Apa itu protonasi?

Protonasi adalah reaksi kimia asam-basa di mana asam Brønsted-Lowry menyumbangkan proton atau ion H ⁺ ke basa Brønsted-Lowry. Dengan kata lain, ini adalah proses di mana atom, ion, atau molekul menangkap ion H ⁺ melalui sepasang elektron bebas yang ada dalam strukturnya .

Proton sesuai dengan satu-satunya kation yang dapat membentuk atom hidrogen. Karena atom hidrogen hanya terdiri dari sebuah proton yang dikelilingi oleh sebuah elektron, ketika ia kehilangan elektron itu, yang tersisa hanyalah sebuah proton telanjang, maka namanya.

Reaksi protonasi sangat penting dalam kimia. Selain mewakili jenis reaksi asam-basa itu sendiri, ada banyak reaksi kimia yang terjadi dalam beberapa tahap di mana satu atau lebih tahap ini berhubungan dengan proses protonasi dari spesies yang berbeda.

Bagaimana protonasi terjadi?

Konsep protonasi ini sesuai dengan teori asam-basa Lewis, karena proton mewakili spesies yang kekurangan elektron (sehingga bertindak sebagai asam Lewis), sedangkan spesies yang akan diprotonasi adalah basa Lewis yang kaya menjadi elektron dan memiliki pasangan elektron bebas yang dapat digunakan bersama.

Sebuah contoh khas dari reaksi protonasi adalah reaksi antara asam sulfat dan air, disajikan di bawah ini:

Gambar di bawah ini dengan jelas menunjukkan bagaimana reaksi ini terjadi. Prosesnya melibatkan serangan oksigen dari air pada salah satu dari dua hidrogen dalam asam sulfat untuk menjadi ion hidronium.

Panah biru menunjukkan pergerakan elektron dari basa Lewis (air) ke asam Lewis. Namun, proses protonasi, yaitu pergerakan ion hidrogen, terjadi dalam arah yang berlawanan. Sementara air adalah yang menyerang asam dengan pasangan elektronnya, bertindak sebagai basa, kita dapat mengatakan bahwa asam sulfat memprotonasi molekul air, karena asamlah yang melepaskan proton. Dalam hal ini, ion hidronium disebut spesies terprotonasi.

Ciri-ciri protonasi

Protonasi biasanya merupakan reaksi reversibel dan sangat cepat (yaitu mencapai kesetimbangan dalam waktu yang sangat singkat). Selain itu, reaksi ini cenderung mengubah substrat menjadi spesies yang kekurangan elektron, yang pada gilirannya menjadikannya elektrofil yang baik, mampu melakukan berbagai jenis reaksi.

Dalam pengertian ini, banyak proses katalitik asam dimulai dengan protonasi salah satu reaktan, setelah spesies terprotonasi bereaksi lebih mudah menjadi produk. Contoh tipikal adalah dehidrasi alkohol yang dikatalisis asam untuk membentuk alkena; Mekanisme reaksinya disajikan di bawah ini:

Protonasi vs hidrogenasi

Protonasi sering dikacaukan dengan konsep hidrogenasi, namun, terlepas dari kenyataan bahwa dalam kedua kasus atom, molekul, atau ion membentuk ikatan baru dengan hidrogen, keduanya tidak sama. Perbedaan utama berkaitan dengan muatan listrik.

Selama protonasi, karena basa menerima proton yang memiliki muatan positif +1, reaksinya menyiratkan bahwa basa mengalami perubahan muatan listrik totalnya. Faktanya, muatannya dinaikkan +1.

Di sisi lain, reaksi hidrogenasi terdiri dari jenis reaksi adisi di mana molekul hidrogen netral (H ₂ ) ditambahkan ke molekul lain. Secara umum, molekul kedua sesuai dengan senyawa organik tak jenuh yang dapat menggunakan ikatan pi untuk berikatan dengan hidrogen. Namun, karena molekul netral ditambahkan ke spesies lain, maka reaksi hidrogenasi tidak melibatkan perubahan muatan keseluruhan.

Untuk lebih memperumit masalah, mekanisme reaksi dari beberapa reaksi hidrogenasi melibatkan setidaknya satu langkah protonasi.

Contoh reaksi protonasi

Autoprotolisis air

Dalam reaksi ini, air adalah spesi asam dan spesi yang terprotonasi pada saat yang sama.

Protonasi asam nitrat oleh asam sulfat.

Meskipun kedua zat tersebut adalah asam kuat, asam sulfat lebih kuat dari asam nitrat dan sebenarnya mampu memprotonasinya, memaksanya untuk bertindak sebagai basa.

Protonasi alkohol

Reaksi protonasi ini sering terjadi dalam reaksi kimia alkohol. Secara umum, asam yang cukup kuat diperlukan untuk memprotonasi alkohol, karena ini adalah basa yang sangat lemah.

Protonasi ion hidroksida

Kita dapat melihat reaksi netralisasi antara ion hidroksida dan proton sebagai reaksi protonasi ion hidroksida untuk membentuk air. Anda dapat melihat perubahan muatan listrik dari -1 dalam kasus hidroksida, menjadi netral dalam kasus air.

Protonasi senyawa karbonil:

Senyawa karbonil dapat terprotonasi dengan mudah berkat pembentukan struktur resonansi yang menstabilkan spesies terprotonasi.

Referensi

Ashenhurst, J. (2020, 16 Oktober). Bagaimana Protonasi dan Deprotonasi Mempengaruhi Reaktivitas . Guru Kimia Organik. https://www.masterorganicchemistry.com/2012/05/30/acid-base-reactions-whats-the-point/

Carey, F. (2021). Kimia Organik ( ^edisi ke-9 ). PENDIDIKAN BUKIT MCGRAW.

Chang, R. (2021). Kimia ( ^edisi ke-11 ). PENDIDIKAN BUKIT MCGRAW.

Apa yang dimaksud dengan PROTONASI? (td). Definisi. https://www.definitions.net/definition/PROTONATION