FARQIM KIMIA2: PENENTUAN LAJU RATA RATA

PENENTUAN LAJU RATA RATA & SESAAT REAKSI

Analogi laju rata rata dan laju sesaat

Jarak rumah Adi dengan sekolah adalah 10 km, jalan menuju sekolah melewati 2 lampu lalulintas , pada hari ini Adi berangkat sekolah naik motor memerlukan waktu 30 menit.

maka laju rata rata motor Adi = 10 km / 30 menit = 0,33 km/menit

Pada kilometer 4,2 terdapat lampu lalulintas dan saat itu lampu menyala merah dan Adi berhenti maka laju saat km 4,2 motor Adi = 0 km/menit

Laju reaksi ditentukan melalui percobaan, yaitu dengan mengukur banyaknya pereaksi yang dihabiskan atau banyaknya produk yang dihasilkan pada selang waktu tertentu.

Contoh : Laju reaksi antara Mg dengan HCl dapat ditentukan dengan mengukur jumlah salah satu produknya, yaitu gas hydrogen

Mg(s) + HCl(aq) à MgCl₂(aq) + H₂(g)

Keterangan:

1. Pada 10 detik pertama dihasilkan 14 mL gas H₂.

Laju rata-rata reaksi pada 10 detik pertama adalah 14:10 = 1,4 mL/detik.

Pada detik ke 20 dihasilkan 11 mL (25-14).

Laju rata-rata reaksi pada detik ke 20 adalah 11 mL/ 10 detik = 1,1 mL/detik

2. Pada 10 detik ke 2 dihasilkan 11 mL (25-14). Jadi laju reaksi rata-rata pada 10 detik ke 2 adalah 1,1 mL perdetik

3. Pada 10 detik ke 3 dihasilkan 8 mL (33-25). Jadi laju reaksi rata-rata pada 10 detik ke 3 adalah 0,8 mL perdetik

4. Pada 10 detik ke 4 dihasilkan 5 mL gas H₂, jadi laju reaksi rata-rata pada 10 detik ke 4 adalah 0,5 mL hydrogen perdetik.

5. Pada 10 detik ke 5 dihasilkan 2 mL . Jadi laju reaksi rata-rata pada 10 detik ke 5 adalah 0,2 mL perdetik

6. Pada 10 detik ke 6 dihasilkan 0 mL Jadi laju reaksi rata-rata pada 10 detik ke 6 adalah 0 mL perdetik

Kemiringan kurva berubah setiap saat. .

Kemiringan berkurang seiring dengan berkurangnya laju reaksi.

Kemiringan (gradien) terbesar terjadi pada 10 detik pertama dan makin kecil pada detik-detik berikutnya, yang berarti laju rata-rata yang paling besar terjadi pada 10 detik pertama.

Setelah detik ke 50, volume gas H₂ tidak lagi bertambah, reaksi telah selesai dan kurva menjadi datar

Volume total gas hydrogen yang dihasilkan adalah 40 mL, yaitu dalam waktu 50 detik.

Laju rata-rata reaksi pembentukan gas H₂ adalah

r = (r₁ + r₂ + r₃ + r₄ + r₅ ) / 5

= (1,4 + 1,1 + 0,8 + 0,5 + 0,2) / 5 = 0,8 mL/det

Atau r = [VH₂]₆ - [VH₂]₁ / 50 = (40 – 0 ) / 50 = 0,8 mL/det

Laju Rerata = rerata laju untuk selang waktu tertentu.

LAJU SESAAT

Laju Sesaat = laju reaksi pada saat tertentu. hal ini karena laju reaksi berubah dari waktu ke waktu.

Pada umumnya laju reaksi makin kecil seiring dengan bertambahnya waktu reaksi.

Sehingga plot laju terhadap waktu berbentuk garis lengkung.

Laju sesaat pada waktu t dapat ditentukan dari kemiringan (gradien) tangen pada saat t tersebut.

SOAL LATIHAN:

Diketahui data reaksi pembuatan gas hidrogen

Mg(s) + HCl(aq) à MgCl₂(aq) + H₂(g)

Waktu (detik)	Volume H₂ (mL)
0	0
10	14
20	25
30	33
40	38
50	40
60	40
70	40

1) Berapa laju rata rata reaksi tersebut ?

2) Berapa laju rata rata reaksi pada 10 detik pertama ?

3) Berapa laju rata rata reaksi pada 10 detik ke 2 ?

4) Berapa laju rata rata reaksi pada 20 detik pertama?

5) Buktikan laju rata rata reaksi tersebut berdasar laju rata rata tiap 10 detik !

Jawab :

Tentukan :

a. Laju reaksi dari reaksi tersebut!

b. Laju saat detik ke 20 !

c. Laju rata-rata reaksi 20 detik pertama !

d. Laju rata-rata reaksi pada 10 detik kedua !

Jawab:
a.     Data reaksi yang dipakai adalah no 1 s/d 6, karena data no 7 , 8 reaksi sudah berhenti (ditunjukkan dengan volume gas H₂ yang tidak bertambah lagi).

b.     Langkah penyelesaian :
1.     Lukis garis singgung pada saat detik ke 20
2.     Lukis segitiga untuk menentukan kemiringan
3.     Laju sesaat = kemiringan garis singgung pada detik tersebut (kemiringan garis singgung).

atau gunakan garis pada titik waktu 20 detik dan volume gas H₂ = 25 ml

maka laju saat detik ke 20 (kemiringan garis singgung yang menyinggung titik tersebut)

= (25 – 5) mL / (20 – 0) det = 20 mL/20 det

= 1 mL/det

Laju reaksi menyatakan perubahan konsentrasi reaktan atau produk per satuan waktu. Berdasarkan rentang waktu dan titik pengukurannya, laju reaksi dibagi menjadi tiga jenis utama:

Perbedaan Utama

Laju Awal (Initial Rate)
- Pengertian: Laju reaksi pada saat reaksi baru saja dimulai, yaitu pada titik waktu t = 0 detik.
- Ciri Khas: Merupakan laju reaksi yang paling cepat karena konsentrasi reaktan berada pada tingkat maksimum sebelum terurai.
- Cara Menentukan: Dihitung dari kemiringan garis singgung (gradien) grafik konsentrasi terhadap waktu tepat di titik awal (t = 0).
Laju Rata-Rata (Average Rate)
- Pengertian: Laju perubahan konsentrasi reaktan atau produk dalam selang waktu tertentu (selang delta t).
- Ciri Khas: Mengukur perubahan secara keseluruhan dalam satu interval waktu (misal dari detik ke-10 hingga detik ke-30) tanpa memperhitungkan fluktuasi laju di tengah interval tersebut.
- Rumus:
  - Laju rata-rata berkurangnya reaktan = - (Konsentrasi Akhir - Konsentrasi Awal) / (Waktu Akhir - Waktu Awal)
  - Laju rata-rata bertambahnya produk = + (Konsentrasi Akhir - Konsentrasi Awal) / (Waktu Akhir - Waktu Awal)
Laju Sesaat (Instantaneous Rate)
- Pengertian: Laju reaksi pada satu titik waktu tertentu yang sangat spesifik (misalnya tepat pada t = 10 detik).
- Ciri Khas: Menunjukkan kecepatan perubahan konsentrasi pada momen tersebut.
- Cara Menentukan: Dihitung dari kemiringan (gradien) garis singgung grafik konsentrasi terhadap waktu pada titik t yang ditentukan, atau menggunakan persamaan turunan matematika: v = -d[A]/dt.

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal: Dalam suatu percobaan penguraian zat A menjadi zat B menurut reaksi:

A --> B

Diperoleh data perubahan konsentrasi zat A terhadap waktu sebagai berikut:

Pada t = 0 detik, [A] = 0,80 M
Pada t = 10 detik, [A] = 0,50 M
Pada t = 20 detik, [A] = 0,30 M
Pada t = 30 detik, [A] = 0,20 M

Fungsi konsentrasi zat A terhadap waktu setelah t = 0 dinyatakan dengan persamaan kuadratik sederhana: A = 0,80 - 0,035t + 0,0005t²

Pertanyaan:

Hitung laju rata-rata penguraian A pada selang waktu t = 0 detik sampai t = 20 detik!
Hitung laju awal reaksi (pada t = 0 detik)!
Hitung laju sesaat penguraian A pada t = 10 detik!

Pembahasan:

1. Menghitung Laju Rata-Rata (t = 0 s s.d. t = 20 s)

Konsentrasi awal ([A]1) pada t₁ = 0 detik adalah 0,80 M.
Konsentrasi akhir ([A]2) pada t₂ = 20 detik adalah 0,30 M.
Perubahan konsentrasi (Δ[A]) = 0,30 M - 0,80 M = -0,50 M
Selang waktu (Δt) = 20 - 0 = 20 detik

Laju rata-rata = - (Δ[A] / Δt)

Laju rata-rata = - (-0,50 M / 20 s)

Laju rata-rata = 0,025 M/s

2. Menghitung Laju Awal (t = 0 s)

Laju awal diperoleh dari turunan pertama fungsi konsentrasi A terhadap waktu pada t = 0.

Turunan dari A terhadap t:

d[A]/dt = d(0,80 - 0,035t + 0,0005t²)/dt

d[A]/dt = -0,035 + 0,001t

Laju reaksi v(t) = - (d[A]/dt) = 0,035 - 0,001t

Masukkan t = 0 detik ke dalam persamaan laju:

v(0) = 0,035 - 0,001(0)

v(0) = 0,035 M/s

3. Menghitung Laju Sesaat (pada t = 10 s)

Gunakan persamaan laju hasil turunan dari langkah nomor 2: v(t) = 0,035 - 0,001t

Masukkan t = 10 detik: v(10) = 0,035 - 0,001(10) v(10) = 0,035 - 0,010 v(10) = 0,025 M/s

Ringkasan Hasil

Laju Rata-rata (0-20 s): 0,025 M/s
Laju Awal (t = 0 s): 0,035 M/s
Laju Sesaat (t = 10 s): 0,025 M/s

Menghitung laju awal atau laju dihitung dari kemiringan (gradien) garis singgung grafik konsentrasi terhadap waktu pada titik t yang ditentukan, atau menggunakan persamaan turunan matematika yang diketahui dari soal:

V = -d[A]/dt.

Rumus turunan dari