Reaksi kimia

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

Reaksi kimia yaitu suatu pengolahan dunia yang selalu membuat antarubahan senyawa kimia.^[1] Senyawa ataupun senyawa-senyawa awal yang terlibat dalam reaksi disebut sebagai reaktan. Reaksi kimia kebanyakan dikarakterisasikan dengan perubahan kimiawi, dan hendak membuat satu atau bertambah produk yang kebanyakan memiliki ciri-ciri yang lain dari reaktan. Dengan agenda klasik, reaksi kimia melibatkan perubahan yang melibatkan kebangkitan elektron dalam pembentukan dan pemutusan rantai kimia, walaupun pada landasannya pemikiran umum reaksi kimia juga dapat dilakukan pada transformasi partikel-partikel elementer seperti pada reaksi nuklir.

Reaksi-reaksi kimia yang lain dipergunakan bersama dalam sintesis kimia untuk membuat produk senyawa yang diinginkan. Dalam biokimia, sederet reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim membuat pelintasan metabolisme, di mana sintesis dan dekomposisi yang kebanyakan tidak mungkin terjadi di dalam sel dilakukan.

Sejarah

Antoine Lavoisier memperkembangkan teori pembakaran sebagai reaksi kimia dengan oksigen

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 menerangkan bahwa substansi apapun itu tersusun dari 4 elemen dasar: api, air, udara, dan bumi. Di masa zaman 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 dengan agenda alami di bumi telah lama dicoba oleh para ilmuwan, seperti sintesis dari asam sulfur dan asam nitrat oleh alkemis Jābir ibn Hayyān. Pengolahan ini dilakukan dengan agenda memanaskan mineral-mineral sulfat dan nitrat, seperti tembaga sulfat, alum dan kalium nitrat. Pada masa zaman ke-17, Johann Rudolph Glauber menghasilkan asam klorida dan natrium sulfat dengan mereaksikan asam sulfat dengan natrium klorida. Dengan hadirnya pengembangan lead chamber process pada tahun 1746 dan pengolahan Leblanc, sehingga memungkinkan hadirnya produksi asam sulfat dan natrium karbonat dalam jumlah luhur, maka reaksi kimia dapat diaplikasikan dalam industri. Teknologi asam sulfat yang semakin maju pengahabisannya membuat pengolahan kontak di tahun 1880-an,^[3] dan pengolahan Haber dikembangkan pada tahun 1909–1910 untuk sintesis amonia.^[4]

Dari masa 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 hadirnya elemen seperti api yang disebut "plogiston", yang terdapat dalam benda-benda yang dapat terbakar dan ditinggalkan selama pembakaran. Teori ini dibuktikan salah pada tahun 1785 oleh Antoine Lavoisier, yang pengahabisannya memberikan pernyataan yang berlaku tentang pembakaran.^[5]

Pada tahun 1808, Joseph Louis Gay-Lussac pengahabisannya mengenal bahwa karakteristik gas selalu sesuai. Berdasarkan hal ini dan teori atom dari John Dalton, Joseph Proust akhrinya memperkembangkan hukum perbandingan tetap yang nantinya menjadi pemikiran awal dari stoikiometri dan persamaan reaksi.^[6]

Pada ronde kimia organik, telah lama dipercaya bahwa senyawa yang terdapat pada organisme yang hidup itu terlalu kompleks untuk dapat didapatkan melintasi sintesis kimia. Menurut pemikiran vitalisme, senyawa organik dilengkapi dengan "kemampuan vital" sehingga "berbeda" dari material-material inorganik. Tapi pada pengahabisannya, pemikiran ini pun sukses dipatahkan setelah Friedrich Wöhler sukses mensintesis urea pada tahun 1828. Kimiawan lainnya yang memiliki kontribusi terhadap ilmu kimia organik di selangnya Alexander William Williamson dengan sintesis eter yang dilakukannya dan Christopher Kelk Ingold yang menemukan mekanisme dari reaksi substitusi.

Persamaan

Persamaan reaksi dipergunakan untuk menggambarkan reaksi kimia. Persamaan reaksi terdiri dari rumus kimia atau rumus struktur dari reaktan di sebelah kiri dan produk di sebelah kanan. Selang produk dan reaktan dipisahkan dengan tanda panah (→) yang menunjuk arah dan tipe reaksi. Ujung dari tanda panah tersebut menunjuk reaksinya melakukan usaha ke arah mana. Tanda panah ganda (), yang telah tersedia dua ujung tanda panah yang lain arah, dipergunakan pada reaksi kesetimbangan. Persamaan kimia haruslah seimbang, berdasarkan dengan stoikiometri, jumlah atom tiap unsur di sebelah kiri harus sesuai 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 bertambah berbelit-belit digambarkan dengan skema reaksi, tujuannya yaitu untuk mengenal senyawa awal atau pengahabisan, atau juga untuk menunjuk fase transisi. Beberapa reaksi kimia juga dapat ditambahkan tulisan di atas tanda panahnya; misalnya penambahan air, panas, iluminasi, katalisasi, dsb. Juga, beberapa produk minor dapat ditempatkan di bawah tanda panah.

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

Analisis retrosintetik dapat dipakai untuk mendesain reaksi sintesis kompleks. Analisis dimulai dari produk, misalnya dengan memecah rantai kimia yang dipilih menjadi reagen baru. Tanda panah khusus (⇒) dipergunakan dalam reaksi retro.^[8]

Reaksi elementer

Reaksi elementer yaitu reaksi pemecahan paling sederhana dan hasil dari reaksi ini tidak memiliki produk sampingan.^[9] Kebanyakan reaksi yang sukses ditemukan saat ini yaitu pengembangan dari reaksi elementer yang munculnya dengan agenda secara paralel atau berurutan. Sebuah reaksi elementer kebanyakan hanya terdiri dari beberapa molekul, kebanyakan hanya satu atau dua, karena kemungkinannya kecil untuk jumlah molekul bergabung bersama.^[10]

Isomerisasi azobenzena yang diinduksi oleh cahaya (hν) atau panas (Δ)

Reaksi paling penting dalam reaksi elementer yaitu 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 yaitu isomerisasi cis–trans, di mana sebuah senyawa wujud cis hendak berganti menjadi wujud trans.^[11]

Dalam reaksi disosiasi, rantai di dalam sebuah molekul hendak terpecah menjadi 2 fragmen molekul. Pemecahan ini dapat berupa homolitik ataupun heterolitik. Dalam pemecahan homolitik, rantai hendak terpecah sehingga tiap produknya tetap telah tersedia satu elektron sehingga menjadi radikal netral. Dalam pemecahan heterolitik, kedua elektron dari rantai kimia hendak tersisa pada salah satu produknya, sehingga hendak membuat ion yang bermuatan. Reaksi disosiasi memegang peranan penting dalam reaksi berantai, seperti misalnya hidrogen-oksigen atau reaksi polimerisasi.

Disoasi dari molekul AB menjadi fragmen A dan B

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

Kemungkinan reaksi yang lain yaitu beberapa dari sebuah molekul berpindah ke molekul lainnya. Reaksi tipe seperti ini, misalnya yaitu reaksi redoks dan reaksi asam-basa. Pada reaksi redoks partikel yang berpindah yaitu elektron, sedangkan pada reaksi asam-basa yang berpindah yaitu proton. Reaksi seperti ini juga disebut dengan reaksi metatesis.

misalnya

NaCl_(aq) + AgNO_3(aq) → NaNO_3(aq) + AgCl_(s)

Termodinamika

Reaksi kimia dapat ditentukan oleh hukum-hukum termodinamika. Reaksi dapat terjadi dengan sendirinya apabila senyawa tersebut eksergonik atau meloloskan energi. Energi merdeka yang dihasilkan reaksi ini terdiri dari 2 besaran termodinamika yaitu entalpi dan entropi]]:^[12]

G: energi merdeka, H: entalpi, T: suhu, S: entropi, Δ: perbedaan

Reaksi eksotermik terjadi apabila ΔH bernilai negatif dan energi ditinggalkan. Contoh reaksi eksotermik yaitu presipitasi dan kristalisasi, dimana sebuah padatan terbentuk dari gas atau air. Kebalikannya, dalam reaksi endotermik, panas diambil dari sekeliling yang terkait. Hal ini dapat dilakukan dengan menaikkan 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 sekali-sekali dapat mengubah arah reaksi, seperti misalnya pada reaksi Boudouard:

Reaksi selang karbon dioksida dan karbon untuk membuat karbon monoksida ini adalah 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 berarti perubahan kecil

Pengelompokan reaksi kimia

Beragamnya reaksi-reaksi kimia dan pendekatan-pendekatan yang dilakukan dalam menelaahnya mengakibatkan jumlahnya agenda untuk mengklasifikasikan reaksi-reaksi tersebut, yang sering kali tumpang tindih. Di bawah ini yaitu contoh-contoh klasifikasi reaksi kimia yang kebanyakan dipergunakan.

Empat reaksi landasan

Sintesis

Dalam reaksi kombinasi langsung atau sintesis, dua atau bertambah senyawa sederhana bergabung membuat senyawa baru yang bertambah kompleks. Dua reaktan atau bertambah yang bereaksi membuat satu produk juga adalah salah satu agenda untuk mengenal jikalau itu reaksi sintesis. Contoh dari reaksi ini yaitu gas hidrogen bergabung dengan gas oksigen yang hasilnya yaitu air.^[15]

Contoh lainnya yaitu gas nitrogen bergabung dengan gas hidrogen hendak membuat amoniak, dengan persamaan reaksi:

N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃

Dekomposisisi

Reaksi dekomposisi atau analisis yaitu kebalikan dari reaksi sintesis. Sebuah senyawa yang bertambah kompleks hendak dipecah menjadi senyawa yang bertambah sederhana.^[15][16] Misalnya yaitu molekul air yang dipecah menjadi gas oksigen dan gas hidrogen, dengan persamaan reaksi:

2 H₂O → 2 H₂ + O₂

Penggantian tunggal

Dalam reaksi penggantian tunggal atau substitusi, sebuah elemen tunggal mengalihkan elemen tunggal lainnya di suatu senyawa. Misalnya yaitu logam natrium yang bereaksi dengan asam klorida hendak membuat 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 bergantian berganti ion atau rantai untuk membuat senyawa baru yang lain.^[15] Hal ini terjadi ketika kation dan anion dari 2 senyawa yang lain bergantian berpindah tempat, dan membuat 2 senyawa baru.^[16] Rumus umum dari reaksi ini adalah:

AB + CD → AD + CB

Contoh dari reaksi penggantian ganda yaitu timbal(II) nitrat bereaksi dengan kalium iodida untuk membuat timbal(II) iodida dan kalium nitrat, dengan persamaan reaksi:

Pb(NO₃)₂ + 2 KI → PbI₂ + 2 KNO₃

Contoh lainnya yaitu natrium klorida (garam dapur) bereaksi dengan perak nitrat membuat 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 ronde reaksi redoks

Reaksi redoks dapat dipahami sebagai transfer elektron dari salah satu senyawa (disebut reduktor) ke senyawa lainnya (disebut oksidator). Dalam pengolahan ini, senyawa yang satu hendak teroksidasi dan senyawa lainnya hendak tereduksi, oleh karenanya disebut redoks. Oksidasi sendiri dipahami sebagai kenaikan bilangan oksidasi, dan reduksi yaitu penurunan bilangan oksidasi. Dalam prakteknya, transfer dari elektron ini hendak selalu mengubah bilangan oksidasinya, tapi jumlah reaksi yang diklasifikasikan sebagai reaksi redoks walaupun sebenarnya tidak hadir elektron yang berpindah (seperti yang melibatkan rantai kovalen).^[17][18]

Contoh reaksi redoks adalah:

2 S₂O₃²⁻(aq) + I₂(aq) → S₄O₆²⁻(aq) + 2 I⁻(aq)

Yang mana I₂ direduksi menjadi I^- dan S₂O₃^2- (anion tiosulfat) dioksidasi menjadi S₄O₆^2-.

Untuk mengenal reaktan mana yang hendak menjadi mata-mata negara asing pereduksi dan mana yang hendak menjadi mata-mata negara asing teroksidasi dapat diketahui dari keelektronegatifan elemen tersebut. Elemen yang telah tersedia nilai keelektronegatifan yang rendah, seperti kebanyakan unsur logam, maka hendak dengan mudah memberikan elektron mereka dan teroksidasi - elemen ini menjadi reduktor. Kebalikannya, jumlah ion telah tersedia bilangan oksidasi tinggi, seperti H₂O₂, MnO₄-, CrO₃, Cr₂O₇2-, OsO₄) dapat memperoleh satu atau bertambah tambahan elektron, sehingga disebut oksidator.

Jumlah elektron yang diberikan atau diterima pada reaksi redoks dapat diketahui dari konfigurasi elektronn elemen reaktannya. Tiap elemen hendak berupaya untuk menjadikan konfigurasi elektronnya sesuai seperti konfigurasi elemen gas agung. Logam alkali dan halogen hendak memberikan dan menyambut satu elektron. Elemen gas dunia sendiri sebenarnya tidak giat dengan agenda kimiawi.^[19]

Salah satu ronde penting dalam reaksi redoks yaitu reaksi elektrokimia, dimana elektron dari sumber listrik dipergunakan sebagai reduktor. Reaksi ini penting untuk pembuatan elemen-elemen kimia, seperti klorin^[20] atau aluminium. Pengolahan kebalikan dimana reaksi redoks dipergunakan untuk membuat listrik juga hadir dan prinsip ini dipergunakan pada baterai.

Reaksi asam-basa

Reaksi asam-basa yaitu 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 yaitu asam konjugasi dan basa konjugasi.^[21] Reaksi kesetimbangan (bolak-balik) juga hadir, dan karena itu asam/basa dan asam/basa konjugasinya selalu dalam kesetimbangan. Reaksi kesetimbangan ini ditandai dengan hadirnya konstanta diasosiasi asam dan basa (K_a dan K_b) dari tiap substansinya. Sebuah reaksi yang khusus dari reaksi asam-basa yaitu netralisasi dimana asam dan basa dalam jumlah yang sesuai hendak membuat garam yang sifatnya netral.

Reaksi asam basa memiliki bermacam ruang lingkup tergantung pada pemikiran asam basa yang dipergunakan. Beberapa ruang lingkup yang paling umum adalah:

• • Ruang lingkup Arrhenius: asam berdisosiasi dalam air meloloskan ion H₃O⁺; basa berdisosiasi dalam air meloloskan ion OH^-.
  • Ruang lingkup Brønsted-Lowry: Asam yaitu pendonor proton (H⁺) donors; basa yaitu penerima (akseptor) proton. Melingkupi ruang lingkup Arrhenius
  • Ruang lingkup Lewis: Asam yaitu akseptor pasangan elektron; basa yaitu pendonor pasangan elektron. Ruang lingkup ini melingkupi ruang lingkup Brønsted-Lowry.

Presipitasi

Presipitasi

Presipitasi yaitu pengolahan reaksi terbentuknya padatan (endapan) di dalam sebuah larutan sebagai hasil dari reaksi kimia. Presipitasi ini kebanyakan terbentuk ketika konsentrasi ion yang larut telah mencapai batas kelarutan^[22] dan hasilnya yaitu membuat garam. Reaksi ini dapat dipercepat dengan menambahkan mata-mata negara asing presipitasi atau mengurangi pelarutnya. Reaksi presipitasi yang cepat hendak membuat residu mikrokristalin dan pengolahan yang lambat hendak membuat kristal tunggal. Kristal tunggal juga dapat diperoleh dari rekristalisasi dari garam mikrokristalin.^[23]

Reaksi pada zat padat

Reaksi dapat terjadi di selang dua benda padat. Meski begitu, karena tingkat difusi pada zat padat sangat rendah, maka reaksi kimia yang berlaku terjadi sangat lambat. Reaksi dapat dipercepat dengan agenda menaikkan suhu sehingga hendak memecah reaktan, sehingga lapang permukaan kontak menjadi bertambah luhur.^[24]

Reaksi fotokimia

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

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

Jumlah proses-proses penting menggunakan fotokimia. Contoh yang paling umum yaitu fotosintesis, dimana tanaman menggunakan energi matahari untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi glukosa dan oksigen sebagai hasil samping. Manusia menempatkan kepercayaan kepada 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 membuat bioluminesensi.^[26] Jumlah reaksi fotokimia, seperti pembentukan ozon, terjadi di atmosfer bumi yang adalah ronde dari kimia atmosfer.

Katalisis

Diagram skema energi yang menunjuk efek dari pemberian katalis pada sebuah reaksi kimia endotermik. Hadirnya katalis hendak mempercepat reaksi dengan agenda mengurangi energi aktivasi. Hasil pengahabisannya hendak sesuai dengan reaksi tanpa katalis.

Pada katalisis, reaksinya tidak berlaku dengan agenda spontan, tapi melintasi 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 melintasi pengolahan sekunder. Katalis dapat dipergunakan pada fase yang lain (katalis heterogen) maupun pada fase yang sesuai (katalis homogen) sebagai reaktan. Fungsi katalis hanyalah mempercepat reaksi - zat kimia yang memperlambat reaksi disebut dengan inhibitor.^[27][28] Substansi yang menaikkan keaktifan katalis disebut promoter, dan substansi yang mematikan katalis disebut racun katalis. Sebuah reaksi kimia yang semestinya tidak dapat berlaku karena energi aktivasinya terlalu tinggi, dapat menjadi berlaku karena kehadiran katalis ini.

Katalis heterogen kebanyakan padat dan telah tersedia wujud bubuk supaya dapat memaksimalkan lapang permukaan yang bereaksi. Zat-zat yang penting pada katalisis heterogen di selangnya logam-logam grup platinum dan logam transisi lainnya. Zat-zat ini kebanyakan dipergunakan pada hidrogenasi, pembentukan katalitik dan sintesis dari senyawa-senyawa kimia seperti asam nitrat dan amonia. Asam yaitu contoh dari katalis homogen, mereka menaikkan nukleofilitas dari karbonil. Keunggulan dari katalis homogen yaitu mudah untuk dicampurkan dengan reaktannya, tapi kekurangannya yaitu sulit dipisahkan dari produk pengahabisannya. Oleh karena itu, katalis heterogen bertambah dipilih di jumlah pengolahan industri.^[29]

Reaksi dalam kimia organik

Dalam kimia organik, jumlah reaksi yang dapat terjadi yang melibatkan rantai kovalen di selang atom karbon dan heteroatom lainnya seperti oksigen, nitrogen, atau atom-atom halogen lainnya. Beberapa reaksi yang bertambah spesifik hendak dijelaskan di bawah ini.

Substitusi

Dalam reaksi substitusi, sebuah gugus fungsi di dalam suatu senyawa kimia dialihkan oleh gugus fungsi lainnya.^[30] Reaksi ini dapat dibedakan pulang menjadi beberapa subtipe yaitu nukleofilik, substitusi elektrofilik, atau substitusi radikal.

S_N1 mechanism

S_N2 mechanism

Pada tipe yang pertama, nukleofil, atom atau molekul yang memiliki keunggulan elektron sehingga bermuatan negatif, hendak mengalihkan atom lainnya atau ronde lainnya dari molekul "substrat". Pasangan elektron nukleofil hendak bersatu dengan substrat membuat rantai baru, sedangkan gugus bebas hendak bebas bersamaan dengan sebuah pasangan elektron. Nukleofil sendiri dapat bermuatan netral atau positif, sedangkan substrat kebanyakan bermuatan positif atau netral. Contoh nukleofil yaitu ion hidroksida, alkoksida, amina, dan halida. Reaksi semacam ini kebanyakan 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 berlaku melintasi 2 mekanisme, Reaksi S_N1 dan S_N2. Menurut namanya, S singkatan dari substitusi, N singkatan dai nukleofilik, dan, dan angka menunjuk 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 berlaku dalam 2 tahap. Tahap pertama, gugus bebas hendak bebas dan membuat karbokation. Tahap ini hendak diikuti reaksi yang sangat cepat dengan nukleofil.^[32]

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

Substitusi elektrofilik adalah kebalikan dari substitusi nukleofilik di mana atom atau molekul yang melepas, atau elektrofilnya, telah tersedia kerapatan elektron yang rendah sehingga bermuatan positif. Kebanyakan elektrofil ini yaitu atom karbon dari gugus karbonil, karbokation atau sulfur atau kation nitronium. Reaksi ini berlaku pada hidrokarbon aromatik saja, sehingga disebut substitusi aromatik elektrofilik. Agresi elektrofil hendak membuat kompleks yang disebut sebagai σ-compleks, sebuah fase transisi di mana sistem aromatiknya hilang. Lalu, gugus bebas (biasanya proton), hendak terpisah dan sifat kearomatikannya pulang. Alternatif lain untuk substitusi aromatik yaitu substitusi alifatik elektrofilik. Substitusi ini mirip dengan substitusi aromatik elektrofilik dan juga telah tersedia 2 tipe utama yaitu S_E1 dan S_E2^[34]

Mekanisme dari substitusi aromatik elektrofilik

Adisi dan eliminasi

Adisi dan pasangannya eliminasi adalah reaksi yang mengubah jumlah substituen dalam atom karbon, dan membuat rantai kovalen. Rantai ganda dan tiga dapat dihasilkan dengan mengeliminasi gugus bebas yang sesuai. Seperti substitusi nukleofilik, hadir beberapa mekanisme reaksi yang mungkin terjadi. Dalam mekanisme E1, gugus bebas terlebih dahulu melepas dan membuat karbokation. Selanjutnya, pembentukan rantai ganda terjadi melintasi eliminasi proton (deprotonasi). Dalam mekanisme E1cb, urutan pelepasan terbalik: proton dieliminasi terlebih dahulu. Dalam mekanisme ini keterlibatan suatu basa harus hadir.^[35] Reaksi dalam eliminasi E1 maupun E1cb selalu berkompetisi dengan substitusi S_N1 karena memiliki kondisi reaksi kondisi yang sesuai.^[36]

Eliminasi E1		eliminasi E1cb

Eliminasi E2

Mekanisme E2 juga memerlukan basa. Hendak tetapi, pergantian jabatan basa dan eliminasi gugus bebas berlaku dengan agenda serentak dan tidak membuat zat selang ionik. Lain dengan eliminasi E1, konfigurasi stereokimia yang lain dapat dihasilkan dalam reaksi yang memiliki mekanisme E2 karena basa hendak bertambah memfavoritkan eleminasi proton yang hadir 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 yaitu reaksi adisi. Pada reaksi adisi, rantai rangkap dua atau rangkap tiga diubah menjadi rantai rangkap tunggal. Mirip dengan reaksi substitusi, hadir beberapa tipe dari adisi yang dibedakan dari partikel yang mengadisi. Contohnya, pada adisi elektrofilik hidrogen bromida, sebuah elektrofil (proton) hendak mewakili rantai rangkap ganda dan membuat karbokation, lalu akhir bereaksi dengan nukleofil (bromin). Karbokation dapat terbentuk di salah satu rantai rangkap tergantung dari gugus yang melekat di pengahabisan. Konfigurasi yang bertambah tepat dapat diprediksikan dengan anggaran Markovnikov.^[38] Anggaran Markovnikov mengatakan: "Pada adisi heterolitik dari sebuuah molekul polar pada alkena atau alkuna, atom yang telah tersedia keelektronegatifan yang luhur, maka hendak terikat pada atom karbon yang mengikat atom hidrogen yang bertambah seberapa."^[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 membuat isomer struktur 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. Kebanyakan reaksi pengaturan ulang yaitu pemutusan dan pembentukan rantai karbon-karbon baru. Contoh lain dari reaksi ini yaitu pengaturan ulang cope. ^[40]

Reaksi lainnya

• Isomerisasi, yang mana senyawa kimia merasai pengaturan ulang struktur tanpa perubahan pada komposisi atomnya
• Pembakaran, yaitu sejenis reaksi redoks yang mana bahan-bahan yang dapat terbakar bergabung dengan unsur-unsur oksidator, kebanyakan oksigen, untuk membuat panas dan membuat produk yang teroksidasi. Sebutan pembakaran kebanyakan dipergunakan untuk merujuk hanya pada oksidasi skala luhur pada semuanya molekul. Oksidasi terkontrol hanya pada satu gugus fungsi tunggal tidak termasuk dalam pengolahan pembakaran.

C₁₀H₈+ 12 O₂ → 10 CO₂ + 4 H₂O

CH₂S + 6 F₂ → CF₄ + 2 HF + SF₆

• Disproporsionasi, dengan satu reaktan membuat dua macam produk yang lain hanya pada perihal oksidasinya.

2 Sn²⁺ → Sn + Sn⁴⁺

Kinetika kimia

Laju reaksi suatu reaksi kimia adalah pengukuran bagaimana konsentrasi ataupun tekanan zat-zat yang terlibat dalam reaksi berganti seiring dengan berjalannya waktu. Analisis laju reaksi sangatlah penting dan memiliki jumlah kegunaan, misalnya dalam teknik kimia dan kajian kesetimbangan kimia. Laju reaksi dengan agenda mendasar tergantung pada:

• Konsentrasi reaktan, yang kebanyakan membuat reaksi berjalan dengan bertambah cepat apabila konsentrasinya ditingkatkan. Hal ini diakibatkan karena pengembangan pertumbukan atom per satuan waktu,
• Lapang permukaan yang tersedia bagi reaktan untuk bergantian berinteraksi, terutama reaktan padat dalam sistem heterogen. Lapang permukaan yang luhur hendak menaikkan laju reaksi.
• Tekanan, dengan menaikkan tekanan, kita mengurangi volume antar molekul sehingga hendak menaikkan frekuensi tumbukan molekul.
• Energi aktivasi, yang dirumuskan sebagai jumlah energi yang diperlukan untuk membuat reaksi bermulai dan berjalan dengan agenda spontan. Energi aktivasi yang bertambah tinggi mengimplikasikan bahwa reaktan memerlukan bertambah jumlah energi untuk memulai reaksi daripada reaksi yang berenergi aktivasi bertambah rendah.
• Temperatur, yang menaikkan laju reaksi apabila ditingkatkan, hal ini dikarenakan temperatur yang tinggi menaikkan energi molekul, sehingga menaikkan tumbukan antar molekul per satuan waktu.
• Keberadaan ataupun ketiadaan katalis. Katalis yaitu zat yang mengubah pelintasan (mekanisme) suatu reaksi dan hendak menaikkan laju reaksi dengan mengurangi energi aktivasi yang diperlukan supaya reaksi dapat berjalan. Katalis tidak dikonsumsi ataupun berganti selama reaksi, sehingga dia dapat dipergunakan pulang.
• Untuk beberapa reaksi, keberadaan radiasi elektromagnetik, utamanya ultraviolet, diperlukan untuk memutuskan rantai yang diperlukan supaya reaksi dapat bermulai. Hal ini utamanya terjadi pada reaksi yang melibatkan radikal.

Laju reaksi bertalian dengan konsentrasi zat-zat yang terlibat dalam reaksi. Hubungan ini ditentukan oleh persamaan laju tiap-tiap reaksi. Perlu diamati bahwa beberapa reaksi memiliki kelajuan yang tidak tergantung pada konsentrasi reaksi. Hal ini disebut sebagai reaksi orde nol.

Reaksi biokimia

Ilustrasi dari keaktifan enzim pada reaksi biokimia

Reaksi biokimia kebanyakan dikelola oleh enzim. Protein-protein ini hanya dapat mengkatalis satu macam reaksi yang spesifik, sehingga reaksinya benar-benar dapat dikontrol. Reaksi ini berlaku pada sisi giat dari substrat. Reaksi katalisasi enzim ini bergantung pada jumlah hal, di selangnya yaitu wujud enzimnya, macam rantainya, interaksi elektrostatik, pemberian dan penerimaan proton (pada reaksi asam/basa), dan lainnya. ^[41]

Reaksi kimia yang berlaku di dalam tubuh makhluk hidup kebanyakan juga dikenal dengan sebutan metabolisme. Ditengah semua reaksi-reaksi ini, reaksi yang paling penting yaitu reaksi anabolisme, dimana DNA dan enzim-terkontrol memroses pembentukan protein dan karbohidrat dari senyawa-senyawa yang bertambah kecil.^[42] Bioenergitika menelaah sumber energi untuk reaksi biokimia. Sumber energi yang paling penting dalam reaksi ini yaitu glukosa, yang dibuat tanaman melintasi pengolahan fotosintesis. Semua organisme membutuhkan glukosa untuk menghasilkan adenosin trifosfat (ATP), yang dipergunakan makhluk hidup untuk menjalankan keaktifannya.

Penggunaan reaksi kimia

Reaksi termit dipergunakan dalam pengolahan pengelasan.

Reaksi kimia sangat sering dipergunakan oleh para berbakat teknik kimia untuk mensintesis senyawa baru dari sumber daya dunia mentah di dunia, seperti minyak bumi dan bijih-bijih mineral. Adalah suatu hal yang penting untuk membuat reaksi yang seefisien mungkin, memaksimalkan hasil yang dapat diperoleh dan meminimalkan reagen yang dipakai, energi masuk dan energi keluar. Katalis kebanyakan dipergunakan untuk mengurangi energi aktivasi sehingga menaikkan laju reaksinya.^[43][44]

Beberapa reaksi yang spesifik telah tersedia penggunaan yang khusus. Misalnya, reaksi termit dipakai untuk membuat cahaya dan panas pada piroteknik dan pengelasan. Meskipun reaksi ini bertambah persangkaan sulit dikontrol daripada reakai-reaksi sebelumnua, tapi alat-alat yang diperlukan jauh bertambah seberapa dan sampai saat ini masih dipergunakan untuk menjadikan bertambah baik jalur-jalur kereta api di tempat-tempat terpelosok.^[45]

Lihat pula

• Reaksi organik
• Reaksi kimia anorganik
• Stoikiometri
• Teori perihal 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.

Sumber acuan

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