. Fokus kita adalah memahami bagaimana molekul bergerak secara individual (mikroskopik) dan bagaimana gerakan tersebut menghasilkan aliran massa atau energi yang kita amati secara nyata (makroskopik).
1. Dinamika Molekul: Teori Tumbukan dan Keadaan Transisi
Dalam Kimia Fisika, kita tidak hanya ingin tahu laju reaksi, tapi bagaimana molekul itu bertabrakan hingga ikatan kimianya putus dan terbentuk kembali.
A. Teori Tumbukan (Collision Theory)
Menurut teori ini, laju reaksi ditentukan oleh tiga faktor utama:
- Frekuensi Tumbukan: Seberapa sering molekul saling menabrak.
- Faktor Energi (Energi Aktivasi, $E_a$): Hanya tumbukan dengan energi kinetik yang cukup (melebihi ambang batas) yang dapat memutus ikatan reaktan.
- Faktor Sterik (Orientasi): Molekul harus bertumbukan pada posisi yang tepat. Misalnya, dalam reaksi substitusi, atom penyerang harus menabrak sisi yang benar dari molekul target.
B. Teori Keadaan Transisi (Eyring Equation)
Teori ini mengasumsikan adanya kesetimbangan antara reaktan dan struktur sementara yang disebut Kompleks Teraktivasi ($\ddagger$).
- Reaksi bukan sekadar tabrakan bola bilyar, melainkan perubahan kontinu pada permukaan energi potensial.
- Persamaan Eyring menghubungkan laju reaksi dengan perubahan entalpi aktivasi ($\Delta H^\ddagger$) dan entropi aktivasi ($\Delta S^\ddagger$).
2. Fenomena Transport: Mekanisme Perpindahan
Fenomena transport terjadi karena sistem berusaha menghilangkan gradien (perbedaan nilai). Jika ada perbedaan konsentrasi, terjadilah difusi; jika ada perbedaan suhu, terjadilah konduksi.
A. Difusi dan Hukum Fick (Transport Massa)
Difusi adalah konsekuensi dari gerak termal acak (Gerak Brown).
- Hukum Fick I: Menjelaskan aliran tunak (steady-state). Fluks ($J$) sebanding dengan seberapa tajam perbedaan konsentrasi ($dc/dx$).
- Hukum Fick II: Menjelaskan bagaimana konsentrasi berubah terhadap waktu ($\partial c / \partial t$). Ini digunakan untuk memprediksi berapa lama waktu yang dibutuhkan obat untuk meresap ke dalam jaringan tubuh atau polutan menyebar di sungai.
B. Viskositas dan Aliran Fluida (Transport Momentum)
Viskositas dapat dibayangkan sebagai “gesekan internal” antar lapisan fluida.
- Secara mikroskopik, molekul gas berpindah dari lapisan yang bergerak cepat ke lapisan yang lambat, membawa momentum bersama mereka.
- Bilangan Reynolds ($Re$): Parameter penting yang menentukan apakah aliran bersifat Laminar (rapi dan tenang) atau Turbulen (acak dan bergolak). Dalam kimia fisik, tipe aliran ini sangat memengaruhi efisiensi pencampuran reaksi.
C. Konduktivitas Elektrolit (Transport Muatan)
Dalam larutan, ion tidak bergerak secara bebas seperti di ruang hampa karena mereka dikelilingi oleh molekul pelarut (solvasi) dan ditarik oleh ion lawan (atmosfer ionik).
- Efek Relaksasi: Ketika ion bergerak, atmosfer ionik di sekitarnya butuh waktu untuk terbentuk kembali, yang memberikan gaya hambat pada ion tersebut.
- Efek Elektroforetik: Pelarut yang terseret oleh ion lawan bergerak berlawanan arah, memperlambat pergerakan ion utama.Kedua efek ini menjelaskan mengapa konduktivitas molar larutan pekat lebih rendah daripada larutan encer (Hukum Debye-Hückel-Onsager).
3. Simulasi Dinamika Molekul (MD Simulation)
Di era modern, kita menggunakan komputer untuk mensimulasikan hukum-hukum di atas.
- Interaksi Potensial: Kita memberikan input berupa “Force Field” (gaya tarik-menarik dan tolak-menolak antar atom).
- Integrasi Newton: Komputer menghitung posisi dan kecepatan jutaan atom setiap femtosecond ($10^{-15}$ detik).
- Hasil: Kita bisa melihat video bagaimana protein melipat, bagaimana air masuk ke dalam pori-pori membran, atau bagaimana desain obat baru berikatan dengan reseptor penyakit.
Rangkuman Visual Fenomena Transport
| Fenomena | Yang Berpindah | Penggerak (Gradien) | Hukum Utama |
| Difusi | Massa (Molekul) | Konsentrasi | Hukum Fick |
| Konduksi | Energi (Panas) | Suhu | Hukum Fourier |
| Viskositas | Momentum | Kecepatan Aliran | Hukum Newton |
| Konduktivitas | Muatan (Ion) | Potensial Listrik | Hukum Ohm / Kohlrausch |