Sejarah
Reaksi kimia seperti
pembakaran,
fermentasi,
dan reduksi dari bijih menjadi logam sudah diketahui sejak dahulu kala.
Teori-teori awal transformasi dari material-material ini dikembangkan
oleh filsuf Yunani Kuno, seperti
Teori empat elemen dari
Empedocles
yang menyatakan bahwa substansi apapun itu tersusun dari 4 elemen
dasar: api, air, udara, dan bumi. Di abad pertengahan, transformasi
kimia dipelajari oleh para
alkemis. Mereka mencoba, misalnya, mengubah
timbal menjadi
emas, dengan mereaksikan timbal dengan campuran tembaga-timbal dengan
sulfur.
[2]
Produksi dari senyawa-senyawa kimia yang tidak terdapat secara alami
di bumi telah lama dicoba oleh para ilmuwan, seperti sintesis dari
asam sulfur dan
asam nitrat oleh alkemis
Jābir ibn Hayyān. Proses ini dilakukan dengan cara memanaskan mineral-mineral sulfat dan nitrat, seperti
tembaga sulfat,
alum dan
kalium nitrat. Pada abad ke-17,
Johann Rudolph Glauber memproduksi
asam klorida dan
natrium sulfat dengan mereaksikan
asam sulfat dengan
natrium klorida. Dengan adanya pengembangan
lead chamber process pada tahun 1746 dan
proses Leblanc, sehingga memungkinkan adanya produksi asam sulfat dan
natrium karbonat
dalam jumlah besar, maka reaksi kimia dapat diaplikasikan dalam
industri. Teknologi asam sulfat yang semakin maju akhirnya menghasilkan
proses kontak di tahun 1880-an,
[3] dan
proses Haber dikembangkan pada tahun 1909–1910 untuk sintesis
amonia.
[4]
Dari abad ke-16, sejumlah peneliti seperti
Jan Baptist van Helmont,
Robert Boyle dan
Isaac Newton mencoba untuk menemukan teori-teori dari transformasi-transformasi kimia yang sudah dieksperimenkan.
Teori plogiston dicetuskan pada tahun 1667 oleh
Johann Joachim Becher.
Teori itu mempostulatkan adanya elemen seperti api yang disebut
"plogiston", yang terdapat dalam benda-benda yang dapat terbakar dan
dilepaskan selama
pembakaran. Teori ini dibuktikan salah pada tahun 1785 oleh
Antoine Lavoisier, yang akhirnya memberikan penjelasan yang benar tentang pembakaran.
[5]
Pada tahun 1808,
Joseph Louis Gay-Lussac akhirnya mengetahui bahwa karakteristik gas selalu sama. Berdasarkan hal ini dan teori atom dari
John Dalton,
Joseph Proust akhrinya mengembangkan
hukum perbandingan tetap yang nantinya menjadi konsep awal dari
stoikiometri dan
persamaan reaksi.
[6]
Pada bagian
kimia organik, telah lama dipercaya bahwa senyawa yang terdapat pada organisme yang hidup itu terlalu kompleks untuk bisa didapatkan melalui
sintesis kimia. Menurut konsep
vitalisme,
senyawa organik dilengkapi dengan "kemampuan vital" sehingga "berbeda"
dari material-material inorganik. Tapi pada akhirnya, konsep ini pun
berhasil dipatahkan setelah
Friedrich Wöhler berhasil mensintesis
urea pada tahun 1828. Kimiawan lainnya yang memiliki kontribusi terhadap ilmu kimia organik di antaranya
Alexander William Williamson dengan
sintesis eter yang dilakukannya dan
Christopher Kelk Ingold yang menemukan mekanisme dari
reaksi substitusi.
Persamaan reaksi digunakan untuk menggambarkan reaksi kimia. Persamaan reaksi terdiri dari
rumus kimia atau
rumus struktur
dari reaktan di sebelah kiri dan produk di sebelah kanan. Antara produk
dan reaktan dipisahkan dengan tanda panah (→) yang menunjukkan arah dan
tipe reaksi. Ujung dari tanda panah tersebut menunjukkan reaksinya
bergerak ke arah mana. Tanda panah ganda (
), yang mempunyai dua ujung tanda panah yang berbeda arah, digunakan pada
reaksi kesetimbangan. Persamaan kimia haruslah seimbang, sesuai dengan
stoikiometri,
jumlah atom tiap unsur di sebelah kiri harus sama dengan jumlah atom
tiap unsur di sebelah kanan. Penyeimbangan ini dilakukan dengan
menambahkan angka di depan tiap molekul senyawa (dilambangkan dengan
A, B, C dan
D di diagram skema di bawah) dengan angka kecil (
a, b, c dan
d) di depannya.
[7]
Reaksi yang lebih rumit digambarkan dengan skema reaksi, tujuannya
adalah untuk mengetahui senyawa awal atau akhir, atau juga untuk
menunjukkan
fase transisi.
Beberapa reaksi kimia juga bisa ditambahkan tulisan di atas tanda
panahnya; contohnya penambahan air, panas, iluminasi, katalisasi, dsb.
Juga, beberapa produk minor dapat ditempatkan di bawah tanda panah.
Analisis retrosintetik
dapat dipakai untuk mendesain reaksi sintesis kompleks. Analisis
dimulai dari produk, contohnya dengan memecah ikatan kimia yang dipilih
menjadi reagen baru. Tanda panah khusus (⇒) digunakan dalam reaksi
retro.
[8]
[sunting] Reaksi elementer
Reaksi elementer adalah reaksi pemecahan paling sederhana dan hasil dari reaksi ini tidak memiliki produk sampingan.
[9]
Kebanyakan reaksi yang berhasil ditemukan saat ini adalah pengembangan
dari reaksi elementer yang munculnya secara secara paralel atau
berurutan. Sebuah reaksi elementer biasanya hanya terdiri dari beberapa
molekul, biasanya hanya satu atau dua, karena kemungkinannya kecil untuk
banyak molekul bergabung bersama.
[10]
Isomerisasi
azobenzena yang diinduksi oleh cahaya (hν) atau panas (Δ)
Reaksi paling penting dalam reaksi elementer adalah reaksi
unimolekuler dan bimolekuler. Reaksi unimolekuler hanya terdiri dari
satu molekul yang terbentuk dari transformasi atau
diasosiasi
satu atau beberapa molekul lain. Beberapa reaksi ini membutuhkan energi
dari cahaya atau panas. Sebuah contoh dari reaksi unimolekuler adalah
isomerisasi cis–trans, di mana sebuah senyawa bentuk cis akan berubah menjadi bentuk trans.
[11]
Dalam reaksi
disosiasi, ikatan di dalam sebuah molekul akan terpecah menjadi 2 fragmen molekul. Pemecahan ini dapat berupa
homolitik ataupun
heterolitik. Dalam pemecahan homolitik, ikatan akan terpecah sehingga setiap produknya tetap mempunyai satu elektron sehingga menjadi
radikal
netral. Dalam pemecahan heterolitik, kedua elektron dari ikatan kimia
akan tersisa pada salah satu produknya, sehingga akan menghasilkan
ion yang bermuatan. Reaksi disosiasi memegang peranan penting dalam
reaksi berantai, seperti contohnya
hidrogen-oksigen atau reaksi
polimerisasi.
- Disoasi dari molekul AB menjadi fragmen A dan B
Pada reaksi bimolekular, 2 molekul akan bertabreakan dan saling bereaksi. Hasil reaksinya dinamakan
sintesis kimia atau
reaksi adisi.
Kemungkinan reaksi yang lain adalah sebagian dari sebuah molekul
berpindah ke molekul lainnya. Reaksi tipe seperti ini, contohnya adalah
reaksi redoks dan reaksi asam-basa. Pada reaksi redoks partikel yang
berpindah adalah elektron, sedangkan pada reaksi asam-basa yang
berpindah adalah proton. Reaksi seperti ini juga disebut dengan
reaksi metatesis.
contohnya
- NaCl(aq) + AgNO3(aq) → NaNO3(aq) + AgCl(s)
[sunting] Termodinamika
Reaksi kimia dapat ditentukan oleh hukum-hukum
termodinamika. Reaksi dapat terjadi dengan sendirinya apabila senyawa tersebut
eksergonik atau melepaskan energi. Energi bebas yang dihasilkan reaksi ini terdiri dari 2 besaran termodinamika yaitu
entalpi dan entropi]]:
[12]
- G: energi bebas, H: entalpi, T: suhu, S: entropi, Δ: perbedaan
Reaksi eksotermik terjadi apabila ΔH bernilai negatif dan energi dilepaskan. Contoh reaksi eksotermik adalah
presipitasi dan
kristalisasi, dimana sebuah padatan terbentuk dari gas atau cairan. Kebalikannya, dalam reaksi
endotermik,
panas diambil dari lingkungan. Hal ini dapat dilakukan dengan
meningkatkan entropi sistem. Karena kenaikan entropi berbanding lurus
dengan suhunya, maka kebanyakan reaksi endotermik dilakukan pada suhu
tinggi. Kebalikannya, kebanyakan reaksi eksotermik dilakukan pada suhu
yang rendah. Perubahan temperatur kadang-kadang dapat mengubah arah
reaksi, seperti contohnya pada
reaksi Boudouard:
Reaksi antara
karbon dioksida dan
karbon untuk membentuk
karbon monoksida ini merupakan reaksi endotermik dengan suhu di atas 800 °C dan menjadi reaksi eksotermik jika suhunya dibawah suhu ini
[13]
Reaksi juga dapat diketahui dengan
energi dalam yang menyebabkan perubahan pada entropi, volume, dan
potensial kimia.
[14]
- U: energi dalam, S: entropi, p: tekanan, μ: potensial kimia, n: jumlah molekul, d: tanda yang artinya perubahan kecil
[sunting] Pengelompokan reaksi kimia
Beragamnya reaksi-reaksi kimia dan pendekatan-pendekatan yang
dilakukan dalam mempelajarinya mengakibatkan banyaknya cara untuk
mengklasifikasikan reaksi-reaksi tersebut, yang sering kali tumpang
tindih. Di bawah ini adalah contoh-contoh klasifikasi reaksi kimia yang
biasanya digunakan.
[sunting] Empat reaksi dasar
Dalam reaksi
kombinasi langsung atau
sintesis,
dua atau lebih senyawa sederhana bergabung membentuk senyawa baru yang
lebih kompleks. Dua reaktan atau lebih yang bereaksi menghasilkan satu
produk juga merupakan salah satu cara untuk mengetahui kalau itu reaksi
sintesis. Contoh dari reaksi ini adalah gas hidrogen bergabung dengan
gas oksigen yang hasilnya adalah air.
[15]
Contoh lainnya adalah gas nitrogen bergabung dengan gas hidrogen akan membentuk amoniak, dengan persamaan reaksi:
- N2 + 3 H2 → 2 NH3
[sunting] Dekomposisisi
Reaksi
dekomposisi atau
analisis adalah kebalikan dari reaksi sintesis. Sebuah senyawa yang lebih kompleks akan dipecah menjadi senyawa yang lebih sederhana.
[15][16] Contohnya adalah molekul air yang dipecah menjadi gas oksigen dan gas hidrogen, dengan persamaan reaksi:
- 2 H2O → 2 H2 + O2
[sunting] Penggantian tunggal
Dalam
reaksi penggantian tunggal atau
substitusi,
sebuah elemen tunggal menggantikan elemen tunggal lainnya di suatu
senyawa. Contohnya adalah logam natrium yang bereaksi dengan asam
klorida akan menghasilkan
natrium klorida atau garam dapur, dengan persamaaan reaksi:
- 2 Na(s) + 2 HCl(aq) → 2 NaCl(aq) + H2(g)
[sunting] Penggantian ganda
Dalam reaksi penggantian ganda, dua senyawa saling berganti
ion atau ikatan untuk membentuk senyawa baru yang berbeda.
[15] Hal ini terjadi ketika kation dan anion dari 2 senyawa yang berbeda saling berpindah tempat, dan membentuk 2 senyawa baru.
[16] Rumus umum dari reaksi ini adalah:
- AB + CD → AD + CB
Contoh dari reaksi penggantian ganda adalah timbal(II) nitrat
bereaksi dengan kalium iodida untuk membentuk timbal(II) iodida dan
kalium nitrat, dengan persamaan reaksi:
- Pb(NO3)2 + 2 KI → PbI2 + 2 KNO3
Contoh lainnya adalah natrium klorida (garam dapur) bereaksi dengan
perak nitrat membentuk natrium nitrat dan perak klorida, dengan
persamaan reaksi:
- NaCl(aq) + AgNO3(aq) → NaNO3(aq) + AgCl(s)
[sunting] Oksidasi dan reduksi
Ilustrasi dari reaksi redoks (reduksi oksidasi)
Reaksi
redoks dapat dipahami sebagai transfer elektron dari salah satu senyawa (disebut
reduktor) ke senyawa lainnya (disebut
oksidator). Dalam proses ini, senyawa yang satu akan teroksidasi dan senyawa lainnya akan tereduksi, oleh karena itu disebut
redoks. Oksidasi sendiri dimengerti sebagai kenaikan
bilangan oksidasi, dan reduksi adalah penurunan
bilangan oksidasi.
Dalam prakteknya, transfer dari elektron ini akan selalu mengubah
bilangan oksidasinya, tapi banyak reaksi yang diklasifikasikan sebagai
reaksi redoks walaupun sebenarnya tidak ada elektron yang berpindah
(seperti yang melibatkan ikatan
kovalen).
[17][18]
Contoh reaksi redoks adalah:
- 2 S2O32−(aq) + I2(aq) → S4O62−(aq) + 2 I−(aq)
- Yang mana I2 direduksi menjadi I- dan S2O32- (anion tiosulfat) dioksidasi menjadi S4O62-.
Untuk mengetahui reaktan mana yang akan menjadi agen pereduksi dan mana yang akan menjadi agen teroksidasi dapat diketahui dari
keelektronegatifan elemen tersebut. Elemen yang mempunyai nilai keelektronegatifan yang rendah, seperti kebanyakan unsur
logam,
maka akan dengan mudah memberikan elektron mereka dan teroksidasi -
elemen ini menjadi reduktor. Kebalikannya, banyak ion mempunyai bilangan
oksidasi tinggi, seperti
H2O2,
MnO4-,
CrO3,
Cr2O72-,
OsO4) dapat memperoleh satu atau lebih tambahan elektron, sehingga disebut oksidator.
Jumlah elektron yang diberikan atau diterima pada reaksi redoks dapat diketahui dari
konfigurasi elektronn elemen reaktannya. Setiap elemen akan berusaha untuk menjadikan konfigurasi elektronnya sama seperti konfigurasi elemen
gas mulia.
Logam alkali dan halogen akan memberikan dan menerima satu elektron.
Elemen gas alam sendiri sebenarnya tidak aktif secara kimiawi.
[19]
Salah satu bagian penting dalam reaksi redoks adalah reaksi
elektrokimia,
dimana elektron dari sumber listrik digunakan sebagai reduktor. Reaksi
ini penting untuk pembuatan elemen-elemen kimia, seperti
klorin[20] atau
aluminium. Proses kebalikan dimana reaksi redoks digunakan untuk menghasilkan listrik juga ada dan prinsip ini digunakan pada
baterai.
[sunting] Reaksi asam-basa
Reaksi asam-basa adalah reaksi yang mendonorkan proton dari sebuah molekul
asam ke molekul
basa. Disini,
asam berperan sebagai donor proton dan
basa berperan sebagai akseptor proton.
- Reaksi asam basa, HA: asam, B: Basa, A–: basa konjugasi, HB+: asam konjugasi
Hasil dari transfer proton ini adalah
asam konjugasi dan
basa konjugasi.
[21]
Reaksi kesetimbangan (bolak-balik) juga ada, dan karena itu asam/basa
dan asam/basa konjugasinya selalu dalam kesetimbangan. Reaksi
kesetimbangan ini ditandai dengan adanya
konstanta diasosiasi asam dan basa (
Ka dan
Kb) dari setiap substansinya. Sebuah reaksi yang khusus dari reaksi asam-basa adalah
netralisasi dimana asam dan basa dalam jumlah yang sama akan membentuk
garam yang sifatnya netral.
Reaksi asam basa memiliki berbagai definisi tergantung pada konsep
asam basa yang digunakan. Beberapa definisi yang paling umum adalah:
-
- Definisi Arrhenius: asam berdisosiasi dalam air melepaskan ion H3O+; basa berdisosiasi dalam air melepaskan ion OH-.
- Definisi Brønsted-Lowry: Asam adalah pendonor proton (H+) donors; basa adalah penerima (akseptor) proton. Melingkupi definisi Arrhenius
- Definisi Lewis:
Asam adalah akseptor pasangan elektron; basa adalah pendonor pasangan
elektron. Definisi ini melingkupi definisi Brønsted-Lowry.
Presipitasi
adalah proses reaksi terbentuknya padatan (endapan) di dalam sebuah
larutan sebagai hasil dari reaksi kimia. Presipitasi ini biasanya
terbentuk ketika konsentrasi ion yang larut telah mencapai batas
kelarutan[22] dan hasilnya adalah membentuk
garam.
Reaksi ini dapat dipercepat dengan menambahkan agen presipitasi atau
mengurangi pelarutnya. Reaksi presipitasi yang cepat akan menghasilkan
residu mikrokristalin dan proses yang lambat akan menghasilkan
kristal tunggal. Kristal tunggal juga dapat diperoleh dari
rekristalisasi dari garam mikrokristalin.
[23]
[sunting] Reaksi pada zat padat
Reaksi dapat terjadi di antara dua benda padat. Meski begitu, karena tingkat
difusi
pada zat padat sangat rendah, maka reaksi kimia yang berlangsung
terjadi sangat lambat. Reaksi dapat dipercepat dengan cara meningkatkan
suhu sehingga akan memecah reaktan, sehingga luas permukaan kontak
menjadi lebih besar.
[24]
[sunting] Reaksi fotokimia
Dalam
reaksi fotokimia, atom dan molekul akan menyerap energi (
foton) dari cahaya dan mengubahnya ke
eksitasi.
Atom dan molekul ini lalu dapat melepaskan energi dengan memecahkan
ikatan kimia, maka menghasilkan radikal. Reaksi ang termasuk ke dalam
reaksi fotokimia di antaranya reaksi hidrogen-oksigen,
polimerisasi radikal,
reaksi berantai dan
reaksi penataan ulang.
[25]
Banyak proses-proses penting menggunakan fotokimia. Contoh yang paling umum adalah
fotosintesis, dimana tanaman menggunakan energi matahari untuk mengubah
karbon dioksida dan
air menjadi
glukosa dan
oksigen sebagai hasil samping. Manusia mengandalkan fotokimia dalam pembentukan vitamin D, dan
persepsi visual dihasilkan dari reaksi fotokimia di
rhodopsin.
[11] Pada
kunang-kunang, sebuah
enzim pada abdomen mengkatalisasi reaksi yang menghasilkan
bioluminesensi.
[26] Banyak reaksi fotokimia, seperti pembentukan ozon, terjadi di atmosfer bumi yang merupakan bagian dari
kimia atmosfer.
Diagram skema energi yang menunjukkan efek dari pemberian katalis pada
sebuah reaksi kimia endotermik. Adanya katalis akan mempercepat reaksi
dengan cara menurunkan energi aktivasi. Hasil akhirnya akan sama dengan
reaksi tanpa katalis.
Pada
katalisis, reaksinya tidak berlangsung secara spontan, tapi melalui substansi ketiga yang disebut dengan
katalis.
Tidak seperti reagen lainnya yang ikut dalam reaksi kimia, katalis
tidak ikut serta dalam reaksi itu sendiri, tapi dapat menghambat,
mematikan, atau menghancurkan melalui proses sekunder. Katalis dapat
digunakan pada fase yang berbeda (
katalis heterogen) maupun pada fase yang sama (
katalis homogen) sebagai reaktan. Fungsi katalis hanyalah mempercepat reaksi - zat kimia yang memperlambat reaksi disebut dengan inhibitor.
[27][28]
Substansi yang meningkatkan aktivitas katalis disebut promoter, dan
substansi yang mematikan katalis disebut racun katalis. Sebuah reaksi
kimia yang semestinya tidak bisa berlangsung karena energi aktivasinya
terlalu tinggi, bisa menjadi berlangsung karena kehadiran katalis ini.
Katalis heterogen biasanya padat dan berbentuk bubuk agar dapat
memaksimalkan luas permukaan yang bereaksi. Zat-zat yang penting pada
katalisis heterogen di antaranya logam-logam
grup platinum dan logam transisi lainnya. Zat-zat ini biasanya digunakan pada
hidrogenasi,
pembentukan katalitik dan sintesis dari senyawa-senyawa kimia seperti
asam nitrat dan
amonia. Asam adalah contoh dari katalis homogen, mereka meningkatkan nukleofilitas dari
karbonil.
Kelebihan dari katalis homogen adalah mudah untuk dicampurkan dengan
reaktannya, tapi kekurangannya adalah susah dipisahkan dari produk
akhirnya. Oleh karena itu, katalis heterogen lebih dipilih di banyak
proses industri.
[29]
[sunting] Reaksi dalam kimia organik
Dalam kimia organik, banyak reaksi yang dapat terjadi yang melibatkan
ikatan kovalen di antara atom karbon dan heteroatom lainnya seperti
oksigen,
nitrogen, atau atom-atom
halogen lainnya. Beberapa reaksi yang lebih spesifik akan dijelaskan di bawah ini.
Dalam
reaksi substitusi, sebuah
gugus fungsi di dalam suatu
senyawa kimia digantikan oleh gugus fungsi lainnya.
[30] Reaksi ini dapat dibedakan lagi menjadi beberapa subtipe yaitu
nukleofilik,
substitusi elektrofilik, atau
substitusi radikal.
Pada tipe yang pertama,
nukleofil,
atom atau molekul yang memiliki kelebihan elektron sehingga bermuatan
negatif, akan menggantikan atom lainnya atau bagian lainnya dari molekul
"substrat". Pasangan elektron nukleofil akan bersatu dengan substrat
membentuk ikatan baru, sedangkan
gugus lepas
akan lepas bersamaan dengan sebuah pasangan elektron. Nukleofil sendiri
dapat bermuatan netral atau positif, sedangkan substrat biasanya
bermuatan positif atau netral. Contoh nukleofil adalah ion
hidroksida,
alkoksida,
amina, dan
halida. Reaksi semacam ini biasanya ditemukan pada
hidrokarbon alifatik dan jarang ditemukan pada
hidrokarbon aromatik. Hidrokarbon aromatik memiliki rapatan elektron yang tingi dan hanya bisa melangsungkan
substitusi aromatik nukleofilik hanya dengan gugus penarik elektron yang sangat kuat. Substitusi nukleofilik dapat berlangsung melalui 2 mekanisme,
Reaksi SN1 dan
SN2. Menurut namanya, S singkatan dari substitusi, N singkatan dai nukleofilik, dan, dan angka menunjukkan
ordo kinetik reaksi, unimolekuler atau bimolekuler.
[31]
3 tahap dalam
Reaksi SN2. Nukleofil berwarna hijau dan gugus lepas berwarna merah
Reaksi SN2 menyebabkan inversi stereo (inversi Walden)
Reaksi S
N1 berlangsung dalam 2 tahap. Tahap pertama,
gugus lepas akan lepas dan membentuk
karbokation. Tahap ini akan diikuti reaksi yang sangat cepat dengan nukleofil.
[32]
Dalam mekanisme S
N2, nukleofil akan membentuk tahap
transisi dengan molekul yang lepas saja yang terlekang. Kedua mekanisme
ini berbeda pada hasil
stereokimianya. Reaksi S
N1 menghasilkan adisi non-stereospesifik dan tidak menghasilkan pusat
chiral, melainkan dalam bentuk
isomer geometri (
cis/trans). Kebalikannya, inversi Warden-lah yang diamati pada mekanisme S
N2.
[33]
Substitusi elektrofilik merupakan kebalikan dari substitusi nukleofilik di mana atom atau molekul yang melepas, atau
elektrofilnya, mempunyai kerapatan elektron yang rendah sehingga bermuatan positif. Biasanya elektrofil ini adalah atom karbon dari
gugus karbonil, karbokation atau
sulfur atau kation
nitronium. Reaksi ini berlangsung pada hidrokarbon aromatik saja, sehingga disebut
substitusi aromatik elektrofilik.
Serangan elektrofil akan menciptakan kompleks yang disebut sebagai
σ-compleks, sebuah fase transisi di mana sistem aromatiknya hilang.
Lalu, gugus lepas (biasanya proton), akan terpisah dan sifat
kearomatikannya kembali. Alternatif lain untuk substitusi aromatik
adalah substitusi alifatik elektrofilik. Substitusi ini mirip dengan
substitusi aromatik elektrofilik dan juga mempunyai 2 tipe utama yaitu S
E1 dan S
E2
[34]
Mekanisme dari substitusi aromatik elektrofilik
[sunting] Adisi dan eliminasi
Adisi dan pasangannya
eliminasi merupakan reaksi yang mengubah jumlah substituen dalam atom karbon, dan membentuk
ikatan kovalen.
Ikatan ganda dan
tiga
dapat dihasilkan dengan mengeliminasi gugus lepas yang cocok. Seperti
substitusi nukleofilik, ada beberapa mekanisme reaksi yang mungkin
terjadi. Dalam mekanisme E1, gugus lepas terlebih dahulu melepas dan
membentuk karbokation. Selanjutnya, pembentukan ikatan ganda terjadi
melalui eliminasi proton (
deprotonasi).
Dalam mekanisme E1cb, urutan pelepasan terbalik: proton dieliminasi
terlebih dahulu. Dalam mekanisme ini keterlibatan suatu basa harus ada.
[35] Reaksi dalam eliminasi E1 maupun E1cb selalu bersaing dengan substitusi S
N1 karena memiliki kondisi reaksi kondisi yang sama.
[36]
|
|
|
Eliminasi E1
|
|
eliminasi E1cb
|
Mekanisme E2 juga memerlukan basa. Akan tetapi, pergantian posisi
basa dan eliminasi gugus lepas berlangsung secara serentak dan tidak
menghasilkan zat antara ionik. Berbeda dengan eliminasi E1, konfigurasi
stereokimia yang berbeda dapat dihasilkan dalam reaksi yang memiliki
mekanisme E2 karena basa akan lebih memfavoritkan eleminasi proton yang
berada pada posisi-anti terhadap gugus lepas. Oleh karena kondisi dan
reagen reaksi yang mirip, eliminasi E2 selalu bersaing dengan substitusi
S
N2.
[37]
Adisi elektrofilik hidrogen bromida
Kebalikan dari reaksi eliminasi adalah reaksi adisi. Pada reaksi
adisi, ikatan rangkap dua atau rangkap tiga diubah menjadi ikatan
rangkap tunggal. Mirip dengan reaksi substitusi, ada beberapa tipe dari
adisi yang dibedakan dari partikel yang mengadisi. Contohnya, pada
adisi elektrofilik hidrogen bromida, sebuah elektrofil (proton) akan mengganti ikatan rangkap ganda dan membentuk
karbokation,
lalu kemudian bereaksi dengan nukleofil (bromin). Karbokation dapat
terbentuk di salah satu ikatan rangkap tergantung dari gugus yang
melekat di akhir. Konfigurasi yang lebih tepat dapat diprediksikan
dengan
aturan Markovnikov.
[38]
Aturan Markovnikov mengatakan: "Pada adisi heterolitik dari sebuuah
molekul polar pada alkena atau alkuna, atom yang mempunyai
keelektronegatifan yang besar, maka akan terikat pada atom karbon yang
mengikat atom hidrogen yang lebih sedikit."
[39]
[sunting] Reaksi kimia organik lainnya
Penataan ulang dari 3-metil-1,5-heksadiena
Mekanisme dari reaksi Diels-Alder
Orbital overlap in a Diels-Alder reaction
Pada
reaksi penataan ulang, kerangka karbon dari sebuah
molekul disusun ulang sehingga membentuk
isomer struktur dari molekul aslinya. Reaksi ini termasuk dengan [reaksi sigmatropik]] seperti
penataan ulang Wagner-Meerwein, dimana gugus
hidrogen,
alkil, atau
aril
berpindah-pindah tempat dari suatu atom karbon ke atom karbon lainnya.
Kebanyakan reaksi penataan ulang adalah pemutusan dan pembentukan ikatan
karbon-karbon baru. Contoh lain dari reaksi ini adalah
penataan ulang cope.
[40]
[sunting] Reaksi lainnya
- Isomerisasi, yang mana senyawa kimia menjalani penataan ulang struktur tanpa perubahan pada komposisi atomnya
- Pembakaran,
adalah sejenis reaksi redoks yang mana bahan-bahan yang dapat terbakar
bergabung dengan unsur-unsur oksidator, biasanya oksigen, untuk
menghasilkan panas dan membentuk produk yang teroksidasi. Istilah
pembakaran biasanya digunakan untuk merujuk hanya pada oksidasi skala
besar pada keseluruhan molekul. Oksidasi terkontrol hanya pada satu
gugus fungsi tunggal tidak termasuk dalam proses pembakaran.
- C10H8+ 12 O2 → 10 CO2 + 4 H2O
- CH2S + 6 F2 → CF4 + 2 HF + SF6
- Disproporsionasi, dengan satu reaktan membentuk dua jenis produk yang berbeda hanya pada keadaan oksidasinya.
- 2 Sn2+ → Sn + Sn4+
[sunting] Kinetika kimia
Laju reaksi suatu reaksi kimia merupakan pengukuran bagaimana
konsentrasi ataupun
tekanan
zat-zat yang terlibat dalam reaksi berubah seiring dengan berjalannya
waktu. Analisis laju reaksi sangatlah penting dan memiliki banyak
kegunaan, misalnya dalam
teknik kimia dan kajian
kesetimbangan kimia. Laju reaksi secara mendasar tergantung pada:
- Konsentrasi reaktan,
yang biasanya membuat reaksi berjalan dengan lebih cepat apabila
konsentrasinya dinaikkan. Hal ini diakibatkan karena peningkatan
pertumbukan atom per satuan waktu,
- Luas permukaan
yang tersedia bagi reaktan untuk saling berinteraksi, terutama reaktan
padat dalam sistem heterogen. Luas permukaan yang besar akan
meningkatkan laju reaksi.
- Tekanan, dengan meningkatkan tekanan, kita menurunkan volume antar molekul sehingga akan meningkatkan frekuensi tumbukan molekul.
- Energi aktivasi,
yang didefinisikan sebagai jumlah energi yang diperlukan untuk membuat
reaksi bermulai dan berjalan secara spontan. Energi aktivasi yang lebih
tinggi mengimplikasikan bahwa reaktan memerlukan lebih banyak energi
untuk memulai reaksi daripada reaksi yang berenergi aktivasi lebih
rendah.
- Temperatur,
yang meningkatkan laju reaksi apabila dinaikkan, hal ini dikarenakan
temperatur yang tinggi meningkatkan energi molekul, sehingga
meningkatkan tumbukan antar molekul per satuan waktu.
- Keberadaan ataupun ketiadaan katalis. Katalis adalah zat yang mengubah lintasan (mekanisme) suatu reaksi dan akan meningkatkan laju reaksi dengan menurunkan energi aktivasi
yang diperlukan agar reaksi dapat berjalan. Katalis tidak dikonsumsi
ataupun berubah selama reaksi, sehingga ia dapat digunakan kembali.
- Untuk beberapa reaksi, keberadaan radiasi elektromagnetik, utamanya ultraviolet,
diperlukan untuk memutuskan ikatan yang diperlukan agar reaksi dapat
bermulai. Hal ini utamanya terjadi pada reaksi yang melibatkan radikal.
Laju reaksi berhubungan dengan
konsentrasi zat-zat yang terlibat dalam reaksi. Hubungan ini ditentukan oleh
persamaan laju tiap-tiap reaksi. Perlu diperhatikan bahwa beberapa reaksi memiliki kelajuan yang
tidak tergantung pada konsentrasi reaksi. Hal ini disebut sebagai reaksi orde nol.
[sunting] Reaksi biokimia
Ilustrasi dari aktivitas enzim pada reaksi biokimia
Reaksi biokimia pada umumnya dikendalikan oleh
enzim.
Protein-protein ini hanya dapat
mengkatalis satu jenis reaksi yang spesifik, sehingga reaksinya benar-benar dapat dikontrol. Reaksi ini berlangsung pada
sisi aktif
dari substrat. Reaksi katalisasi enzim ini bergantung pada banyak hal,
di antaranya adalah bentuk enzimnya, jenis ikatannya, interaksi
elektrostatik, pemberian dan penerimaan proton (pada reaksi asam/basa),
dan lainnya.
[41]
Reaksi kimia yang berlangsung di dalam tubuh makhluk hidup biasanya juga dikenal dengan sebutan
metabolisme. Diantara semua reaksi-reaksi ini, reaksi yang paling penting adalah reaksi
anabolisme, dimana
DNA dan enzim-terkontrol memproses pembentukan
protein dan
karbohidrat dari senyawa-senyawa yang lebih kecil.
[42] Bioenergitika mempelajari sumber energi untuk reaksi biokimia. Sumber energi yang paling penting dalam reaksi ini adalah
glukosa, yang diproduksi tanaman melalui proses
fotosintesis. Semua organisme membutuhkan glukosa untuk memproduksi
adenosin trifosfat (ATP), yang digunakan makhluk hidup untuk menjalankan aktivitasnya.
[sunting] Penggunaan reaksi kimia
Reaksi termit digunakan dalam proses pengelasan.
Reaksi kimia sangat sering digunakan oleh para ahli
teknik kimia untuk mensintesis senyawa baru dari sumber daya alam mentah di alam, seperti
minyak bumi
dan bijih-bijih mineral. Merupakan suatu hal yang penting untuk membuat
reaksi yang seefisien mungkin, memaksimalkan hasil yang bisa diperoleh
dan meminimalkan reagen yang dipakai, energi masuk dan energi keluar.
Katalis biasanya digunakan untuk mengurangi energi aktivasi sehingga meningkatkan laju reaksinya.
[43][44]
Beberapa reaksi yang spesifik mempunyai penggunaan yang khusus. Misalnya, reaksi
termit dipakai untuk menghasilkan cahaya dan panas pada
piroteknik dan
pengelasan.
Meskipun reaksi ini lebih agak sulit dikontrol daripada reakai-reaksi
sebelumnua, tapi alat-alat yang dibutuhkan jauh lebih sedikit dan sampai
saat ini masih digunakan untuk memperbaiki jalur-jalur kereta api di
tempat-tempat terpelosok.
[45]
Reaksi kimia
Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Reaksi kimia adalah suatu proses alam yang selalu menghasilkan antarubahan
senyawa kimia.
[1] Senyawa ataupun senyawa-senyawa awal yang terlibat dalam reaksi disebut sebagai
reaktan. Reaksi kimia biasanya dikarakterisasikan dengan
perubahan kimiawi, dan akan menghasilkan satu atau lebih
produk
yang biasanya memiliki ciri-ciri yang berbeda dari reaktan. Secara
klasik, reaksi kimia melibatkan perubahan yang melibatkan pergerakan
elektron dalam pembentukan dan pemutusan
ikatan kimia, walaupun pada dasarnya konsep umum reaksi kimia juga dapat diterapkan pada
transformasi partikel-partikel elementer seperti pada
reaksi nuklir.
Reaksi-reaksi kimia yang berbeda digunakan bersama dalam
sintesis kimia untuk menghasilkan produk senyawa yang diinginkan. Dalam
biokimia, sederet reaksi kimia yang
dikatalisis oleh
enzim membentuk
lintasan metabolisme, di mana sintesis dan dekomposisi yang biasanya tidak mungkin terjadi di dalam sel dilakukan.