Energi dan Laju Reaksi Kimia, IPA Kelas 9

Energi dan Laju Reaksi Kimia

Pada reaksi pembakaran pita magnesium yang telah kalian lakukan pada sub bab sebelumnya, apakah menurutmu ada energi yang dilepaskan atau dibutuhkan? Bagaimana kalian mengetahuinya?

1. Reaksi Eksotermik dan Endotermik

Banyak reaksi kimia yang menimbulkan perubahan energi. Perubahan energi dapat terjadi dalam bentuk panas, cahaya, maupun bunyi. Untuk mengetahui apakah suatu reaksi melepaskan atau membutuhkan panas, dapat diamati dari kenaikan atau penurunan suhu di sekitar reaksi.

Reaksi yang menghasilkan energi panas atau disebut sebagai reaksi eksotermik. Reaksi eksotermik ditandai dengan adanya kenaikan suhu di sekitar tempat terjadinya reaksi karena energi dikeluarkan.

Salah satu contoh reaksi eksotermik terjadi pada reaksi netralisasi, demikian pula saat kalian menyalakan korek api, pasti kalian dapat merasakan panas, bukan? Proses pembakaran ketika kalian menggunakan bahan bakar, minyak maupun gas, juga menghasilkan energi panas sehingga reaksi pembakaran juga merupakan reaksi eksotermik. Termasuk juga pembakaran magnesium yang terjadi sesuai persamaan reaksi berikut:

magnesium + oksigen → magnesium oksida + energi

Walaupun membutuhkan energi panas di awal agar reaksi mulai terjadi, namun energi yang dihasilkan dalam bentuk cahaya dan panas lebih besar, sehingga secara keseluruhan reaksi ini adalah reaksi eksotermik.

Dalam tubuh makhluk hidup selalu terjadi proses respirasi yang telah kalian pelajari pada saat kelas 8. Proses ini juga menghasilkan energi panas untuk menjaga tubuh kita tetap hangat. Dalam proses respirasi sel, terjadi reaksi kimia sebagai berikut:

Glukosa + oksigen → karbon dioksida + air + energi

Reaksi kimia yang membutuhkan energi panas disebut reaksi endotermik. Apabila reaksi endotermik terjadi saat kalian mereaksikan zat, maka kalian akan merasakan suhu gelas kimia menjadi lebih dingin karena reaksi kimia yang terjadi mengambil panas dari sekitarnya sehingga suhu sekitarnya mengalami penurunan.

Pada suatu kecelakaan di lapangan, para atlet biasanya diberikan chemical cold pack atau kompres dingin yang berisi ammonium nitrat, NH₄NO₃.

Senyawa ini bersama terkandung dalam kantong plastik yang telah dikemas. Namun ammonium nitrat dan air dipisahkan oleh suatu tabung tipis.

Saat kamu meremas kantong ini tabung itu patah sehingga terjadi reaksi antara ammonium nitrat dengan air, yang membutuhkan panas sehingga membuat kantong menjadi dingin lalu digunakan untuk mengompres.

Reaksi endotermik yang sangat penting bagi kehidupan adalah fotosintesis. Seperti telah kalian ketahui, tumbuhan adalah makhluk hidup yang bersifat autotrof yang memproduksi sendiri makanannya dalam bentuk glukosa. Sebagai makhluk heterotrof, hewan dan manusia memperoleh makanan dari tumbuhan. Keistimewaan tumbuhan adalah memiliki zat hijau daun atau klorofil yang dapat menyerap energi dari matahari. Tanpa klorofil, reaksi fotosintesis tidak dapat terjadi. Apabila tidak ada reaksi fotosintesis maka hewan dan manusia tidak dapat memperoleh glukosa. Tidak hanya menghasilkan makanan, dalam proses fotosintesis tumbuhan bahkan memanfaatkan karbon dioksida yang merupakan zat buangan dalam proses respirasi.

Dari proses fotosintesis dihasilkan oksigen yang dapat kita hirup saat pernapasan. Jadi manfaat adanya tumbuhan sangat besar bagi kelangsungan kehidupan. Karena itulah kita perlu menjaga tumbuhan di sekitar kita dengan tidak menebang pohon sembarangan, merawat, dan ikut menanam berbagai tumbuhan hijau. Reaksi fotosintesis adalah sebagai berikut:

Karbon dioksida + air + energi → glukosa dan oksigen atau:

6CO₂ + 6H₂O + energi → C₆H₁₂O₆+ 6O₂

2. Laju Reaksi Kimia

Suatu reaksi kimia dapat berjalan apabila ada tumbukan antara atom-atom pereaksi dan energi yang cukup untuk memulai reaksi tersebut. Energi dapat diperoleh dari tumbukan antara partikel.

Energi ini disebut sebagai energi aktivasi, yaitu energi minimum yang diperlukan untuk memulai suatu reaksi kimia. Simbol untuk energi aktivasi adalah Ea. Reaksi dapat mulai berjalan hanya jika energi aktivasi telah dicapai. Seperti telah kalian ketahui dalam suatu reaksi kimia, ketika pereaksi bertumbukan maka akan terbentuk produk. Jadi semakin lama suatu reaksi berjalan, makin sedikit zat pereaksinya (karena sudah berubah menjadi produk) dan karena itu makin lama reaksi, makin banyak produknya.

Laju reaksi didefinisikan sebagai perubahan banyaknya pereaksi yang berkurang dalam rentang waktu tertentu atau bisa juga berarti: perubahan pada banyaknya produk yang bertambah dalam selang waktu tertentu. Dengan kata lain, laju reaksi adalah perubahan jumlah pereaksi atau produk dalam selang waktu tertentu. Reaksi kimia antara magnesium dan asam nitrat yang telah kalian lakukan pada subbab 5.2 berjalan lebih lambat dibandingkan dengan reaksi pada kembang api yang sangat cepat. Reaksi kimia ada yang berjalan cepat dan juga ada yang lebih lambat. Perkaratan pada besi juga terjadi dalam jangka waktu yang panjang, namun membakar kayu dapat berlangsung sangat cepat.

Mengapa penting untuk belajar laju reaksi?

Dalam skala industri, pasti kita ingin reaksi berjalan cepat supaya tidak buang-buang energi. Kalau reaksinya lama maka akan membutuh energi yang lebih banyak, artinya biaya produksi tinggi, yang berakhir pada meningkatnya harga produk yang dijual pada konsumen. Padahal kalau produk mahal, susah bersaing di pasaran. Jadi dengan mempelajari faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi, kita bisa mempercepat reaksi yang berjalan lambat dan memperlambat reaksi-reaksi berbahaya, contohnya: pada mobil yang sedang berjalan, sebenarnya ada gas beracun yang dihasilkan, para ahli menambahkan katalis yang mempercepat reaksi yang mengubah gas-gas beracun menjadi gas tidak beracun. Kalau reaksinya tidak dibuat cepat, kita bisa menghasilkan terlalu banyak gas beracun di udara.

Efek rumah kaca akan makin buruk. Ini contoh reaksi yang dipercepat. Namun ada juga reaksi yang diperlambat, misalnya agar makanan tidak cepat basi kita letakkan di kulkas agar pembusukan oleh bakteri diperlambat. Lakukanlah aktivitas berikut ini untuk menyelidiki waktu reaksi antara kapur dengan asam asetat.

3. Faktor-Faktor yang Memengaruhi Laju Reaksi Kimia

Ada empat faktor yang mempengaruhi laju rekasi kimia, yaitu:

a. Suhu

Coba bayangkan kalian berada di tempat yang dingin. Pasti kita ingin selalu dalam kamar yang hangat, kalau bisa di bawah selimut supaya tetap hangat. Gerakan kalian menjadi terbatas karena kedinginan. Sebaliknya, jika ada di tempat yang panas, kita jadi lebih semangat beraktivitas. Atau kalau kita dalam keadaan lapar, pasti kita kurang semangat olahraga.

Tapi setelah ada asupan makanan, kita jadi semangat.

Nah, begitu juga dengan partikel-partikel pereaksi, jika diberi suhu yang panas, sebagai salah satu bentuk energi, maka partikelnya punya energi yang lebih tinggi untuk bergerak. Apabila partikel lebih sering dan cepat bergerak, maka tumbukan antar partikel makin sering terjadi. Ini berarti frekuensi tumbukan antar partikel lebih tinggi. Bukan itu saja, coba bayangkan dua mobil yang bergerak dengan kecepatan pelan, sekitar 20 km/jam saling tabrakan, apa yang akan terjadi? Bayangkan pula apa yang akan terjadi jika mobil-mobil yang bertabrakan itu keduanya sedang dalam kecepatan tinggi. Pasti bunyi dan kerusakan yang dihasilkan lebih dahsyat.

Artinya jika partikel-partikel bergerak cepat karena suhu tinggi lalu bertumbukan, maka energi yang dihasilkan akan jauh lebih besar dibandingkan pada suhu rendah. Sebagai contoh, suatu reaksi memiliki Ea 700 J, partikel-partikel pereaksi yang bertumbukan masing-masing memiliki energi 400 J dan 500 J. Dengan kuantitas energi seperti itu, pastilah energi hasil tumbukan akan lebih besar daripada Ea 700 J dan produk reaksi pun akan lebih cepat dihasilkan. Berbeda halnya jika energi pereaksi rendah, misal 100 J dan 200 J, tentu akan lebih sulit mencapai Ea 700 J seperti contoh reaksi sebelumnya. Produk reaksi pun akan lebih lama dihasilkan.

b. Banyaknya Zat Pereaksi

Pada suatu ruangan kelas ukuran normal ada 50 orang siswa, di kelas lain yang berukuran sama hanya berisi 10 orang. Apabila di kedua kelas itu semua siswa bergerak, di kelas mana lebih memungkinkan terjadinya tabrakan? Dalam suatu larutan yang memiliki lebih banyak partikel (larutan berkonsentrasi tinggi), tumbukan akan lebih banyak terjadi sehingga reaksi akan berjalan lebih cepat.

Kebalikannya pada larutan dengan konsentrasi rendah terdapat lebih sedikit partikel, kemungkinan terjadinya tumbukan lebih rendah sehingga reaksi berjalan lambat.

c. Luas Permukaan

Suatu sore kita akan membuat kolak manis memakai gula aren atau gula merah atau gula lempeng.

Jika kita masukkan langsung satu bongkah gula berbentuk bulat itu ke dalam air, pasti lebih susah larut dibandingkan kalau gula itu sudah kita potong kecil-kecil dulu. Dengan ukuran gula yang besar berarti luas permukaan gula untuk kontak dengan air sebagai pelarut lebih sedikit. Sedangkan gula yang sudah terpotong-potong, meski ukurannya lebih kecil tapi luas permukaannya lebih besar.

Perlu kalian ingat bahwa luas permukaan tidak sama dengan ukuran partikel. Untuk membantu kita, coba bayangkan kamu melihat suatu rumah yang besar dari luarnya. Berapa banyak pintu masuk yang bisa kamu temui untuk masuk ke dalam rumah itu? 1, 2, mungkin paling banyak 3.

Sekarang bayangkan seandainya kita potong-potong rumahnya sehingga setiap ruangan dalam rumah tersebut terpisah-pisah, sekarang ada berapa banyak pintu yang bisa kamu temui? Lebih banyak kan?

Nah anggaplah pintu tersebut adalah area untuk kontak supaya terjadi tumbukan. Ukuran ruangan memang lebih kecil dari ukuran rumah tapi area atau tempat untuk kontak akan semakin banyak. Ini yang disebut sebagai luas permukaan. Lebih banyak sisi yang tersedia untuk kontak atau bertumbukan antara zat pereaksi bila ukuran partikel lebih kecil.

Jadi makin besar luas permukaan suatu zat pereaksi, maka makin mudahlah reaksi itu terjadi, dengan demikian laju reaksi makin tinggi. Karena itulah, biasanya kamu atau ibumu menambahkan garam pada masakan dalam bentuk bubuk (luas permukaan atau area kontak) bukan dalam bentuk balok.

d. Penambahan Katalis

Katalis istimewa karena dapat memberikan jalur reaksi lain yang energi aktivasinya lebih rendah tanpa adanya katalis. Semacam jalan pintas sehingga energi yang dibutuhkan untuk bereaksi lebih sedikit, sehingga reaksi akan berjalan lebih cepat.

Katalis biasanya bereaksi dulu dengan pereaksi lalu dilepaskan kembali ketika produk sudah terbentuk, jadi katalis bisa diperoleh kembali setelah suatureaksi terjadi. Hemat, bukan? Karena itulah katalis sering sekali dimanfaatkan dalam industri, misalnya dalam pembuatan pupuk terdapat proses produksi ammonia dari gas nitrogen dan hidrogen. Proses ini dipercepat dengan menggunakan katalis besi.

Sedangkan dalam produksi asam sulfat sering digunakan katalis vanadium oksida, V₂O₅.

Katalis juga berperan penting dalam proses biologi, khususnya dalam tubuh manusia. Bentuk katalis biologi itu adalah enzim. Nah kamu pasti ingat berbagai enzim yang membantu pencernaan sesuai yang telah kamu pelajari pada saat di kelas.

Share this post