Pengaruh Energi Aktivasi dan Suhu
terhadap Laju Reaksi
Ketergantungan Konstanta Tingkat, laju reaksi meningkat dengan meningkatnya suhu. Untuk misalnya, waktu
yang diperlukan untuk mendidihkan telur dalam air jauh lebih pendek jika
"reaksi" dilakukan pada 100°C (sekitar 10 menit) daripada pada 80°C (sekitar 30 menit). Sebaliknya, cara efektif untuk mengawetkan makanan adalah
dengan menyimpannya pada suhu di bawah nol, dengan demikian
memperlambat laju pembusukan bakteri. Gambar 1 menunjukkan grafik hubungan antara
tingkat konstanta reaksi dan suhu.
A. Teori Tumbukan Kinetika Kimia
Teori molekuler kinetik gas (p. 201) menyatakan bahwa molekul
gas sering
bertumbukan satu
sama lain. Oleh karena itu pada umumnya benar, bahwa reaksi
kimia terjadi sebagai akibat tumbukan antara molekul-molekul yang bereaksi.
Dalam hal teori tumbukan kinetika kimia, diharapkan angka tersebut menjadi berbanding lurus dengan jumlah tumbukan molekuler per kedua, atau
frekuensi tumbukan molekuler:
Hubungan sederhana ini menjelaskan ketergantungan laju reaksi dengan konsentrasi. apabila ada reaksi molekul A dengan molekul B untuk membentuk produk. Misalkan setiap molekul produk dibentuk oleh kombinasi langsung dari molekul A dan molekul B. Jika kita menggandakan konsentrasi A, maka jumlah A-B tabrakan juga akan berlipat ganda, karena akan ada dua kali lebih banyak dari molekul A itu bisa bertabrakan dengan molekul B dalam volume tertentu (Gambar 2).
Akibatnya, itu laju akan meningkat dengan faktor 2. Demikian pula, menggandakan konsentrasi molekul B akan meningkatkan laju dua kali lipat. Dengan demikian, kita dapat menyatakan hukum laju sebagai
Reaksinya adalah dalam molekul A dan B dan mematuhi kinetika orde kedua. Teori tumbukan secara intuitif menarik, tetapi hubungan antara tingkat dan tumbukan molekuler lebih rumit dari yang Anda duga. Implikasi dari teori tabrakan adalah bahwa reaksi selalu terjadi ketika molekul A dan B bertubrukan. Namun, tidak semua tabrakan mengarah pada reaksi. Jika setiap tabrakan biner menyebabkan suatu produk, maka sebagian besar reaksi akan hampir lengkap secara instan. Dalam prakteknya, menemukan bahwa tingkat reaksi sangat berbeda. Ini berarti bahwa, dalam banyak kasus, tabrakan saja tidak menjamin bahwa suatu reaksi akan terjadi.
Setiap molekul yang bergerak memiliki energi kinetik; semakin cepat bergerak, semakin besar energi kinetik. Tetapi molekul yang bergerak cepat tidak akan pecah menjadi sendiri. Untuk bereaksi, ia harus bertabrakan dengan molekul lain. Ketika molekul bertabrakan, sebagian energi kinetik mereka diubah menjadi energi getaran. Jika energi kinetik awal berukuran besar, maka molekul yang bertabrakan akan bergetar sangat kuat hingga memecah sebagian ikatan kimia. Fraktur ikatan ini adalah langkah pertama menuju pembentukan produk. Jika energi kinetik awal kecil, molekul hanya akan memantul satu sama lain utuh. Berbicara secara energik, ada beberapa energi tabrakan minimum di bawahnya
Tidak ada reaksi yang terjadi, kurang energi ini, adssi utuh, dan tidak ada perubahan hasil dari tabrakan Kami mendalilkan bahwa untuk bereaksi, molekul bertabrakan harus memiliki total Energi sama dengan atau lebih besar dari energi aktivasi (Ea), yang merupakan jumlah minimum Energi yang diperlukan untuk memulai reaksi kimia Ketika molekul bertabrakan mereka terbentuk Suatu kompleks aktif (juga disebut keadaan transisi), suatu spesies sementara yang dibentuk oleh Molekul-molekul reaktan sebagai hasil dari tabrakan sebelum mereka membentuk produk. Gambar 3. menunjukkan dua jenis energi potensial yang berbeda untuk reaksi
Di mana AB ‡ ilustratif kompleks diaktifkan dibentuk oleh tabrakan antara A dan B. Jika produk lebih stabil daripada reaktan, maka reaksi akan disertai dengan pelepasan panas, yaitu, reaksi eksotermik [Gambar 3 (a)]. Sebaliknya, jika produk kurang stabil dibandingkan reaktan, maka panas akan terserap dengan campuran reaksi dari sekitarnya dan kita memiliki reaksi endotermik [Gambar 3 (b)]. Dalam kedua kasus ini kita memplot energi potensial dari sistem yang bereaksi versus kemajuan reaksi, secara kualitatif, plot ini menunjukkan energi potensial Perubahan sebagai reaktan dikonversi menjadi produk. Kita dapat menganggap energi aktivasi sebagai penghalang yang mencegah molekul-molekul kurang energik bereaksi. Karena jumlah molekul reaktan dalam reaksi biasa Sangat besar, kecepatan, dan karenanya juga energi kinetik dari molekul, bervariasi Jarang, biasanya hanya sebagian kecil dari molekul bertabrakan - yang bergerak paling cepat, manusia memiliki energi kinetik yang cukup untuk melebihi energi aktivasi. Oleh karena itu dapat mengambil bagian dalam reaksi.
B. Persamaan Arrhenius
Ketergantungan laju konstanta reaksi pada suhu dapat dinyatakan dengan persamaan berikut, yang dikenal sebagai persamaan Arrhenius:
Di mana Ea adalah energi aktivasi dari reaksi (dalam kJ / mol), R konstanta gas (8.314 J / K Mol), T suhu absolut, dan dasar dari logaritma natural Skala.Jumlah A mewakili frekuensi tabrakan dan Disebut faktor frekuensi, dapat diperlakukan sebagai konstanta untuk sistem reaksi yang diberikan Selama rentang temperatur yang cukup lebar Persamaan (13.11) menunjukkan bahwa laju konstan Benar proporsional dengan A dan, oleh karena itu, frekuensi tabrakan. Karena tanda minus yang terkait dengan eksponen Ea / RT, konstanta laju Bertahap dengan meningkatnya energi aktivasi dan meningkat seiring dengan peningkatan suhu, Persamaan ini dapat diekspresikan dalam bentuk yang lebih bermanfaat dengan mengambil yang alami Logaritma dari kedua sisi:
Persamaan tersebut dapat disusun kembali menjadi persamaan linear
Jadi, sebidang ln k versus 1 / T memberikan garis lurus dengan kemiringan m sama dengan -Ea / R dan yang memotong b dengan sumbu y adalah ln A.
Contoh Soal :
Konstanta laju untuk dekomposisi acetaldehyde :
Diukur pada suhu yang berbeda. Data ditampilkan
dalam tabel. Plot ln k versus 1 / T, dan tentukan energi aktivasi
(dalam kJ / mol) untuk reaksi.
Jawab :
Satu plot ln k versus 1 / T (y versus x) akan menghasilkan garis lurus dengan kemiringan sama dengan -Ea / R Dengan demikian, energi aktivasi dapat ditentukan dari kemiringan plot.
gambar 4
Pertama kita mengonversi data ke tabel berikut
Plot dari data ini menghasilkan grafik pada Gambar 4. Kemiringan garis dihitung dari dua pasang koordinat:
Dari bentuk linear Persamaan (1)
Persamaan yang berhubungan dengan konstanta laju k1 dan k2 pada temperatur T1 dan T2 bisa
digunakan untuk menghitung energi aktivasi atau untuk menemukan laju konstan pada yang lain
suhu jika energi aktivasi diketahui.
Mengurangkan ln k2 dari ln k1 memberi:
Lebih jelasnya bisa dilihat dalam link video berikut, terimakasih J
