Laporan Kimia Fisika Persamaan Arrhenius dan Energi Aktivasi

PERSAMAAN ARRHENIUS DAN ENERGI AKTIVASI

Nur Jannatu Na’imah, Jarot Mustika Aji, Mentari Nur Rizkyawati

Lab. Kimia Fisika Jurusan Kimia Universitas Negeri Semarang

Gedung D8 Lt 2 Sekaran Gunungpati Semarang 50229, Indonesia

karumeenaima@gmail.com, 085724001630

Abstrak

Pada praktikum persamaan Arrhenius dan energi aktivasi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap laju reaksi dan untuk menentukan energi aktivasi dengan menggunakan persamaan Arrhenius.  Metode yang digunakan pada percobaan ini dengan membuat sistem dengan variasi suhu 14 ⁰C, 17 ⁰C, 20 ⁰C, 25 ⁰C, 30 ⁰C, dan 35 ⁰C kemudian mengukur suhu masing-masing tabung diusahakan suhu kedua tabung tersebut sama. Selanjutnya mengukur waktu reaksi dan suhunya ketika kedua larutan dicampurkan sampai membentuk larutan berwarna biru untuk pertama kalinya. Data yang diperoleh berupa suhu campuran, rerata suhu dan waktu reaksi. Grafik yang diperoleh dari hasil percobaan ini didapatkan grafik linier yang mengggambarkan hubungan antara 1 / T dengan ln K dengan persamaan y = -33,05x – 3,591. Dari pengamatan dan perhitungan yang telah dilakukan diperoleh Ea = -274,7777 J/mol, ln A = - 3,591 dan A = 0,02757.

. Dari hasil percobaan disimpulkan bahwa semakin suhunya naik maka waktu yang diperlukan untuk bereaksi adalah semakin sedikit atau suhu berbanding terbalik dengan waktu. Temperatur berpengaruh pada laju reaksi, jika suhu semakin tinggi maka laju reaksi akan semakin cepat.

            Kata kunci : energi aktivasi; laju reaksi; temperatur (suhu).

Abstract

In the lab the Arrhenius equation and the activation energy was aimed to determine the effect of temperature on the reaction rate and to determine the activation energy using the Arrhenius equation . The method used in this experiment by creating systems with variations in temperature of 14 ⁰C, 17 ⁰C, 20 ⁰C, 25 ⁰C, 30 ⁰C, and 35 ⁰C , and then measure the temperature of each tube cultivated both tubes are the same temperature . The next measure reaction time and temperature when the two solutions are mixed to form a blue solution for the first time . Data obtained in the form of a mixture of temperature , the mean temperature and reaction time . Graphs obtained from the experimental results obtained linear graph that depicts the relationship between 1 / T and ln K with the equation y = -33,05x – 3,591. Of observations and calculations have been done obtained Ea = -274,7777 J / mol , ln A = -3,591 and  A = 0,02757 . From the experimental results concluded that the temperature rise, the time it takes to react is getting little or temperature is inversely proportional to time . Temperature effect on the reaction rate , if the temperature is higher then the reaction rate will be faster .

Keywords : activation energy ; reaction rate ; temperature ( temperature ) .

1.    PENDAHULUAN

1.1     Latar Belakang

Proses untuk mencapai keadaan transisi kompleks membutuhkan energi yang disuplai dari luar sistem. Energi inilah yang disebut dengan energi aktivasi (dalam kimia, disebut juga sebagai energi permulaan). Pada reaksi endoterm ataupun eksoterm, keduanya memiliki energi aktivasi yang positif, karena keadaan transisi kompleks memiliki tingkat energi yang lebih tinggi dari reaktan. (Castellan : 1982)

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. (Vogel,1994).

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 luar untuk mengaktifkan reaksi tersebut. (Atkins,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 ). (Vogel : 1994)

1.2  Landasan Teori

Persamaan Arrhenius mendefisinkan secara kuantitatif hubungan antara energi aktivasi dengan konstanta laju reaksi  sesuai dengan persamaan yang diusulkan oleh arrhenius pada tahun 1889 :

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. (Tim Dosen Kimia Fisik : 2013)

Jika suatu reaksi orde 1 memiliki reaktan dengan konsentrasi awal adalah a, dan konsentrasi pada waktu t adalah a-x, maka dapat ditulis dalam persamaan :

Setelah reaksi berlangsung 1/n bagian dari sempurna, x=a/n dan

(Atkins : 1999)

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. Istilah energi aktivasi (Ea) pertama kali diperkenalkan oleh Svante Arrhenius dan dinyatakan dalam satuan kilojoule per mol (Vogel,1994).

Beberapa faktor yang mempengaruhi energi aktivasi adalah sebagai berikut :

1.   Suhu

Fraksi molekul-molekul mampu untuk bereaksi dua kali lipat dengan peningkatan suhu sebesar 10^oC. 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.                                                        (Castellan : 1982)

1.3     Tujuan Praktikum

Dalam percobaan persamaan Arrhenius dan energi aktivasi bertujuan untuk mempelajari pengaruh  suhu terhadap laju reaksi dan menghitung energi aktivasi (Ea) dengan menggunakan persamaan Arrrhenius.

2.   METODE

2.1  Alat dan Bahan

Alat yang digunakan adalah rak tabung reaksi, tabung reaksi 12 buah, gelas piala 600 ml 1 buah, beaker glass 50 ml 2 buah, pipet ukur 10 ml dan 5 ml masing masing 1 buah, pipet volume 10 ml dan 5 ml masing masing 1 buah, pipet tetes 5 buah, stopwatch dan termometer 2 buah. Sedangkan bahan yang digunakan adalah larutan H₂O₂ 0,04 M, KI 0,1 M, NaS₂O₃ 0,001 M, Amilum 1%, es batu dan aquades.

2.2  Cara Kerja

Prosedur yang dilakukan pada percobaan ini terdapat beberapa tahapan. Tahap pertama menyiapkan empat buah sistem untuk variasi suhu 0 – 40 ⁰C. Kemudian mengisi pada tabung I dengan 5 ml H₂O₂ dan  5 ml H₂O. Sedangkan untuk tabung II diisi dengan larutan KI 10 ml, Na₂S₂O₃ 1 ml, dan larutan amilum 1 ml. Selanjutnya kedua tabung reaksi diletakkan dalam gelas piala yang berisi air sesuai suhu pengamatan. Pada kelompok kami menggunakan suhu pengamatan pertama 14 ⁰C. Pada suhu ini menggunakan bantuan air es. Suhu pada tabung I dan tabung II harus sama pada saat diletakkan ke dalam gelas piala. Setelah suhu kedua tabung sama, mencampurkan isi tabung kemudian menjalankan stopwatch untuk mengukur suhu campuran tampak warna biru keunguan yang pertama kalinya. Melakukan prosedur yang sama untuk variasi suhu 17 ⁰C , 20 ⁰C , 25 ⁰C , 30 ⁰C dan 35 ⁰C.      

2.3 Variabel Pengamatan

Variabel yang digunakan dalam percobaan persamaan arrhenius dan energi aktivasi yaitu :

1.      ln K merupakan konstanta laju reaksi yang diperoleh dari persamaan Arrhenius dalam bentuk logaritma.

2.       merupakan rerata suhu yang diperoleh dari suhu sebelum dan sesudah tampak warna biru dari kedua larutan setelah dicampurkan. Variabel  dapat dihitung dari persamaan Arrhenius:

Keterangan :          K = konstanta laju reaksi

                              A = faktor frekuensi

                  Ea = energi aktivasi

Persamaan tersebut dalam bentuk logaritma dapat ditulis :

3.  HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1    Analisis Data

Dari percobaan yang telah dilaksanakan diperoleh data sebagai berikut :

v Suhu kamar : 28 ⁰C

v Suhu campuran air dan es : 11 ⁰C

No.	Suhu awal oC			Suhu akhir campuran (⁰C)	Rata-rata suhu (⁰C)	Waktu reaksi (s)
	Tabung 1	Tabung 2	Campuran
1.	14	14	14	20	17	23 detik
2.	17	17	17	24	20,5	20 detik
3.	20	20	20	24	22	18 detik
4.	25	25	25	26	25,5	12 detik
5.	30	30	30	30	30	11 detik
6.	35	35	35	36	35,5	9 detik

mgrek H₂O₂                             = M . V . val

                                                = 0,04 x 5 x 2 = 0,4 mgrek

mgrek KI                                 = M . V . val

                                                = 0,1 x 10 x 1 = 1 mgrek

mgrek Na₂S₂O₃                       = M . V . val

                                                = 0,001 x 1 x 1 = 0,001 mgrek (pereaksi pembatas)

Mgrek H₂O₂ yang bereaksi     = mgrek Na₂S₂O₃

                                                    M

No.	Rata-rata suhu (⁰C)	1/T (sumbu x)	Ln K (sumbu y)
1.	17		-5,439
2.	20,5		-5,299
3.	22		-5,194
4.	25,5		-4,788
5.	30		-4,701
6.	35,5		-4,500

1.        Menghitung nilai ln K

a.       t = 23  s

   ; ln K = -5,439

b.      t = 20 s

; ln K = -5,299

c.       t = 18 s

; ln K = -5,194

d.      t = 12 s

; ln K= -4,788

e.       t = 11 s

; ln K = -4,701

f.       t = 9 s

; ln K= -4,500

2.        Menghitung nilai 1/T

a.       T = 17^oC

b.      T = 20,5^oC

c.       T = 22^oC

d.      T = 25,5 ^oC

e.       T = 30^oC

f.       T = 35,5 ^oC

Dari data diatas, didapatkan grafik seperti dibawah ini :

Persamaan Ea

Dari kurva diperoleh persamaan                      

   

Maka

                       0,02757

a.         Pembahasan

Pada percobaan Arrhenius dan energi aktivasi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap laju reaksi dan dapat menghitung energi aktivasi dari data hasil percobaan yang didapat dengan menggunakan persaman Arrhenius.

Pada percobaan ini dilakukan variasi untuk suhu yang digunakan antara 20 – 40⁰C. untuk suhu 20⁰C menggunakan bantuan es. Petama menyiapkan dua buah tabung reaksi untk setiap variasi suhu. Tabung pertama diisi dengan mencampurkan antara larutan H₂O₂ dan H₂O. Sedangkan untuk tabung kedua diisi dengan KI, Na₂S₂O₃ dan larrutan amilum. Suhu pada sistem yang ada pada tabung 1 dan tabung 2 disamakan terlebih dahulu. Setelah suhu masing-masing tabung sama lalu mencampurkan kedua larutan hingga terbentuk warna biru untuk pertama kalinya dan mencatat waktunya dengan stopwatch. Waktu ketika terjadi perubahan warna ini yang digunakkan sebagai waktu reaksi. Waktu reaksi ini digunakan untuk menghitung nilai K dan ln K, serta suhu campuran yang terbentuk akan digunakan untuk menghitung 1 / T dengan menggunakan persamaan Arrhenius. Setelah memperoleh harga dari masing-masing variabel dapat diperoleh suatu grafik persamaan Arrhenius dengan hubungan antara 1/ T pada sumbu x dan ln K pada sumbu Y.

Penambahan larutan H₂O₂ berfungsi sebagai oksidator, yaitu mengubah I^- menjadi I₂. I^- kemudian berikatan dengan Na₂S₂O₃ yang berfungsi sebagai reduktor, I₂ berubah kembali menjadi I^- yang selanjutnya berikatan dengan larutan amilum. Larutan amilum dalam percobaan ini digunakan sebagai indikator adanya I₂. I₂ akan bereaksi dengan amilum setelah Na₂S₂O₃ pada campuran habis bereaksi dan hal ini dijadikan sebagai waktu akhir reaksi, waktu dimana muncul warna biru pertama kali (waktu awal reaksi saat kedua tabung dicampur). Larutan amilum yang digunakan dibuat sesaat sebelum percobaan karena larutan ini mudah rusak. H₂O₂ berfungsi sebagai oksidator yang akan menjadi H₂O sedangkan KI sebagai penghasil I₂ jika direaksikan dengan H₂O₂. Reaksi yang diukur adalah reaksi hidrogen peroksida dengan ion iodida. Dalam hal ini, hidrogen peroksida dicampurkan bersamaan dengan iodida, ion tiosulfat dan amilum.

Ion iodida dan hidrogen peroksida akan bereaksi membentuk gas I₂, gas tersebut akan bereaksi kembali dengan ion tiosulfat membentuk kembali ion iodida. Namun, dalam reaksi ini, tidak akan ada yodium yang dibebaskan sampai semua ion tiosulfat habis bereaksi. Dengan tambahan amilum, ion iodida yang terbentuk kembali akan bereaksi dengan amilum dan menghasilkan warna biru pada larutan.

Perubahan warna yang terjadi akan semakin cepat apabila reaksi berlangsung pada temperatur yang lebih tinggi. Pada temperatur yang lebih tinggi, ion-ion pereaksi akan memiliki energi kinetik yang lebih besar. Berdasarkan teori tumbukan, energi kinetik yang lebih besar akan membuat tumbukan antar partikel akan menjadi lebih sering, sehingga reaksi akan lebih cepat berlangsung.

Faktor yang mempengaruhi energi aktivasi (Ea) yaitu suhu, faktor frekuensi (A), katalis. Semakin kecil harga Ln k maka harga 1/T rata-rata semakin besar. Ini membuktikan bahwa semakin tinggi temperatur maka energi aktivasinya akan

semakin kecil dan semakin sedikit waktu yang diperlukan sehingga akan memperbesar harga laju reaksi. Hal ini sesuai dengan teori dimana energi aktivasi berbanding terbalik dengan laju reaksi.

Reaksi yang terjadi :

v  2H₂O₂                                                  2H₂O + O₂

v  I₂ + 2S₂O₃^2-                                         2I- + S₄O₆^2-

v  2H₂O₂ + 2I^- +  S₄O₆^2-                          I₂ + 2H₂S₂O₃ + 2O₂

Berdasarkan hasil percobaan diperoleh waktu reaksi pada suhu 14°C = 23 detik, 17°C = 20 detik, 20°C = 18 detik , 25°C = 12 detik, suhu 30°C = 11 detik, dan suhu 35˚C= 9 detik. Dari data tersebut dapat diketahui bahwa semakin suhunya naik maka waktu yang diperlukan untuk bereaksi adalah semakin sedikit atau suhu berbanding terbalik dengan waktu. Perubahan suhu umumnya mempengaruhi harga tetapan laju k. Jika suhu dinaikan maka harga k akan meningkat dan sebaliknya. Dari harga k tersebut maka akan dapat dihitung energi aktivasi.

Dari data hasil percobaan dapat dibuat grafik ln K vs 1 / T, dan diperoleh grafik berbentuk linier dengan persamaan y = -33,05x – 3,591. Dari grafik ln K dan 1 / T diperoleh Ea = -274,7777 J/mol, ln A = - 3,591 dan A = 0,02757.

.

4.  SIMPULAN DAN SARAN

4.1  Kesimpulan

Persamaan Arrhenius mendefisinkan secara kuantitatif hubungan antara energi aktivasi dengan konstanta laju reaksi dimana energi aktivasi merupakan 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.

Setelah melakukan percobaan persamaan Arrhenius dan energi aktivasi ini diperoleh data waktu reaksi pada suhu tertentu. Dari hasil percobaan disimpulkan bahwa semakin suhunya naik maka waktu yang diperlukan untuk bereaksi adalah semakin sedikit atau suhu berbanding terbalik dengan waktu. Perubahan suhu umumnya mempengaruhi harga tetapan laju k. Jika suhu dinaikan maka harga k akan meningkat dan sebaliknya. Dari harga k tersebut maka akan dapat dihitung energi aktivasi.

Pada percobaan  ini didapatkan grafik linier yang sesuai dengan teori dengan persamaan. y = -33,05x – 3,591, Ea = -274,7777 J/mol, ln A = - 3,591 A = 0,02757. Grafik linier ini menggunakan variasi 1 / T pada sumbu X  dan ln K pada sumbu Y.

Dari data pengamatan yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa hubungan energi aktivasi dengan laju reaksi adalah berbanding terbalik. Semakin besar energi aktivasi maka laju reaksinya semakin lambat karena energi minimum untuk terjadi reaksi semakin besar. Semakin kecil harga ln K maka harga 1 / T rata-rata semakin besar. Ini membuktikan bahwa semakin tinggi temperatur maka energi aktivasinya akan semakin kecil dan semakin sedikit waktu yang diperlukan sehingga akan memperbesar harga laju reaksi. Hal ini sesuai dengan teori dimana energi aktivasi berbanding terbalik dengan laju reaksi.

4.2  Saran

Sebelum melakukan percobaan, sebaiknya praktikan hendaknya melakukan persiapan secara matang dan saat melaksanakan percobaan, praktikan sebaiknya lebih teliti dalam melakukan pengamatan serta ketika percobaan berlangsung hendaknya praktikan harus lebih hati-hati. Selain itu, Sebaiknya praktikan benar-benar menguasai materi praktikum dan alur kerja praktikum sehingga kesalahan dalam pelaksanaan praktikum minim dan hasil praktikum yang diperoleh maksimal.

5.   DAFTAR PUSTAKA

Atkins PW. 1999. Kimia Fisika. “Ed ke-2 Kartahadiprodjo Irma I, penerjemah;Indarto Purnomo Wahyu, editor. Jakarta : Erlangga. Terjemahan dari:Physichal Chemistry.

Castellan, GW. 1982. Physical Chemistry Third Edition.  New York : General Graphics Sevices

Tim Dosen Kimia Fisik. 2013. Diktat Petunjuk Praktikum Kimia Fisik. Semarang : Jurusan Kimia FMIPA UNNES

Vogel. 1994. Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik. Jakarta : Penerbit Buku Kedokteran (EGC).

Semarang, 30 Oktober 2013

Mengetahui,

Dosen Pengampu                                                              Praktikan,

Ir. Sri Wahyuni, M.Si                                                     Nur Jannatu Na’imah

LAMPIRAN (JAWABAN PERTANYAAN)

1.        Alasan yang mungkin menyebabkan terjadinya penyimpangan jika suhu diatas 40^oC adalah jika suhunya lebih dari 40^oC maka larutan amilum akan rusak atau rusak sebagian , sehingga ion iodida yang terbentuk dari perubahan yodium tidak dapat terdeteksi dengan baik.

2.        Ya energy aktivasi (Ea) dipengaruhi oleh temperatur, karena hubungan energi aktivasi dengan laju reaksi adalah berbanding terbalik. Semakin besar energi aktivasi maka laju reaksinya semakin lambat karena energi minimum untuk terjadi reaksi semakin besar. Semakin kecil harga ln K maka harga 1/T rata-rata semakin besar. Ini membuktikan bahwa semakin tinggi temperatur maka energi aktivasinya akan semakin kecil dan semakin sedikit waktu yang diperlukan sehingga akan memperbesar harga laju reaksi. Hal ini sesuai dengan teori dimana energi aktivasi berbanding terbalik dengan laju reaksi.

3.        Ya, karena temperatur berbanding terbalik dengan waktu. Semakin tinggi suhu, kecepatan gerak partikel-partikel pereaksi dan energi kinetik partikel ikut meningkat. Hal ini menyebabkan tumbukan akan lebih sering terjadi dan reaksi akan lebih cepat berlangsung. Perubahan suhu umumnya mempengaruhi harga tetapan laju K. Jika suhu dinaikan maka harga K akan meningkat dan begitu sebaliknya. Sehingga kurva energi aktifasi selalu linier pada setiap rentang temperatur.