TEORI TUMBUKAN

Menurut teori tumbukan, suatu berlangsung terjadi akibat adanya tumbukan antar pereaksi/reakta. Untuk memahami pengertian teori tumbukan ini, mari kita simak pendahuluannya.

Walau ada sedikit pengecualian, laju reaksi meningkat dengan meningkatnya suhu. Sebagai contoh waktu yang diperlukan untuk merebus telur pada 100^oC (sekitar 10 menit) lebih singkat dibandingkan pada 80^oC (sekitar 30 menit). Sebaliknya, cara yang lebih efektif untuk mengawetkan makanan adalah dengan menyimpannya pada suhu di bawah nol, yang akan memperlambat laju pembusukan oleh bakteri. Untuk menjelaskan perilaku ini kita harus mengetahui reaksi dimulai pada awalnya.

Teori kinetik molekul gas menyatakan bahwa molekul gas sering bertumbukan satu dengan lainnya. Jadi sangat masuk akal jika kita menganggap, dan biasanya benar,bahwa reaksi kimia berlangsung sebagai akibat dari tumbukan antara molekul-molekul yang bereaksi. Dari segi teori tumbukan dari kinetika kimia, maka kita perkirakan laju reaksi akan berbanding lurus dengan banyaknya tumbukan molekul per detik atau berbanding lurus dengan frekuensi tumbukan molekul:

Hubungan yang sederhana ini menjelaskan ketergantungan laju reaksi terhadap konsentrasi.

Kita asumsikan reaksi molekul A dengan molekul B membentuk suatu produk. Misalkan setiap molekul produk terbentuk lewat penggabungan langsung satu molekul A dan satu molekul B. Jika kita lipatgandakan konsentrasi A misalnya, jumlah tumbukan A-B juga akan berlipaat ganda, sebab dalam volume berapa punakan ada dua kali lebih banyak molekul A yang dapat bertumbukan dengan molekul B. Akibatnya, laju akan meningkat 2 kali. Sama halnya, melipatgandakan molekul B akan meningkatkan laju menjadi dua kali. Jadi,kita dapat menyatakan laju dengan

Laju = k [A][B]

Reaksi ini adalah reaksi orde pertama terhadap A maupun B sehingga orde total reaksi adalah 2.

Teori tumbukan secara intuitif cukup menarik tetapi hubungan antara laju dan tumbukan molekul lebih rumit dibandingkan yang Anda duga. Implikasi dari teori tumbukan adalah bahwa suatu reaksi selalu terjadi bila satu molekul A dan satu molekul B bertumbukan. Namun demikian tidaksemua tumbukan menghasillkan reaksi. Perhitungan berdasarkan teori kinetik molekul menunjukan bahwa pada tekanan biasa (misalnya 1 atm) dan suhu biasa (misalnya 25^oC atau 298 K), terdapat sekitar 1 x 10²⁷ tumbukan biner (tumbukan antara dua molekul) dalam volume 1 mL setiap detik, dalam fasa gas. Jumlah tumbukan perdetik yang terjadi dalam cairan lebih banyak lagi. Jika setiap tumbukan biner menghasilkan produk maka sebagian besar reaksi akan selesai dalam sekejap saja. Pada praktiknya, kita temukan bahwa laju reaksi sangat beragam. Ini berarti bahwa dalam banyak hal, tumbukan bisa saja tidak menjamin bahwa suatu reaksi akan berlangsung.

Setiap molekul yang bergerak memiliki energi kinetik. Semakin cepat gerakannya,semakin besar energi kinetiknya diubah menjadi energi vibrasi. Jika energi kinetik awalnya besar,molekul yang bertumbukan akan bergetar kuat sehingga memutuskan berapa ikatan kimianya. Putusnya ikatan merupakan langkah pertama ke pembentukan produk. Jika energi kinetik awalnya kecil, molekul hanya akan terpental tetapi masih utuh. Dari segi energi tumbukan minimum yang harus tercapai agar reaksi terjadi.

Kita postulatkan bahwa, untuk bereaksi,molekul yang bertumbukan harus memiliki energi kinetik total sama dengan atau lebih besar daripada energi aktivasi (activation energy, Ea), yaitu jumlah energi minimum yang diperlukan untuk mengawali reaksi kimia. Apabila energinya lebih kecil daripada energi aktivasi, molekul tetap utuh, dan tidak ada perubahan akibat tumbukan. Spesi yang terbentuk sementara oleh molekul reaktan sebagai akibat tumbukan sebelum membentuk produk dinamakan kompleks teraktifkan (activated complex, atau juga dinamakan keadaan transisi).

Gambar di bawah ini menunjukan dua profil energi potensial yang berbeda untuk reaksi

A + B → C + D

energi potensial:
(a) eksotermik dan (b) endotermik

Jika produk lebih stabil dibandingkan reaktan, maka reaksi akan diiringi dengan pelepasan kalor. Dengan kata lain,reaksinya eksotermik (lihat gambar ‘reaction progress (a)’ di atas). Sebaliknya, jika produk kurang stabil dibandingkan reaktan, maka kalor akan diserap darilingkungannya oleh campuran yang bereaksi dan reaksinya bersifat endotermik (lihat gambar ‘reaction progress (b)’ di atas). Dalam kedua kasus kita memplotkan energi potensial dari sistem yang bereaksi terhadap tahapan reaksi. Secara kualitatif,kedua plot ini menunjukan perubahan energi potensial sewaktu reaktan diubah menjadi produk.

Kita dapat membayangkan energi aktivasi sebagai penghalang yang mencegaah molekul yang kurang berenergi untuk bereaksi. Karena jumlah molekul reaktan dalam reaksi biasa sangat banyak, maka kecepatan, dan dengan demikian juga energi kinetik molekul, juga sangat beragam. Umumnya, hanya sebagian kecil molekul yang bertumbukan, yaitu molekul dengan gerakan yang paling cepat, yang memiliki energi kinetik yang cukup untuk melampaui energi aktivasi. Dengan demikian, molekul-molekul ini dapat terlibat dalam reaksi.

Demikian tulisan mengenai teori tumbukan. Semoga bermanfaat….