Reaksi dan Difusi

Penelitian tentang efektivitas mekanisme reaksi dalam sintesis suatu material, sampai saat ini terus berkembang. Seiring dengan berkembangnya berbagai metode reaksi yang diterapkan, mekanisme reaksi yang terjadi semakin efektif.

Efektivitas suatu reaksi ditandai dengan terjadinya interaksi antar spesi yang bereaksi untuk membentuk suatu senyawa yang kita inginkan. Telah kita ketahui bahwa, suatu reaksi melibatkan dekomposisi dan rekombinasi dari molekul-molekul yang saling bereaksi. Hal ini telah diungkapkan oleh John Dalton, dalam hukum kekekalan massa-nya bahwa atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat mengalami pemisahan dan atau kombinasi dan atau penyusunan ulang.

Interaksi antar-spesi, yang berupa tumbukan, dapat terjadi jika spesi-spesi tersebut bertumbukan satu sama lain. Tumbukan melibatkan energi kinetik yang berasal dari gerakan partikel. Oleh karena itu, spesi tersebut harus terus bergerak agar dapat bertumbukan.

Reaksi dapat mudah kita amati ketika senyawa terkandung dalam materi cair. Pada permulaan kita belajar kimia, reaksi yang disajikan, pada umumnya adalah reaksi dalam fase cair. Kita telah mempelajari berbagai reaksi, khusus reaksi-reaksi anorganik, yang melibatkan perubahan warna yang sangat indah.

Dalam wujud larutan, tumbukan antar-spesi yang pada umumnya adalah ion, dapat terjadi dengan intensitas yang cukup tinggi. Konsentrasi zat dalam larutan tentu mempercepat terjadinya reaksi. Metode larutan banyak digunakan dalam berbagai sintesis senyawa anorganik, khususnya dalam sintesis kerangka logam-organik (atau metal organic framework) yang dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang seperti, pemisahan gas, bahan bakar, penyimpanan air, sensor dan sebagainya. Dalam larutan, ion-ion dalam bergerak dengan mediasi pelarutnya.

Berbeda dengan reaksi-reaksi yang hanya melibatkan padatan. Salah satu reaksi yang hanya melibatkan padatan adalah reaksi antara α-glisin dan asam malonat dalam sintesis glisinium semi-malonat. Kedua pereaksi yang merupakan padatan organik direaksikan menggunakan metode mekanosintesis. Metode ini melibatkan perlakuan secara mekanik yang dikenal dengan cara grinding. Lantas bagaimana spesi-spesi yang terkandung dalam kedua pereaksi dapat bertumbukan jika keduanya dalam wujud padat?

Telah kita ketahui dalam penjelasan di awal bahwa reaksi terjadi jika ada tumbukan antar-partikel pereaksi. Reaksi dengan menggunakan metode sintesis apa pun selalu melibatkan tumbukan. Salah satu konsep yang perlu diketahui dalam mempelajari gerakan partikel dalam senyawa adalah konsep difusi (bisa difusi ion atau materi). Difusi yang telah jamak kita ketahui adalah difusi partikel materi dalam wujud gas dan cair.

Berbeda dengan materi gas atau cair, difusi partikel dalam wujud padatan sangat lamban sehingga sulit diamati. Kelambanan inilah yang menyebabkan reaksi padatan terjadi pada temperatur tinggi. Kecepatan pergerakan ion dalam padatan dapat dipahami karena mekanisme migrasinya dan energi penghalang dari pergerakanya. Secara umum, cacat kristal ionik berpengaruh terhadap kecepatan difusi ion-ionnya. Material yang dapat menunjukkan kecepatan difusi ion yang tinggi pada temperatur sedang mempunyai karakteristik berikut ini.

1. Energi penghalang yang rendah.

2. Muatan rendah dan jari-jari atom yang kecil. Semakin tinggi muatan ion menyebabkan interaksi electrostatic semakin kuat dan lebih sulit bergerak

3. Konsentrasi cacat krital ionik yang tinggi. Cacat kristal ionik menyediakan jalur-energi-rendah untuk difusi melalui struktur.

4. Ion-ion yang bergerak (mobile ions) berada dalam proporsi yang signifikan terhadap jumlah total ion.

Beberapa mekanisme difusi untuk ion atau atom dalam padatan sebagai berikut.

a. Dua atom atau ion bertukar posisi.

b. Ion lompat dari pinjakan normalnya dalam struktur ke titik cacat yang berupa ruang yang dapat diisi dengan pergerakan ion dari titik lain.

c. Ion lompat antar dua titik cacat yang berbeda.

d. Ion atau atom bergerak dari titik normal ke ruang kosong sehingga dapat menghasilkan titik kosong.


Bacaan Lanjutan

I. A. Turmanov, A. A. Lq. Michalchuk, A.A. Politov, E. V. Boldyreva, & V.V Boldyrev. Inadvertent liquid assited grinding: a key to “dry” organic mechano-co-crystallization, CrystEngComm. 2017

Raymond Chang. Chemistry 10th edition. 2010.  McGraw Hill

Shiver & Atkins. Inorganic Chemistry. W.H Freeman and Company, New York

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s