Cara Menghitung Laju Reaksi

Reaksi terjadi ketika partikel bertumbukan. Dalam tumbukan ini partikel mentransfer energi yang cukup untuk memutuskan ikatan lama dan membuat ikatan baru. Tapi bagaimana Anda bisa menentukan tingkat di mana reaksi terjadi?

Perhatikan reaksi sederhana seperti di bawah ini:

Dalam reaksi ini beberapa reaktan A diubah menjadi beberapa produk B. Laju reaksi dapat direpresentasikan dengan penurunan konsentrasi A dari waktu ke waktu atau sebagai peningkatan B dari waktu ke waktu. Ini tertulis:

Sejak A menurun dari waktu ke waktu ada tanda negatif di depan tingkat ini. Tarif yang dinyatakan di sini adalah rata-rata tarif karena mereka dirata-ratakan selama beberapa waktu.

Laju reaksi, atau kecepatan terjadinya reaksi, ditulis sebagai perubahan konsentrasi reaktan atau produk per perubahan waktu seperti yang ditunjukkan di atas.

Untuk menghitung ini secara eksperimental, Anda harus memantau konsentrasi reaktan atau produk sebagai fungsi waktu. Setelah Anda melakukan pengukuran pada waktu yang berbeda, Anda kemudian dapat memplot nilai-nilai ini dan menemukan laju reaksi sesaat atau kemiringan garis.

Berpura-puralah Anda melihat reaksi antara A dan B, yang membentuk C dan D. Jelas, pembentukan produk tergantung pada A dan B. Tetapi, dengan menambahkan kelebihan satu, katakanlah B, Anda dapat memastikan bahwa konsentrasi dari B pada dasarnya tetap konstan. Dengan cara ini perubahan jumlah B tidak akan mempengaruhi laju reaksi yang terukur.

Kemudian, Anda dapat memplot laju pada konsentrasi A yang berbeda. Ini akan memungkinkan Anda untuk melihat apakah laju sebanding dengan konsentrasi reaktan.

Katakan itu ketika Anda merencanakan menilai vs. konsentrasi dari A menghasilkan garis lurus. Ini berarti bahwa laju berbanding lurus dengan konsentrasi A. Akibatnya, semakin tinggi konsentrasi A, semakin tinggi lajunya.

Ini dapat direpresentasikan sebagai berikut:

Variabel k dikenal sebagai konstanta laju. Ini adalah konstanta proporsionalitas antara laju reaksi dan konsentrasi reaktan. Variabel k adalah tidak dipengaruhi oleh konsentrasi reaktan. Ini adalah rasio laju dan konsentrasi reaktan. Nilai k ini hanya dipengaruhi oleh suhu.

Karena konsentrasi diukur dalam molaritas, perubahan konsentrasi diukur dalam M sedangkan waktu diukur dalam detik. Ini berarti bahwa satuan untuk k biasanya 1/s atau s^-1.

Untuk stoikiometri, reaksi sederhana seperti rasio mol terhadap mol antar komponen adalah sama. Misalnya, ketika A berubah menjadi B, satu mol A hilang untuk setiap mol B yang dibuat.

Tidak semua reaksi sesederhana ini.

Perhatikan reaksi berikut:

Setiap kali B dibuat, 3 mol A digunakan. Hal ini dapat diungkapkan sebagai berikut:

Secara umum, untuk reaksi:

Tarifnya diberikan sebagai berikut:

Itu hukum tarif menyatakan hubungan antara laju reaksi dengan konstanta laju dan konsentrasi reaktan yang dipangkatkan.

Untuk reaksi umum:

Hukum laju ditulis sebagai:

A dan B adalah reaksi k adalah konstanta laju. x dan y adalah bilangan yang harus ditentukan secara eksperimental. Setelah x dan y diketahui, input dari setiap konsentrasi reaktan dapat digunakan untuk menemukan laju reaksi.

x dan y penting karena memberikan hubungan antara konsentrasi reaktan A dan B dan laju reaksi. Mereka juga memberikan orde reaksi ketika ditambahkan bersama-sama. Orde reaksi adalah jumlah kekuatan yang konsentrasi reaktan dalam hukum laju dinaikkan.

Seperti dibahas di atas, hukum laju adalah hubungan matematis yang menunjukkan bagaimana perubahan konsentrasi reaktan mempengaruhi laju reaksi. Jadi, bagaimana Anda dapat menemukan hukum laju?

Perhatikan reaksi hidrogen dan asam nitrat berikut:

Untuk menemukan urutannya, Anda perlu mengetahui eksponen dari hukum laju yang akan ditulis:

Ini membutuhkan penggunaan data yang menunjukkan konsentrasi reaktan dan laju awal.

Perhatikan data berikut:

Untuk menemukan orde terhadap masing-masing reaktan, mulailah dengan mencari eksperimen di mana reaktan lain tetap konstan. Misalnya, untuk menyelidiki orde terhadap NO, melihat Percobaan 1 dan 2 akan membantu karena konsentrasi NO berlipat ganda tetapi konsentrasi H₂ dipertahankan konstan.

Percobaan 1 dan 2 menunjukkan bahwa dengan menggandakan konsentrasi NO, lajunya menjadi empat kali lipat. Tulis hukum laju untuk kedua percobaan ini sebagai berikut:

dan

Rasio antara dua ruas kanan persamaan adalah 4, jadi setelah membagi persamaan pertama dengan yang kedua, Anda mendapatkan:

Jadi y = 2.

Selanjutnya, Anda dapat menemukan urutan sehubungan dengan H₂. Percobaan 2 dan 3 menunjukkan bahwa menggandakan H₂ konsentrasi menggandakan kecepatan. Ini berarti bahwa reaksi adalah orde pertama dalam H₂.

Jadi hukum lajunya adalah:

Menjumlahkan eksponen 1 dan 2 memberikan 3 arti bahwa reaksi tersebut adalah orde ketiga.

Beberapa poin penting tentang hukum laju:

1. Hukum mentah tidak dapat ditemukan dari persamaan kimia. Mereka harus selalu ditemukan secara eksperimental. Dari konsentrasi reaktan dan laju reaksi awal, Anda dapat menemukan orde reaksi seperti yang ditunjukkan di atas dan juga menemukan konstanta laju.
2. Untuk hukum laju orde nol, laju sama dengan konstanta laju.
3. Orde reaksi selalu ditentukan oleh konsentrasi reaktan.
4. Urutan reaktan tidak berhubungan dengan koefisien stoikiometrik dalam persamaan kimia yang seimbang.

Orde reaksi memberitahu Anda bagaimana laju berubah dengan konsentrasi reaktan.

Reaksi orde satu adalah reaksi yang lajunya bergantung pada konsentrasi reaktan yang dipangkatkan pertama. Ini berarti bahwa ketika konsentrasi reaktan digandakan, begitu juga lajunya.

Banyak reaksi dekomposisi adalah orde pertama. Contohnya adalah dekomposisi N₂HAI₅:

Reaksi orde kedua adalah reaksi yang lajunya tergantung pada konsentrasi satu reaktan pangkat kedua atau pada konsentrasi dua reaktan masing-masing pangkat pertama.

Salah satu contoh reaksi orde kedua adalah penggabungan iod untuk membentuk molekul iodin dalam fase gas: