KINETIKA KIMIA Pendahuluan Kinetika kimia adalah salah satu bagian dari ilmu kimia yang sangat penting dalam bidang farmasi antara lain dalam pembuatan obat. Ditinjau dari segi keamanan terhadap pasien, obat yang dibuat harus dijamin keseragaman dosisnya pada waktu pemberian. Walaupun suatu obat sudah dinyatakan aman, bila kemudian terjadi penguraian maka obat tersebut sudah tidak aman lagi. Untuk itu pabrik pembuat obat berkewajiban memperkecil atau jika mungkin mencegah kemungkinan terjadinya penguraian obat. Prinsip kinetika kimia ditetapkan dalam : Kestabilan dan tak tercampurkan :Proses yang menyebabkan ketidakaktifan obat melalui penguaraian obat, atau melalui hilangnya khasiat obat karena perubahan fisik dan kimia yang kurang diinginkan dari obat tersebut. Disolusi : Proses kecepatan berubahnya obat dalam bentuk sediaan padat menjadi bentuk larutan molekular. Absorbsi, distribusi, dan eliminasi. Proses yang berkaitan dengan laju absorbsi obat kedalam tubuh, laju distribusi obat dalam tubuh dan laju pengeluaran obat setelah proses distribusi dengan berbagai faktor, seperti metabolisme, penyimpanan dalam organ tubuh lemak, dan melalui jalur-jalur penglepasan. Kerja Obat pada tingkat molekular prosesobat dapat dibuat dalam bentuk yang tepat dengan menganggap timbulnya respons dari obat merupakan suatu proses laju. Laju dan Orde Reaksi dtdCLaju Reaksi (stokiometri) : adalah berkurangnya konsentrasi reaktan atau bertambahnya konsentrasi produk persatuan waktu. Lju atau kecepatan suatu reaksi diberikan sebagaiArtinya terjadi penambahan (+) atau pengurangan (-) konsentrasi C dalam selang waktu dt. Pada pembentukan etil asetat dari etil alkohol dan asam asetat : O H H COOC CH OH H C COOH CH2 5 2 3 5 2 3+ = +Laju reaksi ke kanan dalam reaksi dapat ditentukan dengan pengukuran konsentrasi asam asetat atau etanol selama berlangsungnya reaksi. Karena konsentrasi asam asetat dan etanol berkurang dalam jumlah yang sama selama reaksi, lajun reaksi ke kanan (Rf) diberikan sebagai : dtOH H CdtCOOH CH dRf) ( ) (5 2 3 = =dtO H ddtH COOC CH dRf) ( ) (2 5 2 3 = =Laju reaksi dengan arah yang berlawanan dapat ditentukan dengan pengukuran konsentrasi etil asetat atau air selama reaksi tiap-tiap komponen tersebut berlangsung, diberikan sbb: Menurut hukum aksi massa, laju suatu reaksi kimia sebanding dengan hasilDari konsentrasi molar rekatan yang masing-masing dipangkatkan dengan angka yang menunjukkan jumlah molekul dari zat-zat yang ikut serta dalam reaksi. aA + bB + ---- = Produk Laju reaksinya adalah : b aB A kdtB dbdtA dalaju) ( ) () ( 1

) ( 1= = = =K = konstanta laju Laju dan Orde Reaksi Laju reaksi (stokiometri) : adalah berkurangnya konsentrasi reaktan atau bertambahnya produk persatuan waktu Rx : 2A -- B + C Dihasilkanmolekul B dan C dalam jumlah sama, sehingga laju pertambahan konsentrasi B & C harus sama untuk setiap waktu. 2 molekul A hilang untuk setiap pembentukan molekul B atau C, maka laju pengurangan konsentrasi A harus 2 x laju pertambahan konsentrasi B atau C. dtdCdtdCdtdCC B A2 2= =) , , (cCbBaAAC C C kdtdC=Jadi , laju reaksi adalah fungsi konsentrasi dari semua reaktan dan produk A,b,c = orde reaksi K = tetapan laju rx ) , , (C B AAC C C kdtdC=Reaksi Orde Nol Laju reaksi tidak bergantung pada konsentrasi pereaksinya. Perubahan konsentrasi yang konstan akan terjadi setiap waktu KodtdC=Tanda negatip(-), menunjukkan berkurangnya konsentrasi persatuan waktu t Ko Co Ctataut Ko Co Ctdt Ko dCtoCtCo = = =} }Waktu Paro Adalah waktu yang dibutuhkan suatu zat untuk terurai menjadi separuhnya. Mis Ct = Co KoCoKoCotCo KotCo Co Kott Ko Co Cot Ko Co Ct22 12121 21 = == = = =Ko = mol liter-1detik-1 Contoh reaksi orde nol : Sediaan sediaan suspensi dispersi padatan di dalam cairan Padatan yang tidak larut lar.jenuh Terjadi suatu kesetimbangan zat terlarut dan terdispersi Zat terlarut zat terdispersi Terjadinya pengurangan fase terlarut dan diisi oleh fase yang terdispersi Contoh soal Sebuah resep sediaan cairan aspirin berisi 325 mg/5ml atau 6,5 g/100 ml. kelarutan aspirin pada 25oC adalah 0,33 g/100ml ; maka sediaan itu akan menjadi suspensi. Ramuan lain dalam resep menyebabkan produk yang dibuat mempunyai pH 6,0. Konstanta laju orde pertama untuk penurunan mutu aspirin dalam larutan adalah 4,5 x 10-6detik-1. Hitung konstanta laju orde nol. Tentukan umur resep cairan tersebut, dengan menganggap produk tersebut tetap baik sampai waktu dimana cairan tersebut telah terurai sampai tinggal 90 % dari konsentrasinya mula-mula(yaitu, terurai 10 %) pada 25oC. Jawaban Ko = k x (aspirin dalam larutan) = (4,5 x 10-6detik-1) . (0,33 g/100ml) = 1,5 x 10-6 g/100ml detik-1 | |hari 5,0 detik10 x4,3 ) detik ml g/100 10 x(1,5) ml g/100 (6,5 (0,10)

10 , 051 - 6 -0090= ===kCtReaksi Orde satu Laju reaksi bergantung konsentrasi salah satu pereaksi N2O5=N2O4=1/2O2 Laju reaksi sebanding dengan konsentrasi N2O5 sisa pada setiap saat. ) , , (2 4 2 5 2CO O CN O CN kdtdCA=AAkCdtdC=kt Co CtKt Co Ct ktCoCtdt kdtdCAtoCtCo = = > = =} }ln lnln ln -- - ln303 , 2 /10KtKtCo Cte Ct==303 , 2log logKtCo Ct =x aatkCtCotk==log303 , 2log303 , 2Rx orde satu Dalam persamaan ini konsentrasi berkurang secara eksponensial terhadap waktu. Co t C Log C t Log Co -k/2,303 Jadi konsentrasi dimulai pada saat Co dan berkurang pada saat reaksi berjalan semakin lambat. Dan konsentrasi mendekati harga C apabila waktu menuju tak hingga Waktu paruh orde satu kt693 , 02 1=303 , 2log logKtCo Ct =soal Seorang farmasis menimbang tepat 10 g obat dan dilarutkan dalam 100 ml air. Larutan disimpan pada suhu kamar dan diambil cuplikan larutan itu secara berkala untuk ditentukan kadarnya. Farmasis tersebut memperoleh data berikut : konsentrasi obat (mg/ml) Waktu (jam) 1000 952 904 856 808 7510 7012 Tentukan orde reaksi tersebut orde nol atau orde satu ? Berapakah tetapan laju reaksi (K) tersebut : Berapakah waktu paruh (t ) ? Tentukan persamaan reaksi orde tersebut ? Menentukan orde Reaksi 1. Metode Substitusi Data pengamatan disubstitusikan dalam bentuk integral dari persamaan berbagai orde reaksi. Jika persamaan itu menghasilkan harga k yang konstan dalam batas-batas variasi percobaan, maka reaksi dianggap berjalan sesuai orde tersebut. 2. Metode grafik Plot data dalam bentuk grafik menghasilkan garis lurus. 3. Metode Waktu Paruh 4. Mencari nilai korelasi r dari persamaan y = a + bx Soal 2 Gambarkan data berikut pada kertas grafik semilog dan koordinat rektangular : Waktu (menit) : 1020 40 60 90 120 130 Obat A (mg):96 89 73 57 34 10 2,5 a) Reaksi orde nol atau orde satu ? b) Berapakah tetapan laju reaksi (K) ? c) Berapakah waktu paruh t 1/2 ? d) Tentukan persamaan rekasi orde tersebut ? Soal 3 Seorang farmasis melarutkan obat yang ditimbang tepat sebanyak 10 gram dalam 100 ml air. Larutan disimpan pada suhu kamar dan diambil cuplikan larutan itu secara berkala untuk ditentukan kadarnya. Farmasis tersebut memperoleh data sbb : Konsentrasi obat (mg/ml) Waktu (jam) 100,00 50,04 25,08 12,512 6,2516 3,1320 1,5624 Tentukanlah : Reaksi orde nol atau orde satu ? Berapakah tetapan laju reaksi (K) ? Berapakah waktu paruh t 1/2 ? Tentukan persamaan rekasi orde tersebut ? Reaksi Orde Dua Bila dua molekul bertabrakan Laju reaksi bimolekuler Laju reaksi bergantung pada konsentrasi A dan B, yang masing-masing dipangkatakan satu, sehingga laju peruraian A = laju peruraian B dan sebanding dengan hasil kali konsentrasi reaktan | | | || || | B A kdtB ddtA d==Dx = k (a-x)(b-x) A dan b = konsentrasi awal A dan B X = konsentrasi tiap bagian yang bereaksi pada saat t Dx = laju reaksi Dt Jika a = b Dx/dt = k (a-x)2 x = 0 t = o X=x, t=t kx a axkta adt kx adxt x===} }) () 0 (1) (1) (0 02) (.1x axatk=x/a(a-x) k t Jika A B ) () (log303 , 2x b ax a bb a kaaa a kat2 / 12 / 1.ka1 2 / 12 / 1.12 / 1==kat12 / 1=Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Laju Reaksi 1. Konsentrasi Telah diuraikan dalam teori tumbukan, perubahan jumlah molekul pereaksi dapat berpengaruh pada laju suatu reaksi. Kita telah tahu bahwa jumlah mol spesifik zat terlarut dalam 1 liter larutan dinamakan konsentrasi molar. Bila konsentrasi pereaksi diperbesar dalam suatu reaksi, berarti kerapatannya bertambah dan akan memperbanyak kemungkinan tabrakan sehingga akan mempercepat laju reaksi. 2. Luas Permukaan Sentuhan Suatu reaksi mungkin banyak melibatkan pereaksi dalam bentuk padatan. Misal suatu kubus dengan ukuran panjang, lebar dan tinggi masing-masing 1cm. Luas permukaan kubus bagian depan 1 cm x 1 cm = 1 cm2. Luas permukaan bagian belakang, kiri, kanan, atas dan bawah, masing-masing juga 1cm2 . Jadi luas permukaan seluruhnya 6 cm2. Kemudian kubus tersebut dipecah jadi dua, maka luas permukaan salah satu kubus hasil pecahan tadi adalah 2(1 cm x 1 cm) + 4 (0,5 cm x 1 cm) = 4 cm2. Berarti luas dua kubus hasil pecahan adalah 8 cm2. Apa yang dap at Anda simpulkan mengenai hal ini? Jadi makin kecil pecahan tersebut, luas permukaannya makin besar. 3. Suhu Umumnya kenaikan suhu mempercepat reaksi, dan sebaliknya penurunan suhu memperlambat reaksi. Laju reaksi kimia bertambah dengan naiknya suhu. Laju reaksi ditentukan oleh jumlah tumbukan. Jika suhu dinaikkan, maka kalor yang diberikan akan menambah energi kinetik partikel pereaksi. Sehingga pergerakan partikel-partikel pereaksi makin cepat, makin cepat pergerakan partikel akan menyebabkan terjadinya tumbukan antar zat pereaksi makin banyak, sehingga reaksi makin cepat. Umumnya kenaikan suhu sebesar 100C menyebabkan kenaikan laju reaksi sebesar dua sampai tiga kali. Kenaikan laju reaksi ini dapat dijelaskan dari gerak molekulnya. Molekul-molekul dalam suatu zat kimia selalu bergerak-gerak. Oleh karena itu, kemungkinan terjadi tabrakan antar molekul yang ada. Tetapi tabrakan itu belum berdampak apa-apa bila energi yang dimiliki oleh molekul-molekul itu tidak cukup untuk menghasilkan tabrakan yang efektif. Kita telah tahu bahwa, energi yang diperlukan untuk menghasilkan tabrakan yang efektif atau untuk menghasilkan suatu reaksi disebut energi pengaktifan. RT Ee A K/.=RTEAAK1303 , 2log log =atau A = tetapan, faktor frekwensi Ea= Energi aktifasi R = tetapan gas (1,987 kal/der.Mol) T= suhu mutlak K = laju spesifik Umumnya kenaikan suhu sebesar 100C menyebabkan kenaikan laju reaksi sebesar dua sampai tiga kali. Kenaikan laju reaksi ini dapat dijelaskan dari gerak molekulnya. Molekul-molekul dalam suatu zat kimia selalu bergerak-gerak. Oleh karena itu, kemungkinan terjadi tabrakan antar molekul yang ada. Tetapi tabrakan itu belum berdampak apa-apa bila energi yang dimiliki oleh molekul-molekul itu tidak cukup untuk menghasilkan tabrakan yang efektif. Kita telah tahu bahwa, energi yang diperlukan untuk menghasilkan tabrakan yang efektif atau untuk menghasilkan suatu reaksi disebut energi pengaktifan Energi kinetik molekul-molekul tidak sama. Ada yang besar dan ada yang kecil. Oleh karena itu, pada suhu tertentu ada molekul-molekul yang bertabrakan secara efektif dan ada yang bertabrakan secara tidak efektif. Dengan perkataan lain, ada tabrakan yang menghasilkan reaksi kimia ada yang tidak menghasilkan reaksi kimia. Meningkatkan suhu reaksi berarti menambahkan energi. Energi diserap oleh molekul-molekul sehingga energi kinetik molekul menjadi lebih besar. Akibatnya, molekul-molekul bergerak lebih cepat dan tabrakan dengan dampak benturan yang lebih besar makin sering terjadi. Dengan demikian, benturan antar molekul yang mempunyai energi kinetik yang cukup tinggi itu menyebabkan reaksi kimia juga makin banyak terjadi. Hal ini berarti bahwa laju reaksi makin tinggi4. Katalis Salah satu cara lain untuk mempercepat laju reaksi adalah dengan jalan menurunkan energi pengaktifan suatu reaksi. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan katalis. Katalis adalah zat yang dapat meningkatkan laju reaksi tanpa dirinya mengalami perubahan kimia secara permanen. Katalis dapat bekerja dengan membentuk senyawa antara atau mengabsorpsi zat yang direaksikan. Suatu reaksi yang menggunakan katalis disebut reaksi katalis dan prosesnya disebut katalisme. Katalis suatu reaksi biasanya dituliskan di atas tanda panah, misalnya. 2 KClO3 (g) MnO 2 KCl (s) + 3 O 2 (g) H2 (g) + Cl2 (g) arang 2 HCl (g) Pengaruh katalis terhadap laju reaksi Hidrolisis sukrosa dalam air, pada suhu kamar, walaupun berlangsung dengan penurunan energi bebas, tetapi berlangsung sangat lambat, sehingga dapat diabaikan. Bila konsentrasi ion hidrogen dinaikkan dengan menambah asam, maka reaksi akan berlangsung dengan kecepatan yang tidak dapat diukur. Hidrolisis aspirin ditemukan oleh Edwards, merupakan reaksi orde pertama dan dikatalis oleh ion hidrogen dan hidroksil. Aspirin sangat mudah terhidrolisis di atas pH 10. AspirinAsam salisilat Asam asetat Katalis : suatu zat yang dapat mempangaruhi kecepatan reaksi, tanpa ikut berubah secara kimia pada akhir reaksi. Katalis (-) : menurunkan kecepatan reaksi Mekanisme kerja katalis : - katalis bergabung dengan subtrat, membentuk senyawa kompleks. - kemudian terurai menjadi katalis dan produk S + K S.K K + Produk - Katalis menurunkan Ea dan mengubah mekanisme proses. - Kecepatannya bertambah - Katalis dapat juga bekerja, menghasilkan radikal bebas seperti CH3, yang akan mengadakan reaksi dengan cepat. Reaksi rantai : Proses yang terdiri dari serangkaian reaksi yang melibatkan atom bebas adalah radikal yang berperan sebagai zat perantara. Reaksi rantai dimulai dengan pendahuluan, diakhiri dengan pemutusan rantai tahap terminasi. Katalis (-)/inhibitor pemutus rantai Kerja katalis homogen atau heterogen gas maupun cair Macam-macam katalis 1. Katalis homogen katalis pereaksi berada pada fase yang sama. 2. Katalis asam basa fase cair 3. Katalis heterogen katalis pereaksi membentuk fase terpisah dalam campuran. Katalis dapat berbentuk serbuk padat platina atau dapat juga berupa lapisan pada dinding wadah. Katalis kontak : proses katalis yang terjadi pada permukaan padat : molekul pereaksi terabsorbsi pada tempat-tempat tertentu (pusat aktif) pada permukaan katalis. melemahnya ikatan molekul pereaksi menurunkan Ea 5. Pengaruh cahaya Radiasi cahaya dengan frekwensi yang sesuai dan energi yang cukup akan diserap untuk mengaktifkan molekul rx fotokimia tidak tergantung K tetapan laju reaksi tidak tergantung suhu. Rxfotokimia diikuti oleh reaksi thermal. molekul menyerap satu kuantum energi radiasi bertumbukan dengan molekul lain menaikkan energi kinetiknya suhu akan naik. penyinaran ergosterol dengan UV vit D pemucatan tablet dan cairan karena cahaya matahari penguraian kimiawi - hidrolisis- polimerisasi- isomerisasi - oksidasi - dekarboksilasi - abs Co2dll Hirolisis dan oksidasi dapat terjadi pada waktu yang sama Hidrolisis Penyebab utama kerusakan obat, terutama sediaan larutan air Hidrolisis molekuler reaksi air dengan ester (etil asetat atau amida) prokainamida. Hidrolisis ionik = reaksi ionik antar air dan ion garam asam lemah dan basa lemah. Hidolisis molekuler lebih lambat daripada hidrolisis ionik Reaksi hidrolisis dikatalis oleh (H+) atau OH- dihidrolisis yang dikatalis oleh asam-basa sfesifik furosemid, terhidrolisis dalam suasana asam denag katalis H+ Prokain, dalam suasana basa, katalis OH- dapat juga dikatalisis oleh spesies asam-basa katalis asam basa umum. Usaha penstabilan karena hidrolisis 1. Menekan harga tetapan laju peruraian dan konsentrasi zat yang akan terurai sampai dengan sekecil mungkin. 2. Menyesuaikan pH larutan, dimana senyawa tersebut menunjukkan laju reaksi terendah 3. Kompleksasi menambah yang dapat membentuk kompleks larutan dalam air sehingga menurunkan laju reaksi. mis. Benzokain + kafein bezokain.kafein (kompleks)adanya kofein dapat menurunkan serangan katalis terhadap molekul benzokain dalam larutan air. 4. Menekan larutan menurunkan konsentrasi obat dalam larutan. mis. - suspensi menurunkan jumlah obat yang terdapat dalam latrutan pengurangan jumlah obat yang terhidrolisis. 5. Menghilangkan air 6. Adanya zat aktif permukaan, terutama jika berada diatas CMC karena zar aktif berada di dalam fase misel, sehingga terlindung dari serangan ion H+ dan Ion OH- tergantung dari harga koefisien zat aktif antara fase misel dan fase air. Oksidasi Adalah pelepasan suatu elektron dari suatu molekul atau lepasnya ion hidrogen (hidrogenasi) Oto oksidasi : reaksi yang melibatkan molekul oksigen dan terjadi spontan dalam keadaan atmosfir biasa. Minyak dan lemak mengandung ikatan tidak jenuh. - laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi molekul pengoksidasi tetapi tergantung pada konsentrasi oksigen. Usaha Penstabilan 1. Menghidrogenasi hasil reaksi 2. Menggantikan O2 dengan gas inert N2 kedalam wadah. 3. Penambahan antioksidan asam askorbat dan efinefrin distabilkan dengan gas inert (N2) 4. Mendapar larutan pada pH yang sesuai 5. Menggunakan pelarut bebas logam(mempercepat rx) 6. Menghindari cahaya 7. Menyimpan sediaan pada suhu rendah kelembaban Tingginya tingkat kelembaban mempercepat proses degradasi, juga dipengaruhi oleh suhu dan konsentrasi O2 Degradasi reaksi hidrolisis dan oksidasi adanya O2 dan air. Bila dibandingkan kelembaban 80 % degradasi lebih tinggi. Cara memperoleh kelembaban 75 %, 80%, dan 85% pada suhu 50oC - menggunakan deksikator, dimana yang didalamnya dipasang higrometer, kemudian didalamnya diisi garam-garam sampai jenuh sbb : 75 % NaCl 80 % KCl 85 % KNO3 Ketiga desikator dimasukkan dalam oven 50oC selama 24 jam. Lihat higrometernya,jika telah tercapai 75%, 80% dan 85%, sesuai dengan yang dikehendaki.