myUASARevision for UASAUlang kaji UASA
QuestionsSoalan
MoreLagi
My progressKemajuan saya
Kimia notesnota, bab 7

Kadar Tindak Balas

Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), pageshalaman 218-251

What this chapter coversMatlamat bab ini

  • Saya boleh menjelaskan tindak balas cepat dan tindak balas perlahan yang berlaku dalam kehidupan harian (7.1.1)
  • Saya boleh menerangkan maksud kadar tindak balas (7.1.2)
  • Saya boleh mengenal pasti perubahan yang boleh diperhatikan dan diukur dalam tindak balas, seperti mendakan, jisim, isi padu gas, tekanan, kekonduksian elektrik dan nilai pH (7.1.3)
  • Saya boleh menentukan kadar tindak balas purata dan kadar tindak balas pada masa tertentu daripada data dan graf (7.1.4)
  • Saya boleh menyelesaikan masalah numerikal berkaitan kadar tindak balas purata dan kadar tindak balas pada masa tertentu (7.1.5)
  • Saya boleh mengeksperimen untuk mengkaji faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas, iaitu saiz bahan tindak balas, kepekatan, suhu dan kehadiran mangkin (7.2.1)
  • Saya boleh menjelaskan dengan contoh aplikasi pengetahuan tentang faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas dalam kehidupan (7.3.1)
  • Saya boleh menghuraikan teori perlanggaran (7.4.1)
  • Saya boleh menjelaskan dengan contoh tenaga pengaktifan dan perlanggaran berkesan (7.4.2)
  • Saya boleh mentafsir gambar rajah profil tenaga bagi tindak balas eksotermik dan endotermik, dengan dan tanpa mangkin (7.4.3)

7.1Penentuan kadar tindak balas

Tindak balas cepat dan perlahan (7.1.1)

Tindak balas cepat
Tindak balas sel elektrik, nyalaan mancis, pembakaran bunga api, pembakaran gas.
Tindak balas perlahan
Pereputan buah, pengaratan logam, fotosintesis, kakisan batu, penapaian.

Maksud kadar tindak balas (7.1.2)

Kadar tindak balas ialah perubahan kuantiti bahan tindak balas atau hasil tindak balas per unit masa.

Kadar tindak balas = (perubahan kuantiti bahan tindak balas atau hasil tindak balas) ÷ (masa yang diambil untuk perubahan berlaku).

Semasa tindak balas berlaku, kuantiti bahan tindak balas berkurangan dan kuantiti hasil tindak balas bertambah. Unit masa bergantung kepada kelajuan tindak balas: saat bagi tindak balas cepat, minit bagi tindak balas perlahan.

Kuantiti yang diukurUnit kadar tindak balas
Jisim pepejal (g)g s−1 atau g minit−1
Isi padu gas (cm3 atau dm3)cm3 s−1 atau cm3 minit−1
Kepekatan larutan (mol dm−3)mol dm−3 s−1 atau mol dm−3 minit−1

Perubahan yang boleh diperhatikan dan diukur (7.1.3)

PerubahanContoh tindak balasCara mengukur
Pembentukan mendakanAgNO3 + NaCl membentuk mendakan AgClMasa untuk tanda ‘×’ tidak kelihatan; kuantiti mendakan
Pengurangan jisim bahan tindak balasHNO3 + CaCO3 membebaskan CO2Penimbang elektronik
Penambahan isi padu gasHCl + Mg membebaskan H2Picagari gas atau buret berisi air
Perubahan tekananTindak balas yang melibatkan gas dalam bekas tertutupTolok tekanan
Perubahan kekonduksian elektrikTindak balas yang melibatkan ion bergerak bebas dalam elektrolitAmmeter
Perubahan nilai pHAsid atau alkali dalam larutan akueusMeter pH

Kadar tindak balas purata dan kadar tindak balas pada masa tertentu (7.1.4)

Kadar tindak balas purata
Nilai purata kadar tindak balas dalam satu tempoh masa. Bagi keseluruhan tindak balas: jumlah isi padu gas ÷ masa tindak balas tamat = V/t. Dari t1 hingga t2: (V2 − V1) ÷ (t2 − t1). Untuk jisim berkurang: Δm/Δt.
Kadar tindak balas pada masa tertentu
Kadar pada satu ketika sahaja. Daripada graf: (1) lukis tangen pada lengkung pada masa t; (2) lengkapkan satu segi tiga bersudut tegak; (3) hitung kecerunan = ΔV/Δt. Segi tiga yang lebih besar memberi nilai yang lebih tepat.

Analogi buku teks: kereta menempuh 400 km dalam 4 jam, jadi kelajuan puratanya 100 km j−1 (kadar purata). Kamera kelajuan polis merekod 140 km j−1 pada saat tertentu (kadar pada masa tertentu).

Contoh bergraf (Contoh 1, m.s. 227)

Ketulan magnesium karbonat, MgCO3, ditambah secara berlebihan ke dalam asid sulfurik, H2SO4. Isi padu gas CO2 direkod setiap 1 minit.

Masa (minit)012345678910
Isi padu gas (cm3)025405158636870707070
Graf isi padu gas melawan masa naik curam pada awalnya dan mendatar pada 70 cm3 selepas 7 minit, dengan tangen pada minit kedua
Isi padu gas melawan masa. Garis merah ialah tangen pada minit kedua yang melalui (0.2, 20) dan (4, 64).

Minit kelima (4 hingga 5 minit): (63 − 58) cm3 ÷ (5 − 4) minit = 5 cm3 minit−1.

Keseluruhan tindak balas: gas berhenti bertambah pada minit ke-7, maka 70 cm3 ÷ 7 minit = 10 cm3 minit−1.

Pada minit kedua: kecerunan tangen = ΔV ÷ Δt = (64 − 20) ÷ (4 − 0.2) = 11.58 cm3 minit−1 (buku teks).

Bagi kadar purata keseluruhan, bahagikan dengan masa tindak balas tamat (7 minit di atas), bukan masa akhir rekod (10 minit).
Kadar tindak balas paling tinggi pada awal tindak balas dan berkurang kerana bahan tindak balas semakin berkurang. Lengkung graf paling curam pada permulaan dan mendatar apabila tindak balas tamat.

Menyelesaikan masalah numerikal (7.1.5)

Contoh 1 (Uji Kendiri 7.1, soalan 4)

Tiga logam P, Q dan R bertindak balas dengan 100 cm3 asid secara berasingan. Masa untuk mengumpul 50 cm3 gas hidrogen ialah 60 s, 95 s dan 20 s.

Kadar purata: P = 50 ÷ 60 = 0.83 cm3 s−1; Q = 50 ÷ 95 = 0.53 cm3 s−1; R = 50 ÷ 20 = 2.5 cm3 s−1.

Kereaktifan menurun: R > P > Q, kerana kadar tindak balas R paling tinggi.

Satu tindak balas membebaskan 48 cm3 gas dalam 4 minit dan kemudian berhenti. Hitung kadar tindak balas purata bagi keseluruhan tindak balas.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
48 ÷ 4 = 12 cm3 minit−1.

7.2Faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas

Mangkin ialah bahan kimia yang mengubah kadar tindak balas tanpa mengalami sebarang perubahan kimia pada akhir tindak balas. Mangkin tidak mengubah kuantiti hasil tindak balas.
Akronim KSSM membantu mengingat faktor: Kepekatan bahan tindak balas meningkat, Saiz pepejal berkurang, Suhu meningkat, Mangkin hadir. Bagi tindak balas yang melibatkan gas, tekanan yang lebih tinggi juga menambah kadar kerana kepekatan gas bertambah. Tekanan tidak memberi kesan kepada tindak balas pepejal dan cecair.
FaktorPerubahanKesan ke atas kadarEksperimen dalam buku teks (7.2.1)
Saiz bahan tindak balasSaiz lebih kecil (jumlah luas permukaan lebih besar)MeningkatEksperimen 7.1: ketulan besar dan ketulan kecil marmar, CaCO3, dengan HCl; isi padu CO2 melawan masa
KepekatanKepekatan lebih tinggiMeningkatEksperimen 7.2: Na2S2O3 dengan H2SO4; masa untuk tanda ‘×’ tidak kelihatan
SuhuSuhu lebih tinggiMeningkatEksperimen 7.3: tindak balas yang sama pada suhu bilik, 40, 45, 50 dan 55 °C
Kehadiran mangkinMangkin hadirMeningkatEksperimen 7.4: H2O2 dengan MnO2; kayu uji berbara menyala semula

Saiz bahan tindak balas

Kubus 2 cm dipotong kepada 2 ketulan dan kemudian 4 ketulan; jumlah luas permukaan 24, 32 dan 40 sentimeter persegi
Rajah 7.11 Jumlah luas permukaan bagi ketulan yang berlainan saiz: 24 cm2, 32 cm2, 40 cm2.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 230.

Bagi suatu jisim tertentu, serbuk mempunyai jumlah luas permukaan yang lebih besar berbanding ketulan asalnya.

Kepekatan

Kepekatan larutan diubah dengan menambah pelarut (kepekatan berkurang) atau menambah zat terlarut (kepekatan bertambah). Dalam Eksperimen 7.2, larutan Na2S2O3 0.2 mol dm−3 dicairkan dengan air suling dan kepekatan baharu dihitung dengan formula M1V1 = M2V2. Kadar tindak balas = 1 ÷ masa.

Contoh pengiraan (Jadual 7.5, Eksperimen 7.2)

Jumlah isi padu campuran = 50.0 cm3. Kepekatan Na2S2O3 yang dicairkan, M2 = (0.2 × V1) ÷ 50.0:

EksperimenIIIIIIIVV
V1 Na2S2O3 (cm3)45.040.030.020.010.0
M2 (mol dm−3)0.180.160.120.080.04

Hubungan: semakin tinggi kepekatan, semakin singkat masa untuk tanda ‘×’ tidak kelihatan, maka kadar (1/masa) semakin tinggi.

Suhu

Hampir semua tindak balas berlaku lebih cepat pada suhu tinggi. Bagi tindak balas pada suhu bilik, setiap peningkatan suhu 10 °C akan meningkatkan kadar tindak balas sebanyak 2 kali ganda.

Kehadiran mangkin

  • Sifat kimia mangkin tidak berubah, tetapi sifat fizikinya boleh berubah. Contohnya, ketulan mangkin boleh menjadi serbuk.
  • Jisim mangkin sama sebelum dan selepas tindak balas.
  • Dalam Eksperimen 7.4, serbuk MnO2 mempercepat penguraian hidrogen peroksida kepada air dan gas oksigen.
Perubahan kadar tidak mengubah jumlah hasil tindak balas. Jika kuantiti bahan tindak balas sama, isi padu akhir gas sama; hanya masa untuk mencapainya berbeza.
Contoh 2 dan 3 (m.s. 236-237)

Kalsium bertindak balas dengan 200 cm3 air pada suhu bilik (Eksperimen I) dan menghasilkan 420 cm3 H2. Eksperimen II menggunakan air yang suhunya naik 10 °C. Jumlah H2 dalam Eksperimen II = 420 cm3, kerana kuantiti bahan tindak balas sama. Lengkung II lebih curam dan mendatar pada 420 cm3 dalam masa lebih singkat.

Tablet antasid dengan HCl berlebihan: Eksperimen I (HCl 1.0 mol dm−3, 30 °C) mengambil 120 s dan Eksperimen II (2.0 mol dm−3, 30 °C) mengambil 60 s. Kadar = 1/masa: I = 1 ÷ 120 = 0.0083 s−1; II = 1 ÷ 60 = 0.017 s−1. Kepekatan yang lebih tinggi menggandakan kadar. Eksperimen II dan III (isi padu HCl 50 cm3 dan 100 cm3, masa sama 60 s) menunjukkan isi padu asid tidak mempengaruhi kadar.

Namakan pemboleh ubah dimanipulasikan dan pemboleh ubah bergerak balas dalam eksperimen kesan suhu ke atas tindak balas natrium tiosulfat dengan asid sulfurik.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Dimanipulasikan: suhu larutan natrium tiosulfat, Na2S2O3. Bergerak balas: masa yang diambil untuk tanda ‘×’ tidak kelihatan (kadar tindak balas). Dimalarkan: isi padu dan kepekatan asid sulfurik.

7.3Aplikasi faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas dalam kehidupan

FaktorAplikasiSebab
SaizTablet antasid dipecahkan sebelum ditelan; kentang dipotong menjadi kepingan nipis atau jalur sebelum digorengJumlah luas permukaan terdedah lebih besar
KepekatanBesi berhampiran kawasan perindustrian lebih cepat berkarat oleh hujan asid; wap petrol dan udara dimampatkan dalam enjin keretaKepekatan bahan pencemar berasid lebih tinggi; kepekatan wap petrol bertambah, pembakaran sangat cepat
SuhuMencuci pakaian dengan serbuk detergen dan air panas; menggoreng dalam minyak panas (hingga 180 °C); periuk tekanan; peti sejukSuhu tinggi mempercepat tindak balas; suhu rendah melambatkan pembiakan bakteria yang merosakkan makanan
MangkinPengubah bermangkin kereta (platinum, Pt); pembuatan etanol daripada glukosa dengan enzim dalam yis pada 37 °CBahan pencemar CxHy, CO dan NOx menjadi H2O, CO2 dan N2
  • Air mendidih pada 100 °C, manakala minyak masak belum mendidih walaupun dipanaskan hingga 180 °C. Makanan yang digoreng lebih cepat masak.
  • Pembuatan ammonia, NH3, daripada N2 dan H2 dalam industri: peratusan hasil NH3 lebih tinggi pada tekanan tinggi dan lebih rendah pada suhu yang lebih tinggi (Rajah 7.19, m.s. 242).
Mengapakah arang batu lebih cepat terbakar sebagai serpihan kecil berbanding ketulan besar?
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Serpihan kecil mempunyai jumlah luas permukaan yang lebih besar terdedah kepada oksigen, maka frekuensi perlanggaran dengan zarah oksigen lebih tinggi.

7.4Teori Perlanggaran

Huraian teori perlanggaran (7.4.1)

Menurut teori perlanggaran: (1) zarah bahan tindak balas mesti berlanggar antara satu sama lain untuk tindak balas berlaku; (2) kadar tindak balas bergantung kepada frekuensi perlanggaran berkesan.

Bukan semua perlanggaran menghasilkan tindak balas. Perlanggaran dengan tenaga kurang daripada tenaga pengaktifan atau orientasi yang tidak betul ialah perlanggaran tak berkesan.

Tenaga pengaktifan dan perlanggaran berkesan (7.4.2)

Tenaga pengaktifan, Ea, ialah tenaga minimum yang mesti dicapai oleh zarah bahan tindak balas supaya dapat memecahkan ikatan dalam zarah bahan tindak balas dan membentuk ikatan baharu dalam hasil tindak balas. Analoginya ialah halangan yang mesti dilompat oleh seekor kuda.

Syarat perlanggaran berkesan: zarah bahan tindak balas mempunyai tenaga sama dengan atau lebih daripada tenaga pengaktifan, dan berlanggar pada orientasi yang betul.

Lebih tinggi frekuensi perlanggaran berkesan, lebih tinggi kadar tindak balas.

Menerangkan faktor menggunakan teori perlanggaran

FaktorPenerangan
Kepekatan (atau tekanan gas) bertambahBilangan zarah per unit isi padu bertambah, frekuensi perlanggaran bertambah, frekuensi perlanggaran berkesan bertambah, kadar tindak balas bertambah
Saiz bahan berkurang (jumlah luas permukaan bertambah)Jumlah luas permukaan terdedah kepada perlanggaran bertambah, frekuensi perlanggaran bertambah, frekuensi perlanggaran berkesan bertambah
Suhu meningkatTenaga kinetik zarah bertambah, lebih banyak zarah bertenaga untuk mengatasi tenaga pengaktifan, frekuensi perlanggaran berkesan bertambah
Mangkin hadirMangkin menyediakan lintasan alternatif dengan tenaga pengaktifan yang lebih rendah, Ea′ < Ea; lebih banyak zarah mencapai tenaga itu, frekuensi perlanggaran berkesan bertambah
Ketulan pepejal dipecahkan menjadi cebisan kecil supaya lebih banyak zarah merah jambu terdedah kepada zarah hijau
Rajah 7.24 Kesan saiz bahan tindak balas ke atas kadar tindak balas: hanya zarah di luar pepejal boleh berlanggar dengan zarah hijau.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 246.

Suhu tidak merendahkan tenaga pengaktifan. Suhu menyebabkan lebih banyak zarah mempunyai tenaga sama dengan atau lebih daripada Ea. Hanya mangkin yang merendahkan Ea.

Gambar rajah profil tenaga (7.4.3)

Tindak balas yang membebaskan tenaga haba ke persekitaran ialah tindak balas eksotermik. Tindak balas yang menyerap tenaga haba daripada persekitaran ialah tindak balas endotermik. Semua tindak balas mempunyai tenaga pengaktifan, Ea, iaitu beza tenaga dari paras tenaga bahan tindak balas ke puncak lengkung. Perubahan kandungan tenaga disebut haba tindak balas, ΔH.

Profil tenaga eksotermik: bahan tindak balas tinggi, hasil tindak balas rendah, puncak ditanda Ea dan anak panah ke bawah ditanda delta HEksotermik
Jumlah tenaga bahan tindak balas melebihi hasil tindak balas. Haba dibebaskan ke persekitaran. ΔH negatif.
Profil tenaga endotermik: bahan tindak balas rendah, hasil tindak balas tinggi, puncak ditanda Ea dan anak panah ke atas ditanda delta HEndotermik
Jumlah tenaga hasil tindak balas melebihi bahan tindak balas. Haba diserap daripada persekitaran. ΔH positif.
Profil tenaga eksotermik dengan lengkung putus-putus yang lebih rendah bagi tindak balas bermangkin
Mangkin merendahkan puncak (Ea′ < Ea). Paras bahan tindak balas dan hasil tindak balas tidak berubah, maka ΔH sama.
Mangkin merendahkan tenaga pengaktifan tetapi tidak mengubah tenaga bahan tindak balas dan hasil tindak balas, jadi ΔH tidak berubah.
Nyatakan dua syarat bagi perlanggaran berkesan.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Zarah mempunyai tenaga sama dengan atau lebih daripada tenaga pengaktifan, dan berlanggar pada orientasi yang betul.