prediksi reaksi kimia (anorganik fisik)

Prediksi Reaksi Kimia

Untuk menulis sebuah reaksi sederhana, diperlukan beberapa peraturan yang dapat diandalkan untuk menilai arah dari suatu reaksi kimia. Dan penilaian ini bergantung pada beberapa factor.

-          Jika energy bebas diketahui, tidak ada masalah dalam prediksinya.

-          Jika hanya perubahan entalpi yang diketahui, prediksi biasanya berlaku untuk suhu biasa tetapi jauh kurang dapat diandalkan untuk suhu yang lebih tinggi.

-          Jika reaksi terjadi dalam larutan dan potensial  oksidasi dari spesies yang terlibat diketahui, maka prediksinya relative simple dan potensial demikian dapat mengarah pada kemungkinan reaksi dalam ketiadaan pelarut.

-          Jika konstanta kesetimbangan diketahui, hubungan, G = - RH ln K memberikan perubahan energi bebas.

Atau reaksi pada suhu biasa di mana perubahan entropi tidak diharapkan menjadi besar, kekuatan ikatan relatif dalam reaktan dan produk dapat diperkirakan sebagai panduan untuk jalannya reaksi. Atas dasar tersebut, dapat digunakan aturan ini:

Prinsip 23 ; reaksi cenderung berlangsung dimana orbital ikatan dan electron-elekton yang dapat digunakan bersama  tersedia dan memungkinkan interaksi tarik- menarik antar atom-atom

Dimanapun electron memungkinkan untuk dapat berbagi maka itu selalu berlangsung dengan perubahan energy. Kita mungkin dapat memprediksikan dengan yakin bahwa semua atom yang dimiliki atau orbital luar yangkosong akan bergabung pada batas atau kemampuan dibawah rata-rata baik itu elemen yang sama atau elemen yang berbeda. Hanya elemen-elemen yang atom-atomnya tidak tergabung dibawah kondisi normal adalah atom-atom yang tidak mengandung kekosongan energy luar yang rendah mereka inilah yang disebut unsure –unsur iner atau golongan helium.

Tipe atau reaksi yang sering digunakan sebagi prediksi bergantung pada:

-          Sintesis

Kombinasi langsung dari unsure atau senyawa

-          Subtitusi

Pemindahan satu unsure atau senyawa dari kompleks oleh unsure atau senyawa yang lain.

-          Metatesis

Komposisi rangkap atau pertukaran pasangan.

Sintesis

ketika semua unsure hampir berbeda dalam keelektronegatifitas, ikatan antara dua unsure yang berbeda cenderung selalu polar. Ikatan polara cenderung sangat kuat dari pada ikatan non polar. Ikatan antar dua unsur yang berbeda cenderung sangat kuat rata-rata atau ikatan dalam unsure bebas. Panas pembentukan senyawa binar sangat besar sehingga negative (eksoterm), dan pada umumnya lebih besar perbedaan keelektronegatifitas dan hasil kepolaran ikatan.

Prinsip 24: dua unsure dapat berikatan jika ikatan yang dibentuk lebih kuat dari pada rata-rata ikatan dalam keadaan bebas.

Contohnya reaksi antara Cl₂ dan P. Cl₂ dalam keadaan stabil memiliki energy atomisasi 29 kk/gr atom. Atom fosfor bergabung dalam kumpulan molekul yang  besar dimana tiap-tiap atom bergabung pada 3 ikatan kovalen yang berbeda dimana kekuatan panas atau atomisasinya sekitar 80kk/gr atom. Namun dengan mudah diputus oleh molekuk PCl₃. Panas pembentukan PCl₃ adalah 26 kkal/ek. Perbedaan tetap kecil, jika semua P dan Cl₂ yang atom-atomnya secara terpisah seperti gas yang monoatom, akan bergabung bersama membentuk P_(s) dan Cl_2(g) , atau berikatan membentuk molekul PCl_3.

Ketika atom-atom dalam senyawa masing-masing mempertahankan kekuatan untuk tetap bersama, bentuk senyawa akan menghasilkan ikatak-iktan sangat kuat kuat jika cukup polar. Factor yang sama mempengaruhi tungsten, misalnya, memilki panas atomisasi yang sangat tinggi yang memungkinkan unsure membentuk senyawa polar yang sangat stabil, sehingga energy yang hilang dalam memisahkan atom tungsten sangat besar dari pada pengambilan kembali energy ketika bergabung dengan atom-atom seperti halogen.

Namun ketika unsure-unsur memiliki keelektronegatifitas yang sama, maka ikatan antara unsure-unsur yang berbeda kepolarannya akan lemah dan jika kuat tidak harus sangat kuat dari masing-masing unsure. Misalnya, pada oksida-oksida dari N tidak dengan mudah terbentuk dengan perbandingan yang mana tidak stabil. Panas pembentukan mengikuti NO = 21,6 ; NO₂ = 8,1 ; N₂O =19,5 ; N₂O₃ = 20,00 ; N₂O₄ = 2,30 ; dan N₂O₅ = 3,6 kkal/mol.

Prinsip 25. Dua molekul atau ion cenderung bergabung jika satu pasang electron luar dapat dibagikan dengan atom yang mempunyai orbital kosong.

Paada reaksi dengan nomor atom yang sangat besar diketahui tipe reaksinya. Hal ini mencakupi susunan linear semua molekul pada penambahan komponen, bergabungnya dua komponen sederhana membentuk komponen komples, dan polirimesasi adisi ( tipe ini berlansung dengan penambahan molekul bersama, tanpa adanya spiliting beberapa psroduk lain). Prinsip ini lebih mengarah pada penggabungan yang relative stabil.

Contoh

                        CaO + SO₃ → CaSO₄

CaO merupakan unsure yang sangat stabil, dengan panas atomisasi 254 kkal/mol. Namun dengan memiliki parsial negative yang relative tinggi, sehingga O pada CaO termasuk potensial donor yang baik. Tiga O yang terikat pada S, memiliki kemampuan donor yang kurang, namun cukup untuk membiarkan S terikat pada CaO. Akibatnya, O negative berikatan dengan S membentuk SO₄. Panas pembentukan standar CaSO₄ adalah 342 kkal/mol, berbeda dengan CaO 152kkal/mol, dan SO₃ 95kkal/mol, jika dijumlahkan hanya 247 kkal/mol.

Pada umumnya semua oksida bermuatan negative efektif sebagai donor yang mana menyediakan electron untuk aseptor. Aseptor harus memiliki daya tarik electron-elektron yang tinggi dari pada atom positif pada oksida donor. Misalnya, Na (muatan 0,40) dalam NaO₂ untuk menerima electron dari O pada CaO akan lebih tertarik ke arah Ca karena Ca memilki muatan 0,57 sehingga memiliki daya tarik yang kuat dari Na. di samping itu tidak aka nada penggabungan dua oksida seperti pada N₂O₅ dan SO₃ karena tak ada satupun O yang cukup negative sebagai pendonor yang efektif.

Akhirnya, diakui oksida amfoter seperti air dapat berperan sebagai donor dan aseptor dalam suatu reaksi, bergantung pada karakter oksida lain. Reaksi ini cenderung terjadi antara halide(khususnya F) dan sufida, dengan sulfide sebagai logam dan halide non-logam. Contohnya, pada pembentukan kompleks halide dan sulfide.

                       

CaCl₂ + 6 H₂O → CaCl₂.6H₂O

Reaksi jenis ini tergantung pada kemampuan O pada air untuk memberikan electron-elektron, lebih baik dari pada ion klorida, dengan asumsi sebelumnya O memilki pasangan electron lebih banyak dari pada ion klorida. Molekul air dapat berikatan dengan ion kalsium. Reaksi yang serupa tidak akan berlangsung dengan kcl karena K dengan ukuran yang besar dan muatan inti yang lemah, sehinggga kurang efektif sebagai pengikat electron-elektron.

Semua reaksi sintesis dan adisin berlangsung dengan pengurangan entropi dan karena itu kurang mampu berlangsung dengan penambahan suhu. Pada suhu tinggi dimana entropi melampaui entalpi, sehingga lebih cenderung terjadi reaksi dekomposisi.

Substitusi

Hubungan antara kepolaran ikatan dan kekuatan ikatan dapat digunakan hanya pada perkiraan umum karena mengabaikan factor lain seperti tataan ikatan dan panjang ikatan. Sehingga, prinsip ini dapat digunakan sepenuhnya ketika factor lain tidak bervariasi secara luas. Khususnya, kekuatan keelektronegatifitas suatu unsure jika besar maka akan cenderung bermuatan negative yang tinggi. Pada dasarnya, deskripsi prinsip ini cenderung ke kekuatak keelektronegatifitas untuk pergantian unsure yang memiliki keelektronegatifitas lemah dari komponen tersebut dengan peenyedia elektron. Tingkat kekuatan keelektronegatifitas dapat dilihat pada: I<Br<Cl<F. atau dengan konversi lain yaitu hidrida, sulfide, bromide, nitride, dan iododa dengan pemanasan dalam air.

Prinsip 26. Sebuah elemen cenderung berpindah ke lain dari sebuah senyawa jika lebih dari 1 ikatan polar di hasilkan.

Secara tidak langsung prinsip ini mendeskripsikan pertukaran tempat antara logam kurang aktif dengan logam sangat aktif. Sebagai contoh, Na dapat mengganti Al dari pada Cl dan, lebih banyak dan sangat mudah mengganti H dari air. Namun ini hanya telihat menyiratkan aksi positif dari Na. hal ini sangat akurat untuk mengenali kecenderungan perwujudan dari kaporit dan O untuk memiliki muatan negative yang tinggi.

Metatesis

Metatesis disebabkan ikatan polar yang biasanya merupakan ikatan yang paling kuat. Hal ini harus memenuhi: (1) ikatan polar yang paling banyak adalah tidak harus sangat kuat meskipun sering kali sangat kuat, (2)reaksi tidak harus terjadi pada ikatan yang paling kuat atau senyawa paling stabil, karena terkadang energy bebas dapat dilepaskan ketika senyawa sangat stabil dan senyawa yang kurang stabil terjadi pertukaran muatan untuk membentuk dua senyawa baru dengan kestabilan antara namun di atas rata-rata dari reaktan. Namun kaidah ini sangat bermanfaat meskipun terbatas untuk banyak jenis muatan kimia yang sangat penting.

Prinsip 27. Kecenderungan yang besar adalah  untuk reaksi-reaksi metatesis untuk membantu susunan dari kebanyakan ikatan polar.

Beberapa contoh sintesis senyawa organologam dari halide dengan logam-logam yang sangat elektronegatif dan senyawa organologam dengan logamyang sangat aktif.

HgCl₂ +2CH₃MgCl → Hg(CH₃) + 2MgCl₂

Ikatan yang sangat polar terdapat antara Mg dan Cl, dengan muatan Cl -0,17 dalan HgCl₂ dan -0,34 dalam MgCl₂. Hidrolisis senyawa binary ini umum, non logam dengan elektronegatif rendah nonlogam atau logam.

NaH + H₂O → 2NH₃ + NaOH

Osigen adalah unsure dengan elektronegatif sangat besar menjadi sangat negative dalam OH^- (-0,67) dari pada dalam H₂O (-0,25). Ikatan Mg-O sangat polar.

Mg₃N₂ + 6H₂O → 2NH₃ + 3Mg(OH)₂