Sebelum suatu tumbukan terjadi, partikel-partikel memerlukan suatu energi minimum yang dikenal sebagai energi pengaktifan atau energi aktivasi (E_a). Energi pengaktifan atau energi aktivasi adalah energi minimum yang diperlukan untuk berlangsungnya suatu reaksi. Sebagai contoh adalah reaksi antara hidrogen (H₂) dengan oksigen (O₂) menghasilkan air, dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Ketika reaksi sedang berlangsung akan terbentuk zat kompleks teraktivasi. Zat kompleks teraktivasi berada pada puncak energi. Jika reaksi berhasil, maka zat kompleks teraktivasi akan terurai menjadi zat hasil reaksi.

Jadi, energi minimum yang diperlukan oleh sebuah reaksi agar dapat berlangsung disebut energi aktivasi.

Laju reaksi menyatakan laju berkurangnya jumlah pereaksi atau laju bertambahnya jumlah hasil reaksi dalam satuan waktu. Satuan jumlah zat bermacam-macam, misalnya gram, mol, atau konsentrasi. Sedangkan satuan waktu digunakan detik, menit, jam, hari, ataupun tahun. Dalam reaksi kimia banyak digunakan zat kimia yang berupa larutan atau berupa gas dalam keadaan tertutup, sehingga dalam laju reaksi digunakan satuan konsentrasi (molaritas).

Untuk reaksi: A + B $\rightarrow$ C + D

• A dan B merupakan pereaksi sehingga akan mengalami pengurangan tiap satuan waktu, maka laju pengurangan A dan B dapat juga ditulis sebagai berikut.

$r_{\text{A}}=-\frac{\Delta\left[\text{A}\text{}\right]}{\Delta t}$ ; $r_{\text{B}}=-\frac{\Delta\left[\text{B}\text{}\right]}{\Delta t}$

(tanda "$-$" pada persamaan menunjukkan terjadinya pengurangan konsentrasi A dan B tiap satuan waktu)

• C dan D merupakan hasil reaksi sehingga akan terus bertambah tiap satuan waktu, maka laju penambahan C dan D dapat juga ditulis sebagai berikut.

$r_{\text{C}}=+\frac{\Delta\left[\text{C}\text{}\text{}\right]}{\Delta t}$ ; $r_{\text{D}}=+\frac{\Delta\left[\text{D}\text{}\text{}\text{}\right]}{\Delta t}$

(tanda "$+$" pada persamaan menunjukkan terjadinya penambahan konsentrasi C dan D tiap satuan waktu)

Jadi pernyataan yang benar untuk menunjukkan laju reaksi dari persamaan reaksi tersebut adalah $r_{\text{A}}=-\frac{\Delta\left[\text{A}\text{}\right]}{\Delta t}$

Diketahui:

• Persamaan reaksi: A + B → AB
• Data hasil percobaan:

Ditanya:

Orde reaksi total?

Dijawab:

Persamaan laju untuk reaksi di atas: r = k [A]^x [B]^y

Untuk mencari orde A, bandingkan 2 percobaan yang memiliki konsentrasi A yang berbeda dan konsentrasi B yang sama → Percobaan 2 dan 3.

$\ \frac{r_2}{r_3}=\frac{k\left[\text{A}\right]_2^x\left[\text{ B}\right]_2^y}{k\left[\text{}\text{A}\right]_3^x\left[\text{ B}\right]_3^y}$

$\frac{16}{32}=\frac{\text{}k\left[0,1\right]_{ }^x\left[0,2\right]_{ }^y}{k\left[0,2\right]_{ }^x\left[0,2\right]_{ }^y}$

$\ \frac{1}{2}=\frac{\text{}\left[1\right]_{ }^x}{\left[2\right]_{ }^x}\$

$\left(\frac{1}{2}\right)^1=\left(\frac{1}{2}\right)^x\ \$

$\ \ \ x=1$

Untuk mencari orde B, bandingkan 2 percobaan yang memiliki konsentrasi A yang sama dan konsentrasi B yang berbeda → Percobaan 1 dan 2.

$\ \frac{r_1}{r_2}=\frac{k\left[\text{A}\right]_1^x\left[\text{ B}\right]_1^y}{k\left[\text{}\text{A}\right]_2^x\left[\text{ B}\right]_2^y}$

$\frac{8}{16}=\frac{\text{}k\left[0,1\right]_{ }^x\left[0,1\right]_{ }^y}{k\left[0,1\right]_{ }^x\left[0,2\right]_{ }^y}$

$\ \frac{1}{2}=\frac{\text{}\left[1\right]_{ }^y}{\left[2\right]_{ }^y}\$

$\left(\frac{1}{2}\right)^1=\left(\frac{1}{2}\right)^y\ \$

$\ \ \ y=1$

Orde reaksi total = x + y = 2

Jadi, orde reaksi total reaksi yang terdapat pada soal adalah 2.

Diketahui:

• Persamaan laju reaksi r = k [A] [B]³

Ditanya:

• Penambahan konsentrasi B jika konsentrasi A diperbesar 2 kali → r = 16 kali lebih cepat

Dijawab:

Soal di atas dapat disusun ulang dalam tabel di bawah ini.

$\ \frac{r_1}{r_2}=\frac{k\left[\text{A}\right]_1^{ }\left[\text{ B}\right]_1^3}{k\left[\text{A}\text{}\text{}\right]_2^{ }\left[\text{ B}\right]_2^3}\$

$\ \frac{r_{ }}{16r_{ }}=\frac{k\left[\text{a}\right]_{ }^{ }\left[\text{ b}\right]_{ }^3}{k\left[\text{2a}\text{}\text{}\right]_{ }^{ }\left[\text{x}\text{b}\right]_{ }^3}\$

$\ \frac{1}{16\ }=\ \frac{1}{2}\frac{\left[\text{a}\right]}{\left[\text{a}\text{}\text{}\right]_{ }^{ }}\left(\frac{1}{\text{x}}\right)^3\frac{\left[\text{b}\right]_{ }^3}{\left[\text{b}\right]_{ }^3}\$

$\ \frac{2}{16\ }=\ \left(\frac{1}{\text{x}}\right)^3$

$\ \frac{1}{8\ }=\ \left(\frac{1}{\text{x}}\right)^3$

$\ \left(\frac{1}{2}\right)^3=\ \left(\frac{1}{\text{x}}\right)^3$

$\ \text{x}\ =2$

Jadi untuk persamaan laju r = k [A] [B]³, jika [A] dinaikkan 2 kali dan laju reaksi 16 kali lebih cepat, maka [B] harus dinaikkan sebesar 2 kali.

Diketahui:

• r = k [NO]² [O₂]
• k = 1 x 10^-4
• n NO = 1 mol
• n O₂ = 2 mol
• V = 3 liter

Ditanya:

Laju reaksi pada saat NO = 1 mol dan O₂ = 2 mol

Dijawab:

$\ r_{ }=k\left[\text{NO}\right]_{ }^2\left[\text{O}_2\right]$

$\ r=k\left[\frac{n_{\text{NO}}}{V}\right]_{ }^2\left[\frac{n_{\text{O}_2}}{V}\right]$

$\ r=1\times10^{-4}\left[\frac{1\ \text{mol}}{3\ \text{L}}\right]_{ }^2\left[\frac{2\ \text{mol}}{3\ \text{L}}\right]$

$\ r=1\times10^{-4}\left(\frac{1}{3}\right)_{ }^2\left(\frac{2\ }{3\ }\right)$

$\ r=\frac{2}{27}\times10^{-4}$

$\ r=7,4\times10^{-6}$

Maka laju reaksi pada saat NO = 1 mol dan O₂ = 2 mol adalah $7,4\times10^{-6}$.

Diketahui:

• M₁ = 0,1 M ; t₁ = 0 detik
• M₂ = 0,08 M ; t₂ = 10 detik
• M₃ = 0,075 M ; t₃ = 20 detik

Ditanya:

Laju reaksi rata-rata

Dijawab:

Karena di soal yang diketahui merupakan data konsentrasi B, maka laju rata-rata diperoleh dengan menghitung laju rata-rata B tiap satuan waktu. Untuk mencari laju rata-rata, data yang dipakai yakni data konsentrasi dan waktu awal dan data konsentrasi dan waktu akhir. Sehingga, laju reaksi rata-rata B adalah

$r_{\text{}}=\frac{\left[\text{B}\right]}{\ \Delta t}=\frac{M_1-\ M_3}{t_{3\ }-\ t_1\ }\$

$r_{\text{}}=\frac{0,1\ \text{M }-\ 0,075\ \text{M }}{20\det-\ 0\ \det}$

$r_{\text{}}=\frac{0,025\ \ \text{M }}{20\ \det}\$

$r_{\text{}}=0,00125\ \ \text{M }\det^{-1}=1,25\ \times10^{-3}\ \ \text{M }\det^{-1}$

Jadi laju rata-rata reaksi di atas adalah 1,25 x 10^-3 M det^-1.

Konsentrasi

Pada umumnya, reaksi akan berlangsung lebih cepat jika konsentrasi pereaksi diperbesar. Zat yang konsentrasinya besar mengandung jumlah partikel yang lebih banyak, sehingga partikel-partikelnya tersusun lebih rapat dibanding zat yang konsentrasinya rendah. Partikel yang susunannya lebih rapat, akan lebih sering bertumbukan dibanding dengan partikel yang susunannya renggang, sehingga kemungkinan terjadinya reaksi makin besar.

Luas Permukaan

Salah satu syarat agar reaksi dapat berlangsung adalah zat-zat pereaksi harus bercampur atau bersentuhan. Pada campuran pereaksi yang heterogen, reaksi hanya terjadi pada bidang batas campuran. Bidang batas campuran inilah yang dimaksud dengan bidang sentuh. Dengan memperbesar luas bidang sentuh, reaksi akan berlangsung lebih cepat.

Fe 0,5 gram yang berbentuk lempengan lebih lama larut di dalam larutan H₂SO₄ 1 M. Hal ini disebabkan luas permukaan bidang sentuh lebih kecil membuat kemungkinan tumbukan efektif antarpartikel semakin sedikit, sehingga laju reaksi berlangsung lebih lambat. Konsentrasi larutan juga ikut memengaruhi kecepatan laju reaksi. Semakin kecil konsentrasi larutan, maka semakin sedikit jumlah partikel di dalamnya, sehingga semakin sedikit kemungkinan tumbukan efektif partikel yang menyebabkan laju reaksi berlangsung lambat.

Jadi berdasarkan data di atas, percobaan dan alasan yang paling tepat untuk mengetahui reaksi yang berlangsung paling lambat adalah percobaan 5, karena luas permukaan bidang sentuh kecil dan konsentrasi kecil (jumlah partikel sedikit).

Diketahui:

• Reaksi: 4NO₂(g) + O₂(g) $\rightarrow$ 2N₂O₅(g)
• Data percobaan

Ditanya:

Laju reaksi pada saat [NO₂] = 0,6 M dan [O₂] = 0,2 M

Dijawab:

Menentukan orde reaksi

Orde NO₂ → Pilih reaksi yang memiliki konsentrasi NO₂ berbeda dan O₂ sama → percobaan 1 dan 3.

$\ \frac{r_1}{r_3}=\frac{k\left[\text{NO}_2\right]_1^x\left[\text{ O}_2\right]_1^y}{k\left[\text{}\text{NO}_2\right]_3^x\ \left[\text{ O}_2\right]_3^y}$

$\ \frac{24}{96}=\frac{k\left[\text{0,2}\right]_{ }^x\left[\text{ 0,2}\right]^y}{k\left[\text{}\text{0,4}\right]_{ }^x\ \left[\text{0,2}\right]_{ }^y}$

$\ \frac{1}{4}=\frac{\left[\text{0,2}\right]_{ }^x}{\left[\text{}\text{0,4}\right]_{ }^x\ }$

$\left(\frac{1}{2}\right)^2=\left(\frac{1}{2}\right)^x$

$x=2$

orde NO₂ = 2

Orde O₂ → Pilih reaksi yang memiliki konsentrasi NO₂ sama dan O₂ berbeda→ percobaan 1 dan 2.

$\ \frac{r_1}{r_3}=\frac{k\left[\text{NO}_2\right]_1^x\left[\text{ O}_2\right]_1^y}{k\left[\text{}\text{NO}_2\right]_2^x\ \left[\text{ O}_2\right]_2^y}$

$\ \frac{24}{48}=\frac{k\left[\text{0,2}\right]_{ }^x\left[\text{ 0,2}\right]^y}{k\left[\text{}\text{0,2}\right]_{ }^x\ \left[\text{0,4}\right]_{ }^y}$

$\ \frac{1}{2}=\frac{\left[\text{0,2}\right]_{ }^y}{\left[\text{}\text{0,4}\right]_{ }^y\ }$

$\left(\frac{1}{2}\right)^1=\left(\frac{1}{2}\right)^y$

$y=1$

orde O₂ = 1

Persamaan laju : r = k [NO₂]² [O₂]

Mencari harga k

$\ r_{ }=k\left[\text{NO}_2\right]_{ }^2\left[\text{ O}_2\right]_{ }^{ }$

$24=k\left[0,2\right]^2\left[0,2\right]$

$k=\frac{24}{8\times10^{-3}}$

$k=3\times10^3$

Laju reaksi untuk percobaan ke-4, saat [NO₂] = 0,6 M dan [O₂] = 0,2 M

$r_{ }=k\left[\text{NO}_2\right]_{ }^2\left[\text{ O}_2\right]_{ }^{ }$

$r_{ }=3\times10^3\left[\text{0,6}\right]_{ }^2\left[\text{ 0,2}\right]_{ }^{ }$

$r_{ }=3\times10^3\times36\times10^{-2}\times2\times10^{-1}$

$r=216$

Maka laju reaksi untuk percobaan ke-4 adalah 216 M det^-1.

Diketahui:

• reaksi X + 2Y $\rightarrow$ 3Z
• data percobaan :

Ditanya:

tetapan laju (k)

Dijawab:

Satuan laju reaksi adalah M det^-1 → dari satuan laju dapat diketahui bahwa waktu berbanding terbalik dengan laju maka r = 1/t.

Untuk mencari orde X, bandingkan 2 percobaan yang memiliki konsentrasi X yang berbeda dan konsentrasi Y yang sama → Percobaan 2 dan 3

$\ \frac{r_2}{r_3}=\frac{k\left[\text{X}\right]_2^a\left[\text{ Y}\right]_2^b}{k\left[\text{}\text{X}\right]_3^a\left[\text{ Y}\right]_3^b}$

$\frac{\left(\frac{1}{160}\right)}{\left(\frac{1}{320}\right)}=\frac{\text{}k\left[0,25\right]_{ }^a\left[0,125\right]_{ }^b}{k\left[0,125\right]_{ }^a\left[0,125\right]_{ }^b}$

$\frac{320}{160}=\frac{\text{}\left[0,25\right]_{ }^a}{\left[0,125\right]_{ }^a}$

$\ 2=\text{}2^a\$

$\ 2^1=\text{}2^a\$

$a=1$

orde X = 1

Untuk mencari orde Y, bandingkan 2 percobaan yang memiliki konsentrasi X yang sama dan konsentrasi Y yang berbeda → Percobaan 1 dan 2

$\ \frac{r_1}{r_2}=\frac{k\left[\text{X}\right]_1^a\left[\text{ Y}\right]_1^b}{k\left[\text{}\text{X}\right]_2^a\left[\text{ Y}\right]_2^b}$

$\frac{\left(\frac{1}{40}\right)}{\left(\frac{1}{160}\right)}=\frac{\text{}k\left[0,25\right]_{ }^a\left[0,25\right]_{ }^b}{k\left[0,25\right]_{ }^a\left[0,125\right]_{ }^b}$

$\frac{160}{40}=\frac{\text{}\left[0,25\right]_{ }^b}{\left[0,125\right]_{ }^b}$

$\ 4=\text{}2^b$

$\ 2^2=\text{}2^b$

$b=2$

orde Y = 2

Persamaan laju → r = k [X] [Y]²

Berdasarkan persamaan laju yang diperoleh, cari harga k menggunakan data konsentrasi dari salah satu percobaan.

$r=k\left[\text{X}\right]\left[\text{Y}\right]^2$

$\frac{1}{40}=k\left[\text{0,25}\right]\left[\text{0,25}\right]^2$

$\frac{1}{40}=k\left[\text{0,25}\right]^3$

$k=\frac{1}{40}\times\frac{1}{\left(\frac{1}{4}\right)^3}$

$k=\frac{1}{40}\times4^3$

$k=\frac{1}{40}\times64$

$k=1,6$

Harga k untuk reaksi di atas adalah 1,6.

Diketahui :

• V = 4 liter
• mol awal gas HI = 4 mol
• mol gas HI setelah 10 detik = 2 mol
• t = 10 detik

Ditanya :

Laju reaksi penguraian gas HI dan laju reaksi pembentukan gas H₂

Dijawab :

Konsentrasi HI

$M_1=\frac{\text{mol}}{V\ \left(\text{Liter}\right)\ }=\ \frac{4\ \text{mol}}{4\text{ L}}=\ 1\ \text{mol}\text{ L}^{-1}$

$M_2=\frac{\text{mol}}{V\ \left(\text{Liter}\right)\ }=\ \frac{2\ \text{mol}}{4\text{ L}}=\ 0,5\ \text{mol}\text{ L}^{-1}$

Laju Penguraian HI setelah 10 detik

$r_{\text{HI}}=-\frac{\Delta\left[\text{HI}\text{}\right]}{\Delta t}\ \$

$r_{\text{HI}}=-\frac{0,5\ \text{mol}\text{ L}^{-1}-\ 1\ \text{mol}\text{ L}^{-1}}{10\ \det\ }\ =\frac{0,5\ \text{mol}\text{ L}^{-1}}{10\ \det}\ =\ 0,05\ \text{mol}\text{ L}^{-1}\ \det^{-1}$

Laju pembentukan H₂

2HI $\longrightarrow$ H₂ + I₂

$r_{\text{HI}}\ :\ r_{\text{H}_2}\ =\ 2\ :\ 1$

persamaan menjadi

$r_{\text{HI}}=2\ r_{\text{H}_2}\$

$r_{\text{H}_2}=\frac{0,05\ \text{mol}\text{ L}^{-1}\ \det^{-1}}{2}$

$r_{\text{H}_2}=\ 0,025\ \text{mol}\text{ L}^{-1}\ \det^{-1}$

Maka laju reaksi penguraian gas HI dan laju reaksi pembentukan gas H₂ adalah $0,05\ \text{mol}\text{ L}^{-1}\ \det^{-1}\text{dan }0,025\ \text{mol}\text{ L}^{-1}\ \det^{-1}$.