Persyaratan Termodinamik untuk Reaksi
Untuk
terjadinya reaksi secara spontan, energi bebas produk harus lebih rendah
daripada energi bebas reaktan, yakni ∆G harus negatif. Energi bebas
terbuat dari dua komponen yaitu entalpi H dan entropi S.
Kuantitas tersebut dihubungkan dengan persamaan :
Perubahan entalpi dalam suatu reaksi
terutama adalah perbedaan energi ikat (meliputi energi resonansi, tegangan, dan
solvasi) antara reaktan dengan produk. Perubahan entalpi dapat dihitung dengan
menjumlahkan semua energi ikatan yang putus, kemudian dikurangi dengan jumlah
energi semua ikatan yang terbentuk, dan ditambahkan dengan perubahan energi
resonansi, tegangan, atau energi solvasi. Perubahan entropi menyatakan ketidak
teraturan atau kebebasan sistem. Semakin tidak teratur suatu sistem maka
semakin tinggi entropinya. Kondisi yang lebih disukai di alam adalah entalpi rendah
dan entropi tinggi dan di dalam sistem reaksi, entalpi spontan menurun
sedangkan entropi spontan meningkat.
Bagi
kebanyakan reaksi, pengaruh entropi adalah kecil dan entalpi yang paling utama
menentukan apakah reaksi dapat terjadi secara spontan. Akan tetapi dalam reaksi
jenis tertentu, entropi adalah penting dan dapat mendominasi entalpi.
Persyaratan Kinetik Reaksi
Reaksi yang
dapat berlangsung tidak hanya karena menpunyai ∆G negatif. ∆G yang
negatif memang suatu hal yang penting tapi bukan suatu persyaratan yang cukup
untuk berlangsungnya suatu reaksi secara spontan. Situasi ini
diilustrasikan dalam Gambar 1 yang merupakan profil energi untuk reaksi satu
tahap tanpa spesies-antara. Dalam gambar seperti ini, absis menandai kemajuan
reaksi. ∆Gf ‡ adalah energi bebas aktivasi untuk reaksi maju.
Gambar 1. Profil energi bebas reaksi tanpa spesies antara
dimana produk energi bebas produk lebih rendah daripada energi bebes reaktan.
Jika reaksi antara dua molekul atau
lebih telah maju ke titik yang berkaitan dengan puncak kurva maka digunakan
istilah keadaan transisi untuk posisi inti dan elektron spesies yang ada pada
keadaan ini. Keadaan transisi memiliki geometri yang terbatas dan distribusi
muatan tapi tidak memiliki keberadaan yang terbatas. Sistem pada titik ini
disebut kompleks teraktivasi.
Kontrol Kinetik dan Kontrol Termodinamik
Ada banyak
hal dalam mana suatu senyawa di bawah kondisi reaksi yang diberikan dapat
mengalami reaksi kompotisi menghasilkan produk yang berbeda.
Gambar 2. Profil energi-bebas untuk suatu reaksi dalam mana
B lebih stabil secara termodinamika daripada C (∆G lebih rendah), tapi C terbentuk lebih
cepat (∆G‡ lebih rendah).
Jika tidak ada satupun reaksi yang
revesibel maka C akan terbentuk lebih banyak karena terbentuk lebih cepat.
Produk tersebut dikatakan terkontrol secara kinetik (kinetically controlled).
Akan tetapi, jika reaksi adalah reversibel maka hal tersebut tidak menjadi
penting. jika proses dihentikan sebelum kesetimbangan tercapai maka reaksi akan
dikontrol oleh kinetik karena akan lebih banyak diperoleh produk yang cepat
terbentuk. Akan tetapi jika reaksi dibiarkan sampai mendekati kesetimbangan
maka produk yang akan dominan adalah B. di bawah kondisi tersebut, C yang
mula-mula terbentuk akan kembali ke A, sementara B yang lebih stabil tidak
berkurang banyak. Maka dikatan bahwa produk terkontrol secara termodinamik (thermodynamically
controlled). Tentu saja Gambar 2 tidak menggambarkan semua reaksi dalam
mana senyawa A dapat memberikan dua produk. Di dalam banyak hal, produk yang
lebih stabil adalah juga merupakan produk lebih cepat terbentuk. Di dalam hal
yang demikian, produk kontrol kinetik adalah juga produk kontrol termodinamika.
Pertanyaan
: Apa yang menyebabkan perubahan entropi
semakin tidak teratur suatu sistem maka semakin tinggi entropinya ?
Sumber
: Firdaus. 2009. Kimia Organik Fisis I. Makassar : UNHAS.
