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. Jadi pada reaksi di mana terjadi tahap spesies-antara selama
majunya reaksi, adalah mungkin untuk menggambarkan reaksi dalam hal energi,
koordinat semua atom dan sebagainya. Kemajuan reaksi dapat dipetakan di atas
permukaan tiga dimensi. Jalan reaksi yang paling disukai adalah yang melibatkan
sistem dengan pertambahan energi potensial yang kecil. Di dalam kenyataan,
masalah penentuan (perhitungan) energi potensial permukaan sistem multi atom
adalah tugas yang sangat berat, dan baru sistem yang cukup kecil yang telah
dicoba diselesaikan. Akan tetapi, konsep koordinat reaksi berguna secara
kualitatif dan dapat membantu untuk memahami mekanisme reaksi. Di dalam
kebanyakan reaksi senyawa organik ada satu atau lebih ikatan kovalen yang
putus.
·
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.
Gambar 1.1
Profil energi bebas reaksi tanpa spesies-antara di mana produk energy bebas
produk lebih rendah daripada energi bebas reaktan
Jika reaksi antara dua molekul atau lebih telah maju
ke titik yang berkaitan dengan puncak kurva maka digunakan istilah keadaan transisi
untuk posisi inti dan elektron spesies yang ada pada keadaan ini. Keadaan
transisi memiliki geometri yang terbatas dan distribusi muatan tapi tidak
memiliki keberadaan yang terbatas. Sistem pada titik ini disebut kompleks
teraktivasi. Di dalam teori keadaan transisi, starting material dan
kompleks teraktivasi dipertimbangkan ada dalam kesetimbangan dengan tetapan
kesetimbangan K‡. Menurut teori ini, semua kompleks teraktivasi terus
berubah menjadi produk dengan kecepatan yang sama sehingga tetapan kecepatan
reaksi hanya tergantung pada posisi kesetimbangan antara starting material dengan
kompleks teraktvasi, yaitu nilai K‡.
ΔG‡
dihubungkan ke K‡ dengan persamaan.
ΔG‡
=
-2,3RT log K‡
sehingga
suatu nilai ΔG‡
yang
lebih tinggi adalah disertai dengan suatu tetapan kecepatan yang lebih kecil.
Kecepatan hampir semua reaksi meningkat dengan meningkatnya suhu karena
penambahan energi dapat membantu molekul melewati rintangan energi aktivasi.
Sejumlah reaksi tidak mempunyai energi bebas aktivasi sama sekali, berarti K‡
tidak
terbatas dan hampir semua tumbukan mengarah kepada reaksi. Proses seperti itu
dikatakan terkontrol difusi (diffusion-controlled). Seperti halnya ΔG,
ΔG‡
terbentuk
dari komponen entalpi dan entropi.
ΔG‡
=
ΔH‡
-
TΔS‡
·
Kontrol Kinetik dan Kontrol
Termodinamik Reaksi Senyawa Organik
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).
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 dikatan bahwa produk terkontrol
secara termodinamik (thermodynamically controlled). Tentu saja Gambar 1.3
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.
Pertanyaan
: 1. Bagaimana
pengaruh penambahan dan pengurangan tekanan terhadap produk yang dihasilkan
dalam suatu reaksi?
