BAB VI

ENERGI AKTIVASI DAN PERSAMAAN TETAPAN ARRHENIUS

6.1. Tujuan Percobaan

- Menentukan bagaimana ketergantungan laju reaksi terhadap suhu- Menghitung energi aktivasi (Ea) dengan menggunakan persamaan Arrhenius.

6.2. Tinjauan Pustaka

Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan oleh suatu reaksi kimia agar dapat berlangsung. Energi aktivasi memiliki simbol Ea dengan E menotasikan energi dan a yang ditulis subscribe menotasikan aktivasi. Kata aktivasi memiliki makna bahwa suatu reaksi kimia membutuhkan tambahan energi untuk dapat

berlangsung.[3] Nilai Ea dapat dijadikan parameter besarnya ketergantungan laju reaksi terhadap suhu. Semakin tinggi nilai Ea maka semakin besar pengaruh perubahan suhuterhadap laju reaksi.[4]

JumlahPartikel

Jumlah Partikel yang ditunjukkan berdasarkan luasan dibawah kurvapada bagian ini, dimana energy untuk bereaksi tidak cukup

Sejumlahpartikel yang ditunjukkanolehluasandibawahkurva, yang mempunyai energy cukuptinggiuntukbereaksi

Energi

EnergiAktivasi

Gambar 6.2.1 kurva energi aktivasi

Energi aktivasi biasanya dinotasikan dalam Ea, dan diberikan dalam satuan kj/mol. Menurut Arrhenius, tetapan laju bergantung pada suhu dan energi aktivasi berdasarkan persamaan berikut.

Eak Ae RT....................................................................(6.2.1)

Dimana : k = konstanta laju reaksiA = faktor frekuensiEa = energi aktivasi

Persamaan tersebut dalam bentuk logaritma dapat ditulis[3] :

Ea ln k = lnA- .....................................................(6.2.2)

lnk = Ea

RT

RT

1

lnA ..................................................(6.2.3)T

Dimana : k = konstanta laju reaksiA = faktor frekuensi

R = konstanta rankineT = temperaturLaju reaksi merupakan laju penurunan konsentrasi pereaksi atau peningkatan

konsentrasi hasil reaksi per satuan waktu. Laju reaksi akan menentukan ukuran keaktifan dan kestabilan yang diberikan oleh sistem. Jumlah variabel yang diamati mempengaruhi laju reaksi. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi yaitu :1. Konsentrasi reaktan, produk dan katalis2. Faktor lingkungan seperti suhu, tekanan, dan oksigen3. Panjang gelombang dan intensitas cahaya4. Faktor fisik seperti viskositas.[4]

Katalis didefinisikan sebagai satu zat yang mempercepat laju reaksi namun katalist tersebut tidak mengalami perubahan kimia. Katalis tidak ditulis pada persamaan reaksi stoikiometri dan konsentrasinya dalam campuran reaksi tidak berubah. Hal ini hanya mungkin jika pada suatu tahap reaksi yang katalisnya ikut bereaksi dan tahapyang lain itu dihasilkan kembali. Oleh karena itu katalis tidak terdapat dalampersamaan reaksi, dan konsentrasinya pun tidak terdapat dalam ungkapankesetimbangan. Dengan demikian katalis tidak mempengaruhi kedudukan kesetimbangan reaksi. Secara umum katalis akan menurunkan besarnya energi pengaktifan. Katalisator tidak mengalami perubahan pada akhir reaksi, karena itu tidak memberikan energi ke dalam sistem, tetapi katalis akan memberikan mekanisme reaksi alternatif dengan energi pengaktifan yang lebih rendah dibandingkan dengan reaksi tanpa katalis, sehingga

adanya katalis akan meningkatkan laju reaksi.[5]

Laju didefinisikan sebagai perubahan konsentrasi per satuan waktu. Satuan

yang umumnya adalah mol dm-3-1. Umumnya laju reaksi meningkat dengan meningkatnya konsentrasi, dan dapat dinyatakan sebagai:

Laju ∞f (C1, C2,...Ci)

AtauLaju = k f (C1,C2,...Ci)

di mana k merupakan konstanta laju, juga disebut konstanta laju spesifik atau konstanta kecepatan, C1, C2... adalah konsentrasi dari reaktan-reaktan dan produk-

produk. Sebagai contoh dalam hal reaksi umumaA+ bB + ... Pp + Qq + ...

laju reaksi dapat dinyatakan dalam batasan tiap reaktan atau produk

1 A

1 dP

1 dQ

kA1Bm .......................... (6.2.4)a dt b dT q dt

di mana a, b, ..., p, q, ... adalah koefisien-koefisien stokiometris dari reaktan dan produk, l, m, ... adalah orde dari reaksi terhadap A, B, ... Dalam pernyataan di atas dianggap bahwa volume tidak berubah selama berlangsungnya reaksi. Jika volume

berubah, persamaan di atas dimodifikasi.[1]Umumnya reaksi menjadi lebih cepat bila dipanaskan, jadi harga k semakin besar. Hanya reaksi :

2 NO + O2 2 NO2

yang mempunyai temperatur negatif. Ketika molekul bereaksi, mula-mula molekul ini bertumbukan lebih dahulu. Jadi kecepatan reaksi sebanding dengan jumlah tumbukan

molekul.[2]

Konstanta laju didefinisikan sebagai laju reaksi bila konsentrasi dari masing- maasing jenis adalah satu. Satuannya tergantung pada orde reaksi. Umumnya kosntanta laju meningkat dengan meningkatnya temperatur, dan harganya kira-kira 2 kali untuk tiap kenaikan 10ºC. Hubungan kuantitatif pertama antara k dan temperatur adalah karena persamaan Arrhenius.Reaksi Dasar. Tiap reaksi yang merupakan proses satu tahap disebut reaksi dasar,misalnya

H + Cl2 HCl + Cl

NO+ N2O5 3NO2

Molekularitas, banyak molekul yang diambil bagian dalam suatu tahap dasar dikenal sebagai molekularitas. Orde dan molekularitas dari suatu tahap dasar adalah sama.

Orde dari suatu reaksi menggambarkan bentuk matematikdimana hasil percobaan dapat ditunjukkan. Orde reaksi hanya dapat dihitung secara eksperimen, dan hanya dapat diramaklkan jika suatu mekanisme reaksi diketahui ke seluruh orde reaksi yang dapat ditentukan sebagai jumlah dari eksponen untuk masing-masing reaktan, sedangkan harga eksponen untuk masing-masing rektan dikenal sebagai orde reaksi

untuk komponen itu.[1]

6.3.

a.

Tinjauan Bahan

AquadestDensitasMassa molar

: 0.998 g/cm³: 18.0153 g/mol

Penampilan : Tidak berwarnaRumus kimia : H2OTitik didih : 100°C

b. Kalium perokdisulfatDensitas : 2.477 g/cm³Massa molar : 270.322 g/molPenampilan : Bubuk berwarna putihRumus kimia : K2S2O8

Titik lebur : <100 °Cc. Kalium Iodida

Densitas : 3.123 g/cm³Massa molar : 166.0028 g/molPenampilan : Kristal padat berwarna putihRumus kimia : KITitik didih : 1330 °CTitik lebur : 681°C

Tabung I Tabung II

2-

(0.04 M)H2O -

(0.1 M)

2

(0.001 M)Kanji(3%)

5 mL 5 mL 10 mL 1 mL 1 mL

d. Natrium Tiosulfat PentrahidratDensitas : 2.477 g/cm³Penampilan : putih, padat Rumus kimia : Na2S2O2.5H2O

Titik didih : >100°CTitik lebur : 48 °C

6.4. Alat dan bahan

A. Alat-alat yang digunakan:

- Batang pengaduk- beakerglass- botol aquades- corong kaca- Erlenmeyer- Gelas arloji- Karet penghisap- Kayu penjepit- Labu ukur- neraca- pipet tetes- pipet volume- rak tabung reaksi- tabung reaksi- thermometer- stopwatch

6.5. Prosedur percobaan

A. Preparasi larutan

B. Bahan-bahan yang digunakan:

- aquadest (H2O)

- esbatu- kalium perokdisulfat (K2S2O8)

- larutan kanji 3%- kalium iodide (KI)- natrium tiosulfat pentahidrat(Na2S2O2.5H2O)

- Buat larutan kalium iodida 0.1 M sebanyak 50 mL- Buat larutan kalium perokdisulfat 0.04 M sebanyak 50 mL- Buat larutan natrium tiosulfat pentahidrat 0.001 M sebanyak 100 mL- Buat larutan kanji 3% sebanyak 100 mL.

B. Pengerjaan contoh- Menyediakan 2 tabung reaksi yang berisi:

S2O8 I S2O3 -

- Dinginkan kedua tabung reaksi tersebut dalam beakrglass yang berisi air dan es (tinggi cairan dalam tabung harus lebih rendah dari cairan dalam beakerglass sampai suhu kedua larutan sama, catat suhunya (T1)

- Campurkan larutan dalam tabung II ke tabung I dan pada saat bersamaan nyalakan stopwatch sampai timbul warna biru

- Matikan stopwatch pada saat timbul warna biru dan catat waktu (t) dan suhu larutan (T2)

- Ulangi langkah 1-4 di atas sebanyak 5 kali dengan suhu awal (T1) yang berbeda.

6.6. Data pengamatan

Tabel 6.5.1. Data pengamatan hasil percobaan energy aktivasi pada T (K)

No. T1 (K) T2(K) Trata-rata

1 (K)Trata-rata Waktu

(s)

1t 1ln = ln kt

1. 284 293 288.5 C 250 0.0040 -5.5215

2. 286 294 290 0.00345 239 0.0042 -5.4765

3. 288 295 291.5 0.00343 234 0.0043 -5.4553

4. 290 296 293 0.00341 201 0.0050 -5.3033

5. 292 297 294.5 0.00340 195 0.0051 -5.2730

Tabel 6.5.2. Tabel Data Perhitungan Dengan Metode Arrhenius

No.1 (x)

Trata-rataln k (y) xy x2 k

1 0.00347 -5.5215 -0.0192 1.20409×10-5 0.0042 0.00345 -5.4765 -0.0189 1.19025×10-5 0.004183 0.00343 -5.4553 -0.0187 1.17649×10-5 0.004274 0.00341 -5.3033 -0.0181 1.1628×10-5 0.004985 0.00340 -5.2730 -0.0179 1.156×10-5 0.00513

∑ 0.01716 -27.0296 -0.0928 5.8896×10-5 0.02256

ln k

k6.7. Grafik

0.0055

0.0050

0.0045 y = 0.0002x - 0.0547R² = 0.9098

0.0040

0.0035

0.0030288 289 290 291 292 293 294 295

Trata-rata

Grafik 6.7.1 .Hubungan antara laju reaksi dengan T (K)

-5.25000.00340 0.00341 0.00342 0.00343 0.00344 0.00345 0.00346 0.00347 0.00348

-5.3000

-5.3500

-5.4000

-5.4500

-5.5000

-5.5500y = -3680.6x + 7.2261

R² = 0.9075

-5.60001/Trata-rata

Grafik 6.7.2. hubungan antara ln k dan 1/Trata-rata

6.8. Pembahasan

• Secara teoritis jika suhu dinaikkan maka laju reaksi akan semakin cepat. Pada grafik 6.7.1 hubungan antara laju reaksi dan T berbanding lurus pada suhu288,5 K dibutuhkan waktu 250 detik untuk bereaksi sedangkan pada 294,5 K membutuhkan waktu yang lebih cepat yaitu 195 detik. Umumnya konstanta laju meningkat dengan meningkatnya temperatur, dan harganya kira-kira 2 kali untuk tiap kenaikan 10ºC.

- Pada grafik 6.7.2. menjelaskan hubungan antara ln k dan 1/T rata-rata berbanding terbalik, semakin kecil ln k maka nilai 1/T rata-rata semakin besar. Hal ini membuktikan bahwa semakin tinggi suhu maka Ea semakin kecil dan laju reaksi semakin cepat dan waktu yang dibutuhkan semakin sedikit sehingga memperbesar lajureaksi. Dari perhitungan percobaan diperoleh Ea sebesar 30600,84096J/mol.k.

6.9. Kesimpulan

- Suatu laju reaksi dipengaruhi oleh suhu. semakin tinggi suhu maka semakin cepat reaksi yang terjadi dan semakin sedikit waktu yang dibutuhkan.

- Energi aktivasi minimal yang harus dicapai oleh setiap molekul untuk bereaksi adalah30600,84096J/mol.k

VI. APPENDIKS

a. Membuat larutan KI 0.1 M sebanyak 50 mL

M =

0.1 =

gr

BMgr

166

× 1000 mL

× 1000

5016.6 = 20 grgr = 0.83

b. Membuat larutan K2S2O8 0.04 M sebanyak 50 mL

M =

0.04 =

gr

BMgr

270

1000×

mL

× 1000

50gr = 0.54

c. Membuat larutan Na2S2O2.5H2O 0.01 M sebanyak 50 mL

M =

0.01 =

gr 1000×

BM mLgr

× 1000

248.142.4814 = 20 grgr = 0.124

d. Membuat larutan kanji 3%

% =

50

Wkanji0.03 =

Wkanji+(v×ρair) WkanjiWkanji+1003 + 0.03 Wkanji = Wkanji

3 = Wkanji – 0.03 Wkanji

3 = (1-0.003) Wkanji

3 = 0.97 Wkanji

3.093 = Wkanji

e. Menentukan energy aktivasi dengan menggunakan persamaan Arrhenius. Dari1

data hasil percobaan dapat diplotkan antara ln K dengan

persamaan linier: Rumus:y = bx + a

. Sehingga diperolehT

Ealn K = - ×

R

1+ ln A

Tdimana : y = ln k1

x = Trata-ratab = -

Ea

Ra = ln A

Perhitungan :(∑ y)(∑ x2)-(∑ x)(∑ xy)a =

n(∑ x2)-(∑ x)2(-27,0296)(5,8896×10-5)-(0,01716)(-0,0928)=

= 7,2261

5(5,8896×10-5)-(0,01716)2

n(∑ xy)-(∑ x)(∑ y)b =

n(∑ x2)-(∑ x)2

5(-0,0928)-(0,01716)(-27,0296)=

5(5,8896×10-5)-(0,01716)2

= -3680,64Jadi persamaan garis, adalah:y = a+ bxy = -3680,64x + 7,2261R = 8,314 J/mol.k a = ln Aln A = 7,2261A = exp 7,2261A = 1374,850119Kemiringan garis

EaB = -

R

-3680,64 =− Ea

8,314

Ea = 30600,84096J/mol.kJadi, energi minimum yang harus dilampaui oleh setiap molekul untuk dapat bereaksi adalah 30600,84096J/mol.k