Makalah Analisis Jurnal Kinetika Kimia Fix.docx

MAKALAH ANALISIS JURNAL KINETIKA KIMIA CHARTING AN ALTERNATE PATHWAY TO REACTION ORDERS AND RATE LAWS IN INTRODUCTORY CHEMISTRY COURSES Rushton, G. T. et al. 2013. Charting an Alternate Pathway to Reaction Orders and Rate Laws in Introductory Chemistry Courses. Journal of Chemical Eduction, 91 (1), hal. 66-73.

Disusun Oleh : Kelompok 3 1. Muhammad Fikri

(1604766)

2. Wiwik Kartika Sari

(1605594)

3. Mudrika

(1605705)

Prodi : Pendidikan Kimia Kelas : Reguler 1B

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2016

a. Latar Belakang

Hasil penelitian yang dilakukan oleh Akademi Nasional dan Dewan Kampus menganjurkan bahwa dalam belajar kimia di tingkat pengantar siswa seharusnya lebih menfokuskan dalam mengembangkan bakat dalam praktek ilmiah seperti melakukan investigasi, menganalisis data, dan mengkonstruksi penjelasan dari bukti-bukti yang ada dari pada belajar konsep inti ilmu. Kinetika reaksi, sebuah bidang studi yang mempelajari laju reaksi saat proses kimia terjadi, merupakan topik dasar dalam kimia dan sering diperkenalkan sedini mungkin dalam pelajaran kimia SMA ketika pembahasan kualitatif yang melibatkan ukuran partikel, agitasi, temperatur dan katalis yang merupakan faktor yang dapat mempengaruhi seberapa cepat larutan terbentuk dan proses korosi logam berlangsung. Kinetika merupakan materi dasar

yang mendukung saat belajar tentang

mekanisme reaksi ketika belajar tentang reaksi substitusi nukleofilik unimolecular dan bimolekular (SN1 vs SN2) di kimia organik, sistem analisis

kinetika

Michaelis-Menten dalam biokimia atau ketika membahas mekanisme reaksi berantai fotolitik

dalam kimia fisik. Mengingat pentingnya kinetika untuk

sejumlah bidang studi di SMA dan kurikulum kimia tingkat perkuliahan, sehingga siswa harus tahu esensi belajar materi kinetika. Hambatan dalam pembelajaran kinetika reaksi salah satunya adalah transformasi konsepsi korpuskular mahasiswa (molekul, atom, dll) ke dalam model ilmiah dan matematika. Dalam sebuah analisis dari miskonsepsi siswa tentang kinetika, BouJaoude menarik beberapa kesimpulan mengenai faktor-faktor yang mendasari miskonsepsi siswa, diantaranya : (i) siswa tidak memahami hubungan antara hasil eksperimen dan laju reaksi; dan (ii) miskonsepsi siswa bahwa hubungan aritmatika antara konsentrasi reaktan dan produk lebih ke solusi matematika daripada kimia untuk suatu masalah. Strategi sebelumnya untuk mengatasi miskonsepsi kinetika pada siswa SMA ditinjau dari sudut pandang afektif. Siswa terlebih dahulu dipancing dengan fenomena makroskopik dan kemudian dibantu dalam pencarian tentang penjelasan kospuskular. Model berbasis penalaran mendorong siswa untuk menggunakan representasi mental sebagai sarana untuk memvisualisasikan, berpikir, dan memahami melalui lensa struktur konseptual . Penggunaan model berbasis penalaran yang digabungkan dengan inkuiri terbimbing dapat mendorong

pengembangan dan revisi model mental sebagai data empiris lebih lanjut yang disajikan selama urutan instruksional. Di sini, disajikan sebuah pendekatan untuk mengajar orde reaksi dan hukum laju

yang

didasarkan

pada

model

berbasis

penalaran

dan

inkuiri

terbimbing. Pendekatan yang kami terapkan telah berhasil dengan baik pada mahasiswa dalam materi kimia dasar dan lokakarya pengembangan profesional guru SMA. Struktur untuk menyajikan ide-ide kunci seperti visualisasi dan representasi selalu menjadi bagian terdepan. Selain itu, setiap transformasi dari atau ke rumus matematika didasarkan pada visualisasi dan sifat matematis dimana siswa telah memahaminya. Penggunaan visual, transformasi matematika yang sudah biasa bagi siswa adalah pendekatan yang telah dianjurkan pada jurnal sebelumnya dan kami memperluas secara signifikan dari upaya sebelumnya dengan cara menguraikan seluruh urutan instruksional pada topik kinetika. b. Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah 1. Siswa dapat memahami bagaimana perubahan konsentrasi reaktan dan produk sebagai fungsi waktu 2. Siswa dapat membangun konsep dasar tentang reaksi orde 0, orde 1, dan orde 2. 3. Siswa dapat mengevaluasi data kinetika berdasarkan hasil percobaan serta menentukan hukum lajunya. 4. Siswa dapat memahami peran mekanisme reaksi dalam mempelajari kinetika reaksi. c. Kajian Literatur 1. Laju Reaksi

Laju reaksi adalah laju berkurangnya konsentrasi reaktan atau laju bertambahnya konsentrasi produk. Laju reaksi ini juga menggambarkan cepat lambatnya suatu reaksi kimia, sedangkan reaksi kimia merupakan proses mengubah suatu zat menjadi zat baru yang disebut sebagai produk. Laju reaksi kimia bukan hanya sebuah teori, namun dapat dirumuskan secara matematis untuk memudahkan pembelajaran. Pada reaksi kimia: A→ B, maka laju berubahnya zat A menjadi zat B ditentukan dari jumlah zat A yang bereaksi atau jumlah zat B yang terbentuk per satuan waktu. Pada saat pereaksi (A) berkurang, hasil reaksi (B) akan bertambah.

2. Orde Reaksi

Salah satu faktor yang dapat mempercepat laju reaksi adalah konsentrasi, namun seberapa cepat hal ini terjadi? Menemukan orde reaksi merupakan salah satu cara memperkirakan sejauh mana konsentrasi zat pereaksi mempengaruhi laju reaksi tertentu. Orde reaksi atau tingkat reaksi terhadap suatu komponen merupakan pangkat dari konsentrasi komponen tersebut dalam hukum laju. Orde reaksi ditentukan dari data eksperimen, biasanya harganya kecil dan tidak selalu sama dengan koefisien a dan b. Hal ini berarti, tidak ada hubungan antara jumlah pereaksi dan koefisien reaksi dengan orde reaksi. Reaksi dikatakan berorde nol terhadap salah satu pereaksinya apabila perubahan konsentrasi pereaksi tersebut tidak mempengaruhi laju reaksi. Artinya

berpapun jumlah konsentrasi pereaksi, perubahan konsentrasi

pereaksi itu tidak mempengaruhi laju reaksi. Suatu reaksi dikatakan berorde satu terhadap salah satu pereaksinya jika laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi pereaksi itu dan suatu reaksi dikatakan berorde dua terhadap salah satu pereaksi jika laju reaksi merupakan pangkat dua dari konsentrasi pereaksi itu. 3. Mekanisme Reaksi Dalam ilmu kimia, mekanisme reaksi adalah tahap demi tahap sekuensial reaksi

elementer sehingga

terjadi

perubahan kimia menyeluruh.

Suatu

mekansime kimia menjelaskan secara detail kejadian pada setiap tahapan suatu

reaksi

kimia

(transformasi).

Mekanisme

reaksi

juga

menjelaskan kompleks aktif, keadaan transisi, pemutusan ikatan (dan urutan pemutusannya), serta pembentukan ikatan (dan urutan pembentukannya). Suatu mekanisme lengkap juga memperhitungkan semua pereaksi yang digunakan, fungsi katalis, stereokimia seluruh produk yang terbentuk beserta masing-masing jumlahnya. Mekanisme reaksi juga menjelaskan laju relatif masing-masing tahapan dan persamaan laju reaksi secara keseluruhan. Zat antara reaksi atau intermediet adalah spesies kimia seringkali tidak stabil dan berumur singkat, bukan pereaksi maupun produk dalam keseluruhan reaksi kimia, tetapi produk dan pereaksi sementara dalam tahap-tahap mekanisme reaksi. Zat antara reaksi seringkali berupa radikal bebas atau ion. Keadaan transisi dapat berupa keadaan molekul intermediat tak stabil

meskipun dalam reaksi elementer. Keadaan transisi umumnya berupa entitas molekul yang melibatkan sejumlah ikatan dan/atau geometri yang tidak stabil. 4. Model Berbasis Penalaran Hasil perubahan konseptual dari proses pemecahan masalah merupakan sebauh proses yang menampilkan praktek penggunaan model berbasis penalaran: analogis, visual, dan Model simulatif. Model berbasis penalaran adalah proses pembentukan dan perubahan konsep. Dalam kasus sains di mana lebih mementingkan pengalaman dan asumsi teoritis, ada sedikit jaminan bahwa proses penalaran akan menghasilkan keberhasilan. Dalam proses evaluasi, kriteria utama untuk sukses adalah fenomena yang tepat, tetapi sukses

juga

dapat

mencakup

faktor-faktor

seperti

memungkinkan

pembangunan representasi matematika yang layak. Sentralitas praktik model berbasis penalaran adalah perubahan konseptual, bentuk kreatif pemecahan masalah, memberikan dukungan kepada beberapa filsuf kontemporer bahwa unit dasar bagi para ilmuwan dalam penalaran yang lebih umum yaitu pemodelan. Praktek pemodelan bekerja baik dalam percobaan dan dalam pengaturan teoritis. Pemodelan adalah metode representasi antara fenomena dan ekspresi dalam bahasa termasuk matematika dan bekerja dengan bentuk peralihan representasi yang memfasilitasi perubahan konseptual. d. Metode Dalam Penelitian ini digunakan pendekatan urutan instruksional yang berbasis model penalaran dan inkuiri terbimbing. Dalam proses pembelajaran urutan instruksional yang diterapkan terdiri dari 4 fase yang dilakukan selama 90-120 menit dengan partisipan dalam penelitian ini adalah siswa atau orang yang menghadiri perkuliahan. Fase 1 merupakan fase pengenalan plot kinetika yang dilakukan selama maksimum 15 menit. Dalam fase ini siswa diharapkan mampu memahami perubahan konsentrasi reaktan dan produk sebagai fungsi waktu. Kemudian fase 2 merupakan

fase pemahaman konseptual tentang laju reaksi bagian 1:

mengintepretasikan data kinetik hipotetikal dilakukan selama 15-30 menit, dalam fase ini siswa diharapkan mampu membangun konsep dasar reaksi orde 0, reaksi orde 1, dan reaksi orde 2. Setelah itu dilanjutkan dengan fase 3 yang merupakan fase pemahaman konseptual tentang laju reaksi bagian 2: mengintepretasikan data kinetik eksperimental. Dalam fase ini siswa diharapkan dapat menuliskan hukum

laju untuk setiap reaksi dan mengenali bahwa persamaan setimbang reaksi kimia tidak dituliskan sebagai tahap elementari dan tidak bisa digunakan secara langsung dalam penentuan hukum laju. Fase tearkhir adalah fase 4 yang merupakan fase penghubungan orde reaksi, hukum laju, teori tumbukan dan mekanisme reaksi yang dilakukan selama 15-30 menit. Dalam fase ini siswa harus memahami peranan mekanisme reaksi dalam kinetika reaksi sehingga dapat mengetahui bagaimana reaksi berlangsung. e. Hasil dan Pembahasan 1. Fase 1- Pengenalan Plot Kinetika

Tahap pertama dalam pendekatan ini melibatkan orientasi siswa tentang jenis hubungan kinetik yang harus siswa kuasai pada akhir sesi pembelajaran yaitu tentang laju reaksi dan orde reaksi. Bagian pertama adalah siswa harus paham bagaimana perubahan konsentrasi reaktan atau produk sebagai fungsi waktu. Pembelajaran dimulai dengan menyajikan reaksi 1, yang merupakan reaksi pergantian tunggal serta diberikan plot kosong dimana sumbu Y merupakan konsentrasi dan sumbu X merupakan waktu. Kemudian disajikan suatu pertanyaan, “Bagaimana grafik yang mungkin untuk menggambarkan konsentrasi reaktan selama reaksi berlangsung dari waktu ke waktu?”. Setelah melihat tanggapan dan grafik yang dibuat oleh siswa, peneliti memahami bahwa dalam

menggambarkan

plot

siswa

memanfaatkan konsep awal tentang mekanisme reaksi dan teori tumbukan meskipun hal ini belum diajarkan. Hal ini menunjukan bahwa siswa dapat memahami bahwa konsentrasi reaktan

berkurang

dan

konsentrasi

produk

bertambah selama reaksi berlangsung karena saat reaksi berlangsung molekul reaktif menata ulang, mengkombinasi dan mengubah bentuk sehingga mempengaruhi konsentrasi. Kemudian intruktur menegaskan ide dasar siswa tentang proses mekanistik dengan memberikan contoh-contoh. Kami mengingatkan siswa bahwa beberapa gagasan intuitif laju reaksi relative sering ditemukan dalam kehidupan sehari-hari mereka, seperti membuat teh manis dengan air panas dan dingin. Sebagian besar dari mereka

memahami bahwa gula lebih cepat larut dalam air panas daripada air dingin, karena air panas memiliki lebih banyak energi kinetik untuk melarutkan kristal sukrosa padat melalui tabrakan energik. Kita menekankan bahwa kemiringan (garis ungu) dan garis lengkung merah merupakan hal yang penting. Dalam kajian ini laju reaksi hanya ditinjau dari konsentrasi reaktan. 2. Fase 2- Pemahaman Hukum Laju Reaksi bagian 1: Menafsirkan Data Kinetika Hipotetik Pada tahap kedua siswa menggunakan konsep dari fase I untuk mengembangkan landasan konseptual reaksi orde 0, orde 1 dan orde 2. Dari grafik plot laju vs konsentrasi, siswa diharapkan dapat menuliskan penurunan hukum laju. Dalam fase ini lebih menfokuskan pemahaman konseptual dibandingkan

pemahaman

matematis

dari

data

manipulasi.

Dengan

menggunakan grafik reaksi orde 0, orde 1 dan orde 2 yang dihasilkan selama tahap I, siswa diminta untuk mengamati kemiringan grafik grafik di tiga titik, konsentrasi awal, setengah konsentrasi awal dan seperampat konsentrasi awal.

Gambar 2. Grafik Reaksi Orde 0 Pada reaksi orde 0, siswa dengan mudah memahami grafik konsentrasi vs waktu, siswa dapat dengan cepat melihat bahwa kemiringan (laju reaksi) adalah konstan selama proses reaksi berlangsung, dan mereka tidak kesulitan dalam memahami bahwa laju reaksi tidak dipengaruhi oleh konsentrasi reaktan sesuai pada gambar 2. Untuk menilai pemahaman siswa, siswa diminta untuk menggambarkan grafik laju vs konsentrasi dan menuliskan persamaan laju reaksi berdasarkan grafik laju vs konsentrasi. Sebagian siswa dengan cepat menuliskan r = k, dimana k merupakan konstanta untuk reaksi orde 0 dan sebagian siswa menuliskan y = konstan hal ini karena siswa sudah terbiasa dengan persamaan linier dalam matematika. Kemudian guru menuliskan R= k [R]0 , dimana R menunjukan konsentrasi dan 0 menunjukan orde reaksi terhadap R. jadi dapat

disimpulkan bahwa pada reaksi orde 0, konsentrasi reaktan tidak mempengaruhi laju reaksi. Grafik reaksi orde 1 dan orde 2 memiliki bentuk yang serupa. Dalam reaksi orde 1, laju reaksi sebading dengan perubahan konsentrasi sedangkan untuk reaksi orde 2 laju reaksi sebanding perubahan kuadrat konsentrasi. Kedua grafik tersebut sudah familiar bagi siswa karena mereka telah mempelajarinya dalam matematika. Pada reaksi orde 1,berdasarkan data simulasi ditunjukan bahwa laju sesaat menurun dua kali lipat pada setiap waktu paruh secara konsisten selama reaksi berlangsung sesuai pada gambar 3A. Dengan menggunakan data konsentrasi 0,25M; 0,5M; dan 1 M siswa diminta untuk menggambarkan grafik laju reaksi vs konsentrasi. Dari grafik konsentrasi vs waktu siswa dengan mudah menggambar grafik laju reaksi vs konsentrasi dan memahami grafik tersebut (Gambar 3B).

Gambar 3A dan 3B : Grafik Reaksi Orde 1 dan Orde 2 Pada reaksi orde 2, laju reaksi berkurang menjadi ¼ dari laju awal pada waktu paruh pertama dan 1/16 x dari laju awal pada waktu paruh kedua. Siswa dengan mudah memahami grafik urva orde 2 karena siswa familiar dengan kurva y = x2. Kemudian berdasarkan grafik laju vs konsentrasi siswa diminta untuk menuliskan persamaan matematika hubungan antara laju dan konsentrasi. Siswa menuliskan r = k [A] untuk reaksi orde 1 r = k [A]2 untuk reaksi orde 2 3. Fase 3- Pemahaman Hukum Laju Reaksi bagian 2 : Menafsirkan Data Kinetika Hasil Percobaan Dalam fase ini disajikan 3 set data hasil eksperimen (pemuttihan, cat berpendar, dan reaksi glyoxal clock) dan siswa diminta untuk menuliskan hukum laju untuk masing-masing sistem serta siswa diharapkan mampu menghubungkan mekanisme reaksi, teori tumbukan dan hukum laju untuk mengkonstruksi model

mental dalam mengkaji data empiris. Dari data yang ada siswa diminta untuk membuat grafik hubungan konsentrasi vs waktu bukan grafik laju vs konsentrasi. Hal ini untuk memudahkan siswa yang kurang memahami persamaan matematika dalam penurunan hukum laju. Siswa harus membuat tiga grafik yaitu grafik [A] vs t; ln[A] vs t; 1/[A] vs t kemudian menganalisis grafik yang mempunyai hubungan paling linier untuk menentukan orde reaksi dan hukum laju. Dalam fase ini siswa hanya menganalisis data percobaan pewarna pemutih sebagai reaksi orde semu 1 dan data percobaan cat berpendar sebagai reaksi orde 0. Hasil analisis siswa ditampilkan pada gambar 4 dan 5.

Gambar 4. Grafik Percobaan Pemutihan (R2 = 0,9925)

Gambar 5. Grafik Percobaan Cat Berpendar (R2 = 0,9657)

4. Fase 4- Menghubungkan Orde Reaksi, Hukum Laju, Teori Tumbukan dan Mekanisme Reaksi Pada tahap akhir siswa diminta untuk memahami mengapa mempelajari mekanisme reaksi sering menjadi fokus utama dari mempelajari kinetika. Pertama siswa diminta menggambarkan grafik dan menjelaskan orde reaksi data substitusi nukleofilik metil bromida oleh ion iodida. Kebanyakan jawaban siswa mencerminkan proses orde satu didasarkan pada persamaan kimia yang seimbang dan gagasan intuitif bagaimana proses kimia terjadi, yaitu melalui tabrakan dua spesies untuk membuat struktur baru. Kami menegaskan dan menjelaskan kedua

konsepsi dengan menunjukkan grafik koordinat reaksi dengan model bola dan tongkat untuk masing-masing spesies. (Gambar 6).

Gambar. 6 Koordinat Reaksi 1 Ketika menjelaskan kepada

Gambar 7. Koordinat Reaksi 2 siswa tentang pemecahan ikatan dan

pembentukan ikatan, kita menekankan bahwa proses terjadi dalam satu tahap (serentak) dimana pemecahan ikatan dan pembentukan ikatan terjadi secara bersamaan, oleh karena itu laju reaksi tergantung pada konsentrasi nukleofil dan elektrofil (reaksi bimolekuler). Kemudian disajikan sistem yang tampaknya serupa pada reaksi 2 dan mendorong siswa untuk membuat mekanisme dan koordinat reaksi dan membuat plot kinetika konsentrasi vs waktu dan laju vs konsentrasi. I-

+ (CH3)3CBr

(CH3)3CI + Br-

reaksi 2

Sesuai prediksi siswa mengira bahwa reaksi tersebut adalah reaksi bimolekuler, instruktur menunjukan bahwa secara eksperimen reaksi tersebut merupakan reaksi orde 0 terhadap iodine dan reaksi orde 1 terhadap tersier-butil bromida. Koordinat reaksi menunjukkan bahwa proses berlangsung melalui dua tahap dengan laju yang berbeda dimana dapat membantu siswa memahami bagaimana proses yang terjadi merupakan orde 0. Dalam banyak kasus, keseluruhan persamaan setimbang tidak selalu menjelaskan kinetika laju reaksi karena persamaan setimbang tidak menunjukkan tahapan reaksi elementer dari reaksi keseluruhan.

Dengan memahami langkah-langkah dimana reaksi

dihasilkan, laju dimana produk dihasilkan bisa diubah. Misal jika produkm t butyl iodida penting untuk industri dan laba perusahaan tergantung pada tingkat produksi, akan menjadi penting untuk mengetahui bahwa perubahan konsentrasi iodida dalam campuran reaksi tidak akan mempengaruhi laju reaksi.

f.

Kesimpulan

Pada artikel ini telah disajikan pendekatan konseptual dan matematis untuk mengembangkan kinetika kimia. Pendekatan ini telah terbukti bermanfaat bagi mahasiswa dan guru dalam pengembangan profesional, Penalaran dapat digunakan untuk memperkuat pemahaman konseptual tentang kinetika kimia bagi siswa. Kemampuan menggambarkan dan memahami persamaan merupakan hal yang penting. Kurikulum dan praktek pedagogis yang mendukung urutan dari visualisasi, representasi, dan formulasi matematis akan menyebabkan pemahaman konseptual

yang

lebih

dalam

tentang

fenomena-fenomena

menghasilkan kesuksesan dalam mempelajari kinetika kimia.

kimia

dan