Mengenal Lebih Luas Reaksi Kimia

Dipublikasikan oleh Dias Perdana Putra

21 Maret 2024, 19.25

Reaksi termit menggunakan besi(III) oksida. Percikan api yang terbang keluar adalah gumpalan besi cair yang membuntuti asap di belakangnya. (wikipedia)

Reaksi Kimia

Reaksi kimia adalah proses di mana zat-zat kimia berubah menjadi zat-zat lainnya. Dalam reaksi kimia, terjadi perubahan pada susunan elektron dalam ikatan antar atom tanpa mengubah unsur-unsurnya secara inti, yang biasanya dijelaskan melalui persamaan kimia. Saat terjadi perubahan elektronik dan nuklir pada unsur yang tidak stabil dan radioaktif, ini disebut sebagai kimia nuklir.

Dalam reaksi kimia, bahan-bahan awal yang terlibat disebut sebagai reaktan, yang kemudian mengalami perubahan kimia dan menghasilkan produk dengan sifat yang berbeda. Reaksi ini sering terdiri dari beberapa langkah, yang disebut reaksi elementer, dan rangkaian langkah ini dikenal sebagai mekanisme reaksi. Persamaan kimia digunakan untuk menggambarkan reaksi, yang mencakup bahan awal, produk akhir, serta kondisi reaksi.

Laju reaksi kimia tergantung pada suhu dan konsentrasi kimia tertentu. Peningkatan suhu dapat meningkatkan laju reaksi karena lebih banyak energi panas yang tersedia untuk mencapai energi aktivasi yang dibutuhkan untuk memutus ikatan antar atom. Reaksi kimia bisa berupa redoks, yang melibatkan oksidasi dan reduksi, atau non-redoks, di mana tidak ada perubahan oksidasi dan reduksi.

Berbagai jenis reaksi kimia digunakan dalam sintesis kimia untuk menghasilkan produk yang diinginkan, sementara dalam biokimia, serangkaian reaksi kimia membentuk jalur metabolisme yang diatur oleh enzim. Enzim mempercepat laju reaksi biokimia, memungkinkan sintesis dan dekomposisi metabolik yang penting untuk berlangsung dalam kondisi seluler.

Konsep reaksi kimia juga mencakup reaksi nuklir, peluruhan radioaktif, dan interaksi partikel elementer, yang semuanya dijelaskan melalui teori medan kuantum. Dengan demikian, reaksi kimia membentuk dasar bagi berbagai proses kimia yang terjadi di alam maupun dalam laboratorium.

Sejarah

Sejak zaman kuno, manusia telah mengenal berbagai reaksi kimia seperti pembakaran, fermentasi, dan proses reduksi logam dari bijih. Teori awal tentang transformasi materi telah dikembangkan oleh filsuf Yunani, seperti Teori Empat Elemen Empedocles yang menyatakan bahwa zat terdiri dari empat elemen dasar: api, air, udara, dan tanah. Pada Abad Pertengahan, para alkemis mempelajari transformasi kimia, terutama dalam upaya mereka untuk mengubah timbal menjadi emas dengan menggunakan reaksi antara timbal dan paduan timbal-tembaga dengan belerang.

Produksi bahan kimia buatan menjadi fokus utama para alkemis pada Abad Pertengahan. Mereka berhasil mensintesis amonium klorida dari bahan organik dan menghasilkan asam mineral seperti asam sulfat dan asam nitrat. Perkembangan dalam produksi asam sulfat dan natrium karbonat terjadi pada abad ke-17, dengan proses yang semakin besar seperti proses ruang timbal dan proses Leblanc. Pada tahun 1880-an, teknologi asam sulfat semakin dioptimalkan dengan munculnya proses kontak, sementara proses Haber dikembangkan pada awal abad ke-20 untuk sintesis amonia.

Sejak abad ke-16, para peneliti seperti Jan Baptist van Helmont, Robert Boyle, dan Isaac Newton berusaha membangun teori tentang transformasi kimia. Teori flogiston yang dikemukakan pada tahun 1667 mengusulkan adanya unsur mirip api yang disebut "phlogiston", namun hal ini dibantah oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1785 dengan penemuan bahwa pembakaran adalah reaksi dengan oksigen dari udara.

Pada tahun 1808, Joseph Louis Gay-Lussac mengenali bahwa gas selalu bereaksi dalam perbandingan tertentu satu sama lain, dan Joseph Proust mengembangkan hukum perbandingan tetap yang mengarah pada konsep stoikiometri dan persamaan kimia. Dalam bidang kimia organik, konsep vitalisme yang menyatakan bahwa senyawa organik memiliki "kekuatan vital" dan berbeda dari senyawa anorganik diakhiri pada tahun 1828 ketika Friedrich Wöhler berhasil mensintesis urea dari prekursor anorganik. Kontribusi lain dalam kimia organik datang dari Alexander William Williamson dengan sintesis eter dan Christopher Kelk Ingold, yang membuat terobosan dalam mekanisme reaksi substitusi, di antara penemuan lainnya.

Persamaan Kimia

Persamaan kimia adalah representasi grafis dari reaksi kimia. Mereka terdiri dari rumus atau struktur kimia untuk reaktan di sebelah kiri dan produk di sebelah kanan, dipisahkan oleh sebuah panah (→) yang menunjukkan arah dan jenis reaksi, di mana panah ini diartikan sebagai "menghasilkan". Ujung panah menunjuk ke arah di mana reaksi berlangsung. Dalam kasus reaksi kesetimbangan, digunakan panah ganda (⇌) yang menunjukkan reaksi berjalan ke arah yang berlawanan. Untuk memastikan keseimbangan, jumlah atom dari setiap spesies harus sama di kedua sisi persamaan, yang biasanya dicapai dengan menyesuaikan jumlah molekul yang terlibat menggunakan bilangan bulat yang sesuai.

Representasi persamaan kimia sederhana dapat dinyatakan sebagai berikut:
a A + b B → c C + d D

Reaksi yang lebih kompleks sering kali diilustrasikan melalui skema reaksi, yang selain menampilkan bahan awal dan produknya, juga mencakup keadaan antara atau keadaan transisi yang relevan. Selain itu, beberapa penambahan kecil pada reaksi, seperti air, panas, atau katalis, dapat ditunjukkan di atas panah reaksi. Sebaliknya, produk kecil kadang-kadang ditempatkan di bawah panah, sering kali dengan tanda minus untuk menunjukkan bahwa mereka merupakan produk sampingan dari reaksi tersebut.

Reaksi dasar

Reaksi elementer merupakan bagian terkecil di mana suatu reaksi kimia dapat dibagi, dan tidak memiliki produk antara. Sebagian besar reaksi yang diamati dapat direpresentasikan sebagai serangkaian reaksi elementer yang terjadi secara bersamaan atau berurutan. Urutan sebenarnya dari setiap langkah reaksi elementer dikenal sebagai mekanisme reaksi. Reaksi elementer melibatkan beberapa molekul, biasanya satu atau dua, karena kemungkinan beberapa molekul bertemu pada waktu tertentu adalah kecil.

Dua jenis reaksi elementer yang penting adalah reaksi unimolekuler dan bimolekuler. Reaksi unimolekuler melibatkan hanya satu molekul yang berubah menjadi satu atau lebih molekul lain, seperti dalam kasus isomerisasi cis-trans. Reaksi ini membutuhkan energi tambahan dalam bentuk panas atau cahaya. Di sisi lain, dalam reaksi disosiasi, sebuah molekul terpecah menjadi dua fragmen molekul. Pemisahan ini bisa homolitik, di mana setiap fragmen mempertahankan elektron, atau heterolitik, di mana elektron ikatan berada pada satu produk, menghasilkan ion bermuatan. Disosiasi ini penting dalam memicu reaksi berantai, seperti reaksi hidrogen-oksigen atau polimerisasi.

Dalam reaksi bimolekuler, dua molekul bertabrakan dan bereaksi satu sama lain, menghasilkan produk gabungan. Reaksi ini dikenal sebagai sintesis kimia atau reaksi adisi. Ada juga reaksi di mana hanya sebagian dari satu molekul yang berpindah ke molekul lainnya, seperti pada reaksi redoks dan asam basa. Dalam reaksi redoks, partikel yang ditransfer adalah elektron, sedangkan dalam reaksi asam-basa adalah proton. Jenis reaksi ini juga dikenal sebagai metatesis.

Kesetimbangan kimia

Banyak reaksi kimia bersifat reversibel, yang berarti mereka dapat berlangsung ke arah maju dan balik. Laju reaksi maju dan balik saling bersaing, tergantung pada konsentrasi bahan kimia yang terlibat, dan dapat berubah seiring waktu. Ketika laju reaksi balik bertambah, secara bertahap ia menjadi sama dengan laju reaksi maju, mencapai suatu titik di mana kesetimbangan kimia terbentuk. Waktu yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan dipengaruhi oleh faktor seperti suhu, tekanan, dan jenis bahan kimia yang terlibat, dan ditentukan oleh nilai energi bebas minimum. Dalam keadaan kesetimbangan, energi bebas Gibbs harus nol. Prinsip Le Chatelier menjelaskan bagaimana peningkatan tekanan dapat mempengaruhi kesetimbangan kimia: jika tekanan meningkat karena volume berkurang, reaksi akan bergeser ke arah dengan jumlah mol gas yang lebih sedikit.

Walaupun hasil reaksi stabil pada kesetimbangan, konsentrasi produk dapat ditingkatkan dengan menghapusnya dari campuran reaksi atau dengan meningkatkan suhu atau tekanan. Meskipun demikian, perubahan konsentrasi reaktan tidak akan mempengaruhi nilai tetapan kesetimbangan, meskipun akan mempengaruhi posisi kesetimbangan.

Disadur dari: https://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_reaction#Equations