Teori Tumbukan dalam Laju Reaksi Kimia

Ilustrasi Teori Tumbukan. Unsplash/NCI.

Konsep teori tumbukan dalam laju reaksi kimia seringkali dianggap sebagai salah satu materi yang cukup menantang bagi siswa. Teori ini menjadi fondasi untuk memahami konsep-konsep kimia lainnya seperti energi aktivasi, katalis, dan kesetimbangan kimia.

Pemahaman mendalam tentang teori tumbukan ini memiliki implikasi yang luas dalam berbagai bidang, mulai dari industri kimia hingga pengembangan obat-obatan. Selain itu, teori tumbukan juga menjadi dasar dalam memahami mekanisme reaksi yang kompleks.

Teori Tumbukan

Ilustrasi Teori Tumbukan. Unsplash/CDC.

Mengutip dari buku Pembelajaran SMA KIMIA, Wahyu Suryanto, (2020), dalam laman kemdikbud.go.id, teori tumbukan merupakan teori yang menyatakan bahwa partikel-partikel pereaksi atau reaktan harus bertumbukan untuk terjadinya suatu reaksi.

Pada pembelajaran laju reaksi kimia dikenal suatu pendekatan untuk menjelaskan tentang laju reaksi yaitu teori tumbukan. Pendekatan ini digunakan untuk mempermudah logika berfikir kritis dan logis serta untuk menjelaskan secara ilmiah tentang laju reaksi.

Teori ini menyatakan bahwa partikel-partikel reaktan atau pereaksi harus saling bertumbukan terlebih dahulu sebelum terjadinya reaksi. Tumbukan antar partikel reaktan yang berhasil menghasilkan reaksi disebut tumbukan efektif.

Sedangkan, tumbukan yang tidak menghasilkan reaksi disebut tumbukan tidak efektif. Tidak semua tumbukan dapat menghasilkan tumbukan efektif. Energi minimum yang harus dimiliki oleh partikel reaktan untuk bertumbukan efektif disebut energi aktivasi (Ea). Agar dapat lebih memahaminya, perhatikan ilustrasi di bawah ini!

Gambar ilustrasi teori tumbukan dari laman kemdikbud.go.id

Pada ilustrasi (a), AA dan BB bertumbukan, akan tetapi dari tumbukan tersebut tidak menghasilkan zat baru, hal tersebut berarti tumbukan tersebut tidak menghasilkan reaksi kimia. Berbeda dengan ilustrasi (a), pada ilustrasi (b) tumbukan antara AA dan BB dapat menghasilkan zat baru berupa 2 buah AB.

Hal tersebut berarti tumbukan pada ilustrasi (b) menyebabkan terjadinya reaksi. Tumbukan pada ilustrasi (b) inilah yang dikenal dengan istilah tumbukan efektif.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi

Ilustrasi Teori Tumbukan. Unsplash/Louis Reed.

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menjumpai reaksi kimia yang berlangsung dengan cepat maupun lambat. Dengan demikian laju reaksi akan berbeda-beda, ada yang berjalan sangat cepat dan lambat.

Faktor seperti konsentrasi, luas permukaan, suhu, dan katalis mempengaruhi frekuensi tumbukan dan energi aktivasi yang dibutuhkan untuk reaksi. Laju reaksi dapat dipengaruhi beberapa faktor yang antara lain:

1. Konsentrasi

Konsentrasi merupakan banyaknya partikel yang terdapat pada per satuan volum. Dengan demikian semakin tinggi konsentrasinya maka akan semakin banyak partikelnya.

Dengan demikian semakin tinggi konsentrasi, semakin besar pula kemungkinan terjadinya tumbukan antar partikel, sehingga semakin tinggi pula laju reaksinya. Agar lebih jelas kalian perhatikan gambar berikut!

Gambar ilustrasi teori tumbukan dari laman kemdikbud.go.id

Gambar (a) menunjukan konsentrasi yang lebih rendah dibanding (b). Pada gambar (b) menghasilkan tumbukan lebih banyak dibandingkan dengan gambar (a). Dengan demikian laju reaksi pada (b) akan lebih tinggi dibanding reaksi yang terjadi pada (a).

Suatu larutan dengan konsentrasi tinggi tentu mengandung partikel-partikel yang lebih rapat dibandingkan dengan konsentrasi larutan rendah. Larutan dengan konsentrasi tinggi merupakan larutan pekat dan larutan dengan konsentrasi rendah merupakan larutan encer.

Semakin tinggi konsentrasi berarti semakin banyak partikel-partikel dalam setiap satuan volume ruangan, dengan demikian tumbukan antar partikel semakin sering terjadi.

Semakin banyak tumbukan yang terjadi berarti kemungkinan untuk menghasilkan tumbukan efektif semakin besar, sehingga reaksi berlangsung lebih cepat.

2. Luas Permukaan

Pada reaksi yang reaktannya terdapat dalam fase padat, laju reaksi dipengaruhi oleh luas permukaan. Saat memasak, kita sering melihat ibu atau orang tua kita menghaluskan bumbu atau memotong bahan makanan.

Hal itu bertujuan agar rasa serta aroma yang berasal dari bumbu-bumbu tersebut agar lebih meresap serta lebih cepat matang. Begitu pula saat kita membakar sebuah buku, buku akan lebih cepat terbakar bila buku kita buat menjadi lembaran dibandingkan bila kita membakar buku tersebut dalam keadaan masih dalam keadaan utuh.

Dengan dibuat menjadi lembaran-lembaran kertas, maka buku tersebut akan memiliki luas permukaan yang lebih besar. Maka pada benda padat dengan masa yang sama, semakin kecil ukuran suatu materi, maka mengandung arti memperluas permukaan sentuh materi tersebut.

Bayangkan jika kalian mempunyai benda berbentuk kubus dengan ukuran rusuk panjang, lebar, dan tinggi sama, yaitu 1 cm. Berapa luas permukaan kubus tersebut? Secara matematika dapat dihitung bahwa luas permukaan kubus sebesar 6 kali luas sisinya.

Karena kubus mempunyai 6 sisi yang sama, maka jumlah luas permukaannya adalah 6 × 1 cm × 1 cm = 6 cm2. Jika kubus tersebut dipotong sehingga menjadi 8 buah kubus yang sama besar, maka keempat kubus akan mempunyai panjang, lebar, dan tinggi masing-masing 0,5 cm.

Luas permukaan untuk sebuah kubus menjadi 6 × 0,5 cm × 0,5 cm = 1,5 cm2. Jumlah luas permukaan kubus menjadi 8 × 1,5 cm2 = 12 cm2. Jadi, dengan memperkecil ukuran kubus, maka total luas permukaan menjadi semakin banyak.

Gambar ilustrasi teori tumbukan. dari laman kemdikbud.go.id

Jika ukuran partikel suatu benda semakin kecil, maka akan semakin banyak jumlah total permukaan benda tersebut.

Dengan menggunakan teori tumbukan dapat dijelaskan bahwa semakin luas permukaan bidang sentuh zat padat semakin banyak tempat terjadinya tumbukan antar partikel zat yang bereaksi sehingga laju reaksinya makin cepat.

3. Suhu

Kenaikan suhu mempercepat reaksi karena dengan kenaikan suhu gerakan partikel semakin cepat. Energi kinetik partikel-partikel semakin bertambah sehingga makin banyak terjadi tumbukan yang efektif.

Dengan demikian, makin banyak partikel-partikel yang bereaksi. Perhatikan saat memasak, lebih cepat matang apabila kita memasak dengan nyala api yang besar.

Dalam hal ini berarti suhu merupakan salah satu faktor yang dapat mempengaruhi laju reaksi. Setiap partikel selalu bergerak, dengan menaikkan temperatur, energi gerak atau energi kinetik partikel bertambah, sehingga tumbukan lebih sering terjadi.

Pada frekuensi tumbukan yang semakin besar, maka kemungkinan terjadinya tumbukan efektif yang mampu menghasilkan reaksi juga semakin besar.

Begitu pula sebaliknya, apabila suhu diturunkan maka gerakan partikel akan lebih lambat sehingga energi kinetik dari pertikel tersebut lebih kecil, sehingga semakin kecil pula kemungkinan tumbukan yang akan menghasilkan tumbukan efektif.

Dengan menurunnnya kemungkinan tumbukan efektif tentu saja akan berakibat menurun pula laju reaksinya. Berikut contohnya:

Gambar ilustrasi teori tumbukan dari laman kemdikbud.go.id

Suhu atau temperatur ternyata juga memperbesar energi potensial suatu zat. Zat-zat yang energi potensialnya kecil, jika bertumbukan akan sukar menghasilkan tumbukan efektif. Hal ini terjadi karena zat-zat tersebut tidak mampu melampaui energi aktivasi.

Dengan menaikkan suhu, maka hal ini akan memperbesar energi potensial, sehingga ketika bertumbukan akan menghasilkan reaksi. Setiap partikel dalam keadaan selalu bergerak.

Dengan menaikkan temperatur, maka kecepatan gerak partikel menjadi lebih tinggi, dengan demikian energi gerak atau energi kinetik partikel bertambah, sehingga tumbukan lebih sering terjadi.

Dengan frekuensi tumbukan yang semakin besar, maka kemungkinan terjadinya tumbukan efektif yang mampu menghasilkan reaksi juga semakin besar.

4. Katalis

Faktor yang mempengaruhi laju reaksi berikutnya adalah katalis. Katalis adalah zat yang dapat mempengaruhi laju reaksi. Katalis adalah suatu zat yang dapat mempengaruhi laju reaksi, tanpa dirinya mengalami perubahan yang kekal.

Suatu katalis mungkin dapat terlibat dalam proses reaksi atau mengalami perubahan selama reaksi berlangsung, tetapi setelah reaksi itu selesai maka katalis akan diperoleh kembali dalam jumlah yang sama.

Apabila katalis tersebut dapat mempercepat laju reaksi maka dikenal dengan istilah katalisator, namun apabila katalis tersebut memperlambat laju suatu reaksi maka disebut inhibitor atau katalis negatif.

Hanya saja secara umum istilah katalis digunakan untuk zat yang dapat mempercepat reaksi. Tidak semua reaksi diharapkan berjalan dengan lebih cepat.

Untuk reaksi-reaksi yang sifatnya merugikan maka reaksi diharapkan berjalan selambat mungkin, misalnya reaksi pembusukan dan reaksi perkaratan pada logam. Berdasarkan wujud atau fasanya, katalis dibedakan menjadi katalis homogen dan katalis heterogen.

Disebut katalis homogen apabila wujud atau fasa katalis tersebut sama dengan fasa zat pereaksinya, begitu pula sebaliknya, apabila fasa katalis berbeda dengan fasa zat pereaksinya maka disebut katalis heterogen.

Berikut diberikan contoh pengaruh katalis terhadap energi pengaktifan suatu reaksi.

a. Reaksi: 2N2O(g)→2N2(g) + O2(g)

Reaksi ini membutuhkan energi pengaktifan sebesar 247 kJ jika tanpa katalis. Akan tetapi, dengan memberikan logam platina (Pt) sebagai katalis, energi pengaktifannya berkurang menjadi 138 kJ.

b. Reaksi: 2HI(g)→H2(g) + I2(g)

Reaksi ini membutuhkan energi pengaktifan sebesar 184 kJ jika tanpa katalis. Akan tetapi, dengan memberikan logam emas (Au) sebagai katalis, energi pengaktifannya berkurang menjadi 59 kJ.

Demikian penjelasan teori tumbukan dalam laju reaksi kimia beserta faktor-faktor yang mempengaruhinya. (LA)

Baca Juga: Contoh Molekul Unsur, Pengertian, Jenis, dan Ciri-cirinya