Dalam soal olimpiade kimia kadang ditemui model soal tentang laju reaksi dengan diberikan hanya berupa grafik. Misal diberi grafik waktu vs konsentrasi pereaksi atau hasil reaksi. Diminta menentukan orde reaksi dan nilai tetapan laju reaksi (k). Langkah pertama adalah memperhatikan bentuk kurva waktu vs konsentrasi itu sendiri. Langkah kedua menguji konsistensi nilai waktu paruh (t½), waktu yang diperlukan mengubah konsentrasi menjadi separuh dari konsentrasi awal.
Untuk visual bentuk kurva waktu vs konsentrasi dapat dilihat di sini. Bila dirangkum maka model kurva waktu vs konsentrasi dan t½:- Reaksi orde 0 bentuk kurva lurus (linier) menurun/miring.
Nilai t½ berkurang dengan berkurangnya konsentrasi pereaksi.
$ t_{1/2}=\dfrac{[A]_0}{2k}$
Misal 0,8 M ke 0,4 M; 0,4 M ke 0,2 M → t½ : 20 s dan 10 s (nilai t½ menurun). - Reaksi orde 1 bentuk kurva melengkung eksponensial turun, menurun curam di awal, semakin landai di akhir.
Nilai t½ selalu konstan walau konsentrasi pereaksi/hasil reaksi berubah.
$ t_{1/2}=\dfrac{0,693}{k}$
Misal 0,8 M ke 0,4 M; 0,4 M ke 0,2 M → t½ : 15 s dan 15 s (nilai t½ tetap). - Reaksi orde 2 bentuk kurva melengkung hiperbolik turun, menurun sangat curam di awal, hampir datar di akhir.
Nilai t½ bertambah dengan berkurangnya konsentrasi pereaksi.
$ t_{1/2}=\dfrac{1}{k \cdot [A]_0}$
Misal 0,8 M ke 0,4 M; 0,4 M ke 0,2 M → t½ : 20 s dan 40 s (nilai t½ meningkat).
Contoh data percobaan yang diambil dari 3 pasangan data waktu dan konsentrasi dari kurva:
| Waktu (t, menit) | Konsentrasi ([A]t, M) |
|---|---|
| 0 | 0,10 |
| 15 | 0,05 |
| 30 | 0,025 |
Langkah 1: Identifikasi Orde Reaksi
Bentuk kurva untuk pereaksi berupa lengkungan eksponensial menurun.
Kemungkinan adalah reaksi orde 1.
Analisis waktu paruh (t½) dari data:
- Dari t = 0 ke t = 15 menit:
- [A]0 = 0,10 M → [A] = 0,05 M (turun setengah)
- t½ = 15 menit
- Dari t = 15 ke t = 30 menit:
- [A] = 0,05 M → [A] = 0,025 M (turun setengah lagi)
- t½ = 15 menit (sama)
Karena t½ tetap, terkonfirmasi reaksi orde 1.
Langkah 2: Hitung Tetapan Laju (k)
Rumus Orde 1:
$ t_{1/2} = \dfrac{\ln 2}{k} \implies k = \dfrac{\ln 2}{t_{1/2}} $
Substitusi nilai:
$ k = \dfrac{0,693}{15} \approx 0,0462 \text{ menit}^{-1} $
Untuk t = 30 menit:
$ \ln\left(\dfrac{0,10}{0,025}\right) = k \cdot 30 $
$ \ln 4 = 30k \implies k = \dfrac{1,386}{30} \approx 0,0462 \text{ menit}^{-1} $
Nilai k konsisten → Orde 1 valid.
- Orde Reaksi: 1 (karena t½ konstan = 15 menit)
- Tetapan Laju (k): 0,0462 menit-1
Contoh soal lain, tanpa grafik, diminta menghitung waktu paruh tetapi diberi data sebagai berikut.
- t = 0 s, [NO₂] = 0,500 mol/L
- t = 1000 s, [NO₂] = 0,435 mol/L
- t = 2000 s, [NO₂] = 0,379 mol/L
Laju reaksi diketahui hanya bergantung pada NO2 dan merupakan reaksi orde 1.
NO2(g) + CO(g) → NO(g) + CO2(g)
Untuk reaksi orde satu, waktu paruh bersifat konstan dan diberikan oleh:
- t½ = ln(2) / k ≈ 0,693 / k
Penentuan Tetapan Laju (k)
Dengan data yang diberikan, hitung k menggunakan dua titik waktu:
- Dari t = 0 s ke t = 1000 s:
[A]0 = 0,500 mol/L, [A] = 0,435 mol/L
ln(0,500 / 0,435) = k × 1000
0,1396 = k × 1000
k ≈ 0,1396 / 1000 = 1,396 × 10-4 s-1
- Dari t = 1000 s ke t = 2000 s:
[A]0 = 0,435 mol/L, [A] = 0,379 mol/L
ln(0,435 / 0,379) = k × 1000
0,1381 = k × 1000
k ≈ 0,1381 / 1000 = 1,381 × 10-4 s-1
Rata-rata k ≈ 1,39 × 10-4 s-1, yang konsisten dengan reaksi orde satu.
Penghitungan Waktu Paruh
Menggunakan rumus t½ = 0,693 / k:
- k ≈ 1,39 × 10-4 s-1
- t½ = 0,693 / (1,39 × 10-4) ≈ 4989 s
Waktu paruh sekitar 4989 s, bila mengikuti aturan angka penting hasilnya 4990 s.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar