Kemolekularan

Dalam bidang kimia, kemolekularan (molecularity, juga Mal. molekulariti atau Ind. molekularitas) merujuk kepada bilangan molekul yang ada bersama-sama bertindak balas dalam tindak balas asas (dalam satu langkah)^[1] dan sama dengan jumlah pekali stoikiometrik reaktan dalam tindak balas asas ini.^[2] Tindak balas ini bersifat unimolekular, bimolekular atau trimolekular bergantung kepada berapa banyak molekul yang datang bersama.

Urutan kinetik sebarang tindak balas atau tindak balas asas bersamaan dengan molekulnya, dan persamaan kadar rekasi asas dapat ditentukan oleh pemeriksaan daripada molekul.

Walau bagaimanapun, tindak balas kinetik kompleks tidak dapat disamakan dengan kemolekularan kerana molekul hanya menghuraikan tindak balas atau langkah asas.

Tindak balas unimolekular

Dalam suatu tindak balas unimolekuler, suatu molekul tunggal menata ulang atom-atomnya sehingga membentuk molekul yang berbeza.^[1] Tindak balas ini diilustrasikan melalui persamaan

${\displaystyle {\ce {A -> P}}}$

dan dijelaskan oleh hukum kelajuan pertama

${\displaystyle {\frac {d\left[{\ce {A}}\right]}{dt}}=-k_{r}\left[{\ce {A}}\right]\ ,}$

di mana [A] ialah konsentrasi spesies A, t ialah waktu, dan k_r merupakan pemalar kelajuan tindak balas.

Seperti dapat disimpulkan dari persamaan hukum laju, jumlah molekul A yang meluruh sebanding dengan jumlah molekul A yang ada. Contoh Tindak balas unimolekuler, adalah isomerisasi siklopropana menjadi propena:

Tindak balas unimolekuler dapat dijelaskan oleh mekanisme Lindemann-Hinshelwood

Tindak balas bimolekul

Dalam suatu tindak balas dwimolekul, dua molekul bertumbukan dan saling bertukar tenaga, atom atau gugusan masing-masing.^[1]

Tindak balas ini dapat dijelaskan melalui persamaan

${\displaystyle {\ce {A + B -> P}}}$

yang merujuk pada tindak balas hukum kedua: ${\displaystyle {\frac {d[{\ce {A}}]}{dt}}=-k_{r}{\ce {[A][B]}}}$.

Di sini, kelajuan tindak balas ini setaraf dengan kelajuan ketika reaktan berada bersama. Contoh dari Tindak balas bimolekular adalah substitusi nukleofilik jenis S_N2 pada metil bromida oleh ion hidroksida:^[3]

${\displaystyle {\ce {CH3Br + OH^- -> CH3OH + Br^-}}}$

Tindak balas dimolekularkan

Suatu tindak balas dimolekulkan^[4][5] (atau trimolekul)^[6] dalam larutan atau campuran gas melibatkan tiga molekul reaktan yang bertembung secara serentak.^[4] Namun istilah termolekuler juga digunakan untuk merujuk pada tiga tindak balas asosiasi spesi pada jenis tersebut

${\displaystyle {\ce {A + B ->[{\ce {M}}] C}}}$

Di mana M di atas anak panah menandakan bahawa untuk menjimatkan tenaga dan momentum reaksi kedua dengan badan ketiga diperlukan. Selepas perlanggaran bimolecular permulaan A dan B, satu reaksi yang terinspirasi secara menengah dibentuk, maka, ia bertembung dengan tubuh M, dalam reaksi bimolekular kedua, memindahkan tenaga berlebihan kepadanya..^[7]

Tindak balas diatas dapat dijelaskan dalam dua urutan Tindak balas:

${\displaystyle {\ce {A + B -> AB}}^{*}}$

${\displaystyle {\ce {AB}}^{*}{\ce {+ M -> C + M}}}$

Tindak balas ini sering memiliki keadaan kebergantungan tekanan dan suhu peralihan antara kinetik kedua dan ketiga.^[8]

Perbezaan antara kemolekularan dan hukum tindak balas

Penting untuk membezakan kemolekularan dari hukum tindak balas. Hukum tindak balas ialah kuantiti empiris yang ditentukan oleh eksperimen dari hukum laju tindak balas. hukum tindak balas merupakan jumlah eksponen dalam persamaan hukum laju.^[9] Molekulular, di sisi lain, disimpulkan dari mekanisme tindak balas unsur, dan hanya digunakan dalam konteks tindak balas unsur. Kemolekularan merupakan jumlah molekul yang berperanan dalam tindak balas ini.

Perbezaan ini dapat diilustrasikan pada tindak balas antara nitrat oksida dan hidrogen:

${\displaystyle {\ce {2NO + 2H2 -> N2 + 2H2O}}}$.^[10]

Hukum laju yang teramati adalah ${\displaystyle v=k{\ce {[NO]^2[H2]}}}$ sehingga tindak balas memiliki hukum ketiga. Kerana ia tidak sama dengan jumlah koefisien stoikiometri reaktan, Tindak balas tersebut melibatkan lebih dari satu tahap. Mekanisme dua-tahap yang diajukan^[10] iaitu.

${\displaystyle {\ce {2 NO + H2 -> N2 + H2O2}}}$

${\displaystyle {\ce {H2O2 + H2 -> 2H2O}}}$

Di sisi lain, kemokularan tindak balas ini tidak ditakrifkan, kerana ini melibatkan mekanisme lebih dari satu tahap. Namun, kemolekularan tindak balas unsur individu yang membentuk mekanisme ini dapat dipertimbangkan sebagai berikut:

Tahap pertama bersifat termolekular kerana ia melibatkan tiga molekul reaktan, sedangkan tahap kedua adalah bimolekular kerana melibatkan dua molekul reaktan.

Lihat juga

• Hukum tindak balas
• Malar kelajuan tindak balas
• Stoikiometri
• Kemolaran

Rujukan

1. Atkins, P.; de Paula, J. Physical Chemistry. Oxford University Press, 2014
2. Temkin, O. N. State-of-the-Art in the Theory of Kinetics of Complex Reactions. In Homogeneous Catalysis with Metal Complexes: Kinetic Aspects and Mechanisms, John Wiley and Sons, ltd, 2012
3. Morrison R.T. and Boyd R.N. Organic Chemistry (4th ed., Allyn and Bacon 1983) p.215 ISBN 0-205-05838-8
4. J.I. Steinfeld, J.S. Francisco and W.L. Hase Chemical Kinetics and Dynamics (2nd ed., Prentice Hall 1999) p.5, ISBN 0-13-737123-3
5. IUPAC Gold Book: Molecularity
6. Salah satu buku teks yang memuat baik termolekuler dan trimolekuler sebagai nama alternatif adalah J.W. Moore dan R.G. Pearson, Kinetics and Mechanism (3rd ed., John Wiley 1981) p.17, ISBN 0-471-03558-0
7. Teks yang membahas malar kelajuan tindak balas termolekular
8. Definisi IUPAC mengenai Ekspresi Troe, suatu ekspresi semiempiris untuk reaksi termolekuar malar laju
9. Rogers, D. W. Chemical Kinetics. In Concise Physical Chemistry, John Wiley and Sons, Inc. 2010.
10. Keith J. Laidler, Chemical Kinetics (3rd ed., Harper & Row 1987), p.277 ISBN 0-06-043862-2