Teori Tumbukan: Pengertian, Fungsi dan Contoh Soal

Dalam ilmu kimia, teori tumbukan adalah teori yang diusulkan oleh Max Trautz pada tahun 1916 yang menyatakan bahwa ketika partikel-partikel reaktan saling bertumbukan, tidak semua tumbukan menyebabkan perubahan kimia tumbukan yang berhasil.

Teori ini merupakan penjelasan kualitatif dan menjelaskan bagaimana sebuah reaksi kimia dapat berlangsung dan mengapa laju reaksi pada reaksi-reaksi yang berbeda juga dapat berbeda.

Tumbukan yang berhasil (atau juga dikenal sebagai tumbukan efektif) hanya terjadi jika tumbukan tersebut memiliki energi yang cukup untuk memutuskan ikatan-ikatan pada zat.

Agar tumbukan efektif dapat terjadi, orientasi tumbukan harus tepat. Hal ini berarti arah atau posisi antarmolekul harus tepat.

Tumbukan juga ada dalam ilmu fisika, yaitu peristiwa bertemunya dua benda yang bergerakan. Ada tiga jenis tumbukan yang akan dijelaskan lebih lanjut, yaitu tumbukan lenting sempurna, tumbukan lenting sebagian, dan tumbukan tidak lenting sama sekali.

Jenis Tumbukan dan Rumusnya

Selain dalam ilmu kimia, tumbukan juga ada dalam ilmu fisika dimana ada tiga jenis tumbukan, antara lain:

1. Tumbukan Lenting Sempurna

Tumbukan lenting sempurna terjadi bila dua benda tidak kehilangan energi kinetik ketika terjadi tumbukan. Energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan tersebut sama dengan momentum dari sistemnya. Adapun beberapa syarat tumbukan lenting sempurna. Rumus dari tumbukan lenting sempurna adalah sebagai berikut:

V₁ + V₁‘ = V₂ + V₂‘

Salah satu contoh tumbukan lenting sempurna dalam kehidupan sehari-hari adalah dalam permainan bola billiard.

2. Tumbukan Lenting Sebagian

Tumbukan lenting sebagian terjadi jika energi kinetik hilang dari dua benda setelah terjadi tumbukan. Rumus dari tumbukan lenting sebagian adalah sebagai berikut:

eV₁ + V₁ = eV₂ + V₂

Dalam rumus ini, e adalah koefisien restitusi yang nilainya bergerak antara 0 hingga 1. Contoh dari tumbukan lenting sebagian adalah antara boleh bekel yang jatuh dan memantul berulang kali hingga akhirnya berhenti. Karena ada nilai e dalam rumus ini, maka tinggi pantulan bola tersebut lebih rendah daripada tinggi mula-mula.

3. Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali

Tumbukan tidak lenting sama sekali terjadi ketika tumbukan antara kedua beda menjadi satu dan kedua benda tersebut memiliki kecepatan yang sama setelah terjadi tumbukan. Momentum sebelum dan sesudah tumbukan juga memiliki nilai yang sama. Rumus dari tumbukan tidak lenting sama sekali adalah sebagai berikut:

m₁V₁ + m₂V₂ =(m₁+m₂)V’

Salah satu contoh tumbukan tidak lenting sama sekali adalah pada ayunan balistik.

Contoh Soal Tumbukan Fisika

1. Tumbukan Lenting Sebagian

Sebuah bola bekel jatuh dari ketinggian 4 meter lalu mengalami pemantulan berulang. Jika koefisien restitusi adalah 0,7, berapa tinggi bole bekel setelah pemantulan ke-5?

Jawaban:

h₅ = 4.0,7¹⁰ = 0,113 m = 11,3 cm

2. Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali

Sebuah peluru memiliki massa 20 gram, ditembakkan dan mengenai sebuah balok pada ayunan balistik yang memiliki massa 1 kg. Jika peluru tersebut tertancap pada balok sehingga mencapai tinggi maksimal 25 cm, maka berapa kecepatan peluru mula-mula ditembakkan?

Jawaban:

mv = (m+M) √2gh
0,02.v = (0,02+1) √2.10.0,25
0,02.v = 1,02 √5
v = (1,02+√5)/0,02
v = 162,8 m/s

Teori Tumbukan Berdasarkan Teori Kinetik Molekul Gas

Berdasarkan teori kinetik molekul gas, teori tumbukan menyatakan beberapa hal, antara lain:

1. Gas terdiri dari molekul-molekul gas yang memiliki ukuran lebih kecil dibanding jarak antarmolekul.
2. Molekul-molekul gas selalu bergerak dengan lurus ke segala arah.
3. Tumbukan antara molekul-molekul gas dengan dinding wadah memiliki sifat elastis sempurna. Hal ini berarti molekul-molekul gas tersebut akan dipantulkan kembali, namun energinya tidak akan hilang.
4. Kecepatan pergerakan molekul gas dipengaruhi oleh perubahan suhu; semakin tinggi suhu, semakin cepat pergerakan molekul-molekul gas.
5. Energi kinetik rata-rata molekul gas sama besarnya pada suhu yang sama. Dalam kata lain, massa tidak berpengaruh.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Tumbukan Reaksi Kimia

Sudah diketahui bahwa agar tumbukan efektif dapat terjadi, perlu syarat yang penting yaitu orientasi tumbukan yang tepat. Namun, ada juga faktor-faktor lain yang mempengaruhi terjadinya tumbukan reaksi kimia, antara lain:

1. Luas Permukaan Sentuhan

Jika permukaan sentuhan antara zat-zat pereaksi semakin luas, maka molekul-molekul pereaksi yang bertumbukan juga akan semakin banyak. Maka dari itu, reaksi akan semakin besar sehingga reaksi tersebut juga dapat berlangsung dengan lebih cepat.

2. Sifat Kimia Pereaksi

Dibanding senyawa kovalen, senyawa ion dapat bereaksi lebih cepat. Karena tidak ada energi tumbukan yang diperlukan untuk memutuskan ikatan terlebih dahulu, selalu ada reaksi sebagai hasil dari tumbukan antara ion positif dan ion negatif. Sementara di senyawa kovalen, tidak setiap tumbukan dapat menghasilkan reaksi.

3. Konsentrasi

Jika konsentrasi semakin besar, maka jumlah partikel per satuan volume juga akan semakin besar. Sebagai hasil, kemungkinan terjadinya tumbukan antarpartikel akan lebih besar dibandingkan konsentrasi lebih rendah, dimana jumlah partikel per satuan volume tentunya akan semakin kecil. Maka, semakin besar konsentrasi zat yang bereaksi, semakin banyak partikel yang bereaksi dan semakin besar laju reaksi tersebut.

4. Katalis

Katalis merupakan zat yang bisa meningkatkan laju reaksi kimia tanpa merubah zat dari reaksi kimia tersebut. Dalam tumbukan, katalis dapat menurunkan sejumlah energi pengaktifan sehingga reaksi dapat berlangsung.

Jenis katalis yang digunakan juga memiliki dampak pada tumbukan. Katalis homogen bekerja melalui penggabungan dengan molekul atau ion pereaksi, sementara katalis heterogen merupakan pereaksi gas atau cairan.

Perlu diingat bahwa tumbukan ada dalam ilmu kimia dan fisika, maka kegunaannya akan berbeda dalam kedua bidang tersebut. Demikian mengenai tumbukan dan jenis-jenisnya, rumusnya, serta faktor-faktor yang mempengaruhinya.