kontrol kinetik dan kontrol termodinamik
Dalam suatu reaksi kimia sebelum melakukan suatu
reaksi perlu dilakukan kontrol kinetik dan kontrol dinamik terlebih dahulu,
dimana dalam kontrol kinetik dan dinamik ini perlu kita ketahui terlebih dahulu
bagaimana tipe reaksi yang akan terjadi , selain itu perlu juga diperhatikan
produk utama yang akan dibentuk sehingga perlu dilakukan kontrol.Untuk kontrol
dinamika itu sendiri merupakan suatu kontrol yang lebih mengarah bagaimana
suatu produk yang dihasilkan tersebut lebih stabil sedangkan untuk kontrol
kinetiknya itu sendiri lebih mengarah pada kecepatan suatu produk tersebut
terbentuk.
Persyaratan Reaksi
Termodinamika
Untuk dapat terjadi reaksi secara spontan, energi bebas
produk harus lebih rendah dari pada energi bebas reaktan, yakni ∆G harus negatif. Reaksi dapat saja berlangsung melalui jalan
lain, tapi tentu saja perlu adanya penambahan energi bebas. Energi bebas
terbuat dari dua komponen yaitu entalpi H dan entropi S.
Kuantitas tersebut dihubungkan dengan persamaan:
∆G
=
∆H
–
T∆S
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.
Persyaratan kinetik reaksi
Reaksi yang dapat berlangsung tidak hanya karena menpunyai ∆G negatif. ∆G yang
negatif memang suatu hal yang penting tapi bukan suatu persyaratan yang cukup
untuk berlangsungnya suatu reaksi secara spontan. Untuk terjadinya reaksi maka
variabel energi bebas aktivasi _G‡
harus ditambahkan. Situasi ini diilustrasikan dalam pada Gambar yang merupakan
profil energi untuk reaksi satu tahap tanpa spesies-antara.
Grafik tersebut menunjukan Profil energi bebas reaksi tanpa
spesies-antara di mana produk energi bebas produk lebih rendah dari pada energi
bebas reaktan. Jika reaksi antara dua molekul atau lebih telah maju ke titik
yang berkaitan dengan puncak kurva maka digunakan istilah keadaan transisi.
Keadaan transisi memiliki geometri yang terbatas dan distribusi muatan tapi
tidak memiliki keberadaan yang terbatas. Sistem pada titik ini disebut kompleks teraktivasi. 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‡. ∆G‡ dihubungkan ke K‡ dengan persamaan.
∆G‡
= -2,3RT log K‡
sehingga
suatu nilai ∆G‡ 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.
Ada
banyak hal yang dapat mempengaruhi suatu senyawa pada suatu reaksi
dapat mengalami reaksi kompotisi yang akan menghasilkan produk yang
berbeda.
Pada gambar tersebut memperlihatkan profil energi-bebas
untuk suatu reaksi dimana pada produk B lebih stabil secara termodinamika
daripada C (∆G
lebih rendah), tapi C terbentuk lebih
cepat (∆G‡ 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 tersebut 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 juga produk kontrol termodinamika.
Penggunaan
konsep ini dibidang kimia organik dengan aturan umum bahwa :
“Low temperatures and/or short
reaction times favor kinetically controlled reactivity, whereas high
temperatures and/or prolonged reaction times favor thermodynamically controlled
reactivity.”
Konsep ini dapat
dijelaskan melalui sebuah kasus evaluasi waktu yang diharapkan untuk sistem
ditunjukan dalam plot energi potensial yang ditunjukan pada gambar, jika reaksi
diakhiri pada waktu t1 < taq, dimana taq
adalah
Diagram energi potensial yang digunakan woorward dan beer
untuk merasionalisasi kontrol kinetik dan kontrol dinamika pada reaksi
penambahan diena.
Contohnya : dua reaksi penambahan elektrofilik bisa terjadi
antara 1,3-butadiena dan hidrogen klorida
Dalam Reaksi 1, reaksi bersih adalah penambahan
atom hidrogen ke C-1 dan atom klorin ke C-4 dalam 1 . Oleh karena itu, Reaksi 1 disebut 1,4-penambahan dan
produknya 2 1,4-aducct.
Dalam
Reaksi 2, reaksi bersih adalah penambahan atom hidrogen ke C-1 dan atom klorin
ke C-2 dalam 1 . Oleh karena itu,
Reaksi 2 disebut 1,2-tambahan dan produknya 3 1,2-adduct.
reaksi keseluruhan bergantung pada suhu. Pada suhu rendah (misalnya: -78 ° C), produk utamanya adalah 3 ; pada suhu tinggi produknya 2 . Ikatan karbon-karbon ganda di 2 lebih tinggi tersubstitusi dari pada yang ada dalam 3 , jadi 2 lebih stabil dari pada 3 . Yang kurang
stabil 3 adalah produk utama pada suhu rendah menyiratkan bahwa pada
suhu rendah sistem berada di bawah kontrol kinetik dan 3 adalah
produk yang membentuk lebih cepat. Yang lebih stabil 2 adalah produk utama pada suhu
tinggi berarti sistem berada di bawah kontrol termodinamika .
Daftar
Pustaka
firdaus,
M.S. 2009. Kimia organik fisis I. Makasar : Universitas Hasanudin.
pertanyaan
kenapa
suhu dapat mempengaruhi produk dari suatu reaksi
Tidak ada komentar:
Posting Komentar