Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi, yaitu
konsentrasi, luas permukaan sentuh, perubahan suhu, dan penambahan katalis
dapat dijelaskan dengan menggunakan teori tumbukan.
A.
KONSENTRASI
Telah diuraikan dalam teori tumbukan, perubahan
jumlah molekul pereaksi dapat berpengaruh pada laju suatu reaksi. Kita telah
tahu bahwa jumlah mol spesi zat terlarut dalam 1 liter larutan dinamakan
konsentrasi molar. Pengaruh
konsentrasi pereaksi terkait dengan jumlah partikel yang terlibat dalam
tumbukan. Apabila konsentrasi pereaksi bertambah, maka jumlah partikel –
partikel akan meningkat.
Dengan demikian, tumbukan lebih sering terjadi sehingga
peluang terjadinya tumbukan efektif meningkat. Hal ini berarti terjadi peningkatan
laju reaksi. Dengan cara yang sama, kita juga dapat menjelaskan penurunan laju
reaksi apabila konsentrasi reaktan berkurang. Bila partikel makin banyak, akibatnya lebih banyak kemungkinan partikel
saling bertumbukan yang terjadi dalam suatu larutan, sehingga reaksi bertambah
cepat.
B.
LUAS PERMUKAAN BIDANG SENTUH
Pengaruh luas permukaan sentuh terkait dengan mudah
tidaknya partikel – partikel pereaksi untuk bertemu. Luas permukaan sentuh
dapat ditingkatkan dengan cara mengubah ukuran zat reaktan menjadi lebih kecil.
Apabila luas permukaan sentuh bertambah, maka partikel – partikel lebih mudah
bertemu sehingga peluang terjadinya tumbukan efektif meningkat. Hal ini berarti
peningkatan laju reaksi. Dengan cara yang sama kita juga dapat menjelaskan penurunan
laju reaksi apabila luas permukaan sentuh berkurang.
Bagaimana pengaruh ukuran kepingan zat padat
terhadap laju reaksi? Misalkan, kita mengamati reaksi antara batu gamping
dengan larutan asam klorida (HCl). Percobaan dilakukan sebanyak dua kali,
masing-masing dengan ukuran keping batu gamping yang berbeda, sedangkan
faktor-faktor lainnya seperti massa batu gamping, volume larutan HCl,
konsentrasi larutan HCl dan suhu dibuat sama. Dengan demikian, perubahan laju
reaksi semata-mata sebagai akibat perbedaan ukuran kepingan batu gamping
(kepingan halus dan kepingan kasar).
Mengapa kepingan yang lebih halus bereaksi lebih
cepat? Pada campuran pereaksi yang heterogen, reaksi hanya terjadi pada bidang
batas campuran yang selanjutnya kita sebut bidang sentuh. Oleh karena itu,
makin luas bidang sentuh makin cepat bereaksi. Jadi makin halus ukuran kepingan
zat padat makin luas permukaannya.
Pengaruh luas permukaan banyak diterapkan dalam
industri, yaitu dengan menghaluskan terlebih dahulu bahan yang berupa padatan
sebelum direaksikan. Ketika kita makan, sangat dianjurkan untuk mengunyah
makanan hingga lembut, agar proses reaksi di dalam lambung berlangsung lebih
cepat dan penyerapan sari makanan lebih sempurna.
Apa hubungannya dengan tumbukan? Makin luas
permukaan gamping, makin luas bidang sentuh dengan asam klorida makin besar,
sehingga jumlah tumbukannya juga makin besar. Artinya makin kecil ukuran, makin
luas permukaannya, makin banyak tumbukan, makin cepat terjadinya reaksi.
C.
SUHU
Umumnya kenaikan suhu mempercepat reaksi, dan
sebaliknya penurunan suhu memperlambat reaksi. Bila kita memasak nasi dengan
api besar akan lebih cepat dibandingkan api kecil. Bila kita ingin mengawetkan makanan
(misalnya ikan) pasti kita pilih lemari es, mengapa? Karena penurunan suhu
memperlambat proses pembusukan. Laju reaksi kimia bertambah dengan naiknya
suhu. Bagaimana hal ini dapat terjadi? Ingat, laju reaksi ditentukan oleh
jumlah tumbukan. Jika suhu dinaikkan, maka kalor yang diberikan akan menambah
energi kinetik partikel pereaksi. Sehingga pergerakan partikel-partikel
pereaksi makin cepat, makin cepat pergerakan partikel akan menyebabkan
terjadinya tumbukan antar zat pereaksi makin banyak, sehingga reaksi makin
cepat. Umumnya kenaikan suhu sebesar 100°C menyebabkan kenaikan laju reaksi
sebesar dua sampai tiga kali. Kenaikan laju reaksi ini dapat dijelaskan dari
gerak molekulnya. Molekul-molekul dalam suatu zat kimia selalu bergerak-gerak.
Oleh karena itu, kemungkinan terjadi tabrakan antar molekul yang ada. Tetapi
tabrakan itu belum berdampak apa-apa bila energi yang dimiliki oleh
molekul-molekul itu tidak cukup untuk menghasilkan tabrakan yang efektif. Kita
telah tahu bahwa, energi yang diperlukan untuk menghasilkan tabrakan yang
efektif atau untuk menghasilkan suatu reaksi disebut energi pengaktifan.
Energi kinetik molekul-molekul tidak sama. Ada
yang besar dan ada yang kecil. Oleh karena itu, pada suhu tertentu ada
molekul-molekul yang bertabrakan secara efektif dan ada yang bertabrakan secara
tidak efektif. Dengan perkataan lain, ada tabrakan yang menghasilkan reaksi kimia
ada yang tidak menghasilkan reaksi kimia. Meningkatkan suhu reaksi berarti menambahkan
energi. Energi diserap oleh molekul-molekul sehingga energi kinetik molekul
menjadi lebih besar. Akibatnya, molekul-molekul bergerak lebih cepat dan
tabrakan dengan dampak benturan yang lebih besar makin sering terjadi. Dengan
demikian, benturan antar molekul yang mempunyai energi kinetik yang cukup
tinggi itu menyebabkan reaksi kimia juga makin banyak terjadi. Hal ini berarti
bahwa laju reaksi makin tinggi.
D.
KATALIS
Salah satu cara lain untuk mempercepat laju reaksi
adalah dengan jalan menurunkan energi pengaktifan suatu reaksi. Hal ini dapat
dilakukan dengan menggunakan katalis. Katalis adalah zat yang dapat
meningkatkan laju reaksi tanpa dirinya mengalami perubahan kimia secara
permanen. Katalis dapat bekerja dengan membentuk senyawa antara atau
mengabsorpsi zat yang direaksikan.
Peran katalis di dalam mempengaruhi laju reaksi terkait dengan energi
pengaktifan reaksi (Ea). Katalis yang digunakan untuk mempercepat reaksi
memberikan suatu mekanisme alternatif dengan nilai Ea yang lebih rendah
dibandingkan Ea reaksi tanpa katalis. Hak ini menyebabkan jumlah tumbukan
efektif bertambah sehingga laju reaksi meningkat. Dengan Ea yang lebih rendah,
maka lebih banyak partikel yang memiliki energi kinetik yang cukup untuk
mengatasi halangan Ea yang rendah ini.
Pengaruh katalis terhadap
kenaikan laju reaksi dapat dipahami melalui reaksi antara A dan B membentuk AB.
A
+ B --> AB (lambat, Ea tinggi)
Jika kita gunakan
katalis C, maka reaksi yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut :
A + C --> AC (cepat,
Ea rendah)
AC
+ B --> AB + C (cepat, Ea rendah) +
A
+ B + C -->
AB +C (cepat, Ea rendah)
Ada dua macam katalis, yaitu katalis positif (katalisator) yang
berfungsi mempercepat reaksi, dan katalis negatif (inhibitor) yang
berfungsi memperlambat laju reaksi. Katalis positif berperan menurunkan energi
pengaktifan, dan membuat orientasi molekul sesuai untuk terjadinya tumbukan. Sedangkan
katalisator dibedakan atas katalisator homogen dan
katalisator heterogen.
v Katalisator homogen
|
|
v Katalisator heterogen
Katalisator heterogen adalah katalisator yang
mempunyai fasa tidak sama dengan zat yang dikatalisis. Umumnya katalisator
heterogen berupa zat padat. Banyak proses industri yang menggunakan katalisator
heterogen, sehingga proses dapat berlangsung lebih cepat dan biaya produksi
dapat dikurangi.
Banyak logam yang dapat mengikat cukup banyak
molekul-molekul gas pada permukannya, misalnya Ni, Pt, Pd dan V. Gaya tarik
menarik antara atom logam dengan molekul gas dapat memperlemah ikatan kovalen
pada molekul gas, dan bahkan dapat memutuskan ikatan itu. Akibatnya molekul gas
yang teradborpsi pada permukaan logam ini menjadi lebih reaktif daripada
molekul gas yang tidak terabsorbsi. Prinsip ini adalah kerja dari katalis
heterogen, yang banyak dimanfaatkan untuk mengkatalisis reaksi-reaksi gas.
Di beberapa negara maju, kendaraan bermotor telah
dilengkapi dengan katalis dari oksida logam atau paduan logam pada knalpotnya sehingga
dapat mempercepat reaksi antara gas CO dengan udara. Dalam industri banyak
dipergunakan nikel atau platina sebagai katalis pada reaksi hidrogenasi terhadap
asam lemak tak jenuh.
