Laju Reaksi Teknik Kimia

 1.1  Laju Reaksi

Laju reaksi adalah banyaknya pereaksi yang berkurang per satuan waktu atau banyaknya produk yang terbentuk per satuan waktu. Jumlah zat yang berubah dinyatakan dalam satuan volum total campuran. Oleh karena itu, laju reaksi didefinisikan sebagai pertambahan konsentrasi molar produk reaksi per satuan waktu, atau pengurangan konsentrasi molar pereaksi per satuan waktu. Satuan laju reaksi adalah mol per liter per detik atau mol L^-1s^-1. Laju reaksi dipengaruhi oleh frekuensi tumbukan efektif yang terjadi antar molekul. Semakin sering terjadi tumbukan efektif maka laju reaksi akan semakin cepat. Dengan meningkatkan frekuensi tumbukan efektif antar molekul, maka dapat dihasilkan produk dalam waktu yang singkat (Keenan, 1986).

Bagaimanakah cara menyatakan laju dari suatu reaksi? Dalam reaksi kimia, perubahan yang dimaksud adalah perubahan konsentrasi pereaksi atau produk. Seiring dengan bertambahnya waktu reaksi, maka jumlah zat pereaksi akan makin sedikit, sedangkan produk makin banyak. Laju reaksi dinyatakan sebagai laju berkurangnya pereaksi atau laju bertambahnya produk. Satuan konsentrasi yang digunakan adalah molaritas (M) atau mol per liter (mol L^-1). Satuan waktu yang digunakan biasanya detik (dt). Sehingga laju reaksi mempunyai satuan mol per liter per detik (mol L^-1 dt^-1 atau M dt^-1).

1.1    Kinetika Reaksi Homogen

Kinetika kimia adalah bagian dari kimia fisika yang mempelajari tentang kecepatan reaksi-reaksi kimia dan mekanisme reaksi-reaksi tersebut.

Termodinamika kimia mempelajari hubungan tenaga antara pereaksi dan hasil-hasil reaksi, tidak mempelajari bagaimana reaksi-reaksi tersebut berlangsung dan dengan kecepatan berapa kesetimbangan untuk reaksi kimia ini dicapai. Hal terakhir ini dipelajari dalam kinetika kimia, sehingga kinetika kimia merupakan pelengkap bagi termodinamika kimia.

Tidak semua reaksi kimia dapat dipelajari secara kinetik. Reaksi-reaksi yang berjalan sangat cepat seperti reaksi-reaksi ion atau pembakaran dan reaksi-reaksi yang berjalan sangat lambat seperti pengkaratan, tidak dapat dipelajari secara kinetik. Diantara kedua jenis ini, banyak reaksi-reaksi yang kecepatannya dapat diukur(Sukardjo, 1997).

     Kecepatan reaksi ialah kecepatan perubahan konsentrasi pereaksi terhadap waktu, jadidC/dt. Tanda minus menunjukkan bahwa konsentrasi berkurang bila waktu berubah. Menurut hukum kegiatan massa, kecepatan reaksi pada temperatur tetap, berbanding lurus dengan konsentrasi pengikut-pengikutnya dan masing-masing berpangkat sebanyak molekul dalam persamaan reaksi (Sukardjo, 1997).

            Untuk reaksi :

n₁A + n₂B + n₃C → hasil-hasil

(Sukardjo, 1997).

           

Laju didefinisikan sebagai perubahan konsentrasi per satuan waktu. Umumnya laju reaksi meningkat dengan meningkatnya konsentrasi, dan dapat dinyatakan sebagai :

Laju     ≈          k f (C₁, C₂,…….C_i)

(Dogra, dkk., 1990).

Dimana k adalah konstanta laju, juga disebut konstanta laju spesifik atau konstanta kecepatan, C_1, C₂,…. adalah konsentrasi dari reaktan-reaktan dan produk-produk. sebagai contoh dalam hal reaksi umum (Dogra, dkk., 1990).

1.2    Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

            1.2.1        Konsentrasi

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. Bila partikel makin banyak, akibatnya lebih banyak kemungkinan partikel saling bertumbukan yang terjadi dalam suatu larutan, sehingga reaksi bertambah cepat.

            1.2.2        Luas Permukaan Sentuhan

Pengaruh luas permukaan banyak diterapkan dalam industri, yaitu dengan menghaluskan terlebih dahulu bahan yang berupa padatan sebelum direaksikan. Ketika kita makan, sangat dianjurkan untuk mengunyah makanan hingga lembut, agar proses reaksi di dalam lambung berlangsung lebih cepat dan penyerapan sari makanan lebih sempurna. Apa hubungannya dengan tumbukan? Makin luas permukaan gamping, makin luas bidang sentuh dengan asam klorida makin besar, sehingga jumlah tumbukannya juga makin besar. Artinya makin kecil ukuran, makin luas permukaannya, makin banyak tumbukan, makin cepat terjadinya reaksi.

            1.2.3        Suhu

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.

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.

            1.2.4        Katalis

Salah satu cara lain untuk mempercepat laju reaksi adalah dengan jalan menurunkan energi pengaktifan suatu reaksi. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan katalis. Katalis adalah zat yang dapat meningkatkan laju reaksi tanpa dirinya mengalami perubahan kimia secara permanen. Katalis dapat bekerja dengan membentuk senyawa antara atau mengabsorpsi zat yang direaksikan. Suatu reaksi yang menggunakan katalis disebut reaksi katalis dan prosesnya disebut katalisme. Katalis suatu reaksi biasanya dituliskan di atas tanda panah.

Ada dua macam katalis, yaitu katalis positif (katalisator) yang berfungsi mempercepat reaksi, dan katalis negatif (inhibitor) yang berfungsi memperlambat laju reaksi. Katalis positif berperan menurunkanenergi pengaktifan, dan membuat orientasi molekul sesuai untuk terjadinyan tumbukan. Sedangkan katalisator dibedakan atas katalisator homogen dan katalisator heterogen.

            1.2.5        Mekanisme Reaksi

Beberapa reaksi berlangsung melalui pembetukan zat antara, sebelum diperoleh produk akhir. Reaksi yang demikian berlangsung tahap demi tahap. Mekanisme reaksi ialah serangkaian reaksi tahap demi tahap yang terjadi berturut-turut selama proses perubahan reaktan menjadi produk.

1.3    Reaktor Batch

Reaktor batch digunakan dalam skala operasi kecil, untuk mencoba proses baru yang belum sepenuhnya dikembangkan, untuk produksi produk mahal dan untuk proses yang sulit dikonversi oleh operasi kontinu. Reaktor batch memiliki kelebihan yaitu dapat memberikan nilai konversi yang tinggi, yang dapat diperoleh dengan membiarkan reaktan berada dalam reaktor dalam jangka waktu yang lama. Kekurangannya adalah biaya yang mahal untuk setiap batch, produk yang dihasilkan dapat bervariasi dari batch yang satu dengan batch yang lainnya, dan tidak efektif untuk produksi skala besar.

Gambar 2.2 Reaktor Batch

(Fogler, 2006)

  

1.4    Bahan Baku

2.4.1      Asam Format (H₃PO₄)

Asam format merupakan senyawa berbentuk cairan bersifat korosif, yang mempunyai rumus molekul H₃PO₄, tekanan uap 0.0285  ^oC, titik beku-17,5 ^oC, dan titik didih 158 °C. Larut dalam air dan pelarut organik. Bersifat stabil pada suhu dan tekanan normal, namun tidak stabil dengan asam dan basa kuat serta oksidator kuat.

2.4.2      Natrium Hidroksida (NaOH)

Natrium hidroksida merupakan senyawa berwujud padat dan berwarna putih yang memiliki berat molekul 40 g/mol. Senyawa ini dikenal larut dalam air, alkohol, eter, dan gliserin, memiliki titik didih sebesar 1390 °C dan titik leleh sebesar 318,4 °C. Apabila senyawa ini dipanaskan pada temperature 1000 °C dengan pencampuran kabon akan membentuk metallic sodium.

Referensi

Azizah, Utiya. 2004. Laju Reaksi. http://dartosaripan.fileave.com/10_laju_reaksi.pdf.

            Diakses pada tanggal 1 April 2014.

Brother, Hill. 1978. Phormate Acid  Safety Data Sheet. http://www.sipchem.com/. Diakses pada tanggal 1 April 2014.

Davis, Robert J, dkk. 2003. Fundamental of Chemical Reactions Engineering. New York : McGraw – Hill.

Dogra, dkk. 2009. Kimia Fisika dan Soal – soal. Jakarta : UI Press.

Fogler, H. Scott. 2004. Elements of Chemical Reaction Engineering. Edisi Ketiga. New Delhi : Prentice Hall of India.

Keenan, dkk. 1986. General College Chemistry. Jilid 1. Edisi Keenam. New York : Harper International.

Levenspiel, Octave. 1999. Chemical Reaction Engineering. Edisi Ketiga. New York : John Wiley & Sons.

Missen, Ronald W, Charles A. Mims, Bradley A. Saville. 1999. Introduction to Chemical Reaction Engineering and Kinetics. Amerika Serikat : John Wiley & Sons, Inc.

Sukardjo. 1997. Kimia Fisika.Edisi Ketiga. Jakarta : Rineka Cipta.