Persamaan Arrhenius Dan Energi Aktivasi [PDF]

Citation preview

PERSAMAAN ARRHENIUS DAN ENERGI AKTIVASI



I. Tujuan Percobaan Setelah melakukan percobaan ini mahasiswa diharapkan :  



Menjelaskan hubungan kecepatan reaksi dengan suhu Menghitung energi aktivasi (Ea) dengan menggunakan persamaan Arrhenius



II.Alat dan Bahan yang Digunakan 







Alat yang Digunakan 1. Rak tabung reaksi dan tabung reaksi 2. Pipet ukur 5 ml, 10 ml, dan bola karet 3. Gelas kimia 250 ml, 400 ml 4. Gelas ukur 100 ml 5. Labu ukur 50 ml, 100 ml 6. Termometer 1000C 7. Stop watch 8. Spatula 9. Batang pengaduk 10. Pipet tetes Bahan yang Digunakan 1. Larutan H2O2 0,04 M 2. Larutan KI 0,1 M 3. Larutan Na2S2O3 0,001 M 4. Larutan amilum harus dibuat baru 5. Es batu 6. Aquadest



III. Dasar Teori Energi aktivasi merupakan energi minimum yang dibutuhkan oleh suatu reaksi kimia agar dapat berlangsung. Istilah energi aktivasi (Ea) pertama kali diperkenalkan oleh Svante Arrhenius dan dinyatakan dalam satuan KJ/mol. Terkadang suatu reaksi kimia membutuhkan energi aktivasi yang teramat sangat besar, maka dari itu dibutuhkan suatu katalis agar reaksi dapat berlangsung dengan pasokan energi yang lebih rendah. Jika terdapat suatu reaksi reaktan menjadi produk,maka jika reaksi diatas



berlangsung secara eksoterm. Persamaan Arrhenius mendefisinikan secara kuantitatif hubungan antara energi aktivasi dengan konstanta laju reaksi Pada tahun 1889 Arrhenius mengusulkan suatu persamaan yang menjelaskan pengaruh suhu terhadap K yang dinyatakan sebagai berikut : K= A e



− Ea RT



Dimana : K = konstanta laju reaksi A = faktor freakuensi Ea = energi aktivasi Faktor



−Ea RT



menunjukkan fraksi molekul yang memiliki energi yang



melebihi energi aktivasi. Sehingga persamaan dapat ditulis dalam bentuk logaritma : Ea ln K=ln A−( ) RT Dari persamaan di atas dapat dibuat kurva ln K sebagai 1/T akan merupakan sebuah garis



lurus dengan slop



−Ea RT



dan akan memotong sumbu ln K pada ln A



ln k



Slop = -Ea/R



1/T Energi aktivasi merupakan suatu energi minimum yang harus dilewati oleh suatu reaksi, misalnya : A ---> produk



Ea Energi Produk Laju reaksi



Pada reaksi A supaya menjadi produk , Ea merupakan energi penghalang yang harus diatasi oleh reaksi A. Molekul A dalam hal ini dengan jalan melakukan tumbukan antar molekul. Suatu reaksi dapat terjadi bila energi yag diperoleh selama tumbukan tersebut berhasil melewati energi energi aktivasi (Ea). Tumbukan terjadi antara dua molekul yang berbeda, misalnya A dan B ( reaksi bimolekuler ), energi penghalang A dan B membentuk kompleks aktif : A+B



A Ea’



Ea’’



Energi A+B Laju reaksi Dengan melihat hal tersebut di atas jelas bahwa energi aktivasi akan mudah dilewati bila molekul-molekul yang bertumbukan semakin cepat dan efektif menhasilkan reaksi. Pada percobaan ini reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : 2 I- + S2O32-



2 SO42- + I2



Energi aktivasi merupakan 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. Dalam reaksi endoterm, energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan dan sebagainya disuplai dari luar sistem. Pada reaksi eksoterm, yang membebaskan energi, ternyata juga membutuhkan suplai energi dari luarbuntuk mengaktifkan reaksi tersebut. Dalam kinetika, suatu reaksi berlangsung melalui beberapa tahap. Diawali dengan tumbukan antar partikel reaktan. Setelah reaktan bertumbukan, maka akan terjadi penyusunan ulang ikatan dalam senyawa reaktan menjadi susunan ikatan yang berbeda ( membentuk senyawa produk ). (Vogel : 1994) Persamaan Arrhenius analog dengan persamaaan garis lurus, yang sering disimbolkan dengan y = mx +c, maka hubungan antara energi aktivasi suhu dan laju reaksi dapat dianalisis dalam bentuk grafik ln k vs 1/T dengan gradien –(Ea/RT) dan intersep ln A. Beberapa faktor yang mempengaruhi energi aktivasi adalah sebagai berikut :







Suhu Fraksi molekul-molekul mampu untuk bereaksi dua kali lipat dengan peningkatan suhu sebesar 10oC . Hal ini menyebabkan laju reaksi berlipat ganda. Faktor frekuensi Dalam persamaan ini kurang lebih konstan untuk perubahan suhu yang kecil. Perlu







dilihat bagaimana perubahan energi dari fraksi molekul sama atau lebih dari energi aktivasi. Katalis Katalis akan menyediakan rute agar reaksi berlangsung dengan energi aktivasi yang







lebih rendah.(Atkins PW. 1999)



A + B reaktan



——>



AB ——> C + D keadaan transisi produk



Factor-faktor yangmempengaruhikecepatanreaksiyaitu : 1. Konsentrasi Konsentrasi sangat berpengaruh terhadap jumlah tumbukan-tumbukan. Semakin besar konsentrasi A dan B maka semakin sering terjadi tumbukan di antara keduanya, sehingga semakin besar pula kemungkinan terbentuknya C 2. Luas permukaan Semakin besar luas permukaan maka waktu yang diperlukan untuk membentuk C semakin sedikit 3. Katalis Suatu zat yang ditambahkan pada reaktan untuk menurunkan energi aktivasi sehingga dapat berlangsung lebih cepat dan spontan. 4. Temperatur Besar kecilnya temperaatur yang diberikan pada saat reaksi akan mempengaruhi gerakan. Gerakan partikel yang semakin cepat akan mempercepat terjadinya tumbukan yang intensif sehingga reaksi dapat berjalan lebih cepat.



IV. Langkah Kerja 1. Menyiapkan suatu sistem pada tabel berikut pada tabung reaksi yang terpisah :



Siste



Tabung 1 2-



Tabung 2



m



V S2O3 (ml)



V H2O (ml) V I



-



5



5



10



-



V (ml) 1



S2O32- V (ml) 1



kanji



Menyiapkan minimal tiga buah sistem seperti di atas 2. Mendinginkan tabung 1 dan tabung 2 ke dalam gelas kimia yang berisi campuran air dan es sampai suhu kedua tabung reaksi tersebut sama dengan yang ada di isi dalam gelas kimia. 3. Mencampurkan isi kedua tabung reaksi tersebut dan menghidupkan stopwatch untuk mengukur waktu yang diperlukan sampai campuran berubah menjadi biru. Selain itu mencatat suhu awal dan suhu akhir reaksi. 4. Mengulangi percoabaan tersebut untuk suhu yang berbeda ( antara 0 0C – 400C ) dan mencatat suhu dan reaksi yang diperlukan.



V. Data Pengamatan



No



Suhu Rata-rata 0



1 2 3 4 5



( C) 4 8 19 26 34



Waktu Reaksi (dtk) 293 226 112 98 63



T (K)



1/T



277 281 292 299 307



3,6101 x 10-3 3,5587 x 10-3 3,4247 x 10-3 3,3445 x 10-3 3,2573 x 10-3



ln 1/waktu -5,6802 -5,4205 -4,7185 -4,5849 -4,1431



K



ln K



0,0341 0,0442 0,0893 0,1020 0,1587



-3,3785 -3,1190 -2,4157 -2,2827 -1,8407



VI. Perhitungan  Membuat larutan H2O2 0,04 M dalam 100 ml g g ρ=1, 135 3 BM =34, 0147 =30 mol cm



M 1=



¿



ρ x x 1000 → M 1 . V 1=M 2 .V 2 BM H 2 O2 1,135 x 0,3 x 1000 →10,014 .V 1=0,04 x 100 ml 34,0147



¿ 10,014 M → V 1=0,3996 ml







Membuat larutan Na2S2O3 0,001 M dalam 50 ml



gram=M . V . BM ¿ 0, 001. 50 .248,21



¿ 12, 4105 mg=0,0124 gram







Membuat Larutan KI



gram=M . V . BM ¿ 0,1 . 100 .166



¿ 1660 mg=1,66 gram







Membuat larutan kanji Melarutkan 0,1 gram kanji dalam 10 ml Aquadest







Menentukan Ln K M H 2 O2 x V H 2 O2 [ H 2 O2 ] awal= V total ¿



0,04 x 5 ml 22 ml



¿ 9,091 x 10−3 M MH O



2 k= [ H 2 O2 ] Reaksi= valensi x2V total



¿



[ H 2 O2 ] awal [ H 2 O2 ] Reaksi x t



0,04 2 x 22



1. Untuk t = 293 sekon 9,091 x 10−3 K= ln K=ln 0,0341=−3,3785 9,091 x 10−4 x 293 ¿ 0,0341 2. Untuk t = 226 sekon 9,091 x 10−3 K= ln K =ln 0,0442=−3,1190 9,091 x 10−4 x 226 ¿ 0,0442 3. Untuk t = 112 sekon 9,091 x 10−3 K= ln K =ln 0,0893=−2,4157 9,091 x 10−4 x 112 ¿ 0,0893 4. Untuk t = 98 sekon 9,091 x 10−3 K= ln K =ln 0,1020=−2,2827 9,091 x 10−4 x 98 ¿ 0,1020 5. Untuk t = 63 sekon 9,091 x 10−3 K= ln K =ln 0,1587=−1,8407 9,091 x 10−4 x 63 ¿ 0,1587



No.



Rataratasuhu (K)



1/T (sumbu x)



waktu(detik)



K



Ln K (sumbu y)



1.



307



0,003257



63



0.1587



2.



299



0.003344



98



0,1020



3.



292



0.003424



112



0.0893



4.



281



0.003555



226



0.0442



5.



277



0.00361



293



0.0341



-1,8407 -2,2827 -2,4157 -3,119 -3,3785



Grafik Hubungan LnK dan 1/T 0 0,003257 -0.5



0.003344



0.003424



0.003555



0.00361



-1



Ln K



-1.5 -1.84 Grafik Hubungan LnK dan 1/T -2 f(x) = - 0.39x - 1.43 -2.28 -2.5 R² = 0.96



Linear (Grafik Hubungan LnK dan 1/T) -2.42



-3



-3.12



-3.5 -4



1/T



Dari grafik di atas maka dapat ditentukan nilai energi aktivasi Y = mx + c => m = -0,391 Y = -0,391x – 1,433 c = -1,433  Nilai energi aktivasi ( Ea ) Ea = - ( m x R ) = - ( -0,391 x 8,314 ) = 3,2507 J  Nilai faktor frekuensi ( A ) lnA = C lnA = -1,433 −1,433 A = e



-3.38



A



= 0,2386



Grafik hubungan ln 1/waktu dan 1/T 0



0



0



0



0 0 0 Grafik hubungan ln 1/waktu dan 1/T 0 0 0



VII. Analisa Percobaan



0 0 0 Linear (Grafik hubungan ln 1/waktu dan 1/T)



Berdasarkan percobaan yang dilakukan pada persamaan arrhenius dan energi aktivasi menggunakan dua buah larutan dimana larutan pertama yang diletakkan di tabung 1 merupakan campuran H2O2 dengan H2O, sedangkan larutan ke-2 pada tabung 2 merupakan campuran dari larutan KCl, Na2S2O3 dan larutan kanji 1%. Yang berperan memberikan titik akhir perhitungan waktu reaksi ( indikator ) adalah larutan kanji/amilum. Itulah mengapa amilum yang digunakan harus baru karena amilum mudah rusak. Amilum digunakan untuk mengindikasikan adanya I2, I2 akan bereaksi dengan amilum setelah Na2S2O3 pada campuran habis bereaksi, dengan ditandai munculnya warna biru pada campuran larutan kedua tabung. Warna ini terbentuk karena H 2O2 yang berfungsi sebagai oksidator akan menjadi H2O sedangkan KI sebagai sumber I2, kemudian I2 akan diiikat oleh S2O32- , pada saat pengikatan ini warna biru belum muncul, namun setelah habis bereaksi dengan S2O32- , maka I2 akan lepas dan berikatan dengan I- yang akan terbentuk I3 pada saat I3 berikatan dengan amilum warna biru mulai terbentuk. Reaksi akan semakin cepat seiring dengan meningkatnya suhu, karena pada saat suhu tinggi , ion pereaksi akan memiliki energi kinetik yang lebih besar maka akan mempercepat reaksi kimia tersebut, hal ini terjadi karena kecepatan berbanding lurus dengan energi kinetik jadi apabila energi kinetik mengalami penaikan maka kecepatan reaksi juga berlangsung semakin cepat. Suhu maksimum yang digunakan adalah 40 oC. Hal ini dikarenakan apabila suhu >40oC amilum akan rusak dan Ion iodida tidak dapat bereaksi dengan baik.



VIII. Pertanyaan 1. 2. 3. 4.



Apakah yang dimaksud dengan energi aktivasi ? Bagaimana pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi? Kesalahan dan penyimpangan apa yang anda perbuat selama percobaan ? Buatlah suatu cara pemecahannya ?



Jawab :



1. Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan oleh suatu reaksi kimia agar dapat berlangsung. 2. Semakin tinggi suhu maka semakin cepat laju reaksi berlangsung. Hal ini disebabkan karena ketika suhu meningkat gerak kinetik molekul mempercepat, sebaliknya semakin rendah suhu maka semakin lambat gerak kinetik molekul sehingga laju reaksi berlangsung lebih lama. Jadi besar kecilnya temperatur yang diberikan pada saat reaksi akan mempengaruhi gerakannya. 3. Kesalahan dan penyimpangan pada saat pengukuran suhu yang kurang tepat karena pada saat praktikum terjadi keterbatasan alat untuk mengukur suhu yaitu hanya menggunakan 1 termometer. Seharusnya termometer yang digunakan minimal 2 atau 3 buah termometer yaitu untuk mengukur suhu di dalam dua tabung reaksi dan di luar tabung reaksi. Agar pengukuran dapat lebih tepat dan teliti dan akurat. 4. Sebaiknya alat yang digunakan memadai atau tersedinya termometer tersebut sehingga pada saat pengukuran suhu di tabung reaksi dan di gelas kimia memperoleh pengukuran yang lebih tepat, efektif dan teliti.



IX. Kesimpulan 



Dari percobaan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa : Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan oleh suatu reaksi agar dapat







berlangsung. Semakin tinggi suhu reaksi maka semakin cepat waktu yang dibutuhkan dan semakin



 







cepat pula terjadi perubahan warna. Semakin tinggi suhu reaksi maka laju reaksi akan semakin cepat Reaksi yang terjadi : 2 H2O2 2 H2O + O2 2I2 + 2 S2O3 2I- + S4O622 H2O2 + 2I- + S4O62I2 + 2 H2S2O3 + 2 O2 Nilai energi aktivasi = 3,2507 J Nilai faktor frekuensi = 0,2386 Mempunyai persamaa y= - 0,391x – 1,433



DAFTAR PUSTAKA



Castellan GW.1982. Physicall Chemistry Third Edition. New York: General Graphic Services Tony Bird.1987. Penuntun Praktikum Kimia Fisika untuk Universitas. Jakarta : PT. Gramedia Tim Penyusun. 2015. Penuntun Praktikum Kimia Fisika. Palembang : Politeknik Negeri Sriwijaya Vogel.1994. Kimia Analisa Kuantitatif Anorganik.Jakarta : penerbit buku kedokteran (EGC)



Gambar Alat