Jika temperatur diturunkan apa yang terjadi terhadap kecepatan reaksi?

Dalam pelajaran kimia kelas XI SMA atau Madrasah Aliyah, terdapat satu pembahasan yaitu laju reaksi. Dalam penjelasan sederhana, laju reaksi bermakna perubahan konsentrasi reaktan atu produk per satuan waktu. Untuk mengukur besaran laju dapat dilihat dari ukuran cepat atau lambat yang berpatokan pada suatu rekasi kimia. Laju reaksi mempunya satuan khusus yang bernama M/s (Molar per detik).

Proses karatnya besi menjadi bagian salah satu contoh atas reaksi kimia lambat yang dapat berlangsung selama beberapa tahun. Adapun laju reaksi menyatakan molaritas zat teralrut dalam reaksi yang dihasilkan tiap reaksi. Pada sebagian besar reaksi, laju reaksi dapat menimbulkan semakin berkurang seiring dengan berlangsungnya reaksi.

Dilansir dari Materi Kimia Kelas XI yang diterbitkan oleh Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, ada peta konsep dalam proses pembelajaran laju reaksi. Dari laju reaksi bercabang dengan konsentrasi, luas permukaan, suhu, sifat zat dan katalis. Dalam kelanjutannya, luas permukaan memiliki anak cabang yaitu tetapan laju reaksi hingga orde reaksi.

Orde reaksi memiliki empat anak cabang, yaitu reaksi orde nol, reaksi orde satu, reaksi orde tiga, reaksi orde pecahan.

Selain orde reaksi, ada juga katalis yang memiliki anak cabang dalam peta konsep. Pertama, menurunkan energi aktivitas. Kedua, homogen. Ketiga, heterogen. Keempat, biokatalis.

Baca Juga

Peta konsep di atas menjadi awal dalam penjelasan mengenai faktor yang mempengaruhi laju rekasi:

Advertising

Advertising

1. Orde reaksi adalah tingkat reaksi terhadap suatu komponen merupakan pangkat dari konsentrasi komponen tersebut dalam hukum laju. Konsentrasi merupakan salah satu faktor yang dapat mempercepat laju reaksi.
2. Luas permukaan sentuh memiliki fungsi dan peranan yang sangat penting, sehingga menyebabkan laju reaksi semakin cepat. Begitu pula, apabila semakin kecil luas permukaan bidang sentuh, maka semakin kecil tumbukan yang terjadi antar partikel, oleh karenanya laju reaksi pun semakin kecil. Karakteristik kepingan yang direaksikan juga turut berpengaruh, yaitu semakin halus kepingan itu, maka semakin cepat waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi; di sisi lain semakin kasar kepingan itu, maka semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi.
3. Suhu yang turut berperan serta dalam mempengaruhi laju reaksi. Hal itu disebabkan bilamana suhu pada suatu reaksi yang berlangsung dinaikkan, maka menyebabkan partikel semakin aktif bergerak, sehingga tumbukan yang terjadi semakin sering, menyebabkan laju reaksi semakin besar. Sebaliknya, apabila suhu diturunkan, maka partikel semakin tak aktif, sehingga laju reaksi semakin kecil. Suhu merupakan properti fisik dari materi yang kuantitatif mengungkapkan gagasan umum dari panas dan dingin.
4. Katalis yang merupakan zat dengan fungsi mempercepat laju reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Sebuah katalis berperan dalam reaksi tetapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk.

Katalis memiliki peluang untuk memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi.

Baca Juga

Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama: katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang dikatalisinya, sedangkan katalis homogen berada dalam fase yang sama. Satu contoh sederhana untuk katalisis heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaan di mana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerat. Ikatan dalam substrat-substrat menjadi lemah sedemikian sehingga memadai terbentuknya produk baru. Ikatan antara produk dan katalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas.

Pada umumnya, katalis homogen bereaksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk membentuk suatu perantarakimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Berikut ini merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya:

A=C>AC...(1)B+AC>AB+C

Dari rumusan tersebut dapat disimpulkan menjadi sebuah pola tersendiri, yaitu:

A+B+C>AB+C

Hal itu disebabkan oleh katalis (C) yang termakan reaksi 1, kemudian selanjutnya dihasilkan kembali oleh reaksi 2, oleh karenanya menghasilkan rumus seperti di atas.

Keempat, adalah molaritas. Pada pola ini ada banyak mol zat terlarut tiap satuan volum zat pelarut. Adapun korelasinya dengan laju reaksi adalah bahwa semakin besar molaritas suatu zat, maka semakin cepat suatu reaksi berlangsung. Dengan demikian pada molaritas yang rendah suatu reaksi akan berjalan lebih lambat daripada molaritas yang tinggi.

Kelima adalah konsentrasi. Persamaan laju reaksi selalu didefinsikan dengan bentuk konsentrasi reaktan maka dengan naiknya konsentrasi maka naik pula kecepatan reaksinya. Artinya semakin tinggi konsentrasi, maka semakin banyak molekul reaktan yang tersedia, dengan demikian kemungkinan bertumbukan akan semakin banyak juga sehingga kecepatan reaksi meningkat. Jadi semakin tinggi konsentrasi, semakin cepat pula laju reaksinya.

Hukum Laju Reaksi

Dalam proses perjalanan laju reaksi, sebagaimana umumnya bahwa penyebutan satuan dinyatakan dengan mol/liter (baca: mol per liter) atau yang disebut juga dengan molaritas. Molaritas itu sendiri ialah ukuran yang menyatakan banyak mol zat terlarut dalam satu liter larutannya.

Berikut rumus dari hukum laju reaksi:

r=k(X)a(Y)b(Z)c

k= tetapan laju
(X), (Y), (Z)= konsentrasi pereaksi
a, b, c= orde reaksi

 PERGESERAN KESETIMBANGAN

Kompetensi Dasar

3.9 Menganalisis faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan dan penerapannya          dalam industri 

4.9 Merancang, melakukan, dan menyimpulkan serta menyajikan hasil percobaan faktor-faktor yang            mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan

Indikator Pencapaian Kompetensi Dasar 

1.  Menganalisis faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan berdasarkan Azas           Le  Chatelier 

2.  Menerapkan  faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan berdasarkan Azas           Le  Chatelier dalam industri

Materi Pembelajaran

PETA KONSEP

  1. Azas Le Chatelier

        Azas Le Chatelier adalah azas yang digunakan untuk memprediksi pengaruh perubahan kondisi              pada kesetimbangan kimia. Azas Le Chatelier berbunyi:

       “Jika suatu sistem kesetimbangan menerima suatu aksi, maka sistem tersebut akan mengadakan             suatu reaksi sehingga pengaruh aksi menjadi sekecil-kecilnya”

       Cara sistem melakukan reaksi adalah dengan melakukan pergeseran ke kiri atau ke kanan.                       Pergeseran ke kiri artinya laju reaksi ke arah kiri menjadi lebih besar dan pergeseran ke kanan                 artinya laju reaksi ke kanan menjadi lebih besar.

       Dalam ilmu kimia, Azas Le Chatelier digunakan untuk memanipulasi hasil dari reaksi bolak-balik           (reversibel) bahkan bisa juga untuk memperbanyak produk reaksi. Asas Le Chatelier hanya                     berlaku  untuk kesetimbangan dinamis.

       Perubahan dari keadaan kesetimbangan semula ke keadaan kesetimbangan yang baru akibat                   adanya  aksi atau pengaruh dari luar itu dikenal dengan pergeseran kesetimbangan (Martin S.                 Silberberg, 2000).

  2.  Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Pergeseran Kesetimbangan

       Jika ke dalam sistem reaksi yang berada dalam keadaan kesetimbangan diberi gangguan, misalnya          konsentrasi atau suhunya diubah, apa yang terjadi?. 

       Menurut Le Chatelier, jika sistem yang berada dalam keadaan kesetimbangan diganggu, sistem               akan berusaha mengurangi gangguan dengan cara menggeser posisi kesetimbangan, baik ke arah           pereaksi maupun hasil reaksi sehingga gangguan tersebut minimum dan tercapai keadaan                        kesetimbangan yang baru. Hal- hal apa sajakah yang dapat mempengaruhi kesetimbangan?

        a.  Jika pada suatu sistem kesetimbangan, konsentrasi salah satu komponen dalam sistem                             ditambah  maka kesetimbangan akan bergeser dari arah penambahan itu, dan bila salah satu                     komponen dikurangi maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pengurangan itu. Sesuai                       dengan azas Le Chatelier (Reaksi = - aksi), jika konsentrasi salah satu komponen tersebut                       diperbesar, maka reaksi sistem akan mengurangi komponen tersebut. Sebaliknya, jika                             konsentrasi salah satu komponen diperkecil, maka reaksi sistem adalah menambah komponen                 itu.

        b.  Pengaruh Tekanan dan Volume

             Konsentrasi gas dalam sebuah ruang, berbanding lurus  dengan tekanan , sehingga                                   penambahan  tekanan menurunkan  volume dan  memperbesar konsentrasi semua komponen.                 Karena  tekanan gas bergantung pada jumlah molekul dan tidak bergantung pada jenis gas,                     maka  untuk mengurangi tekanan maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah yang                       jumlah koefisiennya molekul gas lebih kecil. Sebaliknya, jika tekanan dikurangi dengan cara                   memperbesar volume, maka sistem akan bereaksi dengan menambah tekanan dengan cara                       menambah jumlah molekul. Reaksi akan bergeser ke arah yang jumlah koefisiennya molekul                 gas lebih besar. 

       c.  Pengaruh Perubahan Suhu

            Perubahan suhu terkait dengan pelepasan atau penyerapan kalor. Pada reaksi kesetimbangan,                  apabila reaksi ke kanan menyerap kalor (reaksi endoterm), maka reaksi ke kiri akan melepas                  kalor (reaksi eksoterm).

            Berdasarkan Asas Le Chatelier:

               Apabila suhu reaksi dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang                            menyerap kalor (reaksi edoterm)

               Apabila suhu reaksi diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang                          melepas kalor (reaksi eksoterm) 

                          Gambar 1 pergeseran kesetimbangan pada reaksi endoterm dan eksoterm

              (sumber: rinosafrizal.com)

                Contoh :

                Pada reaksii kesetimbangan     PCl3 (g) + Cl2 (g)  ⇌   PCl5 (g) H = + a kJ

                Ke arah manakah reaksi akan bergeser apabila:

                a. Gas Cl2 ditambahkan ke dalam campuran

                b. Gas PCl5 ditambahkan ke dalam campuran

                c. Suhu dinaikkan

                d. Tekanan diperbesar

                Jawab:

                a. Penambahan gas Cl2 akan menggeser reaksi ke kanan

                b. Penambahan gas PCl5 akan menggeser reaksi ke kiri

                c. Peningkatan suhu akan menggeser reaksi ke arah endoterm, yaitu ke arah kanan

                d. Tekanan diperbesar akan menggeser kea rah yang jumlah koefisien  lebih kecil

                     yaitu ke arah kanan 

   3. Penerapan Kesetimbangan dalam Industri

        Dalam industri yang melibatan reaksi kesetimbangan kimia, produk reaksi yang dihasilkan tidak            akan bertambah ketika sIstem telah mencapai kesetimbangan. Produk reaksi akan kembali                      dihasilkan, jika dilakukan perubahan konsentrasi, perubahan suhu, atau perubahan tekanan dan              volume. Pada bagian ini akan dibahas bagaimana proses produksi amonia (NH3)  dan asam sulfat           (H2SO4)  dalam industrI. Kedua bahan kimia tersebut dalam proses pembuatannya melibatkan                reaksi kesetimbangan, yang merupakan tahap paling menentukan untuk kecepatan produksi.

       a.   Pembuatan Amonia (NH3) menurut proses Haber-Bosch

             Nitrogen terdapat melimpah di udara, yaitu sekitar 78% volume. Walaupun demikian, senyawa               nitrogen tidak terdapat banyak di alam. Satu-satunya sumber alam yang penting ialah NaNO3                  yang disebut Sendawa Chili. Sementara itu, kebutuhan senyawa nitrogen semakin banyak,                       misalnya untuk industri pupuk, dan bahan peledak. Oleh karena itu, proses sintesis                                   senyawa nitrogen, fiksasi nitrogen buatan, merupakan proses industri yang sangat penting.                       Metode yang utama adalah mereaksikan nitrogen dengan hidrogen membentuk amonia.                           Selanjutnya amonia dapat diubah menjadi senyawa nitrogen lain seperti asam nitrat dan garam               nitrat.

             Dasar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hidrogen ditemukan oleh Fritz Haber (1908),                 seorang ahli kimia dari Jerman. Sedangkan proses industri pembuatan amonia untuk produksi                 secara besar-besaran ditemukan oleh Carl Bosch, seorang insinyur kimia juga dari Jerman.                     Perhatikan skema proses Haber Bosch

Gambar 2 Skema Proses Haber Bosch

           Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi yang menguntungkan untuk ketuntasan reaksi ke                 kanan (pembentukan NH3) adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksi tersebut               berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500°C sekalipun. Dipihak                     lain,  karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan mengurangi rendemen. Peranan               katalisator dalam industri amonia juga sangat diperlukan untuk mempercepat terjadinya                           kesetimbangan. Tentunya kalian masih ingat dengan katalisator bukan? Katalisator adalah zat                 yang dapat mempercepat reaksi tetapi zat tersebut tidak ikut bereaksi. Untuk mengurangi reaksi             balik, amonia yang terbentuk harus segera dipisahkan. Mula-mula campuran gas nitrogen dan                 hidrogen dikompresi (dimampatkan) hingga mencapai tekanan yang diinginkan. Kemudian                     campuran gas dipanaskan dalam suatu ruangan yang bersama katalisator sehingga  terbentuk                   amonia. Keadaan reaksi untuk menghasilkan NH3 sebanyak-banyaknya disebut kondisi                           optimum. Kondisi optimum pada industri amoniak dilakukan pada suhu 600°C  dan  tekanan                   ruangan 1000 atm. (www.kkppbumn.depkeu.go.id)

    b.    Pembuatan Asam Sulfat 

           Asam sulfat merupakan bahan industri kimia yang penting, yaitu digunakan sebagai bahan baku            untuk pembuatan pupuk. Proses pembuatan asam sulfat (H2SO4)sebenarnya ada dua cara, yaitu              dengan proses kamar timbal dan proses kontak. Proses kamar timbal sudah lama ditinggalkan                  karena kurang menguntungkan. Proses kontak menghasilkan asam sulfat mencapai kadar 99%                dan biayanya lebih murah.

Gambar 3 Skema Pembuatan Asam Sulfat

           Pembuatan asam sulfat di industri dikembangkan melalui proses kontak, meliputi 3 tahap yaitu

          1.  Pembentukan belerang dioksida, persamaan reaksinya adalah   

               S(s) + O2(g) → SO2(g)

          2.  Pembentukan belerang trioksida, persamaan reaksinya adalah

               SO2(g) + O2(g) ⇌ SO3 (g)  ΔH = –196 kJ

          3.  Pembentukan asam sulfat, melalui zat antara, yaitu asam pirosulfat.

       Persamaan reaksinya adalah

               SO3(g) + H2SO4(aq) → H2S2O7(aq)

               H2S2O7(aq) + ½ O2(g) → 2H2SO4(aq)

         Tahap penting dalam proses ini adalah reaksi (2). Reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan                 dan  eksoterm. Sama seperti pada sintesis amonia, reaksi ini hanya berlangsung baik pada suhu               tinggi. Akan tetapi pada suhu tinggi justrkesetimbangan bergeser ke kiri. Untuk memperbanyak               hasil harus memperhatikan azas Le Chatelier

         •   Reaksi tersebut menyangkut tiga partikel pereaksi (2 partikel SO2 dan 1 partikel gas O2 untuk                menghasilkan 2 partikel SO3. Jadi, perlu dilakukan pada tekanan tinggi.

         •   Reaksi ke kanan adalah reaksi eksoterm ( ∆H = - 196 kJ), berarti harus dilakukan pada suhu                   rendah. Masalahnya, pada suhu rendah reaksinya menjadi lambat. Seperti pada pembuatan                       amonia, permasalahan ini dapat diatasi dengan penambahan katalis V2O5. Dari penelitian                       didapat kondisi optimum untuk proses industri asam sulfat adalah pada suhu antar 400 C –                     450°C dan tekanan 1 atm.

           Latihan

           Pada hidrolisis ester menurut reaksi:

           CO2(g) + H2(g) ⇌ CO(g) + H2(g)     ∆H = +41,2 kJ

      ke arah mana kesetimbangan akan bergeser, jika pada suhu tetap:

           a. ditambah gas hidrogen dan pengaruhnya terhadap konsentrasi CO2

           b. suhu dinaikkan 

           c. tekanan diperbesar 

DAFTAR PUSTAKA

Sudarmo, Unggul. 2014, Kimia untuk SMA /MA kelas XI, Surakarta, Erlangga

Myranthika, Fadillah Okty, M.Pd.2020, Modul Pembelajaran SMA Kimia Kelas XI,Kemendikbud

Sunarya, Yayan, dan  Setiabudi, 2009. Muda dn Aktif Belajar Kimia Untuk Kelas XI sekolah Menengah Atas/Madrasah Aliyah Ilmu Pengetahuan Alam, Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta 

https://www.zenius.net/prologmateri/kimia/a/908/Asas-Le-Chatelier 

https://rinosafrizal.com/faktor-yang-mempengaruhi-kesetimbangan-kimia/

https://materiipa.com/reaksi-kesetimbangan-kimia https://beatpaperplane.blogspot.com/2012/10/kesetimbangan-kimia-dalam-industri.html