Kontrol Kinetika dan Kontrol Termodinamika

Kinetika kimia adalah bahagian ilmu kimia fisika yang mempelajari laju reaksi kimia, faktor-faktor yang mempengaruhinya serta penjelasan hubungannya terhadap mekanisme reaksi. Kinetika kimia disebut juga dinamika kimia, karena adanya gerakan molekul, elemen atau ion dalam mekanisme reaksi dan laju reaksi sebagai fungsi waktu. Mekanisme reaksi dapat diramalkan dengan bantuan pengamatan dan pengukuran besaran termodinamika suatu reaksi, dengan mengamati arah jalannya reaktan maupun produk suatu sistem.

Kontrol termodinamika atau kinetika dalam reaksi kimia dapat menentukan komposisi campuran produk reaksi ketika jalur bersaing mengarah pada produk yang berbeda serta selektivitas dari pengaruh kondisi reaksi tersebut. Kondisi reaksi seperti suhu, tekanan atau  pelarut mempengaruhi jalur reaksi; maka dari itu kontrol termodinamik maupun kinetik adalah satu kesatuan dalam suatu reaksi kimia. Kedua kontrol reaksi ini disebut sebagai faktor termodinamika dan faktor kinetika, dapat diuraikan sebagai berikut :

1.      Faktor termodinamika (adanya stabilitas realtif dari produk)Pada suhu tinggi, reaksi berada di bawah kendali termodinamika (ekuilibrium,kondisi reversibel) dan produk utama berada dalam sistem lebih stabil.

2.      Faktor kinetik (kecepatan pembentukan produk) pada temperatur rendah, reaksi ini di  bawah kontrol kinetik (tingkat, kondisi irreversible) dan produk utama adalah produk yang dihasilkan dari reaksi tercepat.

Reaksi senyawa organik pada umumnya berlangsung relatif lambat dibanding dengan reaksi-reaksi senyawa anorganik pada umumnya. Reaksi kimia dapat ditinjau berdasarkan kontrol termodinamika yaitu berdasarkan energi bebas Gibbs (ΔG) yang menyatakan reaksi akan berlangsung spontan apabila ΔG<0, dimana bila energi bebas makin kecil maka reaksi makin spontan. Aspek termodinamika tidak dapat digunakan sebagai acuan untuk memperkirakan kecepatan reaksi. Kecepatan atau laju reaksi dapat diperkirakan berdasarkan kontrol kinetika yaitu berdasarkan harga orde atau tingkat reaksi yang menentukan harga konstanta kecepatan reaksi (k) dan energi aktivasi (Ea). Reaksi akan makin cepat apabila k makin besar atau Ea makin kecil. Selanjutnya berdasarkan orde, k dan Ea maka mekanisme atau jejak suatu reaksi dapat ditentukan. Dengan mengetahui mekanisme suatu reaksi, maka reaksi dapat diarahkan untuk menghasilkan suatu produk selektif yang diinginkan berdasarkan manipulasi harga k dan Ea, karena pada umumnya reaksi molekul organik merupakan produk campuran, dan dalam skala industri akan menjadi pedoman untuk mendesain reaktor yang sesuai dengan reaksi yang dilakukan.

1.      Prasayarat (Kontrol) Thermodinamika

Prasyarat (kontrol) Thermodinamika dipandang berdasarkan stabilitas dari R dan P atau dengan perkataan lain dari energi bebas Gibbs (ΔG) reaksi. Suatu reaksi akan berlangsung spontan bila P lebih mantap dibandingkan dengan R atau (ΔG<0). Sedangkan bila (ΔG>0) maka reaksi tidak spontan. Reaksi akan makin spontan bila (-ΔG) makin besar yang dapat dihitung dari persamaan Gibs berikut:

ΔG =ΔH-TΔS                                      (1. 12)

dengan:            ΔH: perubahan entalpi

ΔS : perubahan entropi

T : suhu (Kelvin) di mana °K = °C + 273, 0 (pembulatan)

Secara grafik digambarkan seperti gambar 1.2.

2. Prasayarat (Kontrol) Termodinamika

Besaran thermodinamika (ΔG) tidak dapat memperkirakan kecepatan reaksi. Besaran yang lain yang digunakan untuk memperkirakan kecepatan reaksi adalah Energi aktivasi (Ea) suatu reaksi yang didefinisikan sebagai  Energi minimum yang harus dicapai agar suatu reaksi dapat berlangsung. Besarnya Ea suatu reaksi dapat dilihat pada gambar 1.1. Dengan demikian bila Eamakin kecil maka reaksinya makin cepat. Penggunaan katalisator pada suatu reaksi adalah bertujuan untuk menurunkan Ea reaksi yang dikatalisis tersebut. Untuk reaksi yang setimbang maka ΔG=0 yang konstanta kesetimbangannya dapat dihitung dengan persamaan Gibss pada persamaan 1.13.

Δ G = - 2, 303 RT log K.

Pertanyaan :

Jelaskan mengapa reaksi sedapat mungkin dilakukan dalam wujud cairan (larutan) ?

Reference :

Sitorus, Marham. 2007. Kimia Organik Fisik. Yogyakarta: Graha ilmu.

Sitorus, M., Ibrahim, s., et.al. 2010. Studi Kinetika Dehidrasi Risinoleat dari Minyak Jarak. J. Ris. Kim. Vol. 3.No.2.