7.2 - Faktor yang Mempengaruhi Kadar Tindak Balas

Faktor Utama

Bagi tindak balas yang sama, kadarnya boleh diubah dengan mengecilkan saiz bahan tindak balas pepejal, meningkatkan kepekatan, meningkatkan suhu, atau menambahkan mangkin yang sesuai. Bahan berlainan juga bertindak balas pada kadar berlainan kerana mempunyai sifat kimia berlainan.

Eksperimen 7.1 - Saiz Bahan Tindak Balas

Tujuan / pernyataan masalah: Mengkaji bagaimana saiz ketulan marmar mempengaruhi kadar tindak balas.

Hipotesis: Semakin kecil saiz ketulan marmar, semakin tinggi kadar tindak balas.

Pemboleh ubah	Penetapan
Dimanipulasikan	Saiz ketulan marmar, $\mathrm{CaC}{\mathrm{O}}_3$
Bergerak balas	Kadar tindak balas
Dimalarkan	Jisim marmar; suhu, isi padu dan kepekatan HCl

• Bahan: $80.0{\text{cm}}^3$ HCl $0.1{\text{mol dm}}^{-3}$; masing-masing 5.0 g ketulan marmar besar dan kecil.
• Radas: Kelalang kon $250{\text{cm}}^3$, buret telangkup, besen, salur penghantar, penyumbat, kaki retort dan pengapit, silinder penyukat $100{\text{cm}}^3$, penimbang elektronik dan jam randik.

1. Masukkan asid ke dalam kelalang dan laraskan bacaan buret telangkup berisi air kepada $50.00{\text{cm}}^3$.
2. Masukkan 5.0 g ketulan marmar besar, tutup kelalang serta-merta dan mulakan jam randik.
3. Goncang perlahan-lahan dan catat bacaan buret setiap 30 saat sehingga buret dipenuhi gas.
4. Ulang dengan 5.0 g ketulan marmar kecil pada keadaan yang sama.
5. Plot kedua-dua graf isi padu gas melawan masa pada paksi yang sama. Bandingkan kecerunan tangen pada $t=0$ dan masa tindak balas tamat.

Kesimpulan: Bagi jisim yang sama, cebisan lebih kecil mempunyai jumlah luas permukaan lebih besar lalu bertindak balas lebih cepat. Kendalikan asid mengakis dengan sarung tangan dan cermin mata keselamatan.

Eksperimen 7.2 - Kepekatan

Tujuan / pernyataan masalah: Mengkaji kesan kepekatan natrium tiosulfat terhadap kadar tindak balas.

Hipotesis: Semakin tinggi kepekatan $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2{\mathrm{S}}_2{\mathrm{O}}_3$, semakin singkat masa untuk tanda tidak kelihatan.

Pemboleh ubah	Penetapan
Dimanipulasikan	Kepekatan larutan $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2{\mathrm{S}}_2{\mathrm{O}}_3$
Bergerak balas	Masa untuk tanda tidak kelihatan
Dimalarkan	Suhu; jumlah isi padu campuran; kepekatan dan isi padu ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$; saiz kelalang

• Bahan: Natrium tiosulfat $0.2{\text{mol dm}}^{-3}$, asid sulfurik $1.0{\text{mol dm}}^{-3}$, air suling dan kertas putih bertanda X.
• Radas: Kelalang kon $150{\text{cm}}^3$, silinder penyukat 10 dan $50{\text{cm}}^3$ serta jam randik.

1. Letakkan $45.0{\text{cm}}^3$ larutan natrium tiosulfat di dalam kelalang di atas tanda.
2. Tambah $5.0{\text{cm}}^3$ asid sulfurik dengan cepat dan mulakan jam randik; pusarkan perlahan-lahan.
3. Perhatikan secara menegak dan hentikan jam apabila tanda tidak kelihatan.
4. Ulang dengan isi padu natrium tiosulfat 40.0, 30.0, 20.0 dan $10.0{\text{cm}}^3$, masing-masing ditambah 5.0, 15.0, 25.0 dan $35.0{\text{cm}}^3$ air. Kekalkan asid pada $5.0{\text{cm}}^3$ dan jumlah campuran pada $50.0{\text{cm}}^3$.
5. Hitung kepekatan cair menggunakan $M_1{V}_1=M_2{V}_2$ dan gunakan $1/t$ sebagai kadar relatif dalam ${\text{s}}^{-1}$. Plot $1/t$ melawan $M_2$.

• Dalam $M_1{V}_1=M_2{V}_2$, $M_1$ ialah kepekatan asal, $V_1$ ialah isi padu larutan asal yang digunakan, $M_2$ ialah kepekatan selepas pencairan dan $V_2$ ialah isi padu selepas pencairan dengan air ($45.0{\text{cm}}^3$), sebelum asid ditambahkan.

Kesimpulan: Peningkatan kepekatan bahan tindak balas meningkatkan kadar. Gunakan kelalang, jumlah isi padu, kedudukan pemerhatian dan titik akhir yang sama supaya tahap kekeruhan seragam.

Eksperimen 7.3 - Suhu

Tujuan / pernyataan masalah: Mengkaji kesan suhu terhadap kadar tindak balas.

Hipotesis: Semakin tinggi suhu larutan natrium tiosulfat, semakin singkat masa untuk tanda tidak kelihatan.

Pemboleh ubah	Penetapan
Dimanipulasikan	Suhu larutan $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2{\mathrm{S}}_2{\mathrm{O}}_3$
Bergerak balas	Masa untuk tanda tidak kelihatan
Dimalarkan	Isi padu dan kepekatan ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$

• Bahan: $50.0{\text{cm}}^3$ natrium tiosulfat $0.2{\text{mol dm}}^{-3}$, $5.0{\text{cm}}^3$ asid sulfurik $1.0{\text{mol dm}}^{-3}$ dan kertas putih bertanda.
• Radas: Kelalang kon $150{\text{cm}}^3$, silinder penyukat 10 dan $50{\text{cm}}^3$, jam randik, termometer, penunu Bunsen, kasa dawai dan tungku kaki tiga.

1. Biarkan larutan natrium tiosulfat selama 5 minit, catat suhu dan letakkan kelalang di atas tanda.
2. Tambah asid dengan cepat dan mulakan jam. Pusarkan perlahan-lahan dan perhatikan tanda secara menegak.
3. Hentikan jam apabila tanda tidak kelihatan.
4. Ulang menggunakan natrium tiosulfat yang dipanaskan kepada 40, 45, 50 dan $55{}^{\circ }\mathrm{C}$.
5. Plot $1/t$ melawan suhu.

Kesimpulan: Peningkatan suhu meningkatkan kadar. Berhampiran suhu bilik, kenaikan $10{}^{\circ }\mathrm{C}$ meningkatkan kadar kira-kira dua kali ganda.

Eksperimen 7.4 - Kehadiran Mangkin

Mangkin mengubah kadar tindak balas tanpa mengalami perubahan kimia pada akhir tindak balas. Bentuk fizikalnya boleh berubah, tetapi kuantiti hasil tindak balas tidak berubah.

Tujuan / pernyataan masalah: Mengkaji kesan kehadiran mangkin terhadap kadar tindak balas.

• Bahan: Larutan hidrogen peroksida 20-isi padu, serbuk mangan(IV) oksida dan air suling.
• Radas: Silinder penyukat $10{\text{cm}}^3$, tabung uji, rak tabung uji, kayu uji berbara, corong turas, kertas turas, bikar $150{\text{cm}}^3$, spatula dan penimbang elektronik.

Hipotesis: Kehadiran mangkin meningkatkan kadar tindak balas.

Pemboleh ubah	Penetapan
Dimanipulasikan	Kehadiran mangkin
Bergerak balas	Kadar tindak balas
Dimalarkan	Jisim $\mathrm{Mn}{\mathrm{O}}_2$, suhu dan isi padu ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$

1. Labelkan dua tabung uji sebagai I dan II, letakkan di dalam rak, dan masukkan $5.0{\text{cm}}^3$ larutan hidrogen peroksida 20-isi padu ke dalam setiap tabung uji.
2. Tambah 0.5 g serbuk mangan(IV) oksida ke dalam tabung II sahaja.
3. Dekatkan kayu uji berbara ke mulut setiap tabung dengan cepat dan rekod perubahan pada kayu uji.

• Jisim mangkin tidak berubah sebelum dan selepas tindak balas; perbandingan jisimnya mengesahkan sifat ini.

Kesimpulan: Mangan(IV) oksida meningkatkan kadar penguraian tetapi kekal tidak berubah secara kimia.

Tekanan dan Rumusan Kesan

Perubahan	Kesan terhadap kadar
Pepejal lebih kecil / luas permukaan terdedah lebih besar	Meningkat
Kepekatan bahan tindak balas lebih tinggi	Meningkat
Suhu lebih tinggi	Meningkat
Mangkin sesuai hadir	Meningkat
Tekanan gas lebih tinggi pada suhu tetap	Meningkat kerana kepekatan gas bertambah

• Perubahan tekanan tidak memberi kesan ketara kepada kadar yang melibatkan bahan tindak balas pepejal dan cecair kerana isi padunya hampir tidak berubah dengan tekanan.
• Bagi perbandingan kalsium dengan air, peningkatan suhu mengubah kelajuan pembentukan hidrogen, manakala kuantiti bahan tindak balas yang sama memberikan isi padu akhir gas yang sama.

Pentafsiran Graf Kadar dan Perbandingan Keadaan

• Kalsium dan air: 0.7 g kalsium bertindak balas dengan $200{\text{cm}}^3$ air. Peningkatan suhu air sebanyak $10{}^{\circ }\mathrm{C}$ menghasilkan graf isi padu gas melawan masa yang lebih curam dan mendatar lebih awal. Kedua-dua percubaan menghasilkan $420{\text{cm}}^3$ hidrogen kerana kuantiti bahan tindak balas sama.
• Antasid dan asid hidroklorik berlebihan: Keadaan berikut menunjukkan kesan berasingan kepekatan, isi padu dan suhu.

Percubaan	Keadaan dan masa tindak balas lengkap
I	$50{\text{cm}}^3$ HCl, $1.0{\text{mol dm}}^{-3}$, $30{}^{\circ }\mathrm{C}$; 120 s
II	$50{\text{cm}}^3$ HCl, $2.0{\text{mol dm}}^{-3}$, $30{}^{\circ }\mathrm{C}$; 60 s
III	$100{\text{cm}}^3$ HCl, $2.0{\text{mol dm}}^{-3}$, $30{}^{\circ }\mathrm{C}$; 60 s
IV	$50{\text{cm}}^3$ HCl, $2.0{\text{mol dm}}^{-3}$, $40{}^{\circ }\mathrm{C}$; 30 s

• Perbandingan I dan II menunjukkan kepekatan lebih tinggi meningkatkan kadar. II dan III menunjukkan penggandaan isi padu asid berlebihan pada kepekatan sama tidak mengubah kadar. II dan IV menunjukkan suhu lebih tinggi meningkatkan kadar. Penghancuran tablet turut meningkatkan kadar dengan menambah jumlah luas permukaan terdedah.
• Penambahan mangkin semasa tindak balas: Penambahan satu spatula serbuk hitam kepada hidrogen peroksida pada minit kelima menjadikan graf isi padu oksigen melawan masa lebih curam. Serbuk itu bertindak sebagai mangkin.
• Perbandingan mangkin: Bagi $50{\text{cm}}^3$ hidrogen peroksida 10-isi padu, isi padu oksigen pada 10, 20, 30, 40, 50 dan 60 s ialah:
  • Mangan(IV) oksida: 57, 82, 93, 100, 100 dan $100{\text{cm}}^3$.
  • Kuprum(II) oksida: 12, 19, 25, 28, 30 dan $31{\text{cm}}^3$.
  • Ferum: 33, 47, 55, 58, 59 dan $60{\text{cm}}^3$.
• Mangan(IV) oksida paling berkesan antara mangkin ini kerana menghasilkan isi padu oksigen terbesar dalam masa yang sama. Isi padu berbeza pada 60 s menunjukkan tahap kemajuan tindak balas yang berbeza; bukan semuanya isi padu akhir.