Laju reaksi dan kesetimbangan

Sederhana · Fase A–C · SD kelas 1–6 (IPAS)

Ada reaksi yang sangat cepat dan ada yang lambat sekali. Soda kue dan cuka langsung berbuih, kembang api menyala dalam sekejap, sedangkan besi berkarat dan buah membusuk perlahan-lahan selama berhari-hari.

Kita bisa membuat reaksi lebih cepat atau lebih lambat:

• Suhu: makanan di kulkas lebih awet karena dingin memperlambat pembusukan. Teh manis lebih cepat larut gulanya di air panas.
• Ukuran butiran: gula halus lebih cepat larut daripada gula batu.
• Bantuan khusus: air liur mengandung enzim yang mempercepat pencernaan nasi menjadi gula. Kunyah nasi lama-lama, rasanya jadi agak manis!

Seberapa cepat reaksi berlangsung disebut laju reaksi.

Standar · Fase D · SMP kelas 7–9 (IPA)

Mengapa makanan di kulkas lebih awet? Karena laju reaksi pembusukan melambat pada suhu rendah. Reaksi terjadi saat partikel bertumbukan dengan energi cukup. Empat hal mempercepat reaksi:

• Suhu lebih tinggi: partikel bergerak lebih cepat.
• Konsentrasi lebih besar: tumbukan lebih sering.
• Luas permukaan lebih besar: gula halus larut lebih cepat daripada gula batu.
• Katalis: mempercepat reaksi tanpa ikut habis. Di tubuh, katalis disebut enzim, misalnya amilase di ludah.

Coba atur suhu dan konsentrasi di lab Laju reaksi.

Lanjutan · Fase E–F · SMA kelas 10–12 (Kimia)

Menurut teori tumbukan, hanya tumbukan dengan orientasi tepat dan energi ≥ energi-aktivasi (Eₐ) yang menghasilkan reaksi. Kenaikan suhu 10 °C sering melipatduakan laju karena fraksi partikel berenergi tinggi meningkat tajam (distribusi Maxwell–Boltzmann). Katalis menyediakan jalur dengan Eₐ lebih rendah.

Hukum laju: v = k[A]ᵐ[B]ⁿ, dengan m dan n (orde reaksi) ditentukan dari percobaan, bukan dari koefisien. Contoh klasik: natrium tiosulfat + HCl membentuk endapan belerang; waktu hilangnya tanda silang mengukur laju.

Banyak reaksi dapat balik. Saat laju maju sama dengan laju balik tercapai kesetimbangan dinamis: Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / [A]ᵃ[B]ᵇ. Menurut asas Le Chatelier, sistem bergeser untuk melawan gangguan:

• Tambah reaktan → bergeser ke produk.
• Tekanan naik → bergeser ke sisi dengan mol gas lebih sedikit.
• Suhu naik → bergeser ke arah endoterm.

Proses Haber–Bosch pembuatan amonia (N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃, ΔH = −92 kJ) memakai tekanan tinggi (~200 atm), suhu kompromi (~450 °C), dan katalis besi.

Kesetimbangan dibahas lengkap di Kesetimbangan kimia.

Mendalam · Perguruan tinggi · Kimia dasar dan lanjut

Persamaan Arrhenius k = A·e^(−Eₐ/RT) menghubungkan tetapan laju dengan suhu; plot ln k terhadap 1/T memberi Eₐ. Teori keadaan transisi (Eyring) menafsirkan A melalui entalpi dan entropi aktivasi.

Hukum laju terintegrasi: orde nol [A] = [A]₀ − kt; orde satu ln[A] = ln[A]₀ − kt dengan waktu paruh t½ = 0,693/k (peluruhan radioaktif, eliminasi obat); orde dua 1/[A] = 1/[A]₀ + kt. Mekanisme reaksi terdiri atas tahap elementer; tahap paling lambat menentukan laju, dan pendekatan keadaan tunak dipakai untuk zat antara.

Enzim mengikuti kinetika Michaelis–Menten: v = Vmax[S]/(Km + [S]). Inhibitor kompetitif meningkatkan Km, nonkompetitif menurunkan Vmax. Banyak obat, seperti aspirin dan simvastatin, adalah inhibitor enzim.

Hubungan K dengan ΔG° (ΔG° = −RT ln K) dan persamaan van ’t Hoff (d ln K/dT = ΔH°/RT²) menjelaskan pergeseran kesetimbangan terhadap suhu secara kuantitatif.