Potensiometri 4

POTENSIOMETRI

            Potensiometri adalah metode analisa kimia untuk menentukan potensial listrik dengan menggunakan elektroda dan alat yang digunakan  dalam potensiometri ini adalah potensiometer. Potensiometri merupakan aplikasi langsung dari persamaan Nernst dengan cara pengukuran potensial dua elektroda tidak terpolarisasi pada kondisi arus nol. Persamaan Nersnt memberikan hubungan antara potensial relatif suatu elektroda dan konsentrasi spesies ioniknya yang sesuai dengan larutan. Dengan pengukuran potensial reversible suatu elektroda, maka perhitungan  aktivitas atau konsentrasi suatu komponen dapat dilakukan (Underwood, 1980).

Dasar – dasar pemeriksaan dengan metode potensiometri

Potensiometri merupakan salah satu cara pemeriksaan fisik kimia yang menggunakan peralatan listrik untuk mengukur potensial elektroda, besarnya potensial elektroda ini tergantung pada kepekatan ion–ion tertentu dalam larutan, karena itu dengan memakai persamaan Nernst :

                       

E  = E^o + k log (c)

Dimana :         E  = sel potensial yang diukur

                        E^o = konstan selama pemberian suhu

                        C  = konsentrasi yang ditentukan

                       

K  = RT log ( 10 ) / n F

           

Dimana :         R  = gas konstan

                        T  = suhu absolut

                        F  = suhu faraday konstan

N = nomer dari elektron atau diambil dari satu molekul yang          ditentukan

Tetapi dalam kenyataan ( n ) tidak diperlukan, itu terjadi jika ( n ) merupakan muatan yang sama dan telah terbentuk menjadi ionic dari yang telah ditentukan. Sehingga kepekatan ion dalam larutan dapat dihitung langsung dari harga potensial yang diukur itu.

            Potensial suatu elektroda tidak dapat diukur tersendiri, tetapi dapat ditentukan dengan menggunakan elektroda indikator dengan elektroda pembanding yang hanya memiliki harga potensial yang tetap selama pengukuran. Elektroda pembanding yang diambil sebagai baku international adalah elektroda hidrogen baku. Harga potensial elektroda ini ditetapkan nol pada kesadahan baku ( H⁺ )= 1 M, tekanan gas H₂ = 1 atm dan suhu 25^o C, sedangkan gaya gerak listrik ( GGL ) pasangan elektroda itu diukur dengan bantuan potensiometer yang sesuai, dan sering digunakan peralatan elektronik (Underwood, 1980).

Elektroda Indikator

Elektroda Logam

Beberapa logam seperti perak, raksa, tembaga, dan timbal dapat bekerja sebagai elektroda indikator, apabila berhubungan dengan suatu larutan dari ionnya. Misalnya potensial yang ditimbulkan pada sepotong kawat perak yang tercelup dalam suatu larutan perak nitrat berubah-ubah dengan aktivitas ion perak sesuai dengan ramalan persamaan Nernst. Kiranya pemindahan elektron reversibel terjadi antara permukaan logam dan ion-ion di dalam larutan. Elektroda jenis ini yang ionnya dapat bgertukar secara langsung dengan logam disebut “elektroda jenis pertama” (Underwood, 1980).

Elektroda perak-perak klorida, sebagai suatu elektroda pembanding merupakan suatu contoh “elektroda jenis kedua”. Pada suatu elektroda jenis kedua, ion dalam larutan tidak bertukar eletron secara langsung dengan elektroda logam.

Suatu “elektroda jenis ketiga” yang secara luas dipakai adalah elektroda raksa – EDTA. Telah diamati oleh Reilley dan Schmid bahwa potensial elektroda suatu raksa bersangkut secara reversibel dengan ion-ion logam lain dalam larutan dengan adanya kompleks raksa (Underwood, 1980).

Elektroda Membran

Elektroda membran berbeda dalam pokoknya dari elektroda logam yang telah dibahas. Tidak ada elektron yang diberikan oleh atau kepada membran. Justru sebuah membran membiarkan jenis-jenis ion tertentu untuk menembusnya, tetepi menahan yang lain. Elektroda gelas, yang digunakan untuk menentukan pH, merupakan contoh elektroda membran yang paling luas dikenal (Underwood, 1980).

Elektroda Gelas Untuk Pengukuran pH

          Elektroda gelas yang biasa diperdagangkan terdiri dari sebuah bola gelas tipis yang berisi elektroda pembanding dalam, biasanya perak-perak klorida. Dibandingkan dengan elektroda-elektroda indikator lain untuk ion hidrogen, elektroda gelas mempnyai beberapa keuntungan. Pertama, kecuali untuk suatu kebocoran sangat kecil KCl dari elektroda kalomel, tidak ada tambahan zat asing pada larutan yang pH-nya sedang diukur. Kedua, zat-zat yang mudah dioksidasi atau direduksi kemungkinan ada di dalam larutan tanpa mengganggu. Zat-zat demikian mungkin dapat bereaksi dengan hidrogen, misalnya pada elektroda hidrogen. Ketiga, karena potensial pada umumnya tidak tergantung pada ukuran fisik dari elektroda., maka elektroda dapat dibuat cukup kecil sehingga volum yang sangat kecil dari larutan dapat diukur. Keempat, tidak ada permukaan katalitik yang mudah terpengaruhi oleh peracunan seperti elektroda hidrogen. Akhirnya larutan-larutan yang dibuffer secara berhemat dapat diukur dengan teliti dan elektrodanya adalah dipersiapkan dengan baik untuk pengukuran secara terus menerus (Underwood, 1980).

Elektroda Gelas Ion Selektif

Dalam tahun-tahun belakangan membran gelas telah dikembangkan yang selektif untuk suatu kation tertentu, tepat seperti elektroda gelas konvensional adalah selektif untuk ion hirogen. Elektroda-elektroda ini tidak spesifik untuk suatu ion yang diketahui, akan tetapi sebaliknya mempunyai suatu selektivitas untuk suatu ion tertentu dan untuk alasan itu disebut elektroda ion selektif (Underwood, 1980).

Elektroda Membran Cairan

          Elektroda ini menggunakan membran sebagai suatu cairan yang tidak bercampur dengan air yang akan mengikat ion yang akan ditentukan secara selektif. Beberapa elektroda membran ion-selektif yang lain dapat diperoleh termasuk membran penukar ion untuk anion seperti nitrat, klorida dan perklorat. Suatu elektroda yang tanggap terhadap beberapa kation divalen digunakan untuk mengukur kesadahan air (Underwood, 1980).

Elektroda Zat Padat (Zadat) dan Endapan

Suatu elektroda Zadat (solid-state) mempuyai membran dalam bentuk kristal tunggal atau butiran dari senyawa yang mengandung anion yang akan ditentukan. Suatu elektroda endapan menjadikannya suatu suspensi suatu garam tak larut yang terbagi halus dalam suatu matriks yang semi fleksibel dan inert, yang dari ini dapat dibuat menjadi suatu membran (Underwood, 1980).

Titrasi Potensiometri

Bermacam reaksi titrasi dapat dapat diikuti dengan pengukuran potensiometri. Reaksinya harus meliputi penambahan atau pengurangan beberapa ion yang sesuai dengan jenis elektrodanya. Potensial diukur sesudah penambahan sejumlah kecil volume titran secara berturut-turut atau secara kontinyu dengan perangkat automatik. Presisi dapat dipertinggi dengan sel konsentrasi.

a)     Reaksi netralisasi : Titrasi asam basa dapat diikuti dengan elektroda indikatornya elektroda gelas. Tetapan ionisasi harus kurang dari 10^-8.

b)     Reaksi pembentukan kompleks dan pengendapan: pembentukan endapan atau kompleks akan membebaskan ion terhidrasi dari larutan. Biasanya digunakan elektroda Ag dan Hg. Beberpa logam dapat dapat dititrasi dengan EDTA.

c)     Reaksi Redoks : Elektroda Pt atau elektroda inert dapat digunakan pada titrasi redoks. Oksidator kuat (KmnO₄, K₂Cr₂O₇, Co(NO₃)₃) membentuk lapisan logam-oksida yang harus dibebaskan dengan reduksi secara katoda dalam laritan encer

(Khopkar, 1997).

Titrasi Potensiometrik

Dalam suatu ttitrasi potensiometrik, titik akhir ditemukan dengan menentukan volume yang menyebabkan suatu perubahan yang relatif besar dalam potensial apabila titran dtambahkan.

Dalam titrasi secara manual potensial diukur setelah penambahan titran berurutan, dan hasil pengamatan digambarkan pada suatu kertas grafik terhadap volum titran untuk diperoleh suatu kurva titrasi. Dalam banyak hal, suatu potensiometer sederhana dapat digunakan. Akan tetapi jika menyangkut elektroda gelas, seperti dalam kebanyakan titrasi asam-basa, suatu peralatan pengukur dengan impedansi masukan tinggi diperlukan karena adanya tahanan tinggi dari gelas.; digunakan pH meter khusus. Karena pH meter ini telah menjadi delikian biasa, maka pH meter ini digunakan untuk semua jenis titrasi, bahkan apabila penggunaanya tidak diwajibkan (Underwood, 1980).

Ada kemungkinan untuk menentukan tempat titik akhir dengan cara yang sederhana  pada data nyata tanpa menggunakan bantuan suatu grafik, hanya pengamatan potensial dekat dengan titik ekuivalen yang perlu direkam. Beberapa penambahan volume tertentu misalnya 0,1 ml dipilih dan sejumlah pengamatan diambil, berjarak 0,1 ml dan tiap sisi titik ekuivalen. Sebuah contoh diberikan pada tabel yang juga memuat harga –harga turunan kesatu dan kedua. Dapat dilihat dari harga –harga kedua bahwa kemiringan berubah tanda sehinggga melewati nol, antara 25 dan 25,1 ml titranKarena 0,01 ml menyebabkan perubahan total dalam turunan kedua sebesar 120 -  ( -224)  =  344, maka fraksi (120/344) X 0,10 ml adalah banyaknya mililiter hampiran diatas 25 yang diperlukan untuk membuat turunan kedua mencapai harga nol maka volume yang dihitung pada titik kesetaraan adalah :

V = 25,00 + 0,10 (   ) = 25,035 ml

            Prosedur interpolasi linier ini memuaskan karena potongan pusat kurva itu praktis linear didekat titik  kesetaraan.

Tabel II.1.Pembacaan potensial didekat titik kesetaraan

Titran (ml)	E (mV)	DE/DV/0,1 ml	(DE2/DV2)
24,7	210	12	-
24,8	222	18	+6
24,9	240	120	+102
25,0	360	240	+120
25,10	600	16	-224
25,2	616	9	-7
25,3	625	-	-

 

Persamaan skala pH

Untuk mendefinisikan skala pH menurut persamaan :

E =  K + 0,059 pH

dengan menggunakan bufer tunggal. Tetapi suku K tidaklah benar – benar konstan sepanjang jangkauan pHn yang lebar, terutama karena perubahan komposisi larut. Oleh karena itu, direkomendasikan bahwa suatu standar pH dipilih yang dekat nilainya dengan pH larutan (Underwood, 1980).

Untuk penetapan pH larutan, dibuat cell dengan elektrode yang satu dengan ion H⁺ dan dimasukkan ke dalam larutan yang diselidiki. Elektrode yang lainnya biasanya disebut elektrode kalomel. Sebagai junction dipakai salt bridge atau langsung memasukkan elektrode kalomel ke dalam larutan yang diselidik (Sukardjo, 2000).

            Mungkin untuk mengukur kondisi eksperimen sehingga suku K konstan sampai kira- kira 1 mV sepanjang jangkauan pH 2 sampai dengan 10. Hal ini menimbulkan ketidaktentuan dalam nilai pH sekitar 0,01 sampai 0,02 satuan. Jadi, tidaklah mungkin untuk memperoleh bilangan pH yang lebih cermat daripada pengukuran potensiometriknya (Underwood, 1980).

            Pengukuran potensiometri secara langsung adalah sangat berguna untuk menentukan aktivitas suatu macam zat didalam suatu campuran yang berkesetimbangan, karena keseimbangan tidak terganggu oleh pengukuran. Misal pH suatu larutan 0,1 F asam asetat dapat diukur dan konsentrasi ion hidrogen ( dapat diperkirakan dari aktivitas ) ditemukan sejumlah 0,0013 M. Sebaliknya jika larutan dititrasi kita akan menemukan bahwa konsentrasinya adalah 0,1 M. Titrasi menghasilkan keterangan stoikiometri tentang jumlah proton yang tersedia, sedangkan pengukuran langsung memberi aktivitas keseimbangan dari proton di dalam larutan setiap saat (Underwood, 1980).

            Karena adanya hubungan logaritma dari potensial terhadap aktivitas, penentuan dengan potensiometri secara langsung biasanya tidak sangatlah akurat kecuali kalau diambil langkah - langkah istimewa. Dengan menggunakan angka-angka dalam persamaan NERST dengan mudah terlihat bahwa kesalahan setingkat beberapa persen dalam suatu aktivitas ion mungkin terjadi dari suatu kesalahan 1 mV pada pengukuran potensia (Underwood, 1980).

Terdapat permasalahan yang lain dengan potensiometri langsung. Untuk keperluan tertentu (misalnya penentuan tetapan keseimbangan termodinamika) aktivitas, suatu macam zat elektroaktif mungkin diperlukan, tetapi dalam pekerjaan analisis kita biasanya ingin mengetahui konsentrasi. Kecuali jika susunan larutan terhadap semua ion diperinci, maka pengubahan aktivitas menjadi konsentrasi merupakan suatu permainan yang megandung risiko dan bahkan kemudian seorang dapat saja tidak menemukan suatu koefisien aktivitas yang cocok dalam kepustakaan untuk keadaan-keadaan tertentu. Persoalan ini dapat diimbangi dengan penerapan jika semua contoh yang tidak diketahui mempunyai susunan kasar yang sama. Suatu deret standar dibuat dengan ion yang ditentukan diubah-ubah, tetapi yang sedapat mungkin sama dengan yang tidak diketahui dalam setiap segi yang lain. Pengamatan potensiometer kemudian diubah menjadi konsentrasi dengan menggunakan sebuah grafik dari E terhadap log C yang digambarkan dari pengukuran terhadap standar. (Sebuah contoh dapat dipakai dalam penentuan suatu ion logam yang kurang penting dalam air laut; standarnya dapat merupakan air laut buatan yang sedapat mungkin mendekati hal yang sebenarnya terhadap garam dan solut - solut utama yang lain, dibubuhi ion logam dengan kuantitas yang diketahui) Jenis soal ini mempengaruhi susunan keseluruhan suatu contoh , terutama mengenai unsur – unsur utamanya , terhadap tanggapan atas unsur yang ditentukan yang kadamg disebut efek matriks. Kita akan melihat contoh – contoh efek matriks dengan teknik – teknik lain dalam bab- bab dikemudian, ini merupakan unsur yang penting dalam banyak keadaan praktikum analisis. Kadanng – kadang jika suatu deret contoh terlalu beraneka ragam dalam susunan kasarnya, maka analisis sebenarnya menciptakan matriksnya sendiri dengan menambahkan suatu solut dalam jumlah yang sangat besar, yang dengan demikian menutupi perbedaan – perbadaan yang lebih kecil diantara contoh – contoh. Walaupun ada persoalan –persoalan demikian, potensiometri adalah menarik, karena cepat, tidak sangat mahal, mudah diautomasikan, dan tidak merusak contoh. Apabila efek matriks dapat diimbali, dan apabila ketelitian yang tinggi tidak diperlukan maka cara –cara ini dapat diterima secara luas.Dalam bab ini kita akan membicarakan  jenis elektrode indikator yang dapat diperoleh untuk berbagai ion. Pengukuran pH dengan potensiometri akan kita teliti secara lebih mendalam. Kemudian kita akan bicarakan penggunaan cara- cara potensiometri atas keempat jenis reaksi yang dipakai dalam analisa titrimatri(Underwood, 1980).

            Kebanyakan pengukuran pH dilakukan oleh ahli kimia analisis dan biokimia dengan mengggunakan elektrode kaca yang dihubungkan ke elektrode pembanding kalomel oleh suatu jembatan garam kalium klorida. Diandaikan bahwa salah satu bufer NBS digunakan untuk menstandarkan pH meter. Sebenarnya arti bilangan pH terukur tidaklah eksak sama dengan log a H⁺ , namun dalam kondisi biasa nilai tersebut hampir sama

Dengan kondisi biasa dimaksudkan adalah :

1.     Kuat ion larutan uji kurang dari kira-kira 3

2.     Tidak ada ion tak lazim yang mobilitasnya luar biasa (misalnya ion organik yang sangat besar atau ion litium yang sangat terhidrasi ) berada dalam larutan.

3.     Jangkauan pH sekitar 2 sampai 10.

4.     Tidak ada suspensi yang bermuatan listrik, seperti tanah liat, humus atau resin penukar ion dalam larutan uji. Pengukuran pH di dekat permukaan sel  dalam sistem biologi mungkin dapat diragukan. Pengukuran pH pada larutan protein tampaknya memberikan hasil yang masuk akal

(Underwood, 1990).

Pengukuran pH dengan Potensiometer

            Salah satu pemakaian potensiometri yang paling penting adalah untuk pengukuran larutan berair. Untuk pengukuran pH itu diperlukan sebuah sel galvani yang tersusun dari sebuah elektroda indikator (peka terhadap ion hidrogen) dan sebuah elektroda pembanding. Potensial sel ini sebanding dengan pH larutan. Misalkan sebuah sel yang terdiri dari dua buah elektroda hidrogen, satu sebagai elektroda indikator dan satu lagi sebagai elektroda  pembanding. Elektroda indikator itu dicelupkan ke dalam larutan yang tidak diketahui pH – nya, [H⁺] = x. Bagan sel galvani ini dapat ditulis sebagai berikut :

-Pt, H₂ (1 atm) [H⁺] = x || [H⁺] = 1 M H₂ (1 atm), Pt⁺

Jika kadar larutan ini kurang dari 1 M (pH > 0) maka elektroda indikator akan bermuatan negatif, akibat langsung dari persamaan Nenst.

Potensial sel ini akan menjadi sebagai berikut :

E = E⁺ - E^-

Oleh karena potensial elektroda hidrogen baku sama dengan nol, E₊ = E_EHB = 0 dan pada 25 ^oC E = E_ind = E⁰_ind + 0,059 log [H⁺], sedangkan E⁰_ind = E_EHB = 0, maka :

E = -E_- = -(E⁰_ind + 0,059 log [H⁺]) = 0,059 pH

Atau :

pH =

Persamaan ini memperlihatkan bahwa potensial sel galvani ini bisa digunakan langsung untuk menentukan pH suatu larutan yang tidak diketahui aktivitas ion hidrogennya. Cara ini disebut cara potensiometri untuk penentuan pH. Akan tetapi, karena banyak kesulitan yang dijumpai dalam menggunakan elektroda hidrogen, maka cara ini tidak digunakan dalam pemeriksaan kimia yang sesungguhnya. Walaupun demikian, elektroda hidrogen digunakan dalam penelitian, seperti untuk pengukuran pH yang sangat teliti untuk penetapan sifat larutan penyangga pH baku. sEl yang sangat penting untuk pengukuran pH dalam pemeriksaan kimia yang sesungguhnya di laboratorium terdiri dari sebuah elektroda gelas dan sebuah elektroda kalomel. Potensial sel ini sama dengan beda antara potensial positif dan potensial negatif. Dalam sel elektroda kalomel jenuh selalu merupakan elektroda positif (elektroda kalomel jenuh mempunyai potensial elektroda baku + 0,24 V), dan elektroda gelas bermuatan negatif. Akibatnya dari persamaan E = E₊ - E_- diperoleh persamaan berikut :

E = E_EKJ – E⁰_ge – 0,059 log [H⁺] = E^0’ + 0,059 pH

E0’

   

Atau :

pH =

Persamaan di atas dapat digunakan untuk perhitungan pH larutan uji dengan pengukuran potensiometri. Namun untuk nilai E^0’ adalah beda antara dua tetapan. Sebagaimana telah ditegaskan di atas, setiap elektroda gelas mempunyai harga potensial bekunya masing – masing. Sedangkan elektroda kalomel jenuh pembanding laboratorium tidak dapak dipercayai mempunyai potensial tetap persis + 0,24 V. karena itu, jelas bahwa masalah utama dalam penentuan pH dengan elektroda gelas yang digabung dengan elektroda kalomel jenuh adalah penentuan atau peniadaan harga E^0’. Cara terbaik untuk memecahkan masalah ini adalah dengan menggunakan larutan penyangga pH baku. Larutan penyangga pH baku adalah larutan penyangga yang diketahui susunanya secara pasti dan pH – nya ditentukan dengan pengukuran yang sangat seksama.

Penentuan pH dengan pasangan elektroda tersebut di atas dilakukan dengan dua pengukuran yang berurutan.

Pengukuran pertama pada penyangga baku dan pengukuran kedua pada larutan uji. Kemudian diberlakukan persamaan berikut :

E_S = E^0’ + 0,059 pH_s

E_x = E^0’ + 0,059 pH_x

Di sini E_s adalah potensial yang diukur pada penyangga baku dan E_x adalah potensial yang diukur pada larutan zat uji. Setelah persmaan tersebut dikurangkan satu sama lain maka E^0’ hilang sehingga diperoleh persamaan berikut yang dipakai untuk menghitung pH larutan uji :

pH_x =

Sebenarnya, dalam pemeriksaan yang sesungguhnya sering digunakan pH meter yang mempunyai skala voltmeter dalam satuan pH (0,059 V per satuan pH pada suhu 25 ⁰C). Pengukuran pH dilakukan dalam dua tahap. Pertama, pneraan alat dengan elektroda – elektroda yang dicelupkan dalam penyangga baku, pembacaan pH meter diatur dengan tombol pengatur sesuai dengan harga pH penyangga baku tersebut. Tahap kedua adalah pembacaan langsung pH larutan zat uji ketika elektroda – elektroda itu dicelupkan ke dalamnya. Untuk beberapa pH meter (terutama yang bermutu rendah), diperlukan penyangga baku kedua untuk peneraannya, karena ada keraguan apakah penguat arus memberikan kemiringan yang benar. Pemakaian penyangga baku kedua itu meningkatkan keandalan hubungan antara pembacaan pH meter dan fungsi elektrod sel galvani (Harrizul Rivai, 1995).

Titrasi Potensiometri

         Dalam suatu titrasi potensiometri, titik akhir diketahui dengan menentukan volume yang menyebabkan suatu  perubahan yang relati besar dalam potensial apabila penitran ditambahkan. Caranya dapat digunakan untuk semua reaksi yang digunakan untuk keperluan titrasi. Titrasi dapat dilaksanakan secara biasa atau prosedur dapat dibuat secara otomatis.

 

a                                                                  b

                          

 

c                                                                  d

 

 

Gambar II.1 Cara – cara Penggambaran Data Titrasi Secara Potensiometri

Keterangan :

a.      Dalam titrasi secara manual, potensial diukur setelah penambahan penitran secara berurutan dan hasil pengamatan digambarkan pada kertas grafik terhadap volume penitran untuk memperoleh suatu kurva titrasi.

b.     Menunjukkan suatu gambar dari kemiringan kurva titrasi, yaitu perubahan potensial dengan perubahan volume () terhadap volume penitran. Kurva yang dihasilkan naik sampai suatu maksimum pada titik ekuivalen, volume pada titik ekuivalen ditentukan dengan menurunkan suatu garis vertikal dari puncak ke sumbu voume. Makin kompleks reaksinya maka makin tajam puncak dan dengan demikian makin teliti letak titik ekuivalen.

c.      Memperlihatkan suatu gambar perubahan kemiringan suatu kurva titrasi () terhadap volume penitran. Pada titik tempat kemiringan  merupakan suatu titik maksimum, turunan kemiringan adalah nol. Titik akhir terletak pada penggambaran suatu garis vertikal dari titik tempat  adalah nol ke sumbu volume. Bagian kurva yang menghubungkan harga – harga maksimum dan minimum dari  adalah lebih curam dan semakin lengkap raksi titrasi

(Underwood, 1980).

Kecepatan Reaksi

KECEPATAN REAKSI

Bahan kimia terdapat banyak sekali macamnya. Semua bahan kimia tersebut dapat dikelompok sesuai sifatnya masing-masing. Salah satu sifat bahan kimia ada bahan kimia yang mudah berekasi dan ada juga yang sulit bereaksi.

Dalam suatu reaksi kimia terdapat perbedaan laju reaksi antara reaksi yang satu dengan reaksi yang lain. Misalnya ketika membakar kertas, reaksi berlangsung cepat sedangkan reaksi pembakaran minyak bumi memakan waktu yang sangat lama. Dari hal ini dapat diketahui bahwa reaksi kimia memiliki laju reaksi yang berbeda.

Laju reaksi sangat penting untuk dipelajari karena dengan mengetahui laju reaksi dan mengetahui hal-hal yang mempengaruhinya dapat menerapkannya dalam kehidupan. Misalnya dalam kegiatan industri, dengan mengetahui laju reaksi dapat membuat produksi lebih terkendali sehingga didapat jumlah produk dalam jangka waktu yang bisa diperhitungkan.

Oleh karena itu, percobaan ini dilakukan agar mengetahui faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi laju reaksi serta mengetahui bagaimana reaksi kimia berlangsung dan berapa laju reaksinya.

Tujuan dari percobaan ini adalah menghitung konstanta kecepatan reaksi dan menentukan nilai orde reaksi dari penyabunan etil asetat.

Kecepatan reaksi adalah banyaknya mol/liter suatu zat yang dapat berubah menjadi zat lain dalam setiap satuan waktu. Laju reaksi atau kecepatan reaksi menyatakan banyaknya reaksi kimia yang berlangsung per satuan waktu. Laju reaksi menyatakan molaritas zat terlarut dalam reaksi yang dihasilkan tiap detik reaksi. Perkaratan besi merupakan contoh reaksi kimia yang berlangsung lambat, sedangkan peledakan mesiu atau kembang api adalah contoh reaksi yang cepat.

 

Penentuan laju reaksi dapat dilakukan dengan cara fisika atau kimia.Dengan cara fisika, penentuan konsentrasinya dilakukan secara tidak langsung yaitu berdasarkan sifat-sifat fisis campuran yang dipengaruhi oleh konsentrasi campuran,misalnya daya hantar listrik, tekanan (untuk reaksi gas). Adsorpsi cahaya dan lainnya.Penentuan secara kimia dilakukan dengan menghentikan reaksi secara tiba-tiba(reaksi dibekukan). Setelah selang waktu tertentu, kemudian konsentrasinyaditentukan dngan metode analisis kimia.Dalam laju reaksi dikenal juga laju reaksi sesat, yaitu laju reaksi rata-ratayang dihitung dalam selang waktu yang berbeda-beda dan diperlukan perhitunganlaju reaksi yang berlaku dalam setiap saat. Lajureaksi juga dapat ditentukan melaluicara grafik. Laju reaksi sesaat merupkan gradient dari kurva antara waktu dengan perubahan konsentrasi pada selang waktu tertentu. Oleh karena itu, terdapat suatu bilangan tetap yang merupakan angka faktor perkalian terhadap konsentrasi yangdisebut sebagai tetapan laju reaksi (K). dengan demikian, laju reaksi sesaat secaraumum dapat dinyatakan sebagai :Laju reaksi ≈ K [Konsentrasi Zat]

Persamaan Laju Reaksi dan Orde reaksi

Reaksi kimia:

A₂ + B₂ → 2 AB

Persamaan laju reaksi: V = k [A₂]^x[B₂]^y

Dimana:       V = laju reaksi (Ms^-1)

                     k = konstanta laju reaksi

                     [A₂] = konsentrasi zat A (M)

                     [B₂] = konsentrasi zat B (M)

                     x = orde reaksi zat A

                     y = orde reaksi zat B

                     x + y = orde reaksi total

Orde reaksi:

Salah satu faktor yang dapat mempercepat laju reaksi adalah konsentrasi, namun seberapa cepat hal ini terjadi? Menemukan orde reaksi merupakan salah satu cara memperkirakan sejauh mana konsentrasi zat pereaksi mempengaruhi laju reaksi tertentu.

Orde reaksi atau tingkat reaksi terhadap suatu komponen merupakan pangkat dari konsentrasi komponen tersebut dalam hukum laju. Sebagai contoh, v = k [A]m [B]n, bila m=1 kita katakan bahwa reaksi tersebut adalah orde pertama terhadap A. Jika n=3, reaksi tersebut orde ketiga terhadap B. Orde total adalah jumlah orde semua komponen dalam persamaan laju: n + m + ... Pangkat m dan n ditentukan dari data eksperimen, biasanya harganya kecil dan tidak selalu sama dengan koefisien a dan b. Hal ini berarti, tidak ada hubungan antara jumlah pereaksi dan koefisien reaksi dengan orde reaksi.

Secara garis besar, beberapa macam orde reaksi diuraikan sebagai berikut:

1.     Orde reaksi 0

Reaksi dikatakan berorde nol terhadap salah satu pereaksinya apabila perubahan konsentrasi pereaksi tersebut tidak mempengaruhi laju reaksi. Artinya, asalkan terdapat dalam jumlah tertentu, perubahan konsentrasi pereaksi itu tidak mempengaruhi laju reaksi.

Persamaan reaksi yang berorde 0 : V = k [A]⁰

2.     Orde reaksi 1 : laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi pereaksi
Jika konsentrasi dinaikkan dua kali, maka laju reaksinya pun akan dua kali lebih cepat dari semula, dst.

Persamaan laju reaksi: V = k [A]

3.     Orde reaksi 2: Pada reaksi orde dua, kenaikan laju reaski akan sebanding dengan kenaikan konsentrasi pereaksi pangkat dua. Bila konsentrasi pereaksi dinaikkan dua kali maka laju reaksinya akan naik menjadi empat kali lipat dari semula.

Persamaan laju reaksi : V = k [A]¹ [B]¹ ; V = k [A]² ; V = k [B]²

 

Dengan demikian, jika konsentrasi suatu zat dinaikkan a kali, maka laju reaksinya menjadi b kali; sehingga orde reaksi terhadap zat tersebut adalah: a^x=b dimana x = orde reaksi

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi 

1.     Pengaruh Konsentrasi Terhadap Laju Reaksi

Telah diuraikan dalam teori tumbukan, perubahan jumlah molekul pereaksi dapat berpengaruh pada laju suatu reaksi. Kita telah tahu bahwa jumlah mol spesi zat terlarut dalam 1 liter larutan dinamakan konsentrasi molar. Bila konsentrasi pereaksi diperbesar dalam suatu reaksi, berarti kerapatannya bertambah dan akan memperbanyak kemungkinan tabrakan sehingga akan mempercepat laju reaksi. Karena persamaan laju reaksi didefinisikan dalam bentuk konsentrsi reaktan maka dengan naiknya konsentrasi maka naik pula kecepatan reaksinya. Artinya semakin tinggi konsentrasi maka semakin banyak molekul reaktan yang tersedia dengan demikian kemungkinan bertumbukan akan semakin banyak juga sehingga kecepatan reaksi meningkat.

2.   Pengaruh Luas Permukaan Terhadap Laju Reaksi

Reaksi yang berlangsung dalam system homogeny sangat berbeda dengan reaksi yang berlangsung dalam system heterogen. Hal ini dapat mempercepat berlangsungnya reaksi kimia karena molekul-molekul ini dapat bersentuhan satu sama lainnya. Dalam system heterogen, reaksi hanya berlangsung pada bidang-bidang perbatasan dan pada bidang-bidang yang bersentuhan dari kedua fase.

Reaksi kimia dapat berlangsung jika molekul-molekul, atom-atom atau ion-ion dari zat-zat yang bereaksi terlebih dahulu bertumbukkan. Makin luas suatu zat maka makin luas permukaannya sehingga makin besar kemungkinan bereaksi dan makin cepat reaksi itu berlangsung. Sebagai contoh reaksi heterogen adalah logam zink dengan larutan asam klorida. Laju reaksi selain dipengaruhi oleh konsentrasi asam klorida juga dipengaruhi oleh kondisi logam zink. Dalam jumlah (massa) yang sama butiran logam zink akan bereaksi lebih lambat dari pada serbuk zink. Reaksi terjadi antara molekul-molekul asam klorida dalam larutan dengan atom-atom zink yang bersentuhan dengan asam klorida. Pada butiran zink, atom-atom zink yang bersentuhan dengan asam klorida lebih sedikit dari pada serbuk zink, sebab atom-atom zink yang bersentuhan hanya atom zink yang berada di permukaan butiran. Akan tetapi bila butiran zink dipisah menjadi butiran-butiran kecil atau menjadi serbuk, maka atom-atom zink yang semula didalam akan berada di permukaan dan terdapat lebih banyak atom zink yang secara bersamaan bereaksi dengan larutan asam klorida. Dengan menggunakan teori tumbukkan dapat dijelaskan bahwa swmakin luas permukaan zat padat semakin banyak tempat terjadinya tumbukkan atar partikel zat yang bereaksi.

3.   Pengaruh Suhu Terhadap Laju Reaksi

Umumnya kenaikan suhu mempercepat reaksi, dan sebaliknya penurunan suhu memperlambat reaksi. Laju reaksi kimia bertambah dengan naiknya suhu. Bagaimana hal ini dapat terjadi? Ingat, laju reaksi ditentukan oleh jumlah tumbukan. Jika suhu dinaikkan, maka kalor yang diberikan akan menambah energi kinetik partikel pereaksi. Sehingga pergerakan partikel-partikel pereaksi makin cepat, makin cepat pergerakan partikel akan menyebabkan terjadinya tumbukan antar zat pereaksi makin banyak, sehingga reaksi makin cepat.

Umumnya kenaikan suhu sebesar 100˚C menyebabkan kenaikan laju reaksi sebesar dua sampai tiga kali. Kenaikan laju reaksi ini dapat dijelaskan dari gerak molekulnya. Molekul-molekul dalam suatu zat kimia selalu bergerak-gerak. Oleh karena itu, kemungkinan terjadi tabrakan antar molekul yang ada. Tetapi tabrakan itu belum berdampak apa-apa bila energi yang dimiliki oleh molekul-molekul itu tidak cukup untuk menghasilkan tabrakan yang efektif. Kita telah tahu bahwa, energi yang diperlukan untuk menghasilkan tabrakan yang efektif atau untuk menghasilkan suatu reaksi disebut energi pengaktifan. Energi kinetik molekul-molekul tidak sama. Ada yang besar dan ada yang kecil. Oleh karena itu, pada suhu tertentu ada molekul-molekul yang bertabrakan secara efektif dan ada yang bertabrakan secara tidak efektif. Dengan perkataan lain, ada tabrakan yang menghasilkan reaksi kimia ada yang tidak menghasilkan reaksi kimia. Meningkatkan suhu reaksi berarti menambahkan energi. Energi diserap oleh molekul-molekul sehingga energi kinetik molekul menjadi lebih besar. Akibatnya, molekul-molekul bergerak lebih cepat dan tabrakan dengan dampak benturan yang lebih besar makin sering terjadi. Dengan demikian, benturan antar molekul yang mempunyai energi kinetik yang cukup tinggi itu menyebabkan reaksi kimia juga makin banyak terjadi. Hal ini berarti bahwa laju reaksi makin tinggi.

Kenaikan suhu reaksi mengakibatkan bertambahnya energy kinetic molekul-molekul pereaksi sehingga energy kinetiknya melebihi harga energy aktivasi. Oleh karena itu, reaksi akan berlangsung lebih cepat. Alasan kenaikan suhu suatu reaksi menyebabkan nilai aktivasi menjadi turun dijelaskan oleh Svante Arrhenius dengan menggunakan persamaan hubungan suhu dengan energy aktivasi.

Gerakan partikel pada suhu tinggi(kiri) akan lebih cepat daripada suhu yang rendah(kanan).

Kesimpulan Arrhenius dapat digambarkan dalam bentuk grafik berikut.

            Grafik yang menunjukkan bahwa kenaikan suhu berbanding terbalik dengan energy aktivasi.

4.   Pengaruh Katalis Terhadap Laju Reaksi

Beberapa reaksi kimia yang berlangsung lambat dapat dipercepat dengan menambahkan suatu zat kedalamnya, tetapi zat tersebut setelah reaksi selesai ternyata tidak berubah. Misalnya pada peruraian kalium klorat untuk menghasilkan gas oksigen.

Reaksi berlangsung pada suhu tinggi dan berjalan lambat, tetapi dengan penambahan Kristal MnO₂ kedalamnya ternyata reaksi akan dapat berlangsung dengan lebih cepat pada suhu yang lebih rendah. Setelah semua KClO₃ terurai ternyata MnO₂ masih tetap ada (tidak berubah). Dalam reaksi tersebut MnO₂ disebut sebagai katalisator.

Katalisator adalah suatu zat yang dapat mempercepat laju reaksi, tanpa dirinya mengalami perubahan yang kekal. Suatu katalisator mungkin akan terlibat dalam proses reaksi atau mengalami perubahan selama reaksi berlangsung, tetapi setelah reaksi itu selesai maka katalisator akan diperoleh kembali dalam jumlah yang sama. Katalisator mempercepat reaksi dengan cara mengubah jalannya reaksi.

Jalur reaksi yang ditempuh tersebut mempunyai energi aktivasi yang lebihrendah dari pada jalur reaksi yang biasa ditempuh. Jadi dapat dikatakan bahwa katalisator berperan dalam menurunkan energi aktivasi. Ada dua cara yangdilakukan katalisator dalam mempercepat reaksi kimia :

A.    Pembentukan senyawa

Umumnya reaksi berjalan lambat bila energi aktivasi suatu reaksi terlalu tinggi. Agar reaksi dapat berlangsung cepat, maka dapat dilakukan dengan cara menurunkan energi aktivasi. Utnuk menurunkan energi aktivasidapat dilakukan dengan cara mencari senyawa antara lain yang berenergi lebih rendah. Fungsi katalis dalam hal ini mengubah jalannya reaksi sehingga diperoleh senyawa antara yang energinya relative rendah. Katalisator homogen adalah katalisator yang mempunyai fase yang sama dengan zat pereaksi yang dikatalis.

B.Adsorpsi

Proses katalisasi dengan cara adsorpsi umumnya dilakukan oleh katalisator homogen, yaitu katalisator yang fasenya tidak sama dengan fase zat yang dikatalis. Pada proses adsorpsi, molekul-molekul pereaksi akan teradsorpsi pada permukaan katalisator, dengan terserapnya pereaksi di permukaan katalisator mengakibatkan zat-zat pereaksi terkonsentrasi dipermukaan katalisator dan ini akan mempercepat reaksi. Kemungkinan yang lain, karena pereaksi-pereaksi teradsorpsi di permukaan katalisator akan dapat menimbulkan gaya tarik antar molekul yang bereaksi, dan ini menyebabkan molekul-molekul tersebut menjadi reaktif.

Agar katalisator tersebut berlangsung efektif, katalisator tidak boleh mengadsorpsi zat hasil reaksi dan dengan demikian permukaan logam akan segera ditempati oleh molekul baru. Bila zat pereaksi atau pengotor teradsorpsi dengan kuat oleh katalisator menyebabkan permukaan katalis menjadi ridak aktif. Dalam keadaan demikian, katalisator dikatakan teracuni dan ini akan menghambat reaksi. Contoh katalis adsorpsi adalah nikel pada pembuatan margarin.

Dari grafik tersebut, kita dapat membandingkan dua energi energy aktivasi, yaitu dengan aktivasi dengan katalis dan aktivasi tanpa katalis. Aktivasi dengan katalis lebih kecil dibandingkan dengan aktivasi tanpa katalis. Semakin kecil nilai aktivasi akan semakin cepat menghasilkan zat hasil reaksi (laju reaksi makin cepat).

Teori Tumbukan dan Energi Aktivasi

            Suatu reaksi imia dapat berlangsung apabila terjadi interaksi antara molekul-molekul pereaksi atau terjadi tumbukkan antara molekul-molekul pereaksi. Namun tidak semua tumbukan antar molekul pereaksi akan menghasilkan zat hasil reaksi. Hanya tumbukkan efektif yang akan menghasilkan zat hasil reaksi. Keefektifan suatu tumbukan bergantung pada posisi molekul dan energy kinetic yang dimilikinya.

            Dalam reaksi kimia dikenal dengan istilah energy aktivasi (energy pengaktifan) yaitu energy kinetic minimum yang harus dimiliki molekul-molekul pereaksi agar tumbukkan antarmolekul menghasilkan zat hasil reaksi. Agar lebih jelasnya amati diagram berikut!

Agar N₂O dan NO bereaksi, dibutuhkan energy minimal sebesar 209 kJ, sedangkan agar reaksi N₂O dan N₂ dapat balik lagi menjadi N₂O dan NO memerlukan energy sebesar 348 kJ. Sebagai tambahan, pada saat puncak energy semua atom dari N₂O dan NO bergabung sebelum terurai lagi menjadi produk (hasil reaksi), tahap ini disebut tahap transisi.

            Teori tumbukan dan energy aktivasi berguna untuk menjelaskan factor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi. Laju suatu reaksi kimia dapat dipercepat dengan cara memperbesar harga energy kinetic molekul atau menurunkan harga energy aktivasi.

Penyabunan (Saponifikasi) Etil asetat

Saponifikasi merupakan proses hidrolisis basa terhadap lemak
dan minyak, dan reaksi saponifikasi bukan merupakan reaksi kesetimbangan. Hasil mula-mula dari penyabunan adalah karboksilat karena campurannya bersifat basa. Setelah campuran diasamkan, karboksilat berubah menjadi asam karboksilat.

Produknya, sabun yang terdiri dari garam asam-asam lemak. Fungsi sabun dalam keanekaragaman cara adalah sebagai bahan pembersih. Sabun menurunkan tegangan permukaan air, sehingga memungkinkan air untuk membasahi bahan yang dicuci dengan lebih efektif. Sabun bertindak sebagai suatu zat pengemulsi untuk mendispersikan minyak dan sabun teradsorpsi pada butiran kotoran.

Untuk memberikan gambaran bahwa reaksi penyabunan etilasetat oleh ion hidroksi adalah orde dua yaitu reaksi dibawah ini :

CH3COOC2H5   +   OH-       →        CH3COO-   +   C2H5OH

t = 0                 a                    b                                      -                       -

x                    x                                      x                       x

t = t              (a-x)               (b-x)                                   x                       x

Reaksi bimolekuler tingkat dua dapat dinyatakan sebagai berikut :

    A       +       B            →           hasil-hasil

t = 0        a                  b                           0

t = t       a – x           b – x                     x

Dimana :

a = konsentrasi awal ester (mol/L)

b = konsentrasi awal ion OH- (mol/L)

x = jumlah mol/L ester atau basa yang telah bereaksi

k2 = tetapan laju reaksi (mmol-1.menit-1)

Menurut Hukum Kegiatan Massa, kecepatan reaksi pada temperatur tetap, berbanding lurus dengan konsentrasi pengikut-pengikutnya dan masing-masing berpangkat sebanyak molekul dalam persamaan reaksi.

Orde reaksi 1 :

A   →  hasil

Rate = k₁.C_A.

Orde reaksi 2 :

2A → hasil

Rate = k₂. C_A².

A + B  → hasil

Rate  = k₂.C_A.C_B

Orde reaksi 3 :

A + 2B → hasil

Rate = k₃.C_A.C_B².

2A + B → hasil

Rate = k₃.C_A².C_B.

Secara teori reaksi pada proses saponifikasi etil asetat memiliki orde 2. Untuk membuktikannya dapat digunakan metode sebagai berikut:

1.      Metode integral grafik

Pertama-tama dicari data konsentrasi salah satu zat yang tersisa pada waktu masing-masing t kemudian dibuat grafik

2.      Metode integral non grafik

Dengan cara menghitung nilai k satu per satu dengan persamaan integral orde 2 lalu mencocokan hasilnya. Jika diperoleh nilai k yang sama maka reaksi tersebut berorde 2.

Berdasarkan penemuan seorang neurobiolog Institut Teknologi California yaitu Dr. Roger Wolcott  Sperry pada tahun 1960, otak manusia terdiri dari 2 hemisfer (bagian), yaitu otak kanan dan otak kiri yang mempunyai fungsi yang berbeda. Atas hasil temuan ini Roger Sperry memperoleh hadiah Nobel pada tahun 1981.

            Otak kanan bertugas mengurus proses berpikir kreatif mencakup  bentuk, intuisi, lagu &musik, warna, simbol, gambar, imajinasi dan lain-lain. Cara kerja otak kanan ini biasanya tidak terstruktur, dan cenderung tidak memikirkan hal-hal yang terlalu mendetail.

Sedangkan otak kiri bersifat analitis terkait dengan kemampuan matematis dan kemampuan berpikir sistematis mencakup bahasa verbal, matematika, logika, angka-angka, urutan-urutan, analisis dan lain-lain. Cara kerja otak ini sangat rapi, terstruktur dan sistematis. Biasanya otak kiri ini sangat bermanfaat saat digunakan untuk memahami hal-hal yang kompleks dan perlu pemikiran yang mendetail.

Pada umumnya seseorang memiliki kecenderungan menggunakan salah satu belahan otak secara dominan. Hal ini berlaku seperti kecenderungan manusia menggunakan sebagai inderanya saja. Mereka yang cenderung menggunakan otak kanan secara dominan adalah artis, penyanyi, pelukis, pemain musik dan lain-lain. Mereka yang cenderung menggunakan otak kiri adalah peneliti, pekerja bidang IT, Akunting dan lain-lain.

Dalam masyarakat kita kecenderungan yang terjadi adalah anggapan orang-orang dengan otak kiri dominan lebih unggul daripada orang-orang dengan otak kanan dominan. Hal ini diperkuat dengan pola pendidikan yang lebih mengutamakan peningkatan kemampuan otak kiri. Namun sempat berkembang juga pemikiran yang lebih mengunggulkan otak kanan. Hal itu terbukti dengan sempat berkembangnya training-training berbasiskan pengembangan otak kanan. 

Syukur pola pikir ini sudah mulai berubah dengan pembelajaran yang berimbang antara otak kiri dan otak kanan. Tuhan telah menciptakan manusia dengan otak secara utuh sehingga akan lebih bermanfaat untuk menggunakannya secara utuh pula. Sama halnya dengan mengembangkan  menggunakan ke-5 indera secara lengkap.

Otak kiri tidaklah lebih unggul daripada otak kanan, demikian halnya otak kanan tidak lebih unggul dari otak kiri. Otak kiri dan otak kanan adalah satu kesatuan utuh yang tidak perlu dipisahkan pemanfaatannya. Ada hal-hal yang perlu diselesaikan dengan otak kanan sama seperti ada hal-hal yang perlu diselesaikan dengan otak kiri, begitu juga ada hal-hal yang perlu diselesaikan bersamaan oleh otak kiri dan kanan secara berimbang.

Jauh lebih bermanfaat buat Anda untuk menjaga dan menggunakan otak kiri dan kanan secara seimbang. Sejak saya menyadari saya menggunakan otak kiri dengan dominan sebelumnya, membuat saya melakukan hal-hal yang membutuhkan kerja otak kanan. Saya mulai mendengarkan musik bahkan belajar memainkan alat musik agar otak kanan saya menjadi seimbang dengan otak kiri.

Kegiatan-kegiatan yang menggunakan kedua tangan secara bersamaan seperti mengetik, bermain piano apabila dilakukan secara rutin dapat otak kanan dan otak kiri. Kegiatan tersebut membutuhkan gerak tangan kanan dan kiri yang membutuhkan  proses kerja otak kiri dan otak kanan. Mulailah mengenali penggunaan otak Anda mana yang lebih dominan dan segera melakukan hal-hal untuk keseimbangnya sehingga lebih optimal manfaat dari otak ajaib Anda. Otak kiri dan otak kanan yang seimbang akan meningkatkan kualitas hidup Anda.