BAB 5

Reaksi Sederhana dan Reaksi Rumit.

5.1 Suatu reaksi disebut sebagai reaksi sederhana bila persamaan stokiometrinya

menggambarkan apa yang sebenarnya berlangsung. Jadi, dalam hal reaksi

H2 + Br = HBr + H

dimana satu molekul H2 bertumbukan denga satu atom Br, dan terjadi pertukaran

“partner” dengan pembentukan HBr dan H, maka reaksi tersebut adalah reaksi

sederhana.

Bagi reaksi sederhana, teori reaksi kimia menunjukkan bahwa persamaan lajunya

berupa pemfaktoran dari konsentrasi pereaksi. Jadi, dalam hal reaksi

H2 + Br = HBr + H

persamaan lajunya diberikan oleh

Demikian pula, bagi dissosiasi spontan seperti

Br2 = 2Br

persamaan lajunya diberikan oleh

r = k[Br2]

Suatu reaksi kimia disebut sebagai reaksi rumit atau kompleks bila reaksi

tersebut tersusun atas beberapa reaksi sederhana. Karena itu, pada umumnya

persamaan laju reaksi rumit tidak dapat diturunkan dari persamaan

stoikiometrinya. Sebagai contoh adalah reaksi-reaksi H2 + Cl2, CO + Cl2, dan

sebagainya, dalam contoh di atas.

Tetapi, sebaliknya tak selalu berlaku. Artinya, bila persamaan laju mengikuti

persamaan stokiometrinya, reaksi tersebut belum tentu reaksi sederhana. Sebagai

contoh adalah H2 + I2, yang persamaan lajunya berupa pemfaktoran kedua

konsentrasi, tetapi penelitian terakhir menunjukkannya bukan suatu reaksi

sederhana.

48

Untuk membedakan suatu persamaan reaksi sederhana dari suatu persamaan

stokiometri reaksi rumit, bagireaksi sederhana digunakan tanda panah. Jadi

H2 +Br HBr + H

5.2 Terdapat berbagai cara untuk menyusun reaksi-reaksi sederhana menjadi suatu

reaksi rumit. Untuk itu secara sederhana terdapat tiga macam susunan, yaitu :

a. Suatu reaksi paralel

b. Susunan reaksi berurutan/ konsekutif

c. Susunan reaksi berlawanan

Suatu susunan reaksi disebut sebagai parallel bila satu pereaksi secara bersamaan

dapat mengalami dua atau lebih reaksi yang berbeda, dengan produk yang berbeda

pula. Dengan begitu maka bagi susunan

A + B P1 + …

A + C P2 + …

persamaan lajunya diberikan oleh

Suatu susunan reaksi disebut sebagai berurutan bila salah satu produk dari reaksi

pertama mengalami reaksi lebih lanjut pada reaksi kedua. Sebagai contoh adalah

dua reaksi pertama pada mekanisme dissosiasi etana, dengan kehadiran oksida

nitrogen :

C2H6 + NO C2H5 + HNO

C2H5 H + C2H4

Disini C2H5 disebut zat antara, karena tidak terdapat dalam produk reaksi maupun

dalam pereaksi. Laju pembentukan C2H5 diberikan oleh

Karena konsentrasinya tak dapat diamati, konsentrasi zat antara tidak akan

tersdapat dalam persamaan laju reaksi rumit bersangkutan.

49

Suatu susunan reaksi disebut berlawanan bila produk-produk reaksinya dapat

bereaksi kembali menghasilkan reaksi awal. Sebagai contoh adalah satu bagian

dari mekanisma pembentukan HBr dari hidrogen dan brom :

Br + H2 HBr + H

H + HBr H2 + Br

Ini bukan suatu reaksi keserimbangan, karena lajunya tak harus sama pada kedua

arah.

Penyusunan persamaan laju berdasar mekanisma.

Suatu mekanisma yang berupa reaksi berurutan akan memiliki suatu zat antara.

Pada awal reaksi, konsentrasi zat antara ini nol yang kemudian bertambah; pada

saat yang sama zat ini mengalami reaksi pula, yang mengurangi konsentrasinya.

Bila laju pembentukan suatu saat seimbang dengan laju pengurangannya,

konsentrasinya akan kira-kira tetap selama selang waktu tertentu. Setelah itu akan

berkurang terus hingga pada akhir reaksi habis.

3.1 Dalam berbagai reaksi, selang waktu dimana konsentrasi zat antara ini relatif

konstan dapat cukup panjang. Selama masa ini bila X adalah zat antara, dapat

digunakan pendekatan

Situasi ini dapat dimanfaatkan untuk menyingkirkan ungkapan konsentrasi zat

antara dari ungkapan akhir persamaan laju. Pendekatan ini disebut sebagai

pendekatan steady state atau dalam bahasa Indonesia sering disebut sebagai

keadaan tunak. Persamaan laju yang diturunkan melalui pendekatan ini jelas tak

akan berlaku pada awal reaksi maupun pada akhir reaksi, dimana konsentrasi zat

antara berubah cepat dengan waktu.

Sebagai contoh adalah suatu reaksi yang secara stokiometri diberikan oleh

A + B = C + D

50

a. Salah satu kemungkinan mekanisma reaksi, yang melibatkan suatu zat antara X,

adalah sebagai berikut

A + B X + D

X C

Mendasarkan laju reaksi pada pembentukan produk C

ungkapan bagi konsentrasi X diperoleh dari pendekatan steady state bagi X, yaitu

Atas dasar ini maka persamaan laju secara keseluruhan menjadi

b. Suatu kemungkinan mekanisma lain, yang melibatkan reaksi berlawana adalah

sebagai berikut

A + B X + D

X + D A + B

X C

Pendekatan steady state bagi X

Atas dasar ini maka persamaan laju secara keseluruhan menjadi

51

3.2 Dalam mekanisme kedua, dimana terdapat reaksi berlawanan, bila kedua

tetapan laju dari reaksi berlawanan ini jauh lebih besar dari tetapan laju reaksi

terakhir

maka reaksi terakhir tak berpengaruh pada pasangan reaksi berlawanan. Pasangan

reaksi ini praktis mengalami suatu kesetimbangan. Keadaan ini dapat

dimanfaatkan, yaitu

sehingga persamaan laju menjadi

Pendekatan ini disebut sebagai pendekatan kesetimbangan. Perhatikan bahwa ini

dapat diperoleh melalui pengabaian k2 dalam penyebut dari ungkapan persamaan

laju yang diperoleh melalui pendekatan steady state.

3.3 Dengan berkembangnya komputer, bentuk kurva konsentrasi tiap komponen

sebagai fungsi waktu, dalam suatu mekanisme reaksi dapat diperoleh melalui

integrasi numerik secara langsung dari persamaan laju tiap spesies. Akan

nampak bahwa konsentrasi dari reaksi menurun dengan waktu, konsentrasi zat-zat

antara (dapat lebih dari satu, dalam suatu mekanisme yang rumit) pertama kali

naik kemudian mencapai bagian datar dan kemudian turun, sedangkan konsentrasi

produk akan naik dengan waktu. Melalui cara ini pula dapat disimulasi jalannya

reaksi, serta dapat dievaluasi pula seberapa jauh pendekatan steady state berlaku.

Keuntungan cara integrasi numerik secara langsung ini adalah dapat diamati

secara langsung pengaruh berbagai variabel pada jalan reaksi, seperti : konsentrasi

awal pereaksi, kehadiran katalis, perubahan harga tetapan laju, serta berbagai

faktor lain. Hal-hal ini sulit dipelajari bila digunakan kedua pendekatan di atas.

52

3.4 Untuk memperjelas berbagai prinsip di atas, akan dibahas mekanisme

sederhana dari beberapa reaksi yang telah dikenal.

a. Reaksi pembentukan fosgen, yang diberikan oleh persamaan stokiometri

CO + Cl2 = COCl2

dengan persamaan laju

Reaksi ini diterangkan melalui suatu mekanisme yang melibatkan beberapa

kesetimbangan seperti berikut :

(i) Cl2 2Cl2

(ii) Cl + CO COCl

(iii) COCl + Cl2 COCl2 + Cl

Dari dua reaksi kesetimbangan diperoleh ungkapan-ungkapan berikut :

yang menghasilkan ungkapan

Persamaan laju pembentukan fosgen menjadi

Sesuai dengan persamaan laju yang diamati.

b. Reaksi penguraian nitrogen pentokside

2N2O5 = 2 N2O4 + O2

yang memiliki persamaan laju orde satu

53

Semenjak kinetika reaksi ini dipelajari oleh Daniels dan Johnston di tahun 1921,

telah banyak menimbulkan kontroversi, karena disangka merupakan contoh suatu

reaksi dissosiasi unimolekul yang sebenarnya. Penelitian pengaruh berbagai

variabel menunjukkan bukan reaksi unimolekul. Untuk itu, saat ini mekanisme

yang diterima adalah sebagai berikut :

(i) N2O5 NO2 + NO3

(ii) NO2 + NO3 N2O5

(iii) NO2 + NO3 NO2 + O2 + NO

(iv) NO + N2O5 3NO2

yang diusulkan oleh Ogg. Penerapan pendekatan steady state bagi NO3 dan NO :

sedangkan laju reaksi adalah

-

Penyisihan (eliminasi ) konsentrasi NO dan NO3 akhirnya menghasilkan

sesuai pengamatan.

c. Reaksi penguraian ozon, yang terjadi pada permukaan-permukaan

2O3 = 3O2

yang dipelajari oleh Chapman dan Jones semenjak 1910 memiliki perilaku yang

rumit. Reaksi diamati berbanding terbalik dengan konsentrasi oksigen dan pada

keadaan oksigen berlebihan diamati berorde dua terhadap ozon.

Mekanisme yang saat ini diterima adalah dari Benson dan Axworthy (tahun

1957), yaitu

(i) O3 + M O2 + O + M

(ii) O2 + O + M O3 + M

(iii) O + O3 2O2

54

dengan laju reaksi

-

dimana M adalah molekul sebarang atau permukaan.

Penerapan kaidah steady state bagi konsentrasi O menghasilkan

sehingga ungkapan laju menjadi

LATIHAN

Reaksi Sederhana dan Reaksi Rumit

1. Tunjukkan bahwa mekanisme di bawah ini,

I2 2I ( cepat )………….1

I + H2 H2I ( cepat )…………2

H2 I + I 2HI ( lambat )………..3

Menunjukkan bahwa reaksi antara hidrogen dan iodium memenuhi persamaan

laju :

r = k [H2] [I2]

Jawab :

Tulis dahulu hukum laju HI melalui tahap yang paling lambat :

di dalam ungkapan laju 1 terlihat ada zat antara yaitu H2I dan I. Ungkapkan

zat antara tersebut ke dalam molekul-molekul yang stabil melalui pendekatan

kesetimbangan.

55

K1 =

K2 =

masukkan persamaan 3 kedalam persamaan 1 :

masukkan persamaan 2 ke dalam persamaan 4 :

maka : terbukti

dengan k = k3K2K1

2. Diberikan mekanisme reaksi :

Cl2

Cl2 + Cl

Cl3 + CO

Buktikan hukum laju reaksi maju COCl2 adalah :

dan reaksi balik COCl2 adalah :

-

dengan menggunakan pendekatan stedy state dan kesetimbangan.

Jawab :

a. Pendekatan steady state,

Reaksi maju :

56

di dalam persamaan laju 1 terlihat bahwa ada [Cl3] yang merupakan zat antara,

karena jumlah zat antara ini setiap saat konstan, maka perubahan terhadap

waktu dapat dianggap sama dengan nol.

untuk mendapatkan [Cl3] ternyata melibatkan zat antara lain yaitu [Cl] maka

berlaku juga

masukkan persamaan 4 ke dalam persamaan 2 :

masukkan persamaan 5 kedalam persamaan 1, maka akan diperoleh hukum

laju bagi reaksi maju :

dengan k = k3K2K11/2 dan orde total = 2 ½

Reaksi balik :

-

dengan cara yang sama dengan reaksi maju, maka dapat diperoleh :

57

b. Pendekatan kesetimbangan

Reaksi maju :

masukkan persamaan 7 ke dalam persamaan 1

masukkan persamaan 9 ke persamaan 8, hingga diperoleh :

Reaksi balik :

-

dengan cara yang sama akan diperoleh :

-

kesimpulan yang diperoleh adalah : dua pendekatan di atas menghasilkan

hasil yang sama.

3. Mekasnisme fotolisa asetalhida diberikan sebagai berikut

58

Turunkan hukum laju bagi CH4!

Jawab :

Pendekatan steady state :

kemudian cari ungkapan untuk [CH3]

1. hυ -

untuk mendapatkan [CH3] harus diketahui dahulu [CH3CO]

2.

demikian juga untuk mendapatkan [CH3CO] perlu mengetahui konsentrasi

dari [H].

3. hυ -

4.

jumlahkan persamaan 1,2,3 dan 4, maka akan diperoleh :

2 k1 [CH3CHO] h

59

dengan [ I ] = intensitas sinar yang diadsorpsi

= [ CH3CHO ] h ν

masukkan persamaan 5 ke dalam hukum laju bagi CH4

Latihan soal :

1. Turunkan hukum laju bagi reaksi antara H2 dan I2 yang memiliki

mekanisme

reaksi

I2 2 I

I + H2 HI + H

H + I2 HI + I

(jawab : r = k [H2] [I2]1/2)

2. Buktikan dalam klorinasi kloroform melalui fotokimia dengan reaksi total

adalah :

CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl

Mempunyai hukum laju :

Petunjuk : susun dahulu mekanisme reaksi.

3. Mekanisme dekomposisi etana dengan adanya nitrogen monoksida, NO

yang cukup memberikan inhibisi total adalah :

60

tunjukkan hukum laju [C2H4] tidak dipengaruhi oleh adanya NO dengan

menggunakan pendekatan steady state.

4. Bagi reaksi 2A + B → 2D diberikan data berikut :

a. A + B

Turunkan hukum laju bagi D dengan menggunakn pendekatan steady state :

(Jawab : )

5. Penguraian N2O5 bila ada NO diberikan oleh mekanisme reaksi sebagai

berikut :

N2O5

NO + NO3 2NO2

a. gunakan anggapan steady state untuk mendapatkan ungkapan laju

reaksinya, yaitu :

-

b. gunakan orde reaksi awal, dimana konsentrasi NO2 praktis nol ?

c. bagaimana orde reaksi pada konsentrasi [NO] yang sangat besar ?

61

62