Reaksi kimia melibatkan penataan ulang atom-atom
dalam ruang dan elektron - elektron valensi yang membentuk ikatan kovalen,
kecuali dalam reaksi fotokimia, hanya keadaan dasar (energi terendah) pereaksi
yang terlibat, dan jalan dari pereaksi ke produk dapat dipandang berlangsung
terus-menerus.
Ada banyak hal dalam mana suatu senyawa di bawah
kondisi reaksi yang diberikan dapat mengalami reaksi kompotisi menghasilkan
produk yang berbeda.
Gambar 1.3
Gambar 1.3 memperlihatkan profil energi-bebas untuk
suatu reaksi dalam mana B lebih stabil secara termodinamika daripada C (ΔG lebih
rendah), tapi C terbentuk lebih cepat (ΔG‡ lebih rendah). Jika
tidak ada satupun reaksi yang revesibel maka C akan terbentuk lebih banyak
karena terbentuk lebih cepat. Produk tersebut dikatakan terkontrol secara
kinetik (kinetically controlled).
Beberapa reaksi kimia
mempunyai kemampuan untuk menghasilkan lebih dari satu produk. Jumlah relatif
dari produk yang dihasilkan lebih sering tergantung pada kondisi reaksi saat
reaksi berlangsung. Perubahan pada jumlah reaktan, waktu, temperatur, dan kondisi
yang lain dapat memperngaruhi distribusi pembentukan produk dari reaksi kimia
tersebut. Alasannya dapat dimengerti dari dua konsep penting yaitu:
1. Stabilitas relatif secara termodinamik dari
produk yang dihasilkan.
2. Kecepatan relatif
secara kinetik pada saat produk terbentuk.
Gambar 3. Profil energi-bebas untuk
suatu reaksi.
Memperlihatkan profil energi-bebas untuk suatu reaksi dalam
mana B lebih stabil secara termodinamika daripada C (ΔG lebih rendah), tetapi C
terbentuk lebih cepat (ΔG+ lebih rendah). Jika tidak ada satupun
reaksi yang revesibel maka C akan terbentuk lebih banyak karena terbentuk lebih
cepat. Produk tersebut dikatakan terkontrol secara kinetik (kinetically
controlled). Akan tetapi, jika reaksi adalah reversibel maka hal tersebut tidak
menjadi penting. jika proses dihentikan sebelum kesetimbangan tercapai maka
reaksi akan dikontrol oleh kinetik karena akan lebih banyak diperoleh produk
yang cepat terbentuk. Akan tetapi jika reaksi dibiarkan sampai mendekati
kesetimbangan maka produk yang akan dominan adalah B. di bawah kondisi
tersebut, C yang mula-mula terbentuk akan kembali ke A, sementara B yang lebih
stabil tidak berkurang banyak. Maka dikatakan bahwa produk terkontrol secara
termodinamik (thermodynamically controlled). Tentu saja Gambar 3. tidak
menggambarkan semua reaksi dalam mana senyawa A dapat memberikan dua produk. Di
dalam banyak hal, produk yang lebih stabil adalah juga merupakan produk lebih
cepat terbentuk. Di dalam hal yang demikian, produk kontrol kinetik adalah juga
produk kontrol termodinamika.
Persyaratan Termodinamik untuk
Reaksi
Untuk terjadinya reaksi secara spontan, energi bebas
produk harus lebih rendah dari pada energi bebas reaktan, yakni ΔG harus
negatif. Reaksi dapat saja berlangsung melalui jalan lain, tapi tentu
saja hanya jika energi bebas ditambahkan. Energi bebas terbuat dari dua komponen
yaitu entalpi H dan entropi S. Kuantitas tersebut dihubungkan
dengan persamaan:
ΔG =
ΔH –
TΔS
Perubahan entalpi dalam suatu reaksi terutama adalah
perbedaan energi ikat (meliputi energi resonansi, tegangan, dan solvasi)
antara reaktan dengan produk. Perubahan entalpi dapat dihitung dengan
menjumlahkan semua energi ikatan yang putus, kemudian dikurangi dengan
jumlah energi semua ikatan yang terbentuk, dan ditambahkan dengan perubahan
energi resonansi, tegangan, atau energi solvasi. Perubahan entropi menyatakan
ketidak teraturan atau kebebasan sistem. Semakin tidak teratur suatu system
maka semakin tinggi entropinya. Kondisi yang lebih disukai di alam adalah
entalpi rendah dan entropi tinggi; dan di dalam sistem reaksi, entalpi spontan
menurun sedangkan entropi spontan meningkat.
·
Persyaratan Kinetik Reaksi
Reaksi yang dapat berlangsung tidak hanya karena
menpunyai ΔG
negatif.
ΔG
yang
negatif memang suatu hal yang penting tapi bukan suatu persyaratan yang cukup
untuk berlangsungnya suatu reaksi secara spontan. Sebagai contoh, reaksi
antara H2 dengan O2 untuk menghasilkan H2O
mempunyai ΔG
negatif,
tapi campuran H2 dan O2 dapat disimpan pada suhu
kamar selama berabad-abad tanpa adanya reaksi yang berarti. Untuk
terjadinya reaksi maka variabel energi bebas aktivasi ΔG‡
harus ditambahkan.
Situasi ini diilustrasikan dalam Gambar 1.1 yang
merupakan profil energi untuk reaksi satu tahap tanpa spesies-antara.
Dalam gambar seperti ini, absis menandai kemajuan reaksi. ΔGf‡
adalah energi bebas aktivasi untuk reaksi maju.
Kontrol termodinamika atau kinetika dalam reaksi kimia dapat menentukan
komposisi campuran produk reaksi ketika jalur bersaing mengarah pada produk
yang berbeda serta selektivitas dari pengaruh kondisi reaksi tersebut. Kondisi
reaksi seperti suhu, tekanan atau pelarut mempengaruhi jalur reaksi; maka dari
itu kontrol termodinamik maupun kinetik adalah satu kesatuan dalam dalam suatu
reaksi kimia. Kedua kontrol reaksi ini disebut sebagai faktor termodinamika dan
faktor kinetika, dapat diuraikan sebagai berikut:
1.
Faktor termodinamika (adanya stabilitas realtif dari produk) Pada suhu tinggi,
reaksi berada di bawah kendali termodinamika (ekuilibrium, kondisi reversibel)
dan produk utama berada dalam sistem lebih stabil.
2.
Faktor kinetik (kecepatan pembentukan produk) Pada temperatur rendah, reaksi
ini di bawah kontrol kinetik (tingkat, kondisi irreversible) dan produk utama
adalah produk yang dihasilkan dari reaksi tercepat.
dari blog ini saya memiliki pertanyaan ,, mohon di bantu dan semoga dapat bermanfaat,,
bagaimana pengaruh suhu dan tekanan dalam kontrol termodinamik ? dan apa yang terjadi dengan hasil produk bila tekanan dan suhu di naikkan?
Tidak ada komentar:
Posting Komentar