Laju reaksi

Pada banyak reaksi, kenaikan suhu sebesar 10 °C membuat lajunya kira-kira dua kali lipat. Itulah sebabnya makanan bertahan berhari-hari dalam kulkas, tetapi membusuk di meja yang hangat.

Ledakan selesai dalam sepersekian detik. Perkaratan memerlukan bertahun-tahun. Laju reaksi menunjukkan seberapa cepat pereaksi habis atau produk terbentuk, misalnya dalam mol per liter per detik. Dua reaksi dengan persamaan yang sama dapat berlangsung dengan laju sangat berbeda pada kondisi berbeda. Banyak kegiatan kimia, dari memasak hingga pengobatan dan industri, berkaitan dengan pengendalian laju tersebut.

Teori tumbukan

Teori tumbukan menjelaskan laju reaksi melalui tiga gagasan. Pertama, partikel harus bertemu: laju bergantung pada seberapa sering partikel pereaksi bertumbukan. Kedua, arah tumbukannya harus tepat, dengan atom yang akan berikatan saling berhadapan. Ketiga, tumbukan harus cukup kuat untuk mencapai energi aktivasi. Hanya tumbukan yang memenuhi ketiga syarat itu yang menghasilkan produk. Di laboratorium, perhatikan jumlah tumbukan selama lima detik terakhir dan berapa di antaranya yang memiliki cukup energi. Sebagian besar tumbukan hanya membuat partikel saling memantul.

Lima hal yang mengubah laju reaksi

Sifat pereaksi merupakan faktor pertama. Potongan kecil natrium dan besi yang dibiarkan di udara menunjukkan perilaku sangat berbeda: natrium bereaksi seluruhnya dalam semalam, sedangkan besi hampir tidak berubah. Kalsium bereaksi dengan air pada laju sedang, sedangkan natrium hampir meledak. Luas permukaan berpengaruh saat padatan bereaksi dengan cairan atau gas, karena reaksi hanya terjadi di tempat keduanya bersentuhan. Kayu besar membara perlahan, ranting kecil terbakar cepat, dan serbuk gergaji di udara dapat terbakar secara eksplosif. Serbuk besi menghasilkan gelembung dalam asam encer jauh lebih cepat daripada paku besi.

Suhu adalah faktor ketiga. Partikel yang lebih panas bergerak lebih cepat sehingga lebih sering bertumbukan, dan jauh lebih banyak tumbukan memiliki energi yang cukup untuk bereaksi. Pada banyak proses, laju kira-kira berlipat dua setiap kenaikan 10 °C. Konsentrasi adalah faktor keempat: lebih banyak partikel dalam ruang yang sama berarti lebih banyak tumbukan. Fosfor terbakar jauh lebih cepat dalam oksigen murni daripada di udara yang hanya mengandung sekitar 20% oksigen. Faktor kelima adalah katalis, zat yang mempercepat reaksi tanpa habis terpakai. Hidrogen peroksida terurai sangat lambat di dalam botol, tetapi langsung berbusa ketika dituangkan pada luka, karena zat dalam jaringan bertindak sebagai katalis.

Menghitung pengaruh suhu

Kimiawan Swedia Svante Arrhenius menjelaskan hubungan tetapan laju k dengan suhu: k = A·e^(−Eₐ/RT), dengan R sebesar 8.314 J per mol per kelvin dan T adalah suhu dalam kelvin. Suku eksponensial menyatakan bagian tumbukan yang memiliki cukup energi, dan nilainya meningkat cepat seiring suhu. Untuk reaksi dengan energi aktivasi 50 kJ per mol, kenaikan dari 25 °C menjadi 35 °C membuat lajunya sekitar 1.92 kali lipat, mendekati aturan pelipatan dua. Pendinginan reaksi yang sama hingga 0 °C menurunkan laju menjadi sekitar 0.16 dari nilainya pada 25 °C. Baris terakhir tampilan data di laboratorium menghitungnya untuk suhu yang kamu pilih.

Model partikel di laboratorium menggunakan penghalang energi yang diturunkan agar reaksi terlihat dalam hitungan detik, bukan tidak muncul sama sekali. Tujuannya menunjukkan pola: gerakan lebih cepat, partikel lebih banyak, dan penghalang lebih rendah semuanya membuat garis hijau lebih curam. Perhatikan juga bahwa garis biru makin mendatar. Ketika pereaksi habis terpakai, jumlah partikel A yang dapat bertumbukan berkurang. Jadi, reaksi melambat dengan sendirinya meskipun suhunya tetap.