Kalau kamu melihat tabel percobaan laju reaksi, apakah kamu langsung bingung harus mulai menghitung dari mana? Tenang, ada cara yang cukup cepat untuk menentukan orde reaksi. Kuncinya adalah membandingkan dua percobaan yang tepat, lalu mengamati perubahan konsentrasi dan laju reaksinya.
Mengapa orde reaksi perlu ditentukan dari data percobaan?
Dalam soal laju reaksi, biasanya kamu diberi beberapa percobaan dengan konsentrasi pereaksi yang berbeda. Setiap percobaan juga memiliki laju reaksi yang terukur. Tugasmu adalah mencari hubungan antara konsentrasi dan laju tersebut.
Misalnya, ketika konsentrasi suatu pereaksi dibuat dua kali lipat, laju reaksi bisa tetap, menjadi dua kali lipat, empat kali lipat, atau bahkan lebih besar. Perubahan itu bergantung pada orde reaksi terhadap pereaksi tersebut.
Hal penting yang perlu diingat: orde reaksi tidak otomatis sama dengan koefisien pereaksi dalam persamaan reaksi keseluruhan. Orde reaksi umumnya ditentukan secara eksperimen dari data laju awal, kecuali tersedia informasi mekanisme yang dapat digunakan secara khusus.
1. Kenali dulu bentuk hukum laju
Untuk reaksi yang melibatkan dua pereaksi, A dan B, hukum lajunya dapat ditulis sebagai berikut:
$$r=k[A]^m[B]^n$$
Arti simbol-simbol tersebut adalah:
- \(r\) adalah laju reaksi, misalnya dalam mol L\(^{-1}\) s\(^{-1}\).
- \(k\) adalah konstanta laju reaksi.
- \([A]\) dan \([B]\) adalah konsentrasi molar pereaksi A dan B.
- \(m\) adalah orde reaksi terhadap A.
- \(n\) adalah orde reaksi terhadap B.
Orde reaksi total diperoleh dengan menjumlahkan orde masing-masing pereaksi:
$$\text{Orde total}=m+n$$
Jadi, pekerjaan kita adalah menentukan nilai \(m\) dan \(n\) dari data percobaan. Ada tiga kunci yang bisa membuat proses ini jauh lebih mudah.
2. Kunci pertama: bandingkan dua percobaan saat pereaksi lain tetap
Perhatikan contoh data berikut. Anggap percobaan dilakukan pada suhu yang sama dan konsentrasi pereaksi lain tetap, sehingga perubahan laju dapat dikaitkan dengan perubahan konsentrasi A.
| Percobaan | Konsentrasi A (mol L-1) |
Laju reaksi (mol L-1 s-1) |
|---|---|---|
| 1 | 0,10 | 0,002 |
| 2 | 0,20 | 0,008 |
| 3 | 0,30 | 0,018 |
Coba bandingkan percobaan 1 dan 2. Konsentrasi A berubah dari 0,10 menjadi 0,20 mol L-1. Artinya, konsentrasi menjadi dua kali lipat.
Sekarang lihat laju reaksinya: dari 0,002 menjadi 0,008 mol L-1 s-1. Laju tersebut menjadi empat kali lipat. Ini menunjukkan bahwa orde reaksi terhadap A adalah dua.
Pembahasan matematis
Untuk dua percobaan ketika pereaksi lain tetap, perbandingan hukum lajunya adalah:
$$\begin{aligned} \frac{r_2}{r_1}&=\left(\frac{[A]_2}{[A]_1}\right)^m\\ \frac{0,008}{0,002}&=\left(\frac{0,20}{0,10}\right)^m\\ 4&=2^m\\ m&=2 \end{aligned}$$
Jadi, orde reaksi terhadap A adalah 2. Kita dapat memeriksa konsistensinya dengan percobaan 1 dan 3: konsentrasi menjadi tiga kali lipat, sedangkan laju menjadi sembilan kali lipat. Karena \(3^2=9\), hasilnya cocok.
3. Kunci kedua: kenali pola perubahan konsentrasi dan laju
Setelah memahami contoh tadi, kamu bisa menggunakan pola perubahan untuk mempercepat pengerjaan. Pola berikut berlaku jika hanya satu konsentrasi pereaksi yang berubah, sedangkan konsentrasi pereaksi lainnya tetap.
| Perubahan konsentrasi |
Perubahan laju |
Orde terhadap pereaksi |
|---|---|---|
| 2 kali | Tetap | 0 |
| 2 kali | 2 kali | 1 |
| 2 kali | 4 kali | 2 |
| 2 kali | 8 kali | 3 |
| 3 kali | 9 kali | 2 |
Bagaimana cara membacanya? Jika konsentrasi naik dua kali lipat tetapi laju tidak berubah, ordenya nol. Jika laju ikut naik dua kali lipat, ordenya satu. Jika laju naik empat kali lipat, ordenya dua.
Secara umum, apabila konsentrasi berubah dengan faktor \(f\) dan laju berubah dengan faktor \(g\), maka:
$$g=f^p$$
Di sini, \(p\) adalah orde reaksi terhadap pereaksi yang konsentrasinya diubah. Kita mencari pangkat yang membuat faktor perubahan konsentrasi sama dengan faktor perubahan laju.
4. Kunci ketiga: jika ada dua pereaksi, pilih pasangan percobaan yang tepat
Untuk reaksi yang melibatkan A dan B, kita perlu menentukan orde terhadap masing-masing pereaksi secara terpisah. Perhatikan data berikut. Satuan laju pada tabel adalah mol L-1 s-1.
| Perc. | [A] (mol L-1) |
[B] (mol L-1) |
Laju (mol L-1 s-1) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,10 | 0,10 | 0,002 |
| 2 | 0,20 | 0,10 | 0,004 |
| 3 | 0,10 | 0,20 | 0,008 |
Menentukan orde terhadap A
Bandingkan percobaan 1 dan 2. Konsentrasi B tetap pada 0,10 mol L-1, sedangkan konsentrasi A naik dua kali lipat. Laju juga naik dua kali lipat. Jadi, orde terhadap A adalah satu.
Lihat perhitungan orde A
$$\begin{aligned} \frac{r_2}{r_1}&=\left(\frac{[A]_2}{[A]_1}\right)^m\\ \frac{0,004}{0,002}&=\left(\frac{0,20}{0,10}\right)^m\\ 2&=2^m\\ m&=1 \end{aligned}$$
Menentukan orde terhadap B
Sekarang bandingkan percobaan 1 dan 3. Konsentrasi A tetap pada 0,10 mol L-1, sedangkan konsentrasi B naik dua kali lipat. Laju naik dari 0,002 menjadi 0,008 mol L-1 s-1, atau menjadi empat kali lipat. Jadi, orde terhadap B adalah dua.
Lihat perhitungan orde B
$$\begin{aligned} \frac{r_3}{r_1}&=\left(\frac{[B]_3}{[B]_1}\right)^n\\ \frac{0,008}{0,002}&=\left(\frac{0,20}{0,10}\right)^n\\ 4&=2^n\\ n&=2 \end{aligned}$$
Karena orde terhadap A adalah satu dan orde terhadap B adalah dua, hukum lajunya menjadi:
$$r=k[A][B]^2$$
Orde totalnya adalah:
$$\begin{aligned} \text{Orde total}&=m+n\\ &=1+2\\ &=3 \end{aligned}$$
Jadi, orde total reaksi tersebut adalah 3.
5. Bagaimana jika semua konsentrasi berubah sekaligus?
Inilah jebakan yang perlu dihindari. Jika konsentrasi A dan B sama-sama berubah, kamu tidak bisa langsung menghubungkan perubahan laju hanya dengan salah satu pereaksi.
Pilih pasangan percobaan yang membuat salah satu konsentrasi tetap. Jika tidak ada pasangan seperti itu, gunakan perbandingan hukum laju lengkap dan masukkan faktor perubahan kedua konsentrasi. Pastikan juga kondisi lain, seperti suhu, sama agar perbandingan dapat digunakan dengan benar.
6. Tantangan singkat: coba tentukan ordonya
Dalam suatu percobaan, konsentrasi A dinaikkan tiga kali lipat, sementara konsentrasi B tetap. Laju reaksi meningkat sembilan kali lipat. Berapakah orde reaksi terhadap A?
Lihat jawaban dan pembahasan
Faktor perubahan konsentrasi adalah 3, sedangkan faktor perubahan laju adalah 9. Maka:
$$\begin{aligned} 9&=3^m\\ m&=2 \end{aligned}$$
Jadi, orde reaksi terhadap A adalah 2, karena \(3^2=9\).
Kesimpulan: cara cepat menentukan orde reaksi
Sekarang, coba ingat kembali tiga kunci utamanya:
- Bandingkan dua percobaan ketika konsentrasi pereaksi lain tetap.
- Amati faktor perubahan konsentrasi dan faktor perubahan laju untuk menentukan pangkatnya.
- Jika ada beberapa pereaksi, tentukan orde masing-masing terlebih dahulu, lalu jumlahkan untuk memperoleh orde total.
Setelah orde reaksi diketahui, langkah berikutnya adalah menentukan konstanta laju \(k\) dan satuannya. Dengan begitu, kamu tidak hanya bisa membaca data percobaan, tetapi juga menyusun hukum laju secara lengkap.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar