Kinetika kimia adalah studi tentang seberapa cepat reaksi kimia terjadi dan faktor apa yang memengaruhi lajunya. Salah satu konsep penting dalam kinetika kimia adalah hubungan antara laju pembentukan produk dan laju hilangnya reaktan dalam persamaan kimia yang seimbang.
Dalam artikel ini, kita akan mengeksplorasi cara menyatakan hubungan ini untuk reaksi sederhana yang melibatkan air dan oksigen, dan cara menggunakannya untuk menghitung laju berbagai spesies.
Reaksi hidrogen dan oksigen
Reaksi hidrogen dan oksigen membentuk air adalah salah satu reaksi yang paling umum dan penting dalam kimia. Dapat ditulis sebagai berikut:
$$2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(g)$$
Reaksi ini bersifat eksotermis, artinya melepaskan kalor, dan dapat digunakan sebagai sumber energi dalam sel bahan bakar atau roket.
Laju pembentukan dan penghilangan
Laju reaksi kimia didefinisikan sebagai perubahan konsentrasi suatu reaktan atau produk per satuan waktu. Misalnya, laju pembentukan air dalam reaksi ini adalah:
$$\text{Laju pembentukan air}=\frac{\Delta[H_2O]}{\Delta t}$$
di mana $\Delta[H_2O]$ adalah perubahan konsentrasi air dan $\Delta t$ adalah perubahan waktu.
Demikian pula, laju hilangnya oksigen dalam hal ini reaksinya adalah:
$$\text{Laju hilangnya oksigen}=-\frac{\Delta[O_2]}{\Delta t}$$
di mana $\Delta [O_2]$ adalah perubahan konsentrasi oksigen dan $\Delta t$ adalah perubahan waktu. Tanda negatif menunjukkan bahwa konsentrasi oksigen menurun seiring berjalannya reaksi.
Hubungan stoikiometri
Persamaan kimia yang seimbang memberi tahu kita berapa mol setiap reaktan atau produk yang terlibat dalam reaksi reaksi. Misalnya, untuk setiap 2 mol hidrogen yang bereaksi, terbentuk 1 mol oksigen dan 2 mol air. Ini berarti bahwa laju pembentukan dan penghilangan berhubungan dengan faktor stoikiometrik yang bergantung pada koefisien dalam persamaan. Untuk reaksi ini, kita dapat menulis:
$$-\frac{\Delta[O_2]}{\Delta t}=\frac{1}{2}\frac{\Delta[H_2O]} {\Delta t}$$
atau
$$\frac{\Delta[H_2O]}{\Delta t}=2 \times (-\frac{\Delta[ O_2]}{\Delta t})$$
Persamaan ini memberi tahu kita bahwa laju hilangnya oksigen adalah setengah laju pembentukan air, atau setara, bahwa laju pembentukan air adalah dua kali laju hilangnya oksigen.
Cara menggunakan hubungan ini
Hubungan ini berguna untuk menghitung laju spesies yang berbeda jika kita mengetahui laju satu spesies. Misalnya, jika kita mengukur laju pembentukan air pada saat tertentu adalah $4,0 \times 10^{-5}$ M/s, kita dapat menggunakan persamaan ini untuk mencari laju hilangnya oksigen pada saat itu:
$$-\frac{\Delta[O_2]}{\Delta t}=\frac{1}{2}\frac{\Delta[H_2O]}{\Delta t}=\frac{ 1}{2} \times (4.0 \times 10^{-5})=2.0 \times 10^{-5} M/s$$
Ini berarti bahwa pada saat itu, konsentrasi oksigen berkurang sebesar $2,0 \times 10^{-5}$ M/s.
Alternatifnya, jika kita mengukur bahwa laju hilangnya oksigen pada saat tertentu adalah $-6,0 \times 10^{-5}$ M/s, kita dapat menggunakan persamaan ini untuk mencari laju pembentukan air pada saat itu:
$$\frac{\Delta[H_2O]}{\Delta t}=2 \times (-\frac{\Delta[O_2]}{\Delta t})=2 \times (-6.0 \times 10^{-5})=1.2 \times 10^{-4} M/s$$
Ini berarti bahwa pada saat itu, konsentrasi air meningkat sebesar $1,2 \times 10^{-4}$ M/s.
Kesimpulan
Dalam artikel ini, kita telah mempelajari bagaimana menyatakan hubungan antara laju pembentukan air dan laju hilangnya oksigen dalam reaksi sederhana yang melibatkan hidrogen dan oksigen. Kita juga telah melihat bagaimana menggunakan hubungan ini untuk menghitung laju spesies yang berbeda jika kita mengetahui laju satu spesies. Ini adalah keterampilan dasar dalam kinetika kimia yang dapat membantu kita memahami dan mengontrol kecepatan reaksi kimia.