2), nyalakan stopwatch dan ukur waktu yang diperlukan CDR halus untuk larut sepenuhnya dalam air, catat waktu yang diperlukan!

Analisis Data

Buatlah tabel hubungan antara luas permukaan zat dan waktu yang diperlukan

Dari percobaan tersebut, tentukanlah:

Variabel bebas
Variabel terikat
Variabel kontrol

Buatlah kesimpulan dari percobaan tersebut!

Katalis

Terkadang dengan memperbesar konsentrasi, suhu, maupun luas permukaan bidang sentuh saja kurang efisien, sehingga perlu ada cara lain yang lebih cepat tapi menguntungkan. Adakah cara seperti itu?

Ternyata ada! Yaitu dengan menambahkan katalis pada suatu reaksi kimia, maka laju reaksi akan berjalan lebih cepat.

Katalis merupakan zat yang mampu mempengaruhi laju reaksi. Dalam melakukan aksinya, katalis akan ikut bereaksi dengan para reaktan, tapi di akhir proses reaksi katalis itu akan terpisah kembali. Yaah... kasarnya, kalian bisa membayangkan katalis itu seperti mak comblang dalam mempertemukan pasangan suami-istri.

Coba kalian perhatikan gambar di bawah ini

Sekarang kalian paham, bagaimana keterlibatan katalis dalam reaksi kimia melalui ilustrasi di atas? Nah, sekarang kita bahas, bagaimana kinerja katalis dalam mempercepat reaksi. Anggaplah hal ini sebagai suatu peristiwa ketika akan menjatuhkan seseorang dari tebing. Agak kejam sih, memang... tapi..... perhatikan dulu saja ilustrasi berikut:

Jika kalian berperan sebagai “si biru” dalam kedua gambar tersebut, coba bandingkan, gambar manakah yang sepertinya paling mudah ketika kalian akan menjatuhkan “si stikman”? Pastinya kalian akan memilih yang Gambar 1 bukan? Jika kita misalkan saat “si stikman” jatuh adalah saat berlangsungnya reaksi, maka tentu saja Gambar 1 mencerminkan reaksi lebih mudah terjadi. Dengan sedikit tendangan saja, “si stikman” langsung jatuh ke jurang, sedangkan pada Gambar 2, “si biru” harus melewati “gunungan” terlebih dahulu sebelum “si stikman” jatuh. Dengan energi yang sama, besar kemungkinan “si stikman” malah akan kembali lagi, bukannya jatuh ke jurang.

Baiklah... jika kita fokuskan perhatian pada Gambar 2, bagaimana caranya agar dengan energi yang sama, “si biru” dapat menjatuhkan “si stikman” ke jurang? Nah, dalam laju reaksi ada yang dikenal dengan ENERGI AKTIVASI (Ea), yaitu energi minimum yang diperlukan supaya reaksi dapat berlangsung. Pada Gambar 2 “gunungan” yang menghambat jatuhnya “si stikman” adalah “Ea”.

Nah, dengan menambahkan katalis, reaksi pada Gambar 2 dapat dipercepat dengan cara “memotong” gunungan penghambat. Perhatikan ilustrasi berikut:

Jadi, begitulah ceritanya... akhirnya “si biru” dapat dengan mudah menjatuhkan “si stikman” ke jurang dengan bantuan katalis. Dengan kata lain, fungsi penambahan katalis disini adalah mempercepat terjadinya reaksi dengan cara menurunkan Energi Aktivasi. Lihat saja, gunungan yang awalnya tinggi (Ea1), dengan ditambahkan katalis menjadi lebih rendah (Ea2). Dengan demikian, reaksi akan berlangsung lebih mudah, bukan?

Persamaan Laju Reaksi

Laju reaksi dapat dinyatakan dalam persamaan yang ditentukan berdasarkan konsentrasi awal setiap zat, dipangkatkan orde reaksinya. Orde reaksi hanya dapat diperoleh melalui data percobaan. Jadi, jangan heran jika setiap menemukan soal orde reaksi kalian menemukan tabel data hasil percobaan... Perhatikan persamaan reaksi berikut:

pA + qB → rC + sD

Setiap laju reaksi memiliki nilai k tertentu bergantung pada sifat pereaksi. Semakin besar nilai k, maka reaksi akan semakin cepat berlangsung, begitupun sebaliknya. Satuan nilai k berbeda-beda tergantung nilai orde reaksinya atau nilai pangkat dari persamaan itu, dan selalu positif, bisa berupa bilangan bulat maupun pecahan.

Lantas, bagaimana cara mencari persamaan laju reaksi? Karena untuk menentukan orde reaksi harus melalui eksperimen, maka kita yang sedang tidak berada dalam laboratorium diberi kemudahan yakni cukup memperoleh data hasil eksperimen. Misalkan ada data eksperimen untuk reaksi 2A + B2 → 2AB adalah sebagai berikut:

Dari data di atas, kita dapat mencari laju reaksinya!

Hal pertama yang harus dilakukan adalah menentukan orde reaksinya. Misalkan persamaan laju reaksinya adalah: v = k[A]x[B2]y kita akan mencari nilai x dan y. Untuk mencari nilai x (orde reaksi A), kita perlu membandingkan data. Caranya, cari data konsentrasi B yang sama. Dari tabel di atas, kiat peroleh data konsentrasi B yang sama adalah data percobaan 4 dan 5. Karena ini perbandingan, maka v percobaan 4 dan 5 juga dibandingkan. Penulisannya seperti berikut:

Selanjutnya kita akan mencari nilai y (orde reaksi B). Sebelumnya kita cari data konsentrasi A yang sama dari tabel, yakni pada data percobaan 1 dan 2. Sebenarnya data 3 juga sama, tapi karena untuk membandingkan, hanya perlu dua data saja, maka kita sepakat dulu mengambil data 1 dan 2. Buat perbandingannya seperti sebelumnya: