Reaksi kimia sederhana

reaksi kimia sederhana

Reaksi kimia adalah suatu proses alam yang selalu menghasilkan antarubahan senyawa kimia.^[1] Senyawa ataupun senyawa-senyawa awal yang terlibat dalam reaksi disebut sebagai reaktan. Reaksi kimia biasanya dikarakterisasikan dengan perubahan kimiawi, dan akan menghasilkan satu atau lebih produk yang biasanya memiliki ciri-ciri yang berbeda dari reaktan. Secara klasik, reaksi kimia melibatkan perubahan yang melibatkan pergerakan elektron dalam pembentukan dan pemutusan ikatan kimia, walaupun pada dasarnya konsep umum reaksi kimia juga dapat diterapkan pada transformasi partikel-partikel elementer seperti pada reaksi nuklir.
Reaksi-reaksi kimia yang berbeda digunakan bersama dalam sintesis kimia untuk menghasilkan produk senyawa yang diinginkan. Dalam biokimia, sederet reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim membentuk lintasan metabolisme, di mana sintesis dan dekomposisi yang biasanya tidak mungkin terjadi di dalam sel dilakukan.

[sunting] Persamaan

Persamaan reaksi digunakan untuk menggambarkan reaksi kimia. Persamaan reaksi terdiri dari rumus kimia atau rumus struktur dari reaktan di sebelah kiri dan produk di sebelah kanan. Antara produk dan reaktan dipisahkan dengan tanda panah (→) yang menunjukkan arah dan tipe reaksi. Ujung dari tanda panah tersebut menunjukkan reaksinya bergerak ke arah mana. Tanda panah ganda (), yang mempunyai dua ujung tanda panah yang berbeda arah, digunakan pada reaksi kesetimbangan. Persamaan kimia haruslah seimbang, sesuai dengan stoikiometri, jumlah atom tiap unsur di sebelah kiri harus sama 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.^[2]

Reaksi yang lebih rumit digambarkan dengan skema reaksi, tujuannya adalah untuk mengetahui senyawa awal atau akhir, atau juga untuk menunjukkan fase transisi. Beberapa reaksi kimia juga bisa ditambahkan tulisan di atas tanda panahnya; contohnya 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, contohnya dengan memecah ikatan kimia yang dipilih menjadi reagen baru. Tanda panah khusus (⇒) digunakan dalam reaksi retro.^[3]

[sunting] Termodinamika

Reaksi kimia dapat ditentukan oleh hukum-hukum termodinamika. Reaksi dapat terjadi dengan sendirinya apabila senyawa tersebut eksergonik atau melepaskan energi. Energi bebas yang dihasilkan reaksi ini terdiri dari 2 besaran termodinamika yaitu entalpi dan entropi]]:^[4]

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

Reaksi eksotermik terjadi apabila ΔH bernilai negatif dan energi dilepaskan. Contoh reaksi eksotermik adalah presipitasi dan kristalisasi, dimana sebuah padatan terbentuk dari gas atau cairan. Kebalikannya, dalam reaksi endotermik, panas diambil dari lingkungan. Hal ini dapat dilakukan dengan meningkatkan 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 kadang-kadang dapat mengubah arah reaksi, seperti contohnya pada reaksi Boudouard:

Reaksi antara karbon dioksida dan karbon untuk membentuk karbon monoksida ini merupakan reaksi endotermik dengan suhu di atas 800 °C dan menjadi reaksi eksotermik jika suhunya dibawah suhu ini^[5]
Reaksi juga dapat diketahui dengan energi dalam yang menyebabkan perubahan pada entropi, volume, dan potensial kimia.^[6]

U: energi dalam, S: entropi, p: tekanan, μ: potensial kimia, n: jumlah molekul, d: tanda yang artinya perubahan kecil

[sunting] Pengelompokan reaksi kimia

Beragamnya reaksi-reaksi kimia dan pendekatan-pendekatan yang dilakukan dalam mempelajarinya mengakibatkan banyaknya cara untuk mengklasifikasikan reaksi-reaksi tersebut, yang sering kali tumpang tindih. Di bawah ini adalah contoh-contoh klasifikasi reaksi kimia yang biasanya digunakan.

[sunting] Empat reaksi dasar

[sunting] Sintesis

Dalam reaksi kombinasi langsung atau sintesis, dua atau lebih senyawa sederhana bergabung membentuk senyawa baru yang lebih kompleks. Dua reaktan atau lebih yang bereaksi menghasilkan satu produk juga merupakan salah satu cara untuk mengetahui kalau itu reaksi sintesis. Contoh dari reaksi ini adalah gas hidrogen bergabung dengan gas oksigen yang hasilnya adalah air.^[7]
Contoh lainnya adalah gas nitrogen bergabung dengan gas hidrogen akan membentuk amoniak, dengan persamaan reaksi:

N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃

[sunting] Dekomposisisi

Reaksi dekomposisi atau analisis adalah kebalikan dari reaksi sintesis. Sebuah senyawa yang lebih kompleks akan dipecah menjadi senyawa yang lebih sederhana.^[7][8] Contohnya adalah molekul air yang dipecah menjadi gas oksigen dan gas hidrogen, dengan persamaan reaksi:

2 H₂O → 2 H₂ + O₂

[sunting] Penggantian tunggal

Dalam reaksi penggantian tunggal atau substitusi, sebuah elemen tunggal menggantikan elemen tunggal lainnya di suatu senyawa. Contohnya adalah logam natrium yang bereaksi dengan asam klorida akan menghasilkan natrium klorida atau garam dapur, dengan persamaaan reaksi:

2 Na(s) + 2 HCl(aq) → 2 NaCl(aq) + H₂(g)

[sunting] Penggantian ganda

Dalam reaksi penggantian ganda, dua senyawa saling berganti ion atau ikatan untuk membentuk senyawa baru yang berbeda.^[7] Hal ini terjadi ketika kation dan anion dari 2 senyawa yang berbeda saling berpindah tempat, dan membentuk 2 senyawa baru.^[8] Rumus umum dari reaksi ini adalah:

AB + CD → AD + CB

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

Pb(NO₃)₂ + 2 KI → PbI₂ + 2 KNO₃

Contoh lainnya adalah natrium klorida (garam dapur) bereaksi dengan perak nitrat membentuk natrium nitrat dan perak klorida, dengan persamaan reaksi:

NaCl(aq) + AgNO₃(aq) → NaNO₃(aq) + AgCl(s)

[sunting] Oksidasi dan reduksi

Ilustrasi dari reaksi redoks (reduksi oksidasi)

Dua bagian reaksi redoks

Reaksi redoks dapat dipahami sebagai transfer elektron dari salah satu senyawa (disebut reduktor) ke senyawa lainnya (disebut oksidator). Dalam proses ini, senyawa yang satu akan teroksidasi dan senyawa lainnya akan tereduksi, oleh karena itu disebut redoks. Oksidasi sendiri dimengerti sebagai kenaikan bilangan oksidasi, dan reduksi adalah penurunan bilangan oksidasi. Dalam prakteknya, transfer dari elektron ini akan selalu mengubah bilangan oksidasinya, tapi banyak reaksi yang diklasifikasikan sebagai reaksi redoks walaupun sebenarnya tidak ada elektron yang berpindah (seperti yang melibatkan ikatan kovalen).^[9][10]
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 mengetahui reaktan mana yang akan menjadi agen pereduksi dan mana yang akan menjadi agen teroksidasi dapat diketahui dari keelektronegatifan elemen tersebut. Elemen yang mempunyai nilai keelektronegatifan yang rendah, seperti kebanyakan unsur logam, maka akan dengan mudah memberikan elektron mereka dan teroksidasi - elemen ini menjadi reduktor. Kebalikannya, banyak ion mempunyai bilangan oksidasi tinggi, seperti H₂O₂, MnO₄-, CrO₃, Cr₂O₇2-, OsO₄) dapat memperoleh satu atau lebih tambahan elektron, sehingga disebut oksidator.
Jumlah elektron yang diberikan atau diterima pada reaksi redoks dapat diketahui dari konfigurasi elektronn elemen reaktannya. Setiap elemen akan berusaha untuk menjadikan konfigurasi elektronnya sama seperti konfigurasi elemen gas mulia. Logam alkali dan halogen akan memberikan dan menerima satu elektron. Elemen gas alam sendiri sebenarnya tidak aktif secara kimiawi.^[11]
Salah satu bagian penting dalam reaksi redoks adalah reaksi elektrokimia, dimana elektron dari sumber listrik digunakan sebagai reduktor. Reaksi ini penting untuk pembuatan elemen-elemen kimia, seperti klorin^[12] atau aluminium. Proses kebalikan dimana reaksi redoks digunakan untuk menghasilkan listrik juga ada dan prinsip ini digunakan pada baterai.

[sunting] Reaksi asam-basa

Reaksi asam-basa adalah 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 adalah asam konjugasi dan basa konjugasi.^[13] Reaksi kesetimbangan (bolak-balik) juga ada, dan karena itu asam/basa dan asam/basa konjugasinya selalu dalam kesetimbangan. Reaksi kesetimbangan ini ditandai dengan adanya konstanta diasosiasi asam dan basa (K_a dan K_b) dari setiap substansinya. Sebuah reaksi yang khusus dari reaksi asam-basa adalah netralisasi dimana asam dan basa dalam jumlah yang sama akan membentuk garam yang sifatnya netral.
Reaksi asam basa memiliki berbagai definisi tergantung pada konsep asam basa yang digunakan. Beberapa definisi yang paling umum adalah:

• • Definisi Arrhenius: asam berdisosiasi dalam air melepaskan ion H₃O⁺; basa berdisosiasi dalam air melepaskan ion OH^-.
  • Definisi Brønsted-Lowry: Asam adalah pendonor proton (H⁺) donors; basa adalah penerima (akseptor) proton. Melingkupi definisi Arrhenius
  • Definisi Lewis: Asam adalah akseptor pasangan elektron; basa adalah pendonor pasangan elektron. Definisi ini melingkupi definisi Brønsted-Lowry.

[sunting] Presipitasi

Presipitasi

Presipitasi adalah proses reaksi terbentuknya padatan (endapan) di dalam sebuah larutan sebagai hasil dari reaksi kimia. Presipitasi ini biasanya terbentuk ketika konsentrasi ion yang larut telah mencapai batas kelarutan^[14] dan hasilnya adalah membentuk garam. Reaksi ini dapat dipercepat dengan menambahkan agen presipitasi atau mengurangi pelarutnya. Reaksi presipitasi yang cepat akan menghasilkan residu mikrokristalin dan proses yang lambat akan menghasilkan kristal tunggal. Kristal tunggal juga dapat diperoleh dari rekristalisasi dari garam mikrokristalin.^[15]

[sunting] Reaksi dalam kimia organik

Dalam kimia organik, banyak reaksi yang dapat terjadi yang melibatkan ikatan kovalen diantara atom karbon dan heteroatom lainnya seperti oksigen, nitrogen, atau atom-atom halogen lainn