Cara Menentukan Persamaan Laju Reaksi Berdasar Mekanisme Reaksi (1)

Bahasan laju reaksi di SMA biasanya belum terlalu rumit kecuali memang untuk pengayaan saja. Salah satu cara menentukan persamaan laju reaksi adalah dengan mengamati persamaan reaksi pada tahap tambat.

Tahap lambat ini biasa sudah ditentukan pada soal. Tahap lambat memang sering disebut tahap penentu laju reaksi. Ketika ingin menentukan persamaan laju reaksi cukup memperhatikan zat-zat di ruas kiri tanda panah, atau zat-zat pereaksi pada reaksi tahap lambat.

Hanya zat-zat inilah yang akan mempengaruhi laju reaksi. Reaksi tahap lambat yang dapat digunakan secara langsung untuk menentukan persamaan laju reaksi seperti pada tulisan ini merupakan reaksi berkesudahan, bukan reaksi kesetimbangan.

Soal #1
Berikut ini adalah reaksi bersifat hipotetik. Reaksi fase gas: A + 2B → AB₂ berlangsung dalam dua tahap:
Tahap lambat: A + B → AB
Tahap cepat: AB + B → AB₂

Persamaan laju reaksi yang tepat adalah
A. laju = k [B]
B. laju = k [B]²
C. laju = k [A][B]
D. laju = k [AB][B]
E. laju = k [AB]

Pembahasan Soal #1
Persamaan laju reaksi secara keseluruhan ditentukan dari tahap lambat (sebagai tahap penentu). Karena satu molekul A dan satu molekul B yang terlibat dalam tahap lambat ini, maka persamaan laju adalah laju = k [A][B] atau boleh ditulis detil menjadi laju = k [A]¹[B]¹
Jawaban yang sesuai adalah C.

---

Soal #2
Hidrolosis (CH₃)₃CBr berlangsung sebagai berikut.
(CH₃)₃CBr → (CH₃)₃C⁺ + Br^– (tahap lambat)
(CH₃)₃C⁺ + OH^– → (CH₃)₃COH (tahap tahap cepat)

Persamaan laju reaksi yang manakah yang sesuai dengan mekanisme di atas?
A. laju = k [(CH₃)₃CBr][ OH^–]
B. laju = k [(CH₃)₃CBr]
C. laju = k [(CH₃)₃CBr]²
D. laju = k [(CH₃)₃C⁺][ OH^–]
E. laju = k [OH^–]

Persamaan laju reaksi secara keseluruhan diperoleh dari tahap lambat (sebagai tahap penentu). jadi persamaannya laju = k [(CH₃)₃CBr] karena hanya (CH₃)₃CBr yang terlibat dalam tahap lambat
Jawaban yang sesuai adalah B.

---

Soal #3
Mekanisme reaksi halogenasi propanon dalam larutan asam melibatkan beberapa tahap reaksi
CH₃COCH₃ + I₂ → CH₃COCH₂I + HI

Mekanisme:

Manakah kesimpulan yang tidak benar berdasarkan informasi di atas.

1. Asam berperan sebagai katalis

2. Iodin tidak terlibat dalam tahap penentu reaksi

3. Laju reaksi tidak dipengaruhi oleh perubahan konsentrasi iodin.

4. Orde reaksi total adalah 3

5. Orde reaksi terhadap asam adalah 1

Pembahasan soal #3:

Dari mekanisme reaksi, tahap lambat (penentu laju) adalah enolisasi propanon:
CH₃COCH₃ + H⁺ → CH₃C(OH)=CH₂
Sehingga persamaan laju reaksi adalah:
r = k[CH₃COCH₃][H⁺]

Periksa setiap opsi:

1. Asam berperan sebagai katalis → BENAR
   H⁺ terlibat dalam reaksi pada tahap lambat (protonasi propanon) namun terbentuk kembali dalam proses enolisasi sebelum tahap berikutnya. H⁺ tidak muncul sebagai produk akhir reaksi keseluruhan, sehingga memenuhi definisi katalis.

2. Iodin tidak terlibat dalam tahap penentu reaksi → BENAR
   I₂ hanya muncul pada tahap cepat kedua, tidak pada tahap lambat.

3. Laju reaksi tidak dipengaruhi oleh perubahan konsentrasi iodin → BENAR
   Merupakan konsekuensi langsung dari B. Karena I₂ tidak ada dalam persamaan laju r = k[CH₃COCH₃][H⁺], perubahannya tidak berdampak pada laju.

4. Orde reaksi total adalah 3 → SALAH
   Dari persamaan laju r = k[CH₃COCH₃][H⁺], orde terhadap CH₃COCH₃ adalah 1 dan orde terhadap H⁺ adalah 1, sehingga orde reaksi total = 1 + 1 = 2, bukan 3.

5. Orde reaksi terhadap asam adalah 1 → BENAR
   Pada tahap lambat hanya satu molekul H⁺ yang terlibat, sehingga orde terhadap [H⁺] = 1. Kesimpulan yang tidak benar adalah D.

---

Soal #4
Perhatikan data berikut.

No	Persamaan laju reaksi	Mekanisme yang disarankan
1	r = k1[HBr][O2]	2HBr(g) + O2(g)→ 2HBrO(g) (tahap lambat)
		2HBrO(g) + HBr(g)→ H2O(g) + Br2(g) (tahap cepat)
2	r = k2[NO]2[H2]	2NO(g) + H2(g)→ N2O(g) + H2O(g) (tahap lambat)
		N2O(g) + H2(g)→ 2N2(g) + H2O(g) (tahap cepat)
3	r = k3[H2][I2]	H2 (g)→ 2H(g) (tahap lambat)
		2H(g) + I2(g)→ 2HI (g)(tahap cepat)

Manakah saran mekanisme secara eksperimen yang sesuai dengan persamaan laju reaksi?
A. 1 dan 2
B. 2 dan 3
C. 1 dan 3
D. 2 saja
E. Tidak ada yang sesuai.

Pembahasan Soal #4:
Laju reaksi hanya ditentukan oleh reaksi pada tahap lambat.
Makna pada persamaan laju reaksi yang diberikan soal punya arti:
1. r = k₁[HBr][O₂]
→ 1 molekul HBr dan 1 molekul H₂ yang terlibat pada tahap lambat

2. r = k₂[NO]²[H₂]
→ 2 molekul NO dan 1 molekul H₂ yang terlibat pada tahap lambat

3. r = k₃[H₂][I₂]
→ 1 molekul H₂ dan 1 molekul I₂ yang terlibat pada tahap lambat

Berikut ini adalah laju reaksi yang benar berdasar data eksperimen dengan hanya memperhatikan tahap lambat saja.

No	Mekanisme yang disarankan	Persamaan laju reaksi
1	2HBr(g) + O2(g)→ 2HBrO(g) (tahap lambat)	r = k1[HBr]2[O2]
2	2NO(g) + H2(g)→ N2O(g) + H2O(g) (tahap lambat)	r = k2[NO]2[H2]
3	H2 (g)→ 2H(g) (tahap lambat)	r = k3[H2][I2]0

Jawaban yang tepat adalah D, 2 saja.

---

Tahap reaksi pada contoh soal adalah mekanisme reaksi dengan tahap pertama semua merupakan tahap lambat (tahap penentu laju rekasi). Untuk tahap cepat tidak lagi diperhatikan lagi.

Bagaimana bila ada mekanisme reaksi di mana tahap awalnya adalah tahap cepat? Bagaimana bila pada salah satu tahap reaksinya merupakan reaksi kesetimbangan (reaksi bolak-balik/reversibel)?

Keduanya dibahas pada tulisan tersediri: Mekanisme Model-2 dan Mekanisme Model-3.

Soal diambil dari berbagai sumber.