LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA
PERCOBAAN III
PERSAMAAN ARRHENIUS DAN ENERGI AKTIVASI
Sasih
Martyani, Aries Setyo Wibowo, Cahyo Fajar Handayani
Program Studi Pendidikan Kimia, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang
Gedung D Kampus Sekaran Gunungpati Semarang 50229
Abstrak
Praktikum ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh suhu terhadap laju reaksi dan menghitung energi aktivasi (Ea) dengan
menggunakan persamaan Arrhenius. Praktikum ini dilakukan
menggunakan larutan H2O2 5 ml dan
5 ml air dalam tabung 1 serta larutan KI 10 ml, Na2S2O3
1 ml dan 1 ml amilum dalam tabung 2,
kemudian kedua tabung
reaksi tersebut diletakkan
dalam gelas piala 600 ml yang berisi air yang disesuaikan dengan suhu pengamatan, sampai masing-masing
tabung 1 dan tabung 2 suhunya sama sesuai dengan suhu pengamatan yaitu 20oC, 25oC, 30oC, 35oC,
dan 40oC (untuk suhu pengamatan 20oC dan 25oC dilakukan
dengan bantuan es batu). Pada praktikum ini didapatkan harga energi aktivasi sebesar 2.311292 J/mol dan
nilai ln A yaitu -4.7397 sehingga diperoleh nilai ln A sebesar - 4.7397 dan nilai A sebesar 8.7413
x 10-3. Dan juga hasil praktikum menunjukkan bahwa temperatur atau
suhu berpengaruh
pada laju reaksi yaitu semakin tinggi suhu semakin cepat laju reaksi.. Hal ini dibuktikan
dengan dihasilkannya harga k yang lebih besar pada suhu yang lebih tinggi dan diperolehnya
kurva yang linear.
Keywords:
Energi aktivasi; persamaan Arrhenius; Laju reaksi
1.
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari dapat
diketahui bahwa perubahan-perubahan termasuk perubahan kimia berlangsung dengan
kecepatan yang berbeda-beda.Waktu yang diperlukan untuk mencapai suatu
perubahan dipengaruhi oleh kecepatan yang berbeda apabila kondisinya berbeda.
Percobaan yang dilakukan
dalam laboraturium kimia fisik ini
adalah percobaan untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap laju reaksi. Menurut buku literature, semakin tinggi suhu
dalam suatu reaksi semakin cepat pula
laju reaksi.
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)
A
+ B ——>
AB* ——>
C + D
reaktan
keadaan transisi produk
Percobaan
ini tidak hanya mengetahui pengaruh suhu terhadap k tetapi juga untuk menentukan energi aktivasi (Ea)
yang dibutuhkan untuk reaksi dengan persamaan Arrhenius.
1.2 Dasar Teori
Menurut
teori tumbukan,molekul A dan B akan bereaksi menjadi C apabila kedua molekul
tersebut bertumbukan secara intensif. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan
reaksi yaitu :
1.
Luas permukaan
2.
Konsentrasi
3.
Temperatur
4.
Katalis
Konsentrasi sangat berpengaruhi
terhadap jumlah tumbukan – tumbukan yang terjadi semakin besar konsentrasi A
maupun B maka makin sering terjadi tumbukan diantara keduannya,sehingga makin
besar pula kemungkinan terbentuknya C. Demikian pula dengan luas permukaan,semakin besar
luas permukaan akan memperluas bidang tumbukan sehingga waktu yang diperlukan
untuk membentuk C pun semakin sedikit. Katalis adalah suatu zat kimia yang ditambahkan
pada reaktan dengan tujuan untuk menurunkan energi aktivasi sehingga reaksi
dapat berlangsung lebih cepat (spontan). Besar kecilnya temperatur
yang diberikan pada saat saat reaksi akan mempengaruhi gerakan. Gerakan
partikel yang semakin cepat akan mempercepat terjadinya tumbukan yang intensif
sehingga reaksi dapat berjalan lebih cepat.
Terdapat istilah energi aktivasi. Energi aktivasi adalah energi minimum yang
dibutuhkan oleh suatu reaksi kimia agar dapat berlangsung. Energi aktivasi
memiliki simbol atau lambang Ea dengan E menotasikan energi dan a menotasikan
aktivasi. Kata aktivasi memiliki makna bahwa suatu reaksi kimia membutuhkan
tambahan energi untuk dapat berlangsung.
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.
(Castellan
: 1982)
Dalam
kinetika, suatu reaksi berlangsung melalui beberapa tahap. Diawali dengan
tumbukan antar partikel reaktan. Setelah reaktan bertumbukan, maka dalam
terjadi penyusunan ulang ikatan dalam senyawa menjadi susunan ikatan yang
berbeda.
Dalam
penyusunan ini, akan ada pemutusan ikatan dan pembentukan ikatan yang baru,
yang membutuhkan sejumlah energi. Ketika beberapa ikatan reaktan putus dan
beberapa ikatan baru terbentuk, tercapailah suatu keadaan dimana dalam sistem
terdapat sejumlah reaktan dan produk. Keadaan ini kita sebut sebagai transisi
kompleks.
Dalam
keadaan transisi kompleks, memiliki campuran antara produk dan reaktan yang
cenderung kurang stabil, karena produk yang terbentuk dapat membentuk reaktan
kembali. Keadaan ini memiliki energi yang cukup tinggi, karena sistem tidak
stabil.
Pada
tahun 1889 Arrhenius mengusulkan sebuah persamaan empirik yang menggambarkan
pengaruh suhu terhadap konstanta laju reaksi. Persamaan yang diusulkan adalah :
Keterangan : K = konstanta laju reaksi
A = faktor freakuensi
Ea = energi aktivasi
Persamaan
tersebut dalam bentuk logaritma dapat ditulis :
Persamaan
tersebut 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.
Jika
suatu reaksi memiliki reaktan dengan konsentrasi awal adalah a, dan pada
konsentrasi pada waktu t adalah a-x, maka dapat ditulis dalam persamaan
1.3 Rumusan Masalah
a.
Bagaimana
pengaruh suhu terhadap laju reaksi?
b.
Bagaimana
cara menghitung energi aktivasi (Ea) dengan menggunakan persamaan Arrhenius?
1.4 Tujuan Praktikum
a. Mempelajari pengaruh suhu terhadap laju reaksi
b. Menghitung energi aktivasi (Ea) dengan menggunakan persamaan
Arrhenius
2.
METODE
2.1 Alat
a.
Rak tabung reaksi (terbuat dari kayu, berbentuk
seperti balok) 1 buah
b.
Tabung reaksi (ukuran 15 x 150mm, terbuat dari kaca borosilikat tahan
panas) 4 buah
c.
Gelas piala 600 ml (Terbuat dari gelas (polipropilen) atau plastik yang
tahan panas dan mempunyai volume 600 mL) 1 buah
d.
Ball Pipet
(terbuat dari karet untuk mengoperasikan pipet volume)
e.
Pipet volume 10 ml (berupa pipa kecil terbuat dari plastik atau kaca
dengan ujung bawahnya meruncing)
f.
Penangas air (alat yang berguna untuk memanaskan air dengan suhu yang
diinginkan dan konstan)
g.
Termometer (alat untuk mengukur suhu terbuat dari kaca)
h.
Stopwatch (jam tangan)
2.2
Bahan
Bahan
|
Spesifikasi
|
Perusahaan Pembuat
|
H2O2 0,04 M
|
Bahan kimia oksidator
|
PT Peroksida Indonesia
Pratama
|
KI 0,1 M
|
garam putih
|
PT. Smart Lab Indonesia
|
Na2S2O3
|
satusebatian hablur yang jernih
|
PT. Smart Lab Indonesia
|
Amilum
|
|
PT. GP Farmasi
|
Es Batu
|
air yang membeku, berbentuk Kristal
|
kantin
|
2.3 Cara Kerja
a.
Menyiapkan sistem sesuai yang
tertera di bawah ini :
-
Tabung 1 berisi 5 ml H2O2
dan 5 ml air
-
Tabung 2 berisi 10 ml KI, 1 ml
Na2S2O3 dan 1 ml amilum
b.
Kedua tabung reaksi diletakkan
dalam gelas piala 600 ml yang berisi air sesuai dengan suhu pengamatan, sampai
masing-masing tabung 1 dan tabung 2 suhunya sama sesuai dengan suhu pengamatan,
untuk suhu pengamatan 0o-20oC dilakukan dengan bantuan
es.
c.
Setelah suhu
kedua tabung sama, mencampur kedua larutan sambil mencatat waktu hingga
terbentuk warna biru untuk pertama kali dan mencatat suhunya.
2.4 Variabel Pengamatan
·
Variabel
bebas : suhu
·
Variabel
terikat : waktu reaksi
2.5
Cara Analis Data
Mgrek H2O2 = M.V.val (mgrek)
Mgrek KI = M.V.val (mgrek)
Mgrek Na2S2O3 =
M.V.val (mgrek) Ã
pereaksi pembatas
Mgrek H2O2
yang bereaksi = mgrek tio
[H2O2]awal =
[H2O2]bereaksi = d [M]
·
Menghitung k
·
Menghitung ln K
·
Menghitung 1/T
3.
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Analisis Data
Setelah praktikan melakukan percobaan diperoleh
waktu reaksi saat mulai pencampuran sampai saat pertama kali larutan berubah
warna menjadi biru. Data tersebut dapat dilihat dalam table berikut :
Tabel 1. Hasil Pengamatan dalam Proses Praktikum
No
|
Suhu Awal (ºC)
|
Suhu Akhir Campuran (ºC)
|
Rata-rata Suhu (ºC)
|
Waktu Reaksi (detik)
|
Tabung 1
|
Tabung 2
|
Campuran
|
1
|
40
|
40
|
40
|
39
|
38.5
|
16
|
2
|
35
|
35
|
35
|
34
|
34.5
|
20
|
3
|
30
|
30
|
30
|
28
|
29.0
|
24
|
4
|
25
|
25
|
25
|
26
|
25.5
|
33
|
5
|
20
|
20
|
20
|
23
|
21.5
|
50
|
Mgrek H2O2 = M.V.val = 0,04 x 5 x 2 = 0,4 mgrek
Mgrek KI = M.V.val = 0,1 x 10 x 1 = 1 mgrek
Mgrek Na2S2O3 =
M.V.val = 0,001 x 1 x 1 = 0,001 mgrek
Mgrek H2O2 yang bereaksi = mgrek tio
·
Menghitung k dan ln k
No
|
Waktu (detik)
|
K
|
ln K
|
1
|
16
|
0,00625
|
-5,07517
|
2
|
20
|
0,005
|
-5,29832
|
3
|
24
|
0,00417
|
-5,48064
|
4
|
33
|
0,00303
|
-5,79909
|
5
|
50
|
0,002
|
-6,21461
|
·
Menghitung 1/T
Tabel 2. Sumbu X (1/T) dan Sumbu Y (ln K)
No.
|
Rata-rata suhu (oC)
|
1/T
(sumbu x)
|
waktu (detik)
|
K
|
Ln K
(sumbu y)
|
1.
|
38.5
|
0.025974
|
16
|
0.00625
|
-5.075173815
|
2.
|
34.5
|
0.028986
|
20
|
0.005
|
-5.298317367
|
3.
|
29.0
|
0.034483
|
24
|
0.004166667
|
-5.480638923
|
4.
|
25.5
|
0.039216
|
33
|
0.003030303
|
-5.799092654
|
5.
|
21.5
|
0.046512
|
50
|
0.002
|
-6.214608098
|
Melalui
proses perhitungan (analisa data pada lampiran) dapat digambarkan grafik ln k vs 1/T
sebagai berikut:
Gambar 1. Grafik Ln K vs T
3.2 Pembahasan
Energi
aktivasi dapat ditentukan dengan mengolah data dari grafik hubungan 1/T dan ln
k berdasar persamaan Arrhenius yang didapat dari dasar teori. Maka praktikan
dapat melakukan percobaan berulang dengan mengukur ln k reaksi dari temperatur
yang bervariasi untuk memperoleh data yang akan diolah dalam persamaan
tersebut.
Reaksi
yang diukur adalah reaksi hidrogen peroksida dengan ion iodida. Dalam hal ini,
hidrogen peroksida (H2O2) dicampurkan bersamaan dengan
iodide, ion tiosulfat dan amilum.
Ion
iodide dan hidrogen peroksida akan bereaksi membentuk gas I2,gas
tersebut akan bereaksi kembali dengan ion tiosulfat membentuk kembali ion
iodide. Namun, dalam reaksi ini, tidak akan ada yodium yang dibebaskan sampai
semua ion tiosulfat habis bereaksi. Dengan tambahan amilum, ion iodide yang
terbentuk kembali akan bereaksi dengan amilum dan menghasilkan warna biru pada
larutan. Amilum yang digunakan haruslah amilum yang baru dibuat, karena amilum
yang telah lama dibuat memiliki kemungkinan perubahan struktur karena pengaruh
luar.
Perubahan
warna yang terjadi akan semakin cepat apabila reaksi berlangsung pada
temperatur yang lebih tinggi. Pada temperatur yang lebih tinggi, ion-ion
pereaksi akan memiliki energi kinetik yang lebih besar. Berdasarkan teori
tumbukan, energi kinetik yang lebih besar akan membuat tumbukan antar partikel
akan menjadi lebih sering, sehingga reaksi akan lebih cepat berlangsung.
Disini
terlihat adanya penambahan energi kinetik partikel yang dilakukan dengan
menaikkan temperatur reaksi, inilah energi yang diberikan dari luar sistem
untuk mencapai kondisi transisi seperti yang dijelaskan teori. Energi tersebut
akan diukur besarnya ( energi aktivasi ).
Dari
hasil pengamatan,dapat diketahui pada suhu yang semakin tinggi warna biru
semakin cepat terlihat daripada suhu yang lebih rendah.Dapat dikatakan bahwa
semakin tinggi suhunya maka reaksi berjalan semakin cepat.Grafik yang dibentuk
berupa garis yang berbanding lurus sehingga membentuk garis linier.Pada
percobaan ini dilakukan untuk menunjukkan ketergantungan laju reaksi terhadap
temperatur,percobaan ini juga dilakukan unutk menentukan energy aktivasi (Ea)
yang dibutuhkan untuk reaksi persamaan Arrhenius. Dan hasil percobaan
diperoleh nilai Ea sebesar 2.311292 J/mol dan nilai ln A yaitu - 4.7397.
Reaksi yang terjadi pada
percobaan adalah sebagai
berikut:
4.
SIMPULAN DAN SARAN
4.1 Simpulan
1.
.Semakin tinggi temperatur, laju reaksi semakin tinggi
2.
Berdasarkan data percobaan,
diperoleh grafik yang linier sehingga percobaan yang kami lakukan sesuai dengan
persamaan Arrhenius.
3.
Energi aktivasi dari percobaan
ini adalah 4,506188
J/mol dan nilai ln A
yaitu - 4.7397, nilai A = A = 8.7413 x 10-3
4. Temperatur berpengaruh pada laju reaksi, jika suhu semakin
tinggi maka laju reaksi akan semakin cepat. Hal ini dibuktikan dengan
dihasilkannya harga k yang lebih besar pada suhu yang lebih tinggi.
4.2 Saran
1.
Larutan yang akan digunakan
percobaan sebaiknya adalah yang baru dibuat (masih fresh)
2.
Amilum yang digunakan sebaiknya yang dibuat tidak
lama sebelum
praktikum
3.
Praktikan memahami materi
terlebih dahulu
4.
DAFTRA PUSTAKA
Atkins
PW. 1999. Kimia Fisika.
“Ed ke-2 Kartahadiprodjo Irma I, penerjemah;Indarto Purnomo Wahyu, editor.
Jakarta : Erlangga. Terjemahan dari : Physichal
Chemistry.
Castellan
GW. 1982. Physichal Chemistry.
Third Edition. New York : General
Graphic Services.
Pettruci.Ralph.H.1987.Kimia Dasar Jilid 2.Bogor
: Gelora Aksara Pratama
Tim
Dosen Kimia Fisik. 2012. Diktat Petunjuk
Praktikum Kimia Fisik. Semarang :
Jurusan Kimia FMIPA
UNNES
Vogel.
1994. Kimia Analisis Kuantitatif
Anorganik. Jakarta : Penerbit Buku Kedokteran (EGC).
Tim Dosen Kimia Fisik. 2011. Diktat Petunjuk Praktikum
Kimia Fisik. Semarang : Jurusan Kimia FMIPA UNNES.
Semarang, 26 September 2013
LAMPIRAN TUGAS
1. Alasan yang mungkin menyebabkan terjadinya penyimpangan apabila suhu
diatas 40oC adalah jika suhunya lebih dari 40oC maka larutan
akan rusak sebagian atau keseluruhan,sehingga ion iodide yang terbentuk dari
perubahan yodium tidak dapat terdeteksi dengan baik.
2. Iya, karena semakin tinggi temperature,laju reaksi semakin cepat sehingga
energy aktivasi semakin mudah tercapai.Dari persamaan Arrhenius dimana ln K = Ea/RT + ln A diketahui hubungan energi aktivasi dan temperature.
3. Kurva selalu linier pada temperatur 0-40oC, hal ini karena
persamaan empiric pengaruh temperatur terhadap konstanta laju reaksi.
