Kontrol Kinetik Dan Termodinamik Dan Kurva Progres Reaksi

KONTROL KINETIKA DAN KONTROL TERMODINAMIKA REAKSI SENYAWA ORGANIK

Dalam suatu reaksi kimia sering kali dijumpai zat intermediet yang terbentuk dan dikonsumsi dalam reaksi akan tetapi tidak muncul dalam persamaan kimia balans secara keseluruhan. Maka dapat dikatakan bahwa untuk reaksi kimia, tidak dipungkiri bahwa salah satu reaksi ini akan dapat menghasilkan produk utama dan produk samping (lebih dari satu produk). Produk lain dapat terjadi dikarenakan reaksi tidak  dikontrol secara baik. Salah satu senyawa yang dapat dikontrol reaksinya dapat terjadi pada senyawa organik yaitu reaksi karbonil. Dalam reaksi ini, karbonil akan memiliki dua sifat yaitu dapat berupa elektrofil dan nukleofil, namun sifat ini akan muncul dalam kondisi yang diatur. Reaksi ini dapat dikontrol secara kinetika dan secara termodinamik. Menurut Oxtoby, et al (2001) pengontrolan yang dilakukan atas adanya konsep-konsep dasar diantara :

1.   Adanya kestabilitasan dari produk yang akan dihasilkan secara termodinamik. Sehingga dapat dikatakan bahwa kontrol termodinamik untuk produk yang stabil.

2.   Secara kinetika terjadinya kecepatan relatif pada saat produk terbentuk. Produk yang akan dihasilkan menggunakan waktu yang lebih ceapat.

Bidang kimia yang mengkaji kecepatan atau laju reaksi yang dapat terjadi di dalam reaksi kimia dapat dinamakan sebagai kinetika kimia. Kinetika menunjukkan pada laju reaksi (reaction rate) yaitu perubahan konsentrasi reaktan atau produk terhadap waktu (M/s). Sedangkan tujuannya adalah menggunakan laju reaksi hasil pengamatan untuk memilih berbagai mekanisme reaksi yang dapat diterima. Di dalam kinetika juga dapat dipelajari beberapa teknik penentuan mekanisme dalam suatu reaksi. Subjek dalam kajian kinetika reaksi ini khususnya berkaitan dengan pengukuran dan penafsiran tingkat (orde) suatu reaksi kimia. Dalam suatu reaksi kinetika dapat digunakan untuk mengendalikan dan memprediksi masa kadaluwarsa dari produk pangan berdasarkan kajian sifat reaksi dan mengendalian laju reaksi apabila detail proses yang terjadi di dalamnya dapat diketahui dengan baik. Untuk kontrol kinetika dalam reaksi dilakukan dengan tujuan untuk membuat suatu produk dalam waktu yang cepat dengan cara pemberian parameter diantaranya: pemberian katalis, peningkatan suhu dan pengaturan konsentrasi.

Hubungan antara suhu dengan tekanan, apabila dalam reaksi diberikan suhu yang tinggi maka tekanan juga akan tinggi yang akan menyebabkan ledakan dengan cara mengatasinya adalah dengan menaikkan volume. Katalis dalam mekanisme reaksi dapat berfungsi sebagai agen yang membantu mempercepat terjadinya laju reaksi tanpa harus menghasilkan hasil samping yang merugikan pada akhir reaksi. Dalam katalis heterogen, reagan dan katalis akan berada dalam fasa yang berbeda sedangkan dalam katalis homogen utuk reagan dan katalis terdispersi dalam satu fasa. Katalis yang biasa digunakan adalah enzim (Chang,  2005).

Termodinamika mempelajari mengenai arah spontanitas suatu reaksi kimia dan aspek energi yang berpengaruh di dalamnya, tetapi perubahan detail yang terjadi dalam suatu reaksi tidak dapat dijelaskan. Hal ini dapat menyatakan bahwa termodinamika tidak tergantung pada detail proses reaksi kimia, dalam hal kekomplekan yang terjadi didalam suatu treaksi, untuk data yang diambil oleh termodinamika hanyalah bagian keadaan awal dan akhir suatu reaksi. Reaksi yang secara teori termodinamika dapat berlangsung secara spontan, dapat dicegah dengan cara kontrol termodinamika. Pada termodinamika beberapa pengukuran yang dapat dikontrol adalah purubahan fungsi Gibbs (∆G), perubahan energi internal (∆U) serta nilai entropinya (∆H) (Fatimah, 2015).

Ada banyak hal suatu senyawa di bawah kondisi reaksi yang diberikan dapat mengalami reaksi kompotisi menghasilkan produk yang berbeda contohnya pada gambar 1 berikut :

Gambar 1. Produk yang dihasilkan oleh senyawa A

Pada gambar di atas dapat memperlihatkan profil energi-bebas untuk suatu reaksi dimana B lebih stabil secara termodinamika dari pada C dikarenakan ∆G memiliki harga yang lebih rendah, tapi C terbentuk lebih cepat hal ini dikarenakan ∆G lebih tinggi. Hal ini juga dapat terjadi dengan adanya reaksi yang reversibel (reaksi yang terjadi secara bolak balik) ataupun yang irreversibel (reaksi yang terjadi tidak bolak balik). Jika tidak ada satu pun 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 karena produknya tidak berkurang banyak. Maka dikatakann bahwa produk terkontrol secara termodinamik (thermodynamically controlled). Pada gambar tersebut reaksi yang dipaparkan tidak seluruhnya dimana sebenarnya senyawa A dapat memberikan dua produk. Di dalam sebuah penelitian banyak dilakukan pengontrolan yang sehingganya produk yang di dapat lebih cepat terbentuk dan lebih setabil. Hal ini dapat dilakukan dengan cara pengontrolan reaksi secara kontrol kinetik dan kontrol termodinamik.

Pertanyaan !

Apa yang dimaksud dengan reaksi secara spontan?

Daftar Pustaka

Chang, R. 2005. Kimia Dasar. Jakarta; Erlangga

Fatimah, I. 2015. Kimia Fisik Edisi 1 Cetakan 1. Yogyakarta: Deepublish

OxtoOxtoby, P. W., Gillis dan N. H. Nachtrieb. 2001. Prinsi-prinsip Kimia Modern. Jakarta: Erlangga