Complex Reaction Mechanisms
-
Upload
ardiasrizky -
Category
Documents
-
view
21 -
download
3
description
Transcript of Complex Reaction Mechanisms
Complex Reaction MechanismsRizky Ardias D (21030112140170)Dinar Masruri Ulama(21030140174)
• Mekanisme reaksi merupakan uraian secara rinci mengenai tahap-tahap reaksi kimia yang menjelaskan perubahan dari reaktan awal (yang teramati) menjadi produk reaksi (yang teramati) secara keseluruhan, ditinjau dari aspek molekuler.
• Mekanisme reaksi terdiri dari sejumlah tahap reaksi elementer Mekanisme reaksi bersifat dugaan (postulat), yang merupakan hasil pemikiran secara induktif.
• Reaksi elementer adalah reaksi pemecahan paling sederhana dan hasil dari reaksi ini tidak memiliki produk samping. Kebanyakan reaksi yang berhasil ditemukan saat ini adalah pengembangan dari reaksi elementer
• Contoh Sebuah reaksi (observed): 2O3(g) 3O2(g)
Mekanisme reaksi yang dapat terjadi memiliki 2 tahap Reaksi Elementer yaitu:
O3(g) O(g) + O2(g)O3(g) + O(g) 2O2(g)
Dimana O(g) merupakan intermediate
Mekanisme reaksi melibatkan spesies-spesies lain dalam sistem reaksi (yang bukan reaktan maupun produk reaksi) yang tidak muncul pada persamaan stoikiometri reaksi keseluruhan. Spesies-spesies ini biasa disebut sebagai intermediet (zat antara).
Lindemann Mechanism• Teori Lindemann mengasumsikan bahwa molekul reaktan
teraktivasi oleh tumbukan satu sama lain, yaitu dengan tumbukan bimokuler. Dia mempostulasikan bahwa ada selang waktu (time lag), antara aktivasi dan reaksi dari molekul-molekul berenergi ini untuk memberikan produk.
Mekanisme Teori Lindemann
• for unimolecular reaction AP
• A * adalah activated reactant, diproduksi oleh tabrakan dengan M.
• A * kemudian deactivated oleh tabrakan lain atau berubah menjadi produk P.
PA
MAMA
MAMA
k
k
k
2
1
1
*
*
*
Lindemann Rate Law• using the steady state approximation
21
12*2
21
1*
*2
*11
*
][
]][[][
][
]][[][
0][]][[]][[][
kMk
MAkkAk
dt
dP
kMk
MAkA
AkAMkMAkdt
Ad
Lindemann Rate Law• Pada tekanan tinggi k-1[M] >> k2 memberikan
V= {A}• Pada tekanan rendah k-1[M] << k2 dihasilkan
= k1[A][M]• Dimana, reaksi orde satu terhadap baik A dan M. Oleh karenanya laju
reaksi diekspresikan dengan = k[A]
• dimana k adalah koefisien laju orde satu yang memiliki batas nilai pada tekanan tinggi k1k2/k-1 dan pada tekanan rendah k1[M] atau secara umum diberikan oleh
K’= diubah
=• Suatu plot 1/k versus 1/[M] adalah linier, memperlihatkan bahwa gas
inert yang ditambahkan dapat menggantikan molekul reaktan sebagai aktivator atau deaktivator. Eksperimen ini mengilustrasikan penguatan dasar mekanisme Lindemann untuk reaksi unimolekuler.
Catalysis• Katalisis merupakan proses yang terjadi akibat adanya peran
dari katalis. Katalis merupakan senyawa kimia yang dapat mempercepat reaksi tanpa perubahan bentuk/struktur dari katalis tersebut. Cara kerjanya yaitu dengan menempel pada bagian subtrat tertentu dan pada akhirnya dapat menurunkan energi pengaktifan dari reaksi, sehingga reaksi berlangsung dengan cepat.
• Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri . Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk.
Substrate-Complex Kinetics
• S adalah substrat yang berikatan dengan katalis C • SC adalah kompleks substrat-katalis. • P adalah produk
CPSC
CSSC
SCCS
k
k
k
2
1
1
Substrate-Complex Rate Law
m
m
K
CSkSCkrate
K
CS
kk
CSkSC
SCkSCkCSkdt
SCd
]][[][
]][[]][[][
0][][]][[][
22
21
1
211
Km = =
1
21
k
kk
Enzyme Kinetics
• E adalah enzyme, yang bertindak sebagai katalis• S adalah substrat• ES adalah kompleks enzim substrat• P adalah produk
Mekanisme Michaelis-Menten
Persamaan Michaelis-Menten ini menjelaskan bagaimana hubungan konsentrasii substrat dengan laju reaksi. Dalam keadaan sebenarnya, pada makhluk hidup dalam suatu saat tertentu jumlah enzim nisbi tetap, sedangkan jumlah substrat yang diolah berubah-ubah sesuai dengan proses metabolisme.
EPES
SEES
ESSE
k
k
k
2
1
1
Mekanisme Michaelis-Menten• Persamaan Michaelis-Menten ini menjelaskan bagaimana
hubungan konsentrasi substrat dengan laju reaksi. an jika di alurkan dalam grafik, akan diperoleh kurva yang berupa suatu hiperbola. Kurva ini secara empiric dengan menggunakan berbagai konsentrasi substrat dan pada setiap konsentrasi di ukur laju reaksinya,
Km = konstante Michaelis Menten
][
][max
SK
SVV
M
• Apabila konsentrasi enzim tetap dan substrat meningkat, V akan meningkat mula-mula dan proporsional dengan peningkatan [S], tapi pada [S] yang lebih tinggi, laju peningkatan V menurun secara perlahan-lahan hingga kemudian V hampir tidak tergantung pada [S]. VmaxV
1/2
Vm
ax
KM[S]
Gambar 2.2. Hubungan antara kecepatan reaksi (V) dengan konsentrasi substrat ([S]) pada reaksi yang dikatalisis oleh suatu enzim ][
][max
SK
SVV
M
Lineweaver-Burk Plot
Lineweaver-Burk Plot• Grafik hubungan 1/v dan 1/[S] merupakan suatu garis lurus
dengan slope Km/Vmdan intercept sumbu y 1/Vm. Double-reciprocal plot memberikan estimasi yang baik dalam menentukan harga Vm , tetapi tidak untuk harga Km. Karena error yang didapatkan pada data setiap titik untuk double-reciprocal plot tidak simetri, penggunaan analisis regresi (least square) harus dilakukan dengan hati-hati. Data yang diperoleh pada konsentrasi substrat rendah lebih mempengaruhi perubahan slope dan intersept dibandingkan dengan data yang diperoleh pada konsentrasi substrat tinggi.
Inhibitor• Inhibitor adalah molekul yang dapat menghambat bahkan
menghentikan reaksi enzimatik dengan mengotori permukaan katalis.
• Berdasarkan kestabilannya, inhibitor dibedakan menjadi inhibitor reversible dan inhibitor irreversible Inhibitor
Inhibitor reversible adalah inhibitor yang reaksi kimianya berjalan dua arah atau dapat balik dan bersifat tidak stabil, di mana ketika inhibitor mengikat sisi aktif enzim, maka inhibitor ini dapat dipisahkan lagi dari ikatannya.Inhibitor irreversible adalah inhibitor yang reaksi kimianya berjalan satu arah, di mana setelah inhibitor mengikat enzim, inhibitor tidak dapat dipisahkan dan bersifat stabil
Inhibitor• Inhibitor reversible dibedakan menjadi inhibitor kompetitif dan
inhibitor non-kompetitif.• Inhibitor kompetitif adalah molekul penghambat yang bersaing
dengan substrat untuk mendapatkan sisi aktif enzim.[ Namun setelah inhibitor menempati sisi aktif, enzim bebas dan produk tidak segera terbentuk, sehingga jumlah enzim atau kompleks enzim substrat berkurang
• Inhibitor non-kompetitif adalah penghambat yang dapat berikatan dengan enzim maupun dengan kompleks enzim-substrat.[1] Jika inhibitor menempel pada enzim, maka struktur sisi aktif enzim akan berubah namun substrat masih bisa menempel pada sisi aktif, tetapi kerja enzim tidak dapat terlaksana
Tipe katalis• KATALIS HOMOGENKatalis ini mempunyai kesamaan phase dengan reaktan dan persentuhannnya tak mempengaruhi laju reaksi, keaddaan yang demikian disebut katalis homogen. Sebagai contoh :
• KATALIS HETEROGENKatalis heterogeneous adalah katalisis terjadi dalam fase yang lebih dari satu, katalis dapat berupa padatan dalam cairan atau padatan dalam gas. Contoh-contoh dari katalis heterogen adalah zeolit, CaO, MgO, dan resin penukar ion.
Langmuir Model• Irving Langmuir (1918) menggunakan model sederhana untuk
mendeskripsikan jerapan molekul pada permukaan padatan, dan menurunkan persamaan untuk isoterm. Langmuir Menganggap bahwa padatan mempunyai permukaan yang sama, molekul yang di adsorpsi ditempatkan pada tempat yang spesifik, energi permukaan tidak tergantung pada ditempati atau tidaknya permukaan, dan molekul yang diadsorpsi hanya membentuk satu lapis
Grafik Persamaan Langmuir
1/bXm
Slope = 1/Xm
C/X
C
Reaksi Radikal Bebas• Radikal bebas adalah molekul yang kehilangan satu
buah elektron dari pasangan elektron bebasnya, atau merupakan hasil pemisahan homolitik suatu ikatan kovalen. Akibat pemecahan homolitik, suatu molekul akan terpecah menjadi radikal bebas yang mempunyai elektron tak berpasangan. Elektron memerlukan pasangan untuk menyeimbangkan nilai spinnya sehingga molekul radikal menjadi tidak stabil dan mudah sekali bereaksi dengan molekul lain, membentuk radikal baru.
• Dalam reaksi kimia, radikal bebas sering dituliskan sebagai titik yang ditempatkan pada simbol atom atau molekul. Contoh penulisan radikal bebas berikut sebagai hasil dari pemecahan homolitik:
Cl2 → Cl• + Cl•
• Reaksi rantai melibatkan radikal bebas yang biasanya dibagi menjadi tiga tahap, meliputi inisiasi, propagasi dan terminasi. Contoh dalam hal ini adalah reaksi klorinasi metana.
Reaksi Percabangan• InisiasiInisiasi adalah tahap pembentukan awal radikal-radikal bebas. Hal ini menyebabkan jumlah radikal bebas meningkat pesat. Dalam klorinasi metana, tahap inisiasi adalah pemutusan secara homolitik ikatan Cl-Cl.
Cl2 → Cl• + Cl•• PropagasiPropagasi adalah reaksi yang melibatkan radikal bebas yang mana jumlah radikal bebas akan tetap sama. Setelah terbentuk, radikal bebas klor akan menjalani sederetan reaksi. Tahap propagasi yang pertama adalah radikal bebas klor yang merebut sebuah atom hidrogen dari dalam molekul metana, menghasilkan radikal bebas metil dan HCl.
Cl• + H:CH3 + 1 kkal/mol → H:Cl + •CH3
Radikal bebas metil juga sangat reaktif. Dalam tahap propagasi kedua, radikal bebas metil merebut sebuah atom klor dari dalam molekul Cl2
• TerminasiTerminasi adalah reaksi yang berujung pada turunnya jumlah radikal bebas. Umumnya, penurunan ini diakibatkan oleh adanya penggabungan radikal bebas yang masih tersisa.
Cl• + •CH3 → CH3Cl
Polimerisasi Radikal Bebas• Polimerisasi radikal bebas adalah metode polimerisasi dimana
suatu polimer terbentuk dari penambahan berturut-turut radikal bebas gugus atau atom-atom membentuk molekul. Radikal bebas dapat dibentuk melalui sejumlah mekanisme yang berbeda biasanya melibatkan molekul inisiator terpisah. Setelah penciptaan radikal bebas monomer unit, rantai polimer tumbuh pesat dengan penambahan berurutan dari bangunan gugus ke situs radikal bebas.
explosion • Chain-branching explosion: : reaksi di mana jumlah radikal
reaktif meningkat secara eksponensial. Ledakan disebabkan oleh pencabangan rantai oleh karena itu terjadi saat konsentrasi radikal bebas dalam sistem meningkat dengan cepat.
• Thermal explosion : reaksi eksotermis yang membebaskan panas lebih cepat daripada panas dapat hilang. Jika panas yang dilepaskan oleh reaksi eksotermik tidak dihilangkan dengan cepat, temperatur akan meningkat. Karena laju reaksi meningkat secara eksponensial dengan temperatur, ledakan termal dapat serta merta terjadi.