Nota Sains Bab 4 Tingkatan 5: KADAR TINDAK BALAS
KADAR TINDAK BALAS
| PENJELASAN |
|---|
| TAKRIFAN KADAR TINDAK BALAS Kadar tindak balas boleh ditakrifkan sebagai perubahan kuantiti bahan atau hasil tindak balas dalam satu unit jisim. Ia boleh dinyatakan dari segi perubahan kepekatan bahan tindak balas atau produk per unit jisim. |
| TINDAK BALAS CEPAT Tindak balas yang berlaku dengan cepat mengambil masa yang singkat untuk menjadi lengkap. Sebagai contoh, tindak balas antara natrium dan air menghasilkan hidrogen dan natrium hidroksida. Oleh itu, kadar tindak balas adalah tinggi. |
| TINDAK BALAS PERLAHAN Tindak balas yang berlaku perlahan-lahan akan menjadi lengkap dalam jangka masa yang panjang. Sebagai contoh, proses pengkarbonan konkrit berlaku apabila karbon dioksida dalam udara bertindak balas dengan kalsium hidroksida dalam konkrit untuk membentuk kalsium karbonat. Jadi, tahap tindak balas adalah rendah. |
Kadar tindak balas boleh dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti suhu, kepekatan bahan tindak balas, tekanan (untuk tindak balas gas), luas permukaan bahan tindak balas, dan kehadiran mangkin.
PENGUKURAN KADAR TINDAK BALAS
| PENJELASAN |
|---|
| KAEDAH PENGUKURAN KADAR TINDAK BALAS Pengurangan Jisim Bahan: Mengukur pengurangan jisim bahan tindak balas dalam tindak balas di mana bahan pepejal atau cecair terlibat. Pembentukan Keputusan Tindak Balas: Mengukur pertambahan jisim atau jumlah produk yang terbentuk. Pembentukan Mendakan: Beri perhatian kepada perubahan kekeruhan dalam larutan apabila mendakan terbentuk. Pelepasan Gas: Mengukur jumlah gas yang dihasilkan dalam tindak balas. Sebagai contoh, gas terkumpul dalam silinder yang keliru |
| UNIT KADAR TINDAK BALAS Unit kadar tindak balas berbeza bergantung pada jenis perubahan yang diukur. Sebagai contoh, untuk tindak balas yang melibatkan gas, unit yang sering digunakan ialah cm³ s⁻¹, yang menunjukkan jumlah gas yang dihasilkan per unit jisim. |
| JENIS PENGUKURAN KADAR TINDAK BALAS Kadar Tindak Balas Purata: Mengira kadar tindak balas keseluruhan untuk tempoh masa tertentu. Ia ialah perubahan purata dalam kepekatan bahan tindak balas atau produk semasa tindak balas. Kadar Tindak Balas Pada Tempoh Tertentu (Kadar Tindak Balas Serta-merta): Mengukur kadar tindak balas pada satu masa atau saat tertentu dalam tindak balas. Ini boleh dilakukan dengan menganalisis kecerunan graf ketumpatan vs. jisim pada titik masa tertentu. |
Mengukur tahap tindak balas adalah penting untuk memahami dinamik tindak balas kimia dan mereka bentuk cara untuk mengawal atau mengoptimumkan tindak balas ini dalam pelbagai aplikasi industri dan penyelidikan.
FAKTOR-FAKTOR MEMPENGARUHI KADAR TINDAK BALAS
| PENJELASAN |
|---|
| FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KADAR TINDAK BALAS (a) Saiz Bahan-bahan Tindak Balas: – Semakin kecil saiz zarah bahan tindak balas, semakin besar luas permukaan relatif bahan tersebut. Ini meningkatkan kebarangkalian zarah-zarah bertindak balas untuk berlanggaran dan menghasilkan tindak balas. (b) Kepekatan Bahan Tindak Balas: – Semakin tinggi kepekatan reaktan, semakin banyak zarah per unit isi padu. Ini meningkatkan peluang untuk berlanggaran dan seterusnya mempercepatkan kadar tindak balas. (c) Suhu Tindak Balas: – Menaikkan suhu tindak balas akan meningkatkan tenaga kinetik zarah-zarah, menyebabkan zarah-zarah tersebut berlanggaran dengan lebih kerap dan dengan lebih tenaga. Ini meningkatkan kadar tindak balas. (d) Mangkin: – Mangkin (katalis) mempercepatkan kadar tindak balas tanpa diubah secara kekal oleh tindak balas tersebut. Ia menyediakan laluan tindak balas alternatif yang mempunyai tenaga pengaktifan yang lebih rendah. (e) Tekanan: – Tekanan mempengaruhi kadar tindak balas bagi reaktan dalam keadaan gas. Meningkatkan tekanan akan memampatkan gas, menyebabkan zarah-zarah gas berlanggaran dengan lebih kerap dalam isi padu yang lebih kecil. |
| PENGARUH FAKTOR TERHADAP KADAR TINDAK BALAS: Saiz Zarah: Semakin kecil saiz zarah, semakin tinggi kadar tindak balas kerana peningkatan luas permukaan. Kepekatan: Semakin tinggi kepekatan, semakin tinggi kadar tindak balas kerana lebih banyak zarah tersedia untuk bertindak balas. Suhu: Semakin tinggi suhu, semakin tinggi kadar tindak balas kerana peningkatan tenaga kinetik zarah. Mangkin: Kehadiran mangkin meningkatkan kadar tindak balas dengan menurunkan tenaga pengaktifan. Tekanan: Semakin tinggi tekanan untuk gas, semakin tinggi kadar tindak balas kerana peningkatan kekerapan perlanggaran zarah gas. |
| TEKANAN DAN TINDAK BALAS GAS: Tekanan akan mempengaruhi kadar tindak balas hanya bagi reaktan dalam keadaan gas. Ini kerana peningkatan tekanan memampatkan gas, menyebabkan zarah-zarah gas berada lebih rapat dan berlanggaran dengan lebih kerap. |
| PENAMBAHAN TEKANAN Penambahan tekanan akan memampatkan gas, mengurangkan isi padu dan meningkatkan kekerapan perlanggaran zarah-zarah gas. Oleh itu, kadar tindak balas akan meningkat dalam keadaan termampat. |
APLIKASI KADAR TINDAK BALAS
| PENJELASAN |
|---|
| PEMILIHAN SUHU DAN TEKANAN OPTIMUM: Dalam industri, suhu dan tekanan optimum dipilih untuk memastikan tindak balas kimia berlaku pada kadar yang pantas tanpa mengorbankan hasil produk. Suhu yang terlalu tinggi mungkin meningkatkan kadar tindak balas tetapi juga boleh menyebabkan pembentukan produk sampingan yang tidak diingini atau merosakkan peralatan. Begitu juga, tekanan yang terlalu tinggi boleh meningkatkan kos operasi dan risiko keselamatan. |
| CONTOH INDUSTRI PENGHASILAN AMMONIA: Proses Haber: Penghasilan ammonia (NH₃) daripada nitrogen (N₂) dan hidrogen (H₂) adalah contoh utama di mana kadar tindak balas dioptimumkan dalam industri. Proses ini dikenali sebagai Proses Haber-Bosch. Suhu Optimum: Suhu optimum dalam proses ini adalah sekitar 450-500°C. Pada suhu ini, kadar tindak balas cukup tinggi untuk menghasilkan ammonia pada kadar yang pantas, sementara keseimbangan kimia masih menggalakkan pembentukan ammonia. Tekanan Optimum: Tekanan optimum adalah antara 200-500 atmosfera. Tekanan tinggi menggalakkan pembentukan ammonia kerana jumlah molekul gas di sebelah kanan persamaan tindak balas (produk) adalah kurang daripada jumlah molekul gas di sebelah kiri (reaktan). Mengikut prinsip Le Chatelier, peningkatan tekanan akan mengalihkan keseimbangan tindak balas ke arah pembentukan produk (ammonia). |
| KEGUNAAN MANGKIN Dalam Proses Haber, mangkin seperti besi yang telah dipromosikan dengan kalium oksida (K₂O) digunakan untuk menurunkan tenaga pengaktifan tindak balas. Ini membolehkan tindak balas berlaku pada suhu dan tekanan yang lebih rendah berbanding tanpa mangkin, menjadikan proses lebih cekap dan ekonomi. |
| PENTINGNYA MENGOPTIMUMKAN KEADAAN TINDAK BALAS: Dengan pemahaman yang mendalam tentang faktor-faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas, industri kimia dapat merancang dan mengendalikan proses dengan lebih efisien dan berkesan, memastikan penghasilan produk yang berkualiti tinggi dalam masa yang singkat. |
Dengan pemahaman yang mendalam tentang faktor-faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas, industri kimia dapat merancang dan mengendalikan proses dengan lebih efisien dan berkesan, memastikan penghasilan produk yang berkualiti tinggi dalam masa yang singkat.
KOLEKSI LATIHAN
| LATIHAN | SKEMA JAWAPAN |
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Bahan Tindak Balas | Bahan permulaan dalam satu proses pertukaran kimia yang akan menghasilkan hasil tindak balas. |
| Hasil Tindak Balas | Bahan yang terhasil daripada satu proses pertukaran kimia yang melibatkan bahan tindak balas. |
| Kadar Tindak Balas | Perubahan kuantiti bahan tindak balas atau hasil tindak balas per unit masa. |
| Kadar Tindak Balas Purata | Nilai purata kadar tindak balas yang berlaku dalam sesuatu tempoh masa tertentu. |
| Kadar Tindak Balas Seketika | Kadar tindak balas yang berlaku pada satu-satu masa atau ketika tertentu, diukur daripada kecerunan tangen pada lengkung graf. |
| Kehadiran Mangkin | Salah satu faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas; kehadiran mangkin meningkatkan kadar tindak balas. |
| Kepekatan Bahan Tindak Balas | Salah satu faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas; apabila kepekatan meningkat, kadar tindak balas meningkat. |
| Mangkin | Bahan yang meningkatkan kadar tindak balas apabila digunakan dalam sesuatu tindak balas. |
| Proses Haber | Proses industri untuk menghasilkan ammonia (NH3) daripada gas nitrogen dan hidrogen menggunakan suhu, tekanan, dan mangkin serbuk ferum. |
| Proses Sentuh | Proses industri untuk menghasilkan asid sulfurik, yang melibatkan tindak balas sulfur dioksida dan oksigen menggunakan suhu, tekanan, dan mangkin vanadium(V) oksida. |
| Saiz Bahan Tindak Balas | Salah satu faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas bagi bahan pepejal; semakin kecil saiz bahan, semakin tinggi kadar tindak balas. |
| Suhu Bahan Tindak Balas | Salah satu faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas; apabila suhu meningkat, kadar tindak balas meningkat. |
| Tekanan | Salah satu faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas yang melibatkan bahan berkeadaan gas; apabila tekanan meningkat, kadar tindak balas meningkat. |
| Tindak Balas Cepat | Tindak balas di mana kuantiti bahan tindak balas berkurang dengan cepatnya atau hasil tindak balas bertambah dengan cepatnya. Contoh: nyalaan gas butana. |
| Tindak Balas Perlahan | Tindak balas di mana kuantiti bahan tindak balas berkurang dengan perlahannya atau hasil tindak balas bertambah dengan perlahannya. Contoh: pengaratan besi. |
| Tindak Balas Maillard | Tindak balas kimia cepat antara karbohidrat dan protein yang menyebabkan roti menjadi keperang-perangan semasa dibakar. |