Penurunan Rumus Orde Reaksi Tiga Pereaksi dengan Metode Logaritma Secara Manual (Aturan Cramer)

Sabtu, 07 Maret 2026

Artikel sebelumnya telah menurunkan rumus orde reaksi untuk dua pereaksi menggunakan Aturan Cramer pada sistem 2×2. Artikel ini memperluas penurunan tersebut ke kasus tiga pereaksi, dengan semua konsentrasi boleh berbeda di setiap percobaan. Pola penurunannya persis sama hanya dimensi sistemnya yang bertambah dari 2×2 menjadi 3×3.


1. Persamaan Laju dan Linearisasi

Untuk reaksi dengan tiga pereaksi:

\[ v = k[A]^m[B]^n[C]^p \]

Ambil logaritma kedua ruas:

\[ \log v = \log k + m\log[A] + n\log[B] + p\log[C] \]

Persamaan ini linear terhadap tiga bilangan yang tidak diketahui: \(m\), \(n\), dan \(p\).


2. Butuh Berapa Percobaan?

Untuk dua pereaksi, ada dua bilangan tidak diketahui (\(m\) dan \(n\)), sehingga dibutuhkan minimal 3 percobaan, satu sebagai acuan, dua lainnya untuk membentuk sistem 2 persamaan setelah \(\log k\) dieliminasi.

Dengan tiga pereaksi, ada tiga bilangan tidak diketahui (\(m\), \(n\), dan \(p\)), sehingga dibutuhkan minimal 4 percobaan, satu sebagai acuan, tiga lainnya untuk membentuk sistem 3 persamaan.

Pola umum: Untuk reaksi dengan \(r\) pereaksi, dibutuhkan minimal \(r + 1\) percobaan.

3. Membangun Sistem Persamaan

Perc. [A]
(mol/L)
[B]
(mol/L)
[C]
(mol/L)
v
(mol L-1 s-1)
1 [A]1 [B]1 [C]1 v1
2 [A]2 [B]2 [C]2 v2
3 [A]3 [B]3 [C]3 v3
4 [A]4 [B]4 [C]4 v4
Langkah 1: Tulis persamaan logaritma untuk 4 percobaan

\[ \log v_1 = \log k + m\log[A]_1 + n\log[B]_1 + p\log[C]_1 \quad \cdots(1) \]

\[ \log v_2 = \log k + m\log[A]_2 + n\log[B]_2 + p\log[C]_2 \quad \cdots(2) \]

\[ \log v_3 = \log k + m\log[A]_3 + n\log[B]_3 + p\log[C]_3 \quad \cdots(3) \]

\[ \log v_4 = \log k + m\log[A]_4 + n\log[B]_4 + p\log[C]_4 \quad \cdots(4) \]

Langkah 2: Eliminasi \(\log k\) dengan percobaan 1 sebagai acuan

Kurangkan persamaan (1) dari (2), (3), dan (4):

\[ \log\frac{v_2}{v_1} = m\log\frac{[A]_2}{[A]_1} + n\log\frac{[B]_2}{[B]_1} + p\log\frac{[C]_2}{[C]_1} \quad \cdots(\text{I}) \]

\[ \log\frac{v_3}{v_1} = m\log\frac{[A]_3}{[A]_1} + n\log\frac{[B]_3}{[B]_1} + p\log\frac{[C]_3}{[C]_1} \quad \cdots(\text{II}) \]

\[ \log\frac{v_4}{v_1} = m\log\frac{[A]_4}{[A]_1} + n\log\frac{[B]_4}{[B]_1} + p\log\frac{[C]_4}{[C]_1} \quad \cdots(\text{III}) \]

\(\log k\) telah hilang. Tersisa sistem tiga persamaan dengan tiga bilangan tidak diketahui.


4. Sistem dalam Bentuk Matriks

Definisikan notasi ringkas:

\[ P = \log\frac{v_2}{v_1},\quad Q = \log\frac{v_3}{v_1},\quad R = \log\frac{v_4}{v_1} \]

\[ \alpha_1 = \log\frac{[A]_2}{[A]_1},\quad \alpha_2 = \log\frac{[A]_3}{[A]_1},\quad \alpha_3 = \log\frac{[A]_4}{[A]_1} \]

\[ \beta_1 = \log\frac{[B]_2}{[B]_1},\quad \beta_2 = \log\frac{[B]_3}{[B]_1},\quad \beta_3 = \log\frac{[B]_4}{[B]_1} \]

\[ \gamma_1 = \log\frac{[C]_2}{[C]_1},\quad \gamma_2 = \log\frac{[C]_3}{[C]_1},\quad \gamma_3 = \log\frac{[C]_4}{[C]_1} \]

Sistem persamaan (I), (II), (III) menjadi:

\[ \begin{pmatrix} \alpha_1 & \beta_1 & \gamma_1 \\ \alpha_2 & \beta_2 & \gamma_2 \\ \alpha_3 & \beta_3 & \gamma_3 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} m \\ n \\ p \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} P \\ Q \\ R \end{pmatrix} \]


5. Penerapan Aturan Cramer 3×3

Untuk sistem \(A\mathbf{x} = \mathbf{b}\) berukuran 3×3, Aturan Cramer menyatakan:

\[ m = \frac{\det(A_m)}{\det(A)}, \quad n = \frac{\det(A_n)}{\det(A)}, \quad p = \frac{\det(A_p)}{\det(A)} \]

di mana \(A_m\), \(A_n\), \(A_p\) adalah matriks \(A\) dengan kolom 1, 2, dan 3 diganti oleh vektor \(\mathbf{b}\) secara bergantian.

Langkah 3: Determinan matriks koefisien

Determinan matriks 3×3 dihitung dengan ekspansi kofaktor baris pertama:

\[ D = \det(A) = \begin{vmatrix} \alpha_1 & \beta_1 & \gamma_1 \\ \alpha_2 & \beta_2 & \gamma_2 \\ \alpha_3 & \beta_3 & \gamma_3 \end{vmatrix} \]

\[ D = \alpha_1(\beta_2\gamma_3 - \gamma_2\beta_3) - \beta_1(\alpha_2\gamma_3 - \gamma_2\alpha_3) + \gamma_1(\alpha_2\beta_3 - \beta_2\alpha_3) \]

Langkah 4: Determinan untuk \(m\) (kolom 1 diganti \(\mathbf{b}\))

\[ D_m = \begin{vmatrix} P & \beta_1 & \gamma_1 \\ Q & \beta_2 & \gamma_2 \\ R & \beta_3 & \gamma_3 \end{vmatrix} = P(\beta_2\gamma_3 - \gamma_2\beta_3) - \beta_1(Q\gamma_3 - \gamma_2 R) + \gamma_1(Q\beta_3 - \beta_2 R) \]

Langkah 5: Determinan untuk \(n\) (kolom 2 diganti \(\mathbf{b}\))

\[ D_n = \begin{vmatrix} \alpha_1 & P & \gamma_1 \\ \alpha_2 & Q & \gamma_2 \\ \alpha_3 & R & \gamma_3 \end{vmatrix} = \alpha_1(Q\gamma_3 - \gamma_2 R) - P(\alpha_2\gamma_3 - \gamma_2\alpha_3) + \gamma_1(\alpha_2 R - Q\alpha_3) \]

Langkah 6: Determinan untuk \(p\) (kolom 3 diganti \(\mathbf{b}\))

\[ D_p = \begin{vmatrix} \alpha_1 & \beta_1 & P \\ \alpha_2 & \beta_2 & Q \\ \alpha_3 & \beta_3 & R \end{vmatrix} = \alpha_1(\beta_2 R - Q\beta_3) - \beta_1(\alpha_2 R - Q\alpha_3) + P(\alpha_2\beta_3 - \beta_2\alpha_3) \]


6. Rumus Akhir

Substitusikan kembali notasi asli:

\[ m = \frac{D_m}{D}, \qquad n = \frac{D_n}{D}, \qquad p = \frac{D_p}{D} \]


dengan \(D\), \(D_m\), \(D_n\), \(D_p\) seperti didefinisikan di atas, di mana:


\(P = \log\dfrac{v_2}{v_1},\ Q = \log\dfrac{v_3}{v_1},\ R = \log\dfrac{v_4}{v_1}\)

\(\alpha_i = \log\dfrac{[A]_{i+1}}{[A]_1},\ \beta_i = \log\dfrac{[B]_{i+1}}{[B]_1},\ \gamma_i = \log\dfrac{[C]_{i+1}}{[C]_1}\quad (i=1,2,3)\)

Catatan: Keempat determinan \(D\), \(D_m\), \(D_n\), \(D_p\) berbagi banyak elemen yang sama. Dalam penghitungan manual, hitung minor \((\beta_2\gamma_3 - \gamma_2\beta_3)\), \((\alpha_2\gamma_3 - \gamma_2\alpha_3)\), dan \((\alpha_2\beta_3 - \beta_2\alpha_3)\) terlebih dahulu, ketiga minor ini muncul berulang di semua determinan sehingga menghemat langkah hitung.

7. Hubungan dengan Kasus Dua Pereaksi

Rumus untuk dua pereaksi adalah kasus khusus ketika \(p = 0\) dan kolom \(\gamma\) dihilangkan, sistem menyusut kembali menjadi 2×2. Pola penurunannya identik, hanya dimensinya yang berbeda.

Demikian pula, bila data percobaan dirancang sehingga beberapa konsentrasi tidak berubah, sejumlah elemen log akan bernilai nol, dan determinan-determinan di atas akan menyederhanakan diri secara alami menjadi rumus yang lebih ringkas.


Contoh 1

Data percobaan reaksi A + B + C → produk:

Perc. [A]
(mol/L)
[B]
(mol/L)
[C]
(mol/L)
v
(mol L−1 s−1)
10,100,200,102,0 × 10−4
20,200,200,104,0 × 10−4
30,200,400,101,6 × 10−3
40,200,400,203,2 × 10−3
Penyelesaian

Langkah 1 — Hitung nilai-nilai logaritma

\[ P = \log\frac{4{,}0\times10^{-4}}{2{,}0\times10^{-4}} = \log 2 = 0{,}3010 \] \[ Q = \log\frac{1{,}6\times10^{-3}}{2{,}0\times10^{-4}} = \log 8 = 0{,}9031 \] \[ R = \log\frac{3{,}2\times10^{-3}}{2{,}0\times10^{-4}} = \log 16 = 1{,}2041 \]

\[ \alpha_1 = \log\frac{0{,}20}{0{,}10} = \log 2 = 0{,}3010 \quad \alpha_2 = \log\frac{0{,}20}{0{,}10} = \log 2 = 0{,}3010 \quad \alpha_3 = \log\frac{0{,}20}{0{,}10} = \log 2 = 0{,}3010 \] \[ \beta_1 = \log\frac{0{,}20}{0{,}20} = \log 1 = 0 \quad \beta_2 = \log\frac{0{,}40}{0{,}20} = \log 2 = 0{,}3010 \quad \beta_3 = \log\frac{0{,}40}{0{,}20} = \log 2 = 0{,}3010 \] \[ \gamma_1 = \log\frac{0{,}10}{0{,}10} = \log 1 = 0 \quad \gamma_2 = \log\frac{0{,}10}{0{,}10} = \log 1 = 0 \quad \gamma_3 = \log\frac{0{,}20}{0{,}10} = \log 2 = 0{,}3010 \]

Langkah 2 — Hitung tiga minor yang dipakai berulang

\[ M_{11} = \beta_2\gamma_3 - \gamma_2\beta_3 = (0{,}3010)(0{,}3010) - (0)(0{,}3010) = 0{,}09060 \] \[ M_{12} = \alpha_2\gamma_3 - \gamma_2\alpha_3 = (0{,}3010)(0{,}3010) - (0)(0{,}3010) = 0{,}09060 \] \[ M_{13} = \alpha_2\beta_3 - \beta_2\alpha_3 = (0{,}3010)(0{,}3010) - (0{,}3010)(0{,}3010) = 0 \]

Langkah 3 — Hitung \(D\)

\[ D = \alpha_1 M_{11} - \beta_1 M_{12} + \gamma_1 M_{13} = (0{,}3010)(0{,}09060) - (0)(0{,}09060) + (0)(0) = 0{,}02727 \]

Langkah 4 — Hitung \(D_m\)

\[ D_m = P\,M_{11} - \beta_1(Q\gamma_3 - \gamma_2 R) + \gamma_1(Q\beta_3 - \beta_2 R) \] \[ = (0{,}3010)(0{,}09060) - (0)(\ldots) + (0)(\ldots) = 0{,}02727 \] \[ m = \frac{D_m}{D} = \frac{0{,}02727}{0{,}02727} = \mathbf{1} \]

Langkah 5 — Hitung \(D_n\)

\[ D_n = \alpha_1(Q\gamma_3 - \gamma_2 R) - P\,M_{12} + \gamma_1(\alpha_2 R - Q\alpha_3) \] \[ = (0{,}3010)\bigl[(0{,}9031)(0{,}3010)-(0)(1{,}2041)\bigr] - (0{,}3010)(0{,}09060) + (0)(\ldots) \] \[ = (0{,}3010)(0{,}27183) - 0{,}02727 = 0{,}08182 - 0{,}02727 = 0{,}05455 \] \[ n = \frac{D_n}{D} = \frac{0{,}05455}{0{,}02727} = \mathbf{2} \]

Langkah 6 — Hitung \(D_p\)

\[ D_p = \alpha_1(\beta_2 R - Q\beta_3) - \beta_1(\alpha_2 R - Q\alpha_3) + P\,M_{13} \] \[ = (0{,}3010)\bigl[(0{,}3010)(1{,}2041)-(0{,}9031)(0{,}3010)\bigr] - (0)(\ldots) + (0{,}3010)(0) \] \[ = (0{,}3010)(0{,}36243 - 0{,}27183) = (0{,}3010)(0{,}09060) = 0{,}02727 \] \[ p = \frac{D_p}{D} = \frac{0{,}02727}{0{,}02727} = \mathbf{1} \]

Hasil

\[ m = 1,\quad n = 2,\quad p = 1 \]

\[ \text{Orde total} = m + n + p = 1 + 2 + 1 = \mathbf{4} \]

Verifikasi nilai k:
\[ k = \frac{v_1}{[A]_1^m[B]_1^n[C]_1^p} = \frac{2{,}0\times10^{-4}}{(0{,}10)^1(0{,}20)^2(0{,}10)^1} = \frac{2{,}0\times10^{-4}}{4{,}0\times10^{-4}} = 0{,}50 \] Cek dengan percobaan 4: \[ k = \frac{3{,}2\times10^{-3}}{(0{,}20)^1(0{,}40)^2(0{,}20)^1} = \frac{3{,}2\times10^{-3}}{6{,}4\times10^{-3}} = 0{,}50 \checkmark \]

Contoh 2 — Semua Konsentrasi Berbeda

Data percobaan reaksi A + B + C → produk:

Perc. [A]
(mol/L)
[B]
(mol/L)
[C]
(mol/L)
v
(mol L−1 s−1)
10,100,100,102,0 × 10−4
20,200,150,202,4 × 10−3
30,300,200,101,2 × 10−3
40,100,200,303,6 × 10−3
Penyelesaian

Semua konsentrasi berbeda di setiap percobaan. Rumus umum Cramer 3×3 harus digunakan.

Langkah 1 — Hitung nilai-nilai logaritma

\[ P = \log\frac{2{,}4\times10^{-3}}{2{,}0\times10^{-4}} = \log 12 = 1{,}0792 \] \[ Q = \log\frac{1{,}2\times10^{-3}}{2{,}0\times10^{-4}} = \log 6 = 0{,}7782 \] \[ R = \log\frac{3{,}6\times10^{-3}}{2{,}0\times10^{-4}} = \log 18 = 1{,}2553 \]

\[ \alpha_1 = \log\frac{0{,}20}{0{,}10} = \log 2 = 0{,}3010 \quad \alpha_2 = \log\frac{0{,}30}{0{,}10} = \log 3 = 0{,}4771 \quad \alpha_3 = \log\frac{0{,}10}{0{,}10} = \log 1 = 0 \] \[ \beta_1 = \log\frac{0{,}15}{0{,}10} = \log 1{,}5 = 0{,}1761 \quad \beta_2 = \log\frac{0{,}20}{0{,}10} = \log 2 = 0{,}3010 \quad \beta_3 = \log\frac{0{,}20}{0{,}10} = \log 2 = 0{,}3010 \] \[ \gamma_1 = \log\frac{0{,}20}{0{,}10} = \log 2 = 0{,}3010 \quad \gamma_2 = \log\frac{0{,}10}{0{,}10} = \log 1 = 0 \quad \gamma_3 = \log\frac{0{,}30}{0{,}10} = \log 3 = 0{,}4771 \]

Langkah 2 — Hitung tiga minor

\[ M_{11} = \beta_2\gamma_3 - \gamma_2\beta_3 = (0{,}3010)(0{,}4771) - (0)(0{,}3010) = 0{,}14363 \] \[ M_{12} = \alpha_2\gamma_3 - \gamma_2\alpha_3 = (0{,}4771)(0{,}4771) - (0)(0) = 0{,}22763 \] \[ M_{13} = \alpha_2\beta_3 - \beta_2\alpha_3 = (0{,}4771)(0{,}3010) - (0{,}3010)(0) = 0{,}14363 \]

Langkah 3 — Hitung \(D\)

\[ D = \alpha_1 M_{11} - \beta_1 M_{12} + \gamma_1 M_{13} \] \[ = (0{,}3010)(0{,}14363) - (0{,}1761)(0{,}22763) + (0{,}3010)(0{,}14363) \] \[ = 0{,}04323 - 0{,}04009 + 0{,}04323 = 0{,}04637 \]

Langkah 4 — Hitung \(D_m\)

\[ D_m = P\,M_{11} - \beta_1(Q\gamma_3 - \gamma_2 R) + \gamma_1(Q\beta_3 - \beta_2 R) \]

Hitung suku-suku dalam kurung:

\[ Q\gamma_3 - \gamma_2 R = (0{,}7782)(0{,}4771) - (0)(1{,}2553) = 0{,}37131 \] \[ Q\beta_3 - \beta_2 R = (0{,}7782)(0{,}3010) - (0{,}3010)(1{,}2553) = 0{,}23424 - 0{,}37784 = -0{,}14360 \]

Substitusikan:

\[ D_m = (1{,}0792)(0{,}14363) - (0{,}1761)(0{,}37131) + (0{,}3010)(-0{,}14360) \] \[ = 0{,}15497 - 0{,}06539 - 0{,}04322 = 0{,}04636 \] \[ m = \frac{D_m}{D} = \frac{0{,}04636}{0{,}04637} \approx \mathbf{1} \]

Langkah 5 — Hitung \(D_n\)

\[ D_n = \alpha_1(Q\gamma_3 - \gamma_2 R) - P\,M_{12} + \gamma_1(\alpha_2 R - Q\alpha_3) \]

Hitung suku baru:

\[ \alpha_2 R - Q\alpha_3 = (0{,}4771)(1{,}2553) - (0{,}7782)(0) = 0{,}59892 \]

Substitusikan:

\[ D_n = (0{,}3010)(0{,}37131) - (1{,}0792)(0{,}22763) + (0{,}3010)(0{,}59892) \] \[ = 0{,}11177 - 0{,}24566 + 0{,}18028 = 0{,}04639 \] \[ n = \frac{D_n}{D} = \frac{0{,}04639}{0{,}04637} \approx \mathbf{1} \]

Langkah 6 — Hitung \(D_p\)

\[ D_p = \alpha_1(\beta_2 R - Q\beta_3) - \beta_1(\alpha_2 R - Q\alpha_3) + P\,M_{13} \]

Hitung suku baru:

\[ \beta_2 R - Q\beta_3 = (0{,}3010)(1{,}2553) - (0{,}7782)(0{,}3010) = 0{,}37784 - 0{,}23424 = 0{,}14360 \]

Substitusikan:

\[ D_p = (0{,}3010)(0{,}14360) - (0{,}1761)(0{,}59892) + (1{,}0792)(0{,}14363) \] \[ = 0{,}04322 - 0{,}10547 + 0{,}15498 = 0{,}09273 \] \[ p = \frac{D_p}{D} = \frac{0{,}09273}{0{,}04637} \approx \mathbf{2} \]

Hasil

\[ m = 1,\quad n = 1,\quad p = 2 \]

\[ \text{Orde total} = m + n + p = 1 + 1 + 2 = \mathbf{4} \]

Verifikasi nilai k dari keempat percobaan:
\[ k_1 = \frac{2{,}0\times10^{-4}}{(0{,}10)^1(0{,}10)^1(0{,}10)^2} = \frac{2{,}0\times10^{-4}}{1{,}0\times10^{-4}} = 2{,}0 \] \[ k_2 = \frac{2{,}4\times10^{-3}}{(0{,}20)^1(0{,}15)^1(0{,}20)^2} = \frac{2{,}4\times10^{-3}}{1{,}2\times10^{-3}} = 2{,}0 \] \[ k_3 = \frac{1{,}2\times10^{-3}}{(0{,}30)^1(0{,}20)^1(0{,}10)^2} = \frac{1{,}2\times10^{-3}}{6{,}0\times10^{-4}} = 2{,}0 \] \[ k_4 = \frac{3{,}6\times10^{-3}}{(0{,}10)^1(0{,}20)^1(0{,}30)^2} = \frac{3{,}6\times10^{-3}}{1{,}8\times10^{-3}} = 2{,}0 \]

Keempat percobaan menghasilkan nilai \(k\) yang identik — membuktikan bahwa hasil \(m\), \(n\), dan \(p\) yang diperoleh secara matematis sempurna konsisten dengan seluruh data.


Ringkasan Pola Umum

Penurunan untuk dua dan tiga pereaksi mengikuti pola yang sama persis:

Jumlah
pereaksi
Bilangan
tidak diketahui
Percobaan
minimum
Dimensi
sistem
2\(m,\ n\)32×2
3\(m,\ n,\ p\)43×3
\(r\)\(r\) orde\(r+1\)\(r\times r\)

Langkahnya selalu sama: ambil logaritma → tulis untuk \(r+1\) percobaan → kurangkan percobaan 1 dari semua yang lain untuk eliminasi \(\log k\) → susun sistem \(r \times r\) → selesaikan dengan Aturan Cramer.

Rumus ini berlaku umum tanpa syarat apapun pada data, tidak peduli apakah ada konsentrasi yang sama, sebagian berubah, atau semua berubah. Satu-satunya syarat yang harus dipenuhi adalah determinan D ≠ 0, yang berarti data percobaan harus cukup bervariasi sehingga sistem persamaannya tidak berulang (tidak linier dependen).
Bagikan di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

 
Copyright © 2015-2026 Urip dot Info | Disain Template oleh Herdiansyah Dimodivikasi Urip.Info