Orde Reaksi

Ketika aku membuat featured image untuk pos blog sebelumnya (Topik matematika apa saja yang harus dipelajari untuk memudahkan kimia?), aku mencoba untuk memasukkan perhitungan matematika yang mungkin ada dalam kimia. Ada satu topik dalam kimia yang menggunakan matematika dalam memahami dan menentukan rumusan konstantanya. Topik tersebut adalah topik kinetika.

PERHATIAN!

Jika kamu menghendaki tulisan ini, kamu bisa mengunduhnya dengan klik halaman unduhan, (klik) pada artikel blog. Mohon untuk tidak melakukan copy-paste.

Topik kinetika, tampaknya, merupakan topik yang agak advance bagi anak SMA pada umumnya. Sebab, berdasarkan kurikulum pelajaran kimia untuk anak SMA di Indonesia, kinetika dibahas dalam topik laju reaksi. Topik tersebut membahas tentang pengantar kinetika. Pos blog ini, aku tidak akan membahas pengantar untuk kinetika, namun aku akan membahas tentang orde reaksi. Orde reaksi ini merupakan bagian dari kinetika yang sedikit mendalam. Untuk berikutnya, mungkin aku akan membuat pengantar laju reaksinya.

Orde reaksi yang umum adalah orde 1 dan 2. Terdapat juga orde 3, namun kondisi itu hanya ada secara teori saja. Secara eksperimen, kondisi 3 partikel atau molekul yang bertumbuk sulit terjadi. Umumnya, dua molekul saling bertumbuk dahulu, bereaksi dan hasil reaksinya atau intermedietnya bertumbuk lagi dengan molekul lain. Meskipun terdapat 3 molekul yang bereaksi, secara proses, reaksi tetap berlangsung 2 molekul, tidak 3 molekul sekaligus.

Matematika yang terlibat untuk menyelesaikan laju reaksi ini adalah kalkulus. Kamu perlu memahami integral dan teknik pengintegralan. Selain itu, aljabar dan logaritma juga diperlukan untuk menyelesaikan permasalahan laju reaksi secara matematis. Sehingga untuk memahami secara mendalam bagaimana proses mendapatkan rumusannya, maka kamu perlu membuka kembali buku catatan matematikamu tentang topik-topik di atas.

Laju Reaksi Orde 1

Laju reaksi orde 1 dapat dikatakan bahwa hanya satu molekul yang mempengaruhi laju reaksi. Biasanya laju reaksi orde 1 ini melibatkan satu molekul. Contoh reaksi orde 1 adalah reaksi penguraian. Perhatikanlah reaksi berikut.

Reaksi tersebut pada t = 0 s, senyawa A konsentrasinya a mol L^-1. Pada t = t s, senyawa A konsentrasinya menjadi x. Secara matematis, laju reaksi dapat dituliskan sebagai berikut.

Telah diketahui bersama, bahwa laju reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi dari pereaksi. Sehingga laju reaksi dinyatakan sebagai r = k C_A. Persamaan di atas dapat diubah menjadi menjadi persamaan sebagai berikut.

Laju reaksi orde 1 merupakan turunan konsentrasi pereaksi terhadap waktu yang dikalikan negatif satu. Simbol negatif menyimbolkan berkurangnya pereaksi/dalam hal ini A, seiring bertambah waktu.

Laju Reaksi Orde 2

Berbeda dengan laju reaksi orde 1, laju reaksi orde 2 melibatkan dua molekul yang bereaksi dan mempengaruhi laju reaksinya. Sebagian besar reaksi kimia memiliki laju reaksi orde 2. Terdapat dua konsisi untuk laju reaksi orde 2 ini. Pertama, kondisi dua pereaksi memiliki konsentrasi awal yang sama dan perubahan konsentrasi pereaksi yang sama pula. Biasanya, kondisi seperti ini dianggap pereaksinya sama.

Berdasarkan reaksi tersebut, ekspresi matematika yang dapat dituliskan adalah sebagai berikut.

Sama seperti laju reaksi orde 1, laju reaksi orde 2 juga dipengaruhi oleh konsentrasi pereaksi. Ekspresi matematika dari laju reaksi tersebut adalah r = k C²_A. Kedua persamaan tersebut dapat dibentuk menjadi persamaan baru menjadi seperti ini.

Kita dapat menentukan nilai k menggunakan persamaan regresi linier, yaitu dengan melakukan variasi terhadap nilai t. Persamaan di atas perlu diubah, sehingga dapat memenuhi persamaan regresi linier.

Apabila kita bandingkan dengan persamaan umum garis lurus, y = mx + c, kita dapat mengetahui bahwa 1/a-x analog dengan variabel y, k analog dengan m, t analog dengan x dan 1/a analog dengan c.

Kondisi kedua, ketika konsentrasi kedua pereaksi berbeda. Reaksi kimia yang berlangsung sebagai berikut ini.

Berdasarkan reaksi kimia tersebut, ekspresi matematika untuk laju reaksinya adalah sebagai berikut ini.

Konsentrasi A dan B saling terkait, dengan demikian, integrasi antara persamaan dilakukan dengan memperhatikan perubahan konsentrasinya terhadapa waktu. Artinya, konsentrasi awal tetap diperhatikan namun untuk memudahkan penemuan nilai k dilakukan perubahan.

Kedua ruas terdapat tanda negatif. Kondisi ini disebabkan oleh berkurangnya nilai x, yaitu konsentrasi senyawa yang bereaksi, seiring berjalannya waktu. Konsentrasi dari A dan B juga berkurang dan mempengaruhi laju reaksi. Apabila kita selesaikan persamaan di atas, maka akan menghasilkan sebagai berikut ini.

Fungsi 1/[(a-x)(b-x)] perlu diubah, sebab fungsi tersebut sulit untuk diintegrasikan secara langsung. Apabila proses integrasi dilakukan tanpa mengubah fungsi tersebut, maka integrasinya akan terus menerus berlangsung tanpa ada akhir. Fungsi tersebut perlu diubah menjadi penjumlahan dua pecahan.

Dari pembilang, kita dapat menentukan nilai A dan B serta mengumpamakan nilai x = a dan x = b. Jika x = a, maka

Jika x = b, maka

Sehingga,

Penjumlahan tersebut disubstitusikan ke proses integrasi.

dengan metode substitusi, kita selesaikan suku pertama dari pengurangan dua integral itu. Kita misalkan:

Kemudian,

Kira-kira begitulah penjelasan tentang orde laju reaksi. Semoga tulisan ini bisa berguna dan bermanfaat, ya. Terima kasih sudah membaca.