Teknik Bioproses

Teknik bioproses atau teknik biokimia (Bahasa Inggris: biochemical engineering) adalah cabang ilmu dari teknik kimia yang berhubungan dengan perancangan dan konstruksi proses produksi yang melibatkan agen biologi. Agensia biologis dapat berupa mikroorganisme atau enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme. Mikroorganisme yang digunakan pada umumnya berupa bakteri, khamir, atau kapang. Teknik bioproses biasanya diajarkan sebagaisuplemen teknik kimia karena persamaan mendasar yang dimiliki keduanya. Kesamaan ini meliputi ilmu dasar keduanya dan teknik penyelesaian masalah yang digunakan kedua jurusan. Aplikasi dari teknik bioproses dijumpai pada industri obat-obatan, bioteknologi, dan industri pengolahan air.

Bioreaktor

Sebuah bioreaktor adalah suatu alat atau sistem yang mendukung aktivitas agensia biologis. Dengan kata lain, sebuah bioreaktor adalah tempat berlangsungnya proses kimia yang melibatkan mikroorganisme atau enzim yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme. Bioreaktor dikenal juga dengan nama fermentor. Proses reaksi kimia yang berlangsung dapat bersifat aerobik ataupunanaerobik. Sementara itu, agensia biologis yang digunakan dapat berada dalam keadaan tersuspensi atau terimobilisasi. Contoh reaktor yang menggunakan agensia terimobilisasi adalah bioreaktor dengan unggun atau bioreaktor membran.

Perancangan bioreaktor

Struktur suatu bioreaktor.

Perancangan bioreaktor adalah suatu pekerjaan teknik yang cukup kompleks. Pada keadaan optimum, mikroorganisme atau enzim dapat melakukan aktivitasnya dengan sangat baik. Keadaan yang memengaruhi kinerja agensia biologis terutama temperatur dan pH. Untuk bioreaktor dengan menggunakan mikroorganisme, kebutuhan untuk hidup seperti oksigen, nitrogen, fosfat, dan mineral lainnya perlu diperhatikan. Pada bioreaktor yang agensia biologisnya berada dalam keadaan tersuspensi, sistem pengadukan perlu diperhatikan agar cairan di dalam bioreaktor tercampur merata (homogen). Seluruh parameter ini harus dimonitor dan dijaga agar kinerja agensia biologis tetap optimum.

Untuk bioreaktor skala laboratorium yang berukuran 1,5-2,5 L umumnya terbuat dari bahan kaca atau borosilikat, namun untuk skala industri, umunya digunakan bahan baja tahan karat (stainless steel) yang tahan karat. Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi kontaminasi senyawa metal pada saat fermentasi terjadi di dalamnya. Bahan baja yang mengandung < 4% kromium disebut juga baja ringan, sedangkan bila kadar kromium di dalamnya >4% maka disebut stainless steel. Bioreaktor yang umum digunakan terbuat dari bahan baja 316 yang mengandung 18% kromium, 2-2,5% molibdenum, dan 10% nikel.Bahan yang dipilih harus bersifat non-toksik dan tahan terhadap sterilisasi berulang-ulang menggunakan uap tekanan tinggi. Untuk mencegah kontaminasi, bagian atas biorektor dapat ditambahkan dengan segel aseptis (aseptic seal) yang terbuat dari campuran metal-kaca atau metal-metal, seperti O-ring dan gasket. Untuk meratakan media di dalam bioreaktor digunakan alat pengaduk yang disebut agitator atau impeler. Sementara itu, untuk asupan udara dari luar ke dalam sistem biorektor digunakan sistem aerasi yang berupa sparger. Untuk bioreaktor aerob, biasanya digunakan kombinasi sparger-agitator sehingga pertumbuhan mikrooganisme dapat berlangsung dengan baik.

Pada bagian dalam bioreaktor, dipasang suatu sekat yang disebut baffle untuk mecegah vorteks dan meningkatkan efisiensi aerasi. Baffle ini merupakan metal dengan ukuran 1/10 diameter bioreaktor dan menempel secara radial di dindingnya. Bagian lain yang harus dimiliki oleh suatu bioreaktor adalah kondensor untuk mengeluarkan hasil kondensasi saat terjadi sterilisasi dan filter (0,2 μm) untuk menyaring udara yang masuk dan keluar tangki. Untuk proses inokulasi kultur, pengambilan sampel, dan pemanenan, diperlukan adanya saluran khusus dan pengambilannya harus dilakukan dengan hati-hati dan aseptis agar tidak terjadi kontaminasi. Untuk menjaga kondisi dalam bioreaktor agar tetap terkontrol, digunakan sensor pH, suhu, anti-buih, dan oksigen terlarut (DO). Apabila kondisi di dalam sel mengalami perubahan, sensor akan memperingatkan dan harus dilakukan perlakuan tertentu untuk mempertahankan kondisi di dalam bioreaktor. Misalkan terjadi perubahan pH maka harus ditambahkan larutan asam atau basa untuk menjaga kestabilan pH. Penambahan zat ini dapat dilakukan secara manual namun juga dapat dilakukan secara otomatis menggunakan bantuan pompa peristaltik. Selain asam dan basa, pompa peristaltik juga membantu penambahan anti-buih dan substrat ke dalam bioreaktor.

Limbah B3 dan Pengolahannya

PENGERTIAN LIMBAH

Limbah adalah buangan yang dihasilkan dari suatu proses produksi baik industri maupun domestik (rumah tangga). Dimana masyarakat bermukim, disanalah berbagai jenis limbah akan dihasilkan. Ada sampah, ada air kakus (black water), dan ada air buangan dari berbagai aktivitas domestik lainnya (grey water).

Limbah padat lebih dikenal sebagai sampah, yang seringkali tidak dikehendaki kehadirannya karena tidak memiliki nilai ekonomis. Bila ditinjau secara kimiawi, limbah ini terdiri dari bahan kimia Senyawa organik dan Senyawa anorganik. Dengan konsentrasi dan kuantitas tertentu, kehadiran limbah dapat berdampak negatif terhadap lingkungan terutama bagi kesehatan manusia, sehingga perlu dilakukan penanganan terhadap limbah. Tingkat bahaya keracunan yang ditimbulkan oleh limbah tergantung pada jenis dan karakteristik limbah.

Pengolahan limbah

Beberapa faktor yang memengaruhi kualitas limbah adalah volume limbah, kandungan bahan pencemar, dan frekuensi pembuangan limbah. Untuk mengatasi limbah ini diperlukan pengolahan dan penanganan limbah. Pada dasarnya pengolahan limbah ini dapat dibedakan menjadi:

1. pengolahan menurut tingkatan perlakuan
2. pengolahan menurut karakteristik limbah

Untuk mengatasi berbagai limbah dan air limpasan (hujan), maka suatu kawasan permukiman membutuhkan berbagai jenis layanan sanitasi. Layanan sanitasi ini tidak dapat selalu diartikan sebagai bentuk jasa layanan yang disediakan pihak lain. Ada juga layanan sanitasi yang harus disediakan sendiri oleh masyarakat, khususnya pemilik atau penghuni rumah, seperti jamban misalnya.

1. Layanan air limbah domestik: pelayanan sanitasi untuk menangani limbah Air kakus. 
2. Jamban yang layak harus memiliki akses air besrsih yang cukup dan tersambung ke unit penanganan air kakus yang benar. Apabila jamban pribadi tidak ada, maka masyarakat perlu memiliki akses ke jamban bersama atau MCK.
3. Layanan persampahan. Layanan ini diawali dengan pewadahan sampah dan pengumpulan sampah. Pengumpulan dilakukan dengan menggunakan gerobak atau truk sampah. Layanan sampah juga harus dilengkapi dengan tempat pembuangan sementara (TPS), tempat pembuangan akhir (TPA), atau fasilitas pengolahan sampah lainnya. Dibeberapa wilayah pemukiman, layanan untuk mengatasi sampah dikembangkan secara kolektif oleh masyarakat. Beberapa ada yang melakukan upaya kolektif lebih lanjut dengan memasukkan upaya pengkomposan dan pengumpulan bahan layak daur-ulang.
4. Layanan drainase lingkungan adalah penanganan limpasan air hujan menggunakan saluran drainase (selokan) yang akan menampung limpasan air tersebut dan mengalirkannya ke badan air penerima. Dimensi saluran drainase harus cukup besar agar dapat menampung limpasan air hujan dari wilayah yang dilayaninya. Saluran drainase harus memiliki kemiringan yang cukup dan terbebas dari sampah.
5. Penyediaan air bersih dalam sebuah pemukiman perlu tersedia secara berkelanjutan dalam jumlah yang cukup. Air bersih ini tidak hanya untuk memenuhi kebutuhan makan, minum, mandi, dan kakus saja, melainkan juga untuk kebutuhan cuci dan pembersihan lingkungan.

Karakteristik limbah

1. Berukuran mikro
2. Dinamis
3. Berdampak luas (penyebarannya)
4. Berdampak jangka panjang (antar generasi)

Limbah industri

Berdasarkan karakteristiknya limbah industri dapat dibagi menjadi empat bagian, yaitu:

1. Limbah cair biasanya dikenal sebagai entitas pencemar air. Komponen pencemaran air pada umumnya terdiri dari bahan buangan padat, bahan buangan organik dan bahan buangan anorganik
2. Limbah padat
3. Limbah gas dan partikel

Proses Pencemaran Udara Semua spesies kimia yang dimasukkan atau masuk ke atmosfer yang “bersih” disebut kontaminan. Kontaminan pada konsentrasi yang cukup tinggi dapat mengakibatkan efek negatif terhadap penerima (receptor), bila ini terjadi, kontaminan disebut cemaran (pollutant).Cemaran udara diklasifihasikan menjadi 2 kategori menurut cara cemaran masuk atau dimasukkan ke atmosfer yaitu: cemaran primer dan cemaran sekunder. Cemaran primer adalah cemaran yang diemisikan secara langsung dari sumber cemaran. Cemaran sekunder adalah cemaran yang terbentuk oleh proses kimia di atmosfer.

Sumber cemaran dari aktivitas manusia (antropogenik) adalah setiap kendaraan bermotor, fasilitas, pabrik, instalasi atau aktivitas yang mengemisikan cemaran udara primer ke atmosfer. Ada 2 kategori sumber antropogenik yaitu: sumber tetap (stationery source) seperti: pembangkit energi listrik dengan bakar fosil, pabrik, rumah tangga,jasa, dan lain-lain dan sumber bergerak (mobile source) seperti: truk,bus, pesawat terbang, dan kereta api.

Lima cemaran primer yang secara total memberikan sumbangan lebih dari 90% pencemaran udara global adalah:

a. Karbon monoksida (CO),
b. Nitrogen oksida (Nox),
c. Hidrokarbon (HC),
d. Sulfur oksida (SOx)
e. Partikulat.

Selain cemaran primer terdapat cemaran sekunder yaitu cemaran yang memberikan dampak sekunder terhadap komponen lingkungan ataupun cemaran yang dihasilkan akibat transformasi cemaran primer menjadi bentuk cemaran yang berbeda. Ada beberapa cemaran sekunder yang dapat mengakibatkan dampak penting baik lokal,regional maupun global yaitu:

a. CO2 (karbon monoksida),
b. Cemaran asbut (asap kabut) atau smog (smoke fog),
c. Hujan asam,
d. CFC (Chloro-Fluoro-Carbon/Freon),
e. CH4 (metana).

Limbah B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun)

Secara umum yang disebut limbah adalah bahan sisa yang dihasilkan dari suatu kegiatan dan proses produksi, baik pada skala rumah tangga, industri, pertambangan, dan sebagainya. Bentuk limbah tersebut dapat berupa gas dan debu, cair atau padat. Di antara berbagai jenis limbah ini ada yang bersifat beracun atau berbahaya dan dikenal sebagai limbah Bahan Berbahaya dan Beracun (Limbah B3).

Suatu limbah digolongkan sebagai limbah B3 bila mengandung bahan berbahaya atau beracun yang sifat dan konsentrasinya, baik langsung maupun tidak langsung, dapat merusak atau mencemarkan lingkungan hidup atau membahayakan kesehatan manusia.Yang termasuk limbah B3 antara lain adalah bahan baku yang berbahaya dan beracun yang tidak digunakan lagi karena rusak, sisa kemasan, tumpahan, sisa proses, dan oli bekas kapal yang memerlukan penanganan dan pengolahan khusus. Bahan-bahan ini termasuk limbah B3 bila memiliki salah satu atau lebih karakteristik berikut: mudah meledak, mudah terbakar, bersifat reaktif, beracun, menyebabkan infeksi, bersifat korosif, dan lain-lain, yang bila diuji dengan toksikologi dapat diketahui termasuk limbah B3.

Macam Limbah Beracun

• Limbah mudah meledak adalah limbah yang melalui reaksi kimia dapat menghasilkan gas dengan suhu dan tekanan tinggi yang dengan cepat dapat merusak lingkungan.
• Limbah mudah terbakar adalah limbah yang bila berdekatan dengan api, percikan api, gesekan atau sumber nyala lain akan mudah menyala atau terbakar dan bila telah menyala akan terus terbakar hebat dalam waktu lama.
• Limbah reaktif adalah limbah yang menyebabkan kebakaran karena melepaskan atau menerima oksigen atau limbah organik peroksida yang tidak stabil dalam suhu tinggi.
• Limbah beracun adalah limbah yang mengandung racun yang berbahaya bagi manusia dan lingkungan. Limbah B3 dapat menimbulkan kematian atau sakit bila masuk ke dalam tubuh melalui pernapasan, kulit atau mulut.
• Limbah penyebab infeksi adalah limbah laboratorium yang terinfeksi penyakit atau limbah yang mengandung kuman penyakit, seperti bagian tubuh manusia yang diamputasi dan cairan tubuh manusia yang terkena infeksi.
• Limbah yang bersifat korosif adalah limbah yang menyebabkan iritasi pada kulit atau mengkorosikan baja, yaitu memiliki pH sama atau kurang dari 2,0 untuk limbah yang bersifat asam dan lebih besar dari 12,5 untuk yang bersifat basa.

Pengelolaan Limbah B3 adalah rangkaian kegiatan yang mencakup reduksi, penyimpanan, pengumpulan, pengangkutan, pemanfaatan, pengolahan, dan penimbunan limbah B3. Pengelolaan Limbah B3 ini bertujuan untuk mencegah, menanggulangi pencemaran dan kerusakan lingkungan, memulihkan kualitas lingkungan tercemar, dan meningkatan kemampuan dan fungsi kualitas lingkungan

DRIFT SPEED

Drift kecepatan

Partikel bermuatan bergerak dalam konduktor bergerak terus-menerus dalam arah acak, seperti partikel-partikel gas. Dalam rangka untuk itu menjadi aliran bersih dari biaya, partikel juga harus bergerak bersama-sama dengan tingkat penyimpangan rata-rata.Elektron adalah pembawa muatan dalam logam dan mereka mengikuti jalan yang tidak menentu, memantul dari atom ke atom, tetapi umumnya melayang ke arah berlawanan dari medan listrik. Kecepatan di mana mereka melayang dapat dihitung dari persamaan:

dimana

I adalah arus listrik

n adalah jumlah partikel bermuatan per satuan volume (atau kerapatan muatan pembawa)

A adalah luas penampang konduktor

v adalah kecepatan melayang, dan

Q adalah muatan pada partikel masing-masing.

Arus listrik dalam padatan biasanya aliran yang sangat lambat. Sebagai contoh, dalam kawat tembaga penampang, mm2 0,5 membawa arus dari 5 A, kecepatan drift elektron pada urutan milimeter per detik. Untuk mengambil contoh yang berbeda, dalam vakum dekat-di dalam tabung sinar katoda, elektron perjalanan di dekat garis lurus sekitar sepersepuluh dari kecepatan cahaya.

Setiap muatan listrik mempercepat, dan karenanya setiap perubahan arus listrik, menimbulkan gelombang elektromagnetik yang merambat dengan kecepatan sangat tinggi di luar permukaan konduktor. Kecepatan ini biasanya fraksi yang signifikan dari kecepatan cahaya, sebagaimana dapat disimpulkan dari Persamaan Maxwell, dan karena itu banyak kali lebih cepat daripada kecepatan drift elektron. Sebagai contoh, dalam garis listrik AC, gelombang energi elektromagnetik merambat melalui ruang antara kabel, bergerak dari sumber ke beban jauh, meskipun elektron dalam kabel hanya bergerak maju mundur dengan jarak kecil.

Rasio dari kecepatan gelombang elektromagnetik dengan kecepatan cahaya di ruang bebas disebut faktor kecepatan, dan tergantung pada sifat elektromagnetik konduktor dan bahan isolasi sekitarnya, dan pada bentuk dan ukuran.

Besaran  dari ketiga kecepatan dapat diilustrasikan dengan sebuah analogi dengan tiga kecepatan yang sama terkait dengan gas.

Kecepatan drift rendah biaya operator adalah analog dengan gerak udara, dengan kata lain, angin.

Kecepatan tinggi gelombang elektromagnetik kira-kira analog dengan kecepatan suara dalam gas (gelombang ini bergerak melalui media jauh lebih cepat daripada partikel individual)

Gerak acak dari tuduhan adalah analog dengan panas - kecepatan termal secara acak bergetar partikel gas.

Analogi ini sangat sederhana dan tidak lengkap: Penyebaran yang cepat dari gelombang suara tidak memberikan perubahan apapun dalam kecepatan pergeseran molekul udara ', sedangkan gelombang EM tidak membawa energi untuk menyebarkan arus aktual pada tingkat yang jauh, jauh lebih tinggi dari kecepatan drift elektron '. Untuk menggambarkan perbedaan: Suara dan perubahan dalam kecepatan drift udara itu (kekuatan embusan angin) jarak lintas pada tingkat setara kecepatan suara dan transmisi mekanik kekuatan (tidak lebih tinggi dari tingkat kecepatan melayang), sedangkan yang perubahan dalam bidang EM dan perubahan pada saat ini (kecepatan elektron melayang ') baik merambat melintasi jarak pada tingkat jauh lebih tinggi daripada kecepatan arus yang sebenarnya.Anda dapat mendengar suara angin jauh lebih awal daripada kekuatan embusan mencapai Anda, tetapi Anda tidak mengamati perubahan dalam medan EM lebih awal daripada Anda dapat mengamati perubahan arus.

Ketika arus listrik dalam suatu material adalah sebanding dengan tegangan di atasnya,materi dikatakan "ohmik", atau untuk mematuhi hukum Ohm. Pandangan mikroskopismenunjukkan bahwa proporsionalitas ini berasal dari kenyataan bahwa medan listrik diterapkan superimposes kecepatan pergeseran kecil di elektron bebas dalam logam.Untuk arus biasa, ini kecepatan drift pada urutan milimeter per detik berbeda dengan kecepatan elektron sendiri yang berada di urutan satu juta meter per detik. Bahkankecepatan elektron itu sendiri kecil dibandingkan dengan kecepatan transmisi sinyal listrik ke kawat, yang pada urutan kecepatan cahaya, 300 juta meter per detik.

Kerapatan arus (arus listrik per satuan luas, J = I / A) dapat dinyatakan dalam halkepadatan elektron bebas sebagai

 

Jumlah atom per satuan volume (dan jumlah elektron bebas atom seperti tembaga yang memiliki satu elektron bebas per atom) adalah

 

Dari bentuk standar hukum Ohm dan ketahanan dalam hal resistivitas:

 

Langkah berikutnya adalah untuk menghubungkan kecepatan melayang dengan kecepatan elektron, yang dapat didekati oleh kecepatan Fermi:

Table

Kecepatan hanyut dapat dinyatakan dalam bentuk E medan listrik mempercepat,massa elektron, dan karakteristik waktu antara tabrakan.

Konduktivitas material dapat dinyatakan dalam hal kecepatan Fermi dan jalan bebas rata-rata dari sebuah elektron dalam logam.

Neraca massa

Neraca Massa adalah cabang keilmuan yang mempelajari kesetimbangan massa dalam sebuah sistem. Dalam neraca massa, sistem adalah sesuatu yang diamati atau dikaji. Neraca massa adalah konsekuensi logis dari Hukum Kekekalan Massa yang menyebutkan bahwa di alam ini jumlah total massa adalah kekal; tidak dapat dimusnahkan ataupun diciptakan. Contoh dari pemanfaatan neraca massa adalah untuk merancang reaktor kimia, menganalisa berbagai alternatif proses produksi bahan kimia, dan untuk memodelkan pendispersian polusi.

Penjelasan Umum

Massa yang masuk ke dalam suatu sistem harus keluar meninggalkan sistem tersebut atau terakumulasi di dalam sistem. Konsekuensi logis hukum kekekalan massa ini memberikan persamaan dasar neraca massa :

[massa masuk] = [massa keluar] + [akumulasi massa]

dengan [massa masuk] merupakan massa yang masuk ke dalam sistem, [massa keluar] merupakan massa yang keluar dari sistem, dan [akumulasi massa] merupakan akumulasi massa dalam sistem. Akumulasi massa dapat bernilai negatif atau positif. Pada umumnya, neraca massa dibangun dengan memperhitungkan total massa yang melalui suatu sistem. Pada perhitungan teknik kimia, neraca massa juga dibangun dengan memperhitungkan total massa komponen-komponen senyawa kimia yang melalui sistem (contoh: air) atau total massa suatu elemen (contoh: karbon). Bila dalam sistem yang dilalui terjadi reaksi kimia, maka ke dalam persamaan neraca massa ditambahkan variabel [produksi] sehingga persamaan neraca massa menjadi:

[massa masuk] + [produksi] = [massa keluar] + [akumulasi massa]

Variabel [produksi] pada persamaan neraca massa termodifikasi merupakan laju reaksi kimia. Laju reaksi kimia dapat berupa laju reaksi pembentukan ataupun laju reaksi pengurangan. Oleh karena itu, variabel [produksi] dapat bernilai positif atau negatif. neraca adalah alat pengukur massa pad asuatu benda,dan neraca memiliki beberapa jenis

Jenis Neraca Massa

Neraca massa dapat berjenis integral atau diferensial. Suatu neraca massa integral menggunakan pendekatan kotak hitam dan berfokus pada karakteristik menyeluruh dari sistem. Sementara itu, neraca massa diferensial berfokus pada detail yang terjadi dalam sistem (yang juga memengaruhi karakteristik menyeluruh). Untuk membuat suatu neraca massa integral, pada awalnya harus diidentifikasi batasan sistem, bagaimana sistem terhubung dengan lingkungan dan bagaimana lingkungan memengaruhi sistem. Pada beberapa sistem, batasan sistem dengan mudah dapat diidentifikasi. Contohnya adalah suatu tangki reaktor dengan dinding tangki sebagai batas sistem. Pada tangki reaktor ini, lingkungan memengaruhi sistem melalui saluran masuk tangki dan saluran keluar tangki. Untuk kasus seperti studi tanah perhutanan, penetapan vegetasi sebagai eksternal atau internal sistem (pendefinisian batasan sistem) sangat tergantung dari fokus dan tujuan studi yang dilakukan. Untuk membuat suatu neraca massa diferensial, pada awalnya perlu diidentifikasi detail yang ada dalam sistem. Reaksi yang terjadi dalam sistem dan senyawa kimia apa saja yang terlibat di dalamnya perlu dengan jelas diketahui.

B. Penyusunan Neraca Massa

Langkah penyusunan neraca massa yang menurut saya paling mudah adalah :
1. Menentukan basis perhitungan, misalnya basis perhitungan : umpan A 1000 kg/j.

2. Menghitung satu per satu per alat massa masing - masing senyawa berdasarkan ketentuan tiap alat, dari depan ke belakang sampai diperoleh produk akhir.

3. Hitung berapa produk akhir yang diperoleh berdasarkan basis, misalnya dengan basis umpan A 1000 kg/j diperoleh produk B 950 kg/j.

4. Hitung Ratio perhitungan
Ratio= produk sebenarnya diinginkan/produk didapat dari basis
Maka umpan A sebenarnya = Ratio x 1000 kg/j

6. Tinggal hitung ke belakang menggunakan umpan sebenarnya, atau kalikan massa semua yang telah hitung berdasarkan basis dengan Ratio perhitungan.

7. Cek neraca massa total overall pabrik, total masuk harus = total keluar

Laju reaksi

Laju reaksi atau kecepatan reaksi menyatakan banyaknya reaksi kimia yang berlangsung per satuan waktu. Laju reaksi menyatakan molaritas zat terlarut dalam reaksi yang dihasilkan tiap detik reaksi. Perkaratan besi merupakan contoh reaksi kimia yang berlangsung lambat, sedangkan peledakan mesiu atau kembang api adalah contoh reaksi yang cepat.
Laju reaksi dipelajari oleh cabang ilmu kimia yang disebut kinetika kimia.

Definisi formal

Untuk reaksi kimia

dengan a, b, p, dan q adalah koefisien reaksi, dan A, B, P, dan Q adalah zat-zat yang terlibat dalam reaksi, laju reaksi dalam suatu sistem tertutup adalah

dimana [A], [B], [P], dan [Q] menyatakan konsentrasi zat-zat tersebut.

Faktor yang mempengaruhi laju reaksi

Laju reaksi dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:

Luas permukaan sentuh

Luas permukaan sentuh memiliki peranan yang sangat penting dalam banyak, sehingga menyebabkan laju reaksi semakin cepat. Begitu juga, apabila semakin kecil luas permukaan bidang sentuh, maka semakin kecil tumbukan yang terjadi antar partikel, sehingga laju reaksi pun semakin kecil. Karakteristik kepingan yang direaksikan juga turut berpengaruh, yaitu semakin halus kepingan itu, maka semakin cepat waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi; sedangkan semakin kasar kepingan itu, maka semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi.

Suhu

Suhu juga turut berperan dalam mempengaruhi laju reaksi. Apabila suhu pada suatu reaksi yang berlangusng dinaikkan, maka menyebabkan partikel semakin aktif bergerak, sehingga tumbukan yang terjadi semakin sering, menyebabkan laju reaksi semakin besar. Sebaliknya, apabila suhu diturunkan, maka partikel semakin tak aktif, sehingga laju reaksi semakin kecil.

Katalis

Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi.
Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama: katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang dikatalisinya, sedangkan katalis homogen berada dalam fase yang sama. Satu contoh sederhana untuk katalisis heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaan di mana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerat. Ikatan dalam substrat-substrat menjadi lemah sedemikian sehingga memadai terbentuknya produk baru. Ikatan atara produk dan katalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas.
Katalis homogen umumnya bereaksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk membentuk suatu perantara kimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Berikut ini merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya:

... (1)

... (2)

Meskipun katalis (C) termakan oleh reaksi 1, namun selanjutnya dihasilkan kembali oleh reaksi 2, sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi :

Beberapa katalis yang pernah dikembangkan antara lain berupa katalis Ziegler-Natta yang digunakan untuk produksi masal polietilen dan polipropilen. Reaksi katalitis yang paling dikenal adalah proses Haber, yaitu sintesis amonia menggunakan besi biasa sebagai katalis. Konverter katalitik yang dapat menghancurkan produk emisi kendaraan yang paling sulit diatasi, terbuat dari platina dan rodium.

Molaritas

Molaritas adalah banyaknya mol zat terlarut tiap satuan volum zat pelarut. Hubungannya dengan laju reaksi adalah bahwa semakin besar molaritas suatu zat, maka semakin cepat suatu reaksi berlangsung. Dengan demikian pada molaritas yang rendah suatu reaksi akan berjalan lebih lambat daripada molaritas yang tinggi.

Konsentrasi

Karena persamaan laju reaksi didefinisikan dalam bentuk konsentrsi reaktan maka dengan naiknya konsentrasi maka naik pula kecepatan reaksinya. Artinya semakin tinggi konsentrasi maka semakin banyak molekul reaktan yang tersedia dengan demikian kemungkinan bertumbukan akan semakin banyak juga sehingga kecepatan reaksi meningkat

Persamaan laju reaksi

Untuk reaksi kimia

hubungan antara laju reaksi dengan molaritas adalah

dengan:

• V = Laju reaksi
• k = Konstanta laju reaksi
• m = Orde reaksi zat A
• n = Orde reaksi zat B

Orde reaksi zat A dan zat B hanya bisa ditentukan melalui percobaan.
2. Ungkapan Laju Reaksi untuk Sistem Homogen

Untuk sistem homogen, laju reaksi umum dinyatakan sebagai laju penguragan konsentrasi molar pereaksi atau laju pertambahan konsentrasi molar produk untuk satu satuan waktu, sebagai berikut:


















Jika diketahui satuan dari konsentrasi molar adalah mol/L. Maka satuan dari laju reaksi adalah mol/L.det atau M/det.
3. Laju Rerata dan Laju Sesaat
a. Laju rerata
Laju rerata adalah rerata laju untuk selang waktu tertentu. Perbedaan antara laju rerata dengan laju sesaat dapat diandaikan dengan laju kendaraan. Misalnya suatu kendaraan menempuh jarak 300 km dalam 5 jam. Laju rerata kendaraan itu adalah 300 km/5 jam = 60 km/jam. Tentu saja laju kendaraan tidak selalu 60 km/jam. Laju sesaat ditunjukkan oleh speedometer kendaraan.

b. Laju Sesaat
Laju sesaat adalah laju pada saat tertentu. Sebagai telah kita lihat sebelumnya, laju reaksi berubah dari waktu ke waktu. Pada umumnya, laju reaksi makin kecil seiring dengan bertambahnya waktu reaksi. oleh karena itu, plot konsentrasi terhadap waktu berbentuk garis lengkung, seperti gambar di bawah ini. Laju sesaat pada waktu t dapat ditentukan dari kemiringan (gradien) tangen pada saat t tersebut, sebagai berikut.

1. Lukis garis singgung pada saat t
2. Lukis segitiga untuk menentukan kemiringan
3. laju sesaat = kemiringan tangen