Latihan Soal Laju Reaksi, Faktor Suhu, dan Waktu Reaksi

Soal-soal berikut ini dirancang untuk melatih pemahaman tentang Rumus van't Hoff (menggunakan pendekatan empiris) yang menyatakan hubungan antara kenaikan suhu dengan peningkatan laju reaksi.

Rumus van't Hoff terkait laju rekasi ini dapat ditulis:

$\dfrac{v_2}{v_1} = \gamma^{\Delta T/10}$ atau $\dfrac{v_2}{v_1} = \gamma^{(T_2-T_1)/10}$ atau $v_2 = \gamma^{\Delta T/10} \times v_1$

$\dfrac{t_1}{t_2} = \gamma^{\Delta T/10}$ atau $t_1 = \gamma^{\Delta T/10} \times t_2$ atau $t_2 = \dfrac{t_1}{\gamma^{\Delta T/10}}$

• $v_1$, $v_2$ = laju reaksi pertama & kedua
• $\Delta T$ = perubahan suhu ($T_2 - T_1$)
• $\gamma$ = faktor kenaikan laju reaksi

Melalui variasi konteks yang mencakup reaksi dekomposisi, fermentasi, esterifikasi, polimerisasi, dan reaksi enzimatis, Anda akan diajak untuk menganalisis bagaimana perubahan suhu mempengaruhi waktu reaksi, laju reaksi, waktu paruh, serta menentukan Rumus Van't Hoff dari data eksperimen.

Setiap soal menantang kemampuan analisis dengan scenario yang berbeda, mulai dari optimasi proses industri hingga interpretasi data laboratorium, sehingga mengasah keterampilan dalam menerapkan konsep teoritis ke dalam situasi praktis.

Soal #1

Dalam sebuah percobaan di laboratorium, reaksi dekomposisi senyawa X ternyata membutuhkan waktu 8 menit untuk menyelesaikan reaksinya pada suhu 30°C. Apabila reaksi serupa dilakukan pada suhu 50°C dengan faktor kenaikan laju reaksi γ = 2, berapakah waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan reaksi tersebut?

Diketahui:

• Waktu reaksi pada 30°C: t₁ = 8 menit
• Suhu awal: T₁ = 30°C
• Suhu akhir: T₂ = 50°C
• Faktor kenaikan laju reaksi: γ = 2

Perubahan suhu: ΔT = T₂ - T₁ = 50 - 30 = 20°C

Rumus Van't Hoff untuk perbandingan laju reaksi:

$$\frac{v_2}{v_1} = \gamma^{\Delta T/10}$$

Karena laju reaksi berbanding terbalik dengan waktu (v ∝ 1/t), maka:

$$\frac{t_1}{t_2} = \gamma^{\Delta T/10}$$

Substitusi nilai:

$$\begin{aligned} \frac{8}{t_2} &= 2^{20/10} \\ \frac{8}{t_2} &= 2^2 \\ \frac{8}{t_2} &= 4 \\ t_2 &= \frac{8}{4} = 2 \text{ menit} \end{aligned}$$

Jawaban:

Waktu yang diperlukan pada suhu 50°C adalah 2 menit.

Soal #2

Sebuah industri kimia melakukan optimasi proses dengan memanfaatkan pengaruh suhu terhadap laju reaksi. Data menunjukkan bahwa pada suhu 40°C, reaksi pembentukan produk A berlangsung dengan laju 0,05 M/detik. Jika suhu dinaikkan menjadi 70°C dan faktor pengaruh suhu γ = 2,5, tentukanlah laju reaksi pada kondisi yang baru!

Diketahui:

• Laju reaksi pada 40°C: v₁ = 0,05 M/detik
• Suhu awal: T₁ = 40°C
• Suhu akhir: T₂ = 70°C
• Faktor kenaikan laju reaksi setiap 10°C: γ = 2,5

Perubahan suhu: ΔT = T₂ - T₁ = 70 - 40 = 30°C

Rumus Van't Hoff:

$$\frac{v_2}{v_1} = \gamma^{\Delta T/10}$$

Substitusi nilai:

$$\begin{aligned} \frac{v_2}{0,05} &= 2,5^{30/10} \\ \frac{v_2}{0,05} &= 2,5^3 \\ \frac{v_2}{0,05} &= 15,625 \\ v_2 &= 0,05 \times 15,625\\& = 0,78125 \text{ M/detik} \end{aligned}$$

Jawaban:

Laju reaksi pada suhu 70°C adalah 0,781 M/detik.

Soal #3

Perhatikan data hasil percobaan pengaruh suhu terhadap waktu reaksi hidrolisis ester berikut:

Suhu (°C)	Waktu Reaksi (detik)
25	320
45	40

Berdasarkan data tersebut, hitunglah faktor kenaikan laju reaksi (γ) untuk reaksi hidrolisis ester ini!

Diketahui:

• T₁ = 25°C, t₁ = 320 detik
• T₂ = 45°C, t₂ = 40 detik

Perubahan suhu: ΔT = T₂ - T₁ = 45 - 25 = 20°C

Karena laju reaksi berbanding terbalik dengan waktu:

$$\frac{v_2}{v_1} = \frac{t_1}{t_2} = \gamma^{\Delta T/10}$$

Substitusi nilai:

$$\begin{aligned} \frac{320}{40} &= \gamma^{20/10} \\ 8 &= \gamma^2 \\ \gamma &= \sqrt{8} = 2\sqrt{2} \approx 2,83 \end{aligned}$$

Jawaban:

Faktor kenaikan laju reaksi untuk reaksi ini adalah 2,83.

Soal #4

Seorang peneliti ingin menentukan suhu yang diperlukan agar reaksi kimia tertentu berlangsung 64 kali lebih cepat daripada pada suhu 20°C. Jika faktor kenaikan laju reaksi γ untuk reaksi tersebut adalah 2, pada suhu berapakah reaksi harus dilakukan?

Diketahui:

• Perbandingan laju: v₂/v₁ = 64
• Suhu awal: T₁ = 20°C
• Faktor kenaikan laju reaksi: γ = 2
• Suhu akhir: T₂ = ?

Rumus Van't Hoff:

$$\frac{v_2}{v_1} = \gamma^{(T_2 - T_1)/10}$$

Substitusi nilai:

$$\begin{aligned} 64 &= 2^{(T_2 - 20)/10} \\ 2^6 &= 2^{(T_2 - 20)/10} \\ 6 &= \frac{T_2 - 20}{10} \\ T_2 - 20 &= 60 \\ T_2 &= 80°C \end{aligned}$$

Jawaban:

Reaksi harus dilakukan pada suhu 80°C.

Soal #5

Dalam proses fermentasi, waktu yang diperlukan untuk menghasilkan bioetanol pada suhu 30°C adalah 12 jam. Untuk meningkatkan efisiensi produksi, proses fermentasi dilakukan pada suhu yang lebih tinggi sehingga waktu fermentasi menjadi hanya 1,5 jam. Apabila faktor kenaikan laju reaksi untuk proses ini adalah 2, tentukanlah suhu fermentasi yang digunakan!

Diketahui:

• Waktu pada 30°C: t₁ = 12 jam
• Waktu pada suhu T₂: t₂ = 1,5 jam
• Suhu awal: T₁ = 30°C
• Faktor kenaikan laju reaksi: γ = 2

Perbandingan laju reaksi:

$$\frac{v_2}{v_1} = \frac{t_1}{t_2} = \gamma^{(T_2 - T_1)/10}$$

Substitusi nilai:

$$\begin{aligned} \frac{12}{1,5} &= 2^{(T_2 - 30)/10} \\ 8 &= 2^{(T_2 - 30)/10} \\ 2^3 &= 2^{(T_2 - 30)/10} \\ 3 &= \frac{T_2 - 30}{10} \\ T_2 - 30 &= 30 \\ T_2 &= 60°C \end{aligned}$$

Jawaban:

Suhu fermentasi yang digunakan adalah 60°C.

Soal #6

Sebuah reaksi kimia dalam industri farmasi memiliki waktu paruh 30 menit pada suhu 25°C. Untuk mempercepat proses produksi, engineer menaikkan suhu reaksi sehingga waktu paruhnya menjadi 3,75 menit. Jika faktor kenaikan laju reaksi γ = 2 untuk reaksi ini, berapakah suhu reaksi yang digunakan?

Diketahui:

• Waktu paruh pada 25°C: t_½1 = 30 menit
• Waktu paruh pada T₂: t_½2 = 3,75 menit
• Suhu awal: T₁ = 25°C
• Faktor kenaikan laju reaksi: γ = 2

Karena waktu paruh berbanding terbalik dengan laju reaksi:

$$\frac{v_2}{v_1} = \frac{t_{½1}}{t_{½2}} = \gamma^{(T_2 - T_1)/10}$$

Substitusi nilai:

$$\begin{aligned} \frac{30}{3,75} &= 2^{(T_2 - 25)/10} \\ 8 &= 2^{(T_2 - 25)/10} \\ 2^3 &= 2^{(T_2 - 25)/10} \\ 3 &= \frac{T_2 - 25}{10} \\ T_2 - 25 &= 30 \\ T_2 &= 55°C \end{aligned}$$

Jawaban:

Suhu reaksi yang digunakan adalah 55°C.

Soal #7

Data percobaan pengaruh suhu terhadap laju reaksi dekomposisi senyawa Z menunjukkan hasil sebagai berikut:

Suhu (°C)	Laju Reaksi (M/menit)
40	0,8
70	10,8

Tentukan nilai faktor kenaikan laju reaksi γ berdasarkan data eksperimen tersebut!

Diketahui:

• T₁ = 40°C, v₁ = 0,8 M/menit
• T₂ = 70°C, v₂ = 10,8 M/menit

Perubahan suhu: ΔT = T₂ - T₁ = 70 - 40 = 30°C

Rumus Van't Hoff:

$$\frac{v_2}{v_1} = \gamma^{\Delta T/10}$$

Substitusi nilai:

$$\begin{aligned} \frac{10,8}{0,8} &= \gamma^{(30)/10} \\ 13,5 &= \gamma^3 \\ \gamma &= \sqrt[3]{13,5} \\ \gamma &= 2,38 \end{aligned}$$

Jawaban:

Faktor kenaikan laju reaksi γ berdasarkan data eksperimen adalah 2,38.

Soal #8

Dalam reaksi esterifikasi, waktu yang diperlukan untuk mencapai konversi 95% pada suhu 45°C adalah 120 menit. Jika suhu dinaikkan menjadi 75°C dengan faktor γ = 2,5, berapa menit waktu yang dibutuhkan untuk mencapai konversi yang sama?

Diketahui:

• Waktu pada 45°C: t₁ = 120 menit
• Suhu awal: T₁ = 45°C
• Suhu akhir: T₂ = 75°C
• Faktor kenaikan laju reaksi: γ = 2,5

Perubahan suhu: ΔT = T₂ - T₁ = 75 - 45 = 30°C

Karena waktu berbanding terbalik dengan laju:

$$\frac{t_1}{t_2} = \gamma^{\Delta T/10}$$

Substitusi nilai:

$$\begin{aligned} \frac{120}{t_2} &= 2,5^{30/10} \\ \frac{120}{t_2} &= 2,5^3 \\ \frac{120}{t_2} &= 15,625 \\ t_2 &= \frac{120}{15,625} = 7,68 \text{ menit} \end{aligned}$$

Jawaban:

Waktu yang dibutuhkan pada suhu 75°C adalah 7,68 menit.

Soal #9

Suatu reaksi polimerisasi berlangsung dengan laju 2,4 × 10^-3 M/detik pada suhu 35°C. Berapakah laju reaksi tersebut pada suhu 15°C jika faktor γ = 2? (Asumsikan γ konstan untuk penurunan suhu)

Diketahui:

• Laju pada 35°C: v₁ = 2,4 × 10^-3 M/detik
• Suhu awal: T₁ = 35°C
• Suhu akhir: T₂ = 15°C
• Faktor kenaikan laju reaksi: γ = 2

Perubahan suhu: ΔT = T₂ - T₁ = 15 - 35 = -20°C

Rumus Van't Hoff:

$$\frac{v_2}{v_1} = \gamma^\Delta T/10}$$

Substitusi nilai:

$$\begin{aligned} \frac{v_2}{2,4 \times 10^{-3}} &= 2^{-20/10} \\ \frac{v_2}{2,4 \times 10^{-3}} &= 2^{-2} \\ \frac{v_2}{2,4 \times 10^{-3}} &= \frac{1}{4} \\ v_2 &= 2,4 \times 10^{-3} \times \frac{1}{4} \\ v_2 &= 0,6 \times 10^{-3} = 6,0 \times 10^{-4} \text{ M/detik} \end{aligned}$$

Jawaban:

Laju reaksi pada suhu 15°C adalah 6,0 × 10^-4 M/detik.

Soal #10

Sebuah reaksi enzimatis memiliki waktu inkubasi 45 menit pada suhu 30°C. Jika faktor kenaikan laju reaksi untuk reaksi ini adalah 1,8, tentukan suhu yang diperlukan agar waktu inkubasi menjadi 10 menit!

Diketahui:

• Waktu pada 30°C: t₁ = 45 menit
• Waktu yang diinginkan: t₂ = 10 menit
• Suhu awal: T₁ = 30°C
• Faktor kenaikan laju reaksi: γ = 1,8

Perbandingan laju reaksi:

$$\frac{v_2}{v_1} = \frac{t_1}{t_2} = \gamma^{(T_2 - T_1)/10}$$

Substitusi nilai:

$$\begin{aligned} \frac{45}{10} &= 1,8^{(T_2 - 30)/10} \\ 4,5 &= 1,8^{(T_2 - 30)/10} \\ \log 4,5 &= \frac{T_2 - 30}{10} \times \log 1,8 \\ 0,6532 &= \frac{T_2 - 30}{10} \times 0,2553 \\ \frac{T_2 - 30}{10} &= \frac{0,6532}{0,2553} = 2,558 \\ T_2 - 30 &= 25,58 \\ T_2 &= 55,58°C \approx 55,6°C \end{aligned}$$

Jawaban:

Suhu yang diperlukan agar waktu inkubasi menjadi 10 menit adalah 55,6°C.