LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA PERSAMAAN ARRHENIUS DAN ENERGI AKTIVASI OLEH : KELOMPOK III Nama : Rifqi Munip (061330401022) Riska (061330401023) Sarah Swasti Putri (061330401024) Siti Nurjanah (061330401025) Tri Utami Putri (061330401026) Vinta Mefisa (061330401027) Kelas : 2KD Dosen Pembimbing: Ir. Nyayu Zubaidah, M.Si. POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA 2014
LAPORAN PERSAMAAN ARRHENIUS DAN ENERGI AKTIVASI 1. TUJUAN PERCOBAAN 1. Mahasiswa dapat mengetahui pengaruh suhu terhadap laju reaksi. 2. Mahasiswa dapat menghitung energi aktivasi (Ea) dari hasil pengamatan dengan menggunakan persamaan Arrhenius. 2. DASAR TEORI Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan oleh suatu reaksi kimia agar dapat berlangsung. Energi aktivasi memiliki simbol Ea dengan E menotasikan energi dan a yang ditulis subscribe menotasikan aktivasi. Kata aktivasi memiliki makna bahwa suatu reaksi kimia membutuhkan tambahan energi untuk dapat berlangsung. Dalam reaksi endoterm, energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan dan sebagainya disuplai dari luar sistem. Pada reaksi eksoterm, yang membebaskan energi, ternyata juga membutuhkan suplai energi dari luarbuntuk mengaktifkan reaksi tersebut (Castellan GW. 1982). Istilah energi aktifasi (Ea) pertama kali diperkenalkan oleh Svante Arrhenius dan dinyatakan dalam satuan kilojule per mol. Terkadang suatu reaksi kimia membutuhkan energi aktivasi yang teramat sangat besar, maka dari itu dibutuhkan suatu katalis agar reaksi dapat berlangsung dengan pasokan energi yang lebih rendah. Jika terdapat suatu reaksi reaktan menjadi produk, maka jika reaksi diatas berlangsung secara eksoterm. Persamaan Arrhenius mendefisinkan secara kuantitatif hubungan antara energi aktivasi dengan konstanta laju reaksi, dimana A adalah faktor frekuensi dari reaksi, R adalah konstanta universal gas, T adalah temperatur dalam Kelvin dan k adalah konstanta laju reaksi. Dari persamaan diatas dapat diketahui bahwa Ea dipengaruhi oleh temperatur (Atkins PW. 1999).
Dalam kinetika, suatu reaksi berlangsung melalui beberapa tahap. Diawali dengan tumbukan antar partikel reaktan. Setelah reaktan bertumbukan, maka akan terjadi penyusunan ulang ikatan dalam senyawa reaktan menjadi susunan ikatan yang berbeda ( membentuk senyawa produk ) (Castellan GW. 1982). Dalam penyusunan ini, akan ada pemutusan ikatan dan pembentukan ikatan yang baru, yang membutuhkan sejumlah energi. Ketika beberapa ikatan reaktan putus dan beberapa ikatan baru terbentuk, tercapailah suatu keadaan dimana dalam sistem terdapat sejumlah reaktan dan produk. Keadaan ini kita sebut sebagai transisi kompleks. Dalam keadaan transisi kompleks, memiliki campuran antara produk dan reaktan yang cenderung kurang stabil, karena produk yang terbentuk dapat membentuk reaktan kembali. Keadaan ini memiliki energi yang cukup tinggi, karena sistem tidak stabil (Vogel. 1994) Proses untuk mencapai keadaan transisi kompleks membutuhkan energi yang disuplai dari luar sistem. Energi inilah yang disebut dengan energi aktivasi. Pada reaksi endoterm ataupun eksoterm, keduanya memiliki energi aktivasi yang positif, karena keadaan transisi kompleks memiliki tingkat energi yang lebih tinggi dari reaktan. Pada tahun 1889 Arrhenius mengusulkan sebuah persamaan empirik yang menggambarkan pengaruh suhu terhadap konstanta laju reaksi. Persamaan yang diusulkan adalah : K = konstanta laju reaksi A = faktor freakuensi Ea = energi aktivasi Persamaan tersebut dalam bentuk logaritma dapat ditulis :
Persamaan tersebut analog dengan persamaaan garis lurus, yang sering disimbolkan dengan y = mx +c, maka hubungan antara energi aktivasi suhu dan laju reaksi dapat dianalisis dalam bentuk grafik ln k vs 1/T dengan gradien (Ea/RT) dan intersep ln A. Jika suatu reaksi memiliki reaktan dengan konsentrasi awal adalah a, dan pada konsentrasi pada waktu t adalah a-x, maka dapat ditulis dalam persamaan : Setelah reaksi berlangsung 1/n bagian dari sempurna, x=a/n dan Beberapa faktor yang mempengaruhi energi aktivasi adalah sebagai berikut : 1. Suhu Fraksi molekul-molekul mampu untuk bereaksi dua kali lipat dengan peningkatan suhu sebesar 10oC. hal ini menyebabkan laju reaksi berlipat ganda. 2. Faktor frekuensi Dalam persamaan ini kurang lebih konstan untuk perubahan suhu yang kecil. Perlu dilihat bagaimana perubahan energi dari fraksi molekul sama atau lebih dari energi aktivasi 3. Katalis Katalis akan menyediakan rute agar reaksi berlangsung dengan energi aktivasi yang lebih rendah. (Atkins PW. 1999)
3. ALAT DAN BAHAN 1. Alat a. Rak tabung reaksi 1 buah b. Tabung reaksi 4 buah c. Gelas piala 600 ml 1 buah d. Pipet ukur 10 ml 1 buah e. Stopwatch 1 buah f. Bola karet 1 buah g. Termometer 100 C 2 buah h. Labu takar 100 ml 3 buah i. Spatula 2 buah j. Batang pengaduk 2 buah k. Pipet tetes 3 buah 2. Bahan a. Larutan Na 2 S 2 O 8 atau H 2 O 2 0,04 M b. Larutan KI 0,1 M c. Larutan Na 2 S 2 O 3 0,001 M d. Larutan amilum / kanji 1% e. Es batu secukupnya f. Aquadest secukupnya
4. LANGKAH KERJA a. Menyiapkan sistem sesuai yang tertera di bawah ini : - Tabung 1 berisi 5 ml H 2 O 2 dan 5 ml air - Tabung 2 berisi 10 ml KI, 1 ml Na 2 S 2 O 3 dan 1 ml amilum b. Meletakkan kedua tabung reaksi dalam gelas piala 600 ml yang berisi air sesuai dengan suhu pengamatan, sampai masingmasing tabung 1 dan tabung 2 suhunya sama sesuai dengan suhu pengamatan, untuk suhu pengamatan 0o-20oC dilakukan dengan bantuan es.
ln K 5. DATA PENGAMATAN No Rerata suhu ( K ) 1/T K Ln K 1 312 0,0032 0,0199-3,9131225 2 308 0,00325 0,0125-4,383126 3 303,5 0,0033 7,683. 10-3 -4,868633 4 299 0,00335 4,994. 10-3 -5,2994168 5 293,5 0,0034 1,8847. 10-3 -6,2739765 No Suhu awal tabung 1 Suhu awal tabung 2 Suhu awal campuran Suhu akhir campuran (K) Rerata suhu ( K) Waktu reaksi ( s) 1 313 313 313 311 312 5 2 308 308 308 308 308 8 3 303 303 303 304 303,5 13 4 298 298 298 300 299 20 5 293 293 293 294 293,5 53 Grafik 1/T Vs ln K Grafik 1/T Vs ln K 0 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335 0.0034 0.00345-1 -2-3 1/T Vs ln K Linear (1/T Vs ln K) -4-5 -6-7 1/T ( K ) y = -11276x + 32.263 R² = 0.9697
6. PERHITUNGAN a. Menghitung konsentrasi Mgrek H 2 O 2 = M X V X Val = 0,04M X 5 ml X 2 = 0,4 mgrek Mgrek KI = M X V X Val = 0,1M X 10 ml X 1 = 1 mgrek Mgrek Na 2 S 2 O 3 = M X V X Val = 0,001 M X 1 Ml X 1 = 0,001 mgrek ( reaksi pembatas ) Mgrek H 2 O 2 bereaksi = mgrek Na 2 S 2 O 3 [H 2 O 2 ] awal = M.V Vtotal = 0,04M X 5 ml 22 ml = 0,0091 M [H 2 O 2 ] akhir = 0,04M 2 X 22 = 9,09. 10-4 M b. Menghitung nilai K K = [H 2 O 2 ] bereaksi [H 2 O 2 ] awal X t t = 5 s ; K= 9,09. 10-4 M = 0,019978022 0,0091 M X 5 t = 8 s ; K = 9,09. 10-4 M = 0,012486264 0,0091 M X 8
t = 13 s ; K = 9,09. 10-4 M = 0,007683855 0,0091 M X 13 t = 20 s ; K = 9,09. 10-4 M = 0,004994505 0,0091 M X 20 t = 53 s ; K = 9,09. 10-4 M = 0,001884719 0,0091 M X 53 c. Menghitung nilai 1/T T = 312K ; 1/T = 1/312 = 0,003205128 T = 308K ; 1/T = 1/308 = 0,003246753 T = 303,5K ; 1/T = 1/303,5 = 0,003294893 T = 299K ; 1/T = 1/299 = 0,003344482 T = 293,5K ; 1/T = 1/293,5 = 0,003407155 d. Menghitung Ea y = -11276x + 32,263 m = -11276 ln K = - Ea/RT + ln A m = - Ea/R Ea = - (m X R) = - (-11276 x 8,314) = 93,748664 KJ/mol
7. ANALISIS PERCOBAAN Dari percobaan persamaan arrhenius dan energi aktivasi dilakukan dengan cara mereaksikan antara larutan H 2 O 2 yang diencerkan dengan aquadest pada tabung 1 dan pada tabung 2 yang terdiri dari campuran larutan KI, Na 2 S 2 O 3, dan larutan kanji. Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh suhu terhadap laju reaksi dan menghitung energi aktivasi menggunakan persamaan arrhenius. Tabung 1 dan tabung 2 dimasukkan ke dalam gelas kimia yang berisi batu es bercampur aquadest, sebelumnya suhu pada tabung 1 dan tabung 2 harus disamakan terlebih dahulu. Setelah itu kedua tabung tersebut mempunyai suhu yang sama, selanjutnya tabung 1 dicampurkan dengan tabung 2 dan mencatat waktu yang diperlukan untuk mengubah campuran putih menjadi campuran biru. Dari percobaan diperoleh waktu yang diperlukan untuk menjadi campuran berwarna biru yaitu 5 s, 8 s, 13 s, 20 s, dan 53 s. Perubahan suhu mempengaruhi laju K. Jika suhu dinaikkan maka harga K akan meningkat dan sebaliknya. Dari harga K maka akan dapat dihitung energi aktivasi. Faktor yang mempengaruhi energi aktivasi yaitu suhu, faktor frekuensi dan katalis. Semakin kecil harga ln K maka harga 1/T semakin besar. Karena komposisi campuran pada tabung 1 dan tabung 2 salah, akhirnya campuran yang terbentuk tidak dapat berubah warna menjadi biru. 8. KESIMPULAN Dari percobaan yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1. Peningkatan suhu pada rentang 20-40 C ternyata mempercepat laju reaksi. 2. Energi aktivasi (Ea) reaksi sebesar 93,748664 KJ/mol. 9. DAFTAR PUSTAKA Jobsheet. Penuntun Praktikum Kimia Fisika. 2014. Palembang : Politeknik Negeri Sriwijaya.
10. PERTANYAAN 1. Apa yang dimaksud dengan energi aktivasi? Jawab Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan oleh suatu reaksi kimia agar dapat berlangsung. Kata aktivasi memiliki makna bahwa suatu reaksi kimia membutuhkan tambahan energi untuk dapat berlangsung. 2. Bagaimana pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi? Jawab. Fraksi molekul molekul mampu untuk bereaksi dua kali lipat dengan peningkatan suhu sebesar 10 C. Hal ini menyebabkan laju reaksi berupa ganda. 3. Kesalahan dan penyimpanan apa yang diperbuat selama percobaan? Jawab. Jika suhu di atas 40 C maka amilum yang ada pada larutan akan rusak, sehingga ion iodida yang terbentuk dari perubahan iodium tidak dapat terdeteksi dengan baik. 4. Buatlah cara penyelesaiannya? Jawab. Praktikan harus benar benar mendalami materi. Untuk itu larutan yang digunakan sebaiknya adalah larutan yang baru dibuat. Suhu yang digunakanpun harus lebih kecil dari 40 C untuk menghindari terjadinya penyimpangan.
11. GAMBAR ALAT PIPET UKUR BOLA KARET SPATULA GELAS KIMIA GELAS UKUR LABU TAKAR
PENGADUK PIPET TETES CORONG GELAS NERACA ANALITIK TABUNG REAKSI TERMOMETER