The chemical reaction PASAR.PTS-PTN.NET COLLECTION OF FREE STUDIES

Uap hidrogen klorida dalam beker dan amonia dalam tabung percobaan bereaksi membentuk awan amonium klorida

Reaksi kimia merupakan suatu anggota dunia yang selalu berproduksi antarubahan senyawa kimia.^[1] Senyawa ataupun senyawa-senyawa awal yang terlibat dalam reaksi dinamakan sebagai reaktan. Reaksi kimia pada umumnya dikarakterisasikan dengan perubahan kimiawi, dan akan berproduksi satu atau bertambah produk yang pada umumnya memiliki ciri-ciri yang beda dari reaktan. Secara klasik, reaksi kimia melibatkan perubahan yang melibatkan perjalanan 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 beda digunakan bersama dalam sintesis kimia untuk berproduksi produk senyawa yang diinginkan. Dalam biokimia, sederet reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim membentuk lintasan metabolisme, di mana sintesis dan dekomposisi yang pada umumnya tidak mungkin sebagai di dalam sel diterapkan.

Sejarah

Antoine Lavoisier mengembangkan teori pembakaran sebagai reaksi kimia dengan oksigen

Reaksi kimia seperti pembakaran, fermentasi, dan reduksi dari bijih sebagai logam sudah dikenal 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, cairan, udara, dan bumi. Di zaman pertengahan, transformasi kimia dipelajari oleh para alkemis. Mereka mencoba, contohnya, mengubah timbal sebagai 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. Anggota ini diterapkan dengan prosedur memanaskan mineral-mineral sulfat dan nitrat, seperti tembaga sulfat, alum dan kalium nitrat. Pada zaman ke-17, Johann Rudolph Glauber memproduksi asam klorida dan natrium sulfat dengan mereaksikan asam sulfat dengan natrium klorida. Dengan benarnya pembangunan lead chamber process pada tahun 1746 dan anggota Leblanc, sehingga memungkinkan benarnya produksi asam sulfat dan natrium karbonat dalam jumlah akbar, maka reaksi kimia dapat diaplikasikan dalam industri. Teknologi asam sulfat yang semakin maju akhir-akhirnya berproduksi anggota kontak di tahun 1880-an,^[3] dan anggota Haber dikembangkan pada tahun 1909–1910 untuk sintesis amonia.^[4]

Dari zaman 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 benarnya elemen seperti api yang dinamakan "plogiston", yang terdapat dalam benda-benda yang dapat terbakar dan dibuat menjadi jauh selama pembakaran. Teori ini dibuktikan salah pada tahun 1785 oleh Antoine Lavoisier, yang akhir-akhirnya memberikan penjelasan yang benar keadaan pembakaran.^[5]

Pada tahun 1808, Joseph Louis Gay-Lussac akhir-akhirnya mengetahui bahwa karakteristik gas selalu cocok. Berdasarkan hal ini dan teori atom dari John Dalton, Joseph Proust akhrinya mengembangkan hukum perbandingan tetap yang nantinya sebagai konsep awal dari stoikiometri dan persamaan reaksi.^[6]

Pada anggota kimia organik, telah lama dipercaya bahwa senyawa yang terdapat pada organisme yang hidup itu terlalu kompleks untuk dapat didapatkan melalui sintesis kimia. Menurut konsep vitalisme, senyawa organik dilengkapi dengan "kemampuan vital" sehingga "berbeda" dari material-material inorganik. Tapi pada akhir-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 selangnya Alexander William Williamson dengan sintesis eter yang diterapkannya dan Christopher Kelk Ingold yang menemukan mekanisme dari reaksi substitusi.

Persamaan

Persamaan reaksi digunakan untuk menggambarkan reaksi kimia. Persamaan reaksi terdiri dari rumus kimia atau rumus bangun dari reaktan di sebelah kiri dan produk di sebelah kanan. Selang produk dan reaktan dipisahkan dengan tanda panah (→) yang menunjukkan arah dan tipe reaksi. Ujung dari tanda panah tersebut menunjukkan reaksinya bangkit ke arah mana. Tanda panah ganda (), yang mempunyai dua ujung tanda panah yang beda arah, digunakan pada reaksi kesetimbangan. Persamaan kimia haruslah seimbang, cocok dengan stoikiometri, jumlah atom setiap unsur di sebelah kiri harus cocok dengan jumlah atom setiap unsur di sebelah kanan. Penyeimbangan ini diterapkan dengan menambahkan angka di depan setiap 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]

$mathrm{a A + b B longrightarrow c C + d D}$

Reaksi yang bertambah melilit digambarkan dengan skema reaksi, tujuannya merupakan untuk mengetahui senyawa awal atau kesudahan, atau juga untuk menunjukkan fase transisi. Sebagian reaksi kimia juga dapat ditambahkan tulisan di atas tanda panahnya; contohnya penambahan cairan, panas, iluminasi, katalisasi, dsb-nya. Juga, sebagian produk minor dapat disilakan duduk di bawah tanda panah.

Sebuah contoh reaksi organik: oksidasi keton sebagai ester dengan Asam peroksikarboksilat

Analisis retrosintetik dapat digunakan untuk mendesain reaksi sintesis kompleks. Analisis dimulai dari produk, contohnya dengan memecah ikatan kimia yang dipilih sebagai reagen baru. Tanda panah khusus (⇒) digunakan dalam reaksi retro.^[8]

Reaksi elementer

Reaksi elementer merupakan reaksi pemecahan paling sederhana dan hasil dari reaksi ini tidak memiliki produk sampingan.^[9] Biasanya reaksi yang berhasil ditemukan saat ini merupakan pembangunan dari reaksi elementer yang munculnya secara secara paralel atau berurutan. Sebuah reaksi elementer pada umumnya hanya terdiri dari sebagian molekul, pada umumnya 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 merupakan reaksi unimolekuler dan bimolekuler. Reaksi unimolekuler hanya terdiri dari satu molekul yang terbentuk dari transformasi atau diasosiasi satu atau sebagian molekul lain. Sebagian reaksi ini membutuhkan energi dari cahaya atau panas. Sebuah contoh dari reaksi unimolekuler merupakan isomerisasi cis–trans, di mana sebuah senyawa bentuk cis akan berubah sebagai bentuk trans.^[11]

Dalam reaksi disosiasi, ikatan di dalam sebuah molekul akan terpecah sebagai 2 fragmen molekul. Pemecahan ini dapat berupa homolitik ataupun heterolitik. Dalam pemecahan homolitik, ikatan akan terpecah sehingga setiap produknya tetap mempunyai satu elektron sehingga sebagai radikal netral. Dalam pemecahan heterolitik, kedua elektron dari ikatan kimia akan tersisa pada salah satu produknya, sehingga akan berproduksi ion yang bermuatan. Reaksi disosiasi memegang peranan penting dalam reaksi berantai, seperti contohnya hidrogen-oksigen atau reaksi polimerisasi.

$mathrm{AB longrightarrow A + B}$

Disoasi dari molekul AB sebagai fragmen A dan B

Pada reaksi bimolekular, 2 molekul akan bertabreakan dan saling bereaksi. Hasil reaksinya dinamakan sintesis kimia atau reaksi adisi.

$mathrm{A + B longrightarrow AB}$

Kemungkinan reaksi yang lain merupakan sebagian dari sebuah molekul berpindah ke molekul lainnya. Reaksi tipe seperti ini, contohnya merupakan reaksi redoks dan reaksi asam-basa. Pada reaksi redoks partikel yang berpindah merupakan elektron, sedangkan pada reaksi asam-basa yang berpindah merupakan proton. Reaksi seperti ini juga dinamakan dengan reaksi metatesis.

$mathrm{HA + B longrightarrow A + HB}$

contohnya

NaCl_(aq) + AgNO₃_(aq) → NaNO₃_(aq) + AgCl_(s)

Termodinamika

Reaksi kimia dapat ditetapkan oleh hukum-hukum termodinamika. Reaksi dapat sebagai dengan sendirinya apabila senyawa tersebut eksergonik atau meninggalkan energi. Energi bebas sama sekali yang diproduksi reaksi ini terdiri dari 2 besaran termodinamika yaitu entalpi dan entropi]]:^[12]

$mathrm{Delta G = Delta H - T cdot Delta S}$

G: energi bebas sama sekali, H: entalpi, T: suhu, S: entropi, Δ: perbedaan

Reaksi eksotermik sebagai apabila ΔH berharga negatif dan energi dibuat menjadi jauh. Contoh reaksi eksotermik merupakan presipitasi dan kristalisasi, dimana sebuah padatan terbentuk dari gas atau cairan. Kebalikannya, dalam reaksi endotermik, panas diambil dari anggota yang terkait. Hal ini dapat diterapkan dengan mengembangkan entropi sistem. Karena kenaikan entropi berbanding lurus dengan suhunya, maka biasanya reaksi endotermik diterapkan pada suhu tinggi. Kebalikannya, biasanya reaksi eksotermik diterapkan pada suhu yang rendah. Perubahan temperatur kadang-kadang dapat mengubah arah reaksi, seperti contohnya pada reaksi Boudouard:

$mathrm{CO_2 + C ightleftharpoons 2 CO ; quad Delta H = +172.45 kJ cdot mol^{-1}}$

Reaksi selang karbon dioksida dan karbon untuk membentuk karbon monoksida ini merupakan reaksi endotermik dengan suhu di atas 800 °C dan sebagai reaksi eksotermik jika suhunya dibawah suhu ini^[13]

Reaksi juga dapat dikenal dengan energi dalam yang menyebabkan perubahan pada entropi, volume, dan potensial kimia.^[14]

$mathrm{d}U = T, {d}S - p, {d}V + mu, {d}n !$

U: energi dalam, S: entropi, p: tekanan, μ: potensial kimia, n: jumlah molekul, d: tanda yang artinya perubahan kecil

Pengelompokan reaksi kimia

Berbagainya reaksi-reaksi kimia dan pendekatan-pendekatan yang diterapkan dalam mempelajarinya mengakibatkan banyaknya prosedur untuk mengklasifikasikan reaksi-reaksi tersebut, yang sering kali tumpang tindih. Di bawah ini merupakan contoh-contoh klasifikasi reaksi kimia yang pada umumnya digunakan.

Empat reaksi dasar

Sintesis

Dalam reaksi kombinasi langsung atau sintesis, dua atau bertambah senyawa sederhana bergabung membentuk senyawa baru yang bertambah kompleks. Dua reaktan atau bertambah yang bereaksi berproduksi satu produk juga merupakan salah satu prosedur untuk mengetahui jikalau itu reaksi sintesis. Contoh dari reaksi ini merupakan gas hidrogen bergabung dengan gas oksigen yang hasilnya merupakan cairan.^[15]

Contoh lainnya merupakan gas nitrogen bergabung dengan gas hidrogen akan membentuk amoniak, dengan persamaan reaksi:

N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃

Dekomposisisi

Reaksi dekomposisi atau analisis merupakan kebalikan dari reaksi sintesis. Sebuah senyawa yang bertambah kompleks akan dipecah sebagai senyawa yang bertambah sederhana.^[15]^[16] Contohnya merupakan molekul cairan yang dipecah sebagai gas oksigen dan gas hidrogen, dengan persamaan reaksi:

2 H₂O → 2 H₂ + O₂

Penggantian tunggal

Dalam reaksi penggantian tunggal atau substitusi, sebuah elemen tunggal menukarkan elemen tunggal lainnya di suatu senyawa. Contohnya merupakan logam natrium yang bereaksi dengan asam klorida akan berproduksi natrium klorida atau garam dapur, dengan persamaaan reaksi:

2 Na(s) + 2 HCl(aq) → 2 NaCl(aq) + H₂(g)

Penggantian ganda

Dalam reaksi penggantian ganda, dua senyawa saling bertukar ion atau ikatan untuk membentuk senyawa baru yang beda.^[15] Hal ini sebagai ketika kation dan anion dari 2 senyawa yang beda saling berpindah tempat, dan membentuk 2 senyawa baru.^[16] Rumus umum dari reaksi ini adalah:

AB + CD → AD + CB

Contoh dari reaksi penggantian ganda merupakan 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 merupakan 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)

Oksidasi dan reduksi

Ilustrasi dari reaksi redoks (reduksi oksidasi)

Dua anggota reaksi redoks

Reaksi redoks dapat dipahami sebagai transfer elektron dari salah satu senyawa (disebut reduktor) ke senyawa lainnya (disebut oksidator). Dalam anggota ini, senyawa yang satu akan teroksidasi dan senyawa lainnya akan tereduksi, oleh karena itu dinamakan redoks. Oksidasi sendiri difahami sebagai kenaikan bilangan oksidasi, dan reduksi merupakan 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 benar 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 sebagai I^- dan S₂O₃^2- (anion tiosulfat) dioksidasi sebagai S₄O₆^2-.

Untuk mengetahui reaktan mana yang akan sebagai perwakilan pereduksi dan mana yang akan sebagai perwakilan teroksidasi dapat dikenal dari keelektronegatifan elemen tersebut. Elemen yang berharga keelektronegatifan yang rendah, seperti biasanya unsur logam, maka akan dengan mudah memberikan elektron mereka dan teroksidasi - elemen ini sebagai reduktor. Kebalikannya, banyak ion mempunyai bilangan oksidasi tinggi, seperti H₂O₂, MnO₄-, CrO₃, Cr₂O₇2-, OsO₄) dapat memperoleh satu atau bertambah tambahan elektron, sehingga dinamakan oksidator.

Jumlah elektron yang diberikan atau diterima pada reaksi redoks dapat dikenal dari konfigurasi elektronn elemen reaktannya. Setiap elemen akan berusaha untuk menjadikan konfigurasi elektronnya cocok seperti konfigurasi elemen gas mulia. Logam alkali dan halogen akan memberikan dan menerima satu elektron. Elemen gas dunia sendiri sebenarnya tidak aktif secara kimiawi.^[19]

Salah satu anggota penting dalam reaksi redoks merupakan reaksi elektrokimia, dimana elektron dari asal listrik digunakan sebagai reduktor. Reaksi ini penting untuk pembuatan elemen-elemen kimia, seperti klorin^[20] atau aluminium. Anggota kebalikan dimana reaksi redoks digunakan untuk berproduksi listrik juga benar dan prinsip ini digunakan pada baterai.

Reaksi asam-basa

Reaksi asam-basa merupakan reaksi yang mendonorkan proton dari sebuah molekul asam ke molekul basa. Disini, asam mempunyai peran sebagai donor proton dan basa mempunyai peran sebagai akseptor proton.

$mathrm{HA + B ightleftharpoons A^- + HB^+}$

Reaksi asam basa, HA: asam, B: Basa, A^–: basa konjugasi, HB⁺: asam konjugasi

Hasil dari transfer proton ini merupakan asam konjugasi dan basa konjugasi.^[21] Reaksi kesetimbangan (bolak-balik) juga benar, dan karena itu asam/basa dan asam/basa konjugasinya selalu dalam kesetimbangan. Reaksi kesetimbangan ini ditandai dengan benarnya konstanta diasosiasi asam dan basa (K_a dan K_b) dari setiap substansinya. Sebuah reaksi yang khusus dari reaksi asam-basa merupakan netralisasi dimana asam dan basa dalam jumlah yang cocok akan membentuk garam yang sifatnya netral.

Reaksi asam basa memiliki berbagai arti tergantung pada konsep asam basa yang digunakan. Sebagian arti yang paling umum adalah:

- Arti Arrhenius: asam berdisosiasi dalam cairan meninggalkan ion H₃O⁺; basa berdisosiasi dalam cairan meninggalkan ion OH^-.
- Arti Brønsted-Lowry: Asam merupakan pendonor proton (H⁺) donors; basa merupakan penerima (akseptor) proton. Melingkupi arti Arrhenius
- Arti Lewis: Asam merupakan akseptor pasangan elektron; basa merupakan pendonor pasangan elektron. Arti ini melingkupi arti Brønsted-Lowry.

Presipitasi

Presipitasi

Presipitasi merupakan anggota reaksi terbentuknya padatan (endapan) di dalam sebuah larutan sebagai hasil dari reaksi kimia. Presipitasi ini pada umumnya terbentuk ketika konsentrasi ion yang larut telah mencapai batas kelarutan^[22] dan hasilnya merupakan membentuk garam. Reaksi ini dapat dipercepat dengan menambahkan perwakilan presipitasi atau mengurangi pelarutnya. Reaksi presipitasi yang cepat akan berproduksi residu mikrokristalin dan anggota yang lambat akan berproduksi kristal tunggal. Kristal tunggal juga dapat didapat dari rekristalisasi dari garam mikrokristalin.^[23]

Reaksi pada zat padat

Reaksi dapat sebagai di selang dua benda padat. Meski begitu, karena tingkat difusi pada zat padat sangat rendah, maka reaksi kimia yang berjalan sebagai sangat lambat. Reaksi dapat dipercepat dengan prosedur mengembangkan suhu sehingga akan memecah reaktan, sehingga luas permukaan kontak sebagai bertambah akbar.^[24]

Reaksi fotokimia

Dalam reaksi Paterno–Büchi, sebuah gugus karbonil yang tereksitasi akan diamahkan ke olefin yang tidak tereksitasi, dan berproduksi oksetan.

Dalam reaksi fotokimia, atom dan molekul akan merembes energi (foton) dari cahaya dan mengubahnya ke eksitasi. Atom dan molekul ini lalu dapat meninggalkan energi dengan memecahkan ikatan kimia, maka berproduksi radikal. Reaksi ang termasuk ke dalam reaksi fotokimia di selangnya reaksi hidrogen-oksigen, polimerisasi radikal, reaksi berantai dan reaksi pengaturan ulang.^[25]

Banyak proses-proses penting menggunakan fotokimia. Contoh yang paling umum merupakan fotosintesis, dimana tanaman menggunakan energi matahari untuk mengubah karbon dioksida dan cairan sebagai glukosa dan oksigen sebagai hasil samping. Manusia mendudukkan kepercayaan kepada fotokimia dalam pembentukan vitamin D, dan persepsi visual diproduksi dari reaksi fotokimia di rhodopsin.^[11] Pada kunang-kunang, sebuah enzim pada abdomen mengkatalisasi reaksi yang berproduksi bioluminesensi.^[26] Banyak reaksi fotokimia, seperti pembentukan ozon, sebagai di atmosfer bumi yang merupakan anggota dari kimia atmosfer.

Katalisis

Diagram skema energi yang menunjukkan efek dari pemberian katalis pada sebuah reaksi kimia endotermik. Benarnya katalis akan mempercepat reaksi dengan prosedur menurunkan energi aktivasi. Hasil akhir-akhirnya akan cocok dengan reaksi tanpa katalis.

Pada katalisis, reaksinya tidak berjalan secara spontan, tapi melalui substansi ketiga yang dinamakan 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 anggota sekunder. Katalis dapat digunakan pada fase yang beda (katalis heterogen) maupun pada fase yang cocok (katalis homogen) sebagai reaktan. Fungsi katalis hanyalah mempercepat reaksi - zat kimia yang memperlambat reaksi dinamakan dengan inhibitor.^[27]^[28] Substansi yang mengembangkan aktivitas katalis dinamakan promoter, dan substansi yang mematikan katalis dinamakan racun katalis. Sebuah reaksi kimia yang semestinya tidak dapat berjalan karena energi aktivasinya terlalu tinggi, dapat sebagai berjalan karena kehadiran katalis ini.

Katalis heterogen pada umumnya padat dan berpotongan bubuk agar dapat memaksimalkan luas permukaan yang bereaksi. Zat-zat yang penting pada katalisis heterogen di selangnya logam-logam grup platinum dan logam transisi lainnya. Zat-zat ini pada umumnya digunakan pada hidrogenasi, pembentukan katalitik dan sintesis dari senyawa-senyawa kimia seperti asam nitrat dan amonia. Asam merupakan contoh dari katalis homogen, mereka mengembangkan nukleofilitas dari karbonil. Kelebihan dari katalis homogen merupakan mudah untuk dicampurkan dengan reaktannya, tapi kekurangannya merupakan susah dipisahkan dari produk akhir-akhirnya. Oleh karena itu, katalis heterogen bertambah dipilih di banyak anggota industri.^[29]

Reaksi dalam kimia organik

Dalam kimia organik, banyak reaksi yang dapat sebagai yang melibatkan ikatan kovalen di selang atom karbon dan heteroatom lainnya seperti oksigen, nitrogen, atau atom-atom halogen lainnya. Sebagian reaksi yang bertambah spesifik akan dinyatakan di bawah ini.

Substitusi

Dalam reaksi substitusi, sebuah gugus fungsi di dalam suatu senyawa kimia ditukarkan oleh gugus fungsi lainnya.^[30] Reaksi ini dapat dibedakan lagi sebagai sebagian subtipe yaitu nukleofilik, substitusi elektrofilik, atau substitusi radikal.

S_N1 mechanism

S_N2 mechanism

Pada tipe yang pertama, nukleofil, atom atau molekul yang memiliki kelebihan elektron sehingga bermuatan negatif, akan menukarkan atom lainnya atau anggota lainnya dari molekul "substrat". Pasangan elektron nukleofil akan bersatu dengan substrat membentuk ikatan baru, sedangkan gugus bebas akan bebas bersamaan dengan sebuah pasangan elektron. Nukleofil sendiri dapat bermuatan netral atau positif, sedangkan substrat pada umumnya bermuatan positif atau netral. Contoh nukleofil merupakan ion hidroksida, alkoksida, amina, dan halida. Reaksi semacam ini pada umumnya ditemukan pada hidrokarbon alifatik dan jarang ditemukan pada hidrokarbon aromatik. Hidrokarbon aromatik memiliki rapatan elektron yang tingi dan hanya dapat melangsungkan substitusi aromatik nukleofilik hanya dengan gugus penarik elektron yang sangat kuat. Substitusi nukleofilik dapat berjalan melalui 2 mekanisme, Reaksi S_N1 dan S_N2. 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 S_N2. Nukleofil berwarna hijau dan gugus bebas berwarna merah

Reaksi S_N2 menyebabkan inversi stereo (inversi Walden)

Reaksi S_N1 berjalan dalam 2 tahap. Tahap pertama, gugus bebas akan bebas dan membentuk karbokation. Tahap ini akan diiringi reaksi yang sangat cepat dengan nukleofil.^[32]

Dalam mekanisme S_N2, nukleofil akan membentuk tahap transisi dengan molekul yang bebas saja yang terlekang. Kedua mekanisme ini beda pada hasil stereokimianya. Reaksi S_N1 berproduksi adisi non-stereospesifik dan tidak berproduksi pusat chiral, melainkan dalam bentuk isomer geometri (cis/trans). Kebalikannya, inversi Warden-lah yang diteliti pada mekanisme S_N2.^[33]

Substitusi elektrofilik merupakan kebalikan dari substitusi nukleofilik di mana atom atau molekul yang memberhentikan, atau elektrofilnya, mempunyai kerapatan elektron yang rendah sehingga bermuatan positif. Pada umumnya elektrofil ini merupakan atom karbon dari gugus karbonil, karbokation atau sulfur atau kation nitronium. Reaksi ini berjalan pada hidrokarbon aromatik saja, sehingga dinamakan substitusi aromatik elektrofilik. Serangan elektrofil akan menciptakan kompleks yang dinamakan sebagai σ-compleks, sebuah fase transisi di mana sistem aromatiknya lenyap. Lalu, gugus bebas (biasanya proton), akan terpisah dan sifat kearomatikannya lagi. Alternatif lain untuk substitusi aromatik merupakan 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

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 diproduksi dengan mengeliminasi gugus bebas yang cocok. Seperti substitusi nukleofilik, benar sebagian mekanisme reaksi yang mungkin sebagai. Dalam mekanisme E1, gugus bebas terlebih dahulu memberhentikan dan membentuk karbokation. Selanjutnya, pembentukan ikatan ganda sebagai melalui eliminasi proton (deprotonasi). Dalam mekanisme E1cb, urutan pelepasan terbalik: proton dieliminasi terlebih dahulu. Dalam mekanisme ini keterlibatan suatu basa harus benar.^[35] Reaksi dalam eliminasi E1 maupun E1cb selalu berkompetisi dengan substitusi S_N1 karena memiliki kondisi reaksi kondisi yang cocok.^[36]


Eliminasi E1		eliminasi E1cb

Eliminasi E2

Mekanisme E2 juga memerlukan basa. Akan tetapi, pergantian jabatan basa dan eliminasi gugus bebas berjalan secara serentak dan tidak berproduksi zat selang ionik. Beda dengan eliminasi E1, konfigurasi stereokimia yang beda dapat diproduksi dalam reaksi yang memiliki mekanisme E2 karena basa akan bertambah memfavoritkan eleminasi proton yang benar pada posisi-anti terhadap gugus bebas. Oleh karena kondisi dan reagen reaksi yang mirip, eliminasi E2 selalu berkompetisi dengan substitusi S_N2.^[37]

Adisi elektrofilik hidrogen bromida

Kebalikan dari reaksi eliminasi merupakan reaksi adisi. Pada reaksi adisi, ikatan rangkap dua atau rangkap tiga diubah sebagai ikatan rangkap tunggal. Mirip dengan reaksi substitusi, benar sebagian tipe dari adisi yang dibedakan dari partikel yang mengadisi. Contohnya, pada adisi elektrofilik hidrogen bromida, sebuah elektrofil (proton) akan mewakili 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 kesudahan. Konfigurasi yang bertambah 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 akbar, maka akan terikat pada atom karbon yang mengikat atom hidrogen yang bertambah sedikit."^[39]

Reaksi kimia organik lainnya

Pengaturan ulang dari 3-metil-1,5-heksadiena

Mekanisme dari reaksi Diels-Alder

Orbital overlap in a Diels-Alder reaction

Pada reaksi pengaturan ulang, kerangka karbon dari sebuah molekul disusun ulang sehingga membentuk isomer bangun dari molekul aslinya. Reaksi ini termasuk dengan [reaksi sigmatropik]] seperti pengaturan ulang Wagner-Meerwein, dimana gugus hidrogen, alkil, atau aril berpindah-pindah tempat dari suatu atom karbon ke atom karbon lainnya. Biasanya reaksi pengaturan ulang merupakan pemutusan dan pembentukan ikatan karbon-karbon baru. Contoh lain dari reaksi ini merupakan pengaturan ulang cope. ^[40]

Reaksi lainnya

Isomerisasi, yang mana senyawa kimia melalui pengaturan ulang bangun tanpa perubahan pada komposisi atomnya
Pembakaran, merupakan sejenis reaksi redoks yang mana bahan-bahan yang dapat terbakar bergabung dengan unsur-unsur oksidator, pada umumnya oksigen, untuk berproduksi panas dan membentuk produk yang teroksidasi. Kata pembakaran pada umumnya digunakan untuk merujuk hanya pada oksidasi skala akbar pada keseluruhan molekul. Oksidasi terkontrol hanya pada satu gugus fungsi tunggal tidak termasuk dalam anggota pembakaran.

C₁₀H₈+ 12 O₂ → 10 CO₂ + 4 H₂O

CH₂S + 6 F₂ → CF₄ + 2 HF + SF₆

Disproporsionasi, dengan satu reaktan membentuk dua macam produk yang beda hanya pada keadaan oksidasinya.

2 Sn²⁺ → Sn + Sn⁴⁺

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, contohnya dalam teknik kimia dan kajian kesetimbangan kimia. Laju reaksi secara paling dasar tergantung pada:

Konsentrasi reaktan, yang pada umumnya menciptakan reaksi berjalan dengan bertambah cepat apabila konsentrasinya dinaikkan. Hal ini diakibatkan karena pengembangan pertumbukan atom per satuan waktu,
Luas permukaan yang tersedia bagi reaktan untuk saling berinteraksi, terutama reaktan padat dalam sistem heterogen. Luas permukaan yang akbar akan mengembangkan laju reaksi.
Tekanan, dengan mengembangkan tekanan, kami menurunkan volume antar molekul sehingga akan mengembangkan frekuensi tumbukan molekul.
Energi aktivasi, yang diberikan rumusan sebagai jumlah energi yang diperlukan untuk menciptakan reaksi bermulai dan berjalan secara spontan. Energi aktivasi yang bertambah tinggi mengimplikasikan bahwa reaktan memerlukan bertambah banyak energi untuk memulai reaksi daripada reaksi yang berenergi aktivasi bertambah rendah.
Temperatur, yang mengembangkan laju reaksi apabila dinaikkan, hal ini dikarenakan temperatur yang tinggi mengembangkan energi molekul, sehingga mengembangkan tumbukan antar molekul per satuan waktu.
Keberadaan ataupun ketiadaan katalis. Katalis merupakan zat yang mengubah lintasan (mekanisme) suatu reaksi dan akan mengembangkan laju reaksi dengan menurunkan energi aktivasi yang diperlukan agar reaksi dapat berjalan. Katalis tidak dikonsumsi ataupun berubah selama reaksi, sehingga ia dapat digunakan lagi.
Untuk sebagian reaksi, keberadaan radiasi elektromagnetik, utamanya ultraviolet, diperlukan untuk memutuskan ikatan yang diperlukan agar reaksi dapat bermulai. Hal ini utamanya sebagai pada reaksi yang melibatkan radikal.

Laju reaksi berkomunikasi dengan konsentrasi zat-zat yang terlibat dalam reaksi. Hubungan ini ditetapkan oleh persamaan laju tiap-tiap reaksi. Perlu diperhatikan bahwa sebagian reaksi memiliki kelajuan yang tidak tergantung pada konsentrasi reaksi. Hal ini dinamakan sebagai reaksi orde nol.

Reaksi biokimia

Ilustrasi dari aktivitas enzim pada reaksi biokimia

Reaksi biokimia pada umumnya dikendalikan oleh enzim. Protein-protein ini hanya dapat mengkatalis satu macam reaksi yang spesifik, sehingga reaksinya benar-benar dapat dikontrol. Reaksi ini berjalan pada sisi aktif dari substrat. Reaksi katalisasi enzim ini bergantung pada banyak hal, di selangnya merupakan bentuk enzimnya, macam ikatannya, interaksi elektrostatik, pemberian dan penerimaan proton (pada reaksi asam/basa), dan lainnya. ^[41]

Reaksi kimia yang berjalan di dalam tubuh makhluk hidup pada umumnya juga dikenal dengan sebutan metabolisme. Diantara semua reaksi-reaksi ini, reaksi yang paling penting merupakan reaksi anabolisme, dimana DNA dan enzim-terkontrol memproses pembentukan protein dan karbohidrat dari senyawa-senyawa yang bertambah kecil.^[42] Bioenergitika mempelajari asal energi untuk reaksi biokimia. Asal energi yang paling penting dalam reaksi ini merupakan glukosa, yang dibuat tanaman melalui anggota fotosintesis. Semua organisme membutuhkan glukosa untuk memproduksi adenosin trifosfat (ATP), yang digunakan makhluk hidup untuk menjalankan aktivitasnya.

Penggunaan reaksi kimia

Reaksi termit digunakan dalam anggota pengelasan.

Reaksi kimia sangat sering digunakan oleh para berbakat teknik kimia untuk mensintesis senyawa baru dari asal daya dunia mentah di dunia, seperti minyak bumi dan bijih-bijih mineral. Merupakan suatu hal yang penting untuk menciptakan reaksi yang seefisien mungkin, memaksimalkan hasil yang dapat didapat dan meminimalkan reagen yang digunakan, energi masuk dan energi keluar. Katalis pada umumnya digunakan untuk mengurangi energi aktivasi sehingga mengembangkan laju reaksinya.^[43]^[44]

Sebagian reaksi yang spesifik mempunyai penggunaan yang khusus. Misalnya, reaksi termit digunakan untuk berproduksi cahaya dan panas pada piroteknik dan pengelasan. Meskipun reaksi ini bertambah agak sulit dikontrol daripada reakai-reaksi sebelumnua, tapi alat-alat yang diperlukan jauh bertambah sedikit dan sampai saat ini masih digunakan untuk memperbaiki jalur-jalur kereta api di tempat-tempat terpelosok.^[45]

Lihat pula

Reaksi organik
Reaksi kimia anorganik
Stoikiometri
Teori keadaan transisi
Stoikiometri gas
Reaksi autokatalitik
Coefficients
Q values
Reaksi endoterm
Reaksi eksoterm

Bacaan lanjutan

Is This Reaction a Substitution, Oxidation-Reduction, or Transfer? / N.S.Imyanitov. J. Chem. Educ. 1993, 70(1), 14 – 16.

Referensi

^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "chemical reaction". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.
^ Weyer, Jost (1973). "Neuere Interpretationsmglichkeiten der Alchemie". Chemie in unserer Zeit (in German) 7 (6): 177. doi:10.1002/ciuz.19730070604.
^ Leonard J. Friedman & Samantha J. Friedman The History of the Contact Sulfuric Acid Process, Acid Engineering & Consulting, Inc. Boca Raton, Florida
^ John E. Lesch The German chemical industry in the twentieth century, Springer, 2000, ISBN 0-7923-6487-2 p. 170
^ Brock, pp. 34–55
^ Brock, pp. 104–107
^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "chemical reaction equation". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.
^ Corey, E. J. (1988). "Robert Robinson Lecture. Retrosynthetic thinking?essentials and examples". Chemical Society Reviews 17: 111. doi:10.1039/CS9881700111.
^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "elementary reaction". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.
^ Gernot Frenking: Elementarreaktionen. In: Römpp Chemie-Lexikon, Thieme, 2006
^ ^a ^b Christophe Dugave Cis-trans isomerization in biochemistry, Wiley-VCH, 2006 ISBN 3-527-31304-4 p. 56
^ Atkins, pp. 106–108
^ Wiberg, pp. 810–811
^ Atkins, p. 150
^ ^a ^b ^c To react or not to react?. Utah State Office of Education. Retrieved 4 June 2011.
^ ^a ^b Six Types of Chemical Reactions – MrGuch ChemFiesta.
^ Christian B. Anfinsen Advances in protein chemistry, Academic Press, 1991 ISBN 0-12-034242-1 p. 7
^ A. G. Sykes Advances in Inorganic Chemistry, Volume 36, Academic Press, 1991 ISBN 0-12-023636-2 p. 359
^ Wiberg, pp. 289–290
^ Wiberg, p. 409
^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "conjugate acid–base pair". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.
^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "precipitation". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.
^ Jörg Wingender, Stefanie Ortanderl Ausfällung. In: Römpp Chemie-Lexikon., Thieme, July 2009
^ Ralf Alsfasser, Erwin Riedel, C Janiak, HJ Meyer Modern Inorganic Chemistry. 3. Edition. de Gruyter, 2007, ISBN 978-3-11-019060-1, p. 171
^ Atkins, pp. 937–950
^ David Stanley Saunders Insect clocks, Elsevier, 2002, ISBN 0-444-50407-9 p. 179
^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "catalyst". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.
^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "inhibitor". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.
^ Christoph Elschenbroich: Organometallchemie. 6th edition, Wiesbaden, 2008, ISBN 978-3-8351-0167-8, p. 263
^ March, Jerry (1985). Advanced Organic Chemistry, Reactions, Mechanisms and Structure (third Edition ed.). John Wiley & Sons. ISBN 0-471-85472-7.
^ S. R. Hartshorn, Aliphatic Nucleophilic Substitution, Cambridge University Press, London, 1973. ISBN 0-521-09801-7 pp. 1 ff
^ Leslie C. Bateman, Mervyn G. Church, Edward D. Hughes, Christopher K. Ingold and Nazeer Ahmed Taher (1940). "188. Mechanism of substitution at a saturated carbon atom. Part XXIII. A kinetic demonstration of the unimolecular solvolysis of alkyl halides. (Section E) a general discussion". Journal of the Chemical Society: 979. doi:10.1039/JR9400000979.
^ Brückner, pp. 63–77
^ Brückner, pp. 203–206
^ Brückner, hal. 192
^ Brückner, hal. 183
^ Brückner, hal. 172
^ Wiberg, pp. 950, 1602
^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "Markownikoff rule". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.
^ Marye Anne Fox, James K. Whitesell Organic chemistry, 2004, ISBN 0-7637-2197-2 p. 699
^ Peter Karlson , Detlef Doenecke, Jan Koolman, Georg Fuchs, Wolfgang Gerok. Karlson Biochemistry and Pathobiochemistry, 16th edition, Georg Thieme, 2005, ISBN 978-3-13-357815-8, pp. 55–56
^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "anabolism". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.
^ Gerhard Emig, Elias Klemm. Technical Chemistry. 5th edition, Springer, 2005, ISBN 978-3-540-23452-4, pp. 33–34
^ Trost, B. (1991). "The atom economy—a search for synthetic efficiency". Science 254 (5037): 1471. doi:10.1126/science.1962206. PMID 1962206.
^ John J. McKetta, Guy E Weismantel Encyclopedia of Chemical Processing and Design: Volume 67 – Water and Wastewater Treatment: Protective Coating Systems to Zeolite, Volume 67, CRC Press, 1999 ISBN 0-8247-2618-9, p. 109

Bibliografi

Atkins, Peter W. and Julio de Paula Physical Chemistry, 4th Edition, Wiley-VCH, Weinheim 2006, ISBN 978-3-527-31546-8
Brock, William H. Viewegs Geschichte der Chemie. Vieweg, Braunschweig 1997, ISBN 3-540-67033-5.
Brückner, Reinhard Reaktionsmechanismen. 3rd ed., Spektrum Akademischer Verlag, München 2004, ISBN 3-8274-1579-9
Wiberg, Egon, Wiberg, Nils and Holleman, Arnold Frederick Inorganic chemistry, Academic Press, 2001 ISBN 0-12-352651-5

Portal Kimia

Asal :
id.wikipedia.org, andrafarm.com, pasar.pahlawan.web.id, wiki.edunitas.com, dsb-nya.