Mengenal Isitilah dari Kinetika kimia

Dipublikasikan oleh Dias Perdana Putra

22 Maret 2024, 15.33

Sistem Kinetika Reaksi Model Divisi 260 Spinco mengukur konstanta laju reaksi molekuler secara tepat. (wikipedia)

Kinetika kimia

Kinetika kimia, sering disebut sebagai kinetika reaksi, adalah bidang dalam kimia fisik yang bertujuan untuk memahami dan mengukur laju reaksi kimia. Berbeda dengan termodinamika kimia yang fokus pada arah reaksi, kinetika kimia memusatkan perhatian pada kecepatan di mana reaksi kimia terjadi. Bidang ini menyelidiki bagaimana faktor-faktor eksperimental memengaruhi laju reaksi dan memberikan wawasan tentang mekanisme reaksi serta kondisi transisi yang terlibat. Selain itu, kinetika kimia melibatkan pembangunan model matematika yang dapat menggambarkan karakteristik reaksi kimia untuk memprediksi dan memahami perilaku sistem secara lebih mendalam.

Sejarah

Karya-karya awal yang menjadi tonggak dalam perkembangan kinetika kimia dimulai pada tahun 1850 oleh ahli kimia Jerman Ludwig Wilhelmy. Melalui penelitiannya, Wilhelmy secara eksperimental menyelidiki laju inversi sukrosa dan menggunakan hukum laju terpadu untuk merumuskan kinetika reaksi dari fenomena tersebut. Hampir tiga dekade kemudian, Wilhelm Ostwald mengamati dan mengapresiasi karyanya. Pada tahun 1864, Peter Waage dan Cato Guldberg mempublikasikan hukum aksi massa, yang menyatakan bahwa kecepatan reaksi kimia sebanding dengan jumlah zat yang bereaksi.

Selanjutnya, Van 't Hoff memperdalam pemahaman tentang dinamika kimia, yang dipublikasikan dalam karyanya yang terkenal "Études de dynamique chimique" pada tahun 1884. Karya ini membuahkan penghargaan Nobel Kimia pertama untuk Van 't Hoff pada tahun 1901, mengakui kontribusinya dalam menemukan hukum dinamika kimia dan tekanan osmotik dalam larutan. Setelah Van 't Hoff, kinetika kimia berkembang dengan penentuan eksperimental laju reaksi sebagai dasar untuk hukum laju dan konstanta laju. Hukum laju ditemukan dalam berbagai tingkat kompleksitas, mulai dari reaksi orde nol hingga reaksi orde kedua, dengan metode penurunan hukum laju yang beragam, termasuk reaksi berurutan.

Gorban dan Yablonsky mengklasifikasikan sejarah dinamika kimia menjadi tiga era. Era pertama ditandai oleh upaya van 't Hoff dalam mencari hukum umum reaksi kimia dan menghubungkan kinetika dengan termodinamika. Era kedua, yang dikenal sebagai gelombang Semenov-Hinshelwood, menitikberatkan pada penelitian mekanisme reaksi, terutama untuk reaksi berantai. Sedangkan era ketiga terkait dengan kontribusi Aris dalam memberikan penjelasan matematis yang rinci tentang jaringan reaksi kimia.

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi

Sifat-sifat reaktan memainkan peran penting dalam menentukan laju suatu reaksi kimia. Reaksi asam/basa, pembentukan garam, dan pertukaran ion umumnya terjadi dengan cepat, sementara reaksi yang melibatkan pembentukan ikatan kovalen antara molekul atau molekul besar cenderung berlangsung lebih lambat.

Selain itu, keadaan fisik reaktan juga memengaruhi laju reaksi. Reaktan yang berada dalam fase yang sama, seperti dalam larutan air, cenderung berkontak lebih sering karena gerakan termal membawa mereka bersentuhan. Namun, jika reaktan berada dalam fase yang berbeda, reaksi hanya dapat terjadi di antarmuka antara keduanya. Konsentrasi reaktan juga berpengaruh, semakin padat molekulnya, semakin besar kemungkinan tumbukan dan reaksi antar mereka.

Faktor lain yang memengaruhi laju reaksi adalah luas permukaan benda padat. Partikel-partikel yang berada di permukaan suatu padatan yang terlibat dalam reaksi, sehingga menghancurkan padatan menjadi partikel yang lebih kecil dapat meningkatkan frekuensi tumbukan dan mempercepat reaksi.

Konsentrasi reaktan juga memainkan peran penting dalam menentukan laju reaksi, semakin tinggi konsentrasi reaktan, semakin besar kemungkinan tumbukan dan reaksi antar mereka. Suhu juga mempengaruhi laju reaksi, dengan suhu yang lebih tinggi meningkatkan energi kinetik molekul dan meningkatkan kemungkinan tumbukan yang berhasil.

Pada suhu tertentu, laju reaksi bergantung pada nilai faktor pra-eksponensial, energi aktivasi, dan konsentrasi reaktan. Persamaan Arrhenius digunakan untuk menggambarkan hubungan antara suhu dan konstanta laju reaksi.

Kinetika reaksi cepat dapat dipelajari dengan menggunakan metode loncatan suhu, yang melibatkan peningkatan suhu secara tajam dan observasi waktu relaksasi untuk kembali ke keseimbangan. Tabung kejut adalah alat yang sering digunakan untuk penelitian ini, mampu meningkatkan suhu gas secara signifikan dalam waktu singkat.

Katalis merupakan zat yang dapat mengubah laju reaksi kimia tanpa mengalami perubahan kimia pada dirinya sendiri. Katalis bekerja dengan menyediakan jalur reaksi alternatif yang memiliki energi aktivasi lebih rendah, sehingga mempercepat terjadinya reaksi. Dalam autokatalisis, produk reaksi tersebut juga berperan sebagai katalis, menciptakan umpan balik positif. Dalam reaksi biokimia, protein yang bertindak sebagai katalis disebut enzim, yang kinetikanya dapat dijelaskan dengan model Michaelis-Menten. Pentingnya, katalis tidak memengaruhi posisi kesetimbangan dalam reaksi karena hanya mempercepat reaksi maju dan mundur secara seimbang.

Peningkatan tekanan dalam reaksi gas meningkatkan jumlah tumbukan antar reaktan, sehingga meningkatkan laju reaksi. Hal ini mirip dengan efek peningkatan konsentrasi dalam larutan. Namun, selain efek langsung ini, tekanan juga dapat memengaruhi koefisien laju reaksi itu sendiri. Dalam beberapa reaksi gas pada suhu tinggi, penambahan gas inert ke campuran reaksi dapat mengubah koefisien laju dan produk reaksi, fenomena ini dikenal sebagai kejatuhan dan aktivasi kimia.

Pada reaksi fase kondensasi, tekanan juga dapat memengaruhi koefisien laju, namun, efek ini biasanya hanya terlihat pada tekanan yang sangat tinggi karena ion dan molekul memiliki kompresibilitas yang rendah. Pendekatan lompatan tekanan digunakan untuk mempelajari kinetika reaksi dalam kondisi perubahan tekanan yang cepat.

Selain itu, penyerapan cahaya juga dapat memengaruhi laju reaksi kimia dengan memberikan energi aktivasi ketika molekul reaktan menyerap cahaya dan dipromosikan ke keadaan tereksitasi. Studi tentang reaksi yang diprakarsai oleh cahaya dikenal sebagai fotokimia, dan salah satu contoh yang terkenal adalah proses fotosintesis.

Metode eksperimental

Penentuan laju reaksi secara eksperimental melibatkan pengukuran bagaimana konsentrasi reaktan atau produk berubah seiring waktu. Misalnya, konsentrasi suatu reaktan dapat diukur dengan menggunakan spektrofotometri pada panjang gelombang dimana tidak ada reaktan atau produk lain yang menyerap cahaya dalam sistem.

Untuk reaksi yang memakan waktu beberapa menit atau lebih, pengamatan dimulai setelah reaktan dicampur pada suhu yang diinginkan. Namun, untuk reaksi yang lebih cepat, waktu yang diperlukan untuk mencampur reaktan dan membawanya ke suhu tertentu mungkin sama atau lebih lama dari waktu paruh reaksi itu sendiri. Beberapa metode khusus untuk memulai reaksi cepat tanpa langkah pencampuran yang lambat meliputi metode aliran terhenti, relaksasi kimia, dan fotolisis kilat.

Dalam reaksi reversibel, kesetimbangan kimia dicapai ketika laju reaksi maju dan reaksi balik sama. Pada titik ini, konsentrasi reaktan dan produk tidak lagi berubah. Prinsip ini diperlihatkan dalam proses Haber-Bosch yang menghasilkan amonia. Meskipun kinetika menggambarkan seberapa cepat suatu reaksi terjadi, termodinamika menentukan sejauh mana reaksi terjadi.

Perubahan energi bebas (ΔG) suatu reaksi menentukan apakah perubahan kimia akan terjadi, sementara kinetika menjelaskan seberapa cepat reaksi tersebut berlangsung. Prinsip Curtin-Hammett, misalnya, berlaku ketika menentukan rasio produk untuk dua reaktan yang saling berkonversi dengan cepat. Kinetika kimia memberikan informasi tentang waktu tinggal dan perpindahan panas dalam reaktor kimia, serta distribusi massa molar dalam kimia polimer. Hal ini juga berguna dalam rekayasa korosi.

Disadur dari: https://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_kinetics