Teori Tumbukan
Perhatikan kedua gambar dibawah ini!
 |  |
Gambar . Mobil tabrakan | Gambar . Ibu-ibu menumbuk padi |
Apa yang kalian pikirkan ketika melihat kedua gambar di atas? Kedua gambar disamping merupakan kejadian tumbukan atau tabrakan. Pada gambar pertama, terlihat sisi dari kedua mobil saling bertabrakan/bertumbukan. Akan ada banyak kemungkinana yang terjadi setelah terjadi tumbukan tersebut. Kemungkinan tersebut diantaranya kedua mobil akan baik-baik saja, mobil akan sedikit lecet, atau mobil akan rusak parah.
Pada gambar kedua, terlihat beberapa ibu-ibu sedang menumbuk padi. Sebelum era mesin penggiling padi, petani menggunakan lesung dan alu untuk menumbuk padi. Hal ini bertujuan untuk memisahkan beras dari sekam padi. Semakin besar tenaga yang digunakan untuk menumbuk, maka semakin cepat pula beras terpisah dari sekam padi.
Mengapa hal ini bisa terjadi? Menurut teori tumbukan, suatu zat dapat bereaksi dengan zat lain apabila molekul-molekulnya saling bertumbukan. Tumbukan terjadi jika permukaan dua molekul atau lebih saling bersentuhan pada satu titik. Terjadinya tumbukan antar molekul disebabkan karena energy kinetik yang dimiliki masing-masing molekul yang menyebabkan molekul itu bergerak dengan arah yang tidak teratur. Gerakan ini memungkinkan terjadinya tumbukan antar molekul sehingga menghasilkan reaksi kimia.
Pada reaksi sederhana yang hanya melibatkan satu molekul, maka teori tumbukan tidak begitu penting. Tumbukan antar dua molekul yang berbeda akan membuat reaksi menjadi lebih rumit. Jumlah tumbukan antara molekul-molekul per satuan waktu disebut frekuensi tumbukan. Namun, hanya sebagian dari peristiwa tumbukan tersebut yang menghasilkan reaksi. Tumbukan yang menghasilkan reaksi harus bertumbukan melalui mekanisme yang tepat dan harus memiliki energy yang cukup untuk memutuskan ikatan. Tumbukan seperti dikenal sebagai tumbukan efektif.
Teori kinetik menyatakan bahwa molekul dalam gerakan konstan dan bertumbukan satu sama lain secara terus-menerus. Perhatikan reaksi berikut ini!
MnO4- (aq) | + | 8H+(aq) | + | 5Fe+(aq) | → | Mn2+(aq) | + | 4H2O(l) | + | 5Fe3+(aq) |
Bagaimanakah molekul-molekul yang berupa ion tersebut bertumbukan? Apakah ion-ion tersebut bertumbukan sekaligus? Sulit membayangkan terjadinya tumbukan yang terjadi antar banyak molekul. Hal tersebut, yang paling mudah adalah terjadinya tumbukan beruntun yang terjadi antar dua partikel sehingga reaksi akan berlangsung dalam tahap yang tersusun dalam suatu mekanisme reaksi. Mekanisme reaksi akan menggambarkan urut-urutan pemutusan dan pembentukan ikatan yang terjadi dalam suatu reaksi.
Suatu tumbukan dapat menghasilkan reaksi jika molekul-molekul perekasi juga mempunyai orientasi yang tepat pada saat tumbukan. Orientasi merupakan arah atau posisi antar molekul yang bertumbukan.
Andaikan kita melempar kaca dengan sebuah batu. Jika kaca yang dilempar tersebut tidak pecah, berarti energy kinetic batu tidak cukup untuk memcahkan kaca. Demikian juga tabrakan yang terjadi antar molekul pereaksi, walaupun sudah bertabrakan atau bertumbukan dengan orientasi yang tepat, namun jika energy yang dimiliki kurang, maka tidak akan terjadi reaksi. Energi tumbukan yang terjadi pada molekul pereaksi harus dapat membuat awan electron kedua atom yang bertumbukan saling tumpang tindih, sehingga terbentuk ikatan baru sebagai contoh reaksi :
Mg(s) | + | 2HCl(aq) | → | MgCl2(aq) | + | H2(l) |
Bila gerakan molekul Mg dan 2HCl lambat, maka tidak akan terjadi ikatan antara Mg dan Cl saat bertumbukan, akibatnya keduanya hanya berpantulan tanpa adanya perubahan. Dengan semikian mempercepat gerakan molekul akan membuat tumpang tindih Mg dan Cl membentuk ikatan, akhirnya terjadi reaksi. Molekul yang saling tumpang tindih memerlukan energy karena orbital kulit terluar atom mengandung electron yang tolak-menolak.Setelah terjadi tumpang tindih dengan energy cukup, kedua atom (Mg dan Cl) tarik menarik. Dengan kata lain, energi kinetik telah berubah menjadi energi potensial (gaya tarik).
 Gambar 3. Analogi Energi Aktivasi | Perhatikan Gambar di samping!
Orang pada gambar di samping harus mendorong batu dari titik A melewati bukit untuk sampai pada titik B. Artinya, orang tersebut harus memiliki energi kinetik yang cukup atau lebih untuk melewati bukit tersebut. Bukit inilah yang dimaksudkan dengan Energi aktivasi (Ea). Energi aktivasi digambarkan sebagai penghalang yang harus dilewati molekul untuk membentuk produk. |
Energi aktivasi diperlukan untuk memutuskan ikatan dan terjadi penyusunan ulang atom dan electron dalam reaksi kimia. | |
Hukum mekanika menyatakan bahwa energy total (jumlah energy kinetic dan energy potensial) suatu system harus konstan. Sebelum tumbukan, energy potensial Mg dan HCl kecil sedangkan energy kinetic yang dimiliki besar. Pada saat tumbukan, energy kinetic sama dengan energy potensial, setelah itu, energy potensial lebih besar dari energy kinetic.
Pada terbentuknya zat baru (Mg dan Cl) masih terdapat ikatan lama (Atom H dan Cl). Berarti pada saat itu, Cl mempunyai dua ikatan, yaitu H dan Mg. Keadaan seperti itu hanya sesaat dan tidak stabil, maka disebut keadaan transisi atau kompleks teraktivasi yang mempunyai tingkat energy yang lebih tinggi dari keadaan awal. Terbentuknya ikatan baru (Mg dan Cl) adalah akibat dari gaya tarik (energy potensial), dan proses ini akan melepaskan sejumlah energy. Energi tersebut sebagian atau seluruhnya akan dipakai untuk memutuskan ikatan lama (H dan Cl). Selama proses pemutusan, terjadi penurunan tingkat energy system, karena terbentuk H2 dan MgCl2 yang energinya lebih rendah.
Dengan demikian dalam suatu reaksi terdapat tiga keadaan, yaitu keadaan awal (pereaksi), keadaan transisi, dan keadaan akhir (hasil reaksi). Keadaan transisi selalu lebih tinggi daripada dua keadaan yang lain, tetapi keadaan awal dapat lebih tinggi atau lebih rendah daripada keadaan akhir.
Dalam suatu reaksi terdapat tiga keadaan yaitu keadaan awal (pereaksi), keadaan transisi, dan keadaan akhir (hasil reaksi). Keadaan transisi disebut juga komplek teraktivasi. Pada keadaan ini ikatan baru sudah terbentuk namun ikatan lama belum putus. Keadaan tersebut hanya berlangsung sesaat dan tidak stabil. Keadaan transisi ini selalu mempunyai energi lebih tinggi daripada keadaan awal dan akhir, sedangkan energi keadaan awal dapat lebih tinggi atau lebih rendah daripada energi keadaan akhir.
Bila keadaan awal lebih tinggi energinya, reaksi menghasilkan kalor atau dinamakan reaksi eksoterm, dan bila yang terjadi adalah sebaliknya, dinamakan reaksi endoterm.
Diagram potensial reaksi eksoterm
Berdasarkan teori kinetik gas, molekul-molekul gas dalam satu wadah tidak mempunyai energi kinetik yang sama, tetapi bervariasi. Sebagai akibat dari tumbukan efektif, elektron-elektron terluar dari molekul-molekul tersebut akan melakukan penetrasi satu sama lain sehingga terjadi pemutusan ikatan molekul-molekul pereaksi dan membentuk ikatan baru, yaitu ikatan molekul-molekul produk pereaksi. Saat tumbukan-tumbukan yang terjadi relatif lemah maka partikel-partikel tersebut tidak memiliki energi yang cukup untuk memutuskan ikatan, sehingga partikel-partikel tersebut tidak mengalami reaksi
 |
Gambar 4. Grafik distribusi Maxwell-Boltsman menjelaskan besar energy suatu kumpulan molekul |
Grafik ini menjelaskan bahwa setiap kumpulan partikel akan memiliki besar energi yang berbeda-beda pula. Luas daerah di bawah kurva menunjukan banyaknya partikel. Harus selalu diingat bahwa saat reaksi berlangsung, partikel-partikel harus bertumbukan agar memperoleh energi yang sama atau lebih besar dari energi aktivasi untuk melangsungkan reaksi. Kita dapat mengetahui dimana energi aktivasi berlangsung dari distribusi Maxwell-Boltzman. Reaksi yang berbeda tentunya memiliki energi aktivasi yang berbeda pula. Energi aktivasi ini dapat digambarkan dalam bentuk diagram. Diagram ini disebut diagram potensial reaksi. Dari gambar tersebut tampak bahwa perbedaan tingkat energy pereaksi dengan kompleks teraktivasi dikenal dengan istilah energy aktivasi.
Tidak ada komentar: