Reaksi metatesis

{\overset {+1}{\color {Orange}{\ce {Ag}}}}{\overset {-1}{\color {Blue}{\ce {NO3}}}}+{\overset {+1}{\color {Green}{\ce {H}}}}{\overset {-1}{\color {Magenta}{\ce {Cl}}}}\rightarrow {\overset {+1}{\color {Green}{\ce {H}}}}{\overset {-1}{\color {Blue}{\ce {NO3}}}}+{\overset {+1}{\color {Orange}{\ce {Ag}}}}{\overset {-1}{\color {Magenta}{\ce {Cl(v)}}}}

Reaksi metatesis, terkadang disebut sebagai reaksi pertukaran ganda, reaksi penggantian ganda, atau reaksi dekomposisi ganda, adalah suatu reaksi kimia yang melibatkan pertukaran ikatan antara dua spesi kimia yang tak-saling bereaksi yang menghasilkan pembentukan produk dengan jenis ikatan yang sama.^[1] Reaksi ini digambarkan melalui skema berikut:

A-B + C-D → A-D + C-B

Suatu reaksi metatesis melibatkan pertukaran dua gugus atau ion di antara reaktan.^[2] Ikatan antara spesi-spesi yang bereaksi dapat bersifat ionik maupun kovalen. Biasanya, reaksi ini menghasilkan suatu produk tak-larut dari reaktan yang larut. Produk ini disebut sebagai endapan.

Dalam literatur lama, istilah dekomposisi ganda sering dijumpai. istilah dekomposisi ganda digunakan secara lebih spesifik ketika terdapat setidaknya satu zat yang tidak larut dalam pelarut, seperti ligan atau pertukaran ion yang berlangsung pada reaktan fasa padat. Reaksi ini digambarkan dalam skema berikut:

AX(aq) + BY(s) → AY(aq) + BX(s).

Reaksi metatesis merupakan teknik yang umum bagi pertukaran ion lawan. Pemilihan reaktan dalam reaksi ini ditentukan melalui diagram kelarutan atau energi kisi. Teori HSAB dapat pula digunakan untuk memprediksi produk dari reaksi metatesis ini.^[3]

Aturan kelarutan

Untuk menentukan apakah reaksi metatesis terjadi atau tidak maka perlu diketahui apa jenis senyawa ionik yang membentuk endapan. Dari sini, digunakan aturan kelarutan, yang umum digunakan untuk memprediksi senyawa ionik mana yang larut dan mana yang tak larut. Tabel berikut mencantumkan beberapa aturan kelarutan yang umum.^[4]^[5]

Umumnya larut dalam air	Pengecualian
Seluruh senyawa Li⁺, Na⁺, Rb⁺, Cs⁺, dan NH₄⁺	Tidak ada
Seluruh senyawa ${\ce {NO3^-}}$ dan ${\ce {CH3COO-}}$	Tidak ada
Senyawa Cl^-, Br^-, dan I^-	Ag⁺, Hg₂²⁺, dan Pb²⁺
Senyawa ${\ce {SO4^2-}}$	Hg₂²⁺, Pb²⁺, Sr²⁺, dan Ba²⁺
Umumnya tak larut dalam air	Pengecualian
Senyawa ${\ce {CO3^2-}}$ dan ${\ce {PO4^3-}}$	Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺, dan NH₄⁺
Senyawa OH^-	Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺, dan NH₄⁺

Jika suatu senyawa mampu larut, maka digunakan label (aq), menandakan bahwa senyawa tersebut terlarut. Jika senyawa tersebut tak larut, maka digunakan label (s), menandakan bahwa senyawa tersebut mengendap keluar dari larutan tersebut. Jika seluruhnya larut, maka tidak ada reaksi yang diharapkan.

Sebagai contoh, reaksi metatesis antara natrium sulfat dan stronsium klorida. Aturan kelarutan menyatakan bahwa seluruh senyawa natrium larut dan semua senyawa klorida ionik larut kecuali Ag⁺, Hg₂²⁺, dan Pb²⁺. Karenanya, Na₂SO₄ dan SrCl₂ keduanya larut. Produk yang mungkin dari reaksi ini adalah NaCl dan SrSO₄. Apabila ditinjau lebih lanjut, NaCl, dengan aturan yang sama, bersifat larut, sementara SrSO₄ bersifat sebaliknya (sebagaimana aturan kelarutan, semua senyawa sulfat larut, kecuali Sr²⁺). Karena itu, dapat diprediksi bahwa senyawa tersebut tidak larut—dalam bentuk endapan. Dari analisis tersebut, maka dapat disimpulkan bahwa reaksi dapat terjadi, dan persamaan reaksinya dapat ditulis sebagai:^[6]

Na₂SO₄ (aq) + SrCl₂ (aq) → 2NaCl (aq) + SrSO₄ (s)

Jenis reaksi

Reaksi pengendapan

Pembentukan kromium trioksida dari reaksi antara kalium dikromat dan asam sulfat.

Reaksi pengendapan terjadi ketika dua senyawa ionik terlarut di dalam air dan membentuk suatu senyawa ionik baru yang tak larut; senyawa baru ini keluar dari larutan sebagai endapan padat. Pembentukan endapan padat merupakan penanda bahwa reaksi tersebut berlangsung. Sebagai contoh, reaksi antara kalium dikromat dengan asam sulfat yang menghasilkan endapan merah kromium trioksida:^[7]^[8]

H₂SO₄(aq) + K₂Cr₂O₇(aq) → 2 CrO₃(s) + K₂SO₄(aq) + H₂O(l)

Reaksi metatesis terkadang digunakan untuk memperoleh garam yang larut dalam pelarut organik. Sebagai contoh, berikut adalah ilustrasi pengubahan natrium perenat menjadi garam tetrabutilamonium:^[9]

NaReO₄ + N(C₄H₉)₄Cl → N(C₄H₉)₄[ReO₄] + NaCl

Garam tetrabutilamonium mengendap dari larutan berair tersebut. Garam ini larut dalam diklorometana.

Kompleks logam dapat dialkilasi melalui reaksi metatesis garam. Sebagai contoh adalah metilasi titanosena diklorida untuk menghasilkan pereaksi Petasis:^[10]

(C₅H₅)₂TiCl₂ + 2 ClMgCH₃ → (C₅H₅)₂Ti(CH₃)₂ + 2 MgCl₂

Produk garam yang dihasilkan umumnya mengendap dari pelarut reaksi.

Reaksi netralisasi

Reaksi netralisasi merupakan jenis reaksi pertukaran ganda. Reaksi ini terjadi ketika suatu asam bereaksi dengan basa pada jumlah yang setimbang. Reaksi ini biasanya menghasilkan larutan garam dan air.^[11] Sebagai contoh, asam klorida bereaksi dengan natrium hidroksida untuk menghasilkan natrium klorida dan air:^[12]

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Reaksi pembentukan gas

Reaksi antara soda kue (natrium bikarbonat) dan cuka (asam asetat), menghasilkan gelembung gas karbon dioksida

Reaksi antara asam dan suatu karbonat atau bikarbonat selalu menghasilkan asam karbonat sebagai produk, yang secara spontan terurai menjadi gas karbon dioksida dan air.^[13] Pelepasan gas karbon dioksida dari campuran reaksi dapat diamati dengan timbulnya gelembung udara. Sebagai contoh, reaksi "gunung berapi" yang umum dilakukan dalam demo kimia saat pameran ilmiah, yang melibatkan asam asetat dengan natrium bikarbonat:

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + CO₂ + H₂O

Reaksi reduksi-oksidasi

Dalam reaksi metatesis redoks, suatu atom logam dalam senyawaan (atau dalam larutan) mengalami reduksi atau oksidasi. Sebagai contoh, reaksi antara tembaga dan asam nitrat pekat yang menghasilkan tembaga(II) nitrat, nitrogen dioksida dan air.^[8]

Cu(s) + 4HNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2NO₂ + H₂O(l)

Dalam reaksi di atas, tembaga mengalami oksidasi dari bilangan oksidasi 0 menjadi +2. Contoh lainnya adalah reaksi kalium dikromat dalam suasana asam klorida pekat yang menghasilkan larutan kromium(III) klorida, kalium klorida, gas klorin dan air.^[14]

K₂Cr₂O₇(aq) + 14HCl(aq) → 2CrCl₃(aq) + 2KCl(aq) + 3Cl₂(g) + 7H₂O(l)

Dalam reaksi ini, kromium mengalami reduksi dari bilangan oksidasi +6 menjadi +3. Persamaan redoks dari reaksi di atas digambarkan sebagai berikut:^[15]

{\ce {Cr2O7^2- + 14H3O+ + 6e^- -> 2Cr^3+ + 21H2O}}\ (\epsilon _{0}=1{,}33\mathrm {V} )

Lihat pula

Referensi

^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, edisi ke-2 ("Buku Emas") (1997). Versi koreksi daring: (2006–) "metathesis"..
^ Kolby, Jeff (2016). ACT Prep Course: The Most Comprehensive ACT Book Available (dalam bahasa Inggris). Nova Press. hlm. 550. ISBN 9781944595074.
^ Pearson, Ralph G. (1963). "Hard and Soft Acids and Bases". Journal of the American Chemical Society (dalam bahasa Inggris). 85 (22): 3533–3539. doi:10.1021/ja00905a001.
^ Yoder, Claude H. (2007). Ionic Compounds: Applications of Chemistry to Mineralogy (dalam bahasa Inggris). John Wiley & Sons. hlm. 155. ISBN 9780470075098.
^ Reger, Daniel L.; Goode, Scott R.; Ball, David W. (2009). Chemistry: Principles and Practice (dalam bahasa Inggris). Cengage Learning. hlm. 144. ISBN 9780534420123.
^ Schmitz, Andy. "Types of Chemical Reactions: Single- and Double-Displacement Reaction". Beginning Chemistry (v. 1.0) (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 22 Januari 2016.
^ "Chromium trioxide". Chemicalland21.com (dalam bahasa Inggris). AroKor Holdings Inc. Diakses tanggal 15 Juni 2014.
^ ^a ^b H. Wayne Richardson (2005). "Copper Compounds". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (dalam bahasa Inggris). Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a07_567.
^ J. R. Dilworth, W. Hussain, A. J. Hutson, C. J. Jones, F. S. Mcquillan (1997). "Tetrahalo Oxorhenate Anions". Inorganic Syntheses (dalam bahasa Inggris). 31: 257–262. doi:10.1002/9780470132623.ch42.
^ Payack, J. F.; Hughes, D. L.; Cai, D.; Cottrell, I. F.; Verhoeven, T. R. (2002). "Dimethyltitanocene". Org. Synth. 79: 19.
^ Steven S. Zumdahl (2009). Chemical Principles (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-6). New York: Houghton Mifflin Company. hlm. 319–324.
^ Skoog, D.A; West, D.M.; Holler, J.F.; Crouch, S.R. (2004). "Bab 14, 15 dan 16". Fundamentals of Analytical Chemistry (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-8). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0-03-035523-0.
^ de Marothy, S. A. (2013). "Autocatalytic decomposition of carbonic acid". Int. J. Quantum Chem. (dalam bahasa Inggris). 113 (20): 2306–2311. doi:10.1002/qua.24452. Diakses tanggal 19 Januari 2015.
^ Clark, David (2004). General Chemistry (dalam bahasa Inggris). Jones & Bartlett Learning. hlm. 37. ISBN 9781890369224.
^ Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). "Chromium". Lehrbuch der Anorganischen Chemie (dalam bahasa Jerman) (edisi ke-91–100). Walter de Gruyter. hlm. 1081–1095. ISBN 3-11-007511-3.

[1] IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, edisi ke-2 ("Buku Emas") (1997). Versi koreksi daring: (2006–) "metathesis"..

[2] Kolby, Jeff (2016). ACT Prep Course: The Most Comprehensive ACT Book Available (dalam bahasa Inggris). Nova Press. hlm. 550. ISBN 9781944595074.

[pearson-3] Pearson, Ralph G. (1963). "Hard and Soft Acids and Bases". Journal of the American Chemical Society (dalam bahasa Inggris). 85 (22): 3533–3539. doi:10.1021/ja00905a001.

[4] Yoder, Claude H. (2007). Ionic Compounds: Applications of Chemistry to Mineralogy (dalam bahasa Inggris). John Wiley & Sons. hlm. 155. ISBN 9780470075098.

[5] Reger, Daniel L.; Goode, Scott R.; Ball, David W. (2009). Chemistry: Principles and Practice (dalam bahasa Inggris). Cengage Learning. hlm. 144. ISBN 9780534420123.

[6] Schmitz, Andy. "Types of Chemical Reactions: Single- and Double-Displacement Reaction". Beginning Chemistry (v. 1.0) (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 22 Januari 2016.

[7] "Chromium trioxide". Chemicalland21.com (dalam bahasa Inggris). AroKor Holdings Inc. Diakses tanggal 15 Juni 2014.

[Ullmann-8] H. Wayne Richardson (2005). "Copper Compounds". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (dalam bahasa Inggris). Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a07_567.

[9] J. R. Dilworth, W. Hussain, A. J. Hutson, C. J. Jones, F. S. Mcquillan (1997). "Tetrahalo Oxorhenate Anions". Inorganic Syntheses (dalam bahasa Inggris). 31: 257–262. doi:10.1002/9780470132623.ch42.

[10] Payack, J. F.; Hughes, D. L.; Cai, D.; Cottrell, I. F.; Verhoeven, T. R. (2002). "Dimethyltitanocene". Org. Synth. 79: 19.

[11] Steven S. Zumdahl (2009). Chemical Principles (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-6). New York: Houghton Mifflin Company. hlm. 319–324.

[12] Skoog, D.A; West, D.M.; Holler, J.F.; Crouch, S.R. (2004). "Bab 14, 15 dan 16". Fundamentals of Analytical Chemistry (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-8). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0-03-035523-0.

[13] Marothy, S. A. (2013). "Autocatalytic decomposition of carbonic acid". Int. J. Quantum Chem. (dalam bahasa Inggris). 113 (20): 2306–2311. doi:10.1002/qua.24452. Diakses tanggal 19 Januari 2015.

[14] Clark, David (2004). General Chemistry (dalam bahasa Inggris). Jones & Bartlett Learning. hlm. 37. ISBN 9781890369224.

[HollemanAF-15] Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). "Chromium". Lehrbuch der Anorganischen Chemie (dalam bahasa Jerman) (edisi ke-91–100). Walter de Gruyter. hlm. 1081–1095. ISBN 3-11-007511-3.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]