Prinsip Teori Tumbukan pada Reaksi Kimia dan Laju Reaksi

Oleh: Yopi Nadia, Guru SDN 106/IX Muaro Sebapo, Provinsi Jambi

KOMPAS.com - Menurut teori tumbukan, reaksi kimia terjadi ketika molekul-molekul saling bertumbukan. Namun, tidak setiap tumbukan akan menghasilkan reaksi kimia. Hal ini disebabkan oleh energi kinetik yang dimiliki oleh setiap molekul saat bergerak.

Semakin tinggi kecepatan pergerakan molekul, semakin besar pula energi kinetiknya. Jika sebuah molekul memiliki energi kinetik yang cukup tinggi, tumbukan antara molekul-molekul tersebut akan lebih keras, sehingga ikatan kimia dapat terputus.

Pemutusan ikatan kimia ini merupakan langkah awal dalam pembentukan produk reaksi. Namun, jika molekul-molekul memiliki energi kinetik yang rendah, pergerakan molekul menjadi lebih lambat dan ikatan sulit terputus untuk membentuk produk.

Untuk terjadinya reaksi, total energi kinetik dari molekul-molekul harus sama dengan atau lebih besar dari energi aktivasi.

Energi aktivasi adalah jumlah energi minimum yang diperlukan untuk memulai reaksi kimia. Jika energi aktivasi rendah, molekul tetap utuh dan tidak ada perubahan yang terjadi akibat tumbukan.

Berdasarkan penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahwa ada dua syarat agar tumbukan dapat menghasilkan reaksi, yaitu: 

• Tumbukan harus memiliki orientasi yang benar
• Tumbukan tersebut harus memiliki energi kinetik yang sama atau lebih besar dari energi aktivasi.

Jika terjadi tumbukan yang berhasil, energi yang cukup, yang dikenal sebagai energi aktivasi, tersedia saat ikatan-ikatan terputus dan ikatan-ikatan baru terbentuk.

Selama proses ini, produk reaksi terbentuk. Peningkatan konsentrasi reaktan atau peningkatan suhu akan menghasilkan peningkatan jumlah tumbukan, yang pada gilirannya meningkatkan jumlah tumbukan yang berhasil dan juga meningkatkan kecepatan reaksi.

Jika katalis terlibat dalam tumbukan molekul-molekul yang bereaksi, energi yang diperlukan untuk melanjutkan reaksi kimia menjadi lebih rendah.

Oleh karena itu, jumlah tumbukan yang memiliki energi yang cukup untuk menyelesaikan reaksi meningkat, sehingga kecepatan reaksi juga meningkat.

Teori tumbukan dan laju reaksi

Prinsip kecepatan reaksi terdapat dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, ketika menggoreng daging, memotongnya menjadi potongan kecil untuk memperluas permukaan kontak. Ini mempercepat reaksi dan membuat daging lebih empuk. Pepaya muda juga digunakan sebagai katalisator dalam merebus daging untuk mempercepat penguraian, berkat enzim papain yang terkandung di dalamnya.

Prinsip ini juga digunakan dalam industri. Contohnya, produksi asam sulfat menggunakan katalis vanadium pentaoksida, pembuatan pupuk amonium dengan katalisator (Fe), atau konversi gas alam menjadi berbagai produk alkohol menggunakan katalis zeolit aktif.

Industri otomotif juga menerapkan prinsip kecepatan reaksi. Pada kendaraan bermotor, bensin yang diubah menjadi gas melalui karburator lebih mudah terbakar karena memiliki partikel yang lebih kecil.

Laju reaksi dalam teori tumbukan menyatakan bahwa tumbukan antara partikel atau reaktan diperlukan agar reaksi dapat terjadi. Laju reaksi diukur dengan perubahan konsentrasi reaktan atau produk dalam satuan waktu. Satuan yang digunakan bisa berupa gram, mol, atau konsentrasi. Waktu diukur dalam detik, menit, jam, hari, atau tahun. Satuan konsentrasi (molaritas) digunakan ketika zat kimia digunakan sebagai larutan atau gas dalam ruang tertutup.

Pada awal reaksi, jumlah reaktan maksimal sementara jumlah produk minimal. Seiring berjalannya waktu, produk semakin bertambah karena reaktan berkurang. Laju reaksi diukur dalam satuan seperti mol per detik (M/s).

Faktor-faktor yang memengaruhi laju reaksi

Beberapa faktor-faktor yang memengaruhi laju reaksi, yaitu:

• Suhu

Energi kinetik meningkat dengan meningkatnya suhu. Oleh karena itu, jumlah molekul yang energinya lebih tinggi dari energi ambang juga meningkat. Akibatnya, jumlah tumbukan efektif antara molekul yang bereaksi juga meningkat.

Namun, laju reaksi tidak selalu sama dengan kenaikan suhu. Reaksi tertentu, seperti reaksi biologis yang dikatalisis oleh enzim, dapat diperlambat dengan menaikkan suhu karena enzim dapat kehilangan aktivitasnya.

• Konsentrasi reaktan

Kecepatan reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi reaktan. secara teoritis, laju reaksi harus meningkat dengan meningkatnya konsentrasi, karena laju berbanding lurus dengan frekuensi tumbukan. Laju reaksi menurun seiring waktu dengan berkurangnya konsentrasi reaktan.

• Luas permukaan

Kecepatan reaksi meningkat ketika luas permukaan reaktan padat meningkat. Permukaan padat dapat diperbaiki dengan mengubahnya menjadi bubuk halus.

Misalnya, reaksi antara seng dan asam klorida terjadi dalam hitungan detik ketika logam seng direduksi menjadi bubuk halus.

Tetapi reaksinya lebih lambat jika dalam bentuk kawat seng. Hal ini juga berlaku untuk katalis padat, yang biasanya digunakan dalam reaksi kimia sebagai bubuk halus. Misalnya, nikel yang digiling halus digunakan dalam hidrogenasi minyak mentah.

• Katalis

Katalis adalah zat yang mengubah kecepatan reaksi tanpa mengkonsumsinya atau menyebabkan perubahan kimia terjadi selama reaksi. Katalis meningkatkan laju reaksi dengan menyediakan jalur baru dengan energi aktivasi yang lebih rendah untuk reaksi.

Dalam reaksi reversibel, katalis menurunkan energi aktivasi reaksi maju dan reaksi balik pada laju yang sama dan membantu mencapai keseimbangan yang benar. Zat tertentu dapat memperlambat laju reaksi.

Ini biasanya disebut katalis negatif atau inhibitor. Mereka mencegah reaksi, membentuk kompleks yang relatif stabil dan membutuhkan lebih banyak energi. Dengan demikian, laju reaksi berkurang.

Reaksi kimia terjadi saat partikel bertumbukan dengan energi yang cukup, disebut energi aktivasi. Tidak semua unsur atau senyawa dapat bereaksi, hanya yang memiliki energi aktivasi yang mencukupi.

Katalis membantu mencapai energi aktivasi dengan menurunkannya. Katalis menyediakan jalur dengan energi aktivasi lebih rendah, meningkatkan kemungkinan tumbukan antar partikel dan meningkatkan laju reaksi.

Dengan demikian, penambahan katalis memfasilitasi reaksi dengan mengurangi energi aktivasi, memungkinkan lebih banyak partikel untuk bereaksi, dan meningkatkan laju reaksi.

Suka baca tulisan-tulisan seperti ini? Bantu kami meningkatkan kualitas dengan mengisi survei Manfaat Kolom Skola