Pada tahun 1889, Svante Arrhenius merumuskan persamaan Arrhenius, yang berhubungan laju reaksi untuk suhu. Generalisasi luas persamaan Arrhenius adalah dengan mengatakan laju reaksi untuk banyak reaksi kimia berlipat ganda untuk setiap kenaikan 10 derajat Celcius atau Kelvin. Meskipun "aturan praktis" ini tidak selalu akurat, mengingatnya adalah cara yang baik untuk memeriksa apakah perhitungan yang dibuat menggunakan persamaan Arrhenius masuk akal.
Rumus
Ada dua bentuk umum persamaan Arrhenius. Yang mana yang Anda gunakan tergantung pada apakah Anda memiliki energi aktivasi dalam hal energi per mol (seperti dalam kimia) atau energi per molekul (lebih umum dalam fisika). Persamaannya pada dasarnya sama, tetapi unitnya berbeda.
Persamaan Arrhenius seperti yang digunakan dalam kimia sering dinyatakan sesuai dengan rumus:
k = Ae-Ea / (RT)
- k adalah konstanta laju
- A adalah faktor eksponensial yang merupakan konstanta untuk reaksi kimia yang diberikan, yang menghubungkan frekuensi tumbukan partikel
- ESebuah adalah energi aktivasi dari reaksi (biasanya diberikan dalam Joule per mol atau J / mol)
- R adalah konstanta gas universal
- T adalah suhu absolut (di Kelvin)
Dalam fisika, bentuk persamaan yang lebih umum adalah:
k = Ae-Ea / (KBT)
- k, A, dan T sama dengan sebelumnya
- ESebuah adalah energi aktivasi dari reaksi kimia di Joules
- kB adalah Boltzmann konstan
Dalam kedua bentuk persamaan, satuan A sama dengan konstanta laju. Unit-unit bervariasi sesuai dengan urutan reaksi. Di sebuah Reaksi orde pertama, A memiliki satuan per detik (s-1), sehingga bisa juga disebut faktor frekuensi. Konstanta k adalah jumlah tumbukan antar partikel yang menghasilkan reaksi per detik, sedangkan A adalah jumlah tumbukan per detik (yang mungkin atau mungkin tidak menghasilkan reaksi) yang berada dalam orientasi yang tepat untuk reaksi terjadi.
Untuk sebagian besar perhitungan, perubahan suhu cukup kecil sehingga energi aktivasi tidak tergantung pada suhu. Dengan kata lain, biasanya tidak perlu mengetahui energi aktivasi untuk membandingkan efek suhu pada laju reaksi. Ini membuat matematika lebih sederhana.
Dari memeriksa persamaan, harus jelas laju reaksi kimia dapat meningkat baik dengan meningkatkan suhu reaksi atau dengan mengurangi energi aktivasi. Ini sebabnya katalis percepat reaksi!
Contoh
Temukan koefisien laju pada 273 K untuk dekomposisi nitrogen dioksida, yang memiliki reaksi:
2NO2(g) → 2NO (g) + O2(g)
Anda diberikan bahwa energi aktivasi dari reaksi adalah 111 kJ / mol, koefisien laju adalah 1,0 x 10-10 s-1, dan nilai R adalah 8,314 x 10-3 kJ mol-1K-1.
Untuk menyelesaikan masalah, Anda harus mengasumsikan A dan ESebuah tidak berbeda secara signifikan dengan suhu. (Penyimpangan kecil mungkin disebutkan dalam analisis kesalahan, jika Anda diminta untuk mengidentifikasi sumber kesalahan.) Dengan asumsi ini, Anda dapat menghitung nilai A pada 300 K. Setelah Anda memiliki A, Anda dapat menancapkannya ke persamaan untuk menyelesaikan k pada suhu 273 K.
Mulailah dengan menyiapkan perhitungan awal:
k = Ae-ESebuah/RT
1,0 x 10-10 s-1 = Ae(-111 kJ / mol) / (8,314 x 10-3 kJ mol-1K-1) (300K)
Gunakan milikmu Kalkulator ilmiah untuk memecahkan untuk A dan kemudian tancapkan nilai untuk suhu baru. Untuk memeriksa pekerjaan Anda, perhatikan suhunya turun hampir 20 derajat, sehingga reaksinya hanya sekitar seperempat lebih cepat (turun sekitar setengah untuk setiap 10 derajat).
Menghindari Kesalahan dalam Perhitungan
Kesalahan paling umum yang dilakukan dalam melakukan perhitungan adalah menggunakan konstanta yang memiliki unit yang berbeda satu sama lain dan lupa untuk mengonversi Suhu Celsius (atau Fahrenheit) ke Kelvin. Ini juga merupakan ide yang baik untuk mempertahankan jumlahnya digit signifikan diingat ketika melaporkan jawaban.
Arrhenius Plot
Mengambil logaritma natural dari persamaan Arrhenius dan mengatur ulang istilah menghasilkan persamaan yang memiliki bentuk yang sama dengan persamaan garis lurus (y = mx + b):
ln (k) = -ESebuah/ R (1 / T) + ln (A)
Dalam hal ini, "x" dari persamaan garis adalah kebalikan dari suhu absolut (1 / T).
Jadi, ketika data diambil pada laju reaksi kimia, sebidang ln (k) versus 1 / T menghasilkan garis lurus. Gradien atau kemiringan garis dan intersepnya dapat digunakan untuk menentukan faktor eksponensial A dan energi aktivasi ESebuah. Ini adalah eksperimen umum ketika mempelajari kinetika kimia.