I. Judul Percobaan :
Persamaan Arhenius dan Energi Aktivasi
II. Tujuan Percobaan :
1. Menjelaskan hubungan laju reaksi dengan temperature
2. Menghitung energy aktivasi (Ea) dengan menggunakan persamaan Arhenius
III. Landasan Teori
Pada tahun 1889 Arhenius mengusulkan sebuah persamaan empiric yang menggambarkan kebergantungan konstanta laju reaksi pada suhu. Persamaan yang diusulkan Arhenius itu adalah sebagai berikut :
k = Ae
dimana : k = kontanta laju reaksi
A = factor frekuensi
Ea = energy aktivasi
Persamaan di atas seringkali ditulis dalam bentuk logaritma seperti terlihat pada persamaan berikut :
ln K = ln A -
Dari persamaan di atasterlihat bahwa kurva ln K sebagai fungsi dari akan berupa garis lurus dengan memotng ( intersep ) sumbu ln K pada ln A dan gradien/slope
ln K -
( Tim Dosen Kimia Fisik II, 2010 : 5).
Kedua faktor A dan Ea dikenal sebagai parameter Arhenius. Plot dari log K terhadap T -1 adalah linear untuk sejumlah besar reaksi dan pada temperature sedang. Hubungan antara konstanta laju pada dua temperature adalah
ln = ( - )
Plot E (energi) terhadap perkembangan dari (kordinat reaksi) diperlihatkan dalam gambar berikut. Lingkungan dalam kurva tersebut memberikan energi aktivasi. Perbedaan antara energi reaktan dan produk dikenal sebagai panas reaksi. Jadi energy aktivasi untuk reksi sebaliknya akan menjadi
Ea (r) = Ea (f) - ∆H
Energi reaktan
produk
koordinat reaksi
( Dogra,1990:651-652)
Energi aktivasi adalah energy kinetic minimum yang diperlukan untuk partikel-partikel pereaksi untuk membentuk kmpleks teraktivasi (Anonim, 2010).
Di dalam ilmu kimia, energi aktivasi merupakan istilah yang diperkenankan oleh Svante Arhenius yang didefinisikan sebagai energi yang harus dilampaui agar reaksi kimia dapat terjadi. Energi aktivasi biasa juga diartikan sebagai energi minimum yang dibutuhkan agar reaksi kimia tertentu dapat terjadi. Enrgi aktivasi sebuah reaksi biasanya dilambangkan dengan Ea, dengan satuan kilo joule per mol (Anonim, 2010).
Terkadang suatu reaksi kimia membutuhkan energy aktivasi yang teramat sangat besar, maka dari itu dibutuhkan suatu katalis agar reaksi dapat berlangsung dengan pasokan energi yang lebih rendah (Anonim, 2010).
A produk
Energi aktivasi dapat didefinisiskan sebagai energy minimum yang dibutuhkan A agar A menghasilkan produk. Situasi ini dapat diilustrasikan pada Gambar 12.14 yang memperlihatkan bola yang menggelinding melalui sebuah bukit. Bila bola tidak memiliki cukup energi ( m ), bola ini tidak akan mampu menaiki bukit. Tetapi, apabila bola ini mempunyai enegri yang cukup untuk mencapai puncak bukit, tanpa bantuan dari luar bola ini akan mencapai kaki bukit pada sisi yang berlawanan. Tinggi bukit dalam hal ini adalah energi aktivasi. Dalam hal molekul A, molekul ini memperoleh energi melalui tumbukan dengan molekul lain. Terlihat pada Bab I bahwa distribusi Boltzmann meramalkan bahwa dalam setiap waktu ada sejumlah reaksi molekul ( sebesar ) akan mempunyai energy yang besarnya lebih besar daripada Ea. Dalam hal ini Ea adalah energy penghalang yang harus diatasi.
Keadaan akhir (produk)
v
Gambar 12.14. Bola yang menggelinding melalui bukit energy “penghalang” ( Bird, Tony,1987 : 285-286 ).
Dalam beberapa kasus, ketergantungan pada temperature tidak sesuai dengan persamaan Arhenius. Akan tetapi, kita masih mungkin menyatakan kekuatan ketergantungan itu dengan mendefinisikan energy pengaktifan sebagai :
Ea = RT2 ( ) v
Definisi ini menyederhanakan definisi sebelumnya untuk energi pengaktifan yang tidak bergantung pada temperatur. Jadi dengan d (1/T) = -d T/T, kita dapat menata ulang persamaan menjadi :
Ea = -R ( ) v
yang terintegrasi menjadi persamaan awal jika Ea tidak bergantung pada temperatur. Walaupun demikian, definisi dalam persamaan 14 a bersifat lebih umum karena Ea dapat diperoleh dari kemiringan grafik anta Ln k terhadap I/T. Persamaan 14 amenunjukkan bahwa makin tinggi energy pengaktifan, makin kuat pula ketergantunagan konstanta laju pada temperatur. Jadi, energy pengaktifan yang tinggi mempunyai arti bahwa konstanta laju berubah dengan cepat terhadap temperatur ( Atkins, 1997 : 347 ).
IV. Alat dan Bahan
a. Alat :
1. Tabung reaksi 10 buah.
2. Rak tabung reaksi.
3. Gelas kimia 500 mL 1buah.
4. Pipet tetes.
5. Gelas kimia 100 mL.
6. Gelas ukur 10 mL 2 buah.
7. Penjepit tabung.
8. Termometer 110°C.
9. Kaki tiga dan kasa asbes.
10. Stopwatch.
11. Botol semprot.
b. Bahan :
1. Larutan kanji 3%.
2. Ammonium bisulfat (( NH4)2s2O8) 0,04 M.
3. Tiosulfat.
4. KI.
5. Aquades.
6. Es batu.
7. Spritus.
8. Kertas label.
9. Korek.
10. Tissue.
V. Prosedur Kerja
Prosedur kerja :
Cara kerja pembuatan kanji
1. Menyiapkan system seperti tabel, pada tabung-tabung reaksi yang terpisah :
| Sistem | Tabung I | Tabung II | ||||
| S2O8 2- | H2O | I- | H2O | S2O3 | kanji | |
| I | 5 mL | 5 mL | 10 mL | - | 1 mL | 1 mL |
| II | 7 mL | 3 mL | 8 mL | 2 mL | 1 mL | 1 mL |
2. Dengan menggunakan gelas kimia, memanaskan air.
3. Memanaskan masing-masing sebuah tabung 1 dan tabung 2 sampai suhunya sama dengan suhu air dengan jalan meletkkan kedua tabung reaksi di atas air dengan suhu 65°C.
4. Mencapurkan isi kedua tabung reaksi dengan cara memasukkan isi tabung 1 ke tabung 2 dan menuangkan kembali ke tabung 1 secepat mungkin dan menjalankan stopwatch.
5. Mengukur waktu yang diperlukan campuran sampai tampak warna biru untuk pertama kali (suhu awal) dan sampai semua larutan warna biru (suhu akhir).
6. Mengulangi prosedur untuk suhu-suhu 55°C, 45°C, 35°C, dan 25°C.
VI. Hasil Pengamatan
3 gram kanji + 100 mL air panas → laruta kanji 3%.
Sistem I
| Suhu rata-rata (°C) | Waktu (sekon) | Temperatur (K) | 1/T (x 10-3K) | Ln 1/t | 1/t |
| 49,5 42,5 35,5 30,5 28,5 | 280 566 1013 1285 1834 | 322,5 315,5 308,5 303,5 301,5 | 3,10 3,170 3,241 3,295 3,317 | -3,3242 -4,0174 -6,9078 -7,1309 -7,6009 | 3,5714 1,7668 0,9872 0,7782 0,5453 |
Sistem II
| Suhu rata-rata (°C) | Waktu (sekon) | Temperatur (K) | 1/T (x 10-3K) | Ln 1/t | 1/t |
| 49 42 36 31 29 | 295 460 740 1186 1510 | 322 315 309 304 302 | 3.106 3,175 3,236 3,289 3,311 | -5,6840 -6,1193 -6,5713 -7,1309 -7,2644 | 3,3898 2,1739 1,3514 0,8432 0,6623 |
VII. Analisis Data
Dari persamaan ln K = ln A - digunakan untuk berbagai suhu
ln K2 = ln A -
ln K1 = ln A -
ln K2 – K1 = - +
ln = - ( - )
ln = ( - )
ln K2 – K1 = - ( - )
ln K2 – K1 = ( - )
untuk system I
Mencari Ea
1. = - ( 3,190.10-3 - 3,101.10-3) K-1
1,2085 = - ( 6,900.10-5 )
10,0475 J/mol = -Ea ( 6,900.10-5 )
-Ea = 145615,94 J/mol
Ea = -145,6159 kJ/mol
2. = - ( 3,241.10-3 - 3,170.10-3) K-1
1,7195 = - ( 7,100.10-5 )
14,2595 J/mol = -Ea ( 7,100.10-5 )
-Ea = 201350,70 J/mol
Ea = -201,3507 kJ/mol
3. = - ( 3,295.10-3 - 3,241.10-3) K-1
1,0323 = - ( 5,400.10-5 )
8,5825 J/mol = -Ea ( 5,400.10-5 )
-Ea = 158935,20 J/mol
Ea = -158,9352 kJ/mol
4. = - ( 3,317.10-3 - 3,295.10-3) K-1
1,0659 = - ( 2,200.10-5 )
8,8619 J/mol = -Ea ( 2,200.10-5 )
-Ea = 402813,64 J/mol
Ea = -402,8136 kJ/mol
Ea =
Ea = -227,1789 kJ/mol
Perhitungan dari grafik
1. Ea
=
=
=
0,00022 Ea = -90,789
Ea = -412672,73 J/mol
Ea = -412,6727 kJ/mol
2. A
Ln A = = 0
Ln A = -1,3
A = 0,2725
Untuk system II
Mencari Ea
= - ( 3,175.10-3 - 3,106.10-3) K-1
1,0766 = - ( 6,900.10-5 )
8,9509 J/mol = -Ea ( 6,900.10-5 )
-Ea = 129723,19 J/mol
Ea = -129,7232 kJ/mol
= - ( 3,236.10-3 - 3,175.10-3) K-1
1,0739 = - ( 6,100.10-5 )
8,9284 J/mol = -Ea ( 6,100.10-5 )
-Ea = 146367,21 J/mol
Ea = -146,3672 kJ/mol
= - ( 3,289.10-3 - 3,236.10-3) K-1
1,0852 = - ( 5,300.10-5 )
9,0224 J/mol = -Ea ( 5,300.10-5 )
-Ea = 169856,60 J/mol
Ea = -169,8566 kJ/mol
= - ( 3,311.10-3 - 3,289.10-3) K-1
1,0187 = - ( 2,200.10-5 )
8,4659 J/mol = -Ea ( 2,200.10-5 )
-Ea = 384977,27 J/mol
Ea = -384,9773 kJ/mol
Ea =
Ea = -207,7311 kJ/mol
Perhitungan dari grafik
1. Ea
=
=
=
0,00013 Ea = -111,241
Ea = -855700 J/mol
Ea = -855,700 kJ/mol
2. A
Ln A = = 0
Ln A = -4,4
A = 0,0123
VIII. Pembahasan
Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui hubungan antara laju reaksi dengan temperatur sehingga yang divariabelakan dalam percobaan ini yaitu temperatur. Pertama dari sistem pertama dibuat dua tabung yang berbeda. Tabung I diisi dengan 2 mL S2O82- dan 5 mL H2O sedangkan untuk tabung II diisi dengan larutan iod 10 mL, 1 mL S2O82- dan 1 mL kanji. Larutan kanji yang digunakan yaitu larutan kanji 3% dimana dibuat dengan cara melarutkan 3gr kanji dalam 100 mL air karena larurtan kanji mudah rusak. Setelah itu kedua tabung dimasukkan ke dalam penangas air dan disamakan suhunya antara suhu tabung dengan suhu penangas 65°C. Setelah suhunya sama, larutan pada tabung I dimasukkan ke tabung II dan dikembalikan dalam tabung I secepat mungkin agar suhunya tidak turun sambil menyalakan stopwatch sampai larutan berubah menjadi biru pada awal dan mencatat suhunya sebagai suhu awal dan pada saat larutan biru seluruhnya sebagai suhu akhir.
Pada system ini akan diketahui pengaruh temperatur untuk sistem yang sama. Ternentuknya warna biru pada awal percampuran disebabkan adanya reaksi antara iodm dengan ammonium bisulfat. Dalam hal ini iod akan dioksidasi menjadi I2 oleh ammonium bisulfat, membentuk warna biru sesuai dengan reaksi berikut :
S2O82- + 2I- à 2SO4 + I2
Red : I2 + 2e- à 2I-
Oks : 2S2O3 2- à S4O62- + 2e-
Rx : I2 + 2S2O3 à S4O62- + 2I-
Setelah itu melakukan hal yang sama untuk suhu 55°C, 45°C, 35°C, dan 25°C. Digunakan perbandingan 10°C karena umumnya laju reaksi meningkat dengan meningkatnya temperatur dan harganya kira-kira dua kali lipat tiap kenaikan 10°C sesuai dengan persamaan Arhenius.
Dari percobaan diperoleh untuk suhu 65°C, waktu yang diperlukan yaitu 280 sekon, suhu 55°C = 566 sekon, 45°C = 1013 sekon, suhu 35°C = 125 sekon, dan suhu 25°C = 1834 sekon. Sedangkan untuk system kedua digunakan komposisi yang berbeda. Untuk tabung I diisi dengan 7mL S2O82- dan 3 mL air sedangkan tabung II diisi dengan 8 mL iod, 2 mL air, 1 mL S2O32, dan 1 mL kanji. Waktu yang diperlukan pada suhu 65°C = 295 sekon, untuk suhu 55°C = 460 sekon, untuk 45°C = 740 sekon, untuk 35°C = 1185 sekon, dan untuk 25°C = 1510 sekon.
Dari kedua sistem dapat disimpulakan bahwa temperatur berbanding terbalik denagn waktu sesuai dengan teori karena reaksi berlangsung lebih cepat jika suhu tinggi akibat tumbukan semakin banyak karena gerakan yang semakin cepat dan komposisi S2O82- yang berubah menyebabkan waktu yang diperlukan lebih sedikit.
Dari grafik Ln 1/T dan diperoleh Ea untuk system I = -412,6727 kJ/mol sedangkan dari teori/ perhitungan Ea = -227,1789 kJ/mol dengan nilai A = 0,2725. Untuk system II nilai Ea dari grafik yaiti -855,700 kJ/mol dengan nilai A = 0,0123 sedangkan berdasarkan perhitungan Ea = -207,7311 kJ/mol.
Perbedaan data yang diperoleh kemungkinan disebabkan perhitungan yang kurang teliti.
IX. Penutup
a. Kesimpulan
1. Laju reaksi meningkat dengan meningkatnya temperatur.
2. Energy aktivasi (Ea) untuk sistem I berdasarkan perhitungan = -227,1789 kJ/mol dan grafik = -412,6727 kJ/mol dan untuk sistem II nilai Ea berdasarkan perhitungan = 207,7311 kJ/mol dan grafik = -855,700 kJ/mol.
3. Nilai A untuk system I = 0,2725 dan untuk system II = 0,0123.
b. Saran
Disarankan kepada praktikan agar berhati-hati dalam percobaan untuk mengurangi kesalahan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar