Bab ini meminta anda mentakrifkan kadar tindak balas, menyatakan lima faktor yang mempengaruhinya, dan memberikan contoh aplikasinya dalam kehidupan harian dan industri m/s 114. Roti bakar dihasilkan melalui tindak balas Maillard, iaitu tindak balas cepat apabila karbohidrat bertindak balas dengan protein membentuk sebatian Amadori m/s 115.
4.1 Pengenalan Kadar Tindak Balas
Tindak balas kimia merupakan satu proses pertukaran bahan tindak balas untuk menghasilkan hasil tindak balas, seperti larutan kalium iodida dan plumbum(II) nitrat yang tidak berwarna menghasilkan mendakan plumbum(II) iodida yang berwarna kuning m/s 116. Semasa tindak balas berlaku, kuantiti bahan tindak balas semakin berkurang manakala kuantiti hasil tindak balas semakin bertambah m/s 116. Tindak balas cepat mempunyai kadar tinggi dan mengambil masa yang singkat untuk lengkap, seperti nyalaan gas butana, manakala tindak balas perlahan seperti pengaratan besi mengambil masa yang panjang m/s 117.
Kadar tindak balas ialah perubahan kuantiti bahan tindak balas atau hasil tindak balas per unit masa m/s 118. Kadar ini boleh diukur daripada perubahan jisim, isi padu atau kepekatan, tekanan, suhu, nilai pH, kekonduksian atau keamatan warna, isi padu gas yang terbebas atau ketinggian mendakan yang terbentuk m/s 118. Apabila 0.3 g pita magnesium bertindak balas lengkap dengan asid hidroklorik cair berlebihan dalam masa 30 s, kadar tindak balas ialah 0.01 g s⁻¹ m/s 118.
Kadar tindak balas purata ialah nilai purata kadar tindak balas dalam sesuatu tempoh masa tertentu, contohnya 20.00 cm³ gas hidrogen dalam 60 saat yang pertama memberikan 0.33 cm³ s⁻¹ m/s 119. Bagi keseluruhan tindak balas, 35.00 cm³ gas yang terkumpul dalam 180 s memberikan 0.19 cm³ s⁻¹, kerana tindak balas berhenti pada 180 s m/s 120. Kadar tindak balas pada satu-satu masa sama dengan kecerunan tangen lengkung pada masa tersebut m/s 121. Bagi zink dengan asid hidroklorik cair, kadar tindak balas pada masa 60 s ialah 0.25 cm³ s⁻¹ dan pada masa 120 s ialah 0.11 cm³ s⁻¹ m/s 123.
Rajah 4.3 Tindak balas cepat dan tindak balas perlahan
m/s 117Tindak balas cepat
- Kadar tindak balas tinggi kerana tindak balas berlaku dengan cepat
- Mengambil masa yang singkat untuk lengkap
- Contoh: nyalaan gas butana
Tindak balas perlahan
- Kadar tindak balas rendah kerana tindak balas berlaku dengan perlahan
- Mengambil masa yang panjang untuk lengkap
- Contoh: pengaratan besi
Kuiz 4.1 Habis membaca 4.1? Seterusnya 4.2 Faktor yang Mempengaruhi Kadar Tindak Balas →
4.2 Faktor yang Mempengaruhi Kadar Tindak Balas
Kadar tindak balas meningkat apabila suhu bahan tindak balas meningkat, apabila mangkin digunakan, apabila kepekatan bahan tindak balas meningkat, apabila tekanan meningkat bagi bahan tindak balas berkeadaan gas, dan apabila saiz bahan tindak balas pepejal berkurang m/s 125. Dalam Eksperimen 4.1, hipotesisnya ialah semakin tinggi suhu bahan tindak balas, semakin tinggi kadar tindak balas m/s 125. Larutan natrium tiosulfat 0.2 mol dm⁻³ bertindak balas dengan asid sulfurik 1 mol dm⁻³ di dalam kelalang kon yang diletakkan di atas kertas putih bertanda ‘X’ m/s 126. Eksperimen diulang pada 35 °C, 40 °C, 45 °C dan 50 °C, dan graf suhu melawan masa dan melawan 1/masa dilukis m/s 127.
Dalam Eksperimen 4.2, larutan natrium tiosulfat 0.20 hingga 0.04 mol dm⁻³ menguji hipotesis bahawa semakin tinggi kepekatan bahan tindak balas, semakin tinggi kadar tindak balas m/s 128. Dalam Eksperimen 4.3, ketulan marmar bersaiz besar dan cebisan marmar bersaiz kecil bertindak balas dengan asid hidroklorik cair 0.1 mol dm⁻³ dan masa untuk mengumpul 30.00 cm³ gas diukur m/s 129. Sebanyak 2 g ketulan marmar bersaiz besar bertindak balas dengan 40 cm³ asid, dan gas dikumpul di dalam buret yang ditelangkupkan m/s 130. Dalam Eksperimen 4.4, larutan kuprum(II) sulfat bertindak sebagai mangkin bagi tindak balas antara zink dengan asid hidroklorik cair m/s 131. Campuran gas hidrogen dan udara di dalam buret meletup apabila dinyalakan, jadi gas itu tidak boleh dinyalakan m/s 132. Bagi tindak balas yang melibatkan bahan tindak balas berkeadaan gas, kadar tindak balas lazimnya meningkat apabila tekanan meningkat m/s 134.
Rajah 4.9 Faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas
m/s 125| Faktor | Kesan terhadap kadar tindak balas |
|---|---|
| Suhu | Suhu bahan tindak balas lebih tinggi, kadar lebih tinggi |
| Kepekatan | Kepekatan bahan tindak balas lebih tinggi, kadar lebih tinggi |
| Saiz bahan tindak balas pepejal | Saiz lebih kecil, kadar lebih tinggi |
| Mangkin | Penggunaan mangkin meningkatkan kadar |
| Tekanan | Tekanan lebih tinggi, kadar lebih tinggi bagi bahan tindak balas berkeadaan gas |
Eksperimen dan aktiviti
Eksperimen 4.1: Suhu dan kadar tindak balasm/s 125
Tujuan: Untuk mengkaji kesan suhu bahan tindak balas terhadap kadar tindak balas.
- Pemboleh ubah dimanipulasikan
- Suhu larutan natrium tiosulfat
- Pemboleh ubah bergerak balas
- Masa yang diambil untuk tanda 'X' tidak kelihatan
- Pemboleh ubah dimalarkan
- Kepekatan dan isi padu larutan natrium tiosulfat, kepekatan dan isi padu asid sulfurik dan saiz kelalang kon
- Tuang 50 cm³ larutan natrium tiosulfat 0.2 mol dm⁻³ ke dalam kelalang kon dan catat suhunya.
- Letakkan kelalang kon di atas tanda 'X' pada kertas putih.
- Tuang 5 cm³ asid sulfurik 1 mol dm⁻³ ke dalam kelalang dan mulakan jam randik.
- Hentikan jam randik sebaik sahaja tanda 'X' tidak kelihatan dan hitung 1/masa.
- Ulang dengan larutan natrium tiosulfat yang dipanaskan hingga 35 °C, 40 °C, 45 °C dan 50 °C.
Eksperimen dan aktiviti
Eksperimen 4.2: Kepekatan dan kadar tindak balasm/s 128
Tujuan: Untuk mengkaji kesan kepekatan bahan tindak balas terhadap kadar tindak balas.
- Pemboleh ubah dimanipulasikan
- Kepekatan larutan natrium tiosulfat
- Pemboleh ubah bergerak balas
- Masa yang diambil untuk tanda 'X' tidak kelihatan
- Pemboleh ubah dimalarkan
- Isi padu larutan natrium tiosulfat, kepekatan dan isi padu asid sulfurik dan saiz kelalang kon
- Tuang 50 cm³ larutan natrium tiosulfat 0.20 mol dm⁻³ ke dalam kelalang kon di atas tanda 'X'.
- Tuang 5 cm³ asid sulfurik 1 mol dm⁻³ ke dalam kelalang dan mulakan jam randik.
- Hentikan jam randik sebaik sahaja tanda 'X' tidak kelihatan dan hitung 1/masa.
- Ulang dengan larutan natrium tiosulfat 0.16, 0.12, 0.08 dan 0.04 mol dm⁻³.
Eksperimen dan aktiviti
Eksperimen 4.3: Saiz bahan tindak balas pepejalm/s 129
Tujuan: Untuk mengkaji kesan saiz bahan tindak balas pepejal terhadap kadar tindak balas.
- Pemboleh ubah dimanipulasikan
- Saiz marmar
- Pemboleh ubah bergerak balas
- Masa yang diambil untuk mengumpul 30.00 cm³ gas
- Pemboleh ubah dimalarkan
- Suhu, jisim marmar, kepekatan dan isi padu asid hidroklorik
- Telangkupkan buret berisi air ke dalam besen berisi air dan catat bacaan awal.
- Masukkan 2 g ketulan marmar bersaiz besar ke dalam 40 cm³ asid hidroklorik cair 0.1 mol dm⁻³ di dalam kelalang kon.
- Tutup kelalang dengan penyumbat dan salur penghantar ke bawah buret, dan mulakan jam randik.
- Hentikan jam randik apabila 30.00 cm³ gas dikumpul.
- Ulang dengan cebisan marmar bersaiz kecil yang sama jisim.
Eksperimen dan aktiviti
Eksperimen 4.4: Kehadiran mangkinm/s 131
Tujuan: Untuk mengkaji kesan kehadiran mangkin terhadap kadar tindak balas.
- Pemboleh ubah dimanipulasikan
- Kehadiran mangkin
- Pemboleh ubah bergerak balas
- Masa yang diambil untuk mengumpul 30.00 cm³ gas
- Pemboleh ubah dimalarkan
- Suhu, isi padu dan kepekatan asid hidroklorik
- Masukkan 2 g ketulan zink ke dalam 40 cm³ asid hidroklorik cair 0.1 mol dm⁻³ dan kumpul gas di dalam buret yang ditelangkupkan.
- Catat masa yang diambil untuk mengumpul 30.00 cm³ gas.
- Ulang dengan 5 cm³ larutan kuprum(II) sulfat 0.5 mol dm⁻³ ditambah kepada asid.
- Jangan nyalakan gas di dalam buret kerana campuran hidrogen dan udara boleh meletup.
Kuiz 4.2 Habis membaca 4.2? Seterusnya 4.3 Aplikasi Konsep Kadar Tindak Balas →
4.3 Aplikasi Konsep Kadar Tindak Balas
Dalam kehidupan harian dan industri, faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas diubah suai, contohnya peti sejuk menurunkan suhu makanan untuk melambatkan makanan menjadi rosak m/s 134. Dalam Proses Haber, gas nitrogen dan gas hidrogen dalam nisbah 1:3 pada suhu 450 °C hingga 550 °C dan tekanan 200 atm dialirkan melalui serbuk ferum sebagai mangkin untuk menghasilkan ammonia m/s 135. Dalam Proses Sentuh, sulfur dibakar untuk menghasilkan sulfur dioksida, yang dicampurkan dengan udara berlebihan pada 450 °C dan 1 atm melalui vanadium(V) oksida untuk menghasilkan sulfur trioksida m/s 135. Sulfur trioksida dilarutkan dalam asid sulfurik pekat untuk membentuk oleum, yang dicairkan dengan air untuk menghasilkan asid sulfurik pekat m/s 136.
Rajah 4.21 Proses Sentuh
m/s 135- 1 Bakar sulfur Sulfur dibakar dalam udara berlebihan menghasilkan sulfur dioksida
- 2 Peringkat mangkin SO₂ dan udara berlebihan pada 450 °C, 1 atm melalui vanadium(V) oksida menghasilkan sulfur trioksida
- 3 Hasilkan oleum SO₃ dilarutkan dalam asid sulfurik pekat menghasilkan oleum, H₂S₂O₇
- 4 Cairkan oleum Oleum dan air menghasilkan asid sulfurik pekat
Keadaan dalam Proses Haber dan Proses Sentuh
m/s 136| Keadaan | Proses Haber | Proses Sentuh |
|---|---|---|
| Suhu | 450 °C – 550 °C | 450 °C |
| Tekanan | 200 atm | 1 atm |
| Mangkin | Serbuk ferum | Vanadium(V) oksida |
Kuiz 4.3 Habis bab ini? Uji diri dengan kuiz bab ini.Uji diri