KONTROL KINETIK DAN KONTROL TERMODINAMIK REAKSI SENYAWA ORGANIK

Kontrol Kinetik dan Kontrol Termodinamik Reaksi Senyawa Organik

Ada beberapa reaksi kimia yang mempunyai kemampuan untuk menghasilkan lebih dari satu produk. Jumlah relatif dari produk yang dihasilkan tergantung pada kondisi reaksi saat reaksi berlangsung. Baik itu perubahan pada jumlah reaktan, temperatur, waktu, dan kondisi yang lain juga dapat mempengaruhi distribusi pembentukan produk dari reaksi kimia tersebut.

Hal itu dapat dimengerti dengan adanya alasan dari dua konsep yakni sebagai berikut :

      Stabilitas relatif secara termodinamik dari produk yang dihasilkan.

      Kecepatan relatif secara kinetik pada saat produk terbentuk.

Kinetika berkaitan dengan dengan kecepatan reaksi, dan termodinamik berkaitan dengan stabilitas intermediet atau produk yang terjadi.

A.    Persyaratan termodinamik untuk reaksi

Untuk terjadinya reaksi secara spontan, energi bebas produk harus lebih rendah daripada energi bebas reaktan, yakni _G harus negatif. Reaksi dapat saja berlangsung melalui jalan lain, tapi tentu saja hanya jika energi bebas ditambahkan. Seperti halnya air di atas permukaan bumi, air hanya mengalir ke bawah dan tidak pernah mengalir ke atas (meskipun air dapat dibawa ke atas atau menggunakan pompa), molekul-molekul mencari energi potensial yang paling rendah mungkin. Energi bebas terbuat dari dua komponen yaitu entalpi H dan entropi S. Kuantitas tersebut dihubungkan dengan persamaan:

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 sistem

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.

Bagi kebanyakan reaksi, pengaruh entropi adalah kecil dan entalpi yang paling

utama menentukan apakah reaksi dapat terjadi secara spontan. Akan tetapi dalam reaksi

jenis tertentu, entropi adalah penting dan dapat mendominasi entalpi.

B.     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. Sebagai contoh, reaksi antara H2

dengan O2 untuk menghasilkan H2O mempunyai  ∆G 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 ∆G‡ harus ditambahkan

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.

Kontrol Kinetik dan Termodinamik

Ada banyak hal dalam mana suatu senyawa di bawah kondisi reaksi yang

diberikan dapat mengalami reaksi kompotisi menghasilkan produk yang berbeda.

Pada gambar diatas memperlihatkan profil energi-bebas untuk suatu reaksi dalam mana 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). pada gambar 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 !

      Pada saat kondisi apa terjadinya kontrol kinetik dan kontrol termodinamik dalam suatu reaksi kimia (misalnya, pada reaksi karbonil atau reaksi kondensasi) ???