Modul Kimia 2013 - sergu-unimed

MODUL PLPGKIMIAKONSORSIUM SERTIFIKASI GURU2013

Struktur Atom,Sistem PeriodikMODUL-1Unsur dan StrukturMolekularn = , r = n = 5, r = 13,25E = nolÅE = - 4388 cm-1(e)n = 4, r = 8,48 ÅE = - 6856 cm -1(d)n = 3, r = 4,77 ÅE = - 12189 cm -1n = 1, r = 0,53 ÅE = - 109708 cm -1n = 2, r = 2,12 ÅE = - 27427 cm -1(c)(b)Energi orbit (Bohr) naik(a)Prof. Drs. Kristian H. Sugiyarto, M.Sc., Ph.DKONSORSIUM SERTIFIKASI GURU2013

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoPRAKATAModul ini merupakan modul pertama dari lima modul yang disusun untukmenambah wawasan materi kimia bagi para peserta PLPG untuk menjadi guru KimiaSMA/MA/SMK yang profesional sehingga “layak” tersertifikasi. Perlu disadari bahwasekalipun para peserta pelatihan telah lulus S-1 Sarjana (Pendidikan) Kimia dariberbagai perguruan tinggi di Indonesia, standar kompetensi terkait dengan materi kimiatentulah sangat heterogen. Oleh sebab itu materi modul ini diharapkan mampu“menjembatani” sifat heterogen tersebut sehingga profesionalitas guru kimia terkaitdengan materi kimia secara nasional dapat dicapai secara “merata”.Modul pertama ini membahas konsep struktur atom dan sistem periodik sertaikatan kimia dan struktur molekular. Untuk menghindari terjadinya kemungkinanmiskonsepsi khususnya perihal bilangan kuantum dan konfigurasi elektronik yangbanyak ditemui tidak hanya dalam banyak buku teks kimia SMA namun juga parapenggunanya, konsep struktur atom dan konfigurasi elektronik mendapat porsi yangcukup besar dalam modul ini, sebab penulis beranggapan bahwa terjadinya miskonsepsioleh karena minimnya referensi bacaan.Akhirnya penulis menyadari bahwa modul ini masih tentu masih banyakkekurangannya, oleh karena itu kritik dan saran dari berbagai pihak pembaca sangatdiharapkan demi kemajuan bersama pendidikan kimia khususnya.Yogyakarta, Desember 2012Kristian H. Sugiyarto1. i

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoDAFTAR ISIPRAKATA …………… 1.iDAFTAR ISI1. ii…………… 1.iiBAB IPENDAHULUAN …………… 1.1A. Diskripsi …………… 1.1B. Prasyarat …………… 1.2C. Petunjuk Penggunaan Modul …………… 1.2D. Tujuan Akhir …………… 1.2BAB IIKEGIATAN BELAJAR-1 …………… 1.3PENEMUAN PARTIKEL DASAR PENYUSUN ATOM …………… 1.3A. Tujuan Antara …………… 1.3B. Uraian Materi …………… 1.3C. Latihan Kegiatan Belajar-1 …………… 1.12D. Rambu-rambu Kunci JawabanLatihan Kegiatan Belajar-1 …………… 1.14KEGIATAN BELAJAR-2 …………… 1.15TEORI ATOM BOHR …………… 1.15A. Tujuan Antara …………… 1.15B. Uraian Materi …………… 1.15C. Latihan Kegiatan Belajar-2 …………… 1.33D. Rambu-rambu Kunci JawabanLatihan Kegiatan Belajar-2 …………… 1.35KEGIATAN BELAJAR-3 …………… 1.38TEORI ATOM MEKANIKA GELOMBANG …………… 1.38A. Tujuan Antara …………… 1.38B. Uraian Materi …………… 1.38C. Latihan Kegiatan Belajar-3 …………… 1.78D. Rambu-rambu Kunci JawabanLatihan Kegiatan Belajar-3 …………… 1.79KEGIATAN BELAJAR-4 …………… 1.83SISTEM PERIODIK UNSUR …………… 1.83A. Tujuan Antara …………… 1.83B. Uraian Materi …………… 1.83C. Latihan Kegiatan Belajar-4 …………. 1.104D. Rambu-rambu Kunci JawabanLatihan Kegiatan Belajar-4 …………. 1.105E. LAMPIRAN: Tabel Energi Ionisasi danBerbagai Tabel Periodik Unsur …………. 1.107

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoKEGIATAN BELAJAR-5 …………. 1.114IKATAN KIMIA DAN STRUKTUR MOLEKULAR …………. 1.114A. Tujuan Antara …………. 1.114B. Uraian Materi …………. 1.114C. Latihan Kegiatan Belajar-5 …………. 1.142D. Rambu-rambu Kunci JawabanLatihan Kegiatan Belajar-5 …………. 1.143DAFTAR PUSTAKA …………. 1.147BAB IIIKEGIATAN BELAJAR EVALUASI …………. 1.149A. LEMBAR ASESMEN …………. 1.1491. Lembar Asesmen Kegiatan Belajar-1 …………. 1.1492. Lembar Asesmen Kegiatan Belajar-2 …………. 1.1513. Lembar Asesmen Kegiatan Belajar-3 …………. 1.1544. Lembar Asesmen Kegiatan Belajar-4 …………. 1.1605. Lembar Asesmen Kegiatan Belajar-5 …………. 1.161B. KUNCI JAWABAN LEMBAR ASESMEN …………. 1.1621. Rambu-rambu Kunci JawabanAsesmen Kegiatan Belajar-1 …………. 1.1622. Rambu-rambu Kunci JawabanAsesmen Kegiatan Belajar-2 …………. 1.1633. Rambu-rambu Kunci JawabanAsesmen Kegiatan Belajar-3 …………. 1.1654. Rambu-rambu Kunci JawabanAsesmen Kegiatan Belajar-4 …………. 1.1675. Rambu-rambu Kunci JawabanAsesmen Kegiatan Belajar-5 …………. 1.170

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoBAB IPENDAHULUANA. DeskripsiModul ini membahas 2 topik utama yakni pertama Struktur Atom dan SistemPeriodik Unsur, dan kedua Ikatan Kimia dan Struktur Molekular. Pada dasarnyakeduanya merupakan bagian dari kimia dasar, namun diperkaya dengan pengembangankimia anorganik untuk menghindari terjadinya miskonsepsi yang banyak ditemuikhususnya untuk konsep bilangan kuantum dan konfigurasi elektronik. Oleh sebab itutopik struktur atom mendapat porsi yang sangat luas yang terdiri atas 3 kegiatan mulaidari yang sangat elementer hingga yang cukup rumit, yakni penemuan partikel dasarpenyusun atom, penjelasan spektrum atom hidrogen oleh Bohr hingga teori kuantum(mekanika gelombang). Secara keseluruhan modul mencakup 5 kegiatan berikut.Kegiatan 1. Kegiatan ini sangat elementer yakni membahas penemuan partikeldasar penyusun atom; hal ini “masih” dipandang perlu agar peserta pelatihan mendapatpenyegaran materi terkait.Kegiatan 2. Kegiatan ini membahas teori atom Bohr yang secara akurat mampumenjelaskan fakta spektrum-garis atom hidrogen; dengan demikian peserta pelatihanmendapat gambaran yang mampu menguatkan pemahaman konsep teori atom.Kegiatan 3. Kegiatan ini membahas makna penyelesaian persamaan Schrödingeruntuk memahami munculnya ketiga bilangan kuantum, utama- n, azimut- l, danmagnetik-azimut- m l , yang darinya jenis dan bentuk orbital-angular dilukiskan dalamtransformasi sumbu Cartes. Konfigurasi elektronik yang umumnya dimaknai mengikutisecara total diagram aufbau dikritisi cukup mendalam dengan penambahan konsepmuatan inti efektif untuk menghindari miskonsepsi.Kegiatan 4. Kegiatan ini membahas sistem periodik unsur, yakni berbagai bentukmodelTabel Periodik Unsur (TPU) dan penegasan rekomendasi IUPAC terkini (1997-2005), sifat-sifat periodisitas bebrapa aspek kimiawi.Kegiatan 5. Kegiatan ini membahas konsep ikatan ion, ikatan kovalen, muatanformal dan struktur molekular dengan kemungkinan bentuk resonansi model Lewis,VSEPR maupun hibridisasi.1.1

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoB. PrasyaratMateri modul ini ditujukan pada para peserta PLPG yang sudah lulus S1,sehingga telah mendapat materi “dasar” terkait baik melalui Kimia Dasar maupunKimia Anorganik, sehingga terdapat bagian-bagian yang bukan mustahil bersifatpengulangan; namun dalam banyak hal materi ini disajikan secara kritis untuk memberibekal-pengayaan yang mampu menghindari berbagai kemungkinan miskonsepsi.C. Petunjuk Penggunaan ModulAgar peserta pelatihan berhasil dengan baik dalam mempelajari modul ini, berikutbeberapa poin petunjuk dalam melakukan kegiatan belajar.1. Bacalah dengan cermat bagian pendahuluan modul ini sampai Anda memahamibenar tujuan pembelajaran melalui modul ini.2. Pelajarilah dengan seksama bagian uraian dan penyelesaian contoh persoalan dalamtiap modul, kemudian kerjakanlah latihan soal yang ada pada tiap modul dancocokkan dengan jawaban latihan soal.3. Ujilah pemahaman konsep Anda dengan mengerjakan asesmen di bagian akhirseluruh modul ini, kemudian cocokkan jawaban Anda dengan kunci jawaban yangtersedia di halaman-halaman berikutnya. Usahakan penguasaan materi Anda sampaimencapai tingkat penguasaan tidak kurang dari 80%.D. Tujuan AkhirTujuan akhir seluruh modul pertama ini adalah bahwa para peserta pelatihanmemiliki berbagai kompetensi sebagaimana dinyatakan berikut ini.1. Menjelaskan struktur atom model Bohr, dan mekanika gelombang2. Menuliskan konfigurasi elektronik dan hubungannya dengan posisinya dalamTPU IUPAC3. Melukiskan diagram orbital konfigurasi elektron4. Memahami berbagai model TPU label A-B (Amerika Utara versus Eropa),TPU tanpa label rekomendasi terkini IUPAC, maupun model-model lain5. Menjelaskan sifat-sifat periodisitas unsur: jari-jari atom, enirgi ionisasi, danelektronegatifitas6. Menjelaskan proses pembentukan ikatan ion dan ikatan kovalen7. Menjelaskan interaksi antarmolekul8. Meramalkan bentuk molekular menurut VSEPR dan hibridisasi1.2

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoBAB IIKEGIATAN BELAJAR-1PENEMUAN PARTIKEL DASAR PENYUSUN ATOMA. Tujuan AntaraBagian modul ini membahas penemuan partikel dasar penyusun atom sebagaibahan “penyegaran” atau barangkali “pengayaan” untuk topik yang sejenis yangtentunya pernah Anda kenal bukan? Nah, tak terhindarkan topik ini juga memaparkankembali materi sejenis untuk menambah wawasan lebih lanjut dengan harapan Andalebih jauh memahami perihal Atom. Oleh sebab itu setelah menyelesaikan KegiatanBelajar-1 ini diharapkan Anda dapat:(1) menjelaskan pandangan Dalton perihal atom(2) menjelaskan pandangan Faraday perihal atom berdasarkan hasil elektrolisis(3) menyebutkan sifat-sifat sinar katode sebagaimana teramati dalam tabung Crookes(4) menyebutkan kesamaan / perbedaan sinar katode dengan sinar terusan(5) menjelaskan adanya kemungkinan tetes minyak (a) yang jatuh pada plat negatifbawah, (b) yang menempel pada plat positif atas, dan (c) yang melayang di antarakedua plat dalam percobaan Milikan(6) menghitung muatan tetes minyak jika diketahui data jari-jari dan rapatannya, dangaya listrik yang bekerja padanya untuk menahan tetes minyak ini tetap melayangdi antara kedua plat pada percobaan Milikan(7) menghitung muatan elektron hasil percobaan Milikan jika diperoleh data muatanmuatansatu butir minyak.(8) menjelaskan arti formula rasio muatan/massa elektron(9) menjelaskan maksud percobaan tetes minyak Millikan(10) mengidentifikasi partikel dasar penyusun atom(11) mengidentifikasi nama ahli kimia yang pertama kali menemukan hasilpercobaaan hamburan sinar alfaB. Uraian Materi-1Pandangan orang tentang atom mulai agak terinci sejak J. Dalton (1808)mengemukakan teorinya untuk menerangkan hukum-hukum dasar ilmu kimia yangberhubungan dengan konversi massa dalam proses kimia. Atom berasal dari kata1.3

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoatomos (Yunani) yang artinya tidak dapat dibagi-bagi lagi. Untuk itu Daltonmengemukakan dugaannya yang masih samar-samar dan cukup kompleks sebagaiberikut.(1). Unit partikel suatu materi yang tidak dapat dibagi-bagi atau diubah menjadipartikel lain disebut atom.(2). Atom bersifat tidak dapat dipecah-pecah.(3). Sebuah unsur tertentu terdiri atas atom-atom yang sama dan atom-atom inimempunyai massa yang sama.(4). Atom-atom dari unsur-unsur berbeda mempunyai massa yang berbeda pula.(5). Reaksi kimia antara dua atau lebih unsur tidak lain adalah peristiwapenggabungan antara atom unsur yang satu dengan atom unsur yang lain; massarelatif atom-atom unsur yang bergabung secara langsung berhubungan denganmassa atom relatif unsur-unsur penyusunnya.Pandangan Dalton tersebut tentu saja belum memberikan gambaran yang jelasmengenai struktur atom itu sendiri. Perkembangan ke arah struktur atom modernmenjadi meningkat setelah ditemukannya partikel-partikel yang sangat kecil sebagaipartikel dasar penyusun atom. Oleh karena itu identifikasi partikel-partikel dasar iniyaitu, elektron, proton dan neutron secara ringkas perlu dibicarakan lebih dulu untukmengawali pembicaraan struktur atom modern.1.1 Penemuan Sinar Katode: ElektronKenyataan bahwa perubahan-perubahan kimia dapat dihasilkan oleh karena aruslistrik, misalnya pada proses elektrolisis, menunjukkan adanya hubungan antara materidengan listrik. Peristiwa elektrolisis memberi petunjuk bahwa atom mungkinmerupakan bagian dari suatu susunan yang mempunyai sifat listrik karena materidiasumsikan terdiri atas bangunan atom-atom. Faraday telah berhasil mempelajariperistiwa elektrolisis dengan mengemukakan hukumnya bahwa hasil elektrolisissebanding dengan arus listrik dan massa atom; hal ini menyarankan bahwa suatustruktur listrik harus melibatkan partikel-partikel listrik tertentu (karena partikelmempunyai massa).Peristiwa lain yang berkaitan dengan arus listrik ditunjukkan pula dalam tabunggelas (tabung Crookes). Bila dalam tabung Crookes yang bertekanan biasa dipasang duaelektrode yang dihubungkan dengan sumber arus listrik ternyata tidak menunjukkan1.4

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoadanya gejala aliran listrik dalam medium tabung. Namun, bila tekanan udara atau gasdalam tabung dikurangi menjadi sangat rendah ternyata nampak adanya loncatan sinaryang menjalar dari katode menuju anode. Loncatan sinar ini kemudian disebut sebagaisinar katode. Sayangnya penyelidikan-penyelidikan terhadap peristiwa terjadinya sinarkatode, yang sebenarnya telah dimulai sejak 1853 oleh Masson (Perancis), terhambatkarena belum tersedianya tabung gelas yang memadai untuk percobaan yangbersangkutan.Bersamaan dengan keberhasilannya membuat tabung gelas yang lebih memadai,S. W. Crookes (1870 – 1879) dapat melakukan pengamatan-pengamatan yang lebihefektif terhadap sifat-sifat sinar katode; tabung gelas yang dihasilkan kemudian dikenalsebagai tabung crookes. Hasil penyelidikannya antara lain adalah sebagai berikut.(1) Jika di antara kedua elektrode dipasang suatu objek, ternyata diperoleh bayanganbangun objek ini pada layar pendar di belakangnya. Mengapa? Ini hanya akanterjadi jika sinar katode berjalan menurut jejak lurus.(2) Jika di antara kedua elektrode dipasang baling-baling, ternyata baling-baling inimenjadi berputar. Mengapa? Ini hanya akan terjadi jika sinar katode mempunyaienergi kinetik.(3) Sinar katode dapat menimbulkan peristiwa pendar (fluoresen) pada senyawasenyawatertentu misalnya ZnS sebagaimana peristiwa munculnya gambar padalayar televisi.(4) Sinar katode dibelokkan oleh medan magnetik (Gambar 1.1a) dan medan listrik(Gambar 1.1b), dan menuju pelat (kutub) positif; ini berarti bahwa sinar katodebermuatan negatif bukan?(5) Jika sinar katode mengenai lembaran tipis logam akan mengakibatkan panashingga membara.(6) Sinar katode mampu mengionkan molekul-molekul gas yang dilaluinya.(7) Sinar katode mampu menghasilkan radiasi penetrasi (tembus) tinggi (sebagaisinar-X) jika difokuskan pada suatu target.(8) Sinar katode merusak film maupun kertas foto.Jadi, sinar katode terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif. G. J. Stoneypada 1881 mengemukakan bahwa sifat listrik dibawa oleh partikel negatif secaraindividual. Parikel ini diusulkan dengan nama elektron (berasal dari bahasa Yunani1.5

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoyang atinya amber yaitu suatu bahan untuk mendapatkan muatan listrik ketika digosokdengan sutera). Dengan mengganti berbagai macam gas pengisi tabung dapat diketahuibahwa terjadinya sinar katode tidak bergantung pada jenis gas yang ada. Kesimpulanapa yang dapat ditarik dari pengamatan ini? Tentu secara sederhana dapat disimpulkanbahwa setiap atom (materi) mengandung partikel bermuatan negatif, elektron, bukan?SumberVoltase+A- SBNKCSumberVoltase-K+( a )A( b )V+-PPSumber VoltaseCBSumberVoltase-K+AVENS+PPB( c )-rrSumber VoltaseGambar 1.1Sifat sinar katode terhadap medan magnetik (a) dan medanlistrik (b), dan bagan alat Thomson untuk menentukan e/melektron (c)Penentuan Rasio Muatan-Massa ElektronNah, bagaimana langkah selanjutnya untuk mengetahui karakteristik elektron ini?J. J. Thomson menyadari bahwa sinar katode tidak lain merupakan aliran partikelnegatif dari katode menuju anode sebagaimana aliran listrik dalam proses elektrolisis.Kenyataan bahwa sinar katode dibelokkan oleh medan magnetik dan medan listrik1.6

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartomemberikan ide pada Thomson untuk memodifikasi tabung Crookes dengankelengkapan kedua medan tersebut. Thomson selanjutnya melakukan perhitunganperhitunganatas dasar kuat medan magnetik dan kuat medan listrik yang digunakanterhadap besarnya simpangan sinar katode yang terjadi sebagaimana diuraikan berikutini.Seperti ditunjukkan Gambar 1.1, bila tanpa ada pengaruh medan magnetik ataumedan listrik, sinar katode berjalan menurut jejak lurus KB. Jika hanya medanmagnetik E yang bekerja, elektron mengalami gaya sebesar H e v (H = kuat medan, e =muatan elektron, dan v = kecepatan elektron) yang mengakibatkan elektron bejalanmenurut jejak lengkung sehingga berkas elektron jatuh pada C. Kelengkungan jejakelektron ini dapat dipandang sebagai gerak melingkar dengan jari-jari r yang dapatdihitung menurut dimensi alat yang bersangkutan. Dalam hal ini berlaku bahwa,yaituataugaya sentrifugal = gaya magnetikmv2rem= H e v=vH r……………….. (1.1)Selanjutnya jika pengaruh beda potensial sebesar V pada pelat P juga bekerja,maka (berkas) elektron tentulah akan mengalami gaya medan listrik sebesarjarak antara kedua pelat P). Jika kuat medan listrik ini diarahkan melawan gayamagnetik, dengan kekuatan yang sama besar, maka tentulah berkas elektron kembalijatuh menurut garis lurus KB (Gambar 1.1c). Dalam hal ini berlaku bahwa:yaitugaya medan listrik = gaya magnetikV edatau v == H e vVH dV ed……………….. (1.2)Kombinasi persamaan (1) dan (2) diperoleh:eV=……………….. (1.3)2m H d rBesaran V, H, d dan r, semua telah diketahui, sehingga nilai rasio me dapat ditentukan.Suatu hal yang sangat menarik adalah bahwa nilai me ternyata tidak bergantung padakecepatan elektron yang dapat diubah-ubah menurut perbedaan potensial antara kedua(d =1.7

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoelektrode tabung, dan juga tidak bergantung pada sumber elektron. Hal inimenunjukkan bahwa elektron merupakan partikel dasar penyusun setiap atom. Hargakonstan me ini adalah kira-kira 1,76·10 8 C g -1 atau 5,274·10 17 s e s g -1 .Penentuan Muatan dan Massa ElektronElektron merupakanpartikel yang sangat kecildan massanya tidak mungkindiukur secara langsung.Maka penemuan nilai rasiom e tersebut memberikan idebagi R. A. Millikan untukmenangkap elektron kedalam partikel tetes minyakyang jauh lebih besar dandapat terukur massanyasehingga muatan minyak(elektron) dapat ditentukan.Dengan menyemprotkanPenyemprot minyakPAGaya elektrikMikroskopMGaya gravitasiGambar 1. 2 Bagan alat percobaan Milikanminyak (atau cairan lain) ke dalam ruangan, yang telah dikurangi tekanan udaranyadengan pompa V, seperti pada Gambar 1.2, diperoleh butiran-butiran tetes minyak yangsangat kecil. Beberapa butir minyak ini akan lolos lewat sebuah celah pada pelat positif(+) A (atas) dan jatuh pada pelat negatif (-) K (bawah). Salah satu atau beberapa butirminyak ini tentu dapat menangkap elektron hasil ionisasi udara dalam ruang alat olehsinar-X, sehingga butir minyak ini menjadi bermuatan negatif. Melalui teleskoppengamat M dapat diamati jatuh-tidaknya butir-butir minyak ini bila diberikan medanlistrik melalui kedua pelat A-K. Butir minyak akan jatuh jika tidak bermuatan negatifatau dengan kata lain tidak menangkap elektron. Tetapi sebaliknya, butir minyak yangmenangkap elektron akan menjadi bermuatan (negatif) sehingga tertahan atau jatuhdiperlambat, dan inilah yang diselidiki lebih lanjut.Dengan mengatur besarnya beda potensial V antara kedua pelat A-K, butirminyak yang bermuatan dapat ditahan menempel pada bagian pelat (positif) atas.Selanjutnya jika V ditiadakan maka butir minyak ini akan jatuh dengan kecepatan vV-K+Sinar - XSumber Voltase1.8

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoyang dapat diamati.Hubungan jari-jari dengan kecepatan jatuhnya butir minyak9 vdinyatakan dengan rumusan, r = ( ) ½ , dan massa butir minyak dapat dihitung2 g menurut rumusan m = 4/3 r 3 , dengan η = kekentalan udara dalam alat, = rapatanminyak, dan g = gaya gravitasi. Jika dengan beda potensial sebesar V butir minyak yangbermuatan dapat ditahan melayang di antara kedua pelat A-K, maka berlaku hubungan:gaya listrik pada butir minyakyaitu:V qdatau q == gaya gravitasi pada butir minyak= m gm g dVdengan d = jarak antara kedua pelat A-K, dan q = muatan butir minyak.…………………. (1.4)Besaran-besaran m, g, d, dan V, semua telah diketahui; dengan demikian muatanbutir minyak dapat ditentukan, dan dari berbagai macam cairan dan berulangkalipercobaan ternyata selalu diperoleh hasil yang merupakan kelipatan bilangan bulattertentu. Hasil tersebut antara lain: 9,6·10 -10 , 24,0·10 -10 , 4,8·10 -10 , dan 14,4·10 -10 ses.Bilangan-bilangan ini secara berturut-turut jelas merupakan kelipatan dari 2q, 5q, 1q,dan 3q. Oleh karena belum pernah ditemui nilai terkecil selain 4,8·10 -10 , maka hargaini kemudian dianggap sebagai muatan satu elektron, dan yang lain menunjukkanjumlah elektron yang dapat ditangkap oleh setiap butiran minyak yang diselidiki.Harga muatan elektron yang disepakati dewasa ini adalah sebesar 4,803·10 -10 ses atau1,602·10 -19 C. Dengan ditemukannya harga muatan elektron tersebut, maka massanyadapat dihitung menurut rumusan rasio muatan-massa yaitu,m =ee / m=1,602 101,76 108-19C gC-1= 9,11·10 -28 gram1.2 Penemuan Sinar Terusan: ProtonSetelah penemuan partikel negatif (elektron) tentulah ada partikel lawannya(positif) bukan? Nah, untuk menyelidiki adanya partikel ini, E. Goldstein (1886)mempelajari terjadinya sinar pada tabung Crookes dengan menggunakan katodeberbentuk piringan sepenuh lingkaran tabung dan berlubang-lubang pada bagiantengahnya. Ternyata, selain terjadi sinar katode, juga terjadi seberkas sinar yang loloslewat lubang katode (Gambar 1.3); sinar ini kemudian disebut sebagai sinar terusan1.9

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto(atau sinar kanal). W. Wien (1898) dapat menunjukkan bahwa sinar terusan ini jugadibelokkan oleh medan magnetik maupun medan listrik. Akan tetapi, simpanganpembelokan ini berlawanan arah dan lebih kecil daripada pembelokan sinar katode.Oleh karena itu disimpulkan bahwa sinar terusan bermuatan positif dan terdiri ataspartikel-partikel yang lebih berat daripada elektron; sinar terusan yang kemudian seringjuga disebut sinar positif mempunyai muatan kelipatan dari +1,60·10 -19 C.VK-+ABGambar 1.3Bagan alat terjadinya sinar terusanSetelah penemuan sinar terusan, peristiwa munculnya cahaya dalam tabung gasCrookes dapat dijelaskan lebih rinci sebagai berikut. Sebagaimana ditunjukkan Gambar1.4, elektron dari atom-atom katode mengalir ke anode dan sebagian besar menabrakatom-atom gas apapun yang ada dalam tabung. Hal ini dapat mengakibatkan keluarnyasatu elektron atau lebih dari atom gas tersebut sehingga menghasilkan partikel positif.Elektron-elektron ini tentu mengalir ke anode sedangkan partikel-partikel positifmengalir ke katode dan sebagian besar menabraknya, namun beberapa lolos lewatlubang katode yang terdeteksi oleh layar pendar di belakang katode. Sejumlahkelebihan energi yang diraih oleh atom-atom gas dibebaskan dalam bentuk cahaya yangmemenuhi isi tabung.KatodeIon positif mengalir ke katode(sinar kanal)+Anode- elektronAliran elektron ke anode+Elektron menumbuk atom gasdan membebaskan elektron(sinar katode)Gambar 1.4Bagan terjadinya sinar anode dalam tabung CrookesDengan cara yang sama sebagaimana penentuan rasio muatan-massa elektron,Thomson (1913) kemudian mampu menentukan rasio muatan-massa partikel positiftersebut. Dari berbagai percobaan ternyata diperoleh hasil bahwa rasio muatan-massa1.10

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartom q , jauh lebih besar daripada rasio muatan-massa elektron e m . Tambahan pula hargam q bergantung pada jenis gas yang digunakan dalam tabung.Berdasarkan hasil percobaannya, E. Rutherford pada 1914 dapat menunjukkanbahwa partikel teringan yang dijumpai pada sinar positip ternyata mempunyai massasebesar massa atom hidrogen. Dengan asumsi bahwa muatan positip ini tentulah samadengan muatan sebuah elektron tetapi dengan tanda berlawanan, maka dapatdisimpulkan bahwa partikel teringan ini tidak lain adalah ion H + , yaitu atom hidrogenyang kehilangan satu elektronnya. Percobaan-percobaan lebih lanjut sampai padarasionalisasi bahwa atom hidrogen yang bermuatan positip merupakan satu satuanpartikel positif terkecil dalam susunan atom yang kemudian disebut proton. Massaproton ini adalah kira-kira 1,67·10 -24 gram, atau 1837 kali massa elektron. Perlu dicatatqbahwa dalam berulang kali percobaan ditemuai adanya harga-harga kelipatan m ; halini dapat diinterpretasikan bahwa atom gas yang diselidiki dapat melepaskan satu, duaatau tiga elektron.1.3 Penemuan NeutronSerangkaian percobaan untuk berbagai unsur menunjukkan bahwa massa atomselalu lebih besar daripada jumlah massa proton dan elektron. Perlu dicatat bahwajumlah proton yang merupakan karakteristik bagi setiap atom unsur yang bersangkutantelah ditemukan menurut percobaan Moseley. Bahkan dengan alat spektrograf massadapat ditemukan adanya lebih dari satu macam harga massa atom untuk atom-atomunsur yang sama sekalipun, yang kemudian dikenal sebagai isotop.Sumberpartikel- partikel- BeriliumRadiasi berdayapenetrasi tinggiparafinProtonberkecepatantinggiGambar 1. 5 Percobaan penembakan berilium dengan partikel- menghasilkan radiasi neutron yang mampumembebaskan proton dari parafin1.11

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoUntuk menjelaskan gejala-gejala tersebut perlu diperkenalkan adanya partikel lainyang bersifat netral tanpa muatan yang kemudian disebut neutron. Partikel ini pertamakali diusulkan oleh Rutherford pada tahun 1920 dan diduga mempunyai massa hampirsama dengan massa atom hidrogen, tetapi, baru pada tahun 1933 ditemukan oleh J.Chadwick dalam proses reaksi nuklir. Dalam percobaan ini (Gambar 1.5) partikel-yang ditembakkan pada unsur berilium (Be) menghasilkan radiasi berikutnya dengandaya penetrasi (tembus) sangat tinggi. Radiasi ini mampu menghantam proton keluardari parafin dengan gaya yang sangat kuat. Berdasarkan energi dan momentumnya,hanya partikel netral dengan massa setingkat dengan massa proton yang mampumenghantam proton keluar dari parafin. Oleh karena itu, Chadwick berpendapat bahwaradiasi dengan daya penetrasi kuat ini tentulah terdiri atas partikel-partikel netraldengan massa sesuai untuk neutron. Dengan demikian atom (berilium) mengandungpartikel netral, neutron (n), selain proton (p) dan elektron (e), dan ketiganya disebutsebagai partikel dasar penyusun atom.Tabel 1.1 Data massa dan muatan elektron, proton, dan neutronElektron Proton NeutronMuatan (s e s) 4,803·10 -10 4,803·10 -10 0 (nol)Coulomb -1,602·10 -19 +1,602·10 -19 0 (nol)unit -1 +1 0 (nol)Massa (gram) 9,109534·10 -28 1,6726485·10 -24 1,6749543·10 -24(s m a) 0,0005485802 1,0072764 1,0086650Tabel 1.1 menunjukkan komparasi muatan dan massa ketiga partikel dasartersebut dalam harga-harga nyata dan harga-harga satuan atom. Perlu dicatat bahwamassa proton dan neutron keduanya relatif sama besarnya.C. Latihan Kegiatan Belajar-1Petunjuk: Selesaikan soal-soal berikut dengan penjelasan singkat menurut bahasaAnda sendiri.1. Percobaan dalam tabung Crookes menghasilkan berkas sinar yang kemudiandikenal sebagai sinar katode. (a) Mengapa disebut sebagai sinar katode; (b)sebutkan minimal 4 sifat-sifat sinar katode2. Dalam percobaan penemuan sinar katode mengapa simpulannya dapat diarahkanbahwa elektron merupakan partikel dasar penyusun atom?1.12

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto3. Selain penemuan sinar katode, percobaan tabung Crookes juga menemukanhasil lain yaitu munculnya sinar terusan atau sinar kanal. Sebutkan beberapapersamaan dan perbedaannya dengan sinar katode.4. Dalam percobaan tetes minyak menurut cara Millikan, teramati adanya butirbutirminyak yang jatuh, melayang-layang, dan bahkan ada yang tertarikmenempel pada pelat positif (pelat atas) dalam waktu yang bersamaan.Mengapa hal ini dapat terjadi?5. Dalam percobaan Milikan dipakai minyak dengan densitas 0,851 g cm -3 danmenghasilkan butiran dengan jari-jari 1,64·10 -4cm. Untuk menahan sebutirminyak yang bermuatan ini tetap melayang di antara kedua pelat ternyatadiperlukan gaya listrik sebesar 1,92·10 5N/C. Hitung besarnya muatan butirminyak tersebut.1.13

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoD. Rambu-Rambu Kunci Jawaban Latihan Kegiatan Belajar-11. Bisa terjadi sinar katode karena tekanan dalam tabung Crookes dikurangi.(a)Disebut sinar katode karena nampak bahwa berkas sinar menjalar dari katodeke arah anode.(b) Sifat sinar katode antara lain (1) berjalan menurut jejak garis lurus, (2)dibelokkan oleh medan magnetik maupun medan listrik ke arah kutub / pelatpositif, (3) mampu mengionkan gas yang dilaluinya, dan (4) mempunyai energikinetik.2. Dengan menggunakan jenis gas apapun sebagai pengisi tabung selalu dapat terjadisinar katode. Ini berarti bahwa atom-atom gas apapun selalu mengandung partikellistrik penyusun sinar katode yaitu elektron, dan oleh karena itu setiap atom selalutersusun oleh elektron atau dengan kata lain elektron merupakan partikel dasarpenyusun atom.3. Persamaan sinar kanal dengan sinar katode antara lain (1) keduanya dibelokkan olehmedan magnetik/medan listrik, (2) keduanya berjalan menurut garis lurus, (3)keduanya tersusun oleh partikel-partikel listrik bermuatan, (4) keduanyamenimbulkan peristiwa pendar. Perbedaannya antara lain (1) dengan arah belokanyang saling berlawanan dan simpangan belokan sinar kanal lebih kecil ketimbangsimpangan belokan sinar katode, (2) sinar kanal terusun oleh partikel listrikbermuatan positif, (2) dibelokkan oleh medan magnetik/medan listrik dengansimpangan belokan lebih kecil dan berlawanan arah dengan belokan sinar katode, (3)sifat sinar kanal bergantung jenis gas pengisi tabung.4. Pada percobaan Milikan, kejadian serentak butir minyak yang jatuh ke pelat bawaholeh karena butir minyak tidak menangkap elektron, butir minyak lain yangmelayang oleh karena butir minyak ini menangkap elektron sejumlah tertentusehingga gaya gravitasi yang menariknya ke bawah sama dengan gaya tarik listrikke arah pelat positif atas, dan butir minyak lain yang menempel pada pelat atas olehkarena butir minyak ini menangkap elektron dengan jumlah yang lebih banyaksehingga gaya listrik lebih besar ketimbang gaya gravitasi.5. Gaya listrik V/d = 1,92·10 5 N/C, gaya gravitasi = 9,81 m s -2massa butir minyak, m = 4/3 r 3 x = 4/3 x 22/7 x (1,64 x 10 -4 ) 3 cm 3 x 0,851 g cm -3= 15,729844·10 -12 g = 15,729844·10 -15 kgMuatan minyak pada butir minyak yang melayang dihitung menurut hubungan:m g d 15,729844·10-15kg 9,81m s-2q = == 8,04·10 -19 CV51,92 x 10N/C1.14

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoKEGIATAN BELAJAR-2TEORI ATOM BOHRA. Tujuan AntaraBagian modul ini membahas spektrum- garis atom hidrogen dan struktur atommenurut Bohr sebagai bahan “penyegaran” atau sangat mungkin “pengayaan” untuktopik yang sejenis yang tentunya pernah Anda kenal bukan? Nah, tak terhindarkan topikini juga memaparkan kembali materi sejenis yang relatif rinci khususnya perihalspektrum-garis atom hidrogen untuk menambah wawasan lebih lanjut dengan harapanAnda lebih jauh memahami perihal Atom. Oleh sebab itu setelah menyelesaikanKegiatan Belajar-2 ini diharapkan Anda mampu:1. mengidentifikasi model atom Thomson dan Rutherdord2. mengidentifikasi hasil-hasil percobaan hamburan sinar alfa pada lempeng tipislogam3. mengubah data panjang-gelombang spektrum garis atom hidrogen menjadi databilangan-gelombang untuk deret Lyman, Balmer, dan Paschen4. menunjukkan hubungan numerik selisih antar bilangan-gelombang dalam satuderet dengan bilangan-gelombang deret yang lain5. menuliskan makna spektrum garis atom hidrogen dalam bentuk rumusan Ritz6. menjelaskan teori atom Bohr7. menghitung energi elektron dalam setiap orbit menurut Bohr8. menjelaskan hubungan spektrum garis atom hidrogen dengan transisi elektronikmodel atom BohrB. Uraian Materi2.1 Model Atom ThomsonSetelah ditemukan partikel dasar penyusun atom, elektron dan proton, J. J.Thomson (1898) mengemukakan pandangannya perihal struktur atom yang berbentuksperis (bola). Atom ini dapat dipertimbangkan sebagai suatu listrik positif denganelektron (muatan negatif) dalam jumlah yang sama dengan listrik positif tertanam didalamnya. Model atom Thomson ini dapat digambarkan seperti halnya dengan buahsemangka, daging semangka sebagai listrik positif dan bijih-bijihnya sebagai elektron1.15

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartotertanam di dalamnya. Ditegaskan pula bahwa sebagian besar massa atom harusdiasosiasikan dengan listrik positif karena bagian ini jauh lebih berat daripada elektron.2.1 Model Atom RutherfordUntuk menguji sejauh mana teoriatom Thomson dapat dipertahankan, marilahkita ikuti bagaimana Rutherford (1911)melakukan percobaan yang dikenal denganhamburan sinar alfa-. Bila sinar alfa (darisumber bahan radioaktif R) yang bermuatanpositif melalui celah S difokuskan padalempeng logam L yang sangat tipis ternyatadiperoleh hasil pengamatan sebagai berikut(Gambar 2.1).(1) Sebagian besar (~ 99%) sinar alfa diteruskan menembus lempeng dengan arahlurus (A); mengapa demikian?RGambar 2.1(2) Sebagian kecil sinar alfa menembus lempeng dan membelok dengan berbagaivariasi sudut belok yang kecil (B); bagaimana ini dapat terjadi?Bagan hamburan sinar percobaan Rutherford(3) Sebagian kecil sinar alfa dipantulkan oleh lempeng seolah-olah kembali kearah sumber sinar alfa tersebut (C); sungguh mencengangkan bukan?Nah, pengamatan (1) sesuai dengan dugaan yaitu sinar alfa menembus lempengdengan arah lurus. Sinar alfa mempunyai daya tembus yang sangat besar, dan bilamuatan positif dan massa atom terdistribusi merata pada lempeng, maka kecilkemungkinan bahwa sinar alfa mengalami pembelokan. Namun, pengamatan (2) yaitupembelokan sinar alfa dan terlebih-lebih pengamatan (3) yaitu pemantulan balik sinaralfa, ini benar-benar diluar dugaan dan bahkan sulit dipercaya! Bagaimana mungkinmuncul hasil sinar-tembus yang bervariasi? “Adalah hal yang mustahil bila kitamenembak beberapa lapis kertas tisu pada jarak kira-kira 40 cm ternyata ada peluruyang membelok dan bahkan memantul kembali „mengenai‟ si penembak!”; demikiankira-kira komentar Rutherford; dapatkah Anda membayangkannya?. Oleh karena itu,model atom Thomson jelas tidak dapat menerangkan hasil pengamatan tersebut!Ketiga hasil pengamatan tersebut memberikan ide bahwa atom sebagian besarterdiri atas ruang kosong (yaitu medan gaya listrik) sehingga partikel alfa dapat SCCLBAB1.16

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartomenembusnya (Gambar 2.2); sepahamkah Anda? Andaikata partikel alfa menabrakelektron, maka penyimpangan arah atau pembelokan sinar alfa tentulah hanya sangatkecil saja karena massa partikel alfa kira-kira 7500 kali massa elektron. Dengandemikian pembelokan sinar alfa yang sangat kuat tentulah disebabkan oleh faktorlain yaitu kemungkinan adanya gaya tolak muatan senama, positif. Dengan kata lain,atom mengandung bagian yang bermuatan positif (Z); bagaimana pendapat Anda?Sedangkan, pemantulan partikel alfa tentulah karena partikel ini menabrak bagianatom yang sangat besar massanya dan tidak lain tersusun oleh partikel-partikel positiftersebut; setujukah Anda? Bagian atom bermuatan positif dengan massa sangat besar inikemudian disebut inti atom. Inti atom ini tentunya menempati porsi ruang yang sangatkecil saja terhadapkeseluruhan volume atomsehingga hanya sebagiankecil saja partikel alfayang menabraknya laludipantulkan balik.CBASinarZABGambar 2.2 Sketsa perilaku sinar- dalam satu atomSelanjutnya dari pengukuran-pengukuran hamburan sinar alfa dapat diperkirakanbahwa sebuah inti atom mempunyai diameter sekitar 10 -13cm, sedangkan diameteratomnya kira-kira 10 5kali lebih panjang. Dengan demikian volume atom praktisditempati elektron-elektron.Jadi secara ringkas dapat dikemukakan bahwa:(1) atom tersusun oleh partikel-partikel dasar elektron, proton, dan neutron,(2) inti atom, yang praktis memberikan seluruh massa atom, tersusun oleh protondan neutron serta menempati porsi ruang yang jauh sangat kecil ketimbangseluruh volume atomnya, dan(3) di seputar inti yang dianggap memberikan volume atom, ditempati olehelektron-elektron.2.3 Spektrum AtomPada dasarnya, percobaan hamburan sinar yang dilakukan oleh Rutherfordmerupakan awal dari perkembangan teori atom modern. Namun, gambaran atom yangterdiri atas inti positif dan di sekelilingnya tersebar elektron-elektron negatif ternyatamasih menimbulkan masalah baru; apa masalahnya kira-kira?1.17

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoOleh karena berlawanan muatan, elektron tentulah tertarik oleh inti sehingga akanjatuh ke dalam inti andaikata elektron dalam keadaan diam. Dengan demikian, sangatmungkin elektron bergerak di sekeliling inti dan melawan gaya tarik ke arah inti.Namun, karena gerakannya ini, menurut teori fisika klasik elektron seharusnyamemancarkan energi seperti halnya gejala-gejala yang umumnya terlihat bahwa partikelbermuatan listrik yang bergerak dalam pengaruh medan gaya tarik tertentu selalumenyerahkan energi. Bila halnya demikian, gerakan elektron tentu menjadi makindiperlambat sehingga tidak lagi dapat dipertahankan kedudukannya melawan gayatarik inti yang akhirnya berakibat jatuhnya elektron ke dalam inti. Ini berarti bahwaatom bersifat tidak stabil, dan oleh karena itu bertentangan dengan kenyataan terhadapsifat kestabilan atom umumnya. Namun jelas bahwa argumentasi tentang keadaanelektron di sekeliling inti atom tentu tidak sesederhana seperti yang telah dikemukakanoleh Rutherford tersebut, melainkan memerlukan penyempurnaan lebih lanjut.Sebuah petunjuk untuk menyelesaikan masalah bagaimana keadaan elektron diseputar inti atom tersebut diperoleh dari studi tentang cahaya yang dipancarkan olehberbagai macam senyawa bila senyawa dipanaskan. Telah lama dikenal sebelumnyabahwa cahaya putih tersusun oleh beberapa macam warna, dan ini dapat dipisahkan bilaseberkas cahaya putih dilewatkan menembus sebuah gelas prisma, sebagaimanadilakukan oleh Isaac Newton terhadap sinar matahari pada tahun 1700. Demikian jugacahaya putih yang berasal dari padatan yang berpijar misalnya kawat filamen dalamsebuah bolam, bila dilewatkan menembus sebuah gelas prisma, cahaya yang diteruskandan ditangkap oleh sebuah film akan berupa spektrum kontinu dari bermacam-macamwarna yang menyusun suatu warna pelangi. Jadi, campuran beberapa warna ini berubahsecara perlahan, kontinu, dari warna satu ke warna lain, secara berturut-turut merah -jingga - kuning - hijau - biru – violet. Perubahan warna ini sesuai dengan menurunnyaharga panjang gelombang () atau naiknya energi (E =hc ; dengan h = tetapan Planckλdan c = kecepatan cahaya) bagi warna cahaya yang bersangkutan seperti berikut ini :Warna cahaya : batas merah kuning hijau biru batas violet (dalam nm) : 720 580 500 450 400Jadi, warna-warna tersebut menunjuk pada cahaya dengan tingkat energi yangberbeda-beda. Bukti adanya perbedaan tingkat energi ditunjukkan oleh fakta bahwa1.18

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartocahaya violet dengan energi tertinggi dan terpendek dibelokkan paling kuat, tetapicahaya merah dengan energi terendah dan terpanjang dibelokkan paling lemah olehprisma.Panjang gelombang, / nmH410,1 434 486,1 656,2He402,6 447,1 471,3 492,1 501,5587,5 667,8Hg404,7407,8435,8 502,5 546,1 577 579 615,2 623,4Gambar 2.3Spektrum garis atom H, He dan Hg pada daerah visibelBila ke dalam tabung bolam dimasukkan suatu senyawa padatan garam yangmudah menguap, ternyata bukan spektrum kontinu yang diperoleh melainkan spektrumgaris, yaitu garis-garis tipis berwarna yang dipisahkan oleh bagian-bagian gelap hitamantara garis yang satu dengan yang lain. Karena setiap garis spektrum ini menunjukpada cahaya dengan panjang gelombang tertentu dan dengan demikian tingkat energitertentu, maka terjadinya garis-garis spektrum dapat diartikan bahwa atom hanya dapatmemancarkan cahaya-cahaya dengan tingkat energi tertentu; bagaimana pendapatAnda? Dengan kata lain tidak setiap energi dapat dipancarkan sebagai cahaya,melainkan hanya energi dengan harga-harga kuanta atau diskret saja.Jika berbagai macam senyawa dengan unsur yang berbeda-beda dipakai sebagaisumber cahaya, ternyata setiap unsur penyusun senyawa tersebut mempunyai spektrumgaris yang khas bagi unsur yang bersangkutan; bagaimana tapak jari Anda, samakahdengan tapak jari orang lain? Tambahan pula diperoleh suatu pola keteraturan garisgarisspektrum bagi setiap unsur seperti ditunjukkan oleh contoh pada Gambar 2.3.Spektrum yang telah dibicarakan di atas termasuk jenis spektrum emisi, yaituspektrum suatu spesies yang memancarkan cahaya karena spesies ini dipijarkan.Spektrum emisi berupa spektrum kontinu bila semua panjang gelombang dari cahayatampak (visible) yang dipancarkan menyusun tumpang-tindih (overlap), serba terusberkelanjutan tidak terpotong; dan berupa spektrum garis bila hanya cahaya dengan1.19

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartopanjang gelombang tertentu saja yang dipancarkan oleh spesies yang bersangkutan. Bilacahaya dilewatkan melalui suatu senyawa berwarna, beberapa cahaya dengan panjanggelombang tertentu diserap sedangkan yang lain diteruskan; spektrum yang diperolehdemikian ini termasuk jenis spektrum absorpsi.2.4 Spektrum Atom HidrogenHidrogen merupakan unsur yang paling sederhana, hanya tersusun oleh satuproton dan satu elektron setiap atomnya. Karena spektrum atom bersifat khas bagi atomyang bersangkutan, adalah beralasan bila muncul dugaan adanya hubungan yangmendasar antara spektrum atom dengan distribusi elektron di sekeliling inti atom yangbersangkutan. Oleh karena itu, analisis secara mendalam terhadap spektrum atomhidrogen merupakan suatu langkah awal yang paling fundamental dalam usaha elusidasistruktur elektronik suatu atom. Spektrum emisi atom hidrogen bebas dalam keadaantereksitasi ternyata terdiri atas beberapa set garis-garis spektrum, yaitu satu set dalamdaerah uv (ultra violet), satu set dalam daerah tampak (visible, artinya tampak oleh matamanusia) dan beberapa set dalam daerah inframerah (IR, infrared) dari spektrumelektromagnetik seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.4. Spektrum ini diperoleh bilacahaya pucat kebiruan dari gas hidrogen yang dipijarkan (teratomisasi) dan dilewatkanpada sebuah gelas prisma. /nm :Lyman100 200 500 1000BrackettBalmer PaschenPfundUltraviolet Visibel InframerahGambar 2.4. Spektrum emisi atom hidrogenBertahun-tahun para ilmuwan berusaha mendapatkan suatu pola formula yangmelukiskan hubungan antara panjang gelombang (), frekuensi (), dan bilangangelombang ( ) garis-garis spektrum atom hidrogen; akhirnya pada tahun 1885 J.Balmer (Swiss) berhasil menunjukkan bahwa grafik hubungan antara frekuensi dengan1/n 2 ternyata berupa garis lurus dengan mengikuti rumusan: = 8,2202 x 10 14 4(1 -2n ) Hertz (dimana n = 3, 4, 5, 6, ....... ) ......... (2.1)1.20

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoOleh karena 1/ = dan = c /, persamaan (2.1) dewasa ini seringdiekspresikan sebagai berikut :1 1= 1/ = 109679 (2 -22 n ) cm-1 , (dimana n = 3,4,5,6, ........... ) ......... (2.2)Balmer juga meramalkan adanya sejumlah garis-garis spektrum yang pada waktuitu belum ditemukan; garis-garis spektrum yang memenuhi persamaan (2.2) tersebutkemudian disebut deret Balmer. Dalam kurun waktu kira-kira 40 tahun kemudianakhirnya ditemukan beberapa deret garis lain yang mirip dengan deret Balmer. Deretbaru ini kemudian diberi nama sesuai dengan penemunya, yaitu Lyman (1906) yangterpencar pada daerah ultraviolet, Paschen (1908) yang terpencar pada daerahiframerah-dekat, Brackett (1922) yang terpencar pada daerah inframerah, dan deretPfund (1923) yang terpencar pada daerah inframerah-jauh. Pada dasarnya, setiap deretmenunjukkan pola sebaran garis-garis yang cenderung konvergen dan melemah sejalandengan makin pendeknya panjang gelombang atau naiknya energi.Tabel 2.1a Data beberapa panjang gelombang (dan selisihnya) spektrumgaris atom hidrogen untuk seri Lyman, Balmer, dan PaschenDeret /nm Δ/nm Deret /nm Δ/nm Deret /nm Δ/nmL (1) 121,567 B (1) 656,278 P (1) 1875,11018,995 170,145 593,305L (2) 102,572 B (2) 486,133 P (2) 1281,8055,318 52,086 187,996L (3) 97,254 B (3) 434,047 P (3) 1093,8092,28 23,873 88,971L (4) 94,974 B (4) 410,174 P (4) 1004,9381,194 13,167 50,341L (5) 93,780 B (5) 397,007 P (5) 954,5970,705 8,102 31,695L (6) 93,075 B (6) 388,905 P (6) 922,902B (7) 383,539B (8) 379,790Contoh data panjang gelombang tiap-tiap garis spektrum atom hidrogen yangterdeteksi oleh Balmer (B), Lyman (L), dan Paschen (P) ( Gambar 2.4) dapat diperiksapada Tabel 2.1a yang disajikan bersama dengan selisih panjang gelombang (Δ) antaragaris-garis spektrum terdekat satu sama lain. Seperti terlihat bahwa data panjanggelombang dan perbedaannya ini tidak menunjukkan adanya pola hubungan yangbermakna.5,3663,7491.21

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoTabel 2.1b Data bilangan gelombang ( ) spektrum garis atom hidrogendan selisih-terdekat ( ) untuk seri Lyman, Balmer, dan PaschenDeret /nm Deret /nm Deret /nm cm -1 ) (cm -1 )cm -1 ) (cm -1 )cm -1 )L (1) 121,567 82259 B (1) 656,278 15237 P (1) 1875,110 533315233 5333 ……..L (2) 102,572 97492 B (2) 486,133 20570,50 P (2) 1281,805 7801,475331 ……. …….L (3) 97,254 102823 B (3) 434,047 ……. P (3) 1093,809 …….……. ……. …….L (4) 94,974 ……. B (4) 410,174 ……. P (4) 1004,938 …….dst ……… …….. ……. dst ……… …….. ……. dst ……… …….. ……. (cm -1 )Akan tetapi, bila kita coba mengikuti pola pikir Balmer dengan mengubah datapanjang gelombang ini menjadi data bilangan gelombang ( ) ataupun (frekuensi, )dan kemudian masing-masing perbedaan antara tiap dua garis terdekat disusunberurutan (sebagaimana ditunjukkan Tabel 2.1b), maka sungguh ajaib bahwa bilanganbilanganyang (praktis) sama muncul lagi pada deret spektrum yang berbeda. Hal inisecara umum mengikuti pola rumus umum sebagai berikut:P (n+1) - P (n)= B (n+2) - B (n+1) = L (n+3) - L (n+2)......... (2.3)Tambahan pula diperoleh kenyataan bahwa setiap perbedaan terkecil bilangangelombang ataupun frekuensi dalam suatu deret selalu merupakan anggota bagi deretyang lain, yang secara umum mengikuti pola:L (n) - L (1) = B (n-1) dan B (n) - B (1) = P (n-1)......... (2.4)Catatan : notasi bilangan dalam tanda kurung yang ditulis sebagai subskrip pada persamaan2.3 - 2.4 tersebut menyatakan urutan nomor anggota bagi deret yang bersangkutan.Nah, silakan lengkapi Tabel 2.1b di atas yang disediakan pada bagian LATIHANmodul ini, maka Anda akan menjadi “setara” dengan Balmer, yakni bagaimana seorangilmuwan menemukan rumusan makna spektrum garis atom hidrogen. Selamatmengerjakan!Persamaan (2.3) dan (2.4) menunjukkan adanya hubungan yang khas antara deretspektrum yang satu dengan deret yang lain. Pemeriksaan lebih lanjut diperoleh bahwahubungan yang khas tersebut oleh Ritz dapat dinyatakan dengan satu rumus umum:1= 1/ = R H (2n11-2n2) cm -1 ......... (2.5)(dimana R H = tetapan Rydberg 109737 cm -1 , n = bilangan bulat integer 1 dan n 2 >n 1 ). Hubungan antara harga n dengan deret adalah sebagaiberikut:1.22

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarton 1 n 2 deret daerah1 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ....... Lyman Ultraviolet, uv2 3, 4, 5, 6, 7, 8, ....... Balmer Visibel (tampak))3 4, 5, 6, 7, 8, 9, ....... Paschen Inframerah-dekat, near-IR4 5, 6, 7, 8, 9, ..... Brackett Inframerah5 6, 7, 8, 9, ........ Pfund Inframerah-jauh, far-IRPersamaan (1.5) tersebut menunjukkan bahwa untuk setiap deret spektrum, makinbesar harga n 2 harga-harga garis-garis spektrum makin dekat satu sama lain yangakhirnya nampak sangat berdekatan, mengumpul atau konvergen dan menggerombolmenjadi satu sesuai dengan hasil pengamatan (Gambar 2.4). Untuk n = (takberhingga) akhirnya diperoleh harga batas bagi masing-masing deret.Kenyataan bahwa pola spektrum atom hidrogen dikendalikan oleh besaran yangberharga integer (n unit) sebagaimana persamaan (2.5) merupakan hal yang sungguhmengesankan, karena integer unit adalah khas bagi kehidupan manusia sehari-haridalam melakukan perhitungan-perhitungan. Ini berarti bahwa bilangan gelombang ataufrekuensi atau energi hanya dapat berharga diskret atau kuanta, suatu hal yang sangatsukar diterima oleh para ilmuwan pada saat itu.2.5 Teori Atom BohrWalaupun hasil percobaan hamburansinar- oleh Rutherford benar-benarmenakjubkan, namun teori atom yangdikemukakan sama sekali tidak dapatmenjelaskan spektrum atom. Penjelasanteoritik tentang terjadinya spektrum emisiatom hidrogen, pertama-tama datang dariseorang ahli fisika Denmark, Niels Bohr,pada tahun 1913 yang kira-kira dua tahunelektronmengorbit melingkarq1Gambar 2.5 Gaya yang bekerja padaelektron yang mengorbitsebelumnya pernah bekerja di dalam laboratorium tempat Rutherford melakukanpercobaan hamburan sinar . Untuk memperoleh pandangan baru mengenai teori atomkhususnya atom hidrogen, Bohr mampu melihat perlunya hubungan antara gambaranatom model Rutherford dengan kondisi kuantum, yang telah dikemukakan pertama kalioleh Max Planck pada tahun 1900 dalam menjelaskan peristiwa radiasi benda hitam.+inti atomrq22rm v2r1.23

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoNah, dari model atom Rutherford kita dapat mengetahui bahwa atom hidrogenterdiri atas inti atom dan sebuah elektron, bukan! Oleh karena inti atom bersifat jauhlebih masif daripada elektron, maka oleh Bohr diasumsikan bahwa inti atom seolaholahdiam ditempat dan elektron bergerak mengitarinya. Dalam sistem yang demikianini (Gambar 2.5) berlaku adanya:(1). Gaya atraksi elektrostatik Coulomb antara sebuah proton dalam inti atom denganqsebuah elektron sebesar f 1 1. q2r22eatau f 1 dengan q21 dan q 2 adalahrmuatan proton dan muatan elektron yang keduanya sama besarnya (= e ) tetapi,berlawanan tandanya; tentu saja dalam hal ini diasumsikan bahwa orbit elektronberbentuk lingkaran dengan jari-jari r. Dalam satuan SI (Système Internationald'Unités atau The International System of Units), rumusan tersebut perlu21melibatkan faktor (4 ) sehingga rumusan di atas menjadi : f e1 4 roo,dengan o adalah permitivitas hampa sebesar 8,854185.10 -12 C 2 kg -1 m -3 s 2 .(2). Gaya sentrifugal pada elektron sebesar f 2 =dan v = kecepatan elektron.mv2r, dengan m = massa elektronKedua gaya tersebut harus saling mengimbangi agar elektron tetap berada padaorbitnya. Oleh karena gaya tarik bertanda negatif sedangkan gaya centrifugal bertandapositif maka dalam hal ini f 1 f 2 sehingga diperoleh rumusan:r 2e4mvo....... (2.6)Namun, menurut fisika klasik, elektron atau partikel bermuatan yang selalubergerak mengitari inti atom dan mengalami percepatan tentulah memancarkan energiradiasi dan kemudian kehilangan energi seperti halnya elektron yang mengalamipercepatan di dalam sebuah antena. Akibatnya, elektron akan kehilangan energi danmengorbit secara spiral ke arah inti dan ini berarti punahnya gagasan orbit elektronyang stabil, atau dengan kata lain punahnya atom itu sendiri. Andaikata orbit spiraltersebut mengerut dan mengembang kembali demikian seterusnya sebagai akibatelektron melepas dan mendapatkan kembali energinya, maka spektrum yang dihasilkantentulah berupa spektrum kontinu. Hal ini tentu bertentangan dengan kenyataanmengenai kestabilan atom dan munculnya spektrum garis yang dihasilkan.1.24

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoMenghadapi problem tersebut Bohr secara revolusioner mengemukakan tigamacam asumsi yang melawan teori klasik yaitu:(1) . adanya orbit elektron yang bersifat stasioner yaitu elektron mengorbit dengankecepatan tetap, yang diperoleh dari persamaan (2.6), sebesarv 2 =e42omr.......... (2.7)(2). momentum sudut elektron, mvr, harus bersifat kuanta, dan mengikuti persamaan:m v r = n (h ) ......... (2.8)2dengan n = bilangan integer 1, 2, 3, 4, ....dst. Peran momentum sudut ini dalamsistem gerak melingkar identik dengan peran momentum dalam sistem geraklurus.(3). frekuensi () demikian juga bilangan gelombang ( ) garis-garis spektrumbesarnya proporsional terhadap perbedaan energi antara dua orbit elektron.Untuk asumsi (2) tersebut Bohr cukup jeli (sementara orang lain tidak) melihatadanya kesamaan dimensi antara tetapan Planck (J s atau kg m 2 s -1 ) dengan dimensimomentum sudut, mvr. Munculnya asumsi kondisi kuanta bagi momentum sudut inibarangkali karena Bohr melihat kebenaran jawaban seperti pada penurunan persamaanberikut ini.Persamaan (2.8) dapat diubah menjadi r =persamaan (2.6) diperolehnh2mve2=4omvnh2mv, dan substitusi ke dalam, sehingga rumusan kecepatan menjadi2ev = ; akhirnya substitusi ke dalam persamaan (2.8) diperoleh persamaan jarijariyang baru yaitu :2nho o n hr n= ......... (2.9)meNah, oleh karena persamaan (2.9) hanya terdiri atas besaran-besaran yang sudahdiketahui, maka jari-jari atom, r, dapat dihitung. Untuk n = 1 misalnya, diperoleh r =52,9 pm; harga ini kemudian terkenal sebagai jari-jari orbit Bohr pertama atauterpendek. Selanjutnya untuk harga-harga n yang lain, 2, 3, ... dst., harga-harga r dapatdihitung, dan ini menurut Bohr menggambarkanorbit-orbit elektron yang1.25

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartodiperbolehkan, atau dengan kata lain elektron tidak boleh berada di antara harga-hargaorbit tersebut.Untuk menjelaskan terjadinya spektrum garis (Gambar 2.4), Bohr berangkat darianggapan bahwa energi total elektron, E, merupakan jumlah dari energi kinetik, E k , danenergi potensial, E p . Sebuah elektron yang sedang bergerak dengan kecepatan vmempunyai energi kinetik, ½ mv 2 , dan dengan jarak pisah r terhadap inti atom elektron2eini mempunyai energi potensial sebesar –4 ro(tanda negatif menyatakan bahwaproton dalam inti atom dan elektron saling tarik menarik). Energi potensial ini tentuakan lebih kecil daripada bila elektron terpisah dengan jarak tak-berhingga dari intiatom, yaitu E p = nol. Jadi, energi total elektron dapat dihitung menurut persamaan(2.10) yang dapat diturunkan sebagai berikut:2eE = E k + E p = ( ½ mv 2 – ) ; dan substitusi harga r menurut persamaan (2.9)4ordiperoleh:4meE n = – (dengan n = 1, 2, 3, ....) ....... (2.10) 8n hoEnergi menurut persamaan (2.10) tersebut menggambarkan energi elektron yangterkuantisasi berupa paket-paket energi pada setiap orbit atau setiap tingkat energi nyang makin tinggi dengan naiknya harga n. Jadi, n = 1 menggambarkan energi terendahdan n = menggambarkan energi tertinggi. Elektron pada jarak pisah tak-berhinggadari inti (n = ) tentu tidak memberi interaksi apapun, dan oleh karena itu mempunyaienergi nol. Karena hal ini tentu selalu sama bagi setiap atom, maka harga energitertinggi ini dipakai sebagai patokan untuk melukiskan tingkat-tingkat energi yang lain(berdasarkan harga n) yang tentu lebih kecil daripada nol, yang berarti berharga negatif.(Hal ini identik dengan pemakaian permukaan air laut sebagai patokan nol untuk menentukanketinggian suatu tempat; bila misalnya kedalaman laut Jawa 1000 m, maka konsekuensinya dapatdikatakan bahwa dasar laut Jawa mempunyai ketinggian minus 1000 m).Bila elektron menempati orbit (kulit) pertama (n = 1), dikatakan bahwa atomhidrogen dalam keadaan dasar atau ground state karena atom ini mempunyai energiterendah yang umumnya dicapai pada temperatur kamar untuk hampir sebagian besarunsur maupun molekul. Untuk keadaan tingkat energi yang lebih tinggi, yaitu n > 1untuk atom hidrogen, dikatakan atom dalam keadaan tereksitasi yang tentunya relatif1.26

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartokurang stabil daripada keadaan dasarnya. Suatu atom atau molekul dapat berada dalamkeadaan tereksitasi karena pengaruh pemanasan atau listrik, dan akan kembali kekeadaan dasar dengan memancarkan energi radiasi sebagai spektrum garis yangbesarnya sama dengan perbedaan energi antara kedua tingkat energi yang bersangkutan.Dari persamaan (2.10) perbedaan energi, ΔE, antara dua orbit elektron n 1 dan n 2(n 2 > n 1 ) dapat dinyatakan dengan formula:ΔE =8meo4h1(2n11-2n2) ......... (2.11)Dengan mengenalkan besaran energi cahaya menurut Einstein, ΔE = h = h c ,4me 1 1kedalam persamaan (2.11) diperoleh: = ( - ) ......... (2.12) 3 2 28h n ndan =omeo48ch311(2n121-2n2) ......... (2.13)Nah, sekarang perhatikan persamaan (2.13) tersebut; jelas identik denganpersamaan Ritz (2.5) bukan? Dengan demikian tetapan Rydberg, R H , dapat dihitungsecara teoretik yaitu sebesar 109708 cm -1 ; hasil ini sangat menakjubkan dibandingkandengan hasil eksperimen, R H = 109679 cm -1 . Nilai ini tidak lain adalah perbedaan energiantara n 1 =1 dengan n 2 = . Dengan demikian energi orbit pertama dapat ditentukanyakni sekitar minus (-) 109680 cm -1 . Selanjutnya energi orbit kedua adalah perbedaanantara n 1 = 2 dengan n 2 = , yakni -27420 cm -1 ; dengan cara yang sama energi orbitorbityang lain dapat ditetukan, yakni orbit ketiga (n 1 = 3) -12187 cm -1 , orbit keempat(n 1 = 4) – 6855 cm -1 , dan seterusnya.Dengan demikian, Bohr mampu mendemonstrasikan perhitungan-perhitunganyang cukup akurat terhadap spektrum garis atom hidrogen. Tambahan pula dapatdijelaskan bahwa terjadinya garis-garis spektrum pada deret Lyman, tidak lain karenaterjadinya transisi (perpindahan) elektron dari tingkat-tingkat energi lebih tinggi (n > 1)yang berakhir pada tingkat energi terendah (n = 1), sedangkan untuk deret Balmertransisi elektron berakhir pada tingkat energi n = 2; demikian seterusnya untuk deretderetyang lain yang secara diagramatik dapat ditunjukkan menurut Gambar 2.6.Sungguh, suatu penjelasan yang sangat mengesankan! Bagaimana menurut Anda?1.27

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarton - E / cm -10436855121872274201109680Lyman Balmer Paschen100 200 500 1000 λ / nmGambar 2.6. Diagram transisi elektronik dan garis-garis spektrumatom hidrogen menurut BohrJadi, teori atom Bohr kiranya dapat diringkas sebagai berikut.(1). Elektron mengitari inti atom dalam orbit-orbit tertentu yang berbentuk lingkaran;orbit-orbit ini sering disebut sebagai kulit-kulit elektron yang dinyatakan dengannotasi K, L, M, N, ...... dst., yang secara berurutan sesuai dengan n = 1, 2, 3, 4,..........dst.(2). Elektron dalam tiap orbit mempunyai energi tertentu yang makin tinggi denganmakin besarnya lingkaran orbit atau makin besarnya harga n; energi ini bersifatterkuantisasi, dan harga-harga yang diijinkan dinyatakan oleh harga momentumsudut elektron yang terkuantisasi sebesar n (h ), dengan n = 1, 2, 3,......., .2(3). Selama dalam orbitnya, elektron tidak memancarkan energi dan dikatakan dalamkeadaan stasioner. Keberadaan elektron dalam orbit stasioner ini dipertahankanoleh gaya tarik elektrostatik elektron oleh inti atom yang diseimbangkan olehgaya sentrifugal dari gerak elektron.(4). Elektron dapat berpindah dari orbit satu ke orbit lain yang mempunyai energilebih tinggi bila elektron tersebut menyerap energi yang besarnya sesuai denganperbedaan energi antara kedua orbit yang bersangkutan; dan sebaliknya bilaelektron berpindah ke orbit yang mempunyai energi lebih rendah akan1.28

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartomemancarkan energi-radiasi yang teramati sebagai spektrum garis, yang besarnyasesuai dengan perbedaan energi antara kedua orbit yang bersangkutan.(5). Atom atau molekul dikatakan dalam keadaan tingkat dasar (ground state)apabila elektron-elektronnya menempati orbit-orbit sedemikian sehinggamemberikan energi total terendah, dan apabila elektron-elektron menempati orbitorbityang memberikan energi lebih tinggi daripada energi tingkat dasarnyadikatakan atom dalam keadaan tingkat tereksitasi (excited state). Atom dalamkeadaan dasar lebih stabil daripada dalam keadaan tereksitasi.n = 4, r = 8,48 ÅE = - 6856 cm -1n = 5, r = 13,25 ÅE = - 4388 cm-1n = , r = E = nol(e)(d)n = 3, r = 4,77 ÅE = - 12189 cm -1n = 1, r = 0,53 ÅE = - 109708 cm -1n = 2, r = 2,12 ÅE = - 27427 cm -1Energi orbit (Bohr) naik(c)(b)(a)Gambar 2.7 Struktur atom hidrogen menurut model atom Bohr menunjukkannilai n, r, energi orbit- E, dan deret spektrum garis Lyman (a),Balmer (b), Paschen (c), Bracket (d), dan Pfund (e)Secara sederhana spektrum-garis dalam struktur atom hidrogen menurutperhitungan teori atom Bohr dapat dilukiskan menurut Gambar 2.7. (Catatan penting:sesungguhnya jarak antara lingkaran orbit terdekat, pertama dengan kedua adalah1.29

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartopaling besar, lalu berkurang semakin mengecil; dalam Gambar 2.7 diabaikan agartampak lebih jelas saja).Energi Ionisasi Atom HidrogenSadarkah Anda bahwa salah satu sifat dasar yang penting bagi suatu unsur adalahenergi ionisasi? Ia didefinisikan sebagai energi (terkecil) yang diperlukan untukmelepaskan elektron dari (tiap mol) atom nya dalam keadaan gas. Nah, oleh karenahidrogen hanya mempunyai satu elektron untuk setiap atomnya, maka hanya dikenaladanya satu harga energi ionisasi, sedangkan untuk atom-atom yang lain mempunyaibeberapa energi ionisasi yaitu energi ionisasi pertama (jika satu elektron dilepas untukyang pertama kali), energi ionisasi kedua (jika satu elektron berikutnya dilepas untukyang ke dua kalinya), energi ionisasi ketiga (jika satu elektron berikutnya lagi dilepasuntuk yang ke tiga kalinya), dan seterusnya.Jadi, atas dasar teori atom Bohr di atas dapat diterapkan suatu metode yang cukupsederhana untuk menghitung energi ionisasi atom hidrogen. Pelepasan satu elektrondari atomnya dalam tingkat dasar dapat dianggap sebagai transisi elektron dari orbit n =1 ke orbit tak-berhingga yakni n = . Oleh karena itu, transisi ini tentu sesuai dengangaris spektrum yang mempunyai energi tertinggi atau panjang gelombang terpendekyaitu kira-kira 91,2 nm, yang merupakan batas garis konvergen deret Lyman. Energi inidapat dihitung menurut rumusan Einstein:E = h = h c / = 6,62618 x 10 -34 J s x82,9979 x 10 m s991,2 x 10 m1= 2,178 x 10 -18 J = 2,178 x 10 -18 x 6,023 x 10 23 J mol -1 = 1311,8094 kJ mol -1= 13,595 eV (harga eksperimen 13,59 eV; 1eV = 96,49 kJ mol -1 ).Dengan hasil yang sama, energi ini juga dapat dihitung berdasarkan persamaan (2.11): E = E - E 1=8meo4hSungguh merupakan suatu verifikasi yang sangat mengagumkan bukan? Jadi, teoriatom Bohr juga menawarkan metode baru untuk perhitungan energi ionisasi secarateoritis.Contoh Soal1. Dengan menggunakan rumusan Balmer (persamaan 1.1), hitung panjanggelombang garis spektrum ke-1 dan ke-2 untuk deret Balmer.1.30

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto2. Dengan menggunakan rumusan umum Ritz, hitung panjang gelombang garis ke-1dan ke-2 deret Lyman dan deret Paschen.3. Hitung tetapan Rydberg menurut ramalan Bohr.PenyelesaianPenyelesaian -1Rumusan Balmer (yang asli): = 8,2202 x 10 14 4(1 -2n) s-1 , makaa. untuk garis ke 1 berarti harga n = 3, sehingga = 8,2202 x 10 14 x (5/9) s -110 1c 2,9979 x 10 cm s = = = 6,56458 x 10 -5 cm14 1ν 8,2202 x 10 x 5/9 s= 656,458 nm (hasil pengamatan 656,278 nm)b. untuk garis ke 2 berarti harga n = 4, sehingga = 8,2202 x 10 14 x (3/4) s -110 1c 2,9979 x 10 cm s = = = 4,862655 x 10 -5 cm14 1ν 8,2202 x 10 x 3/4 s= 486,265 nm (hasil pengamatan 486,133 nm)Penyelesaian-21Rumusan Ritz (persamaan 1.5): = 1/ = R H (2n11-2n2a. Garis ke 1 Lyman berarti n 1 = 1 dan n 2 = 2, maka1 1= 1/ = R H ( - ) cm -1 = 109679 (1 – 1/4) cm -12 2n n12) cm -1 = 1,21566 x 10 -5 cm = 121,566 nm (hasil pengamatan 121,567 nm)b. Garis ke 2 Lyman berarti n 1 = 1 dan n 2 = 3, maka1 1= 1/ = R H ( - ) cm -1 = 109679 (1 - 1/9) cm -12 2n n12 = 1,02572 x 10 -5 cm = 102,572 nm (hasil pengamatan 102,572 nm)c. Garis ke 1 Paschen berarti n 1 = 3 dan n 2 = 4, maka1 1 = 1/ = R H ( - ) cm -1 = 109679 (1/9 - 1/16) cm -12 2n n12 = 1,8756 x 10 -4 cm = 1875,6 nm (hasil pengamatan 1875,11 nm)d. Garis ke 2 Paschen berarti n 1 = 3 dan n 2 = 5, maka1 1 = 1/ = R H ( - ) cm -1 = 109679 (1/9 - 1/25) cm -12 2n n12 = 1,28215 x 10 -4 cm = 1282,15 nm (hasil pengamatan 1282,805 nm)Penyelesaian-3Tetapan Rydberg dapat dihitung berdasarkan substitusi rumusan Bohr persamaan(2.13) terhadap persamaan Ritz (2.5) karena keduanya identik. Jadi, diperoleh:1.31

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoR H =meo48ch3319,1091 x 10 kg (1,6021 x 10) C J m x 2,9979 x 10 m s=122 4 228 1343 3 38(8,854188 x 10194 4) Cx (6,62618 x 10R H = 1097,08 m -1 = 109708 cm -1 (hasil pengamatan 109679 cm -1 ))Js1.32

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoC. Latihan Kegiatan Belajar-2Petunjuk: Selesaikan soal-soal berikut dengan penjelasan singkat menurut bahasaAnda sendiri.1. Jelaskan secara singkat: spektrum emisi, spektrum garis, dan spektrum kontinu.2. Spektrum garis atom hidrogen telah berhasil direkam dengan hasil 5 deret, Lyman,Balmer, Paschen, Brackett, dan Pfund. Masing-masing deret selalu mempunyaianggota garis pertama, ke dua dan seterusnya hingga garis batas (terakhir) yangberbeda-beda. Jelaskan makna bilangan gelombang garis-garis deret tersebut, yaitu(a) setiap garis antar deret secara umum, (b) setiap garis dalam deret, (c) setiap garispertama dan (d) setiap garis batas deret yang bersangkutan, dalam hubungannyadengan transisi elektronik menurut model atom Bohr.3. Dengan menggunakan rumusan umum Ritz, hitung panjang gelombang garis ke 1dan ke 2 deret Lyman dan deret Paschen. Hitung pula tetapan Rydberg menurutramalan Bohr.4. Lengkapi data bilangan gelombang dan selisihnya (…….) ketiga deret dalam tabelberikut ini, beberapa contoh sudah dituliskan.Deret /(nm)/(cm -1 )Δ / (cm -1 ) Deret / (nm) (cm -1 (n+1) - n n - 1 ) (n+1) - n n - 1/Δ / (cm -1 )Deret LymanDeret BalmerL(1) 121,567 82259,17 B(1) 656,278 15237,4515233,33 …………L(2) 102,572 97492,49 ………… B(2) 486,133 ………… ………………………………L(3) 97,254 ………… ………… B(3) 434,047 ………… ………………………………L(4) 94,974 ………… ………… B(4) 410,174 ………… ………….……………………L(5) 93,780 ………… ………… B(5) 397,007 ………… …………dst. ………… ………………………………dst.……………………L() 91,175 109679,00 ………… B() 364,604 27427,00 …………Deret PaschenP(1) 1875,110 5333,02…………P(2) 1281,805 ………… ……………………P(3) 1093,809 ………… ……………………P(4) 1004,938 ………… ……………………P(5) 954,597 ………… …………dst. ………… ………… ………… …………P() 820,344 12190,00 …………1.33

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto5. Dengan data nomor 4 di atas, selidikilah harga-harga numerik yang sama atauhampir sama yang muncul antar deret kemudian cobalah nyatakan dengan rumusanumum.6. Dapatkah model atom Rutherford menjelaskan terjadinya spektrum garis, jelaskan!1.34

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoD. Rambu-rambu Kunci Jawaban Latihan Kegiatan Belajar-21. (a) Spektrum emisi suatu atom-unsur adalah spektrum cahaya yang dipancarkan olehatom unsur ini jika dipijarkan dengan perbedaan voltase tertentu dalam bolamdengan tekanan rendah(b) Jika cahaya yang dipancarkan tersebut (a) berupa garis-garis berwarna denganpanjang gelombang tertentu dan antar garis dibatasi warna gelap, maka hasilnyadisebut spektrum garis(c) Jika cahaya yang dipancarkan tersebut (a) mencakup semua panjang gelombangyang saling tumpang-tindih berkelanjutan tanpa batas-batas yang tegas, makahasilnya disebut spektrum kontinu2. Menurut Bohr, atom hidrogen mempunyai tingkat-tingkat energi kulit elektrontempat elektron diijinkan mengorbit dengan nilai n = 1, 2, 3, 4, 5, ……., (takberhingga). Nilai n terendah bagi masing-masing deret berbeda yaitu 1 untuk deretLyman, 2 untuk Balmer, 3 untuk Paschen, 4 untuk Brackett, dan 5 untuk Pfund.(a) Bilangan gelombang ( ) setiap garis antar deret melukiskan besarnya energitransisi elektronik dari orbit elektron dengan nilai n lebih tinggi ke orbit elektrondengan nilai n lebih rendah.(b) Bilangan gelombang ( ) setiap garis dalam deret melukiskan besarnya energitransisi elektronik dari orbit elektron dengan nilai n lebih tinggi ke orbit elektrondengan nilai n terendah dalam deret yang bersangkutan, yaitu transisi berakhir padan = 1 untuk deret Lyman, pada n = 2 untuk deret Balmer, pada n = 3 untuk deretPaschen, pada n = 4 untuk deret Brackett, dan pada n = 5 untuk deret Pfund.(c) Bilangan gelombang setiap garis pertama melukiskan besarnya energi transisielektronik terkecil dalam deret yang bersangkutan(d) Bilangan gelombang setiap garis batas deret melukiskan besarnya energi transisielektronik terbesar dalam deret yang bersangkutan13. Rumusan Ritz (persamaan 2.5) : = 1/ = R H (2na. Garis ke 1 Lyman berarti n 1 = 1 dan n 2 = 2, maka1= 1/ = R H (2n11-2n211-2n2) cm -1 = 109679 (1 – 1/4) cm -1) cm -1 = 1,21566 x 10 -5 cm = 121,566 nm (hasil pengamatan 121,567 nm)b. Garis ke 2 Lyman berarti n 1 = 1 dan n 2 = 3, maka1.35

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto1= 1/ = R H (2n11-2n2) cm -1 = 109679 (1 - 1/9) cm -1 = 1,02572 x 10 -5 cm = 102,572 nm (hasil pengamatan 102,572 nm)c. Garis ke 1 Paschen berarti n 1 = 3 dan n 2 = 4, maka1 1 = 1/ = R H ( - ) cm -1 = 109679 (1/9 - 1/16) cm -12 2n n12 = 1,8756 x 10 -4 cm = 1875,6 nm (hasil pengamatan 1875,11 nm)d. Garis ke 2 Paschen berarti n 1 = 3 dan n 2 = 5, maka1 1 = 1/ = R H ( - ) cm -1 = 109679 (1/9 - 1/25) cm -12 2n n12 = 1,28215 x 10 -4 cm = 1282,15 nm (hasil pengamatan 1282,805 nm)e. Tetapan Rydberg dapat dihitung berdasarkan substitusi rumusan Bohr persamaan(2.13) terhadap persamaan Ritz (1.5) karena keduanya identik. Jadi diperoleh4meR H = 38cho319,1091 x 10 kg (1,6021 x 10) C J m x 2,9979 x 10 m s=122 4 228 1343 3 38(8,854188 x 10194 4) Cx (6,62618 x 10R H = 1097,08 m -1 = 109708 cm -1 (hasil pengamatan 109679 cm -1 )4. Data bilangan gelombang dan selisihnya ketiga deret dapat dihitung dengan rumusumum = 1/ (hasilnya dicetak tebal)Deret /(nm)/(cm -1 ) / (cm -1 ) Deret / (nm) (cm -1 (n+1) - n n - 1 ) (n+1) - n n - 1/)J / (cm -1 )Deret LymanDeret BalmerL(1) 121,567 82259,17 B(1) 656,278 15237,4515233,33 5333,06L(2) 102,572 97492,49 15233,33 B(2) 486,133 20570,50 5333,065331,04 2468,48L(3) 97,254 102823,53 20564,37 B(3) 434,047 23038,98 7801,532468,44 1340,92L(4) 94,974 105291,97 23032,81 B(4) 410,174 24379,90 9142,45.dst.dst.L() 91,175 109679,00 27419,83 B() 364,604 27427,00 12189,55Deret PaschenP(1) 1875,11 5333,0202468,45P(2) 1281,80 7801,47 2468,4551340,89P(3) 1093,80 9142,36 3809,349808,50P(4) 1004,93 9950,86 4617,848dst.P() 820,344 12190,00 6856,98s1.36

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto5. Data tersebut sungguh ajaib bahwa bilangan-bilangan yang (hampir) samamuncul lagi pada deret spektrum yang berbeda, yaitu bahwa:(a) Selisih bilangan gelombang ( ) dengan garis pertama:L (3) – L (2) = 15233,33 cm -1 B (1) = 15237,45 cm -1L (3) – L (1) = 20564,37 cm -1 B (2) = 20570,50 cm -1L (4) – L (1) = 23032,81 cm -1 B (3) = 23038,98 cm -1B (2) – B (1) = 5333,06 cm -1 P (1) = 5333,02 cm -1B (3) – B (1) = 7801,53 cm -1 P (2) = 7801,47 cm -1B (4) – B (1) = 9142,45 cm -1 P (3) = 9142,36 cm -1Jika perbedaan yang sangat kecil ini diabaikan oleh karena ketelitian pengamatanyang berbeda, maka diperoleh hubungan umum bahwa bilangan gelombang:L (n) - L (1) = B (n-1) dan B (n) - B (1) = P (n-1)Ini berarti bahwa setiap perbedaan bilangan gelombang dengan garis pertama dalamsuatu deret selalu merupakan anggota bagi deret yang lain. Tambahan pula:L ( ) - L (1) = 27419,83 cm -1 B ( ) = 27427,00 cm -1 danB ( ) - B (1) = 12189,55 cm -1 P ( ) = 12190,00 cm -1Ini berarti bahwa setiap perbedaan bilangan gelombang terbesar, yaitu antara garispertama dengan garis batas, suatu deret merupakan garis batas bagi deret yang lain.(b) Selisih bilangan gelombang ( ) antar garis terdekat:L (3) – L (2) = 5331,04 cm -1 B (2) – B (1) = 5333,06 cm -1L (4) – L (3) = 2468,44 cm -1 B (3) – B (2) = 2468,48 cm -1 = P (2) – P (1) = 2468,45 cm -1Jika perbedaan yang sangat kecil ini diabaikan oleh karena ketelitian pengamatanyang berbeda, maka diperoleh hubungan umum bahwa bilangan gelombang:P (n+1) - P (n) = B (n+2) - B (n+1) = L (n+3) - L (n+2)6. Model atom Rutherford tidak mungkin menjelaskan spektrum-garis atom hidrogen,sebab Rutherford tidak melukiskan model atom dengan tingkat-tingkat energielektronnya, melainkan hanya secara sederhana melukiskan adanya elektron yangberedar di luar inti.1.37

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoKEGIATAN BELAJAR-3TEORI ATOM MEKANIKA GELOMBANGA. Tujuan AntaraBagian modul ini membahas struktur atom menurut mekanika gelombang yangberdasarkan atas penyelesaian persamaan Schrödinger. Oleh karena bersifat sangatmatematis dan juga sangat rumit, maka hanya (cara memperoleh) hasil akhirnya sajayang ditampilkan, yang darinya dengan relatif mudah ketiga bilangan kuantumditurunkan. Dalam hal ini bukan mustahil materi ini lebih bersifat “pengayaan” untuklebih memahami teori atom mekanika gelombang. Oleh sebab itu setelahmenyelesaikan Kegiatan Belajar-3 ini diharapkan Anda mampu:1. memahmi bahwa ketiga (nilai) bilangan kuantum, n, l, dan m l , muncul secaranatural-matematis sebagai konsekuensi penyelesaian persamaan Schrödinger2. menentukan hubungan numerik l yang diperbolehkan untuk setiap harga n3. menentukan hubungan numerik m l yang diperbolehkan untuk setiap harga l4. memahami bahwa setiap jenis orbital dengan lambang sumbu Cartes merupakanrepresentasi dari numerik m l tertentu.5. melukiskan jenis orbital-angular p, dan d.6. menuliskan konfigurasi elektronik atom unsur dengan prinsip aufbau, aturanHund dan kaidah Pauli7. menjelaskan bahwa urutan energi orbital menurut diagram aufbau hanya tepateksakuntuk 20 atom pertam, selebihnya menurut urutan naiklnya nilai n.8. melukiskan diagram orbital konfigurasi elektronik9. menentukan tetapan perisai, σ, dan muatan inti efektif, Z ef .B. Uraian Materi-33.1 Kelemahan Teori Atom BohrKita telah belajar bahwa teori atom Bohr berangkat dari spektrum atom hidrogen(model 1 proton dengan 1 elektron) yang diasosiasikan dengan transisi elektronik. Kitatahu bahwa dua elektron atau lebih saling tolak menolak seperti halnya proton denganelektron saling tarik menarik; maka jelas bahwa energi total bagi atom atau spesiesberelektron banyak tidak dapat dihitung menurut rumusan Bohr. Oleh karena itu tanpa1.38

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoadanya modifikasi, spektrum spesies berelektron banyak (lebih dari satu) tidak mungkindijelaskan menurut ramalan teori atom Bohr.Untuk spesies berelektron dua misalnya He, ternyata teori atom Bohr tidak dapatdikembangkan. Bahkan sekalipun untuk atom hidrogen, teori atom Bohr tidak pernahmampu menjelaskan munculnya gejala spektrum lain yang disebabkan oleh adanyapengaruh medan magnet atau medan listrik dari luar. Adanya pengaruh medan magnetdari luar (percobaan Stark) ataupun medan listrik (percobaan Zeeman) ternyatamenimbulkan terjadinya pemisahan atau pembelahan (splitting) garis-garis spektrum(Gambar 3.1)Garis-garis spektrumtanpa medan magnetikdalam medan magnetikGambar 3.1 Contoh pembelahan garis spektrum dalam medan magnetikBanyak usaha telah dilakukan, namun Bohr tetap tidak pernah mampumemperluas atau mengembangkan teorinya sehingga gagal dalam usahanyamenjelaskan spektrum spesies berelektron banyak, yakni terjadinya pemisahan garisgarisspektrum oleh pengaruh medan magnit maupun medan listrik dari luar, dantimbulnya variasi intensitas garis-garis spektrum. Perlu dicatat bahwa dalam teorinyaBohr melakukan perhitungan-perhitungan berdasarkan pada campuran antaramekanika klasik dengan teori kuantum. Untuk itu kita perlu belajar lebih lanjutsebagimana diuraikan berikut ini.3.2 Struktur Halus SpektrumOleh karena teori atom Bohr pada dasarnya selalu diingat dan bahkan dijadikantitik tolak bagi pengembangan teori atom berikutnya, maka sebelum melangkah lebihlanjut perlu diingat kembali pemikiran-pemikiran mengenai atom seperti berikut ini.(1). Suatu kumpulan partikel-partikel atomik, seperti inti sebuah atom hidrogen dansebuah elektron yang terikat, mempunyai energi terkuantisasi tertentu.(2). Energi suatu sistem secara keseluruhan tergantung atau dipengaruhi oleh interaksiantar partikel-partikel penyusunnya, tetapi sebagian dari energi ini misalnya sajaenergi kinetik adalah bebas dari pengaruh interaksi antar partikel-partikeltersebut.1.39

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto(3). Perubahan naik-turunnya energi suatu sistem yang disebabkan oleh perubahaninteraksi antar partikel-partikel penyusunnya sering secara praktis dinyatakansebagai perubahan energi elektron-elektron dalam sistem ini. Jadi dalam hal yangdemikian ini, pembahasan lebih sering mengenai energi elektron daripada energisistem.(4). Dalam atom, energi elektron atau energi interaksi suatu sistem bersifatterkuantisasi. Bohr melukiskan sifat kuantisasi ini dalam hubungannya denganmomentum sudut elektron kedalam bentuk persamaan mvr = n (h ) (n = 1, 2, 3,).2Sebuah elektron dalam atom mungkin mendapatkan atau melepaskan momentumsudut sebesar n unit (1 unit =momentum sudut dalam pecahan unit.h ), dan tidak dikenal adanya perubahan2Perubahan energi atau tegasnya energi transisi elektronik yang diterangkan olehBohr ini relatif besar pada skala atomik. Dugaan adanya sejumlah perubahan energiyang relatif lebih kecil tentu memerlukan penjelasan teoritik tersendiri dan ini dibahaspada bagian berikut.Dengan peralatan spektrofotometer yang lebih canggih, garis-garis spektrum yangsemula tampak dan diduga tunggal sebagaimana teramati oleh Bohr, ternyata terdiriatas beberapa garis majemuk yang sangat dekat satu sama lain. Oleh karena jarakpisah garis-garis majemuk ini sangat dekat dan hanya terdeteksi oleh peralatan yanglebih canggih yang artinya mempunyai daya resolusi tinggi, maka sesungguhnya kitadihadapkan pada struktur halus garis spektrum atau the fine structure of line orspectrum.Telah dikemukakan oleh Bohr bahwa setiap garis spektrum diasosiasikan dengantransisi elektron dari tingkat energi satu ke tingkat energi yang lain yang masing-masingdinyatakan dengan harga n (yang kemudian disebut sebagai bilangan kuantum). Untukgaris-garis majemuk yang sangat lembut tersebut tentu memerlukan spesifikasi barumengenai tingkat-tingkat energinya yang mempunyai perbedaan sangat kecil, jauh lebihkecil daripada perbedaan energi antara tingkat-tingkat energi utama yang menunjukpada orbit elektron yang dikemukakan oleh Bohr.1.40

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoMenghadapi hasil pengamatan baruini, seorang ahli fisika Jerman, ArnoldSommerfeld, mengemukakan asumsinyabahwa orbit elektron tidak selalu berbentuklingkaran seperti asumsi Bohr melainkanbentuk elips juga dapat memenuhi rumusanmomentum sudut elektron, mvr =n h .2 Dengan demikian, suatu objek misalnya elektron yang sedang bergerak dalam bentukorbit terhadap objek lain yaitu inti atom, terdiri atas dua komponen energi yaitu energiyang berkenaan dengan gerak menyudut-angular (E a ) dan energi yang berkenaandengan gerak radial (E r ). Seperti ditunjukkan Gambar 3.2, gerak radial ini menunjukpada gerak mendekat atau menjauhnya objek elektron yang sedang bergerak menempuhorbit terhadap objek inti atom sepanjang jari-jarinya. Jadi, energi total (E t ) sistem iniadalah E t = E a + E r .Bila orbit elektron berbentuk lingkaran, berarti E r berharga nol karena tidakadanya perubahan jari-jari atau tidak ada perubahan jarak antara inti sebagai titik pusatorbit dengan elektron sepanjang orbitnya; dengan demikian, Bohr hanyamempertimbangkan energi total (E t ) saja.Lebih lanjut Sommerfeld mampu merumuskan besaran E a dan E r untuk spesiessatu elektron yang keduanya bersifat terkuantisasi; artinya, harga keduanya dikontrololeh bilangan-bilangan kuantum berinteger satu, analog dengan bilangan kuantum yangdiusulkan oleh Bohr. Jadi, ketiga besaran energi tersebut, E t , E a , dan E r , semuanyaterkuantisasi, tetapi E r ditentukan oleh E t dan E a . Bilangan kuantum Bohr selanjutnyadisebut sebagai bilangan kuantum utama (n) yang diasosiasikan dengan energi kulitutama elektron; sedangkan bilangan kuantum Sommerfeld disebut sebagai bilangankuantum azimut atau bilangan kuantum sekunder dengan notasi , berharga, 0, 1, 2, 3,... (n -1) yang sering diasosiasikan dengan energi sub-kulit elektron. Perlu dicatat bahwauntuk = 0 berarti orbit elektron berbentuk lingkaran, sedangkan untuk 1 orbitelektron berbentuk elips yang makin menyimpang dari bentuk lingkaran dengan makinbesarnya harga .= 0= 1= 2Gambar 3.2 Kemungkinan bentukorbit elektron model Bohr - Sommerfelduntuk n = 31.41

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoDengan demikian, naiknya energi elektronik yang sesungguhnya adalah energiatom atau energi sistem, dapat diasosiasikan dengan naiknya energi sub-kulit yangberarti naiknya bilangan kuantum sub-kulit atau orbit elip. Namun, karena elektronhanya boleh mempunyai harga energi terkuantisasi tertentu, ini berarti bahwa hanya adasejumlah tertentu pula energi-energi sub-kulit yang tersedia; dan dalam hal iniSommerfeld mengemukakan hanya sejumlah sub-kulit yang diperlukan saja untukmenjelaskan spektrum halus garis-garis majemuk yang teramati. Hasilnya dalamhubungannya dengan bilangan kuantum utama, n, ditunjukkan oleh Tabel 3.1.Tabel 3.1Hubungan kulit utama dengan sub-kulit menurut SommerfeldKulit UtamaSub-kulit ()(n ) jumlah macam harga, 0 - (n -1) Simbol1 1 0 1s (sharp)2 2 0 2s1 2p (principle)3 3 0 3s1 3p2 3d (diffuse)4 4 0 4s1 4p2 4d3 4f (fundamental)Menurut model Bohr, transisi elektronik yang teramati pada spektrum garismenunjuk pada perpindahan elektron antar tingkat-tingkat energi utama, n, misalnyadari n=2 ke n=1, sedangkan model Sommerfeld memungkinkan juga terjadinya transisielektronik yang melibatkan tingkat energi sub-kulit, , yang berasal dari kulit utamayang berbeda, misalnya dari orbit ns ke orbit (n-1)s seperti 2s ke 1s, dari orbit np keorbit (n1)s seperti 2p ke 1s. Oleh karena perbedaan energi antara 2s dengan 2p relatifjauh lebih kecil daripada perbedaan energi antara 2s dengan 1s demikian juga antara 2pdengan 1s, maka kedua transisi elektronik ini mempunyai energi yang hampir sama,sehingga dua garis spektrum yang diasosiasikan dengan kedua transisi elektronik inimuncul sangat berdekatan sesuai dengan pengamatan sebagai struktur halus garis-garisspektrum. Jadi model Sommerfeld cukup beralasan dalam menjelaskan struktur halusspektrum garis atom hidrogen walaupun transisi elektronik yang mungkin munculmenurut rumusannya ternyata tidak semuanya teramati. Perluasan model atom ini1.42

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartokemudian lebih dikenal sebagai model Bohr - Sommerfeld. Nah, sepahamkah Andadengan Sommerfeld?3.3 Sifat Gelombang PartikelWalaupun Bohr telah melukiskan struktur atom cukup rinci, namun masih adasesuatu yang hilang. Apanya yang hilang? Untuk ini perlu kita tinjau kembalimengenai sifat cahaya. Para ilmuwan selalu saja mendapat kesulitan dalam melukiskansifat karakteristik cahaya. Banyak percobaan dengan jelas menunjukkan bahwa cahayabersifat gelombang, tetapi percobaan lain menunjukkan bahwa cahaya bersifat sebagaipartikel (yang nantinya dikenal sebagai aliran foton yang membawa paket-paket energiatau sejumlah energi diskret terkuantisasi), sebagaimana terjadi pada berbagai jenisgejala dalam Tabel 3.2.Tabel 3.2 Perbandingan konsistensi cahaya dalam berbagai gejalaGejala Teori Gelombang Teori PartikelDifraksi Konsisten tidak konsistenRefleksi, Refraksi Konsisten KonsistenInterferensi Konsisten tidak konsistenEfek Fotolistrik tidak konsisten KonsistenPenyebaran energi radiasi Konsisten KonsistenPolarisasi cahaya Konsisten tidak konsistenEfek Compton tidak konsisten KonsistenNah, dari perbandingan gejala-gejala tersebut dapat dipertimbangkan bahwa sifatcahaya atau energi radiasi secara umum berhubungan dengan sifat gelombang dan sifatpartikel atau sering dikenal sebagai sifat mendua cahaya yaitu sifat gelombang -partikel. Dalam hal seperti ini, sejumlah asumsi yang kemudian merupakan dasarpengembangan teori kuantum dapat dirumuskan sebagai berikut.(1). Atom-atom berkelakuan sebagai osilator, menghasilkan gelombangelektromagnetik dengan frekuensi gelombang yang karakteristik bagi atom yangbersangkutan.(2). Energi tidak dibawa oleh gelombang itu sendiri melainkan oleh foton yangkecepatan alirnya diberikan oleh intensitas gelombang yang bersangkutan.(3). Kecepatan pancaran gelombang oleh osilator-osilator menentukan peluangpancaran foton oleh sumbernya.Ketiga asumsi tersebut dapat diringkas dalam bentuk (kuantum asli) seperti yangdiusulkan oleh Max Planck, yaitu bahwa osilator-osilator memancarkan energi dalam1.43

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartobentuk kelipatan integral dari paket energi basis (yaitu foton) sebagai E = nh (n =bilangan kuantum atau diskret, dan = frekuensi osilator).Pada tahun 1924 seorang fisikawan Prancis, Louis de Broglie, mengusulkanalternatif lain untuk menjelaskan rumusan Bohr mengenai momentum sudut elektronyang terkuantisasi, dengan mengubah ekspresi persamaan yang bersangkutannh(persamaan 2.8) menjadi 2r = . Dalam persamaan ini terlihat bahwa 2r tidak lainmvadalah keliling lingkaran yang oleh de Broglie diasumsikan sebagai orbit elektron.Dengan demikian, orbit elektron juga bersifat terkuantisasi. Mengapa orbit elektron iniditentukan oleh harga-harga h, m, dan n? Dalam hal ini de Broglie mengusulkan bahwabila cahaya menunjukkan sifat mendua gelombang - partikel, maka secara sama materiyang jelas menunjukkan sifat partikel tentu juga mempunyai sifat gelombang. Pendapatini agak aneh kedengarannya bukan? Namun, sesungguhnya hal ini menunjukkan sifatanalogi yang benar-benar paralel; dasar pemikirannya dengan mempertimbangkanmomentum foton.Oleh karena momentum partikel yang sedang bergerak dinyatakan sebesar mv,maka sebuah foton yang tidak terdeteksi karena terlalu kecil massanya mestinya tidakmempunyai momentum (nol). Namun, kesimpulan yang terakhir ini tidaklah benarsebagaimana dibuktikan oleh teori relativitas Einstein. Dengan mengingat kembalihubungan massa dengan energi menurut Einstein, E = mc 2 , de Broglie merumuskanmassa foton sebagai m =E , dan substitusi energi ini menurut Planck diperoleh:c 2m =h c 2atau m =h........... (3.1)c Jadi, massa foton berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya atau berbandinglurus dengan frekuensinya. Lebih lanjut, de Broglie menganggap beralasan untukberpikir mengenai panjang gelombang suatu partikel seperti halnya panjang gelombangfoton yang mempunyai kecepatan v. Oleh karena itu, paralel dengan persamaan (3.1)diperoleh rumusan - persamaan (3.2):m =h h atau = (dengan v = kecepatan partikel) ....... (3.2)v m v1.44

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoDengan demikian, partikel yang sedang bergerak sesungguhnya menunjukkansifat gelombang yang besarnya berbanding terbalik dengan momentum partikel yangbersangkutan. Untuk m yang sangat kecil seperti partikel-partikel atomik atau partikelmikro dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, sifat gelombangnya menjadisangat nyata. Akan tetapi untuk partikel-partikel makro yang massanya besar, sifatgelombang sangat jauh lebih kecil terlebih-lebih jika partikel ini mempunyai kecepatanyang jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya seperti diungkapkan pada contohperhitungan berikut ini.Contoh Soal(1). Hitung panjang gelombang elektron yang sedang bergerak dengan kecepatan kirakira1% kecepatan cahaya.(2). Hitung panjang gelombang sebuah bola 10 g yang sedang bergerak dengankecepatan 5 m per detik.Penyelesaian (1)Menurut de Broglie: =342 1h 6,626 x 10 kg m s=316 1m v 9,1091 x 10 kg x 2,9979 x 10 m s= 2,43.10 -10 m= 243 pm = 2,43 Å (bilangan ini berdimensi atomik)Penyelesaian (2) =342h 6,626 x 10 kg m s=21m v 10 kg x 5 m s1= 1,323.10 -32 mBilangan ini sungguh merupakan harga panjang gelombang yang sangat kecil yang sulitterdeteksi dan tidak mempunyai konsekuensi apapun. Sebagai perbandingan, panjanggelombang beberapa objek yang sedang bergerak dapat diperiksa pada Tabel 3.3.Tabel 3.3 Panjang gelombang beberapa objek yang sedang bergerakPartikel massa / kg kecepatan / m s -1 / pmElektron dipercepat 100 volt 9,11 x 10 -31 5,9 x 10 6 120Elektron dipercepat 104 volt 9,29 x 10 -31 5,9 x 10 7 12Partikel dari nuklida Ra 6,68 x 10 -27 1,5 x 10 7 6,6 x 10 -1Peluru kaliber 22 1,9 x 10 -3 3,2 x 10 2 1,1 x 10 -33Bola golf 0,045 304,9 x 10 -34Bola basket 0,140 251,9 x 10 -341.45

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoGambar 3.3Gambar menunjukkan sifat gelombang de Broglie dalam orbit Bohr yang(A) berkelanjutan, ajeg - serba terus tidak terhapus (standing wave),bila jumlah gelombang (n) berupa bilangan bulat,(B-D) terhapus, bila jumlah gelombang (n) berupa bilangan pecahan.Berdasarkan persamaan 2.8, persamaan 3.2 dapat diubah menjadi 2 r = n .Jadi, lingkaran orbit elektron terkuantisasi dengan kelipatan-kelipatan integer dari hargapanjang gelombang elektron yang bersangkutan. Berbeda dengan Bohr yangmemandang elektron sebagai partikel yang mengorbit mengelilingi inti atom, deBroglie memandang elektron sebagai gelombang atau bila bukan merupakangelombang murni, elektron dipandang sebagai gelombang yang berasosiasi denganpartikel yang sangat kecil yang bergerak sangat cepat. Jadi, elektron oleh de Brogliedigambarkan sebagai gelombang ajeg - serba terus (standing wave) dengan jejakmelingkar tertutup tanpa ujung - pangkal seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.3(A).Untuk memenuhi sifat standing wave ini, jelas bahwa jumlah panjang gelombangharus terkuantisasi (n = 1, 2, 3, 4, .......). Bila harga n berupa pecahan (misalnya 2,5;3,5), maka sifat gelombang akan menjadi terhapus (Gambar 3.3B-D). Perlu dicatatbahwa pada waktu itu belum ada bukti eksperimen yang mendukung pandangan deBroglie, namun ternyata bukti yang diperlukan kemudian menjadi kenyataan dalamwaktu yang relatif singkat sebagai konsekuensi logis pandangan tersebut.Telah diketahui bahwa panjang gelombang elektron ternyata kira-kira samadengan panjang gelombang sinar-X. Dengan demikian, seberkas sinar elektron, yangsemula dipandang sebagai partikel, diharapkan akan menghasilkan pola difraksi yangsama dengan pola difraksi yang dihasilkan oleh sinar-X, yang membawa sifatgelombang. Kenyataannya memang demikian; kira-kira tahun 1927, G. P. Thomson(anak dari J. J. Thomson) dapat menunjukkan pola difraksi yang dihasilkan olehelektron-elektron berkecepatan tinggi pada lempeng aluminium yang ternyata samadengan pola difraksi yang dihasilkan oleh sinar-X yang pertama kali ditunjukkan oleh1.46

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoMax Von Laue (1912). Jadi, tidak diragukan lagi bahwa elektron juga berkelakuansebagai gelombang seperti halnya sinar-X.Nah, asumsi de Broglie bahwa partikel yang sedang bergerak mempunyai sifatgelombang dan penemuan berikutnya bahwa elektron menunjukkan sifat gelombangmengantar teori atom ke arah perkembangan yang lebih modern yang kemudian dikenalsebagai teori atom mekanika gelombang. Beberapa tokoh ilmuwan antara lain, L. deBroglie, Erwin Schrödinger, W. Heisenberg dan Max Born, memberikan sumbanganyang paling banyak dalam perkembangan teori atom mekanika gelombang ini. Dalamteori ini, elektron diperlakukan sebagai gelombang daripada sebagai partikel. Tidak adausaha untuk membuat model visualisasi tentang atom, melainkan berupa deskripsimatematik yang sangat kompleks, yang secara khusus dapat dipelajari dalam buku-bukuMekanika Gelombang (Wave Mechanics) dan Kimia Kuantum (Quantum Chemistry).Namun demikian, banyak kesimpulan yang diturunkan dari mekanika gelombang dapatdiungkapkan kedalam bentuk bahasa non-matematik sebagaimana dibicarakan secararingkas berikut ini.Catatan:J. J. Thomson (ayah), menemukan elektron sebagai partikel (1895) dan memenangkanhadiah Nobel pada tahun 1906, sedangkan G. P. Thomson (anak) menunjukkan bahwaelektron bersifat gelombang (1927) dan memenangkan hadiah Nobel pada tahun 1937.3.4 Prinsip Ketidak-pastianPada tahun 1927, Werner Heisenberg, seorang fisikawan Jerman, mengemukakansuatu uncertainty principle atau asas ketidak-pastian sehubungan dengan tindakanpengamatan terhadap perubahan kondisi objek yang sedang diamati. Bila misalnyadigunakan termometer untuk mengukur suhu suatu objek, maka suhu objek akanberubah naik atau turun ketika terjadi kontak antara objek dengan termometer tersebut.Tentu saja efek perubahan suhu ini hanya signifikan bila jumlah objek sangat sedikit.Demikian juga saat mengamati posisi dan kecepatan partikel yang sedang bergerak.Untuk objek berukuran makroskopik, efek ini tidak begitu nyata tetapi, dalam hal objekmikroskopik seperti elektron, efek ini ternyata sangat signifikan; artinya, keadaan objekpada saat awal pengamatan akan berbeda dengan keadaan pada akhir pengamatan.Untuk memperjelas adanya pengaruh tindakan pengamatan terhadap objek yangsedang diamati, dapat dipikirkan adanya suatu thought experiment atau percobaandalam angan-angan (Gambar 3.4). Oleh karena percobaan ini tidak pernah dapatdilaksanakan secara fisik (dalam laboratorium secara visual), maka semua alat hipotetik1.47

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoyang terlibat dipertimbangkan bekerja secara ideal, 100% efisien, sedangkan hukumhukumalam masih tetap dipatuhi. Dalam percobaan ini diandaikan bahwa sebuahelektron ditembakkan di dalam tabung hampa sempurna dengan kecepatan tertentu;maka, jejak elektron akan berupa garis lengkung parabola sebagai akibat gaya gravitasibumi (Gambar 3.4a).Sumber cahayamikroskop= foton= elektron= penembak elektron(a)(b) (c) (d)Gambar 3.4Ketidakpastian posisi dan kecepatan sebuah elektronoleh karena efek tumbukan dengan foton cahayaAgar elektron dapat terlihat melalui sebuah mikroskop ideal, maka diperlukansebuah sumber cahaya yang ideal yang mampu memancarkan sejumlah foton tertentudengan energi (frekuensi) atau panjang gelombang () tertentu pula. Foton ini harusmenumbuk atau berinteraksi dengan elektron, sebab bila tidak foton hanya lewat sajadan akibatnya elektron akan nampak transparan/samar. Oleh karena kedua jenis partikelini mempunyai massa yang relatif sama, maka elektron akan mengalami rekoil (pegasbalik)yang signifikan dan kecepatannyapun berubah. Oleh karena itu, pada intervalwaktu pengamatan yang sangat kecil berikutnya, elektron akan terlihat bergerak secarazig-zag sebagai akibat tumbukan-tumbukan foton berikutnya (Gambar 3.4 b).Agar gerakan elektron tidak terganggu yang berarti kecepatan elektron tetapseperti semula, maka energi foton, h, harus sekecil mungkin atau panjang gelombang,, sebesar mungkin. Akan tetapi hal ini akan berakibat menurunnya daya resolusimikroskop sehingga posisi elektron tidak lagi dapat ditentukan secara akurat melainkanberada pada batas-batas daerah tertentu yang dapat digambarkan sebagai rangkaianlingkaran-lingkaran kecil pada pengamatan interval waktu tertentu (Gambar 3.4c).Sebaliknya agar elektron dapat terlihat jelas posisinya oleh mikroskop, energifoton harus diperbesar, yang berarti kecil, tetapi kecepatan elektron menjadi berubahsecara signifikan sebagai akibat tumbukan dengan foton tersebut sedemikian sehingga1.48

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartokecepatan elektron menjadi tidak mungkin lagi ditentukan secara tepat. Dengan katalain, bila kecepatan elektron akan ditentukan secara teliti, ini berakibat posisi elektronmenjadi kabur, dan sebaliknya bila posisi elektron ingin ditentukan secara teliti iniberakibat kecepatan elektron menjadi tidak tentu. Demikian juga pemakaian sumberfoton dengan energi medium tentu masih tetap berpengaruh baik terhadap kecepatanmaupun posisi elektron. Dengan demikian, jejak elektron berubah menjadi pita ketidakpastian(Gambar 3.4d) yaitu merupakan produk dari ketidak-pastian kecepatan denganketidak-pastian posisi.Lebih lanjut Heisenberg dapat menunjukkan bahwa kedua besaran ketidak-pastianini tidak pernah lebih kecil daripada harga h / m, yaitu:x .hv atau x . p h ........... (3.3)mRumusan tersebut menunjukkan bahwa momentum (p) dan posisi (x) elektron keduanyatidak dapat ditentukan dengan tepat secara serentak. Perlu disadari bahwa asas ketidakpastianini muncul bukan karena ketidak-mampuan teknik pengukuran percobaanmelainkan karena sifat natural yang mendasar mengenai pengukuran itu sendiri danoleh karena itu berlaku umum. Contoh perhitungan berikut menunjukkan konsekuensinumerik dari asas ketidak-pastian Heisenberg.Contoh Perhitungan(1). Hitung ketidak-pastian kecepatan elektron bila kita ingin menentukan posisinyasedemikian sehingga x = 50 pm (kemungkinan penyimpangan posisi)(2). Hitung ketidak-pastian posisi sebuah bola dengan massa 10 g yang dilempardengan kecepatan 5 m s -1 bila ketelitian kecepatannya sampai dengan seperseribunya.Penyelesaian (1)v 342 1hm x 6,626 x 10 kg m s31129,1091 x 10 kg x 50 x 10 m 1,4.10 7 m s -1Hasil ini jelas merupakan suatu harga ketidak-pastian kecepatan yang signifikan besar,dan tidak mungkin diaabaikan bukan!Penyelesaian (2)Ketidak-pastian kecepatan bola adalahv = 5.10 -3 m s -1 , maka1.49

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartox 342 1hm v 6,626 x 10 kg m s23110 kg x 5 x 10 m s 1,323.10 -29 mHasil ini jelas merupakan harga ketidak-pastian jarak yang sangat kecil, yang tidakmempunyai konsekuensi apapun sehingga dapat diabaikan bukan!Contoh perhitungan di atas jelas menunjukkan kesejajaran terhadap sifatgelombang suatu partikel menurut de Broglie. Dengan demikian, sifat ketidak-pastianini sangat signifikan untuk partikel-partikel atomik. Prinsip ketidak-pastian ini jelasbertentangan dengan asumsi Bohr yang menyatakan bahwa elektron (dalam atomhidrogen) mempunyai orbit tertentu dengan jari-jari (r) tertentu pula; ini berarti bahwaketidak-pastian posisi, r, adalah nol. Menurut Heisenberg, adalah tidak mungkin untukmengetahui bahwa r = nol tanpa mengetahui ketidak pastian totalnya. Jadi, jejakelektron tidak lagi dapat ditentukan kepastiannya secara matematik dan sebagaigantinya adalah berupa pita ketidak-pastian bagi elektron yang bergerak bebas dengankarakteristika gelombang.Oleh karena keadaan elektron tidak lagi dapat dilukiskan secara pasti, makamuncul pendekatan peluang (probabilitas) mendapatkan elektron yang diasosiasikandengan fungsi gelombang elektron yang bersangkutan yang dibahas dalam apa yangdisebut sebagai mekanika gelombang atau kimia kuantum. Oleh karena itu, mempelajarifungsi gelombang elektron merupakan langkah yang fundamental untuk keperluanelusidasi struktur atom lebih lanjut. Walaupun materi ini sangat rumit, ada bagianbagianyang perlu dikenal saja sebelum sampai pada kesimpulan utama yang mendasar.3.5 Fungsi GelombangAtom hidrogen dan sistem bak-hidrogen (hydrogen-like system) adalah spesiesdengan sebuah elektron; misalnya, He + , dan Li 2+ , merupakan sistem yang palingsederhana. Menurut Erwin Schrödinger (1927), persamaan gelombang stasioner - bebaswaktu untuk sistem tersebut dinyatakan dalam persamaan (3-4), yang cukup rumitpenurunanya (tidak kita bicarakan). 2 (x,y,z) +8m hΕV (x,y,z) = 0 ......... (3.4)dengan : (psi) = fungsi gelombang elektron; m o = massa elektron diam2 2 (nabla) 2 x2 2 +2 +2 y z= Operator Laplace1.50

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto 1= r2 r r2 r r21 sinsin r21sin22 2E = E k + V = energi total elektron adalah jumlah energi kinetik, E k ,dengan energi potensial, V.2V = -Z e4 r= energi potensial elektron dengan muatan e danberjarak r terhadap inti yang mempunyai muatan Zh = tetapan Planck, dan x, y, z = sumbu-sumbu koordinat Cartes.Ada dua perbedaan pokok teori atom menurut Bohr dengan teori atom mekanikagelombang yaitu:(1) berbeda dengan asumsi Bohr bahwa elektron sebagai partikel mengorbit dalambentuk lingkaran, Schrödinger melukiskan elektron sebagai gelombang denganjejak menurut persamaan gelombang (3.4) tersebut, dan(2) demikian juga dengan asumsi Bohr bahwa momentum sudut elektron dalamorbitnya bersifat kuantum (mvr = nh /2), sebaliknya Schrödingermengidentifikasi frekuensi sifat gelombang elektron dengan energi yangmemenuhi asumsi Einstein, E = h.Persamaan (3.4) tersebut yangmengandung koordinat Cartes (x, y, dan z),dapat lebih mudah diselesaikan dalambentuk persamaan dengan koordinat sferisbolaatau kutub-polar (r, , φ) denganharga-harga r = 0 - , o - , dan φ =0 o - 2. Informasi mengenai transformasiantara kedua macam koordinat inidiperoleh dari Gambar 3.5 yangmemberikan empat rumusan pokok yaitu:z = r cos ; x = r sincos φ; y = r sinsinφ; dan r 2 = x 2 + y 2 + z 2 ... ..... (3.5)Penyelesaian persamaan (3.4) setelah ditransformasi ke dalam koordinat boladapat dituliskan secara umum sebagai: (r,,) = R (r) . () . (φ) ................. (3.6)P 1O P 4P 3P 2x +Gambar 3.5 Sebuah titik P (elektron)dalam sistem koordinat Cartesdan koordinat kutub - bolaz +rPy +1.51

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoPersamaan (3.6) menunjukkan produk dari tiga macam fungsi (R, , dan )dengan tiga macam variabel secara berurutan (r),() dan (φ) yang tersusun secaraterpisah. Pemeriksaan lebih lanjut menunjukkan adanya besaran-besaran tertentu yangmengontrol harga masing-masing, fungsi Radial- jarak, R (r), fungsi sudut, () dan (φ); besaran-besaran ini adalah n, l, dan m, yang kemudian disebut sebagai bilangankuantum yang ternyata muncul secara matematis - alamiah sebagai konsekuensipenyelesaian persamaan fungsi gelombang (3.4). Oleh karena itu, persamaan (3.6)menjadi lebih informatif bila dituliskan dalam bentuk persamaan (3.7) yangmengandung variabel n, , dan m sebagai bilangan kuantum yang mengontrol hargahargamasing-masing fungsi sebagai berikut: n, ,m r, φ= R n, (r) . m . m φ .............. (3.7)Dengan demikian, fungsi gelombang elektron dapat diformulasikan sebagaiproduk tiga fungsi gelombang, masing-masing terdiri atas satu variabel yang berbedasatu dengan yang lain yaitu:(1) fungsi gelombang Radial, (r) = R n, (r) , yang bergantung pada variabel ryaitu jarak elektron (titik P) terhadap inti atom sebagai titik pusat sumbu; fungsiini harganya ditentukan oleh bilangan kuantum n dan .(2) fungsi gelombang sudut, () = , m () , yang bergantung pada variabel sudut; fungsi ini harganya ditentukan oleh bilangan kuantum dan m.(3) fungsi gelombang sudut ( φ ) = m (φ), yang bergantung pada variabel sudutφfungsi ini harganya ditentukan hanya oleh bilangan kuantum m.Detil transformasi kedalam koordinat kutub agar diperoleh bentuk umumpersamaan 3.7, dan penyelesaiannya secara terpisah adalah masalah matematik dansangat rumit, dan ini jelas diluar bidang pembicaraan ini. Namun, agar tidakmenimbulkan miskonsepsi, hasil akhir perlu ditampilkan dan dipahami lebihlanjut yakni sebagai berikut: n,,m r,=(21)( m)!(n 1)!Z n4( m)![(n )!]3a303Zr/ n a 2Z r 2Z r m. e021 Ln P( Cos). en a 0 n a 0 im.............. (3.8)1.52

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoHasil penyelesaian matematis tersebut sangat rumit bukan? Namun, jika kita telitilebih cermat kita akan temukan esensi yang harus kita ketahui yakni bahwa hasil inihanya ditentukan oleh faktorial (n- -1)!, dan ( ± |m|)! Ingatkah Anda informasi yangtelah kita terima di SMA, bahwa “faktorial” tidak boleh berharga negatif dan pecahan?Faktorial inilah yang memberikan pembatasan-pembatasan terhadap harga-harga n, ,m (tepatnya m l ), dan kombinasinya yakni bahwa:(a). n danmerupakan bilangan diskret, positif bulat integer 1; harga-harga iniadalah, n ( + 1), 0 , dan m = ± l; jadi, n = 1, 2, 3, 4, 5, ………. ∞;= 0, 1, 2, 3, 4, 5, …….. (n-1); m = 0, ±1±2; ±3 …..;(b). tambahan pula, ada hubungan yang “unik” antar nilai ketiganya yangdimungkinkan, dan kombinasi harga-harga yang diijinkan untuk n = 1 - 4adalah sebagai berikut:n 1 2 3 4l 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3m atau m l 0 0 0; ±1 0 0; ±1 0; ±1; ±2 0 0; ±1 0; ±1; ±2 0; ±1; ±2; ±3Nah, hubungan numerik ketiga bilangan kuantum n,, dan m dengan koordinatCartes, yang dengannya notasi orbital sering dinyatakan, dapat diperiksa pada Tabel3.4, dan rincian penyelesaian fungsi gelombang polar bersama dengan koordinat Cartesditunjukkan pada Tabel 3.5.Tabel 3.4Kombinasi harga-harga n , , dan m , yang diijinkann (ada n macam ) m atau m , ada (2 + 1) macam, dan notasi orbitaldalam sumbu CartesHarga Notasi 0 1 2 31 0 s 1s2 0 s 2s1 p 2p z 2p x , 2p y3 0 s 3s1 p 3p z 3p x , 3p y2 d 3d z2 3d xz , 3d yz 3d xy , 3d x 2 - y 24 0 s 4s1 p 4p z 4p x , 4p y2 d 4d z 2 4d xz , 4d yz 4d xy , 4d x 2 - y 23 f* 4f z3 4f xz 2, 4f yz2 4f z(x2 -y 2 ) , 4f zxy 4f x(x 2 -3y 2 ) , 4f y(3x 2 -y 2 )f** 4f z3 4f x3 , 4f y3 4f z(x2 -y 2 ) , 4f zxy 4f x(z2 -y 2 ) , 4f y(z2 -x 2 )1.53

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoCatatan: Orbital f mempunyai 2 bentuk yakni bentuk umum - general set (f*) danbentuk kubik - cubic set (f**); keduanya memiliki 3 label orbital yang sama sedangkan4 yang lain berbeda. Bentuk umum lebih bermakna untuk geometri selain kubusmisalnya trigonal planar dan tetragonal, sedangkan bentuk kubus lebih bermakna untukgeometri kubus yakni tetrahedron dan oktahedron. Seperti halnya orbital d z 2 adalahbentuk singkat dari d 2z 2- x 2 - y 2 atau d 3z 2 - r 2, demikian juga: f z 3 = f z(5z 2 -3r 2 ) ; f x3 = f x(5x 2 -3r 2 ) ;f y3 = f y(5y 2 -3r 2 ) ; sedangkan f xz2 = f x(5z 2 -3r 2 ), dan 4f yz2 = f y(5z 2 -3r 2 ). Mengapa keempatformula orbital f yang lain hasil cubic-set berbeda dari hasil general-set? Perbedaan inisecara matematis valid semuanya sesuai lingkungan geometrinya, sebab keempatformula orbital f cubic-set sesungguhnya hanyalah hasil kombinasi 2 set orbital darihasil general-set. Jadi, f x3 = -¼[ 6 f xz2 - 10 f x(x 2 -3y 2 )]; f y3 = -¼[ 6 f yz2 - 10 f y(3x 2 -y 2 )];f x(z 2 -y 2 ) = ¼[ 10 f xz2 - 6 f x(x 2 -3y 2 )];dan f y(z 2 -x 2 ) = ¼[ 10 f yz2 - 6 f y(3x 2 -y 2 )].Nah, lalu kebenaran apa yang dapat Anda petik dari Tabel 3.4 tersebut? Adahubungan yang pasti antara nilai m dengan lambang-formula orbital, misalnya untuk=1, m = 0 selalu menunjuk orbital p z . Banyak dijumpai buku teks, guru maupun(maha)siswa menunjukkan miskonsepsi dengan secara sembarangan “mengurutkan”abjad p x , p y , p z sesuai dengan “urutan” nilai m = -1, 0, +1 atau m = +1, 0, -1; bahkanada yang berpendapat bahwa tidak mungkin ditentukan hubungan antara nilai numerikm dengan label formula orbital p (dan juga d).3.6 Interpretasi fungsi gelombangFungsi gelombang, , sesungguhnya tidak mempunyai arti fisik yang bermakna,melainkan aspek matematis terutama yang berkenaan dengan sifat simetri. Namun,aspek kimiawi yang fundamental adalah besaran kuadrat fungsi gelombang elektron itusendiri yang proporsional dengan intensitas elektron. Jadi, ∫ 2 dV atau ∫. dVdipahami sebagai ukuran peluang dari keberadaan suatu elektron pada daerah dV(deferensial volume). Istilah lain yang sering digunakan untuk menunjuk pada peluang(probabilitas) dari keberadaan elektron di sepanjang waktunya di seputar inti atomadalah rapatan elektron atau awan elektron, dan inilah yang dapat diukur atau diamatimelalui percobaan difraksi sinar-X.Nah, lalu apa yang dimaksud dengan orbital itu? Istilah orbital atomsesungguhnya menunjuk pada fungsi gelombang total, n,,m r, φ, namun karenavisualisasi fungsi ini secara utuh sangat melelahkan maka sering fungsi ini dilukiskansecara terpisah yaitu sebagai fungsi radial, n,(r) yang berurusan dengan jarak(elektron) terhadap inti, dan fungsi sudut (polar) total, ,m φ yang berurusan1.54

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartodengan orientasi elektron dalam ruang di seputar inti. Oleh karena dalam banyak aspekfungsi sudut lebih bermakna pada orientasi elektron, maka orbital atom seringmenunjuk pada fungsi ini; begitu juga kuadrat amplitudonya.Grafik atau gambar yang paling sering dijumpai pada berbagai buku teks biasanyamenunjuk pada n, (r), 2 n, (r), ,m φ, dan 2 ,mφ; sangat jarang ditemuibentuk totalnya sebagai diagram kontur dari 2 n, ,mr,φOleh karena itu harusberhati-hati dalam menginterpretasikan arti dan bentuk suatu orbital atom, dan lebihtepat bila notasi orbital dilengkapi dengan fungsi gelombang yang bersangkutan.Dalam kesempatan ini hanya dibahas pemahaman orbital atom yang menggambarkanbagian sudutnya saja.Dengan menggunakan keempat sifat pokok pada sistem koordinat tersebut, hargam atau m dapat diturunkan langsung ke sumbu-sumbu koordinat Cartes danselanjutnya dituliskan sebagai subskrip suatu notasi orbital dengan menghilangkanpembagi, r. Sebagai contoh, untuk =1, terdapat tiga macam harga m yaitu -1, 0, dan+1. Berdasarkan perjanjian sistem koordinat Gambar 3.5, maka m = 0 merupakanfungsi gelombang yang diturunkan di sepanjang sumbu z, dan m = 1 di sepanjangsumbu x dan y, sehingga notasi orbital ini adalah: 1, 0 = p z , dan 1, 1 = p x , p y Fungsi gelombang bagian polar untuk orbital s, p, d, dan f ditunjukkan pada Tabel 3.5.Orbital-orbital yang lain karena sangat sukar digambarkan bentuknya, walaupun secaramatematis sudah diketahui persamaannya, tidak dibahas dalam kesempatan ini.3.7 Bentuk dan sifat simetri orbital atomAtas dasar fungsi gelombang polar (Tabel 3.5), maka dengan memasukkan hargahargasudut dan atau φ , bentuk dan sifat simetri orbital-orbital yang bersangkutandapat dilukiskan. Sebagai contoh paling sederhana adalah orbital p z yang tidak lainadalah cos (Tabel. 3.5). Dengan memasukkan angka (= 0-180 0 ), maka kita akanmendapatkan nilai cos maupun cos 2 (Tabel 3.6).Lalu jika jika data Tabel 3.6 kita lukiskan pada kertas grafik polar (polar-graph)dua dimensi, hasilnya sebagaimana ditunjukkan Gambar 3.6. Nah, Anda tentu sudahsangat familiar dengan gambar orbital p z bukan? Secara sama semua fungsi gelombangTabel 3.5 dapat dilukiskan, dan secara kualitatif ditunjukkan pada Gambar 3.7 dan 3.8.1.55

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto60 0300 0 30 0330 0 360 0+330 0300 030 0330 060 0300 0360 00 0+330 0300 0270 00 0 30 0 60 0 90 0270 0270 030 0 60 0 90 0270 0(a)240 0210 090 0 120 0 150 0 210 0 240-180 0(b)150 012000240 0210 090 0 120 0 150 0 210 0 240+180 0(c)150 0120 00Gambar 3.6Kertas grafik polar (a), dan bentuk orbital polar: fungsi cos θ (b) danfungsi cos 2 θ (c) atau orbital p z (beberapa titik nilai 0-90 0digambarkan)Tabel 3.6 Beberapa nilai cos θ dan cos 2 θθ 0 15 30 45 60 75 90cos θ 1 0,966 0,866 0,707 0,5 0,259 0cos 2 θ 1 0,933 0,750 0,5 0,25 0,067 0θ 105 120 135 150 165 180 …….cos θ -0,259 -0,5 -0,707 -0,866 -0,966 -1 ……..cos 2 θ 0,067 0,25 0,5 0,750 0,933 1 ……+ ++ +z +-y + +x + x +sp yz + y +z ++x +- y +p zGambar 3.7Bentuk (irisan) dan sifat simetri orbital s, p, dan d1.56

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoOrbital sOrbital 1s mempunyai fungsi gelombang yang berharga konstan, (1 )½ , tidak4bergantung pada sudut maupun φ; oleh karena itu, ia berbentuk bola-bulat simetridengan tanda positif di segala arah. Istilah simetri dipakai untuk melukiskan kesamaanantara dua titik atau daerah yang terletak pada garis lurus dan saling berseberangandengan titik pusat simetri (0,0,0).Orbital p , d, dan fOrbital-orbital p, d, dan f, pada dasarnya berbentuk cuping-dumbbell bagai balonterpilin), yang mempunyai orientasi sesuai dengan fungsi gelombang bagian polar yangbersangkutan. Orbital p x , p y , dan p z secara berturut-turut, masing-masing cuping terletakdi sepanjang sumbu x, y, dan z. Dengan mudah dapat ditentukan bahwa cuping disepanjang sumbu positif bertanda positif (+) dan sebaliknya di sepanjang sumbu negatifbertanda negatif (-). Terhadap titik pusat simetri (0,0,0), dikatakan bahwa orbital pbersifat antisimetri, karena kearah yang berlawanan dengan jarak yang sama pada garislurus yang melalui titik pusat simetri didapatkan titik-titik atau daerah-daerah yangsama namun berlawanan tanda.Orbital-orbital d terbagi dalam dua kelompok yaitu (1) d z2 dan d x 2 -y2, yangmempunyai cuping-cuping yang terletak di sepanjang sumbu-sumbu Cartes, dan (2) d xy ,d xz , dan d yz , yang mempunyai cuping-cuping yang terletak di antara setiap dua sumbuCartes. Sifat simetri orbital d dengan mudah dapat ditentukan sebagai berikut.(1) Orbital d z2 sesungguhnya singkatan dari d (2z 2 -x 2 -y 2 ), maka sebagai akibat produkkuadrat masing-masing sumbu, cuping di sepanjang sumbu z bertanda positifdan sebaliknya ring-donut yang membelah bidang xy bertanda negatif. Secarasama dapat ditentukan bahwa untuk orbital d x 2 -y2, cuping pada sepanjang sumbu xbertanda positif dan pada sepanjang sumbu y bertanda negatif.(2) Untuk orbital d xy , d xz , dan d yz , tanda setiap cuping ditentukan oleh produk daridua sumbu Cartes yang mengapitnya. Sebagai contoh, setiap cuping yang terletakantara sumbu x + dan y + , dan antara sumbu x - dan y - , keduanya bertanda positif;sedangkan cuping-cuping yang terletak antara sumbu-sumbu x + dan y - , antara x -dan y + , keduanya bertanda negatif. Dengan demikian, orbital d bersifat simetri.1.57

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoz + y +x + f z3z +++-x ++---+y +z +-++x +--++-y +f x(z 2 - y 2 )f y(z 2 - x 2 )-++--++-y +y +z +x + -++-z +x + -+-+Gambar 3.8f z(x 2 - y 2 )f xyzBentuk dan sifat simetri orbital f (model cubic set); orbital f x3 danf y 3 mempunyai bentuk yang serupa dengan orbital f z3 dengan cupingmasing-masing terletak di sepanjang sumbu x dan y.Orbital f dalam medan kubus dapat dikelompokkan menjadi tiga kelompok yaitu(1) f xyz , (2) f x(z 2 -y 2 ), f y(z 2 -x 2 ), f z(x 2 -y 2 ), dan (3) f x 3, f y 3, f z 3; kelompok (1) dan (2) terdiri atasdelapan cuping dan kelompok (3) mirip orbital d z2 namun dengan dua ring-donut.Penentuan tanda positif-negatif pada setiap cuping sedikit lebih kompleks, namun pada1.58

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartodasarnya sama dengan cara yang terdahulu yaitu merupakan produk dari sumbu-sumbuCartes yang mengapitnya. (Tanda positif-negatif bagi setiap cuping dapat puladitentukan dengan memasukkan harga-harga dan φ bagi setiap posisi cuping menurutpersamaan fungsi gelombang polar dari orbital yang bersangkutan).(1) Untuk orbital f xyz , cuping yang diapit oleh tiga sumbu positif x + - y + - z + , bertandapositif, demikian juga cuping yang diapit oleh dua sumbu negatif dan satu sumbupositif; sedangkan cuping yang diapit oleh tiga sumbu negatif bertanda negatif,demikian juga cuping yang diapit dua sumbu positif dan satu sumbu negatif.(2) Untuk orbital kelompok kedua, misalnya f x(z 2 - y 2 ), sumbu x menghasilkan duamacam daerah positif dan negatif, tetapi semua daerah sepanjang sumbu zbertanda positif dan semua daerah sepanjang sumbu y bertanda negatif sebagaiakibat produk kuadratnya. Oleh karena itu, cuping-cuping yang diapit oleh sumbux +dengan sumbu y keduanya bertanda negatif, tetapi bagi kedua cuping yangdiapit oleh sumbu x - dengan sumbu y bertanda positif. Demikian seterusnyacuping-cuping yang lain dapat dikenali tandanya, dan dengan cara yang samadapat diidentifikasi cuping-cuping orbital f y(z 2 -x 2 ) yang terdiri atas sumbu-sumbuy + , y - , z + , dan x - , dan orbital f z(x 2 -y 2 ) yang terdiri atas sumbu-sumbu z + , z - , x + , dany - .(3) Orbital-orbital f x3 , f y3 , dan f z3 dapat diidentifikasi tandanya seperti halnya padaorbital p (karena produk pangkat satu mempunyai tanda yang sama denganproduk pangkat tiga). Ring pada daerah sumbu positif bertanda negatif, demikianpula sebaliknya sebagai akibat produk dari - r 2 dengan salah satu sumbunya; halini dapat pula diturunkan dari bentuk rumusan orbital yang sesungguhnya,misalnya orbital f z 3 adalah singkatan dari orbital f z(5z 2 -3r 2 ) atau f z(2z2- 3x 2 -3y 2 )(Tabel 3.5).Jadi, orbital f bersifat antisimetri. Istilah lain yang dipakai untuk melukiskan sifatkesimetrian suatu orbital adalah sifat gerade (bahasa Jerman) disingkat g yang artinyaeven atau genap bagi orbital yang bersifat simetri, dan un-gerade disingkat u yangartinya odd atau gasal bagi orbital yang bersifat antisimetri. Ada hubungan antaraharga bilangan kuantum sekunder, , dengan sifat kesimetrian orbital yangbersangkutan yaitu bersifat g untuk berharga genap, dan bersifat u untuk berharga1.59

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartogasal. Jadi, orbital s ( = 0) dan d ( = 2) bersifat simetri atau gerade, g, dan orbital p( = 1) dan f ( = 3) bersifat antisimetri atau un-gerade, u.Tabel 3.7 Fungsi gelombang polar untuk orbital s, p, d, dan f yangditurunkan dari atom bak-hidrogen (hydrogen-like atom)Notasi (a) Fungsi gelombang dengan faktor normalisasi 1 (satu) (b)Orbital m Bentuk sudut Bentuk Cartess 0 0 (1/4) ½p z 1 0 (3/4) ½ cos (3/4) ½ ( r z )p x 1 1 (3/4) ½ sin cos φ (3/4) ½ ( r x )p y 1 1 (3/4) ½ sin sin φ (3/4) ½ ( r y )d z2 (c) 2 0 (5/16) ½ (3 cos 2 - 1 ) (5/16) ½ 23z r(2rd xz 2 1 (15/4) ½ sin cos φ cos (15/4) ½ ( xz r 2)d yz 2 1 (15/4) ½ sin sin φ cos (15/4) ½ ( yz r 2)d x 2 -y 2 2 2 (15/16) ½ sin 2 cos 2φ (15/16) ½ 2x y(2rd xy 2 2 (15/16) ½ sin 2 sin 2φ (15/16) ½ ( xy r 2)f z3 (d) 3 0 (7/16) ½ (5 cos 3 - 3 cos ) (7/16) ½ 2 2z(5z 3r)(3rf x3 3 1(105/16) ½ sin cos (cos 2 sin 2 sin 2 φ) (105/16) ½ 2 2x(z y )(3rf y3 3 1(105/16) ½ sin sin φ(cos 2 sin 2 cos 2 φ) (105/16) ½ 2 2y(z x )(3rf z(x 2 -y 2 )3 2 (105/16) ½ cos sin 2 cos 2φ (105/16) ½ 2 2z(x y )(3rf xyz3 2 (105/16) ½ sin 2 cos sin 2φ (105/16) ½ ( r 3)f x(z 2 -y 2 )3 3(7/16) ½ sin cos φ(5 sin 2 cos 2 φ- 3) (7/16) ½ 2 2x(5x 3r)(3rf y(z 2 -x 2 )3 3(7/16) ½ sin sin φ (5 sin 2 sin 2 φ- 3) (7/16) ½ 2 2y(5y 3r)(3rCatatan:(a) Nilai positif dan negatif bilangan kuantum m masing-masing menunjuk pada cos m φ (atausumbu x) dan sin m φ (atau sumbu y)(b) Untuk membandingkan fungsi gelombang yang satu terhadap yang lain diperlukan faktor1.6022))))))))

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartonormalisasi sedemikian sehingga: dv = faktor normalisasi, dimana dv = r 2 sin d dφdradalah diferensial volume, dan integral diambil pada semua ruang; merupakan komplekskonyugasi dari dan sering = sehingga . = . Pauling mengambil harga faktornormalisasi satu (1) untuk fungsi gelombang secara keseluruhan, sedangkan Einstein mengambilharga 4 untuk fungsi gelombang polar saja.(c) Orbital d z2 sesungguhnya merupakan singkatan dari orbital d(3z 2 - r 2 ) atau d(2z 2 - x 2 - y 2 ) yang tidaklain merupakan hasil kombinasi linear penjumlahan dari orbital d(z 2 - y 2 ) dan orbital d(z 2 -x 2 ).(d) Orbital f mempunyai dua macam fungsi gelombang yaitu fungsi gelombang umum (general set)dan fungsi gelombang kubus (cubic set); dalam tabel ini adalah fungsi gelombang cubic set.3.8 Bilangan kuantumSebegitu jauh postulat tentang bilangan kuantum utama, n, oleh Bohr danbilangan kuantum azimut, , oleh Sommerfeld telah berhasil dibuktikan secarameyakinkan melalui persamaan Schrödinger menurut teori mekanika gelombang, danbahkan juga bilangan kuantum magnetik, m atau tepatnya m . Ketiga bilangan kuantumini dengan demikian muncul secara natural - matematis.Bilangan kuantum utama, n, yang mempunyai nilai 1, 2, 3, ..... , n, menyatakanukuran volume atau jari-jari atom dan tingkat-tingkat energi kulit utama. Terjadinyagaris-garis spektrum deret Lyman, Balmer, Paschen, Brackett, dan Pfund dalamspektrum hidrogen diinterpretasikan sebagai akibat terjadinya transisi elektronik dari nyang lebih tinggi ke n yang lebih rendah.Bilangan kuantum azimut, , yang mempunyai nilai 0, 1, 2, 3, .......... , (n-1),menunjuk pada adanya sub-kulit (orbital) dan bentuknya. Munculnya garis-garis pluralyang sangat berdekatan dari spektrum yang semula nampak sebagai garis tunggal,mempersyaratkan adanya sub-sub kulit atau beberapa orbital pada tiap kulit utama n.Garis-garis plural ini diinterpretasikan sebagai akibat terjadinya transisi elektronik darisub-sub kulit dalam n yang lebih tinggi ke kulit atau sub-sub kulit dalam n yang lebihrendah.Bilangan kuantum magnetik, m atau m , yang mempunyai nilai 0, 1, 2, ....., menunjuk pada orientasi atau arah orbital. Gejala efek Zeeman yang semula tidakdapat dijelaskan oleh Bohr maupun Sommerfeld dapat dijelaskan denganmengintroduksikan bilangan kuantum ini. Jauh sebelum Bohr mengemukakan teoriatomnya, Zeeman pada tahun 1896 mengamati adanya pemisahan (splitting) garisspektrum tunggal menjadi beberapa garis plural oleh karena pengaruh medan magnetikdari luar. Gejala ini diinterpretasikan bahwa sesungguhnya di dalam sub-kulit terdapatbeberapa sub-orbit yang mempunyai tingkat energi sama bila tanpa adanya pengaruh1.61

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartomedan magnetik dari luar (sehingga transisi elektronik muncul sebagai garis tunggal),tetapi menjadi tidak sama dengan adanya pengaruh medan magnetik dari luar. Hal inikemudian diasumsikan bahwa revolusi elektron dalam sub-sub orbit ini menghasilkandua macam momen magnetik, yaitu yang searah dan tidak-searah dengan arah medanmagnetik luar, dan keduanya ini mempunyai energi yang berbeda.Bilangan kuantum spin, s menunjuk pada probabilitas arah putaran elektron padasumbunya, jadi berharga ½. Sedangkan bilangan kuantum magnetik spin, ms,menunjuk pada arah putaran atau spin atau rotasi sebuah elektron pada sumbunya, yaitusearah (clockwise) dan berlawanan arah (anticlockwise) dengan arah putaran jarum jam,dan oleh karena itu diberikan nilai ½.Pada tahun 1921, A.H. Compton, seorang fisikawan Amerika, sesungguhnya telahmengusulkan suatu asumsi bahwa elektron mempunyai gerak rotasi pada sumbunyaselain gerak revolusi terhadap inti atom, dan dengan demikian menghasilkan momenmagnetik dalam. (Namun pada waktu itu, para ilmuwan berpendapat bahwa momenmagnetik hanya dimiliki oleh seluruh atom atau molekul).Pada tahun 1922, Otto Stern dan Walter Gerlach (fisikawan Jerman) mengamatibahwa bila seberkas cahaya uap atom perak netral dilewatkan dalam medan magnetiktak-homogen, ternyata berkas cahaya atom perak ini terpisah menjadi dua bagian,berbeda dengan efek Zeeman. (Atom perak mempunyai 47 elektron, jadi pasti adapaling tidak sebuah elektron yang tidak berpasangan).Pada tahun 1925, Wolfgang Pauli mengusulkan postulat bahwa sebuah elektrondapat berada dalam dua kemungkinan keadaan atau tingkat yang ditandai denganbilangan kuantum spin + ½ atau - ½; dengan kata lain, setiap orbital hanya ditempatioleh dua elektron dengan spin yang berbeda atau antiparalel. Suatu hal yang luar biasaadalah bahwa Pauli tidak memberikan interpretasi apapun terhadap bilangan kuantumini. Munculnya bilangan kuantum spin sebegitu jauh merupakan hal yang misterius,karena ketiga bilangan kuantum yang lain, n, , dan m, dapat dinyatakan dalam sistenkoordinat ruang sedangkan bilangan kuantum spin tidak dapat dinyatakan dengansistem koordinat yang manapun.Pada tahun 1925, George Uhlanbeck dan Samuel Goudsmit (fisikawan Belanda)menunjukkan bahwa dua keadaan elektron ini dapat diidentifikasi dengan duamomentum sudut spin. Dengan kata lain, momentum sudut elektron sebenarnya terdiriatas momentum sudut orbital sebagai akibat revolusi elektron pada orbitnya, dan1.62

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartomomentum sudut spin intrinsik sebagai akibat rotasi elektron pada sumbunya. Keduajenis gerak berputar ini menghasilkan momen magnetik. Besarnya momen sudut spinini adalah ½ dalam unit (h ). Munculnya nilai ½ ini dapat dipikirkan sebagai akibat2adanya dua kemungkinan arah spin elektron, clockwise dan anticlockwise. Bilaberinteraksi dengan medan magnetik luar, keduanya memberikan energi yang berbeda;sekalipun perbedaan ini hanya kecil namun sudah cukup untuk menghasilkan spektrumdoublet. Pada tahun 1930, P.A.M. Dirac akhirnya dapat menurunkan rumusan menurutteori relativitas mekanika kuantum, dan ternyata bilangan kuantum spin muncul secaranatural matematis seperti halnya ketiga bilangan kuantum lainnya. Terhadap hasilpengamatan Stern-Gerlach selanjutnya diinterpretasikan bahwa satu elektron terluardari separoh atom perak mempunyai arah spin yang berlawanan dengan arah spin satuelektron dari separoh yang lain.Kembali pada postulat Pauli tersebut dapat dinyatakan dengan pernyataan modernbahwa total fungsi gelombang termasuk bilangan kuantum spin dalam suatu sistemharus bersifat antisimetri terhadap saling tertukarnya tiap dua elektron dalam sistemtersebut. Ini berarti bahwa dalam satu sistem, tidak ada elektron yang mempunyaibilangan kuantum yang keempat-empatnya sama.3.9 Atom PolielektronSebegitu jauh, pembicaraan persamaan fungsi gelombang Schrödinger yang dapatdiselesaikan secara eksak, hanyalah berlaku untuk atom hidrogen. Tentu saja metodepenyelesaian yang sama dapat diterapkan pada spesies isoelektronik bak-hidrogen, yaituspesies satu elektron seperti He + , Li 2+ , dan Be 3+ , dengan memperhitungkan harga-hargamuatan inti yang bersangkutan, Z.Atom paling sederhana kedua adalah helium, 2 He, yang tersusun oleh satu intiatom dan dua elektron; dengan demikian terdapat tiga interaksi yaitu satu gaya tarikelektron-1 oleh inti , satu gaya tarik elektron-2 oleh inti, dan satu gaya tolak-menolakantara elektron-1 dan elektron-2. Problem ketiga macam interaksi tersebut tidak dapatdiselesaikan secara eksak, tetapi dengan metode pendekatan berlanjut (successiveapproximations) diperoleh hasil pendekatan dengan tingkat akurasi yang tinggi. Untukatom-atom sederhana seperti helium, hal ini tidak terlalu sukar, tetapi untuk atom-atomyang lebih berat, jumlah interaksi menjadi makin banyak sehingga perhitunganperhitunganmenjadi makin rumit dan melelahkan. Untuk keperluan ini digunakan1.63

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartometode Hatree-Fock atau dikenal sebagai metode medan swa-konsisten (self-consistentfield, SCF). Metode ini menyangkut proses perbaikan perhitungan fungsi gelombangtiap-tiap elektron yang terus-menerus diulang-ulang hingga diperoleh harga-harga yangperubahannya dapat diabaikan. Dengan metode ini ternyata diperoleh hasil bahwaorbital-orbital dalam atom-atom selain atom hidrogen tidak menunjukkan perbedaanyang radikal.Perbedaan yang mendasar adalah terjadinya semacam kontraksi (penyusutan) bagisemua jenis orbital sebagai akibat naiknya muatan inti atom yang bersangkutan. Untuksebagian besar tingkat energi, perubahan naiknya energi orbital mengikuti urutan: s < p< d < f. Namun untuk tingkat-tingkat energi yang makin tinggi oleh karena naiknyanomor atom, perbedaan energi orbital-orbital tersebut makin tegas, dan pada sekitar”awal” unsur-unsur transisi yakni nomor atom 19-22, 38-40, 56-59, dan 89-91,penyusutan energi orbital nd dan nf terjadi secara “mendadak” tidak “semulus” sepertipenyusutan energi orbital ns dan np; hasilnya energi orbital 3d < 4s < 4p, 4d < 5s < 5p,4f 5d < 6s < 6p, dan 5f 6d < 7s < 7p sebagaimana ditunjukkan Gambar 3.8a-b.3.10 Prinsip Aufbau dan Konfigurasi ElektronikEnergi elektron dalam atom terutama ditentukan oleh energi orbital dankontribusi energi tolakan antar elektron. Prinsip energi minimum menyatakan bahwaelektron-elektron dalam atom terdistribusi berdasarkan urut-urutan dari energi orbitalterendah ke tertinggi yang kemudian dikenal sebagai prinsip aufbau yang artinyaprinsip membangun. Prinsip aufbau ini biasanya didasarkan pada naiknya nilai jumlahnumerik bilangan kuantum utama dan azimut, (n + ), sebagaimana diajukan olehMadelung, sebagai berikut:Orbital1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p ….n 1 2 2 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 6 7 7 …. 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 ….n + 1 2 3 3 4 5 4 5 6 7 5 6 7 8 6 7 8 9 7 8 ….Menurut metode ini, dari kombinasi yang berbeda dapat menghasilkan numerikyang sama, misalnya untuk 2p = 3s, 3p = 4s, dan 3d = 4p = 5s; dalam hal ini, urutannaiknya energi ditentukan urutan naiknya nilai n. Dengan demikian, prinsip aufbautersebut menghasilkan urutan penataan elektron dalam orbital sebagai berikut: 1s, 2s,2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, ....... . .1.64

E n e r g iStruktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoPenataan elektron dalam setiap orbital menghasilkan konfigurasi elektronik atomatau spesies yang bersangkutan. Atas dasar pemahaman keempat bilangan kuantum danprinsip aufbau, distribusi elektron dalam setiap atom netral dapat ditentukan. Semuaatom unsur yang telah ditemukan telah berhasil diidentifikasi konfigurasi elektroniknya,dan ternyata prinsip aufbau dapat diterapkan pada hampir semua atom unsur denganbeberapa kekecualian.n = 7n = 6n = 5n = 47p7s6d5fn = 36p6sn = 2n = 1= f= d= p= s5d5p5s4f4d4p4s3d3p3s2p2s1s1 20 40 60 80 100Nomor atomGambar 3.9a Diagram energi orbital atom sebagai fungsi nomor atomNamun harus disadari bahwa prinsip aufbau hanya tepat untuk jumlah elektronpada tiap orbital dengan beberapa kekecualian, dan urutan energi orbital ternyata hanya1.65

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartotepat untuk 20 atom unsur pertama. Untuk atom-atom dengan nomor atom lebih besaryang melibatkan orbital d dan f, urutan energinya ditentukan oleh bilangan kuantumutama n (Gambar 3.9a); misalnya, energi (n-1)d x lebih rendah daripada energi ns (1-2) .Atas dasar kaidah Pauli yang menyatakan bahwa kombinasi keempat bilangankuantum bagi setiap elektron selalu tidak sama, maka ini berarti bahwa setiap suborbitalmaksimum berisi dua elektron dengan spin anti-paralel, sehingga tiap-tiaporbital maksimum berisi elektron sebanyak 2(2 +1). Sebagai contoh, atom besi, Fe,dengan nomor atom 26 mempunyai konfigurasi elektronik: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 .Perlu ditegaskan bahwa “pengisian elektron” (model aufbau) bukanlah proses yangberlangsung pada suatu atom, melainkan justru yang sesungguhnya dapat dilakukanadalah sebaliknya yaitu proses pengeluaran elektron dari atomnya; elektron yang lebihmudah dikeluarkan adalah elektron yang mempunyai energi yang lebih tinggi. Olehkarena itu konfigurasi elektronik dipahami sebagai susunan elektron berdasarkan urutanenerginya (bukan berdasarkan urutan pengisiannya) yang dituliskan mulai dari energiterendah hingga tertinggi.Dengan demikian untuk contoh atom besi di atas, elektron terluar (dengan energitertinggi) adalah 4s 2 (bukan 3d 6 ) karena elektron inilah yang memang paling rendahenergi yang diperlukan untuk mengeluarkannya; susunan demikian ini sesuai dengandiagram urutan energi orbital (Gambar 3.9a) yang menunjukkan bahwa energi orbital3d yang terisi elektron tidak pernah lebih tinggi daripada energi orbital 4s; dandemikianlah seterusnya bagi atom-atom lainnya.Perbedaan tingkat energi antara orbital (n-1)d dengan energi orbital ns semakinbesar dengan bertambahnya elektron pada orbital (n-1)d, sehingga urutan penulisannyajuga mendahuluinya. Jadi, konfigurasi elektronik atom Sc (dalam bentuk “kondenssingkat”-condense)seharusnya dituliskan [ 18 Ar] 3d 1 4s 2 , dan bukan [ 18 Ar] 4s 2 3d 1 ,demikian seterusnya untuk yang lain sebagaimana ditunjukkan Tabel 3.7. Hal ini sangatpenting untuk pemahaman proses ionisasi, bahwa elektron yang mudah dilepas lebihdahulu adalah elektron terluar dalam arti pula elektron dengan energi tertinggi. Dengankata lain, pada proses ionisasi elektron-elektron ns akan selalu dilepas lebih dahulusebelum elektron-elektron (n-1)d. Perubahan energi ikat elektron terjadi pada empat“daerah kritis” unsur-unsur transisi, yakni nomor atom 19-22, 37-40, 56-59, dan 88-92,sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 3.9b.1.66

Energi / eVStruktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoAnalisis spektroskopi menyarankan adanya penyimpangan atau perkecualian darikonfigurasi elektronik menurut diagram aufbau yaitu bagi atom kromium dan tembagauntuk seri transisi 3d. Konfigurasi elektronik 24 Cr adalah [ 18 Ar] 3d 5 4s 1 bukan [ 18 Ar] 3d 44s 2 sebagaimana diramalkan oleh aturan aufbau. Ini berarti bahwa energi konfigurasi[ 18 Ar] 3d 5 4s 1 lebih rendah (atau lebih stabil) daripada energi konfigurasi [ 18 Ar] 3d 4 4s 2 .Hal ini sering dikaitkan dengan stabilitas konfigurasi elektronik setengah penuh baikuntuk orbital 3d maupun 4s. Dalam hal ini elektron-elektron terdistribusi secara lebihmerata di sekeliling inti yang mengakibatkan energi tolakan antar-elektronnya menjadiminimum dan akibatnya energi total konfigurasi menjadi lebih rendah. Denganargumentasi yang sama dapat dijelaskan bahwa konfigurasi elektronik 29 Cu adalah[ 18 Ar] 3d 10 4s 1 dan bukan [ 18 Ar] 3d 9 4s 2 .5,010,0019 20 21 223d4p4sNomor Atom37 38 39 40 41 56 57 58 594f4d5p5d5s5p4p6s5s6s4s5d4d4f3d5f6d7s87 88 89 90 91 927s6d5fK Ca Sc TiRb Sr Y Zr NbBa La Ce PrFr Ra Ac Th Pa UGambar 3.9b Perubahan energi ikat elektron (binding) versus nomor atomPerkecualian konfigurasi elektronik bagi unsur-unsur transisi seri 4d dan 5dadalah:Seri 4d : 41 Nb : [Kr] 4d 4 5s 1 ; 42 Mo : [Kr] 4d 5 5s 1 ; 44 Ru : [Kr] 4d 7 5s 1 ;45Rh : [Kr] 4d 8 5s 1 ; 46 Pd : [Kr] 4d 10 ; 47 Ag : [Kr] 4d 10 5s 1Seri 5d : 78Pt : [Xe] 4f 14 5d 9 6s 1 ; 79Au : [Xe] 4f 14 5d 10 6s 11.67

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoTabel 3.7 Konfigurasi elektronik dan tingkat oksidasi logam periode 4Unsur Lambang KonfigurasielektronikIon yangumumTingkat oksidasiyang umumKalium 19K [ 18 Ar] 4s 1 K + +1Kalsium 20Ca [ 18 Ar] 4s 2 Ca 2+ +2Skandium 21Sc [ 18 Ar] 3d 1 4s 2 Sc 3+ +3Titanium 22Ti [ 18 Ar] 3d 2 4s 2 Ti 4+ +2 , +3, +4Vanadium 23V [ 18 Ar] 3d 3 4s 2 V 3+ +2 , +3, +4, +5Kromium 24Cr [ 18 Ar] 3d 5 4s 1 Cr 3+ +2 , +3 , +6Mangan 25Mn [ 18 Ar] 3d 5 4s 2 Mn 2+ +2 , +3 , +4 , +6 , +7Besi 26Fe [ 18 Ar] 3d 6 4s 2 Fe 2+ , Fe 3+ +2 , +3Kobalt 27Co [ 18 Ar] 3d 7 4s 2 Co 2+ , Co 3+ +2 , +3Nikel 28Ni [ 18 Ar] 3d 8 4s 2 Ni 2+ +2Tembaga 29Cu [ 18 Ar] 3d 10 4s 1 Cu + , Cu 2+ +1, +2Zink 30Zn [ 18 Ar] 3d 10 4s 2 Zn 2+ +2(16)(12)(9)(6)(4)(2)7s6s5s4s3s2s6p5p4p3p2p(15)(11)(8)(5)(3)6d5d4d3d(14)(10)(7)5f(17)4f(13)1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4d 4f5s 5p 5d 5f6s 6p 6d7s 7p4f5f3d4d2p3p5d6d1s2s4p5p3s4s6p7p5s6s7s8s(1)1s(a)(b)(c)Gambar 3.10 Diagram mnemonic urutan pengisian elektron pada orbital menurut:(a) Pao-Fang Yi (J. Chem. Ed. 1947, Vol. 24, 567)(b) Uncle Wiggly (J. Chem. Ed. 1983, Vol. 60, 562)(c) Darsey sebagai “pohon natal Pascal”( (J. Chem. Ed. 1988, Vol. 65, 1036)1.68

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoPenyusunan konfigurasi elektronik menurut prinsip aufbau tersebut akan menjadimudah diingat jika urutan pengisian elektron disajikan dalam suatu bentuk diagrammnemonic dalam berbagai model. Model yang pertama kali ditemui nampaknyadiusulkan oleh Pao-Fang Yi (1947), Gambar 3.10a. Modifikasi yang paling umumterdapat dalam banyak buku teks seperti diusulkan oleh Uncle Wiggly (1983), Gambar3.10b.Sejak itu, berbagai model dikembangkan sebagaimana ditawarkan oleh Darsey(1988) dalam bentuk semacam “pohon natal Pascal”, Gambar 3.10c. Model laindengan menggunakan semacam petak anak tangga ditunjukkan pada Gambar 3.11, danpetak papan catur dikemukakan oleh Carpenter (1983) dan Hovland (1986).1 1s 1s 02 2s 2s 03 2p 3s 2p 3s 1 04 3p 4s 3p 4s 1 05 3d 4p 5s 3d 4p 5s 2 1 064d 5p 6s 4d 5p 6s 2 1 07 4f 5d 6p 7s 4f 5d 6p 7s 3 2 1 085f 6d 7p 8s 5f 6d 7p 8s 3 2 1 0(a) (b) (c)Gambar 3.11 Urutan pengisian elektron menurut:(a) Singh dan Dikshit (J. Chem.Ed. 1991, Vol. 68, 396)(b) Parson (J. Chem.Ed. 1989, 66, 319)(c) urutan bilangan kuantum, Scerri (J. Chem.Ed. 1991, Vol. 68, 122)2.11 Diagram Orbital Konfigurasi ElektronikKonfigurasi elektronik sering dilukiskan dalam bentuk “diagram (kotak) orbital”khususnya pada elektron “terluar” (outermost) yang mengambil peran ataskharakteristik atom yang bersangkutan. Diagram ini melukiskan kotak-kotak orbitalyang kosong-isi elektron maupun arah spinnya. Berikut ditampilkan beberapa contoh.1.69

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto(1). Atom C dengan nomor atom 6, mempunyai konfigurasi elektronik [He] 2s 22p 2 ; berbagai “diagram kotak-orbital” konfigurasi elektroniknya dapat dilukiskansebagai berikut.2s 2p↑↓ ↑ ↑ (c) 2p ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑6C: [ 2 He] ↑↓ ↑ ↑ (b)↑↓ ↑ ↑ (a) 2s ↑↓ ↑↓ ↑↓A C D E↑↓ ↓ ↓ (c) 2p ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓6C: [ 2 He] ↑↓ ↓ ↓ (b)↑↓ ↓ ↓ (a) 2s ↑↓ ↑↓ ↑↓B F G HDiagram A-B menata elektron secara mendatar, dan C-H secara vertikal danmendatar; keduanya sama-sama validnya, namun model A-B lebih “efisien” dalampenggunaan tempat/kertas-tulis. Dalam “satu set” mendatar seperti orbital p yang terdiriatas 3 kotak harus dipahami bahwa energi ketiganya setingkat, sehingga kehadiranelektron dapat berada dalam kotak yang manapun, tidak harus urut alfabetik, p x -p y -p z ,juga sama sekali tidak harus urut numerik -1,0,+1 atau sebaliknya, sebab harus diingatbahwa numerik ini bukanlah besaran melainkan “lambang” m l yang melukiskan variasiorientasi dalam ruang.Arah spin elektron pun demikian juga; untuk elektron nir-pasangan (tanpapasangan) boleh ↑ (½) atau ↓ (-½), tetapi harus paralel dalam satu set orbital (sesuaiaturan Hund), sebab jika tidak paralel akan menghasilkan energi total yang lebih tinggi.Dalam banyak buku teks, yang paling umum dijumpai adalah model diagram A(a) danC, kadang B(a) dan F; yang lain barangkali tidak pernah dijumpai.Hal yang sama berlaku pada konfigurasi elektronik unsur-unsur transisi yangmelibatkan orbital d yang terdiri atas 5 kotak-orbital sebagaimana ditunjukkan padacontoh 2 berikut.(2). Atom V dan Fe masing-masing dengan nomor atom 23 dan 26, mempunyaikonfigurasi elektronik [Ar] 3d 3 4s 2 dan [Ar] 3d 6 4s 2 ; “diagram kotak-orbital” konfigurasielektroniknya sering dilukiskan secara mendatar berikut ini seperti pada A. Sementaraitu banyak pula teks yang menuliskan konfigurasi elektronik [Ar] 4s 2 3d 3 dan [Ar] 4s 23d 6 dengan konsekuensi diagram orbital seperti pada B berikut ini.1.70

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto3d 4s 4s 3d23V: [ 18 Ar] ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑26Fe: [ 18 Ar] ↓↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↓↑ ↑↓ ↓↑ ↑ ↑ ↑ ↑ABDiagram A sesuai dengan urutan energi orbital, sementara itu diagram B sesuai denganurutan diagram aufbau model Madelung, tetapi menyimpang dari urutan energiorbitalnya. Dengan demikian konfigurasi elektronik yang dilukiskan dengan diagram Btentu saja “menyesatkan”.Diagram orbital secara vertikal dan mendatar yang mencerminkan urutan energiuntuk konfigurasi elektronik 29 Cu: [ 18 Ar] 3d 10 4s 1 dilukiskan berikut ini seperti pada C,namun ada pula yang memahami dengan konfigurasi elektronik 29 Cu: [ 18 Ar]4s 1 3d 10dengan konsekuensi diagram orbital seperti pada D yang tentu saja “menyesatkan”sebab orbital penuh 3d 10 tentu saja stabil dan energinya lebih rendah ketimbang 4s 1 .4p4p↑ 4s3d ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑29Cu: [ 18 Ar] 3d ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↑ 4sCDKonfigurasi elektronik dengan diagram A dan C sangat mudah dipahami ketikateori ikatan valensi menjelaskan misalnya terjadinya hibridisasi sp 3 pada ion Fe(II)dalam kompleks [FeCl 4 ] 2- , dan pada Cu(II) dalam [CuCl 4 ] 2- , sebab orbital kosong 4spada kedua ion ini bergabung dengan orbital kosong terdekat berikutnya yakni 4p.Diagram B dan D tentu ”kesulitan” menjelaskan terjadinya (segala bentuk) hibridisasidemikian ini.Pertanyaan yang segera muncul pada konfigurasi elektronik orbital d yang belumpenuh seperti pada [Ar] 3d 3 4s 2(atau yang sejenis) adalah, mengapa konfigurasielekroniknya bukan [Ar] 3d 5 4s 0 atau [Ar] 3d 4 4s 1 , jika memang energi orbital 3d < 4s?Demikian pula misalnya mengapa konfigurasi elektronik Fe bukan [Ar] 3d 8 4s 0 ?Jawaban utama terkait dengan orbital-radial (jarak) 3d versus 4s sebagaimanadisajikan pada Gambar 3.12. Orbital-radial ini menunjukkan bahwa probabilitasrapatan elektron pada orbital 4s ternyata berupa empat “gundukan” (dengan 3 simpulnodal),dua diantaranya tumpang-tindih berada dalam daerah probabilitas rapatan 3d,dan bahkan terdapat satu gundukan kecil yang lain lebih dekat dengan inti ketimbang3d, namun satu gundukan utama jauh berada di luar 3d; keadaan demikian ini sering1.71

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartodikatakan orbital 4s mempunyai efek penetrasi (penembusan) terhadap 3d. Jadi, sangatjelas bahwa rerata probabilitas rapatan elektron orbital 3d memang lebih dekat denganinti daripada 4s yang berarti energi 3d < 4s. Akan tetapi daya penetrasi orbital 4smengakibatkan perbedaan energi antara keduanya berkurang, dan bahkan hadirnyagundukan kecil pertama diduga berperan secara signifikan atas pemilihan elektronmenempati orbital 4s ketimbang 3d untuk nomor atom 19-20 (K-Ca). Dengan demikiandapat dipahami bahwa untuk unsur-unsur “transisi” elektron elektronnya tidak sertamertasemua menempati orbital 3d begitu saja.Gambar 3.12 Gambar orbital 3d versus 4s menunjukkan efek penetrasi 4s,namun probabilitas jarak rata-rata 3d lebih dekat dengan inti.Analisis spektroskopi menunjukkan bahwa pelepasan elektron pertama dariunsur-unsur transisi netral ternyata menghasilkan ion dengan konfigurasi elektronikyang mengurangi bahkan mengosongkan elektron dalam orbital 4s sebagaimanapersamaan berikut:21Sc: [Ar]3d 1 4s 2 e 21Sc + : [Ar]3d 1 4s 1 22Ti: [Ar]3d 2 4s 2 e 22Ti + : [Ar]3d 2 4s 123V: [Ar]3d 3 4s 2 e 23V + : [Ar]3d 4 24Cr: [Ar]3d 5 4s 1 e 24Cr + : [Ar]3d 526Fe: [Ar]3d 6 4s 228Ni: [Ar]3d 8 4s 2 e 26Fe + : [Ar]3d 7 27Co: [Ar]3d 7 4s 2 e 27Co + : [Ar]3d 8 e 28Ni + : [Ar]3d 9 29Cu: [Ar]3d 10 4s 1 e 29Cu + : [Ar]3d 1057La: [Xe]5d 1 4s 2 e 57La + : [Xe]5d 2Nah, apa yang dapat disimpulkan data tersebut? Pelepasan 1 elektron dari 4s 2 ,ternyata banyak ditemui tidak menyisakan 4s 1 , melainkan terjadi penambahan /perpindahan ke orbital 3d, dan ini tentu berarti menghasilkan energi yang lebih rendah.Jadi data tersebut menyarankan bahwa energi orbital (n-1)d < ns, dan ini sesuai denganhasil mekanika kuantum, bertentangan dengan anggapan diagram aufbau yang benar-1.72

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartobenar “menyesatkan” tidak hanyapada teks general, tetapi juga teksadvanced (Scerri, 1989). Orbitalradialyang menunjukkan penetrasiberkelanjutan 6s atas 5d atas 4fditampilkan pada Gambar 3.13.Rerata rapatan elektron 4f yangsecara berturut-turut jauh lebih dekatGambar 3.13 Orbital-radial 4f, 5d, dan 6sdengan inti ketimbang 5d lalu 6smenunjukkan naiknya energi orbital yang bersangkutan.2.12 Efek Perisai dan PenetrasiSebagaimana telah dibicarakan perihal prinsip aufbau, perlu kiranya diketahuibagaimana energi orbital-orbital berbeda dengan energi orbital-orbital atom hidrogen.Untuk atom berelektron banyak artinya lebih dari satu, setiap elektron dalam orbitalnyamengalami gaya tarik Coulomb ke arah inti atom dan gaya tolak Coulomb dari semuaelektron lainnya; sekumpulan elektron yang lain ini diasumsikan membentuk reratamedan yang dapat dipandang sebagai titik bermuatan negatif dan terpusat di dalam intiatom. Dengan demikian setiap elektron mengalami suatu medan pusat tunggal dari intiatom dan titik muatan negatif yang berasal dari rerata kumpulan elektron lainnyatersebut. Dapat dipahami bahwa titik muatan negatif ini tentu akan mengurangi muataninti dari harga yang "sesungguhnya", Z e, menjadi muatan inti efektif, Z ef e, terhadapsatu elektron tertentu, di mana makin dekat dengan inti akan mengalami harga Z efmakin besar. Pengurangan ini disebut sebagai efek tameng atau perisai atau saring(shielding atau screening effect), dan parameter atau tetapan perisai, , merupakanfaktor koreksi terhadap muatan inti menurut hubungan: Z ef = Z - .Penetapan harga untuk setiap elektron dalam orbital tertentu yang pada mulanyadipelopori oleh Slater pada tahun 1930 bukanlah sesuatu yang sederhana; denganmempertimbangkan bilangan kuantum n, , dan jumlah elektron, Slater mengemukakanaturan-aturan sebagai berikut:(1) Elektron dikelompokkan menurut urutan (1s), (2s, 2p), (3s, 3p), (3d), (4s, 4p),(4d), (4f ), dan seterusnya; ns dan np dipertimbangkan dalam satu kelompok.1.73

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto(2) Elektron dalam kelompok di atasnya tidak menamengi sama sekali elektron yangbersangkutan.(3) Faktor perisai sebesar 0,35 berlaku satu sama lain bagi elektron-elektron dalamkelompok yang sama, kecuali bagi elektron-elektron 1s faktor ini hanya sebesar0,30.(4) Elektron-elektron d dan f mengalami penamengan dengan faktor perisai sebesar1,00 dari setiap elektron yang terletak dalam kelompok bawahnya.(5) Elektron-elektron ns dan np mengalami penamengan dengan faktor perisaisebesar 0,85 dari setiap elektron yang terletak dalam kelompok (kulit) langsungdi bawahnya (n-1), dan sebesar 1,00 dari setiap elektron yang terletak lebih lanjutdi bawahnya.Idealnya, aturan tersebut menghasilkan energi yang besarnya sesuai dengan rumusan : ( Z )E = (2n2) 13,6 eV .............. (3.8)Sebagai contoh, muatan inti efektif bagi elektron valensi dalam atom 7 N denganpengelompokan (1s 2 ) (2s 2 , 2p 3 ), adalah : Z ef = Z - = 7 - [ (2 x 0,85) + (4 x 0,35)] = 7 -3,1 = 3,9. Demikian juga muatan inti efektif bagi elektron 4s dalam atom 30 Zn denganpengelompokan (1s 2 ) (2s 2 , 2p 6 ) (3s 2 ,3p 6 ) (3d 10 ) (4s 2 ), adalah :Z ef = Z - = 30 - [(10 x 1,00) + (18 x 0,85) + (1 x 0,35)] = 30 - 25,65 = 4,35.Sedangkan muatan inti efektif bagi elektron 3d adalah :Z ef = Z - = 30 - [(18 x 1,00) + (9 x 0,35)] = 30 - 21,15 = 8,85Perhitungan Slater kurang begitu akurat antara lain karena mengasumsikan bahwasemua orbital s, p, d, atau f memberikan daya perisai yang sama kuat terhadap elektronelektrondi atas-nya; tentu saja hal ini tidak sesuai dengan pola distribusi radial masingmasingorbital (Gambar 3.12, 3.13 dan 3.14). Clementi dan Raimondi (1963)memperbaiki cara perhitungan berdasarkan fungsi gelombang medan swa-konsisten,SCF, dari atom hidrogen hingga kripton. Dengan N n merupakan jumlah elektron dalamobital n, bentuk rumusan umum untuk perhitungan tetapan perisai, , bagi setiapelektron dalam orbital 1s hingga 4p adalah sebagai berikut : 1s = 0,3 (N 1s - 1) + 0,0072 (N 2s + N 2p ) + 0,0158 (N 3s,p,d + N 4s,p )1.74

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto 2s = 1,7208 + 0,3601 (N 2s - 1 + N 2p ) + 0,2062 (N 3s,p,d + N 4s,p ) 2p = 2,5787 + 0,3326 (N 2p - 1 ) - 0,0773 N 3s - 0,0161 (N 3p + N 4s )- 0,0048 N 3d - 0,0085 N 4p 3s= 8,4927 + 0,2501 (N 3s - 1 + N 3p ) + 0,0778 N 4s + 0,3382 N 3d + 0,1978 N 4p 3p = 9,3345 + 0,3803 (N 3p - 1 ) + 0,0526 N 4s + 0,3289 N 3d + 0,1558 N 4p 4s= 15,505 + 0,0971 (N 4s - 1 ) + 0,8433 N 3d + 0,0687 N 4p 3d = 13,5894 + 0,2693 (N 3d - 1 ) - 0,1065 N 4p 4p = 24,7782 + 0,2905 (N 4p - 1 )Sebagai contoh, muatan inti efektif untuk elektron 2p dalam atom 7 N adalah, Z ef= 3,756 , dan untuk elektron 4s dan 3d dalam atom 30 Zn, masing-masing adalah 5,965dan 13,987. Harga-harga yang diperoleh dari rumusan Clementi dan Raimondi inisangat dekat dengan harga-harga yang lebih akurat dari aplikasi langsung fungsigelombang SCF sebagaimana ditunjukkan dalam Tabel 3.8. Metode Clementi danRaimondi ini lebih realistik daripada metode Slater karena memperhitungkan sifatpenetrasi elektron dalam orbital yang terletak lebih luar. 21s 2 22s3sr2p2sr3d3p3srGambar 3.14 Grafik berbagai fungsi distribusi radial melukiskantingkat penetrasi orbital s, p, dan d.Satu cara alternatif lain untuk melukiskan muatan inti efektif yang berlaku bagisuatu elektron tertentu adalah konsep penetrasi (penembusan) yang sekaligus dapatdipakai untuk rasionalisasi perbedaan energi orbital. Sebagaimana dilukiskan grafikpeluang fungsi radial (Gambar 3.12 - 3.14), daya penetrasi orbital ke arah inti atomsecara umum mengikuti urutan s > p > d > f. Misalnya orbital 2s dan 2p, keduanya1.75

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartomenembus ke dalam orbital 1s, artinya beberapa bagian rapatan elektron 2s dan 2pterletak di dalam daerah rapatan elektron 1s. Apabila dilakukan perhitungan secarateliti, orbital 2s ternyata menembus sedikit lebih besar daripada orbital 2p. Hal inimenyarankan bahwa rapatan elektron 2s akan ditamengi sedikit lebih lemah (terhadappengaruh muatan inti) daripada rapatan elektron 2p; selain itu dapat pula dipahamibahwa orbital 2s lebih stabil atau mempunyai energi sedikit lebih rendah daripadaorbital 2p apabila orbital 1s berisi ekektron. Secara sama penetrasi orbital d dan fdapat diterangkan.Tabel 3.8 Muatan inti efektif, Z ef , hingga unsur ke 36Unsur 1s 2s 2p 3s sp 4s 3d 4p1H 1,002He 1,693Li 2,69 1,284Be 3,68 1,915B 4,68 2,58 2,426C 5,67 3,22 3,147N 6,66 3,85 3,838O 7,66 4,49 4,459F 8,65 5,13 5,1010Ne 9,64 5,76 5,7611Na 10,63 6,57 6,80 2,5112Mg 11,61 7,39 7,83 3,3113Al 12,59 8,21 8,96 4,12 4,0714Si 13,57 9,02 9,94 4,90 4,2915P 14,56 9,82 10,96 5,64 4,8916S 15,54 10,63 11,98 6,37 5,4817Cl 16,52 11,43 12,99 7,07 6,1218Ar 17,51 12,23 14,01 7,76 6,7619K 18,49 13,00 15,03 8,68 7,73 3,5020Ca 19,47 13,78 16,04 9,60 8,66 4,4021Sc 20,46 14,57 17,06 10,34 9,41 4,63 7,1222Ti 21,44 15,38 18,07 11,03 10,10 4,82 8,1423V 22,43 16,18 19,07 11,71 10,79 4,98 8,9824Cr 23,41 16,98 20,07 12.37 11,47 5,13 9,7625Mn 24,40 17,79 21,08 13,02 12,11 5,28 10,5326Fe 25,38 18,60 22,09 13,68 12,78 5,43 11,1827Co 26,34 19,41 23,09 14,32 13,44 5,58 11,8628Ni 27,35 20,21 24,10 14,96 14,09 5,71 12,5329Cu 28,34 21,02 25,10 15,59 14,73 5,86 13,2030Zn 29,32 21,83 26,10 16,22 15,37 5,97 13,881.76

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto31Ga 30,31 22,60 27,09 17,00 16,20 7,07 15,09 6,2232Ge 31,29 23,36 28,08 17,76 17,01 8,04 16,25 6,7833As 32,28 24,13 29,07 18,60 17,85 8,94 17,38 7,4534Se 33,26 24,89 30,06 19,40 18,71 9,76 18,48 8,2935Br 34,25 25,64 31,06 20,22 19,57 10,55 19,56 9,0336Kr 35,23 26,40 32,05 21,03 20,43 11,32 20,63 9,771.77

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoC. Latihan Kegiatan Belajar-3Petunjuk: Selesaikan soal-soal berikut dengan penjelasan singkat menurut bahasaAnda sendiri.1. Beri batasan tentang: (a) orbital, (b) aturan Hund, (c) prinsip larangan Pauli2. Tentukan kemungkinan seperangkat bilangan kuantum bagi elektron yangmenempati bilangan kuantum utama, n = 43. Tentukan nilai terendah bilangan kuantum utama (n) untuk m = +44. Identifikasi orbital mana yang mempunyai nilai n = 5 dan = 1, demikian jugan = 6 dan = 05. Bagaimana hubungan antara masing-masing bilangan kuantum utama (n) dandengan sifat orbital6. Kembangkan berbagai kemungkinan diagram mnemonic model “papan catur” untukkonfigurasi elektron (Jawaban Anda dapat diklarifikasi dengan referensi (1)Monaghan, P. K., and Coyne, M., Education in Chemistry,1988, September, 139; (2)Carpenter, A. K. “4s, 3d, What?”. Journal of Chemical Education, 1983, Vol. 60,562, dan (3) Hovland, A. K. “Aufbau on a Chessboard”. Journal of ChemicalEducation, 1986, Vol. 63, 607).7. Jelaskan secara singkat mengapa atom 4 Be mempunyai konfigurasi elektronik1s 2 2s 2 , bukan 1s 2 2s 1 2p 18. Tulis konfigurasi elektronik spesies-spesies berikut dengan menggunakan atomgas mulia sebagai konfigurasi elektronik inti-nya :a. 11 Na , 28 Ni, 29 Cu, 20 Ca, 24 Cr, dan 82 Pb.b. 21 Sc 3+ , 29 Cu 2+ , 19 K + , 17 Cl - , 27 Co 2+ , dan 25 Mn 4+9. Apa yang dimaksudkan dengan muatan inti efektif, efek penetrasi, dan efekPerisai. Bagaimana pula urutan besarnya efek perisai orbital secara umum?10. Hitung muatan inti efektif (Z ef ) terhadap elektron 2p menurut Slater dalam atomatom 6 C, 7 N, dan 8 O. Bandingkan kenaikan muatan inti efektif dari N ke Odengan kenaikan dari C ke N , dan jelaskan mengapa demikian?11. Selidiki kenaikan muatan inti efektif untuk elektron 2s dari atom Li - Be,demikian juga untuk elektron 2p dari atom B - C; mana yang lebih besarkenaikannya, dan jelaskan mengapa demikian.1.78

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoD. Rambu-rambu Kunci Jawaban Latihan Kegiatan Belajar-31(a) Orbital atom adalah gambaran peluang mendapatkan elektron ( 2 ) atau gambaranfungsi gelombang elektron itu sendiri () di seputar inti atom. Yang paling umumorbital atom digambarkan sebagai fungsi gelombang sudut. Hingga kini dikenaladanya orbital s, p, d, dan f.(b) Aturan Hund menyatakan bahwa elektron-elektron dalam mengisi orbitalcenderung dengan spin paralel tanpa berpasangan lebih dahulu.(c) Prinsip larangan Pauli menyatakan bahwa elektron dalam menempati orbital tidakmungkin memiliki keempat bilangan kuantum sama secara serentak; jadi dalamsetiap orbital maksimum hanya menampung 2 elektron dengan bilangan kuantumspin yang berlawanan atau anti paralel.2. Elektron pada n = 4, seperangkat bilangan kuantum yang mungkin adalah:Orbital 4s: n = 4, = 0, m = 0, s = +½ dan n = 4, = 0, m = 0, s = -½Orbital 4p: n = 4, = 1, m = 0, s = +½ dan n = 4, = 1, m = 0, s = -½n = 4, = 1, m = -1, s = +½ dan n = 4, = 1, m = -1, s = -½n = 4, = 1, m = +1, s = +½ dan n = 4, = 1, m = +1, s = -½Orbital 4d: n = 4, = 2, m = 0, s = +½ dan n = 4, = 2, m = 0, s = -½n = 4, = 2, m = -1, s = +½ dan n = 4, = 2, m = -1, s = -½n = 4, = 2, m = +1, s = +½ dan n = 4, = 2, m = +1, s = -½n = 4, = 2, m = -2, s = +½ dan n = 4, = 2, m = -2, s = -½n = 4, = 2, m = +2, s = +½ dan n = 4, = 2, m = +2, s = -½Orbital 4f: n = 4, = 3, m = 0, s = +½ dan n = 4, = 3, m = 0, s = -½n = 4, = 3, m = -1, s = +½ dan n = 4, = 3, m = -1, s = -½n = 4, = 3, m = +1, s = +½ dan n = 4, = 3, m = +1, s = -½n = 4, = 3, m = -2, s = +½ dan n = 4, = 3, m = -2, s = -½n = 4, = 3, m = +2, s = +½ dan n = 4, = 3, m = +2, s = -½n = 4, = 3, m = -3, s = +½ dan n = 4, = 3, m = -3, s = -½n = 4, = 3, m = +3, s = +½ dan n = 4, = 3, m = +3, s = -½3. Nilai terendah bilangan kuantum utama (n) untuk m = +4 adalah: n = 5, sebabnilai n ini mencakup nilai m dari 0 hingga ± 4.4. Orbital yang mempunyai nilai n = 5 dan = 1 adalah 5p, dan yang mempunyain = 6 dan = 0 adalah 6s.5. Hubungan antara masing-masing bilangan kuantum utama (n) dan dengan sifatorbital adalah bahwa:1.79

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto(1) besarnya nilai n menunjukkan banyaknya macam nilai dan juga orbital;untuk n = 1 hanya ada satu nilai yakni nol, dan 1 orbital (s); untuk n = 2 ada2 nilai yakni nol dan 1, dan 2 macam orbital yakni s ( = 0) dan p ( = 1);n = 3 ada 3 macam nilai (0, 1, 2) dan 3 macam orbital s, p, d, dst.(2) untuk bernilai genap, orbital bersifat simetri, dan untuk bernilai gasalorbital bersifat anti simetri.6. Kemungkinan diagram mnemonic model “papan catur” untuk penyusunankonfigurasi elektron:2p3p1s2s3s4s7s 8s 3d 4p 5s5s 6s 6p 7p 4d 5p 6s3s 4s 4p 5p 5d 6d 4f 5d 6p 7s1s 2s 2p 3p 3d 4d 4f 5f 5f 6d 7p 8sDiagram mnemonic urutan pengisian elektron pada orbital model menaiki (kiri) danmenuruni (kanan) 2 tahapan.1s2p2s3p3s4s3d 4p 5s4d 5p 6s4f 5d 6p 7s5f 6d 7p 8sDiagram mnemonic pengisian elektron pada orbital(dibaca ke kanan dari atas ke bawah) menurut:Prof. E. Steel (dalam Monaghan & Coyne, 1988)1.80

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto1s ↓ ↓ 5f 6d 7p 8s2s 2p ↓ ↓ 4f 5d 6p 7s3s 3p 3d ↓ ↓ 4d 5p 6s4s 4p 4d 4f ↓ 3d 4p 5s5s 5p 5d 5f 3p 4s6s 6p 6d 2p 3s7s 7p2s8s1s(a)(b)Diagram mnemonic urutan pengisian elektron pada orbital menurut:(a) Carpenter (dibaca ke bawah dari kiri ke kanan)(b) Hovland (dibaca ke kanan dari bawah ke atas)7. Atom 4 Be mempunyai konfigurasi elektronik 1s 2 2s 2 , bukan 1s 2 2s 1 2p 1 , sebab energiorbital 2s lebih rendah daripada energi orbital 2p, dan energi tolakan antar elektrondalam orbital 2s 2 masih lebih rendah dari total energi (konfigurasi) 2s 1 2p 1 .8. Konfigurasi elektronik:a. 11 Na : [ 10 Ne] 3s 1 ; 28Ni: [ 18 Ar] 3d 8 4s 2 ; 29Cu: [ 18 Ar] 3d 10 4s 1 ;20Ca: [ 18 Ar] 4s 2 ; 24Cr: [ 18 Ar] 3d 5 4s 1 ; 82Pb: [ 54 Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2b. 21 Sc 3+ : [ 18 Ar]; 29Cu 2+ : [ 18 Ar] 3d 9 ; 19K + : [ 18 Ar]17Cl - : [ 18 Ar]; 27Co 2+ : [ 18 Ar] 3d 7 ; 25Mn 4+ : [ 18 Ar] 3d 39. Muatan inti efektif (Z ef .) adalah muatan inti sesungguhnya yang dirasakan olehelektron yang bersangkutan setelah muatan inti (Z) dikurangi-dikoreksi oleh efekperisai () dari elektron-elektron yang lain, Z ef = Z - Efek penetrasi adalah efek interaksi dari elektron dalam orbital yang lebih tinggienerginya namun orbital ini sesungguhnya menembus ke daerah orbital yang lebihrendah energinya sehingga interaksi muatan inti terhadap elektron dalam orbitalyang lebih rendah energinya ini menjadi berkurang.1.81

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoEfek perisai adalah efek interaksi dari elektron dalam orbital yang lebih rendahenerginya dengan muatan inti sehingga interaksi muatan inti terhadap elektrondalam orbital yang lebih tinggi energinya menjadi berkurang.Urutan besarnya efek perisai orbital secara umum adalah orbital s>p>d>f.10. Muatan inti efektif terhadap elektron 2p dalam atom-atom:6C: Z ef = 6 – [2,5787 + 0,3326] = 3,08877N: Z ef = 7 – [2,5787 + (2 x 0,3326)] = 3,75618O: Z ef = 8 – [2,5787 + (3 x 0,3326)] = 4,4235Kenaikan muatan inti efektif dari atom N ke atom O sama dengan kenaikannyadari atom C ke atom N yakni 0,6674, sebab masing-masing memberikan efekperisai dari satu elektron yang sama yakni dalam orbital 2p.11. Muatan inti efektif terhadap elektron 2s untuk atomLi adalah Z ef = 3 – (1,7208) = 1,2792, danBe adalah Z ef = 4 – [1,7208 + 0,3601] = 1,9191; jadi terdapat kenaikan 0,6399.Muatan inti efektif terhadap elektron 2p untuk atomB adalah Z ef = 5 – [2,5787] = 2,4213, danC adalah Z ef = 6 – [2,5787 + 0,3326] = 3,0887; jadi terdapat kenaikan 0,6674.Jadi kenaikan muatan inti efektif untuk atom B-C lebih besar daripada kenaikanmuatan inti efektif untuk atom Li-Be, sebab untuk B-C terjadi penambahanelektron 2p sedangkan untuk Li-Be terjadi penambahan elektron 2s dengan efekperisai yang lebih rendah ketimbang efek perisai orbital 2p.1.82

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoA. Tujuan AntaraKEGIATAN BELAJAR-4SISTEM PERIODIK UNSURBagian modul ini membahas sistem periodik unsur sebagai bahan “penyegaran”atau sangat mungkin “pengayaan” untuk topik yang sejenis yang tentunya pernah Andakenal bukan? Nah, tak terhindarkan topik ini juga memaparkan kembali materi sejenisyang relatif rinci khususnya perihal Tabel Periodik Unsur (TPU) yangdirekomendasikan IUPAC terkini (1999-2005). Oleh sebab itu setelah menyelesaikanKegiatan Belajar-4 ini diharapkan Anda mampu:1. memahami adanya berbagai kemungkinan model TPU2. mengenali letak unsur dalam TPU model IUPAC terkini (2005) terkait dengankonfigurasi elektroniknya3. menjelaskan sifat-sifat periodisitas unsur, jari-jari atom (kovalen), jari-jari ionik,energi ionisasi dan afinitas elektronB. Uraian Materi 44.1 Organisasi Tabel Periodik Unsur (TPU)Dalam Tabel Periodik Unsur (TPU) modern, unsur-unsur ditempatkan secarateratur menurut naiknya nomor atom atau jumlah proton. Ada cukup banyak desain -bentuk TPU, namun yang paling umum dijumpai adalah bentuk "panjang" (Gambar4.1a). TPU ini menampilkan unsur-unsur lantanoida (4f) dan aktinoida (5f) masingmasinghanya dalam satu “kotak” dalam bayang-bayang golongan 3 dengankelengkapan keanggotaan seri ditempatkan secara terpisah di bawah tubuh tabel. Hal inidengan pertimbangan bahwa unsur-unsur lantanoida dan aktinoida masing-masingmenunjukkan kemiripan sifat-sifat kimiawi yang sangat dekat satu sama lain. Dengandemikian diperoleh suatu TPU yang lebih “kompak”, sebab jika kedua seri unsur-unsurini (4f dan 5f) ditampilkan langsung dalam tabel, maka akan menghasilkan TPU denganbentuk yang “sangat panjang” dengan kemungkinan penomoran golongan hingga 32.Perkembangan TPU dengan beberapa model ditunjukkan pada bagian akhir bab ini(Gambar 4.1b – 4.1g ).Menurut rekomendasi International Union of Pure and Applied Chemistry(IUPAC: 1997-2005) penomoran golongan unsur-unsur mulai dari 1 hingga 181. 83

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto(Gambar 4.1a); hidrogen adalah kekecualian, memiliki golongannya sendiri karenasifatnya yang unik sehingga terpisah dari yang lain meskipun lebih sering berada di atasLi. Sistem ini menggantikan sistem sebelumnya yang menggunakan notasi kombinasidengan angka Romawi dan label A-B yang dianggap membingungkan karenaperbedaan pelabelan A-B antara model Amerika Utara dengan Eropa. Sebagai contoh,di Amerika Utara golongan IIIB menunjuk pada golongan skandinavium, Sc (Gambar4.1c), sedangkan di Eropa nomor ini menunjuk pada golongan boron, B (Gambar 4.1d).Dengan demikian dalam TPU ini penomoran golongan tidak diberlakukan pada unsurunsurlantanoida dan aktinoida karena kemiripan unsur-unsur tersebut dalam periode(lajur mendatar) daripada golongan (lajur vertikal).181 2 H 13 14 15 16 17 He 1Li Be B C N O F Ne 2Na Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar 3K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 4Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 5Cs Ba * Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 6Fr Ra ** Lr Db Jl Rf Bh Hn Mt 7* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md NoGambar 4.1a TPU bentuk "panjang" menurut rekomendasi IUPAC (1997/2005)Golongan 1 dan 2 dan 13-18 sering disebut sebagai golongan utama, yang terdiriatas kelompok s dan kelompok p; golongan 1 dan golongan 2 sering dikenal dengannama khusus alkali dan alkali tanah, sedangkan golongan 13-16 sering diberi namasesuai dengan anggota pertama golongan yang bersangkutan. Sedangkan golongan 3-12(golongan B menurut Amerika Utara) sering disebut sebagai golongan transisi ataukelompok d dan transisi dalam atau kelompok f. Pengelompokan dengan label orbitalini (s, p, d, dan f) menunjuk pada “pengisian elektron terakhir” atas orbital tersebut bagiatom unsur yang bersangkutan dalam membangun konfigurasi elektroniknya menurutprinsip aufbau. Dengan demikian hubungan antara nomor atom dengan letaknya dalamTabel Periodik dapat dijelaskan seperti berikut ini.1. Atom unsur dengan konfigurasi elektronik [gas mulia] ns 1 dan [gas mulia] ns 2masing-masing terletak dalam golongan 1 (alkali) dan golongan 2 (alkali tanah); jadi1. 84

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartodalam hal ini elektron kulit terluar menunjukkan nomor golongannya; atom unsurdemikian ini sering disebut kelompok s.2. Atom unsur transisi dengan konfigurasi elektronik [gas mulia] (n-1)d x ns y (y =1-2), nomor golongannya sesuai dengan jumlah “elektron terluar”-nya yakni (x + y) = 3-12; atom unsur ini sering disebut sebagai golongan transisi atau kelompok d, yaknigolongan 3 –12; akan tetapi golongan 12 sering dikeluarkan dari golongan “transisi”dan disebut sebagai pseudo gas mulia, sebab orbital d 10 sudah penuh dan tidak berperanmenentukan sifat-sifat kimianya . sebagaimana umumnya golongan transisi.3. Atom dengan konfigurasi elektronik [gas mulia] ns 2 np x (x = 1-6), maupun [gasmulia] (n-1)d 10 ns 2 np x (x = 1-6) terletak dalam golongan (10 + 2 + x); atom unsur inisering disebut sebagai kelompok p, yakni golongan 13 - 18.4. Nomor periode ditunjukkan oleh nilai n tertinggi yang dihuni oleh elektron dalamkonfigurasi elektroniknya.Nah, mari kita ambil contoh; atom unsur X, Y, dan Z, masing-masing mempunyainomor atom 37, 24, dan 35; di mana posisinya masing-masing unsur tersebut dalamTPU?Penyelesaiain.Konfigurasi elektronik X adalah: [1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 ] 5s 1 atau [ 36 Kr]5s 1 ;jadi, ia termasuk kelompok s (utama-representatif), terletak dalam golongan 1(alkali) dan periode 5.Konfigurasi elektronik Y adalah: [1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ] 3d 5 4s 1 atau [ 18 Ar] 3d 5 4s 1 ;jadi, ia termasuk kelompok d (transisi) terletak dalam golongan 6 (= 5+1) danperiode 4.Konfigurasi elektronik Z adalah: [1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ] 3d 10 4s 2 4p 5 ; jadi, ia termasukkelompok p (utama-representatif), terletak dalam golongan 17 (=10+2+5), halogen,dan periode 4.Dari contoh-contoh di atas, sesungguhnya posisi unsur dalam TPU hanyaditentukan oleh konfigurasi elektron lebihnya dari konfigurasi elektron inti gas-mulia.Jadi, sangat disarankan kita mengingat ciri-khas konfigurasi gas mulia yakni bahwasetiap orbitalnya selalu berisi penuh elektron; lebih menguntungkan secara cepat jikakita hafal nomor atom gas mulia yakni [2], [8], [18], [36], [54], dan [86]; unsurkelompok f tidak menentukan nomor golongan, sebab mereka berada dalam satu kotakdalam golongan 3. Jadi:1. 85

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto(a). jika kelebihannya, x = 1-2, maka ia termasuk golongan x(b). jika kelebihannya, 3≤ x ≤ 12, maka ia termasuk golongan x bagi unsur dengannomor atom ≥ 21(c). jika kelebihannya, 3≤ x ≤ 8, maka ia termasuk golongan 10+x bagi unsurdengan nomor atom ≤ 18Nah, sekarang silakan tentukan dengan cepat posisinya dalam TPU untuk unsurunsurdengan nomor atom 7, 13, 34, 45, 65, dan 74.4.2 Klasifikasi Unsur-Unsur dalam Tabel Periodik UnsurUnsur-unsur dapat diklasifikasikan menurut banyak cara, yang paling tegasadalah atas dasar wujud pada keadaan Standard Ambient Temperature and Pressure-SATP (yakni pada 25o C, 100 kPa), (jangan dikacaukan dengan istilah STP yangmenunjuk pada temperatur 0 o C dan tekanan 101 kPa). Atas dasar SATP, unsur-unsurdibedakan dalam wujud gas yaitu ada sebelas unsur, hidrogen, nitrogen, oksigen,fluorin, klorin, dan gas mulia, wujud cair yaitu hanya ada dua unsur, bromin danmerkuri, dan sisanya wujud padat. Klasifikasi wujud fisik demikian ini tentu tidakmemberikan banyak aspek kimiawinya.Klasifikasi lain yang sangat umum adalah berdasarkan dua kelompok logam ataumetal dan non logam atau nonmetal; namun, pertanyaan yang muncul adalah apakahyang dimaksud dengan logam / nonlogam? Permukaan mengkilat ternyata bukanmerupakan kriteria yang tepat bagi logam karena silikon dan iodin yang seringdiklasifikasikan sebagai nonlogam juga mempunyai permukaan yang mengkilat.Rapatan juga bukan kriteria yang tepat, misalnya litium yang diklasifikasikan sebagailogam ternyata mempunyai rapatan hanya sekitar setengah rapatan air sedangkanosmium sebagai logam mempunyai rapatan 40 kali rapatan litium. Kekerasan jugabukan indikator yang tepat, sebab logam-logam alkali bersifat lunak. Sifat mudahditempa menjadi lembaran dan menjadi kawat sering juga dipakai sebagai kriteria sifatlogam, namun beberapa logam transisi bersifat rapuh, mudah pecah. Sifat penghantarpanas yang tinggi juga dipakai untuk menyatakan kelompok logam, namun misalnyaintan (C), yang diklasifikasikan sebagai nonlogam ternyata merupakan unsur terkerasdan juga merupakan salah satu unsur penghantar panas tertinggi. Barangkali, sifatpenghantar listrik merupakan kriteria terbaik bagi logam, meskipun plutonium1. 86

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartomerupakan penghantar terburuk kira-kira seperseratus kali penghantar listrik terbaik,perak.Klasifikasi tersebut jelas lebih banyak menekankan pada sifat-sifat fisik, dan bagipara ahli kimia, sifat unsur yang paling penting adalah pola sifat kimiawinya, misalnyasecara khusus kecenderungan terhadap pembentukan ikatan kovalen atau pemilihanpembentukan kation. Kriteria manapun yang dipakai, beberapa unsur selaluterklasifikasi ke dalam "daerah batas" model klasifikasi logam-nonlogam. Para ahlikimia anorganik umumnya setuju bahwa unsur-unsur boron, silikon, germanium, arsen,dan telurium termasuk dalam daerah batas ini yang sering disebut sebagai kelompoksemilogam atau metaloid. Klasifikasi seperti ini ternyata masih terus berlanjut yaituadanya sub-kelompok logam yang terdekat dengan daerah batas yang menunjukkansifat-sifat kimiawi mirip dengan semilogam; unsur-unsur ini adalah Be, Al, Zn, Ga, Sn,Pb, Sb, Bi, dan Po.Hubungan antara TPU dengan sifat-sifat kimiawi serta konfigurasi elektronikunsur-unsur yang bersangkutan menyarankan adanya bermacam-macam klasifikasi.Klasifikasi yang sering dijumpai adalah terbaginya unsur-unsur ke dalam empatkelompok: (1) kelompok unsur-unsur inert atau gas mulia, (2) kelompok unsur-unsurutama atau representatif, (3) kelompok unsur-unsur transisi, dan (4) kelompok unsurunsurtransisi dalam (inner transition)Konfigurasi elektronikkulit valensi (n = 1-7)Tabel 4.1 Kelompok unsur-unsur golongan utamaNotasigolonganNamagolonganUnsur-unsur....... ns 1 M1 (gol.1) Alkali 3Li - 87 Fr....... ns 2 M2 (gol.2) Alkali tanah 4Be - 88 Ra....... ns 2 np 1 M3 (gol.13) Boron 5B - 81 Tl....... ns 2 np 2 M4 (gol.14) Karbon 6C - 82 Pb....... ns 2 np 3 M5 (gol.15) Nitrogen 7N - 83 Bi....... ns 2 np 4 M6 (gol.16) Oksigen (Kalkogen) 8O - 84 Po....... ns 2 np 5 M7(gol.17) Halogen 9F - 85 At4.2.1 Unsur-Unsur Inert (gol.18)Kelompok unsur-unsur ini yang sering disebut juga unsur-unsur gas mulia (noblegas) terdiri atas 2He, 10 Ne, 18 Ar, 36 Kr, 54 Xe, dan 86 Rn. Kecuali He yang mempunyai1. 87

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartokonfigurasi penuh 1s 2 , kelompok unsur ini ditandai dengan konfigurasi elektronikpenuh untuk setiap orbital dan dengan elektron valensi ns 2 np 6 . Karakteristik padaorbital kulit terluar inilah yang biasanya dikaitkan dengan sifat inert (lembam) unsurunsuryang bersangkutan, yaitu sangat stabil dalam arti sukar bereaksi dengan unsurunsurlain. Namun demikian, akhir-akhir ini telah berhasil dibuat beberapa senyawaxenon dan kripton seperti XeF 2 , XeF 4 , XeF 6 , XeO 4 , dan KrF 2 . Unsur-unsur inert inisering juga disebut sebagai golongan nol karena sifat kestabilan yang tinggi atau M8(utama), namun menurut IUPAC diklasifikasikan sebagai golongan 18. Perlu dicatatbahwa konfigurasi elektronik unsur-unsur gas mulia dianggap sudah penuh, dan olehkarenanya dipakai sebagai standar untuk menyatakan penuh atau tidak-penuhnyakonfigurasi elektronik kelompok unsur-unsur lain.4.2.2 Kelompok Unsur-Unsur “Utama”Unsur-unsur golongan “utama” atau representatif ditandai oleh konfigurasielektronik tidak-penuh pada satu kulit terluar, ns 1 - ns 2 np (0-5) , seperti ditunjukkan dalamTabel 2.1. Unsur-unsur 30 Zn, 48 Cd, dan 80 Hg, masing-masing mempunyai konfigurasielektronik [ 18 Ar] 3d 10 4s 2 , [ 36 Kr] 4d 10 5s 2 , dan [ 54 Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 . Unsur-unsur inidapat membentuk ion M 2+ seperti unsur-unsur golongan M2 dengan beberapakemiripan, namun dengan perbedaan sifat-sifat di antara kedua kelompok ini. Salahsatu perbedaannya adalah bahwa unsur-unsur Zn dan Cd mempunyai sifatkecenderungan yang lebih besar untuk membentuk senyawa-senyawa kompleks denganNH 3 , ion-ion X - dan CN - .Tabel 4.2 Komparasi beberapa sifat unsur M2 (Gol.2) dan M2' (Gol.12)UnsurKonfigurasiElektronikTitik Leleh( o C)Jari-jariM 2+ (Å)E o (V), untukM 2+ (aq) + 2e M (s )M2 Be [He] 2s 2 1280 0,34 - 1,85Mg [Ne] 3s 2 650 0,65 - 2,37Ca [Ar] 4s 2 840 0,99 - 2,87Sr [Kr] 5s 2 770 1,13 - 2,89Ba [Xe] 6s 2 725 1,35 - 2,90Ra [Rn] 7s 2 700 1,40 - 2,92M2' Zn [Ar] 3d 10 4s 2 420 0,74 - 0,76Cd [Kr] 4d 10 5s 2 320 0,97 - 0,40Hg [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 - 39 1,10 + 0,851. 88

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoCatatan :Dalam beberapa hal Hg mempunyai sifat-sifat yang unik, jauh berbeda dengan Zn dan Cd,misalnya potensial elektrode yang jauh berharga positif, berupa cairan pada suhu kamar,dan mempunyai konfigurasi elektronik dengan orbital 4f 14 terisi penuh.Perbedaan sifat-sifat di antara kedua kelompok ini mungkin disebabkan olehperbedaan konfigurasi elektronik terluar yaitu 18 elektron bagi ion M 2+ untuk kelompokini. Dengan penuhnya elektron (d 10 ) untuk kelompok ini diduga ada hubungannyadengan sifat polarisasi ion M 2+ yang jauh lebih besar daripada sifat polarisasi ion-iondivalen dari kelompok M2 sebagai akibat sifat orbital d yang mudah mengalamidistorsi. Oleh karena itu ketiga unsur tersebut sering dinyatakan pula sebagai kelompokunsur utama tetapi dengan notasi M2'. Komparasi beberapa sifat kelompok unsur M2dan M2' dapat diperiksa pada Tabel 4.2.4.2.3 Kelompok Unsur TransisiBatasan mengenai unsur transisi masih sering diperdebatkan. Dari satu sisi, unsur- unsur transisi mencakup seluruh unsur-unsur dengan orbital nd (1-10) sedang "diisi"elektron menurut prinsip aufbau. Secara umum, batasan ini memberikan karakteristikkonfigurasi elektronik ....... (n-1)d (1-10) ns (1-2) , dan dengan demikian unsur-unsur dengankonfigurasi elektronik ....... (n-1)d 10 ns 2yaitu Zn, Cd, dan Hg termasuk di dalamnya.Sebaliknya pandangan lain, yang lebih banyak diikuti oleh para ahli kimia,mempertimbangkan bahwa ketiga unsur kelompok terakhir ini mempunyai sifat-sifatyang berbeda dari umumnya sifat-sifat kelompok unsur transisi, misalnya dalam halsifat magnetis dan warna. Oleh karena itu, ketiga unsur tersebut tidak dapatdipertimbangkan sebagai unsur-unsur transisi. Dengan demikian, unsur-unsur transisikemudian menunjuk pada unsur-unsur dengan konfigurasi elektronik belum penuh padasalah satu atau kedua kulit terluar yang melibatkan orbital d yaitu dengan karakteristikkonfigurasi elektronik ....... (n-1)d (1-10) ns (1-2) .Jadi, jelas bahwa dengan batasan demikian ini ketiga unsur tersebut, Zn, Cd, danHg, tidak termasuk sebagai unsur transisi. Kedua batasan ini dengan mudah dapatdikomparasikan sebagai berikut:Kelompok Transisi, d Unsur menurut batasan pertama Unsur menurut batasan keduaI (pertama) Sc - Zn Sc - CuII (kedua) Y - Cd Y - AgIII (ketiga) La, dan Hf - Hg La, dan Hf - Au1. 89

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoPerlu dicatat bahwa untuk kelompok transisi seri III tersebut anggota pertamanyaadalah 57 La (.... 5d 1 ) dan setelah "melompati" kelompok unsur transisi dalam (4f) barudisambung anggota kedua, 72 Hf dan seterusnya. Dalam hal ini kelompok unsur 4fadalah 58 Ce - 71 Lu, dan kelompok unsur 5f adalah 90 Th - 103 Lr. Versi lain menyarankanbahwa 71 Lu (.... 5d 1 ) merupakan anggota pertama sehingga tidak terjadi lompatan, dankonsekuensinya adalah bahwa kelompok unsur 4f terdiri atas 57 La - 70 Yb dan kelompokunsur 5f terdiri atas 89 Ac - 102 No. Hal yang sangat penting adalah adanya kekecualianatau penyimpangan konfigurasi elektronik terhadap prinsip aufbau untuk beberapaunsur transisi seperti ditunjukkan pada Tabel 4.3. Penyimpangan konfigurasi elektroniktersebut sering dihubungkan dengan kestabilan bagi sistem orbital penuh dan setengahpenuh.Tabel 4.3. Konfigurasi elektronik beberapa unsuryang "menyimpang" dari aturan aufbauKonfigurasi elektronik menurutUnsur prinsip aufbau data spektroskopi (eksperimen)24Cr [ 18 Ar] 3d 4 4s 2 [ 18 Ar] 3d 5 4s 129Cu [ 18 Cu] 3d 9 4s 2 [ 18 Ar] 3d 10 4s 141Nb [ 36 Kr] 4d 3 5s 2 [ 36 Kr] 4d 4 5s 142Mo [ 36 Kr] 4d 4 5s 2 [ 36 Kr] 4d 5 5s 144Ru [ 36 Kr] 4d 6 5s 2 [ 36 Kr] 4d 7 5s145Rh [ 36 Kr] 4d 7 5s 2 [ 36 Kr] 4d 8 5s 146Pd [ 36 Kr] 4d 8 5s 2 [ 36 Kr] 4d 1047Ag [ 36 Kr] 4d 9 5s 2 [ 36 Kr] 4d 10 5s 178Pt [ 54 Xe] 4f 14 5d 8 6s 2 [ 54 Xe] 4f 14 5d 9 6s 179Au [ 54 Xe] 4f 14 5d 9 6s 2 [ 54 Xe] 4f 14 5d 10 6s 14.3 Sifat-Sifat PeriodisitasSalah satu manfaat penataan unsur-unsur di dalam TPU adalah pemahaman sifatsifatkimiawi baik bagi unsur-unsur dalam posisi periode maupun dalam posisigolongan. Sifat-sifat ini, misalnya yang berkaitan dengan jari-jari atomik, energiionisasi, afinitas elektron, dan elektronegativitas, akan dibahas dalam kesempatan ini;disamping itu sifat-sifat senyawanyapun dapat dipelajari secara lebih sistematik.1. 90

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto4.3.1 Jari-jari AtomikSalah satu sifat periodik yang sangatsistematik adalah jari-jari atomik unsurunsur.Apakah yang dimaksud denganukuran atomik itu? Oleh karena elektrondalam suatu atom unsur hanya dapatdidefinisikan dengan istilah peluang(probabilitas), maka sesungguhnya tidakada batas yang nyata dalam suatu atom.Namun demikian ada dua cara yang umumuntuk mendefinisikan jari-jari atomik. Pertama, jari-jari atomik dapat dinyatakansebagai setengah jarak antara dua inti atom yang bergabung dengan ikatan kovalendalam molekul diatomik, yaitu disebut jari-jari kovalen, r kov . Kedua, jari-jari atomikdinyatakan sebagai setengah jarak antara dua inti atom dari molekul-molekul diatomikyang bertetangga, yaitu disebut jari-jari van der Waals, r vdW . Lebih lanjut untuk unsurunsurlogam, adalah dimungkinkan untuk mengukur jari-jari metalik, r M , yaitu setengahjarak antara dua inti atom-atom bertetangga dalam logam padat pada temperatur dantekanan kamar; namun demikian, jarak ini bergantung pada bilangan koordinasi kisikristal logam yang bersangkutan, dan umumnya semakin besar bilangan koordinasisemakin besar jari-jari metaliknya.2 r kov2 r vdWGambar 4.2 Perbandingan antarar kov , r vdW , r M , r + dan r -Dalam senyawa ionik padat adalah mungkin untuk mengukur jarak antara kationdan anion tetangganya. Namun perbedaan anion tetangga, juga bilangan koordinasi kisikristal, akan menghasilkan jarak yang berbeda-beda pula. Oleh karena itu perluditetapkan adanya standar pembanding yaitu ion O 2- dengan jari-jari r- = 1,40 Å;alasannya adalah bahwa unsur ini membentuk senyawa dengan banyak macam unsurlain, cukup keras dalam arti tidak mudah terpolarisasi sehingga ukurannya tidak banyakbervariasi meskipun dalam senyawa dengan unsur yang berbeda-beda. Denganpertimbangan tersebut, jari-jari ion didefinisikan sebagai jarak antara pusat kation danpusat anion yang dibagi secara adil berdasarkan jari-jari O 2- sebesar 1,40 Å. Sebagaicontoh, jari-jari ion Mg 2+ diperoleh dengan mengurangi sebesar 1,40 Å terhadap jarakantara dua inti ion Mg 2+ dan O 2- yang bertetangga dalam senyawa MgO. Pemahaman2 r Mr + + r -1. 91

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartojari-jari kovalen r kov , jari-jari van der Waals, r vdW , jari-jari metalik, r M , jari-jari kation, r + ,dan jari-jari anion, r- dilukiskan dalam Gambar 4.2.Tabel 4.4 Jari-jari atom (dalam pm) unsur-unsur "utama"H : 37 He : 50Li : 152 Be : 111 B : 80 C : 77 N : 75 O : 73 F : 71 Ne : 65Na : 186 Mg: 160 Al : 143 Si : 118 P : 110 S : 103 Cl : 99 Ar : 95K : 227 Ca : 197 Ga : 141 Ge : 122 As : 125 Se : 116 Br : 114 Kr : 110Rb : 248 Sr : 215 In : 163 Sn : 141 Sb : 138 Te : 135 I : 133 Xe : 130Cs : 265 Ba : 217 Tl : 170 Pb : 175 Bi : 155 Po : 118 At : - Rn : 145Harga jari-jari kovalen bagi hampir semua atom unsur telah diketahui, namunkarena ini merupakan hasil eksperimen maka nilainya sedikit bervariasi.Kecenderungan-periodisitas secara umum dapat diperiksa pada Tabel 4.4 dan Gambar4.3. Secara khusus dibahas unsur-unsur periode 2 dan golongan 1 (alkali) sebagaimanaditunjukkan data berikut.Periode 2 : Li Be B C N O F Ner kov / pm : 134 91 82 77 74 70 68 -Alkali : Li Na K Rb Cs Frr M / pm : 134 154 196 216 235 -Jari-jari Atom / pm300250K3dRb4dCs5d200150LiNaRn10050HHeNeArKrXe4f00 10 20 30 40 50 60 70 80 90Nomor AtomGambar 4.3 Jari-jari atom untuk beberapa unsurDalam periode, jari-jari atom menurun dengan naiknya nomor atom.Kecenderungan ini sangat mudah dipahami dengan menerapkan parameter muatan intiefektif, Z ef , sebagaimana dibicarakan terdahulu. Dalam periode, ukuran atom dibatasioleh orbital-orbital dalam ukuran volume kulit yang sama besarnya. Unsur-unsur1. 92

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoperiode 2 mempunyai konfigurasi elektronik 1s 2 2s (1-2) . Ukuran atom ditentukan olehbesarnya muatan inti efektif yang dirasakan oleh elektron-elektron dalam orbital yangbersangkutan yaitu 1s, 2s, dan 2p. Naiknya nomor atom berarti naiknya Z ef yangdirasakan oleh setiap elektron dalam orbital yang bersangkutan, sehingga orbital-orbitalini mengalami kontraksi ke arah inti atom yang semakin besar dan akibatnya atom akannampak semakin kecil.Dalam golongan, jari-jari atom bertambah besar dengan naiknya nomor atom.Ukuran atom ditentukan oleh ukuran orbital terluar. Unsur-unsur dalam golonganditandai dengan elektron valensi yang sama. Golongan utama yaitu s dan p, mempunyaikonfigurasi elektronik terluar (1-7)s x , dan (1-7)s 2 (1-7)p x . Naiknya nomor atom berartibertambahnya kulit elektron atau bertambahnya elektron "dalam" dan bertambahnyaukuran orbital terluar sehingga elektron terluar mengalami “perlindungan” (shielding)oleh elektron-elektron "dalam" yang semakin efektif dari pengaruh tarikan inti, danakibatnya atom akan nampak semakin besar.Perlu diingat bahwa inti atom merupakan bagian atom yang sangat kecil; jari-jarikovalen atom oksigen yang panjangnya ~ 70 pm, jari-jari inti atomnya hanya 0,0015pm. Jadi dalam hal volume keseluruhan atom, inti atom hanya mewakili sekitar 10 -11bagian.4.3.2 Energi IonisasiPada dasarnya energi ionisasi (E i ) didefinisikan sebagai energi yang diperlukanuntuk mengeluarkan elektron dari tiap mol spesies dalam keadaan gas. Energi untukmengeluarkan satu elektron pertama (dari atom netralnya) disebut sebagai energiionisasi pertama dan untuk mengeluarkan satu elektron kedua disebut energi ionisasikedua, demikian seterusnya untuk pengeluaran satu elektron berikutnya. Mudahdipahami bahwa mengeluarkan satu elektron pertama dari atom netralnya akan lebihmudah daripada mengeluarkan satu elektron kedua dan seterusnya dari kation yangbersangkutan karena pengaruh muatan inti menjadi semakin lebih efektif terhadapelektron yang semakin berkurang jumlahnya. Perhatikan contoh berikut ini:Li (g)Li + (g)Li 2+ (g) Li + (g) + e E i (1) = 520 kJ mol -1 Li 2+ (g) + e E i (2) = 7298 kJ mol -1 Li 3+ (g) + e E i (3) = 11815 kJ mol -11. 93

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoJadi pada proses tersebut, E i (1) < E i (2) < E i (n); nilai energi ionisasi pertama atomunsur utama disajikan dalam Tabel 4.5, dan energi ionisasi pertama hingga kedelapandapat diperiksa pada Tabel 4.6.Tabel 4.5 Energi ionisasi pertama (dalam kJ mol -1 ) atom-atom unsur "utama"H : 1312 He : 2372Li : 520 Be : 899 B : 801 C : 1086 N : 1402 O : 1314 F : 1681 Ne : 2081Na : 496 Mg : 738 Al : 578 Si : 786 P : 1012 S : 1000 Cl : 1251 Ar : 1521K : 419 Ca : 590 Ga : 579 Ge : 762 As : 944 Se : 941 Br : 1140 Kr : 1351Rb : 403 Sr : 550 In : 558 Sn : 709 Sb : 832 Te : 869 I : 1008 Xe : 1170Cs : 376 Ba : 503 Tl : 589 Pb : 716 Bi : 703 Po : 812 At : - Rn : 1037Betapapun lemahnya, pasti ada interaksi ikatan antara elektron valensi dengan intiatom, sehingga untuk mengeluarkan selalu diperlukan energi; dengan demikian, energiionisasi selalu berharga positif. Energi ionisasi ini dapat ditentukan secara eksperimendengan menempatkan spesies gas di dalam tabung, kemudian tegangan (voltase) dalamtabung dinaikkan secara perlahan; praktis tidak ada arus listrik sampai dengan hargavoltase tertentu pada saat sebuah elektron dilepas oleh spesies yang bersangkutan.Harga voltase pada saat mulai terjadinya arus listrik inilah yang didefinisikan sebagaienergi ionisasi; oleh karena itu, energi ionisasi biasanya dinyatakan dengan satuan nonSI, elektron Volt, eV (1 eV = 1,60 x 10 -19 J = 96,485 kJ mol -1 ), dan sering pula disebutsebagai potensial ionisasi.Dengan batasan tersebut berarti bahwa energi ionisasi bergantung pada seberapakuat elektron terikat oleh atomnya atau seberapa kuat muatan inti efektif (Z ef )berpengaruh terhadap elektron terluar yang akan dikeluarkan. Dengan demikian, energiionisasi bervariasi seiring dengn bervariasinya gaya tarik elektrostatik Coulomb, E i =Z ef.e, yaitu mempunyai harga terendah untuk Z ef terkecil dan r (jari-jari atom)2rterbesar.Untuk unsur-unsur dalam satu golongan dalam Tabel Periodik Unsur, pengaruhmuatan inti efektif terhadap elektron valensi relatif konstan atau naik sangat sedikitdengan naiknya nomor atom karena bertambahnya muatan inti diimbangi pula denganbertambahnya fungsi perisai elektron (screening/shielding effect); sedangkan jari-jariatom bertambah secara tajam dengan bertambahnya kulit elektron utama. Dengan1. 94

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartodemikian dapat dipahami bahwa secara umum energi ionisasi menurun denganbertambahnya nomor atom sebagaimana ditunjukkan oleh contoh berikut.Unsur Konfigurasi E i / kJ mol -13Li 1s 2 2s 1 52011Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 49619K 1s 2 2s 2 2p 3s 2 3p 6 4s 1 419Energi Ionisasi / kJ mol -125002000150010005000HeNeArKr4fCl 3dXeHP4d5d RnSiMg SAlLi Na K Rb Cs0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Nomor AtomGambar 4.4 Periodisitas nergi ionisasi unsur-unsurUntuk unsur-unsur dalam satu periode dalam Tabel Periodik Unsur, dengannaiknya nomor atom muatan inti efektif semakin membesar secara kontinu, yaitu naikkira-kira sebesar 0,65 satuan untuk setiap tambahan satu elektron, yang berakibat jarijariatom semakin pendek. Dengan demikian, elektron terluar semakin sukardikeluarkan yang berarti energi ionisasi semakin besar. Jadi, unsur-unsur alkalimempunyai energi ionisasi terendah sedangkan unsur-unsur gas mulia mempunyaienergi ionisasi tertinggi. Perubahan energi ionisasi secara periodik dilukiskan padaGambar 4. 4.Namun demikian, terdapat beberapa kekecualian yaitu naiknya energi ionisasiunsur-unsur dalam satu periode ternyata tidak menunjukkan alur yang mulussebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 4.5. Atom dengan konfigurasi elektronik penuhatau setengah penuh ternyata mempunyai energi ionisasi relatif lebih tinggi daripadaatom-atom terdekatnya. Misalnya, E i (Li) < E i (Be) > E i (B), demikian juga E i (C) < E i(N) > E i (O). Data ini dapat menyarankan bahwa elektron dalam konfigurasi penuh1. 95

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto(Be) lebih sukar dilepas daripada konfigurasi setengah atau tidak penuh (B); demikianjuga elektron dalam konfigurasi setengah penuh .... 2s 2 2p 3 , (N), lebih sukar dilepasdaripada elektron dalam konfigurasi tidak penuh ...... 2s 2 2p 4 , (O). Jadi, spesies dengankonfigurasi elektronik penuh dan setengah penuh yang sering dikatakan mempunyaikonfigurasi simetris, lebih stabil daripada spesies dengan konfigurasi kurang simetris.Mengapa demikian? Untuk menjawab pertanyaan ini perlu dipertimbangkan pula perantolakan antar elektron seperti dijelaskan berikut ini.ZZefefRasio muatan inti efektif terhadap elektron terluar antara atom Li dan Be adalah:[Li][Be]128= = 2/3. Berdasarkan rumusan Bohr, energi elektron terluar untuk Be191tentulah berkisar [ 23 ]2lebih besar daripada energi elektron terluar atom Li. Energi inisecara teoritis adalah 49x 520 kJ mol-1 = 1170 kJmol -1 . Kenyataannya, energi ionisasi pertama untukBe hanyalah 900 kJ mol -1 .Perbedaan ini sangatmungkin disebabkan oleh adanya tolakan antarelektron khususnya elektron 2s 2 , sehinggamempermudah untuk mengeluarkan elektron terluartersebut. Naiknya muatan inti efektif terhadapelektron terluar 2p 1untuk atom B ternyata tidakdiikuti terus oleh naiknya energi ionisasinya,melainkan E i (B) < E i (Be). Hal ini mudah dipahamikarena elektron 2p 1menempati energi yang relatifE i / kJ. mol -1Gambar 4.5 Grafik energiionisasi pertama H - Nalebih tinggi daripada elektron-elektron 2s 2 . Tambahan elektron-elektron pada keduaunsur berikutnya, C dan N, menempati orbital 2p yang berbeda, misalnya 2p 1 untukatom B, 2p x 1 , 2p y 1 untuk atom C, dan 2p x 1 , 2p y 1 , 2p z 1 untuk atom N, sehingga tolakanantar elektron 2p n menjadi serendah mungkin. Oleh karena itu harga E i ketiga atomunsur ini terletak dalam satu garis kecenderungan yang naik secara teratur. Tambahansatu elektron berikutnya yaitu untuk atom unsur O, menghasilkan sepasang elektronpada salah satu orbital 2p (O: 1s 2 2s 2 2p z 2 2p x 1 2p y 1 ). Hal ini tentu mengakibatkannaiknya tolakan antar elektron dalam orbital 2p yang cukup signifikan sehingga25002000150010005000HLiHeBeBNCNe0 2 4 6 8 10 12Nomor AtomFONa1. 96

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoelektron ini mudah dilepas. Dengan demikian dapat dimengerti bahwa E i (O) < E i (N).Demikianlah seterusnya sehingga rasionalisasi yang sama umumnya dapat diterapkanuntuk unsur-unsur berikutnya.4.3.3 Afinitas elektron atau energi afinitasDefinisi KonvensionalHampir semua atom netral mempunyai kapasitas untuk menerima paling tidaksatu elektron tambahan, yang kemudian dikenal dengan istilah afinitas elektron. Padaproses ini umumnya dibebaskan energi, berlawanan dengan proses pengeluaranelektron dari suatu atom yang membutuhkan energi. Karena afinitas elektron menunjukpada energi, maka lebih sering disebut sebagai energi afinitas (E a ). Secarakonvensional, energi afinitas didefinisikan sebagai energi yang dibebaskan bila tiap molatom netral atau ion dalam keadaan gas menangkap elektron membentuk ion negatif.Dengan demikian, proses yang terjadi dapat dipandang sebagai kebalikan dari prosespelepasan elektron, yaitu:M (g) + e M - (g) .......... E a (1)M - (g) + e M 2- (g) .......... E a (2)Dapat dipahami bahwa E a (1) > E a (2) > E a (3) dan seterusnya, karena tambahanelektron kedua dan seterusnya akan mendapat tolakan dari spesies negatif hasil,sehingga tidak lagi dibebaskan energi melainkan malahan dibutuhkan energi yangsemakin besar; dengan demikian energi yang dibebaskan semakin kecil atau bahkannegatif, atau dengan kata lain justru membutuhkan energi.Sayangnya definisi tersebut bertentangan dengan umumnya perjanjian yangberlaku pada termodinamika yaitu bahwa selisih entalpi (H) pada proses eksotermikbertanda negatif. Untuk mengubah definisi tersebut tentu tidak mudah dalam artimungkin dapat menimbulkan kesalah pahaman. Untuk mengurangi timbulnyapertentangan atau kebingungan, penjelasan pengertian afinitas elektron dapat didekatidengan dua cara sebagai berikut.Pertama, atom unsur F karena paling aktif, dipakai sebagai standar denganafinitas elektron berharga positif, walaupun sebenarnya selisih entalpi prosespenangkapan elektron berharga negatif. Jadi, pada proses F (g) + e F - (g) H =1. 97

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto-337 kJ mol -1 , energi afinitas E a = + 337 kJ mol -1 . Dengan kata lain energi afinitasharus didefinisikan sebagai lawan selisih entalpi, E a = - H.Kedua, dengan menganggap bahwa afinitas elektron suatu atom sama denganenergi ionisasi anion yang bersangkutan, maka proses penangkapan satu elektron olehatom unsur F pada contoh tersebut dapat diekspresikan sebaliknya ke dalam bentukproses endotermik F - (g) F (g) + e , H = + 337 kJ mol -1 . Jadi, dalam hal ini E a= H = + 337 kJ mol -1 . Dengan kata lain, afinitas elektron didefinisikan sebagaienergi yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron-lebih dari tiap mol ion negatifmenjadi atom netralnya dalam keadaan gas.Pandangan pertama pada dasarnya sama dengan definisi versi konvensionalsehingga seolah-olah memberikan pengertian yang berlawanan dengan pengertianenergi ionisasi. Pandangan kedua menunjukkan pengertian yang paralel antara energiafinitas dengan energi ionisasi sehingga kedua macam energi ini dapat diekspresikan kedalam satu proses berikut ini yang sepertinya hanya melibatkan pelepasan elektron saja:M n-- e H = E a (n)M (1-n) M 1- - e - e- e M M 1+ M (n-1) M n+H = E a (1) H = E i (1) H = E i (n)Barangkali sangat sukar ditemukan adanya satu unsur yang secara lengkapmemenuhi ekspresi diagram di atas. Namun demikian, diagram tersebut melukiskansuatu kesinambungan kecenderungan hubungan antara harga H dengan elektron ke nyang dikeluarkan dari atom yang bersangkutan; hubungan ini adalah bahwa makinbesar harga n makin besar pula harga H atau makin besar pula harga E a maupun E inya.Jadi, energi (H) yang terlibat berubah namanya dari E a menjadi E i setelahmelewati spesies netral (M) sebagai "crossover point". Perlu diperhatikan bahwamenurut pandangan ini pengertian energi afinitas ke n, E a (n), adalah energi yangdiperlukan untuk mengeluarkan satu elektron dari ion negatif M n- sedangkan energiafinitas pertama, E a (1) adalah energi yang diperlukan untuk mengeluarkan satu elektrondari ion negatif M - .Dari uraian di atas jelas bahwa baik energi ionisasi, E i maupun energi afinitas, E a ,keduanya menunjuk pada kemampuan suatu spesies (atom netral maupun ion) untuk1. 98

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartomenangkap elektron. Walaupun pengertian keduanya ini paralel, kenyataannya energiafinitas lebih sukar ditentukan secara eksperimen, tidak seperti halnya energi ionisasi.Beberapa unsur yang energi afinitasnya dapat ditentukan secara eksperimen adalahunsur-unsur O, S dan halogen. Energi afinitas unsur-unsur yang lain ditentukan denganpendekatan menurut berbagai-bagai metode, misalnya metode ekstrapolasi, Haber-BornCycle, dan metode mekanika kuantum Hartree-Fock (semuanya tidak dibicarakandisini); hasilnya, ternyata sangat bervariasi walaupun menunjukkan kecenderunganyang paralel dari berbagai macam metode tersebut. Harga energi afinitas beberapaunsur utama dapat diperiksa pada Tabel 4.7.Pengertian energi afinitas demikian juga energi ionisasi bagi setiap atom unsurbersifat kumulatif langsung, artinya energi afinitas dua elektron suatu spesies netralmisalnya, merupakan jumlah dari energi afinitas pertama dan kedua bagi spesies yangbersangkutan. Untuk atom unsur oksigen misalnya, dapat dinyatakan seperti berikut ini.O (g) + e O - (g) E a (1) = + 141 kJ mol -1 = +1,46 eV (energi bebas)O - (g) + e O 2- (g) E a (2) = - 844 kJ mol -1 = - 8,75 eV (energi diserap)__________________________________________________________________ +O (g) + 2 e O 2- (g) E a = - 703 kJ mol -1 = - 7,29 eV (energi diserap)Jadi, afinitas dua elektron atom oksigen adalah - 703 kJ mol -1 .Tabel 4.7 Energi afinitas pertama (H o / kJ mol -1 ) beberapa unsur utama(untuk definisi konvensional, E a , dipakai tanda yang berlawanan)H- 73Li- 60Na- 53K- 48Rb- 47Be48Mg39Ca29Sr29B- 27Al- 42Ga- 29In- 29C-122Si- 134Ge- 116Sn- 116N7P- 72As- 78Sb- 103O- 141S- 200Se- 195Te- 190F- 328Cl- 349Br- 325I- 295He48Ne116Ar96Kr96Xe77Definisi ModernBerlawanan dengan perjanjian konvensional, publikasi para ahli kimia akhir-akhirini memandang afinitas elektron langsung dengan besaran termodinamika H; jadi,afinitas elektron didefinisikan sebagai perubahan entalpi yang terjadi pada penambahanelektron kedalam tiap mol atom atau ion dalam keadaan gas. Misalnya untuk oksigen,afinitas elektron langsung diekspresikan dengan besaran termodinamika sebagai berikut1. 99

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoO (g) + e O - (g) H (1) = - 141 kJ mol -1 = - 1,46 eVO - (g) + e O 2- (g) H (2) = + 844 kJ mol -1 = + 8,75 eVDengan demikian, perjanjian ini menghasilkan numerik yang sama tetapiberlawanan tanda dengan perjanjian konvensional untuk harga E a . Untuk tidakmenimbulkan "kebingungan", maka yang perlu diperhatikan adalah harga dari besarantermodinamika, H, dalam proses penangkapan elektron tersebut, karena keduapandangan menghasilkan nilai yang sama. Oleh karena nilai H dapat positif ataunegatif maka ungkapan data, misalnya dalam tabel, perlu dicantumkan besaran manayang dipilih, seyogyanya H.Kecenderungan Afinitas ElektronBagaimana kecenderungan harga afinitas elektron unsur-unsur dalam TPU? Olehkarena elektron tambahan masuk ke dalam kulit valensi dan kemudian terikat dengangaya elektrostatik dengan inti atom, maka afinitas elektron dapat diramalkan akanmenurun dengan naiknya jari-jari dan akan naik dengan naiknya muatan inti efektifatom yang bersangkutan. Namun kenyataannya (Tabel 4.7), kecenderungan tersebuttidaklah semulus atau sesederhana sebagaimana kecenderungan harga energi ionisasi.Bahkan dalam banyak unsur, harga afinitas elektron menunjukkan kecenderungan yangberlawanan dengan kecenderungan harga energi ionisasinya relatif terhadap unsurunsurterdekatnya.4.3.4 ElektronegativitasPengertian elektronegativitas ternyata cukup bervariasi. Istilah ini pertama kalidikemukakan oleh Linus Pauling yang mendefinisikan elektronegativitas sebagaikekuatan atau kemampuan atom menarik elektron-elektronnya ke dalam dirinya sendiridalam suatu molekul. Definisi ini menunjukkan bahwa elektronegativitas bukanlahmerupakan suatu sifat yang berhubungan dengan atom secara terisolasi melainkan atomdalam senyawanya. Namun demikian, ukuran elektronegativitas dapat diturunkan untuktiap-tiap atom.Dalam rasionalisasinya Pauling mendasarkan pada data termodinamika yangmenunjukkan bahwa ikatan antara dua macam atom selalu lebih kuat daripada hargayang diramalkan menurut kekuatan ikatan masing-masing atom unsur dalam molekuldiatomiknya. Sebagai contoh, energi ikatan Cl 2 dan F 2 masing-masing adalah 242 dan153 kJ mol -1 , tetapi energi ikatan untuk senyawa Cl–F ternyata 255 kJ mol -1 . Dalam1. 100

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartohal ini Pauling berasumsi bahwa jika ikatan Cl–F berupa kovalen murni tunggal sepertihalnya pada Cl–Cl maupun F–F, maka energi ikatannya tentunya sebesar rata-rata darikeduanya yaitu ½(242 + 153) = 197,5 kJ mol -1 . Perbedaan energi sebesar ~ 57,5 kJmol -1 dapat dipandang sebagai energi kestabilan senyawa Cl–F yang tentunya bukandatang dari sifat kovalensinya. Dalam hal ini selanjutnya Pauling mengenalkannyasebagai energi resonansi ionik kovalen. Bentuk resonansi ionik kovalen munculsebagai akibat adanya perbedaan kemampuan menarik elektron ke dalam diri masingmasingatom penyusun senyawa yang bersangkutan atau dengan kata lain sebagaiakibat adanya perbedaan elektronegativitas masing-masing atom penyusunnya.Jadi secara umum, Pauling mendapatkan bahwa energi ikatan molekul heteropolarA–B yang dinyatakan dengan simbol D AB , selalu lebih besar daripada jumlah rata-rata(D AA + D BB ). Dalam hal ini secara matematik dapat dinyatakan bahwa:D AB = ½ (D AA + D BB ) + AB(D AB , D AA , D BB , dan AB dalam satuan kcal mol -1 )Dari banyak data, Pauling dapat merumuskan bahwa: AB = 23,06 ( A - B ) 2 atau 0,208 A B A dan B adalah suatu tetapan yang karakteristik untuk tiap-tiap atom, dan inilah yangkemudian dikenal sebagai besaran elektronegativitas atom yang bersangkutan.Selanjutnya dengan memperhatikan data termokimia dan menetapkan salah satu harga sembarang (yaitu 2,1 untuk atom hidrogen) dapatlah ditentukan harga elektronegativitasrelatif untuk atom-atom yang lain sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 4.8.Berbeda dari Pauling, R. Mulliken mengusulkan pendekatan alternatif lain denganmelibatkan parameter atomik secara langsung yaitu energi ionisasi dan afinitas elektron;pada dasarnya elektronegativitas (absolut) suatu atom didefinisikan sebagai harga rataratadari energi ionisasi dan afinitas elektron atom yang bersangkutan menurut formula: (M) = ½(Ei + E a ) , ( dengan E i dan E a dalam satuan eV)Namun demikian, energi ionisasi dan afinitas elektron yang dimaksudkan disiniberhubungan dengan tingkat valensi atom yang bersangkutan, yaitu keadaan yangmenganggap atom dalam keadaan bagian dari suatu molekul; jadi, dalam perhitunganmelibatkan tingkat-tingkat spektroskopik atom yang bersangkutan. Hasilnya berupaAB1. 101

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartonumerik yang paralel dengan skala Pauling dan hubungan antara keduanya mendekatiformula berikut: (P) = 0,336 ( (M) - 0,615) atau (P) = 1,35 (M)- 1,37 (P = Pauling, dan M = Mulliken)Pengertian elektronegativitas yang lain diusulkan oleh A. L. Allred dan E. G.Rochow yang mendefinisikan elektronegativitas sebagai gaya yang bekerja padaelektron-elektron dalam atom pada jarak jari-jari kovalen (dalam Å); rumusan yang2 .diajukan adalah: A =2reZkovef. Ternyata harga-harga yang diperoleh lebih signifikandaripada kedua model yang disebutkan terdahulu dalam meramalkan kecenderungansifat-sifat kimiawi unsur-unsur. Skala elektronegativitas Allred - Rochow diperolehdari hubungan:Z ef(AR) = 0,359 + 0,7442rLi0,980,97Na0,931,01K0,820,91Rb0,820,89Cs0,790,86Fr0,700,86Tabel 4.8 Data elektronegativitas menurut skala Pauling (atas) dan Allred-Rochow(bawah); tingkat oksidasi kelompok d dan f ditunjukkan di atas golonganBe1,571,47Mg1,311,23Ca1,001,04Sr0,950,99Ba0,890,97Ra0,900,97H2,102,20+3 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +1 +2Sc1,361,20Y1,221,11* Lu1,271,14*** La1,101,08**Ti1,541,32Zr1,331,22Hf1,301,23V1,631,45Nb1,601,23Ta1,501,33Cr1,661,56Mo2,161,30W2,361,40Mn1,551,60Tc1,901,36Re1,901,46Fe1,831,64Ru2,201,42Os2,201,52Co1,881,70Rh2,281,45Ir2,201,55Ni1,911,75Pd2,201,35Pt2,281,44Cu2,001,75Ag1,931,42Au2,541,42Zn1,651,66Cd1,691,46Hg2,001,44B2,042,01Al1,611,47Ga1,811,82In1,781,49Tl2,041,44C2,552,50Si1,901,74Ge2,012,02Sn1,961,72Pb2,331,55N3,043,07P2,192,06As2,182,20Sb2,051,86Bi2,021,67O3,443,50S2,582,44Se2,552,48Te2,102,01Po2,001,76+3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb1,12 1,13 1,14 1,17 1,20 1,22 1,23 1,24 1,251,08 1,07 1,07 1,07 1,07 1,01 1,11 1,10 1,10 1,10 1,11 1,11 1,06Ac1,101,00Th1,301,11Pa1,501,14U1,381,22Np1,301,22Pu1,301,22Am1,301,20Cm1,301,20Bk1,301,20Cf1,301,20Es1,301,20Fm1,301,20Md1,301,20No1,301,20F3,984,10Cl3,162,83Br2,962,74I2,662,21At2,201,90He5,50Ne4,84Ar3,20Kr3,002,94Xe2,602,40Rn2,061. 102

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoKecenderungan skala elektronegativitas atom-atom unsur dalam Tabel PeriodikUnsur seperti terlihat dalam Tabel 4.8 menunjukkan perubahan yang relatif kontinu.Unsur-unsur yang terletak dalam satu golongan mempunyai harga elektronegativitasyang semakin menurun dengan naiknya nomor atom, sedangkan dalam satu periodeumumnya naik dengan naiknya nomor atom.1. 103

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoC. Latihan Kegiatan Belajar-41. Tentukan posisinya dalam TPU menurut IUPAC terkini maupun dengan label A-Bmodel Amerika Utara bagi unsur-unsur dengan nomor atom: 7, 34, dan 65.2. Beri batasan tentang jari-jari (a) kovalen, (b) van der Waals, (c) energiionisasi, dan (d) afinitas elektron3. Atom mana yang mempunyai jari-jari kovalen lebih besar, fluorin ataukah klorin;beri penjelasan.4. Jelaskan mengapa jari-jari kovalen atom germanium (122 pm) hampir sama denganjari-jari atom silikon (117 pm) padahal germanium mempunyai 18 elektron lebih.5. Unsur mana, natrium atau magnesium, yang mempunyai afinitas elektron lebihmendekati nol; jelaskan.6. Ramalkan afinitas elektron helium, bertanda negatif atau positif (sesuaikanpemakaian tanda ini dengan besaran termodinamika); jelaskan.7. Bandingkan harga afinitas elektron antara atom 3 Li dan 4 Be (lihat tabel);selidiki apakah parameter muatan inti efektif masing-masing atom merupakan faktorpenentu, dan jika tidak ramalkan faktor apa saja yang berperan dalam hal ini ?Jelaskan.8. Energi ionisasi pertama atom 37 Rb adalah 4,18 eV, dan 47 Ag adalah 7,57 eV.Hitung energi ionisasi atom hidrogen jika elektronnya menempati orbital yang samaseperti pada elektron valensi atom Rb dan Ag (petunjuk; gunakan rumusan umumRitz persamaan 2.5, demikian juga persamaan 3.8). Bandingkan masing-masingharga yang diperoleh ini dengan harga kedua atom tersebut dan jelaskan mengapaberbeda. (1 eV = 8065,5 cm -1 = 96,485 kJ mol -1 )1. 104

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoD. Rambu-rambu Kunci Jawaban Latihan Kegiatan Belajar-41. Konfigurasi elektronik unsur dengan nomor atom:(a) 7 adalah: [ 2 He] 2s 2 2p 3 , atau [ 2 He] + 5e; ia berada dalam golongan 15 menurutIUPAC atau 5A model Amerika Utara, dan periode 2.(b) 34 adalah: [ 18 Ar] 3d 10 4s 2 4p 4 , atau [ 18 Ar] + 16e; ia berada dalam golongan 16menurut IUPAC atau 6A model Amerika Utara, dan periode 4.(c) 65 adalah: [ 54 Xe] 4f 9 6s 2 ; ini kelompok f, jadi ia berada dalam golongan 3 atauterpisahkan menurut IUPAC maupun model Amerika Utara, dan periode 6.2. Pengertian:(a) Jari-jari kovalen suatu atom didefinisikan sebagai setengah jarak antara dua intiatom yang bergabung dengan ikatan kovalen dalam molekul diatomik.(b) Jari-jari van der Waals adalah setengah jarak antara dua inti atom dari molekulmolekuldiatomik yang bertetangga(c) Energi ionisasi suatu atom didefinisikan sebagai energi terendah yangdiperlukan untuk mengeluarkan elektron dari tiap mol atom dalam keadaan gas(d) Afinitas elektron didefinisikan sebagai energi yang dibebaskan bila tiap molatom netral dalam keadaan gas menangkap elektron membentuk ion negatif.3. Jari-jari kovalen klorin lebih besar daripada jari-jari fluorin, sebab ukuran atom yangditentukan oleh banyaknya kulit elektron atom klorin (n = 3) lebih besar daripadafluorin (n = 2) dan keduanya segolongan.4. Si dan Ge keduanya segolongan (14) dengan konfigurasi elektronik terluar .... 3s 23p 2 dan .... 4s 2 4p 2 . Ge memiliki 18 elektron lebih dibanding Si: tambahan 4 elektronmenjadi 3p 6 sesungguhnya justru mereduksi jari-jari atomnya, namun tambahan 2elektron pada kulit baru 4s 2 berikutnya menaikkan jari-jari atom secara signifikan;akan tetapi tambahan 10 elektron pada kulit yang lebih dalam, yakni 3d 10 tentu sajamereduksi secara signifikan jari-jari atomnya. Dengan demikian dapat dipahamihasil akhir kenaikan jari-jari menjadi tidak terlalu signifikan, sehingga hanyaberbeda kecil dari jari-jari atom Si.5. Na dan Mg masing-masing mempunyai afinitas elektron (H o / kJ mol -1 ), -53 dan 39;data ini menyarankan bahwa pada proses penangkapan elektron terjadi pembebasanenergi bagi atom Na, tetapi sebaliknya membutuhkan energi bagi atom Mg; ataudengan kata lain atom Na lebih mudah menangkap (satu) elektron ketimbang atomMg. Penangkapan 1 elektron tambahan akan menghasilkan konfigurasi elektronik3s 2 yang “simetris-penuh” bagi natrium, dan 3s 2 3p 1 yang “tak-simetris” bagimagnesium.1. 105

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto6. He dengan konfigurasi elektronik 1s 2 penuh, tentu sangat stabil. Penangkapan satuelektron tambahan akan menghasilkan konfigurasi 1s 2 2s 1 , yang berakibat naiknyavolume (jari-jari) atom yang sangat signifikan (karena dengan penambahan kulit);dengan jumlah proton yang tetap tentu saja dapat dipahami bahwa keadaan ini tidakmungkin stabil, jadi diperlukan energi pada proses ini yang artinya secaratermodinamika afinitas elektron (H o / kJ mol -1 ) bertanda positif.7. Muatan inti efektif (menurut Slater) terhadap elektron terluar, 2s, adalah 1,3 bagi Lidan 1,95 bagi Be; jadi terdapat kenaikan Z ef sebesar + 0,65 dalam periode, Li-Be.Pada proses penangkapan 1 elektron akan dihasilkan konfigurasi elektronik 1s 2 2s 2bagi Li - dan 1s 2 2s 2 2p 1 bagi Be - ; ini menghasilkan Z ef atas elektron terluar sebesar0,95 bagi Li - dan 1,6 bagi Be - ; lagi-lagi ini menghasilkan kenaikan yang sama untukatom netralnya. Dengan demikian Z ef nampaknya tidak berperan dalam menentukannilai afinitas elektronnya. Oleh sebab itu perbedaan afinitas elektron (-60 kJ mol -1untuk Li dan 48 kJ mol -1 untuk Be) tentu disebabkan oleh faktor lain, sebagaimanadalam kasus Li-Mg, yakni “kesimetrian penuh-tidak penuh” konfigurasi elektronikterluarnya.8. Satu-satunya elektron valensi atom unsur 37 Rb dan 47 Ag adalah 5s 1 . Jadi andaikatasatu-satunya elektron atom hidrogen sudah berada dalam orbital yang sama, 5s 1 ,maka energi ionisasinya menjadi lebih rendah, dan menurut Ritz dapat dihitungsebagai berikut:1= 1/ = R H (2n11-2n2) cm -1 , dengan n 1 = 5 dan n 2 = ∞, diperoleh:= 109737 cm -1 x 1/25 = 4389,48 cm -1 = 4389,48 cm -1 /8065,5 cm -1 eV= 0,544 eV.Nilai ini sangat berbeda, jauh lebih rendah daripada atom Rb (4,18 eV) dan bahkanAg (7,57 eV). Tentu saja faktor utama pembedanya adalah muatan intinya, sebabelektron valensi 5s 1 yang (akan) dilepaskan ini terikat oleh muatan inti yangberbeda-beda. Z ef atas elektron valensi ini adalah +1 bagi atom H, [37-(28x1) –(8x0,85) = +2,2] bagi atom Rb, dan [47-(28x1) – (18x0,85) = +3,7] bagi atom Ag.Andaikata energi ionisasi kedua atom ini mengikuti rumusan ”ideal” (persamaan3.8):( Z )E ionisasi = (2n2) 13,6 eV, maka diperoleh:1. (2,2) 2 /5 2 x 13,5 eV = 2,63 eV, bagi Rb, berbeda jauh dari data percobaan, dan2. (3,7) 2 /5 2 x 13,5 eV = 7,45 eV, bagi Ag, sangat dekat dengan data percobaan.Adanya perbedaan perhitungan yang relatif besar bagi Rb menyarankan bahwarumusan perhitungan Z ef masih perlu diperhalus.1. 106

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoE. LAMPIRAN:1. Tabel 4.6 Data energi ionisasi 1-8 / kJ. mol -1 atom-atom hingga unsur ke 102Z Unsur 1 2 3 4 5 6 7 81 H 1312,02 He 2372,3 5250,43 Li 520,3 7298,1 11814,94 Be 899,5 1757,1 14848,7 21006,55 B 800,6 2427,0 3659,8 25025,7 32826,66 C 1086,4 2352,6 4620,5 6222,6 37830,4 47276,97 N 1402,3 2856,1 4578,1 7475,1 9444,9 53266,4 64359,88 O 1314,0 3388,2 5300,4 7469,3 10989,5 13326,4 71334,5 84077,79 F 1681,0 3374,2 6050,4 8407,7 11022,7 15164,0 17867,7 92037,810 Ne 2080,7 3952,3 6122,0 9370,0 12178,0 15238,0 19999,0 23069,011 Na 495,8 4562,4 6912 9544 13353 16610 20115 2549012 Mg 737,7 1450,7 7732,8 10540 13628 17995 21704 2565613 Al 577,6 1816,7 2744,8 11578 14831 18378 23295 2745914 Si 786,5 1577,1 3231,6 4355,5 16091 19785 23786 2925215 P 1011,8 1903,2 2912 4957 6273,9 21269 25397 2985416 S 999,6 2251 3361 4564 7013 8495,6 27106 3167017 Cl 1251,1 2297 3822 5158 6540 9362 11018,2 3360518 Ar 1520,5 2665,8 3931 5771 7238 8781 11995,2 13841,719 K 418,9 3051,4 4411 5877 7976 9649 11343 1494220 Ca 589,8 1145,4 4912 6474 8144 10496 12320 1420721 Sc 631 1235 2389 7089 8844 10720 13320 1531022 Ti 658 1310 2652,5 4174,6 9573 11517 13590 1626023 V 650 1414 2828 4506,6 6299 12362 14489 1676024 Cr 652,8 1496 2987 4740 6690 8738 15540 1782025 Mn 717,4 1509,1 2248,4 4940 6990 9200 11508 1895626 Fe 759,4 1561 2957,4 5290 7240 9600 12100 1457527 Co 758 1646 3232 4950 7670 9840 12400 1510028 Ni 736,7 1753 3393 5300 7280 10400 12800 1560029 Cu 745,5 1957,9 3554 5330 7710 9940 13400 1600030 Zn 906,4 1733,3 3832,7 5730 7970 10400 12900 168031 Ga 578,8 1979 2963 620032 Ge 762,2 1537,2 3302 4410 902033 As 944 1797,8 2735,5 4837 6043 1231034 Se 940,9 2045 2973,7 4143,5 6590 7883 1499035 Br 1139,9 2100 3500 4560 5760 8550 9938 1860036 Kr 1350,7 2350,3 3565 5070 6240 7570 10710 1220037 Rb 403,0 2633 3900 5080 6850 8140 9570 1310038 Sr 549,5 1064,3 4210 5500 6910 8760 10200 1180039 Y 616 1181 1980 5960 7430 8970 11200 1240040 Zr 660 1267 2218 3313 786041 Nb 664 1382 2416 3690 4877 9900 1210042 Mo 685,0 1558 2621 4477 5910 6600 12230 148001. 107

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoLanjutan43 Tc 702 1472 285044 Ru 711 1617 274745 Rh 720 1744 299746 Pd 805 1875 317747 Ag 731,0 2074 336148 Cd 867,7 1631,4 361649 In 558,3 1820,6 2705 520050 Sn 708,6 1411,8 2943,1 3930,3 697451 Sb 831,6 1595 2440 4260 5400 1040052 Te 869,3 1790 2698 3610 5669 6820 1320053 I 1008,4 1845,9 320054 Xe 1170,4 2046 310055 Cs 375,7 223056 Ba 502,9 965,2657 La 538,1 1067 1850,3 482058 Ce 528 1047 1949 354359 Pr 523 1018 2086 3761 555260 Nd 530 1034 2130 3900 579061 Pm 536 1052 2150 3970 595362 Sm 543 1068 2260 4000 604663 Eu 547 1085 2400 4110 610164 Gd 592 1170 1990 4240 624965 Tb 564 1112 2110 3840 641366 Dy 572 1126 2200 4000 599067 Ho 581 1139 2200 4100 616968 Er 589 1151 2190 4110 628269 Tm 596,7 1163 2284 4120 631370 Yb 603,4 1175 2415 4220 632871 Lu 523,5 1340 2022 4360 644572 Hf 654 1440 2250 3210 659673 Ta 76174 W 77075 Re 76076 Os 84077 Ir 88078 Pt 870 1791,179 Au 890,1 198080 Hg 1007 1809,7 330081 Tl 589,3 1971 287882 Pb 715,5 1450,4 2081,5 4083 664083 Bi 703,3 1610 2466 4370 5400 862084 Po 81285 At -86 Rn 103787 Fr -1. 108

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoLanjutan88 Ra 509,4 979,089 Ac 490 117090 Th 590 1110 1930 278091 Pa 57092 U 59093 Np 60094 Pu 58595 Am 57896 Cm 58197 Bk 60198 Cf 60899 Es 619100 Fm 627101 Md 635102 No 6421. 109

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto2. BERBAGAI TABEL PERIODIK UNSURGolonganPeriodeI II III IV V VI VII VIIIA B A B B A B A B A B A B A B A1 H He2 Li Be B C N O F Ne3 Na Mg Al Si P S Cl Ar4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe, Co, NiCu Zn Ga Ge As Se Br Kr5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru, Rh, PdAg Cd In Sn Sb Te I Xe6 Cs Ba La *) Hf Ta W Re Os, Ir, PtAu Hg Tl Pb Bi Po At Rn7 Fr Ra Ac **)67*)**)Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb LuTh Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No LrGambar 4.1b Tabel Periodik Unsur bentuk kondens (pendek) dengan label Adan B (bold) dalam satu golongan yang dianut Amerika Utara.IAVIIIAH IIA IIIA IVA VA VIA VIIA He 1Li Be B C N O F Ne 2Na Mg IIIB IVB VB VIB VIIB --VIIIB -- IB IIB Al Si P S Cl Ar 3K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 4Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 5Cs Ba *Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 6Fr Ra **Lr Db Jl Rf Bh Hn Mt 113 115 7*La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb**Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md NoCatatan: golongan gas mulia sering pula diberi label VIII saja (tanpa label A), atau 0.Gambar 4.1c TPU bentuk “panjang” model Deming diturunkan dari bentukkondens dengan label A-B yang dianut Amerika Utara1. 110

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoIA 0H IIA IIIB IVB VB VIB VIIB He 1Li Be B C N O F Ne 2Na Mg IIIA IVA VB VIA VIIA --VIIIA-- IB IIB Al Si P S Cl Ar 3K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 4Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 5Cs Ba *Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 6Fr Ra **Lr Db Jl Rf Bh Hn Mt 113 115 7*La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb**Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md NoGambar 4.1d TPU bentuk “panjang” dengan label A-B diturunkan dari bentukkondens model Hubbard yang dianut Eropa dan IUPAC InorganicNomenclature, 1970.181 2 H 13 14 15 16 17 He 1Li Be B C N O F Ne 2Na Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar 3K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 4Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 5Cs Ba La * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 6Fr Ra Ac ** Db Jl Rf Bh Hn Mt 7* Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No LrGambar 4.1e TPU model “panjang” (lama) menunjukkan perbedaan keanggotaangolongan 3 dan kelompok lantanoida dan aktinoida denganmodel “revisi” (Gambar 2.1a)1. 111

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartos (0)H Hep (1) Li BeB C N O F Ne Na Mgd (2) Al Si P S Cl Ar K CaSc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Srf (3) Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs BaLa - Yb (lantanoida) Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr RaAc – No (aktinoida) Lr Db Jl Rf Bh Hn MtGambar 4.1f TPU menurut konfigurasi elektronik danspektroskopi atomik, model Janet (1927)1. 112

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoH He 1Li Be B C N O F Ne 2Na Mg Al Si P S Cl Ar 3K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 4Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 5Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 6Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Db Jl Rf Bh Hn Mt 7s f d pGambar 4.1g TPU model “rumah”, Barlay-Margary (Nelson, 1987)1. 113

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoKEGIATAN BELAJAR-5IKATAN KIMIA DAN STRUKTUR MOLEKULARA. Tujuan AntaraBagian modul ini membahas proses terbentuknya ikatan kimia, ion dan kovalen,serta teori yang meramalkan bentuk molekul, yakni model hibridisasi dan VSEPR;sifat-sifat polaritas (kepolaran) suatu molekul dibahas atas sifat elektronegatifitas.Lebih lanjut dibahas pula konsep muatan formal untuk melukiskan bentuk resonansisuatu molekul. Oleh sebab itu setelah menyelesaikan Kegiatan Belajar-5 ini diharapkanAnda mampu:1. memahami proses pembentukan ikatan ion dan ikatan kovalen2. melukiskan struktur elektronik model Lewis3. menghitung muatan formal atom-atom dalam senyawanya4. melukiskan bentuk resonansi5. menjelaskan sifat kepolaran/momen-dipol suatu molekul6. menjelaskan bangun geometri molekular menurut model hibridisasi7. meramalkan bangun geometri molekular menurut model VSEPRB. Uraian Materi 55.1 Ikatan KimiaIstilah ikatan kimia antara dua atom atau lebih muncul oleh karena bergabungnyaatom-atom yang bersangkutan dalam membentuk senyawa. Gagasan pembentukanikatan ini umumnya diarahkan pada pembentukan konfigurasi elektronik yang lebihstabil. Sampai dengan saat ini, konfigurasi elektronik atom unsur-unsur gas muliadianggap sebagai ukuran kestabilan suatu spesies karena relatif terhadap atom unsurunsurlain, gas mulia jauh lebih sukar bergabung dengan atom unsur lain, meskipunakhir-akhir ini telah ditemukan beberapa senyawa gas mulia. Sifat kestabilan kelompokgas mulia tercermin pada harga energi ionisasinya yang sangat tinggi, tertinggi dalamperiode, dan afinitas elektronnya yang sangat rendah, terendah dalam periode.Dibandingkan dengan konfigurasi elektronik atom unsur-unsur gas mulia, unsurunsurgolongan utama (atau representatif yaitu s dan p) hanya berbeda dalam halbanyaknya elektron valensi saja. Oleh karena itu, ide terbentuknya senyawa untukunsur-unsur ini berkaitan erat dengan peran elektron valensi; namun untuk unsur-unsurgolongan d dan f memerlukan pembahasan tersendiri.1. 114

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoSecara ekstrem ada dua cara untuk memenuhi terbentuknya konfigurasi elektronikgas mulia yaitu pertama dengan cara serah-terima atau transfer elektron valensi dankedua dengan cara pemilikan bersama pasangan elektron "sekutu" (sharing) atau―patungan‖ dari elektron valensi atom-atom penyusunnya. Cara pertama menghasilkanion positif yaitu kation bagi atom yang melepas elektron, dan ion negatif yaitu anionbagi atom yang menerima elektron. Dengan demikian, ikatan yang terjadi antarakeduanya adalah ikatan ionik yang berupa gaya-gaya elektrostatik. Cara keduamenghasilkan ikatan kovalen yang berupa pasangan-pasangan elektron sekutu yangmenjadi milik bersama antara atom-atom yang terlibat. Dalam banyak contoh, adanyakedua jenis ikatan ini dapat diidentifikasi secara tegas, namun dalam beberapa kasusberupa "transisi" antara keduanya, artinya tidak lagi dapat ditegaskan sebagai ikatanionik 100 % murni ataupun ikatan kovalen 100 % murni.5.2 Ikatan IonikBerbagai Tipe Konfigurasi Elektronik Spesies IonikSecara sederhana, ikatan ionik dapat didefinisikan sebagai ikatan antara duamacam ion, kation dan anion, oleh gaya-gaya elektrostatik Coulomb. Namun, misalnyauntuk senyawa kompleks [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ , ion pusat Fe 2+ dengan molekul pengeliling H 2 O,juga sebagian diikat oleh gaya-gaya elektrostatik antara ion pusat dengan dipol listriktetap yaitu negatif yang dihasilkan oleh molekul pengeliling. Oleh karena ikatan ionikterjadi dengan cara transfer elektron, maka dapat diramalkan bahwa unsur-unsurgolongan alkali dan alkali tanah dengan karakteristik ns (1-2) mempunyai kecenderunganyang cukup kuat untuk membentuk ikatan ionik dengan unsur-unsur golongan halogendan oksigen dengan karakteristik ns 2 np (4-5) . Kenyataannya ditemui berbagai tipe iondengan konfigurasi elektronik tertentu sebagaimana diuraikan berikut ini.Spesies Tanpa Elektron ValensiIon hidrogen H + , barangkali dapat dipandang sebagai satu-satunya contoh spesiestanpa elektron valensi, meskipun eksistensinya distabilkan dalam bentuk tersolvasi olehpelarut, yaitu sebagai ion hidronium, H 3 O + , dalam air.Spesies dengan Dua Elektron ValensiBeberapa spesies yang cukup stabil dengan dua elektron valensi adalah ionhidrida, H - , Li + , dan Be 2+ . Ion-ion ini mengadposi konfigurasi elektronik gas mulia He.1. 115

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoSpesies dengan Delapan Elektron ValensiPembentukan spesies yang stabil dengan delapan elektron valensi seperti, Na + ,Mg 2+ , F - , dan O 2- , dapat dilukiskan dengan diagram berikut:Jadi, NaF, Na 2 O, MgF 2 , dan MgO sering dianggap contoh spesies ―ionik‖ denganmengadopsi konfigurasi elektron valensi gas mulia terdekat, Ne.Spesies dengan Delapanbelas Elektron ValensiKenyataan menunjukkan bahwa banyak senyawa-senyawa golongan d jugabersifat ionik; sudah barang tentu kestabilan konfigurasi elektroniknya, khususnyajumlah elektron valensi, tidak lagi mengikuti kaidah oktet, tetapi mencapaidelapanbelas. Spesies ini banyak ditemui pada gologan 11, 12 bahkan juga golongan 13mulai periode 4, yaitu:29Cu47Ag79Au- e 9F - + e11Na11Na + 9F[ 10 Ne] 3s 1[ 2 He] 2s 2 2p 510Ne-2 e+ 2 e12Mg 12Mg 2+8O 2 - 8O[ 10 Ne] 3s 2 [ 2 He] 2s 2 2p 4Golongan 11 Golongan 12 Golongan 13 29Cu + 30Zn 30Zn 2+ 31Ga 31Ga 3+ 47Ag + 48Cd 48Cd 2+ 49In 49In 3+ 79Au + 80Hg 80Hg 2+ 81Tl 81Tl 3+Ketiga kelompok unsur tersebut secara berurutan dapat membentuk kation M + ,M 2+ , dan M 3+ , yang cukup stabil dengan melepaskan elektron valensi ....... ns (1-2) np (0-1)dan menyisakan konfigurasi elektronik terluar ........ (n-1)s 2 (n-1)p 6 (n-1)d 10 , sebanyak18 elektron. Perlu dicatat bahwa konfigurasi 18 elektron terluar ini hanya dicapaidengan cara pelepasan elektron, dan tidak pernah dicapai dengan cara penangkapanelektron, dan oleh karena itu spesies ini hanya dijumpai dalam bentuk kation saja.Spesies dengan "Delapanbelas + Dua" Elektron ValensiSpesies ini umumnya terdiri atas unsur-unsur berat. Unsur 81 Tl dijumpai sebagaikation Tl 3+ yaitu sistem 18 elektron valensi yang cukup stabil. Namun demikian, kationTl + dengan konfigurasi elektronik [ 36 Kr] 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 , ternyata juga ditemuidan bahkan lebih stabil daripada kation Tl 3+ . Kestabilan sistem konfigurasi ini sering1. 116

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartopula dikaitkan dengan kenyataan penuhnya semua orbital yang terisi, yang secarakhusus dikenal sebagai sistem konfigurasi elektronik ―18 + 2‖ atau dengan istilahspesies dengan pasangan elektron inert. Unsur-unsur Ga, In, dan Tl (golongan 13), Ge,Sn, dan Pb (golongan 14), dan As, Sb, dan Bi (golongan 15) dapat membentuk secaraberurutan ion-ion M + , M 2+ , dan M 3+ yang khas dengan pasangan elektron inert, (4-6)s 2 .Peran pasangan elektron inert terhadap kestabilan ion dalam golongan ternyatasemakin kuat dengan naiknya nomor atom. Misalnya Tl + , secara berurutan lebih stabildaripada In + dan Ga + ; Sn 4+ lebih stabil daripada Sn 2+ , tetapi sebaliknya Pb 2+ lebih stabildaripada Pb 4+ . Dalam golongan 15, Sb 3+ dan Bi 3+ cukup stabil, demikian juga Sb 5+ ;tetapi, Bi 5+ kurang stabil.Spesies dengan Berbagai Macam Elektron ValensiIon-ion tipe ini terdiri atas unsur-unsur transisi golongan d dan f yang mempunyaikonfigurasi elektronik d dan f belum penuh. Umumnya, ion-ion ini mempunyaikonfigurasi elektronik terluar 8 -18, yaitu ns 2 np 6 nd (0-10) dengan n = 3, 4, 5. Tambahanpula, unsur-unsur golongan transisi dikenal dapat membentuk kation dengan berbagaitingkat oksidasi.Unsur-unsur golongan f, lantanoida dan aktinoida, masing-masing mempunyaikonfigurasi elektonik ... 4f (1-14) 5s 2 5p 6 5d (0-1) 6s 2 , dan ... 5f (1-14) 6s 2 6p 6 6d (0-1) 7s 2 .Dengan melepas elektron terluar, (n-1)d (0-1) ns 2 , unsur-unsur tersebut menghasilkankation M 3+ yang cukup stabil dengan meninggalkan konfigurasi elektron valensi 8,tetapi dengan berbagai jumlah elektron sebelah dalam belum penuh, (n-2)f (1-14) .Kestabilan ion-ion transisi dan transisi dalam umumnya berkaitan dengan pembentukansenyawa kompleks.Kecenderungan Pembentukan IonUrut-urutan kestabilan keenam tipe ion tersebut adalah bahwa tipe konfigurasielektronik gas mulia paling stabil, diikuti oleh tipe konfigurasi delapanbelas elektron;ion dengan tipe struktur konfigurasi unsur-unsur transisi dan transisi dalam paling tidakstabil. Makin stabil struktur konfigurasi ion, makin kurang kecenderungan ionmembentuk ion kompleks.Pertanyaan yang segera muncul adalah faktor-faktor apa saja yang menunjangpembentukan suatu ion? Secara umum dapat diramalkan bahwa tingkat kemudahanpembentukan suatu ion dipengaruhi oleh tiga faktor utama yaitu:1. 117

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto(1) kestabilan konfigurasi elektronik ion yang bersangkutan, makin stabil konfigurasiyang dibentuk makin mudah suatu unsur membentuk ionnya.(2) muatan ion, makin kecil muatan ion makin mudah ion ini terbentuk, dan(3) ukuran ion, makin besar ukuran kation dan makin kecil ukuran anion, keduanyamakin mudah terbentuk.Mengapa demikian? Pada dasarnya, semakin banyak elektron yang dilepas dari atomatau ionnya semakin besar energi yang diperlukan karena elektron sisa semakin kuatdiikat oleh muatan inti efektif spesies yang semakin besar pula. Tetapi untuk atom-atomyang lebih besar ukurannya, elektron terluar tidak terlalu kuat diikat oleh inti sehinggaatom-atom ini mampu membentuk ion-ion dengan muatan lebih besar daripada atomatomyang lebih kecil. Sebagai contoh untuk golongan 14, atom C dan Si keduanyasukar membentuk ion M 4+ , tetapi Sn dan Pb keduanya mudah membentuk ion M 4+ .Sebaliknya pada pembentukan anion, atom-atom yang kecil relatif lebih kuat mengikatelektron; untuk golongan halogen, misalnya atom F lebih mudah membentuk ion F -daripada atom Cl, dan seterusnya Br dan I.Sifat-sifat Fisik Spesies IonikUraian di atas membahas tentang pelepasan dan pengikatan elektron untukmembentuk ion positif dan ion negatif dalam molekul senyawanya. Bila kondisi tidakmemungkinkan untuk pembentukan ion tertentu, maka persekutuan elektron akanterjadi dan ikatan kovalen terbentuk. Transisi dari sifat ionik ke sifat kovalen tergantungpada beberapa faktor. Kriteria penentuan kedua macam sifat tersebut dapat didasarkanpada sifat-sifat fisik spesies yang bersangkutan. Senyawa ionik umumnya mempunyaititik didih dan titik leleh yang relatif tinggi, dan merupakanpenghantar listrik yang baik dalam keadaan leburanmaupun larutannya. Relatif tingginya titik didih disebabkanoleh relatif besarnya energi yang diperlukan untukmemutuskan gaya-gaya Coulomb antara ion-ion sedangkansifat penghantar listrik disebabkan oleh gerakan ion-iondalam leburan atau larutannya.Contoh dua spesies ekstrem adalah senyawa ionik NaCl dan senyawa kovalenCCl 4 . Menurut teori polarisasi yang dikembangkan oleh Fajan, bila dua ion salingberdekatan bentuk awan elektron dari anion akan dipengaruhi oleh tarikan kation danpada saat yang sama kedua inti anion dan inti kation akan saling tolak menolak. Hal ini1. 118AB++Gambar 5.1 Bentuk:A ion normal, danB terpolarisasi--

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoakan mengakibatkan terjadinya deformasi atau polarisasi pada anion sebagaimanadilukiskan oleh Gambar 5. 1.Pada umumnya ukuran kation jauh lebih kecil daripada anion, oleh karena itu sifatpolarisasi kation juga jauh lebih kecil daripada polarisasi anion. Hal yang terpentinguntuk diketahui adalah bahwa pengaruh polarisasi ini mengakibatkan elektron-elektronkhususnya elektron valensi tidak lagi sepenuhnya dipengaruhi oleh salah satu ion atauatom saja melainkan terdistribusi sedemikian sehingga di bawah pengaruh kedua ionatau atom yang bersangkutan. Semakin besar derajat pengaruh kedua atom secarabersamaan, semakin kecil derajat sifat ionik dan semakin besar derajat sifat kovalenspesies yang bersangkutan. Efek ini dapat dirumuskan sebagaimana uraian berikut ini.(1) Besarnya muatan. Naiknya muatan ion mengakibatkan naiknya sifat terpolarisasiion lawan, sehingga menurunkan sifat ionik dan menaikkan sifat kovalen spesiesyang bersangkutan, sebagaimana ditunjukkan oleh data-data untuk senyawaklorida, berikut ini:Kation Titik leleh kloridaanhidrat ( o C)Konduktifitas ekivalenleburan kloridaNa + 800 133Mg 2+ 715 29Al 3+ menyublim pada 180 1,5 x 10 -5Contoh di atas menunjukkan bahwa sifat ionik menurun dari NaCl ke MgCl 2 , danAlCl 3 bukan lagi bersifat ionik melainkan bersifat kovalen.(2) Ukuran ion. Semakin kecil ukuran kation semakin terkonsentrasi muatanpositifnya sehingga semakin efektif pengaruh polarisasinya terhadap anion;akibatnya semakin rendah sifat ionik spesies yang bersangkutan sebagaimanaditunjukkan oleh data senyawa klorida berikut:Kation Titik leleh klorida( o C)Konduktifitas ekivalenleburan kloridaBe 2+ 404 0,086Mg 2+ 715 29Ca 2+ 774 52Sr 2+ 870 56Ba 2+ 955 65Contoh di atas sangat jelas menunjukkan adanya hubungan antara kenaikanukuran kation dengan kenaikan sifat ioniknya. Sebaliknya, semakin besar ukurananion semakin mudah awan elektronnya terpolarisasi oleh kation; akibatnya1. 119

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartosemakin lemah sifat ionik atau semakin kuat sifat kovalensi spesies yangbersangkutan sebagaimana ditunjukkan oleh data untuk senyawa halida berikut:Spesies Ukuran anion (Å) Ttik leleh ( o C)Na F 1,36 990NaCl 1,81 801NaBr 1,95 755NaI 2,16 651Jadi, data tersebut menyarankan bahwa sifat ionik terkuat ditunjukkan olehnatrium fluorida dan terlemah oleh natrium iodida.5.3 Ikatan KovalenStruktur LewisSpesies yang tersusun oleh khususnya unsur-unsur non-logam seperti H 2 , O 2 , N 2 ,H 2 O, HCl, dan CH 4 , ternyata mempunyai sifat yang berlawanan dengan sifat-sifatsenyawa ionik; sifat tersebut misalnya bukan penghantar listrik. Oleh karena itu,pembentukan ikatan antara atom-atom penyusun molekul menurut model transferelektron sebagaimana diterapkan untuk molekul ionik tidak lagi tepat. Pertanyaan yangmenantang para ahli kimia pada awal abad kedua puluh perihal bagaimana atom-atomitu bergabung membentuk suatu molekul, dijawab oleh Gilbert N. Lewis pada tahun1916 yang mengusulkan bahwa elektron valensi suatu atom dapat divisualisasikanseolah-olah menempati titik-titik sudut suatu kubus di seputar intinya. Suatu atom yangkekurangan elektron yang diperlukan untuk menempati kedelapan titik sudut kubusdapat mengadakan "persekutuan" melalui rusuk kubus dengan atom lain untukmelengkapi pemilikan oktet seperti dilukiskan diagram Gambar 5.2:+Gambar 5.2Persekutuan satu sisi pada dua kubus model LewisSebagaimana banyak ide revolusioner umumnya, ide Lewis ini juga ditolak olehbanyak ahli kimia pada waktu itu, namun demikian konsep pembentukan pasangan -pasangan elektron sekutu kemudian dapat diterima walaupun model diagram kubustersebut akhirnya hilang tidak mendapat dukungan. Pandangan klasik perihal ikatankemudian segera berkembang dengan munculnya mekanika kuantum; Linus Pauling1. 120

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartopada tahun 1937 mengenalkan model ikatan yang melibatkan tumpang-tindih orbitalatomik.Lewis selanjutnya mengidentifikasi ikatan kimia sebagai pasangan elektronsekutu, meskipun tidak dapat menjelaskan mengapa pasangan elektron dan bukanjumlah yang lain harus bertanggung jawab dalam pembentukan ikatan. Pasanganelektron sekutu yang kemudian dikenal sebagai ikatan kovalen, dilukiskan sebagaiikatan tunggal A—B untuk sepasang elektron sekutu, ikatan rangkap dua A = B danganda tiga A ≡masing-masing untuk dua dan tiga pasang elektron sekutu.Pembentukan pasangan elektron ini untuk mencapai konfigurasi elektron terluardelapan, oktet, seperti halnya dijumpai dalam gas mulia (kecuali He) yang ternyatastabil. Sebagai contoh, H 2 , O 2 , N 2 , HCl, dan CO 2 , masing-masing dilukiskan denganelektron dot model Lewis seperti pada Gambar 5.3.HH*HH****** *OOGambar 5.3* *O* ***O* *****NN* ** ** *NN*** HCl*** * O* *****H**Cl******Struktur elektron dot model Lewis untukmolekul H 2 , O 2 , N 2 , HCl, dan CO 2Untuk ion, biasanya muatannya dilukiskan untuk satu keseluruhan dan bukan untukatom secara individu, khususnya jika atom-atom pengelilingnya sama. Sebagai contoh,BF 4 - , SO 4 2- , dan PO 4 3- , masing-masing dilukiskan pada Gambar 5.4.OCC* *OO* **** ****** F***** FBF** *****F***Gambar 5.4** 2**O* *O* *** **** **O S OO P O****** ** ** **O* ** O *****Struktur elektron dot model Lewis untukion BF 4-, SO42-, dan PO43-3Problem struktur Lewis muncul ketika ditemukan banyak senyawa yang stabildengan lebih atau kurang dari 4 pasang elektron maupun berelektron gasal (misalnya,BF 3 ; PCl 5 ; NO).Ikatan kovalen koordinatPembentukan pasangan elektron sekutu tidak harus selalu berasal dari keduabelah pihak atom yang berikatan, melainkan dapat berasal dari satu pihak saja, namun1. 121

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartotetap menjadi milik bersama; dengan demikian, dalam kasus ini ada pihak―penyumbang‖ (donor) dan ada pihak ―penerima‖ (akseptor) pasangan elektron. Ikatandemikian ini tentu saja tetap merupakan ikatan kovalen, dan sering dinyatakan secarakhusus sebagai ikatan kovalen koordinat dengan simbol tanda panah dari atom donormenuju akseptor, meskipun hal ini bukan suatu keharusan. Sebagai contoh, senyawaNH 3 terdiri atas tiga pasangan elektron sekutu untuk tiga ikatan kovalen tunggal N–H;namun, karena atom N memiliki lima elektron valensi maka masih tersedia sepasangHHNHelektron bukan ikatan atau sepasang elektron menyendiri (lone pair electron). Jikamolekul NH 3 bergabung dengan ion H + (tanpa elektron) membentuk ion NH 4 + , makahanya ada satu kemungkinan pembentukan pasangan elektron sekutu yang berasal dariatom N sebagai ikatan kovalen koordinat, yang dapat dilukiskan menurut diagramGambar 5.5. Kenyataan bahwa keempat ikatan kovalen tunggal N–H mempunyaipanjang ikatan yang sama menyarankan bahwa penggambaran khusus ikatan kovalenkoordinat tidak bermanfaat kecuali hanya mengindikasikan proses pembentukanpasangan elektron sekutu saja dan oleh karena itu muatan ion menjadi milik seluruhgugus amonium.Sifat Polaritas Senyawa Kovalen dan Momen DipolPada berbagai contoh di atas ditunjukkan adanya molekuldiatomik yang tersusun oleh atom-atom yang sama (H 2 , N 2 , O 2 ),sehingga dapat dipikirkan bahwa jarak antara pasangan elektronsekutu dengan kedua inti atom juga sama. Oleh karena itu,molekulnya bersifat non polar. Akan tetapi untuk molekulH+ H + H N H +atau**H NHheteroatom seperti HCl, pasangan elektron sekutu tentu lebih mendekat ke arah atomyang lebih bersifat elektronegatif, yaitu atom Cl, sehingga molekul HCl akanterpolarisasi atau bersifat polar dan menghasilkan suatu dipol atau dwikutub dengandaerah negatif terpusat pada atom Cl dan daerah positif terpusat pada atom H (Gambar5.6). Jadi, kepolaran suatu molekul kovalen dapat diramalkan denganmempertimbangkan sifat elektronegativitas atom-atom penyusunnya dan juga bentuk1. 122ikatan koordinatGambar 5.5 Model pembentukan ikatan kovalen koordinat pada ion NH 4+ HHH*H **Cl***Gambar 5.6Model molekulpolar HCl

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartogeometri molekul yang bersangkutan. Gas CO bersifat polar karena perbedaan sifatelektronegativitas antara atom karbon dan oksigen yang cukup signifikan; tetapi, gasCO 2 bersifat non-polar karena bentuk molekulnya yang simetri linear sehingga ikatandipol kedua ujung menghasilkan resultante nol; dengan demikian, sifat dipol suatumolekul tidak hanya bergantung pada sifat polaritas ikatan, melainkan juga bentukgeometri dan juga ada tidaknya pasangan elektron menyendiri.Spesies polar mempunyai momen dipol permanen tetapi spesies non-polar tidak;dengan demikian tingkat kepolaran suatu spesies dapat dinyatakan dengan besarnyaharga momen dipol (µ), yang didefinisikan sebagai produk muatan masing-masing pol /kutub (q, dalam Coulomb) dan jarak antara kedua pol (d, dalam meter); dalam halmolekul, jarak d tidak lain menunjuk pada panjang ikatan. Jadi, µ = qd (biasanyadengan satuan Debye, D, atau C m satuan SI, dimana 1 D = 3,336 x 10 -30 C m).Kecenderungan harga momen dipol yang berkaitan dengan tingkat kepolaran atauelektronegativitas ditunjukkan oleh senyawa hidrogen halida seperti berikut ini:Hidrogen halida H–F H–Cl H–Br H–IMomen dipol, µ / D 1,9 1,04 0,9 0,38Elektonegativitas halogen 4,0 3,0 2,8 2,5* * * *OH Hµ = 1,85 DH* *NHµ = 1,47 DHOCµ = 0OClHHCClµ = 0ClClCCHClHClHClµ = 0 µ = 1,01 DGambar 5.7 Arah momen dipol pada beberapa spesies ( + - )Hubungan antara bentuk geometri dengan sifat polaritas atau momen dipolditunjukkan oleh beberapa contoh pada Gambar 5.7. Molekul air bersifat sangat polar.Dengan adanya dua pasang elektron menyendiri muatan negatif terkonsentrasi padaatom oksigen; tambahan pula, ikatan O–H juga bersifat sangat polar dengan daerahmuatan negatif terkonsentrasi pada atom oksigen. Kutub positif terkonsentrasi pada1. 123

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartodaerah antara kedua atom hidrogen, sehingga molekul air mempunyai momen dipolyang sangat kuat yaitu 1,85 D. Molekul amonia juga bersifat polar; adanya sepasangelektron menyendiri pada atom nitrogen dan ikatan N–H yang juga bersifat polarmengakibatkan ujung negatif terkonsentrasi pada atom nitrogen dan ujung positifterkonsentrasi pada daerah antara ketiga atom hidrogen. Molekul amonia mempunyaimomen dipol yang cukup besar yaitu 1,47 D.Dalam banyak molekul, sifat polaritas parsial yang disebabkan oleh perbedaanelektronegativitas atom-atom penyusun ikatan menghasilkan resultante nol dalamkeseluruhan molekulnya, sehingga molekul ini mempunyai momen dipol nol. Dalammolekul ―simetri‖ linear CO 2 misalnya, dua ikatan C=O yang masing-masing bersifatpolar sangat kuat saling meniadakan karena resultante muatan negatif dan daerah positifterkonsentrasi pada daerah yang sama yaitu tepat pada atom C. Dalam molekultetrahedral teratur CCl 4 , keempat ikatan polar parsial C–Cl juga saling meniadakankarena resultante muatan negatif terkonsentrasi pada titik yang sama yaitu pada atom C;demikian juga dalam molekul CH 4 . Namun, dalam molekul tetrahedral tak-teratur atauterdistorsi seperti CHCl 3 , elektronegativitas atom H lebih rendah daripada atom C danjauh lebih rendah daripada atom Cl. Dengan demikian, resultante muatan negatifterkonsentrasi pada daerah antara ketiga atom Cl, dan akibatnya molekul mempunyaimomen dipol, yaitu 1,01D.Momen dipol suatu molekul tidak hanya ditentukan oleh momen ikatannya,melainkan juga adanya pasangan elektron non-ikat (lone-pair) pada atom pusat. Jikapasangan elektron non-ikat ini berada dalam orbital yang searah dengan resultantemomen ikatannya maka hasilnya akan menguatkan momen dipol molekul yangbersangkutan, dan sebaliknya akan memperlemah. Dapatkah Anda menjelaskanmengapa molekul NH 3 (1,5D) memiliki momen dipol yang lebih besar ketimbang NF 3(0,2D)?Gaya-Gaya IntermolekularHampir semua senyawa kovalen tersusun oleh unit-unit molekul bebas. Andaikatahanya terdapat gaya-gaya intramolekular, yaitu ikatan-ikatan kovalen dalam molekul,maka tentu tidak akan terdapat tarik-menarik antar molekul-molekul tetangga danakibatnya semua senyawa kovalen akan berupa gas pada setiap temperatur.Kenyataannya jelas tidak demikian, dan oleh karena itu tentu terdapat gaya-gaya antara1. 124

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartomolekul-molekul yaitu gaya intermolekular. Satu gaya intermolekular yang bekerjaantara semua molekul adalah gaya tarik dipol imbas atau gaya dispersi atau gayaLondon. Gaya-gaya tipe yang lain adalah dipol-dipol, ion-dipol dan ikatan hidrogen,merupakan gaya-gaya yang terdapat pada keadaan yang spesifik.Gaya-Gaya Dispersi (Gaya London)Peluang distribusi elektron ataurapatan elektron dalam atom maupunmolekul sesungguhnya merupakanbesaran yang berkaitan dengan wakturerata; ini adalah osilasi dari harga wakturerata yang menghasilkan tarikan-tarikanantar molekul-molekul tetangga. Atomatomgas mulia merupakan contoh yang sederhana. Dalam waktu reratanya, rapatanelektron berupa bulatan bola simetri di seputar inti atom. Namun, hampir dalam seluruhwaktunya elektron-elektron terdistribusi secara tidak simetris dan akibatnya sebagiandari daerah atomnya mempunyai rapatan elektron yang lebih tinggi dan daerah lainlebih rendah (Gambar 5.8). Bagian ujung dekat dengan inti akan menjadi daerah yanglebih bersifat positif dan bagian ujung lain yang jauh dari inti menjadi daerah yang lebihbersifat negatif. Kejadian pemisahan muatan ini bersifat sementara, dan oleh karena itudikatakan molekul mempunyai sifat dipol sementara. Bagian ujung positif ini akanmenarik rapatan elektron atom tetangga, dan inilah yang dimaksud dengan dipol imbasantara molekul yang mewakili gaya dispersi antara atom-atom dan molekul-molekul.Akibat tarikan tersebut, sesaat kemudian rapatan elektron akan bergeser dan pergeseranmuatan menjadi terbalik (Gambar 5.8).Dapat dipahami bahwa tingkat kemudahan terbentuknya kutub dari pergeseranelektron tersebut bergantung terutama pada semakin banyaknya elektron dalam atomatau molekul, dan dengan demikian memperbesar gaya tarik dispersi. Pada gilirannyakekuatan gaya intermolekular inilah yang menentukan titik leleh dan titik didih suatusenyawa. Semakin kuat gaya intermolekular semakin tinggi titik leleh maupun titikdidihnya. Hal ini seperti ditunjukkan oleh data titik leleh dan titik didih hidridagolongan 14 (Tabel 5.1).(A (B) - + - +(C)Gambar 5.8Rapatan elektron pada (A) rerata waktu,(B) sesaat (sementara) dan (C) gaya tarikdispersi antar atom dan molekulBentuk molekul juga merupakan faktor (kedua) yang menentukan kekuatan gayadispersi. Molekul yang kompak / mampat hanya akan mengalami sedikit pergeseran1. 125 + - + - + -

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartomuatan, sedangkan molekul memanjang akan mengalami pergeseran yang lebih besarsehingga mempunyai titik didih lebih tinggi. Sebagai contoh adalah ketiga isomerpentana, C 5 H 12 ; n-pentana, H 3 C–C(H) 2–C(H) 2–C(H) 2–CH 3 , mempunyai bentuk rantaiterpanjang dengan titik didih tertinggi, 36 o C, isopentana, H 3 C–C(H) 2–C(H)(CH 3 )–CH 3 ,dengan bentuk rantai lebih pendek, lebih kompak karena adanya satu cabang CH 3mempunyai titik didih lebih rendah, 28 o C, dan neopentana, H 3 C–C(CH 3 ) 2–CH 3 , denganbentuk rantai terpendek, paling mampat karena adanya dua cabang CH 3 mempunyaititik didih terendah yaitu 9,5 o C.Tabel 5.1 Data titik leleh dan titik didih senyawa hidrida golongan 14 dan 17Spesies CH 4 SiH 4 GeH 4 SnH 4 HF HCl HBr HITitih leleh ( o C) - 184 - 185 - 165 - 150 - 83 - 115 - 88 - 54Titik didih ( o C) - 162 - 112 - 88 - 52 19,5 - 85 - 67 - 36Jumlah elektron 10 18 36 54 10 18 36 54Gaya Dipol-DipolAdanya sifat dipol permanen pada suatu molekul misalnya CO dan HCl, tentuakan menaikkan kekuatan gaya intermolekular. Karbon monoksida mempunyai titikleleh 68 K dan titik didih 82 K, masing-masing lebih tinggi daripada titik leleh (63 K)dan titik didih (77 K) dinitrogen, meskipun keduanya isoelektronik yaitu mempunyaijumlah elektron yang sama. Dalam hal ini dapat dikaitkan dengan adanya kontribusisifat dipol permanen dalam molekul CO.Adalah sangat penting untuk disadari bahwa gaya tarik dipol-dipol merupakanefek tambahan dari efek utama dipol imbas. Hal ini seperti ditunjukkan olehperbandingan sifat-sifat fisik senyawa-senyawa HCl, HBr dan HI. Perbedaan skalaelektronegativitas antara kedua atom dalam masing-masing senyawa tersebut secaraberurutan semakin rendah dengan naiknya nomor atom, yaitu 1,0 untuk HCl, 0,8 untukHBr, dan 0,5 untuk HI. Hal ini berarti bahwa gaya tarik dipol-dipol antara molekulmolekultetangga dalam masing-masing senyawa tersebut juga akan semakin rendah.Namun demikian, kecenderungan data titik didih maupun titik leleh ketiga senyawatersebut justru berlawanan yaitu semakin tinggi (Tabel 5.1). Kenyataan inimenyarankan bahwa gaya tarik dipol-dipol bukanlah merupakan faktor utama penentubesarnya titik leleh maupun titik didih suatu senyawa, melainkan gaya tarik dipol imbaslebih dominan.1. 126

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoIkatan HidrogenSenyawa HF ternyata menunjukkan sifat anomali dalam hal kecenderungan titikdidih senyawa hidrida golongan 17, yaitu justru mempunyai titik didih tertinggi (Tabel5.1). Kecenderungan yang sama juga ditemui untuk senyawa hidrida golongan 15 dan16, yaitu senyawa NH 3 dan H 2 O, yang masing-masing menunjukkan sifat anomali titikdidih tertinggi dalam golongan yang bersangkutan (Gambar 5.9). Hal ini berarti bahwatitik didih yang begitu tinggi ini disebabkan oleh tingginya gaya tarik dipol-dipol"khusus" yang kemudian diidentifikasi sebagai ikatan hidrogen.Terjadinya ikatan hidrogen dikaitkandengan perbedaan elektronegativitas yangbegitu besar antara kedua atompenyusunnya. Sebegitu jauh ikatan hidrogenmerupakan gaya intermolekular yang palingkuat, kira-kira 5-20 % dari kekuatan ikatankovalen tunggal, dan kekuatan ikatanhidrogen paralel khususnya dengan identitaselektronegativitas atom non-hidrogen.Apabila atom hidrogen terikat padaatom lain, X, terutama F, O, N atau Cl,sedemikian sehingga ikatanX–H bersifatsangat polar dengan daerah positif pada atomH, maka atom H ini dapat berinteraksi dengan spesies negatif lain atau spesies-kayaelektron membentuk apa yang dikenal sebagai ikatan hidrogen (X - – H + .... Y ; H .... Y= ikatan hidrogen). Walaupun detilnya sangat bervariasi, tetapi umumnya dipercayabahwa sifat khas ikatan hidrogen disebabkan oleh karena gaya elektrostatik yang besarantara atom H dan Y. Konsekuensinya, jarak ikatan X–H dengan ikatan hidrogen akanmenjadi lebih panjang, sekalipun tetap sebagai ikatan kovalen tunggal, daripadapanjang ikatan normal X–H tanpa ikatan hidrogen. Demikian juga jarakH .... Yumumnya lebih panjang daripada jarak ikatan normal H–Y. Dalam hal ikatan hidrogensangat kuat, jarak X .... Y menjadi sangat pendek dan panjang ikatan X–H dan H .... Ykeduanya menjadi pendek dan hampir sama.Titik didih / o C1000- 100- 200H 2 OHFNH 3CH 4H 2 Se HBrH 2 TeH 2 SH ISbH 3PH 3SnHHCl4GeHAsH 3SiH 442 3 4 5PeriodeGambar 5.9 Titik didih normal senyawabiner hidrogen golongan p1. 127

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoBukti adanya peran ikatan hidrogen yang cukup signifikan adalah komparasi sifatfisik titik didih abnormal dari senyawa-senyawa NH 3 , HF, dan H 2 O. Kekuatan ikatanhidrogen dalam molekul-molekul secara berurutan adalah H 2 O > HF > NH 3 .Penyimpangan titik didih NH 3 , HF, dan H 2 O dalam hubungannya dengan titik didihsenyawa-senyawa kovalen hidrida dari unsur-unsur dalam golongan yang sama(Gambar 5.9) menunjukkan peran ikatan hidrogen yang sangat jelas. Dari studikristalografik dapat diketahui bahwa dalam es setiap atom oksigen dikeliling olehempat atom oksigen yang lain secara tetrahedral dan keempat atom-atom hidrogenterletak antara atom-atom oksigen sekalipun tidak tepat ditengahnya. Jadi, setiap atomO mengikat dua atom H dengan jarak yang sama ~ 1,01 Å, dan dua atom H yang laindengan jarak yang lebih panjang, ~ 1,75 Å, sebagai ikatan hidrogen; jadi, jarak O–O 2,76 Å. Struktur es ini terbuka dan distribusi ikatan hidrogen terbentuk secara acak. Jikaes meleleh, maka sebagian ikatan hidrogen terputus sehingga struktur es tidak lagi dapatdipertahankan dan berakibat naiknya densitas air.Bukti lain yang lebih signifikan adalah melalui studi kristalografik - sinar-X,difraksi netron, demikian juga spektrum infrared dan nuclear magnetic resonance - nmrbaik untuk padatan, cairan maupun larutan. Dalam spektrum inframerah, untuk senyawaX–H yang mengandung ikatan hidrogen, energi vibrasi - stretching X–H akan menjadimelemah hingga akan muncul pada spektrum dengan frekuensi yang lebih rendah danmelebar - tumpul.Ikatan hidrogen sangat dominan dalam kimia air, larutan air, pelarut hidroksilik,spesies yang mengandung gugus –OH umumnya, dan juga penting dalam sistem biologimisalnya sebagai penghubung rantai polipeptida dalam rantai protein dan pasanganbasa-asam nukleat.Konsep Muatan FormalDalam molekul NH 3 terdapat tiga pasang elektron ikatan dan sepasang elektronnon-ikatan atau menyendiri. Ternyata sepasang elektron menyendiri ini berubahmenjadi sepasang elektron ikatan ketika molekul NH 3 bergabung dengan ion H +membentuk ion NH + 4 , karena ion H + tidak menyediakan elektron sama sekali. Dengandemikian, dalam ion NH + 4 atom N seolah-olah menderita "kekurangan" elektron relatifterhadap kondisinya dalam molekul NH 3 . Untuk menyatakan "kekurangan/kelebihanelektron" relatif terhadap atom netralnya inilah kemudian dikenalkan pengertian muatan1. 128

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoformal. Untuk membicarakan struktur elektronik spesies semacam ini, bahasa bilanganoksidasi jelas kurang tepat sebab memang bukan merupakan proses transfer elektron.Jadi berbeda dari bilangan oksidasi, muatan formal diartikan sebagai bilangan bulat ataupecahan, positif (+) atau negatif (-) yang menunjuk pada banyaknya kekuranganelektron atau kelebihan elektron setiap atom penyusun suatu spesies relatif terhadapatom netralnya. Bilangan ini ditentukan atas dasar struktur elektronik spesies yangbersangkutan dengan anggapan bahwa dalam ikatan kovalen pasangan elektron ikatanmemberikan kontribusi muatan secara merata terhadap atom-atom yang berikatan.Untuk menghitung besarnya kekurangan atau kelebihan elektron tersebut dipakaipedoman sebagai berikut: (1) setiap elektron non-ikatan memberikan nilai -1, dan (2)setiap elektron ikatan memberikan nilai ½ jika elektron ini dimiliki oleh dua atom dan⅓ jika dimiliki oleh tiga atom yang berikatan. Jadi secara garis besar, muatan formal(Q F ) dapat dihitung menurut rumus: Q F = G - n - b, dengan G = jumlah elektronvalensi atom netralnya, n = jumlah elektron non-ikatan dan b = ½ jumlah elektronikatan antara 2 atom atau ⅓ jumlah elektron ikatan antara 3 atom.Sebagai contoh dalam NH 3 , setiap atom H mempunyai muatan formal sebesar: 1 -0 - (½ x 2) = 0 (nol), dan atom N juga mempunyai muatan formal nol (yaitu 5 - 2 - ½ x6), sehingga total muatan formal molekul netral NH 3 adalah nol. Namun, dalam ionNH 4+ , muatan formal masing-masing atom H adalah nol, dan atom N adalah: 5 - 0 - ½ x8 = +1, sehingga muatan formal total adalah +1 sesuai dengan muatan ion NH + 4 .Spesies diboran (B 2 H 6 ) mempunyai bangun struktur dengan dua ikatan tripusatatau jembatan hidridik BHB. Oleh karena sepasang elektron pada jembatan hidridikdipakai untuk mengikat tiga atom yaitu B-H (1) -B dan B-H (2) -B, maka setiap elektronikatan tripusat ini memberikan kontribusi muatan formal ⅓. Oleh karena itu, keduaatom jembatan H (1) dan H (2) masing-masing mempunyai muatan formal sebesar: 1 - ⅓ x2 = ⅓ , sedangkan keempat atom H yang lain mempunyaimuatan formal nol; kedua atom B masing-masing mempunyaiH HHB Bmuatan formal sebesar: 3 - 0 - ½ x 4 - 2(⅓ x 2) = -⅓. Dengandemikian, total muatan formal spesies ini adalah nol sesuaidengan sifat netral spesies yang bersangkutan.H HStruktur B 2 H 6HContoh lain adalah HCl. Oleh karena hanya ada sepasang elektron ikatan, makamasing-masing atom H dan Cl mempunyai muatan formal nol (0); jadi, berbeda dari1. 129

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartokonsep bilangan oksidasi yang menyatakan bahwa bilangan oksidasi atom H adalah +1dan Cl adalah -1. Lalu bagaimana untuk senyawa ionik NaCl? Oleh karena strukturelektroniknya adalah ionik, Na + Cl - , jadi bukan senyawa kovalen, maka muatanformalnya adalah +1 untuk Na dan -1 untuk Cl; dalam contoh ini baik bilangan oksidasimaupun muatan formal, keduanya memberikan numerik yang sama. Bagaimana pulauntuk molekul seperti H 2 , N 2 , dan O 2 ? Lagi-lagi masing-masing atom mempunyaimuatan formal nol (0), sama dengan bilangan oksidasinya.Pengenalan muatan formal bermanfaat dalam menjelaskan: (1) struktur elektroniksenyawa-senyawa kovalen termasuk spesies berelektron gasal dimana struktur oktettidak dapat diterapkan, dan (2) dalam melukiskan bentuk resonansi. Menurut konsepmuatan formal, struktur yang mempunyai energi terendah adalah struktur yangmenghasilkan muatan formal terkecil pada masing-masing atom penyusun spesies yangbersangkutan.ResonansiPerlu diingat bahwa struktur Lewis tidak meramalkan bentuk molekul yangbersangkutan, tetapi hanya pola dan jumlah ikatan. Struktur Lewis hanya tepat untukmelukiskan satu model distribusi elektron saja. Kenyataannya, banyak spesies yangdapat dilukiskan kedalam dua atau lebih model struktur Lewis dengan kaidah oktetmasih tetap dipenuhi. Misalnya molekul ozon O 3 yang mempunyai 18 elektron valensi;jika dilukiskan dengan satu model struktur Lewis (a) atau (b), akan menghasilkan duamacam ikatan yaitu ikatan tunggal O–O dan ikatan rangkap O=O. Kenyataannya keduaikatan dalam molekul ozon adalah sama yaitu dengan panjang ikatan 1,28 Å; harga inimerupakan harga antara panjang ikatan tunggal O–O (1,48 Å) dan ikatan rangkap O=O(1,21 Å). Oleh karena itu struktur ozon tentulah bukan (a) atau (b), melainkan terletakdi antaranya.**O** O ** * *( a )O** * * **O* *****OOatau*O*O ** * **( b ) ( c )Struktur resonansi O 3***O* * * ** * **Kelemahan ini oleh L. Pauling diatasi dengan mengenalkan konsep resonansi,yaitu suatu bentuk yang merupakan campuran dari semua kemungkinan struktur Lewis,yang dilukiskan dengan satu anak panah kepala dua. Perlu ditegaskan bahwa struktur1. 130

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoresonansi (a) (b) bukanlah terdiri atas bentuk (a) dan (b) yang seimbang, karenapasangan elektron yang digambarkan sebagai ikatan tunggal maupun rangkap tidakpernah ada dan tidak terlokalisasi di satu tempat melainkan seolah-olah merata di antarakedua daerah ikatan. Maka, bentuk ini mungkin merupakan bentuk superposisi antara(a) dan (b) yaitu hibrida resonansi bentuk (c).Molekul CO (dengan 10 elektron valensi) mempunyai tiga kemungkinan strukturelektronik (a), (b), dan (c). Pada dasarnya ketiga bentuk ini mempunyai kestabilan yangrelatif sama atas dasar muatan formal, elektronegativitas, panjang ikatan, maupun sifatpolaritasnya. Bentuk (a) hanya mempunyai ikatan tunggal yang relatif kurang kuat,namun hal ini distabilkan oleh distribusi muatan formal yang paralel dengan sifatelektronegativitas kedua atomnya. Bentuk (b) kurang didukung oleh distribusi muatanformal yang mengindikasikan bahwa elektronegativitas kedua atom seolah-olah sama,namun hal ini distabilkan oleh ikatan rangkap yang relatif kuat. Bentuk (c)menunjukkan distribusi muatan formal yang berlawanan dengan sifat elektronegativitas,namun hal ini distabilkan oleh ikatan ganda tiga yang lebih kuat. Bentuk (a) dan (c)menghasilkan momen dipol yang tentunya signifikan, tetapi bentuk (b) tidak.Kenyataannya molekul CO mempunyai momen dipol sangat rendah, 0,1 D, dan panjangikatan C–O 1,13 Å yang merupakan harga antara panjang ikatan rangkap dua (1,22 Å)dan ganda tiga (1,10 Å). Data ini menyarankan bahwa molekul CO mengadopsi strukturresonansi dari ketiganya, yaitu (a) (b) (c). C O+1 - 1(a) C O 0 0(b)Struktur resonansi COCO- 1 +1(c)5.4 Teori Ikatan Valensi dan HibridisasiDari uraian di muka nampak bahwa rasionalisasi pembentukan pasangan elektronsekutu model Lewis tidak cukup untuk menjawab masalah yang terutama berkaitandengan bentuk molekul. Pada tahun 1927 Heitler - London mengembangkan teoriikatan valensi yang kemudian dimodifikasi oleh Pauling dan Slater untuk menjelaskanarah ikatan dalam ruang sehingga bentuk molekul dapat dimengerti. Hasilnya adalahpengenalan konsep hibridisasi sebagaimana diuraikan contoh-contoh berikut.BeCl 2 . Senyawa ini mempunyai titik leleh 404 o C dan hantaran ekivalen 0,086; dengandemikian termasuk senyawa kovalen. Oleh karena itu, dalam spesies ini tiap1. 131

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartomolekulnya tentu terdapat dua pasang elektron sekutu antara kedua atom yangbersangkutan. Dapat diasumsikan bahwa orbital yang berperan pada tumpang-tindihuntuk menampung pasangan elektron sekutu dari atom Cl tentulah salah satu orbitalterluar 3p yang belum penuh misalnya 3p 1 x ; sedangkan dari atom Be (1s 2 2s 2 ) tentulahbukan orbital 2s murni karena orbital ini sudah terisi penuh dan juga bukan orbital 2pmurni karena orbital ini sama sekali kosong. Jika salah satu elektron 2s 2 pindah ke salahsatu orbital misalnya 2px , maka konfigurasi elektron terluar atom Be menjadi 2s 1 2px 1(Gambar 5.10).2p2spromosielektron hibridisasisp sp orbital hibrida spGambar 5.10 Tahapan pembentukan konfigurasi elektron orbital hibrid spTumpang-tindih dari masing-masing kedua orbital ini misalnya dengan orbital3p 1x dari kedua atom Cl tentu akan menghasilkan dua macam ikatan yang berbedakekuatannya karena perbedaan tumpang-tindih 2s 1 - 3p 1 x dan 2px 1 - 3p 1 x . Demikian jugaakan diperoleh bentuk molekul yang tak tentu karena tumpang-tindih 2s-3px dapatterjadi pada daerah bidang yang kira-kira tegak lurus dengan orbital 2p x . Kenyataannyamolekul BeCl 2 mempunyai bentuk linear, Cl _ Be _ Cl, dengan panjang ikatan yang sama.Hal ini menyarankan bahwa atom Be menyediakan dua orbital ekivalen terluar yangmasing-masing berisi satu elektron untuk dipakai dalam pembentukan ikatan tumpangtindihdengan orbital 3p dari kedua atom Cl. Orbital ini merupakan "orbital baru" yangmerupakan campuran dua orbital 2s dan 2p membentuk dua orbital "hibrida" sp yangmasing-masing berisi satu elektron. Dapat dipikirkan bahwa orbital sp ini mempunyaienergi antara energi orbital-orbital atomik yang bergabung yaitu 2s dan 2p yang secaraskematik dapat dilukiskan menurut Gambar 5.10.orbital s murni orbital p murni orbital hibrida spdua orbital hibrida spGambar 5.11 Kombinasi linear simetri orbital atomik s dan pmembentuk dua orbital hibrida sp1. 132

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoDitinjau dari sifat simetri orbital, pembentukan orbital hibrida sp dari kombinasiorbital s murni dengan orbital p murni dapat dilukiskan secara diagramatik sepertiGambar 5.11.Kedua orbital hibrida sp tersebut membentuk sudut 180 o , terdiri atas cuping yangsangat kecil (-) dan yang sangat besar (+), yang sangat efektif untuk mengadakantumpang tindih dengan orbital 3p dari atom Cl sehingga diperoleh senyawa linearBeCl 2 (Gambar 5.12).+Be2 Cl BeCl 2Gambar 5.12 Tumpang-tindih orbital hibrida sp dalam molekul BeCl 2BF 3 . Adanya senyawa BF 3 yang berbentuk trigonal menyarankan bahwa atom pusat 5 B(1s 2 2s 2 2p 1 ) membentuk tiga orbital hibrida sp 2 pada kulit terluarnya. Untuk itu, salahsatu elektron dalam orbital 2s 2 mengalami promosi ke dalam salah satu dari dua orbital2p yang kosong sehingga diperoleh konfigurasi 1s 2 2s 1 12p x 2py 1 , yang selanjutnya ketigaorbital dalam kulit valensi ini membentuk tiga orbital hibrida sp 2 yang terorientasimembentuk sudut 120 o agar diperoleh tolakan minimum antar ketiga orbital baru inisebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 5.13. Dengan demikian dapat dipahami bahwaketiga ikatan B–F dalam molekul BF 3 adalah sama kuat.ysp 2 sp 22p y2s+2p xxhibridisasiFFB+ 3FBGambar 3.13 Orientasi dan tumpang-tindih orbitalorbital hibrida sp 2 dalam molekul BF 3F1. 133

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoCH 4 . Contoh lain adalah molekul CH 4 yang ternyata mempunyai bentuk tetrahedronregular. Walaupun atom karbon (C: 1s 2 2s 2 2p 1 x 2p 1 y ) mempunyai konfigurasi kulitterluar dengan orbital penuh 2s 2 dan dua orbital setengah-penuh 2p 1 x 2p 1 y , namunkenyataan menunjukkan bahwa senyawa paling sederhana CH 2 tidak pernah dijumpai,melainkan CH 4 . Tambahan pula diketahui bahwa keempat ikatan C–H dalam CH 4adalah ekivalen, sama kuat atau sama panjang, dan menyusun dalam bangun geometritetrahedron teratur dengan sudut ikatan H–C–H sebesar 109 o 28'. Dalam hal ini, konsephibridisasi menjelaskan bahwa salah satu elektron dalam orbital 2s 2 mengalami promosike orbital 2p z yang kosong sehingga terbentuk konfigurasi elektronik yang baru yaitu1s 2 2s 1 2p 1 1x 2p y 2p 1 z . Keempat orbital terluar ini bercampur membentuk empat orbitalbaru yaitu orbital hibrida sp 3 yang terorientasi dalam ruang membentuk bangungeometri tetrahedron sebagai konsekuensi hasil akhir tolakan elektron minimum.Keempat orbital hibrida ini masing-masing bertumpang-tindih dengan orbital 1s darikeempat atom H membentuk molekul kovalen CH 4 . Pertanyaannyaadalah, dari mana besarnya sudut tersebut diperoleh? Silakan cobamasukkan bangun tetrahedron ke dalam kubus, lalu gunakan rumusanHsin-cos untuk menghitung besarnya sudut tetrahedron, maka Andaakan menemukan jawabannya.Berikut adalah tahapan yang dapat dipertimbangkan dalam proses hibridisasi.(1) Pembentukan atom dalam keadaan tereksitasi yang melibatkan antara lainpemisahan elektron dari pasangannya kemudian diikuti dengan promosi yaituperpindahan elektron dengan spin paralel ke orbital yang lebih tinggi energinya,misalnya dari 2s ke 2p untuk atom Be, B, dan C, atau dari 3s dan atau 3p ke 3duntuk atom P dan S; promosi ini umumnya terjadi antar orbital atomik denganbilangan kuantum utama yang sama.(2) Orbital-orbital dengan konfigurasi elektronik "baru" dalam atom tereksitasitersebut kemudian bergabung membentuk "orbital hibrida" dengan bentuk - arahgeometri tertentu.Tahap pertama tersebut jelas memerlukan energi, sebaliknya tahap keduamembebaskan energi karena orbital hibrida mempunyai energi rerata lebih rendah danlebih efektif dalam membentuk ikatan daripada orbital-orbital murninya, sehinggaHC109,47 oH H1. 134

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartodiperoleh senyawa dengan energi total yang lebih rendah. Berbagai jenis hibridisasidengan bangun geometri yang bersangkutan, dapat diperiksa pada Tabel 5.2.TipehibridisasiTabel 5.2. Hibridisasi dan bentuk geometrinyaOrbital atompenyusunSudutikatan(regular)Orbital hibrida dan kerangkabentuk geometrinyaGeometrisp satu s + satu p 180 o atau Linearsp 2 satu s + dua p 120 o atau Trigonalsp 3 satu s + tiga p 109 o 28'atauTetrahedrondsp 2sp 3 dsp 3 d 2 ,d 2 sp 3satu d + satu s+ dua p 90 o atau Bujursangkarsatu s + tiga p+ satu d120 o ,180 o , 90 o atausatu s + tiga p+ dua d 90 o atauTrigonalbipiramidaOktahedron5.5 Teori Tolakan Pasangan Elektron Kulit ValensiStruktur Lewis maupun struktur resonansi mungkin dapat meramalkan bentukmolekul namun bukan bentuk geometri molekul yang bersangkutan. Teori tolakanpasangan elektron kulit terluar, Valence Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR) Theoryyang dikembangkan oleh Sidgwick-Powell, Gillespie, Nyholm dan Linnet, menerapkanefek tolakan antar pasangan-pasangan elektron valensi sebagai dasar untuk meramalkanbangun geometri molekular. Teori ini sangat sederhana, tanpa membahas ikatan, namunsungguh mengesankan karena mampu meramalkan bangun molekular secara efektif.Teori ini mengasumsikan bahwa tolakan-tolakan antara pasangan-pasanganelektron dalam kulit valensi dari atom pusat akan mengakibatkan pasangan-pasanganelektron menempatkan diri sejauh mungkin satu sama lain hingga tolakan hasil akhirmenjadi minimum. Hubungan antara banyaknya pasangan elektron ikatan yang samakuat dengan bangun geometri yang menghasilkan tolakan minimum dapat diperiksapada Gambar 5.14. Dalam teori ini perbedaan energi orbital-orbital s, p, dan d dalamkulit yang sama diabaikan, dan oleh karena itu disebut sebagai elektron kulit valensi.1. 135

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoBanyak spesies sederhana maupun poliatomik tersusun oleh satu atom pusat yangmengikat atom-atom atau gugus-gugus atom lain di sekelilingnya. Dalam molekul H 2 O,atom O bertindak sebagai atom pusat sebab dikelilingi oleh dua atom H; secara samadalam molekul BCl 3 , dan CH 4 , atom B dan C, masing-masing bertindak sebagai atompusat.AB180 o B AB A Blinear AB dan AB 2(e)ekuatorialaksialBaksialBAB(a)(a)120 oGambar 5.14BB(e)(e)bipiramida segitiga AB 5Trigonal AB 3ekuatorialB120 o 109,5 oABBBBentuk geometri regular molekultipe AB x menurut teori VSEPRBABBoktahedron AB 6BBTetrahedron AB 4BBB90 o C OBangun geometri regular suatu molekul dengan rumus umum AB x dengan Asebagai atom pusat dapat diramalkan oleh teori VSEPR yaitu linear untuk x = 1-2,trigonal untuk x = 3, tetrahedron regular untuk x = 4, trigonal bipiramida (bipiramidasegitiga) untuk x = 5, dan oktahedron regular untuk x = 6 (Gambar 5.14). Dalam halini, x tidak lain juga menunjuk pada jumlah pasangan elektron ikatan (bonding electron)dan tanpa adanya pasangan elektron non-ikatan (non bonding) di seputar atom pusat.Apabila atom pengeliling B tidak sama satu dengan yang lain maka bentuk yangdihasilkan akan merupakan bentuk distorsi atau penyimpangan dari bentuk regularnya,misalnya ada penyimpangan besarnya sudut dan atau panjangnya ikatan.Ikatan rangkap juga diperlakukansebagai ikatan tunggal, namun karenarapatan elektron pada daerah ikatan rangkaplebih besar maka hal ini akan memberikantolakan yang kuat sehingga sudut ikatan akan terdistorsi dari bentuk teraturnya. Sebagaicontoh, formaldehid, H 2 CO, akan mengadopsi bentuk trigonal namun bukan lagi sama1. 136H121 o118 o C CHH HStruktur formula formaldehid dan etenaH121,3 o H117,4 o

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartosisi; demikian juga etena H 2 C=CH 2 akan mengadopsi bangun suatu bidang dengansudut-sudut ikatan menyimpang dari sudut-sudut bangun trigonal.Apabila pasangan-pasangan elektron terdiri atas elektron-elektron ikatan dan nonikatanmaka bangun geometri yang sesungguhnya dapat diturunkan dari bentukregularnya yang sesuai menurut diagram Gambar 5.14, kemudian menghilangkan ikatansetiap pasangan elektron non-ikatan tersebut; selain itu terjadi perubahan-perubahanbesarnya sudut ikatan. Untuk itu, molekul atau ion diklasifikasi berdasarkan banyaknyapasangan elektron ikatan (bonding, b) dan pasangan elektron menyendiri atau nonikatan(non bonding, nb) di seputar atom pusat. Tambahan pula perlu dipertimbangkanbahwa kekuatan interaksi tolakan antar elektron-elektron ikatan dan non-ikatan tidaksama, melainkan mengikuti urutan sebagai berikut: tolakan (nb vs nb) > (nb vs b) >(b vs b), sebab elektron non-ikatan bergerak lebih bebas.Tipe Molekul dengan Satu dan Dua Pasang Elektron IkatanUntuk molekul dengan satu pasang elektron ikatan yaitu jenis diatomik AB, hanyaada satu kemungkinan bentuk yaitu linear, misalnya H _ Cl. Untuk molekul tipe AB 2dengan tanpa pasangan elektron non-ikatan di seputar atom pusat, juga hanya ada satukemungkinan bentuk yaitu linear dengan sudut ikatan B _ A _ B sebesar 180 o , misalnyaBeCl 2 . Namun, jika pada atom pusat terdapat pasangan elektron non-ikatan maka dapatdiramalkan adanya tiga tipe molekul yaitu AB 2 E, AB 2 E 2 , dan AB 2 E 3 , dengan E =pasangan elektron non-ikatan atau non bonding atau pasangan elektron menyendiri.Tipe AB 2 E diramalkan akan mempunyai bentuk V hasil turunan dari banguntrigonal AB 3 . Bangun ini mempunyai sudut B _ A _ B lebih kecil dari 120 o sebagai akibattolakan pasangan elektron menyendiri E yang lebih kuat terhadap pasangan elektronikatan; misalnya, SnCl 2 mempunyai sudut ikatan 95 o . Tipe AB 2 E 2 diramalkan jugamempunyai bentuk V sebagai hasil adopsi turunan bangun tetrahedron AB 4 namundengan sudut lebih kecil dari 109,5 o ; lagi-lagi sebagai akibat tolakan dari dua pasanganelektron menyendiri E 2 yang lebih kuat. Sebagai contoh, H 2 O mempuyai sudut ikatanH‒O‒H 104,5 o . Namun, tipe AB 2 E 3 mempunyai bentuk linear hasil adopsi turunanbangun bipiramida segitiga. Dalam hal ini ketiga pasangan elektron non-ikatan E 3memilih posisi bidang ekuatorial agar menghasilkan tolakan minimum (B (e) ‒A‒B (e) =120 o ) daripada posisi aksial ( B (a) _ A_ B (e) = 90 o ). Sebagai contoh adalah XeF 2 .1. 137

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoCl95 oSnCl**H* *O104,5 oH**FXeF**Komparasi geometri molekul SnCl 2 , H 2 O, dan XeF 2Tipe Molekul dengan Tiga Pasang Elektron IkatanTipe molekul AB 3 , misalnya BF 3 , mengadopsi bangun trigonal dengan sudutikatan B–A–B 120 o . Namun, jika pada atom pusat terdapat pasangan elektronmenyendiri, maka dapat diramalkan adanya dua tipe molekul yaitu AB 3 E dan AB 3 E 2 .Tipe AB 3 E diramalkan mempunyai bentuk piramida segitiga sebagai hasil turunanbangun tetrahedron AB 4 , tetapi dengan sudut ikatan B–A–B sedikit lebih kecil dari109,5 o sebagai akibat tolakan satu pasang elektron menyendiri E. Sebagai contoh, NH 3mempunyai sudut ikatan H–N–H 106,67 o .Tipe AB 3 E 2 diramalkan mempunyai bentuk huruf T sebagai hasil turunan bangunbipiramida segitiga; pemilihan dua pasangan elektron menyendiri pada posisi bidangekuatorial lagi-lagi agar menghasilkan tolakan elektron minimum. Akibat lanjut daritolakan pasangan elektron menyendiri yang lebih kuat ini adalah akan mengecilkansudut ikatan aksial dengan ekuatorial; misalnya, BrF 3 mempunyai sudut ikatan F (a) –Br–F (e) 86 o .F* ** * * *F120 oBFHN106,67 oHHFBrF86 oFKomparasi geometri molekul BF 3 , NH 3 , dan BrF 3Tipe Molekul dengan Empat Pasang Elektron IkatanTipe molekul AB 4 , misalnya CH 4 , mengadopsi bangun tetrahedron regular dengansudut ikatan H–C–H 109,5 o . Namun, jika pada atom pusat terdapat pasangan elektronmenyendiri, maka dapat diramalkan adanya spesies tipe AB 4 E dan AB 4 E 2 . Tipe AB 4 Ediramalkan akan mengadopsi bangun "papan jungkat-jungkit" (seesaw) hasil turunanbangun bipiramida segitiga; pemilihan pasangan elektron menyendiri pada posisi1. 138

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartobidang ekuatorial agar menghasilkan tolakan minimum. Akibat lanjut adalahmengecilnya sudut-sudut ikatan baik pada aksial maupun pada ekuatorial sebagaimanadijumpai dalam senyawa SF 4 dengan sudut ikatan F (a) –S–F (a) 173 o , dan F (e) –S–F (e) 103 o . Tipe AB 4 E 2 diramalkan akan mengadopsi bangun bujursangkar hasil turunanbangun oktahedron; pemilihan kedua pasangan elektron menyendiri pada posisi satusumbu agar menghasilkan tolakan minimum, misalnya pada XeF 4 .FF* *SFF103 o 93,5 oFF* *Xe* *FFKomparasi geometri molekul SF 4 dan XeF 4Tipe Molekul dengan Lima Pasang Elektron IkatanTipe molekul AB 5 , misalnya PCl 5 , mengadopsi bangun bipiramida segitiga.Namun, jika pada atom pusat terdapat pasangan elektron menyendiri maka tipe AB 5 Eakan mengadopsi bangun piramida bujursangkar hasil turunan bangun oktahedron;dengan adanya pasangan elektron menyendiri maka atom pusat tidak terletak pada titikpusat bujursangkar, melainkan sedikit terangkat ke atas, misalnya pada ClF 5 .ClF90 o 120 o FClPClClClFCl* *FFKomparasi geometri PCl 5 dan ClF 5Tipe Molekul dengan Enam Pasang Elektron IkatanTipe molekul AB 6 , misalnya SF 6 , mengadopsi bangun oktahedron teratur. Untuksenyawa XeF 6 yang mempunyai satu pasang elektron menyendiri pada atom pusatnya,tarnyata dalam keadaan gas molekul ini mengadopsi bentuk distorsi dari oktahedron.Pasangan elektron menyendiri muncul pada daerah titik pusat salah satu permukaanbidang tiga atau pada daerah titik tengah salah satu sisi bidang empat. (Arah anak panahpada gambar berikut menunjukkan arah pergeseran / penyimpangan atom F olehtolakan pasangan elektron menyendiri dalam senyawa XF 6 )1. 139

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoFFFSFFXeXeFKomparasi geometri SF 6 dan XeF 6Jadi secara ringkas, teori VSEPR mengusulkan berbagai ketentuan berikut ini.(1) Bentuk ruang atau penataan atom-atom atau kelompok atom di seputar atom pusatditentukan terutama hanya oleh tolakan antar pasangan-pasangan elektron yangada pada kulit terluar atom pusat.(2) Pasangan-pasangan elektron tersebut akan menata sedemikian sejauh mungkinsehingga tolakan antar pasangan elektron mencapai terendah.(3) Bentuk molekul ditentukan terutama oleh pasangan elektron bonding dan akanmengalami distorsi oleh adanya pasangan elektron non bonding.(4) Pasangan elektron non bonding (nb) menolak lebih kuat daripada pasanganelektron bonding (b) dan diperoleh urutan tolakan: (nb vs nb) (nb vs b) b vsb); hal ini terjadi karena elektron non-bonding dikendalikan hanya oleh satu intiatom saja sehingga mempunyai ruang gerak lebih luas / bebas daripada elektronbonding yang terlokalisasi oleh dua inti atom yang mengadakan ikatan.Atas dasar ketentuan tersebut, hubungan antara banyaknya pasangan elektronbondingpada kulit valensi dengan bentuk molekul dapat dinyatakan seperti padaGambar 5.14.Catatan :(1) Molekul AB 2 s/d AB 6 tersebut mempunyai bentuk regular (teratur) karenasemua pasangan elektron di seputar atom pusat (A) adalah elektron bonding danberikatan dengan atom-atom yang sama (B).(2) Jika salah satu atau sebagian atom B diganti oleh atom lain, maka bentuk regularakan mengalami sedikit distorsi, mungkin berubah besarnya sudut dan ataupanjang ikatan antara atom-atom yang bersangkutan.1. 140

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto(3) Jika salah satu atau lebih atom B diganti oleh pasangan elektron non bonding dariatom pusat yang bersangkutan, maka bentuk molekul menjadi sama sekaliberbeda tetapi, dapat diturunkan dari bentuk regularnya.1. 141

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoC. Latihan Kegiatan Belajar-51. Jelaskan dengan bahasa Anda sendiri, apa yang dimaksud dengan (a) konsep muatanformal, (b) hibridisasi, dan (c) teori VSEPR2. Gambarkan struktur Lewis (elektron-dot) untuk: [GeCl 3 ] - , SeF 4 , [FCO 2 ] - , [AlCl 4 ] - ,dan XeF 4 .3. Tentukan pula bangun geometri seputar atom pusat dari masing-masing spesiestersebut nomor 2 menurut teori VSEPR, dan ramalkan juga model hibridisasi-nya.4. Lukiskan struktur ion sianat, (OCN) - , lengkapi dengan muatan formal, dan berbagaikemungkinan bentuk resonansinya.5. Gambarkan struktur elektron-dot untuk ion nitrit, dan gambarkan pulakemungkinan (2) bentuk resonansinya.6. Tentukan sifat kepolaran molekul berikut, dan pertimbangkan momen dipol-nya:ICl 3 , NO 2 (0,316D), BF 3 , IF 5 ; CH 3 OH (polar ~1,67D)7. Atom unsur Y dan Z masing-masing mempunyai nomor atom 15 dan 17; Tentukanposisinya (Golongan dan Periode) dalam Tabel Periodik menurut Sistem IUPACmaupun sistem Amerika Utara. Jika keduanya saling bersenyawa Y-Z, ramalkankemungkinan rumus molekulnya, jenis senyawanya ionik atau kovalen, dan bentukgeometrinya dengan jenis hibridisasinya.1. 142

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoD. Rambu-rambu Kunci Jawaban Latihan Kegiatan Belajar-51. (a). Muatan formal suatu atom dalam senyawanya kovalen (atau molekulnya) adalahbilangan positif yang menyatakan banyaknya kekurangan elektron atau bilangannegatif yang menyatakan banyaknya kelebihan elektron relatif terhadap atomnetralnya dengan ketentuan setiap elektron ikatan selalu dibagi rata sama besar olehatom-atom yang berikatan; jadi, tidak peduli adanya perbedaan elektronegativitasantar-atom pengikatnya.(b). Hibridisasi adalah pencampuran 2 (atau lebih) macam orbital-murni yangterdekat energinya sehingga membentuk orbital-baru (orbital hibrida) untukmembangun ikatan dalam molekul senyawanya. Misalnya, orbital s, p, dan d, dapatmembentuk berbagai macam orbital hibrida sp 3 , sp 2 , sp, sd 3 , dsp 2 , sp 3 d, d 2 sp 3 , dansp 3 d 2 .(c). Teori VSEPR (Valence-Shell Electron-Pair Repulsion) beranggapan bahwabentuk-geometri suatu molekul ditentukan oleh (banyaknya) tolakan (repulsion)antar pasangan-elektron (electron-pair) pada kulit valensi/terluar (valence-shell)atom pusat dari molekul yang bersangkutan. Ada 2 jenis pasangan-elektron, yakniikatan (bonding) dan non-ikatan (non bonding-lone pair); pasangan elektron nonikatanmenolak lebih kuat ketimbang pasangan elektron ikatan.2. Struktur Lewis (elektron-dot) untuk: [GeCl 3 ] - , SeF 4 , [FCO 2 ] - , [AlCl 4 ] - , dan XeF 4 :**** Cl*GeCl* *****Cl****** F*****F**** F*** *F*** *Cl* *Se*** C*** Al* FO O* Cl*** ***** **Cl* * *****Cl******** F** Xe*****F**** F* ***F***3. Geometri menurut VSEPR dan teori hibridisasi:(a) Ion [GeCl 3 ] - ; ada 4 pasang elektron di seputar atom Ge, dan ini tertata dalamgeometri tetrahedron menurut VSEPR; namun karena jumlah ikatan Ge-Cl hanyaada 3, maka bangun yang dihasilkan adalah piramid segitiga. Atom pusat ini akanmengadopsi hibridisasi sp 3 , dimana salah satunya berisi sepasang lone-pair electron(non-ikatan).(b) SeF 4 ; ada 5 pasang elektron di seputar atom pusat Se yang akan tertata dalambangun trigonalbipiramid menurut VSEPR. Oleh karena salah satunya adalahpasangan elektron lone-pair, ia akan menempati posisi aksial sehingga geometri1. 143

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoyang dihasilkan adalah see-saw (papan jungkat-jungkit). Teori ikatan valensimeramalkan atom pusat Se mengadopsi hibridisasi sp 3 d dimana salah satunya berisielektron lone-pair.(c) [FCO 2 ] - ; terdapat 4 pasang elektron di seputar atom pusat C namun, oleh karenahanya ada 3 ikatan, model Lewis menata salah satu ikatannya harus berisi 2 pasang ,dan dengan demikian VSEPR meramal bangun trigonal, dan VBT meramalterjadinya hibridisasi sp 2 .(d) [AlCl 4 ] - ; adanya 4 pasang elektron ikatan di seputar atom pusat Al, VSEPRmeramalkan bangun tetrahedron untuk ion ini, dan VBT menjelaskan hibridisasi sp 3 .(e) XeF 4 ; adanya 6 pasang elektron di seputar atom pusat Xe, VSEPR menata ke dalambangun oktahedron; namun karena 2 pasang diantaranya adalah lone-pair, makahasilnya adalah bangun bujur-sangkar (square-plane), dan VBT meramalkanhibridisasi sp 3 d 2 dengan dua diantaranya berisi elektron non-ikatan.4. Struktur ion sianat, (OCN) - , muatan formal, dan berbagai kemungkinan bentukresonansinya.+1 0 -2** **O C N*** **-1 0 0 0 0 -1**** ** O C N****** ** O C N(a) (b) (c)Bentuk (a) menghasilkan muatan formal yang paling besar dan untuk atom O dan Nberlawanan dengan sifat elektronegativitasnya; bentuk (b) dan (c) menghasilkanmuatan formal yang sama rendahnya, namun atom N yang lebih negatif ketimbangatom O pada bentuk (c) tentu kurang stabil; jadi bentuk (b) dimungkinkan palingstabil, sebab selain menghasilkan muatan formal rendah juga tidak bertentangandengan sifat elektronegatifitasnya.5. Struktur elektron-dot untuk ion nitrit, dan kemungkinan bentuk resonansinya.**O* ** ***N(a)O* *** **N* *O* *(b)* ** O* * * * *O* ** *N(c)*O ** *Panjang ikatan N-O keduanya sama, menyarankan bahwa ion nitrit memiliki strukturresonansi (a) ↔ (b), atau sebagaimana dilukiskan seperti (c).6. Sifat kepolaran molekul berikut, dan pertimbangan momen dipol-nya:1. 144

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto(a). ICl 3 . Di seputar atom pusat (I) molekul ini terdapat 5 pasang elektron yangtertata dalam geometri trigonalbipiramid yang terdiri atas 3 pasang elektron-ikat dan2 non-ikat yang menempati posisi aksial sehingga membentuk geometri huruf T; jadiikatan I-Cl bersifat polar dengan ujung negatif berada pada atom-atom Cl, sehinggaresultante momen ikatan I-Cl berimpit dan searah dengan ikatan I→Cl aksial. Akantetapi arah moment ikatan ini dilawan oleh arah resultante pasangan elektron nonikat,sehingga melemahkan momen dipolnya.(b). NO 2 . Lihat struktur NO 2 pada nomor 5. Lagi-lagi adanya pasangan elektron nonikatpada atom pusat N melemahkan momen dipol dari resultante momen ikatanN→O (yakni ~ 0,316D).(c). BF 3 . Molekul ini berbentuk trigonal planar, dan ikatan B-F bersifat polar;resultante kedua ikatan B-F menghasilkan momen ikatan B-F yang sama dengankomponennya, namun dengan arah yang melawan arah momen ikatan B-F satunyasehingga menhasilkan momen dipol nol, F←B→F. catatan: resultante 2 ikatan B-F,x B-F dapat dihitung: = [√(x 2 B-F + x 2 B-F + 2 cos 120 0 ) = x B-F ](d). IF 5 . Molekul ini berbentuk piramida segi empat, sedikit terdistorsi karena adanyasepasang elektron non-ikat pada atom pusat I. Resultante keempat ikatan I-F padadasar piramid adalah nol, sehingga momen dipol hanya ditentukan oleh satu momenikatan I→F-aksial, namun ini dilawan oleh adanya pasangan elektron non-ikat,sehingga melemahkan nilai momen dipolnya.(e). CH 3 OH. Struktur molekul ini dapat dipandang seperti H 2 O, dengan salah satuatom H diganti dengan gugus metil, H 3 C-O-H. Adanya 2 pasang elektron non-ikatmolekul ini bersifat polar. Jadi terdapat resultante( momen-ikatan dari C→O danH→O yang searah dengan kedua pasangan elektron, sehingga molekul inimempunyai momen dipol yang cukup besar (1,67D), hanya sedikit lebih rendah dariH 2 O (1,85D)7. Atom unsur Y dengan nomor atom 15 mempunyai konfigurasi elektronik [Ne] 3s 23p 3 dan Z dengan nomor atom 17 mempunyai konfigurasi elektronik [Ne] 3s 2 3p 5 .Maka dalam Tabel Periodik Unsur menurut IUPAC, atom unsur Y terletak dalamPeriode 3 dan Golongan 15 (atau Golongan VA menurut model Amerika Utara)sedangkan atom unsur Z dalam Periode 3 dan Golongan 17 (atau Golongan VIIAmenurut model Amerika Utara). Oleh karena keduanya mempunyai kecenderunganelektronegatif, maka senyawa yang dibentuk dari keduanya cenderung kovalen1. 145

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartodengan kemungkinan rumus molekul YZ 3 dengan bentuk geometri piramid segitigadan mengadopsi hibridisasi sp 3 .Namun, oleh karena elektron terluar dalam atom unsur Y melibatkan orbital 3d –kosong, maka dimungkinkan dapat membentuk senyawa dengan rumus molekulYZ 5 dengan bentuk geometri trigonalbipiramid oleh sebab atom Y mampumengadopsi hibridisasi sp 3 d.1. 146

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoDAFTAR PUSTAKAAlderdice, D., (1981). "Energy Level and Atomic Spectra", Department of PhysicalChemistry, The University of New South Wales, Australia.Bills, J.L., (1998), ‖Experimental 4s and 3d Energies in Atomic Ground States, Journalof Chemical Education, Vol. 75, No. 5, May, 589 – 593Chang, R., (1991). Chemistry, Fourth Edition, New York : McGraw-Hill, Inc.Darsey, J. P., J. Chem. Ed. 1988, Vol. 65, 1036Day, Jr., M. C., and Selbin, J., "Theoretical Inorganic Chemistry", Second Edition,Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1969.Douglas, B.E., McDaniel, D.H., & Alexander, J. J., (1983). Concepts and Models ofInorganic Chemistry , New York, John Wiley & Sons, Inc.Greenwood, N.N., 1968. Principles of Atomic Orbitals (Revised Edition). London,Huheey, J.E., (1983). Inorganic Chemistry, Third Edition, Cambridge, HarperInternational SI Edition.Kristian H. Sugiyarto, (2000). Diktat Petunjuk Praktikum Kimia Anorganik I, JurusanPendidikan Kimia, FMIPA, UNY.Kristian H. Sugiyarto, dan Retno D. Suyanti, (2010). Dasar-Dasar Kimia AnorganikNonlogam, Graha Ilmu, YogyakartaKristian H. Sugiyarto, Hari Sutrisno, dan Retno D. Suyanti, (2013). UNY Press (inpress)McQuarrie, D., (1983). Quantum Chemistry, London, University Science Books andOxford University Press.Melrose, M.P., and Scerri, E.R., (1996), ‖Why the 4s orbital is occupied before the 3d‖,Journal of Chemical Education, Vol. 73, No. 6, June, 498-503Pao-Fang Yi , J. Chem. Ed. 1947, Vol. 24, 567Parson, RR.W., J. Chem.Ed. 1989, 66, 319Pilar, F.L., (1978) ‖4s is Always above 3d! or How to tell the orbitals from thewavefunctions‖ Journal of Chemical Education, Vol. 55, No. 1, January, 2- 6Rayner-Canham, G., "Descriptive Inorganic Chemistry", W. H. Freeman andCompany, INC., New York, 1996Vanguickenborne, L.G., Pierloot, K., and Devoghel, D., (1994), ‖Transition Metals andthe Aufbau Principle‖, Journal of Chemical Education, Vol. 71, No. 6, June, 469-4711. 147

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoScerri, E.R., (1989), ‖Transition Metal Configurations and Limitation of the OrbitalApproximation‖, Journal of Chemical Education, Vol. 66, No. 6, June, 481-483Scerri, E.R., (1999), A Critique of Atkins’ Periodic Kingdom and Some Writings onElectronic Structure, Foundations of Chemistry 1: 297–305,. © Kluwer AcademicPublishers. Printed in the Netherlands.Singh, R., and Dikshit, S.K., J. Chem.Ed. 1991, Vol. 68, 396Uncle Wiggly, J. Chem. Ed. 1983, Vol. 60, 5621. 148

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoBAB IIIKEGIATAN BELAJAR EVALUASILEMBAR ASESMEN1. Lembar Asesmen Kegiatan Belajar-1Petunjuk: Pilih (dengan cara menyilang) salah satu alternatif jawaban yang palingtepat.1. Salah satu pernyataan berikut merupakan pandangan Dalton perihal atom.a. Atom tersusun oleh partikel-partikel listrikb. Setiap atom selalu tersusun oleh proton dan elektronc. Setiap atom dari unsur berbeda mempunyai massa yang berbeda pulad. Proton, elektron, dan neutron adalah partikel dasar penyusun atom2. Hukum Farady dalam elektrolisis menyatakan bahwa hasil elektrolisis sebandingdengan arus listrik dan massa atom. Hal ini membawa konsekuensi pandanganbahwa:a. materi tersusun oleh atom-atomb. atom terdiri atas partikel-partikel listrikc. materi terdiri atas partikel-partikel listrikd. ada hubungan antara atom dengan struktur listrik3. Berikut adalah sifat-sifat sinar katode dalam tabung Crookes, kecuali:a. Sinar katode bergantung pada jenis gas pengisi tabungb. Sinar katode dibelokkan oleh medan magnetikc. Sinar katode dibelokkan oleh medan listrikd. Sinar katode mempunyai energi kinetik4. Pada percobaan penentuan rasio muatan/massa elektron, data berikut ini sesuaidengan nilai rasio tersebut kecuali:a. berbanding terbalik dengan kuat medan magnetik yang bekerja pada percobaanb. berbanding langsung dengan voltase antara kedua pelat yang bekerja padapercobaanc. berbanding terbalik dengan jarak antara kedua pelat yang dipakai pada percobaand. bergantung pada kecepatan elektron yang dapat diubah-ubah menurut perbedaanpotensial antara kedua elektrode tabung5. Percobaan tetes minyak seperti yang dilakukan Milikan untuk menentukan:a. muatan sekaligus massa elektron1.149

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartob. rasio muatan/massa elektronc. kecepatan elektrond. jenis muatan elektron6. Berikut ini adalah berbagai hal yang terjadi pada percobaan tetes minyak yangdilakukan Milikan kecuali:a. minyak tetes berfungsi sebagai sumber elektronb. tetes minyak mampu menangkap sejumlah elektronc. kecepatan jatuhnya butir minyak yang bermuatan dapat ditentukand. butiran minyak belum tentu mampu menangkap elektron7. Pada percobaan tetes minyak seperti yang dilakukan Milikan berlaku:a. muatan minyak berbanding lurus dengan beda potensial (voltase) antara keduapelat alat yang bersangkutanb. muatan minyak berbanding lurus dengan massa butiran minyak yangmenangkapnyac. muatan minyak berbanding terbalik dengan nilai gravitasi setempatd. muatan minyak berbanding lurus dengan jenis minyaknya8. Berikut adalah pernyataan yang berkaitan dengan sifat sinar terusan kecualia. Sinar terusan dibelokkan oleh medan magnetik maupun medan listrikb. Sinar terusan tidak bergantung pada jenis gas pengisi tabung Crookesc. Sinar terusan terdiri atas partikel-partikel positif hasil tabrakan molekul-molekulgas pengisi tabung dengan elektron sinar katode.d. Sinar terusan mempnyai nilai rasio muatan/massa yang besranya bergantungjenis gas pegisi tabung.9. Pernyataan berikut semua benar kecuali:a. Elektron termasuk partikel dasar penyusun atomb. Proton termasuk partikel dasar penyusun atomc. Neutron juga termasuk partikel dasar penyusun atomd. Setiap atom pasti tersusun oleh partikel dasar, elektron, proton dan neutron10. Dalam beberapa kali percobaan, Milikan mendapatkan data-data muatan untuk satubutir minyak yang sama, yaitu: (6,56; 8,20; 11,50; 13,13; 16,48; dan 18,08) x 10 -19 C.Data ini menyarankan bahwamuatan elektron kira-kira adalah:a. 18,08·10 -19 C c. 3,32·10 -19 Cb. 6,56·10 -19 C d. 1,64·10 -19 C1.150

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto2. Lembar Asesmen Kegiatan Belajar-2Petunjuk: Pilih (dengan cara menyilang) salah satu alternatif jawaban yang palingtepat.1. Pernyataan berikut yang kurang tepat perihal percobaan hamburan sinar padalempeng logam tipis adalah:a. Sebagian besar sinar mampu menembus lurus lempeng tipis logamb. Sebagian besar sinar menabrak elektronc. Sebagian kecil sinar dipantulkan balikd. Sebagian kecil sinar menembus lempeng dengan pembelokan2. Berikut adalah simpulan yang tepat berdasarkan hasil hamburan sinar , kecualia. Atom terdiri atas sebagian besar ruang kosongb. Muatan positif suatu atom terkumpul masif sebagai inti yang sangat kecil.c. Massa atom praktis ditentukan oleh massa protonnyad. Elektron tersebar di sekeliling muatan positif inti3. Berikut adalah teori atom menurut Rutherford berdasarkan hasil hamburan sinar :a. Atom terdiri atas bagian inti bermuatan positif dan elektron bermuatan negatifyang tersebar bebas di sekeliling intib. Elektron di sekeliling inti atom berputar secara spiral mengkerut mendekat intidan mengembang kembali menjauhi inti, demikian seterusnyac. Elektron di sekeliling inti tentu bergerak atau mengitari inti untuk melawan gayatarik intid. Elektron yang bergerak dalam pengaruh medan gaya tarik akan kehilanganenergi4. Berikut adalah pernyataan yang tepat berkaitan dengan spektrum atom, kecuali:a. Spektrum emisi suatu atom / spesies dapat diperoleh dari rekaman cahaya yangdipancarkan oleh atom / spesies ini jika spesies ini dipijarkanb. Pemijaran bola lampu listrik yang berisi unsur padatan yang mudah menguapdapat menghasilkan spektrum garis-garis berwarna yang dipisahkan oleh bagianbagiangelapc. Spektrum garis suatu atom berkaitan dengan tingkat-tingkat energi elektrondalam atom yang bersangkutan1.151

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartod. Spektrum kontinu suatu atom diperoleh bila hanya panjang gelombang tertentusaja dari cahaya visibel yang dipancarkan atom ini ketika dipijarkan5. Deret spektrum garis berikut ini yang tidak termasuk pada daerah sekitar inframerahadalah:a. deret Lymanb. deret Paschenc. deret Brackettd. deret Pfund6. Berikut ini adalah interpretasi Bohr perihal spektrum garis:a. Setiap deret spektrum garis menunjukkan pola sebaran garis-garis yang semakinmengumpul (mendekat jaraknya) dan akhirnya menjadi satu garis tebal denganmemendeknya panjang gelombangb. Setiap garis spektrum emisi suatu atom menunjuk pada tingkat energi elektrondalam atom yang bersangkutanc. Setiap garis spektrum emisi suatu atom menunjuk pada perbedaan energielektron antara dua tingkatan energi terdekatd. Setiap garis spektrum emisi suatu atom menunjuk pada perbedaan energielektron antara tingkatan energi yang lebih tinggi mana saja dengan tingkatanenergi yang lebih rendah mana saja7. Pernyataan berikut berkaitan tepat dengan teori atom menurut Bohr, kecuali:a. Atom terdiri atas orbit-orbit atau kulit-kulit berbentuk lingkaran tempat elektronmengorbit di seputar inti atomb. Elektron dalam tiap orbitnya mempunyai energi tertentu yang semakin tinggidengan semakin besarnya lingkaran orbitc. Lingkaran orbit elektron dinyatakan dengan lambang n yang mempunyai hargabilangan bulat integer 1 (satu) dari 0 (nol) hingga (tak berhingga).d. Tiap elektron dalam orbitnya mempunyai energi tertentu yang terkuantisasidengan harga momen sudut elektron sebesar n(h/).8. Pada deret Balmer, panjang gelombang garis pertama (B 1 ) adalah 656,278 nm, danpanjang gelombang batas garis spektrum atau garis terakhir (B ) adalah 364,604 nm.Dari data ini, peyataan- pernyataan berikut adalah benar, kecuali:a. Energi transisi elektron dari kulit elektron dengan n = 3 ke kulit elektron dengann = 2 adalah 15237,45 cm -11.152

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartob. Energi transisi elektron dari kulit elektron dengan n = ke kulit elektron dengann = 2 adalah 27427,00 cm -1c. Energi kulit elektron terendah deret ini (n = 2) adalah 27427,00 cm -1d. Energi kulit elektron ke tiga (n = 3) adalah -12189,55 cm -19. Pada deret Lyman, panjang gelombang garis pertama (L 1 ) adalah 121,567 nm, danpanjang gelombang batas garis spektrum atau garis terakhir (L ) adalah 91,175 nm.Dari data ini, perhitungan-perhitungan berikut adalah benar, kecuali:a. Bilangan gelombang garis pertama, 1= 82259,17 cm -1b. Bilangan gelombang garis terakhir, = 109679,00 cm -1c. Energi terendah kulit elektron (n = 1) adalah -109679,00 cm -1d. Pebedaan energi kulit elektron ke dua (n = 2) dengan pertama (n = 1) adalah27419,83 cm -110. Jika diketahui panjang gelombang garis ke 1 deret Lyman adalah 121,566 nm,dan R H = 109679 cm -1 , maka:a. Tingkat energi kulit elektron ke dua adalah - 82259,25 cm -1b. Energi transisi elektron dari kulit ke dua ke kulit pertama adalah - 82259,25 cm -1c. Tingkat energi kulit elektron ke dua adalah - 27419,75 cm -1d. Energi transisi elektron dari kulit ke dua ke kulit pertama adalah - 27419,75 cm -11.153

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto3. Lembar Asesmen Kegiatan Belajar-3A. Petunjuk: Selesaikan soal-soal berikut dengan penjelasan singkat menurut bahasaAnda sendiri.1. Jelaskan perihal diagram aufbau, apa kelemahan-keuntungan diagram aufbau?2. Hitung muatan inti efektif (Z ef ) terhadap elektron 3d dan 4s menurut Slater untukatom Co dan Fe, lalu jelaskan konsekuensinya pada proses ionisasi.3. Jelaskan mengapa pada ionisasi unsur-unsur transisi elektron yang dilepaskan lebihdulu adalah 4s baru kemudian 3d. Gunakan Tabel 3.8 untuk mendukung jawabanAnda.B. Petunjuk: Sesuai dengan pemahaman Anda, isilah titik-titik dan atau lingkaripilihan yang tersedia (boleh lebih dari satu pilihan), yang paling tepat.1. Berikut adalah pernyataan yang tepat perihal bilangan kuantum.a. Bilangan kuantum utama (dengan lambang n) menyatakan tingkat energi elektronyang bersangkutan, sesuai dengan gambaran kulit-atom lintasan elektron modelBohr, dan berharga 1, 2, 3, ...... hanya sampai dengan 7.b. Bilangan kuantum azimuth (sekunder) dengan lambang , adalah bilangan bulat 0,1, 2, 3, 4, .......... dst., yang macamnya bergantung pada bilangan kuantum utama,yakni ada n macam.c. Untuk nilai n yang sama, semakin besar nilai semakin tinggi pula tingkatenerginya.d. Bilangan kuantum magnetik-orbital (dengan lambang m ), ada (2 +1) macam,yakni berharga integer 1 dari yang bertanda negatif, - hingga yang bertandapositif, + .2. Bilangan kuantum magnetik spin, dengan lambang m s , bagi setiap elektron yangtidak berpasangan selalu dipilih yang berharga +½ (umumnya dengan lambang ↑)a. Benar b. SalahSEBAB:Energi elektron dengan harga bilangan kuantum magnetik-spin +½ lebih stabil.a. Benar b. Salahc. ..........................................................................................................................3. Untuk setiap harga , nilai m yang semakin positif semakin tinggi pula energinya.1.154

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoa. Benar b. SalahSEBAB:Harga m hanya menyatakan orientasi posisi elektron terhadap sumbu Cartes x, y, z,dalam sistem koordinat polar (kutub).a. Benar b. Salahc. .....................................................................................................................4. Berikut adalah terkait dengan pernyataan yang tepat perihal aufbau.a. Auf bau adalah proses kimiawi pemasukan/pengisian elektron ke dalam atomnyasatu persatu ke dalam orbital berdasarkan urutan energinyab. Aufbau adalah metode untuk menuliskan jumlah elektron suatu atom untuk tiaporbital atom dengan beberapa pengecualianc. Aufbau adalah seorang ahli kimia yang mampu menciptakan metode menuliskankonfigurasi elektronik suatu atomd. Urutan energi orbital atom setiap atom adalah sesuai dengan urutan sebagaimanadilukiskan diagram aufbau.e. ..............................................................................................................................................................................................................................................................5. Pada penulisan konfigurasi elektron menurut urutan aufbau, elektron ”pertama” padaorbital ns 2 selalu harus memiliki bilangan kuantum m s = +½ (↑) dan elektron”kedua-berikutnya” selalu harus memiliki bilangan kuantum m s = -½ (↓):a. Benar b. SalahSEBAB:Prinsip Pauli bermakna bahwa dalam satu orbital, elektron ”pertama” selalu +½ barukemudian elektron ”kedua” adalah -½ :a. Benar b. Salahc. ........................................................................................................................................................................................................................................................6. Ketiga elektron pada orbital 2p 3 dalam atom N (1s 2 2s 2 2p 3 ), masing-masing harusmemiliki bilangan kuantum m s = +½ (↑), dan tidak boleh ketiganya m s = +½ (↓):b. Benar c. SalahSEBAB:1.155

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoAturan Hund bermakna bahwa elektron-elektron yang berada dalam orbital-orbitalyang sama tingkat energinya akan menata dengan arah spin paralel semuanya lebihdulu hingga ”setengah penuh”:a. Benar b. Salahc. ......................................................................................................................................................................................................................................................7. Berikut adalah pemahaman yang terkait dengan istilah elektron terluar (outermostelectrons):a. Elektron terluar adalah elektron yang terdapat dalam orbital yang tertinggienerginya dalam konfigurasi elektronik yang bersangkutanb. Elektron terluar bagi atom golongan utama (yakni golongan s dan p) adalahelektron yang menempati kulit terluar.c. Elektron terluar adalah elektron yang berperan dalam pembentukan ikatan kimiad. Elektron terluar sering dinyatakan sebagai elektrom valensi8. Elektron terluar dalam atom N dengan nomor atom 7 tentu saja boleh memilikibilangan kuantum:a. n = 2, = 0, m l = 0, m s = +½, b. n = 2, = 1, m = 0, m s = -½c. n = 2, = 1, m l = 1, m s = -½ d. n = 2, = 1, m = -1, m s = -½e. ............................................................................................................................9. Urutan energi orbital berdasarkan nilai (n + ) yang dilukiskan dalamdiagram aufbau sesungguhnya hanya benar secara ”eksak” untuk atom-atom hingganomor atom 20 (kalsium, Ca):a. Benar b. SalahSEBABUntuk unsur-unsur dengan nomor atom lebih besar dari 20, energi ionisasi elektronelektron(n – 1)d x (x = 1-10) selalu lebih tinggi ketimbang energi ionisasi elektronelektron(n)s y (y = 1-2):a. Benar b. Salahc. ............................................................................................................................10. Hubungan bilangan kuantum dengan label/notasi orbital berikut yang benaradalah:a. n = 2, = 1, m = 0, adalah untuk orbital 2p y1.156

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartob. n = 2, = 1, m = 0, adalah untuk orbital 2p zc. n = 2, = 1, m = 1, adalah untuk orbital 2p zd. n = 2, = 1, m = -1, adalah untuk orbital 2p zSEBAB:a. n = 2, = 1, menunjuk orbital 2p, dan m = -1 hanya menunjuk pada sumbu xb. n = 2, = 1, menunjuk orbital 2p, dan m = 0 hanya menunjuk pada sumbu yc. n = 2, = 1, menunjuk orbital 2p, dan m = 0 hanya menunjuk pada sumbu zd. n = 2, = 1, menunjuk orbital 2p, dan m = 1 hanya menunjuk pada sumbu ze. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11. Penulisan konfigurasi elektronik suatu atom sering dilukiskan dengan diagram”kotak” orbital dengan tanda panah ke atas (↑) untuk menandai elektron denganarah spin +½ dan sebaliknya untuk tanda panah kebawah (↓). Konfigurasielektronik tiap atom sesungguhnya dapat dilukiskan menurut diagram berikut:2s 2p 3d 4sa. 6C: [ 2 He] ↑↓ ↑ ↑ e. 23 V: [ 18 Ar] ↑ ↑ ↑ ↑↓b. 6C: [ 2 He] ↓↑ ↓ ↓ f. 26 Fe: [ 18 Ar] ↓↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓↑c. 8O: [ 2 He] ↑↓ ↓ ↑↓ ↓ 4s 3dg. 24 Cr: [ 18 Ar] ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑d. 9F: [ 2 He] ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↓h. 29 Cu: [ 18 Ar] ↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑12. Konfigurasi elektronik atom karbon dengan nomor atom 6 (dalam keadaan dasar)dapat dituliskan sebagai berikut:a. 1s 2 2s 2 2p x 1 2p y1b. 1s 2 2s 2 2p x 1 2p z1c. 1s 2 2s 2 2p z 1 2p y1d. 1s 2 2s 2 2p 2 e. .................................................................................SEBAB:................................................................................................................................................................................................................................................................................1.157

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto13. Bilangan kuantum bagi salah satu elektron untuk atom besi (Fe) dengan nomor atom26 adalah:a. n = 2, = 0, m = -1, m s = +½ b. n = 4, = 2, m = 0, m s = -½c. n = 2, = 0, m = 1, m s = -½ d. n = 3, = 2, m = -1, m s = ½e. n = 4, = 1, m = 0, m s = +½SEBAB:................................................................................................................................................................................................................................................................................14. Konfigurasi elektronik selalu dituliskan dengan urutan kenaikan energi elektrondalam orbital yang bersangkutan; bagi atom kromium, Cr, dengan nomor atom 24adalah:a. [ 18 Ar] 4s 2 3d 4 b. [ 18 Ar] 4s 1 3d 5c. [ 18 Ar] 3d 4 4s 2 d. [ 18 Ar] 3d 5 4s 1e. ........................................................................................................................SEBAB:................................................................................................................................................................................................................................................................................15. Elektron terluar (outermost) untuk ion Ti 3+ (nomor atom Ti adalah 22) dapatdinyatakan dengan bilangan kuantum:a. n = 4, = 0, m = 0, m s = +½ b. n = 4, = 0, m = 0, m s = -½c. n = 3, = 2, m = 2, m s = ½ d. n = 3, = 1, m = 1, m s = -½e. ...............................................................................................................................SEBAB:................................................................................................................................................................................................................................................................................16.Penulisan konfigurasi elektronik untuk atom atau ion dari unsur logam transisi (d)misalnya untuk seri pertama yakni nomor atom 21 – 30, sering dituliskan dalam 2urutan yang berbeda yaitu:(1) [ 18 Ar] 4s y 3d x (y = 1-2; x = 1-10) dan (2) [ 18 Ar] 3d x 4s y (x = 1-10; y = 1-2).1.158

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoPenulisan konfigurasi elektronik tersebut yang benar adalah:a. (1) b. (2) c. Keduanya (1) atau (2) benar semuad. …………………………………………………………………………………SEBAB:a. Energi elektron dalam orbital mengikuti aturan aufbau yakni 4s y lebih rendahketimbang energi elektron dalam orbital 3d x .b. Energi elektron dalam orbital 4s y selalu lebih tinggi daripada energi elektrondalam orbital 3d x .c. Penulisan konfigurasi elektronik tidak perlu mempertimbangkan urutan energielektron dalam kedua orbital 3d - 4s.d. .................................................................................................................................................................................................................................................................1.159

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto4. Lembar Asesmen Kegiatan Belajar-41. Tentukan posisinya dalam TPU menurut IUPAC terkini maupun dengan label A-Bmodel Amerika Utara bagi unsur-unsur dengan nomor atom: 13, 45, dan 74.2. Atom mana yang mempunyai jari-jari kovalen lebih besar, kalium ataukah kalsium,beri penjelasan.3. Unsur mana yang mempunyai energi ionisasi (pertama) lebih besar (lihat tabel),14Si ataukah 15 P, 15 P ataukah 33 As, demikian juga 15 P ataukah 16 S; beri alasan.4. Unsur mana, natrium atau magnesium, yang mempunyai afinitas elektron lebihmendekati nol; jelaskan.5. Ramalkan afinitas elektron neon, bertanda negatif atau positif (sesuaikanpemakaian tanda ini dengan besaran termodinamika); jelaskan.6. Jelaskan perubahan harga afinitas elektron dari atom C - N ?7. Energi ionisasi pertama atom 19 K adalah 4,34 eV, dan 29 Cu adalah 7,73 eV. Hitungenergi ionisasi atom hidrogen jika elektronnya menempati orbital yang sama sepertipada elektron valensi atom K dan Cu (petunjuk; gunakan rumusan umum Ritzpersamaan 2.5, demikian juga persamaan 3.8). Bandingkan masing-masing hargayang diperoleh ini dengan harga kedua atom tersebut dan jelaskan mengapa berbeda.(1 eV = 8065,5 cm -1 = 96,485 kJ mol -1 )8. Cermati berbagai kelemahan-keunggulan masing-masing TPU Gambar 4.1a-gberdasarkan bentuknya.1.160

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto5. Lembar Asesmen Kegiatan Belajar-51. Gambarkan struktur Lewis (elektron-dot) untuk: PF 5 , [PO 4 ] 3- , [SF 5 ] - , dan [SO 4 ] 2- .2. Tentukan pula bangun geometri masing-masing spesies tersebut nomor 1 menurutteori VSEPR, demikian juga ramalkan model hibridisasi-nya.3. Gambarkan struktur asam nitrat HNO 3 yang mempunyai jarak ikatan ~ 1,22 Å untukN–O-terminal, dan ~ 1,41 Å untuk N–OH; dan gambarkan ion nitrat dengan bentukresonansinya dengan fakta bahwa ketiga ikatan N-O sama panjangnya.4. Lukiskan struktur elektronik terluar ion tiosianat (SCN) - dengan kemungkinan bentukresonansinya5. Berbagai bentuk geometri regular: linear, trigonal, square planar, trigonalbipiramida,dan oktahedron, sangat mudah ditentukan besarnya sudut ikatan. Persoalannyaadalah bagaimana cara menentukan bahwa besarnya sudut ikatan tetrahedron regularadalah 109,5 0 ?6. Atom unsur Y dan Z masing-masing mempunyai nomor atom 20 dan 17; Tentukanposisinya (Golongan dan Periode) dalam Tabel Periodik Unsur menurut SistemIUPAC terkini maupun Amerika Utara. Jika keduanya saling bersenyawa Y-Z,ramalkan kemungkinan rumus molekulnya, jenis senyawanya ionik atau kovalen.1.161

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoB. KUNCI JAWABAN LEMBAR ASESMEN1. Rambu-rambu Kunci Jawaban Lembar Asesmen Kegiatan Belajar-11. c Dalam pandangannya tentang atom Dalton tidak melibatkan partikel-partikellistrik2. b. Faraday menghasilkan hukumnya bahwa hasil elektrolisis sebanding dengan aruslistrik dan massa atom3.a. Sinar katode tidak bergantung pada jenis gas pengisi apapun4.d. rasio muatan/massa elektron tidak bergantung pada kecepatan elektron5a. Percobaan tetes minyak untuk menentukan muatan maupun massa elektron6a. Minyak bukan sumber elektron melainkan penangkap elektron7b. Lihat persamaan 1.48b. Sinar terusan bergantung pada jenis gas pengisi tabung karena akan menentukanion positif yang bersangkutan9d. Atom hidrogen hanya tersusun oleh satu proton dan satu elektron, tidakmengandung neutron10d Perbandingan angka-angka tersebut merupakan kelipatan bilangan bulat dari nilaiini.1.162

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto2. Rambu-rambu Kunci Jawaban Lembar Asesmen Kegiatan Belajar-21.b Pernyataan ini kurang tepat karena sebagian besar volume atom adalah ruangkosong. Bisa jadi sinar memang menabrak elektron dan tidak terlalumengganggu jalannya sinar namun ini hanya untuk atom berelektron banyak,dan inipun masih lebih kecil dibandingkan dengan porsi ruang kosong yangterdapat dalam volume atom.2. c Massa atom ditentukan oleh massa intinya bukan hanya proton saja melainkanjuga neutron (kecuali isotop 1 H, karena tidak punya neutron dalam intinya).3. a Hanya pernyataan inilah yang merupakan teori atom Rutherford, pernyataanlainnya b dan c merupakan konsekuensi sifat elektron di sekeliling inti menurutfisika klasik.4. d Pernyataan ini salah karena spektrum kontinu terjadi jika semua panjanggelombang (bukan hanya panjang gelombang tertentu saja) terekam secaratumpang-tindih5. a. Deret Lyman muncul pada daerah ultra violet, deret Paschen, Brackett, dan Pfundmasing-masing muncul pada daerah inframerah dekat, inframerah, daninframerah jauh.6.d. Setiap garis spektrum menunjuk pada energi yang dibebaskan ketika elektronpindah dari tingkat energi yang lebihh tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah,bukan hanya antara dua tingkat energi terdekat saja (c), bukan menunjuk padatingkat energi kulit elektron itu sendiri. Pernyataan a adalah fakta karakteristikrekaman spektrum garis, bukan interpretasi.7. c. Semua pernyataan sebenarnya menyangkut teori atom yang diusulkan oleh Bohr,namun untuk pilihan c ini yang benar adalah bahwa nilai n dari 1 hingga (takberhingga).8. c. Untuk deret Balmer transisi elektronik berakhir pada kulit elektron ke dua (n = 2).Energi kulit elektron tertinggi selalu pada n = , yang besarnya adalah nol. Garisbatas Balmer adalah = 27427,00 cm -1 , dan ini merupakan energi transisi daritingkat energi dengan n = ke tingkat energi dengan n = 2. Oleh karena ituenergi kulit elektron terendah deret ini (n = 2) tentulah -27427,00 cm -1 (nilainegatif menunjukkan bahwa energi ini adalah energi atraktif atau tarik menarikelektrostatik). Opsi a betul, karena perbedaan energi antara kulit elektron dengann = 3 dan dengan n = 2 muncul sebagai garis pertama spektrum, jadi 1= 1/ =1.163

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto15237,45 cm -1 . Opsi b betul dengan menggunakan rumusan = 1/ . Opsi dbetul dengan penjelasan, energi kulit elektron dengan n = 2 adalah -27427,00cm -1 , padahal perbedaan energinya dengan kulit elektron ke dua yang munculsebagai garis spektrum pertama adalah 15237,45 cm -19. d. Perbedaan energi antara kulit elektron dengan n = 1 dan dengan n = 2 adalahmuncul sebagai garis pertama spektrum, jadi 82259,17 cm -1 . Alternatif a dan bkeduanya betul dengan menggunakan rumusan 1= 1/ . Untuk deret Lymantransisi elektronik berakhir pada kulit elektron pertama (n = 1), jadi pada kulitelektron dengan energi terendah. Energi kulit elektron tertinggi selalu pada n = ,yang besarnya adalah nol. Garis batas Lyman adalah = 109679,00 cm -1 , danini merupakan energi transisi dari tingkat energi dengan n = ke tingkat energidengan n = 1. Oleh karena itu energi kulit elektron terendah adalah -109679,00cm -1 (nilai negatif menunjukkan bahwa energi ini adalah energi atraktif atau tarikmenarik elektrostatik).10.c. Terjadinya spektrum garis deret apa saja berlaku rumus umum 2.5:1= 1/ = R H (2n11-2n2) cm -1 . Garis pertama deret Lyman menunjuk padatransisi elektronik dari tingkat energi n 2 = 2 yang berakhir pada n 1 = 1. Jika harga- harga ini dimasukkan rumusan tersebut diperoleh nilai = 82259,25 cm -1 ,namun nilai ini adalah perbedaan energi antara n 1 dan n 2 , dan nilai n 1 = - R H =- 109679 cm -1 ; maka n 2 = (- 109679 + 82259,25) cm -1 = - 27419,75 cm -11.164

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto3. Rambu-rambu Kunci Jawaban Lembar Asesmen Kegiatan Belajar--3Untuk Soal A1. Aufbau (buiding-up) artinya membangun ”keatas”, yakni membangun konfigurasielektronik berdasarkan ”meningkatnya” energi orbital yang oleh Madelung diurutkandengan naiknya nilai n + l; jadi, ”pengisian” elektron berdasarkan urutan ini, danfaktanya berlaku bagi hampir semua unsur yang kita kenal untuk jumlah elektronpada setiap orbital dengan beberapa pengecualian (keuntungan). Namun, analisisperhitungan mekanika gelombang atas data spektroskopik menghasilkan bahwaurutan energi orbital (n-1)d < ns (kelemahan). Dengan demikian terkait denganurutan energi orbital, ”diagram” aufbau hanya tepat-eksak untuk 20 (tepatnya 18)atom pertama, selebihnya ”menyimpang”, yakni menurut urutan nilai n saja(kelemahan). Dengan demikian diagram aufbau harus dipahami sebagai mnemonicuntuk menentukan jumlah elektron saja (dengan beberapa pengecualian) pada setiaporbitalnya (keuntungan). Oleh karena itu penulisan konfigurasi elektronik yangberdasarkan urutan diagram aufbau sesungguhnya ”menyesatkan” (kelemahan).Harus ditegaskan bahwa aufbau bukanlah proses kimia (kelemahan), justrusebaliknya yakni ionisasi.2a. Menurut Slater konfigurasi elektronik atom 27 Co dikelompokkan sebagai berikut:(1s 2 ) (2s 2 , 2p 6 ) (3s 2 ,3p 6 ) (3d 7 ) (4s 2 ).Z ef terhadap setiap elektron pada 4s:Z ef = Z - = 27 - [(10 x 1,00) + (15 x 0,85) + (1 x 0,35)] = 27 - 23,1 = 3,9Z ef terhadap setiap elektron pada 3d:Z ef = Z - = 27 - [(18 x 1,00) + (6 x 0,35)] = 27 - 20,1 = 6,9Jadi, elektron-elektron 3d merasakan tarikan oleh inti atom dengan muatan positifefektif sebesar +6,9, jauh lebih besar ketimbang yang dialami elektron-elektron 4syang hanya sebesar +3,9; dengan demikian pada proses ionisasi atom Co elektron 4sakan mudah dilepaskan.2b. Menurut Slater konfigurasi elektronik atom 26 Fe dikelompokkan sebagai berikut:(1s 2 ) (2s 2 , 2p 6 ) (3s 2 ,3p 6 ) (3d 6 ) (4s 2 ).Z ef terhadap setiap elektron pada 4s:Z ef = Z - = 26 - [(10 x 1,00) + (14 x 0,85) + (1 x 0,35)] = 26 - 22,25 = 3,75Z ef terhadap setiap elektron pada 3d:1.165

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoZ ef = Z - = 26 - [(18 x 1,00) + (5 x 0,35)] = 26 – 19,75 = 6,25Jadi, elektron-elektron 3d merasakan tarikan oleh inti atom dengan muatan positifefektif sebesar +6,9 untuk Co dan +6,25 untuk Fe, jauh lebih besar ketimbang yangdialami elektron-elektron 4s yang hanya sebesar +3,9 untuk Co dan +3,75 untuk Fe;dengan demikian elektron 4s akan lebih mudah dilepaskan pada proses ionisasikedua atom tersebut. Data lain menurut Tabel 3.8, Z ef = 5,58 atas elektron 4s dan Z ef= 11,86 atas elektron 3d, paralel dengan perhitungan Slater tersebut.3. Data Tabel 3.8 menunjukkan bahwa muatan inti efektif, Z ef , atas orbital 3d selalulebih besar daripada orbital 4s bagi semua unsur-unsur transisi. Data inimenjelaskan kenapa elektron 4s lebih mudah dilepaskan ketimbang elektron 3d padaproses ionisasi.Untuk Soal B1. b, c, d 2. b-b 3. b-a 4. b5. b-b 6. b-a 7. a, b, c, d 8. a, b, c, d9. a-a 10. b-c 11. a, b, c, d, e, f12. a, b, c, d – Sebab kedua elektron menempati tiga orbital p yang ketiganya setingkatenerginya.13. d – Sebab ada 6 elektron pada orbital 3d dan salah satunya menempati salah satudari kelima orbital d yakni pada d xz atau d yz yang keduanya representasi dari m l= ±1.14. d – Sebab keenam elektron terdiri atas 3d 5 dan 4s 1 , dan energi 3d 5 < 4s 1 .15. c – Sebab elektron terluar ion Ti 3+ adalah 3d 1 yang menempati salah satu darikelima jenis orbital 3d yakni 3d xy atau 3d x 2-y2 sebagai representasi m l = ±216. b – Sebab energi orbital (n-1)d < 4s.1.166

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto4. Rambu-rambu Kunci Jawaban Asesmen Kegiatan Belajar-41. Konfigurasi elektronik unsur dengan nomor atom:(a) 13 adalah: [ 10 Ne] 3s 2 3p 1 , atau [ 10 Ne] + 3e; ia berada dalam golongan 13 menurutIUPAC atau 3A model Amerika Utara, dan periode 3.(b) 45 adalah: [ 36 Kr] 4d 7 5s 2 , atau [ 36 Kr] + 9e; ia berada dalam golongan 9 menurutIUPAC atau 8B model Amerika Utara, dan periode 5.(c) 74 adalah: [ 54 Xe] 4f 14 5d 4 6s 2 ; ia berada dalam golongan 6 menurut IUPAC atau6B model Amerika Utara, dan periode 6.2. Jari-jari atom kalium lebih besar daripada kalsium, sebab dengan jumlah kulit yangsama (n = 4), inti atom kalsium yang lebih besar muatan positifnya (+20) menarikelektron-elektronnya lebih kuat daripada muatan positif inti atom kalium (+19) yanglebih kecil.3. Energi ionisasi-pertama atom Si, P, S, dan As berturut-turut adalah: 786,5; 1011,8;999,6; dan 994 kJ mol -1 . Si, P, dan S, ketiganya dalam periode yang sama (3),masing-masing dengan konfigurasi elektronik terluar ….. 3s 2 3p 2 , ….. 3s 2 3p 3 , dan….. 3s 2 3p 4 . Naiknya nomor atom dalam periode berakibat naiknya energi ionisasipertama;akan tetapi faktanya kenaikan tersebut “menyimpang” tidak mulusmelainkan membentuk puncak pada atom P. Penyimpangan ini tentu saja terkaitdengan perbedaan konfigurasi elektron terluar dengan energi tertinggi, yakni pada3p; konfigurasi elektronik “simetris-setengah penuh” bagi atom P, dapat dipahamimenghasilkan stabilitas yang lebih tinggi, dan konsekuensinya memerlukan energi(ionisasi) yang lebih besar untuk mengeluarkan elektron dari atomnya. Unsur P danAs berada dalam golongan yang sama (15), jadi dapat dipahami denganbertambahnya jari-jari atom dari P-As berakibat menurunnya energi ionisasi bagi As.4. Na dan Mg masing-masing mempunyai afinitas elektron (H o / kJ mol -1 ), -53 dan 39;data ini menyarankan bahwa pada proses penangkapan elektron terjadi pembebasanenergi bagi atom Na, tetapi sebaliknya membutuhkan energi bagi atom Mg; ataudengan kata lain atom Na lebih mudah menangkap (satu) elektron ketimbang atomMg. Penangkapan 1 elektron tambahan akan menghasilkan konfigurasi elektronik3s 2 yang “simetris-penuh” bagi natrium, dan 3s 2 3p 1 yang “tak-simetris” bagimagnesium.5. Ne dengan konfigurasi elektronik 1s 2 2s 2 2p 6 penuh, tentu sangat stabil. Penangkapansatu elektron tambahan akan menghasilkan konfigurasi 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 , yang berakibatnaiknya volume (jari-jari) atom yang sangat signifikan (karena bertambahnya kulit);dengan jumlah proton yang tetap tentu saja dapat dipahami bahwa keadaan ini tidakmungkin stabil, jadi diperlukan energi untuk memaksakan proses ini berlangsung,1.167

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartoyang artinya secara termodinamika afinitas elektron (H o ) bertanda positif, 116 kJmol -1 .6. Muatan inti efektif (menurut Slater) terhadap elektron terluar, 2s 2 2p 2 , adalah 3,25bagi C dan 2s 2 2p 3 bagi N sebesar 3,9; jadi terdapat kenaikan Z ef sebesar + 0,65dalam periode, C - N. Pada proses penangkapan 1 elektron akan dihasilkankonfigurasi elektronik 2s 2 2p 3 bagi C - dan 2s 2 2p 4 bagi N - ; ini menghasilkan Z ef ataselektron terluar sebesar 2,9 bagi C - dan 3,55 bagi N - ; lagi-lagi ini menghasilkankenaikan yang sama, + 0,65, sebagaimana atom netralnya, sebab penangkapan 1elektron menempati orbital sekelompok pada kedua atom ini. Dengan demikian Z efnampaknya tidak berperan dalam menentukan nilai afinitas elektronnya. Oleh sebabitu perbedaan afinitas elektron yang sangat mencolok (-122 kJ mol -1 untuk C dan 7 kJmol -1 untuk N) tentu disebabkan oleh faktor lain, yakni “kesimetrian setengahpenuh”konfigurasi elektronik terluarnya. Sekalipun hanya dengan Z ef rendah,konfigurasi elektronik simetri setengah-penuh bagi C - tentu relatif stabil, justrumembebaskan energi (-122 kJ mol -1 ) pada penangkapan elektronnya; dan sebaliknya,konfigurasi elektronik simetri setengah-penuh bagi atom N tentu relatif stabilsehingga membutuhkan energi (+7 kJ mol -1 ) untuk memasukkan elektron ekstra kedalam atomnya.7. Satu-satunya elektron valensi atom unsur 19 K dan 29 Cu adalah 4s 1 . Jadi andaikatasatu-satunya elektron atom hidrogen sudah berada dalam orbital yang sama, 4s 1 ,maka energi ionisasinya menjadi lebih rendah, dan menurut Ritz dapat dihitungsebagai berikut:1= 1/ = R H (2n11-2n2) cm -1 , dengan n 1 = 4 dan n 2 = ∞, diperoleh:= 109737 cm -1 x 1/16 = 6858,56 cm -1 = 6858,56 cm -1 /8065,5 cm -1 eV= 0,850 eV.Nilai ini sangat berbeda, jauh lebih rendah daripada atom K (4,34 eV) dan bahkanCu (7,73 eV). Tentu saja faktor utama pembedanya adalah muatan intinya, sebabelektron valensi 4s 1 yang (akan) dilepaskan ini terikat oleh muatan inti yangberbeda-beda. Z ef atas elektron valensi ini adalah +1 bagi atom H, [19 - (10x1) –(8x0,85) = +2,2] bagi atom K, dan [29 - (10x1) – (18x0,85) = +3,7] bagi atom Cu.Andaikata energi ionisasi kedua atom ini mengikuti rumusan ”ideal” (persamaan3.8):( Z )E ionisasi = (2n2) 13,6 eV, maka diperoleh:1. (2,2) 2 /4 2 x 13,5 eV = 4,14 eV bagi K, sangat dekat dengan data percobaan, dan2. (3,7) 2 /4 2 x 13,5 eV = 11,64 eV bagi Cu, berbeda jauh dari data percobaan.1.168

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. SugiyartoAdanya perbedaan perhitungan yang relatif besar bagi Cu menyarankan bahwarumusan perhitungan Z ef masih perlu diperhalus.8. Kelemahan-keunggulan TPU Gambar 4.1a-g berdasarkan bentuknya:Kelemahan/KeunggulanTPU Gambar 4.1a-g1. Urutan nomor tidak meloncati kotak, 4.1f dan 4.1g2. Tiap kotak hanya berisi satu unsur 4.1f dan 4.1g3. Penempatan unsur dalam golongan Kecuali 4.1b; 4.1f (kecuali He)tepat dan mudah dilihat4. Penempatan unsur dalam golongan Terjadi perbedaan label A-B pada modelkurang tepatAmerika Utara vs Eropa5. Penempatan unsur dalam periode Kecuali 4.1f (tiap baris dalam tabel tidaksesuai dengan jumlah kulitmenggambarkan periode yang sama)6. Terjadi perbedaan pemberian label 4.1b-c-dA-B pada golongan7. Penomoran golongan mudah dilihat Kecuali 4.1f, 4.1g8. Unsur-unsur dalam kelompok s, p, d, 4.1f, 4.1gdan f sangat jelas tempatnya............................................................... .........................................................................1.169

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyarto5. Rambu-rambu Kunci Jawaban Asesmen Kegiatan Belajar-51. Diagram struktur Lewis (elektron-dot) untuk: PF 5 , [PO 4 ] 3- , [SF 5 ] - , dan [SO 4 ] 2- :*** F*****F**** F* *PF* *****F*****O* *** *** O P O*** ** * O * **3*** F*****F**** F* *S****F*****F*****O* *** **O S O**** **O* * **2. PF 5 . Molekul ini mengadopsi geometri trigonal bipiramid menurut VSEPR, danmengadopsi hibridisasi sp 3 d.[PO 4 ] 3- . Ion ini mengadopsi geometri tetrahedral menurut VSEPR, dan mengadopsihibridisasi sp 3 .[SF 5 ] - . Atom pusat ion ini memiliki 6 pasang elektron yang tertata dalam bangunoktahedron menurut VSEPR, namun karena ada sepasang elektron non-ikat, makahasilnya adalah bentuk piramida segiempat.[SO 4 ] 2- . Ion ini mengadopsi geometri tetrahedral menurut VSEPR, dan mengadopsihibridisasi sp 3 .3. Struktur asam nitrat HNO 3 yang mempunyai jarak ikatan ~ 1,22 Å untuk N–Oterminal,dan ~ 1,41 Å untuk N–OH, dan ion nitrat dengan kemungkinan bentukresonansinya: (i) ↔ (ii) ↔ (iii), dengan fakta bahwa ketiga ikatan N-O samapanjangnya.2HO N1,41 Å1,22 Å(a)OO130 oOON-1 -1(i)+1 O O-1-1ON(ii)(b)+1 O O+1ON(iii)-1O-1Struktur asam nitrat (a) dan resonansi ion nitrat (b)4. Ion tiosianat (SCN) - mempunyai struktur elektronik terluar sebagai berikut:+1 0 -2-1 0 0 0 0 -1** ****** **S C N S C N ** S C N*** ****** **(a) (b) (c)Bentuk (a) menghasilkan muatan formal yang paling besar walaupun atom N lebihelektronegatif ketimbang S dan C yang keduanya relatif sama; bentuk (b) dan (c)1.170

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur….Kristian H. Sugiyartomenghasilkan muatan formal yang sama rendahnya, namun karena atom N lebihnegatif ketimbang atom S maka diduga bentuk (c) paling stabil.5. Geometri tetrahedron regular dalam kubus, keenam sisinya berupa diagonal mukayang saling bersilangan ABCD atau 1-2-3-4 (Bambar X), dan keempat ikatantetrahedron panjangnya sama yakni setengah panjang diagonal ruang kubus yangbertemu di satu titik “pusat” kubus (E). Jadi, jika panjang rusuk kubus adalah a(misalnya B-4), maka, panjang diagonal muka adalah a√2 (ini adalah panjang sisitetrahedron, misalnya CD); panjang diagonal ruang adalah a√3 (misalnya D-E-2),setengahnya ini (½ a√3) adalah panjang ikatan tetrahedron (misalnya DE).3Cz +FD4C½ a√2F½ a√2DEx + y +2BA 1a½ a½ a√3½E(a)(b)Gambar X Kerangka tetrahedron ABCD dalam kubus dengan rusuk aJika kita buat segitiga siku-siku pada F (misalnya DFE) dengan sisi miring DE(adalah panjang ikatan tetrahedron, ½ a√3), maka kedua sisi siku-sikunya adalah DF(setengah diagonal muka yakni, ½a√2) dan satunya FE (setengah panjang rusukadalah ½ a). Oleh karena itu setengah sudut ikatan tetrahedron (misalnya CED), ,dapat dihitung melalui rumusan:sin ½ = DF/DE = (½a√2) / (½ a√3) = √2/√3 = 0,816;maka ½ = 54,75 0 , dan = 109,5 0 .6. Atom unsur Y dengan nomor atom 20 mempunyai konfigurasi elektronik [Ar] 4s 2dan Z dengan nomor atom 17 mempunyai konfigurasi elektronik [Ne] 3s 2 3p 5 . Makadalam Tabel Periodik Unsur menurut IUPAC, atom unsur Y terletak dalam Periode 4dan golongan 2 (atau Golongan IIA model Amerika Utara) sedangkan atom unsur Zdalam periode 3 dan Golongan 17 (atau golongan VIIA model Amerika Utara). Olehkarena Y mempunyai kecenderungan elektropositif tetapi Z cenderungelektronegatif, maka senyawa yang dibentuk dari keduanya cenderung ionik dengankemungkinan rumus molekul YZ 2 .1.171

BAHAN AJAR PPGSTOIKIOMETRI KIMIA DANLARUTAN ASAM BASADisusun oleh :Drs. I Made Sukarna, MSiJurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNYJURUSAN PENDIDIKAN KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA2011

PRAKATABahan Ajar PPG ini disusun untuk dijadikan rujukan atau pegangan mahasiswayang menempuh Pendidikan Profesionalisme Guru untuk mendapatkan SertifikatPendidik. Penyusun mengharapkan Bahan Ajar ini dapat menata kembali konsepkonsepkimia yang telah diperoleh pada Pendidikannya di S1 baik Program StudiPendidikan maupun Nonpendidikan dan meningkatkan wawasannya tentang konsepkonsepkimia kemudian menyusunnya kembali sebagai Bahan Ajar untuk SiswaSekolah Menengah.Penyusunan Bahan Ajar ini di samping didasarkan pada pengalaman memberikuliah, juga dari membaca pustaka kimia baik dalam bahasa Indonesia maupun bahasaasing (Inggris). Penyusun tidak akan dapat menyusun Bahan Ajar ini tanpa bantuanPustaka itu. Konsep, prinsip, contoh, gambar, ilustrasi, dan/atau pemikiran dalamPustaka, yang sesuai dengan pemikiran penyusun, dituangkan pula dalam Bahan Ajarini. Sehingga, tidak menutup kemungkinan di dalam Bahan Ajar ini dijumpai contoh,susunan kalimat, atau gambar.yang sama atau persis sama dengan buku bacaan itu. Halini bukan dimaksudkan untuk menjiplak Pustaka yang dipakai sebagai rujukan, tetapipenyusun takut jikalau mengubah kalimat akan memberikan makna yang lain, demikianpula dengan gambar, penyusun tidak tahu gambar lain selain seperti gambar dalam bukubacaan itu. Melalui prakata ini, penyusun mengharapkan penulis Pustaka, yang bukunyadigunakan sebagai rujukan dalam penulisan Bahan Ajar ini, maklum adanya danmengijinkan sebagian konsep, prinsip, contoh, gambar, ilustrasi, dan/atau kalimat hasilpemikirannya dicantumkan pada Bahan Ajar ini. Trimakasih.Bahan Ajar ini terdiri dari 2 Parwa (chapter). Setiap Parwa hanya disediakanwaktu dua atau bahkan 3 minggu untuk menyelesaikannya. Penyusun menyarankan agarmahasiswa peserta PPG membaca sendiri secara detail dan mengkritisi semua Parwayang ada mengingat mahasiswa peserta PPG telah mendapat ilmu kimia di jenjangpendidikan S1. Pada Parwa 1 (Stoikiometri) lebih ditekankan perhitungan kimia denganmenggunakan factor konversi.Karena dengan factor konversi satuan besaran hasil akanlogis berasal dari satuan besaran asal. Pengalaman menunjukkan bahwa mahasiswaii

umumnya akan salah menyelesaikan suatu hitungan kimia karena tidak memperhatikansatuan besaran. Pada Parwa 2, diberikan konsep asam-basa Bronsted-Lowry sebagaidasar untk menentukan sifat larutan dan keasaman larutan. Dengan konsep asam-basaBronsted-Lowry sifat asam, basa suatu larutan akan logis, demikian juga penentuankeasaman secara kuantitatif.Penyusunan Bahan Ajar ini dapat berjalan dengan lancar dan selesai berkatrahmat dari Tuhan Yang Maha Kuasa dan bantuan dari berbagai pihak baik berupabantuan materiil maupun moril. Penyusun menyampaikan terimakasih yang takterhinggabanyaknya kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahan Alam UNY, JurusanPendidikan Kimia FMIPA UNY, dan Program Studi Pendidikan Kimia FMIPAUNYyang mempercayakan penyusunan Bahan Ajar ini kepada penyusun.Bahan Ajar ini masih jauh dari sempurna, namun penyusun berharap semogaBahan Ajar ini dapat membantu Mahasiswa peserta PPG atau pembaca peminat ilmukimia pada umumnya dalam memahami ilmu kimia secara lebih baik. Kritik dan saransangat diharapkan demi kesempurnaan Bahan Ajar ini.Menyusun Bahan Ajar Kuliah atau Buku Ajar tidaklah mudah. Untuk itu bagisiapa saja (kecuali penyusun) yang memerlukan Bahan Ajar ini, diharap dengan sangatagar menghubungi penyusun dan tidak mengcopy atau memperbanyak Bahan Ajar iniatau mengubah nama Bahan Ajar ini menjadi nama lain dengan isi sama untuk tujuantertentu, tanpa sepengetahuan atau seijin penyusun. Trima kasih.Yogyakarta, Agustus 2011I Made Sukarnaiii

DAFTAR ISIHALAMAN JUDUL …………………………………………………………PRAKATA…………………………………………………………………..DAFTAR ISI …………………………………………………………………Halamaniiiiv1. STOIKIOMETRI …………………………………………………………… 1A. Pendahuluan……………………………………………………………… 1B. Massa Atom Relatif, dan Massa Molekul Relatif……………………….. 11. Penentuan Massa Atom Relatif ……………………………………… 42. Penentuan Massa Molekul Relatif ……………………………………. 7C. Konsep mol………………………………………………………………. 10D. Stoikiometri ……………………………………………………………… 121. Stoikiometri dengan factor konversi ………………………………….. 122. Stikiometri Penentuan Rumus Kimia Senyawa ……………………….. 173. Stoikiometri Reaksi Kimia …………………………………………… 184. Stoikiometri Reaksi Larutan dan Aplikasinya dalam Analisis Volumetri 28a. Larutan ……………………………………………………………… 28b. Konsentrasi Larutan ………………………………………………… 30c. Pembuatan Larutan kemolaran tertentu …………………………….. 33d. Aplikasiasi Stoikiometri Larutan …………………………………… 37E. Rangkuman ……………………………………………………………… 47F. Soal Latihan………………………………………………………………. 492. LARUTAN ASAM BASA………………………………………………… 66A. Pendahuluan ……………………………………………………………. 58B. Konsep Kesetimbangan Kimia………………………………………….. 591. Tetapan Kesetimbangan …………………………………….……..... 60C. Kesetimbangan Asam-Basa …………………………………………….. 661. Konsep Asam-Basa Bronsted-Lowry ………………………………. 66iv

2. Disosiasi Air ………………………………………………………... 683. Disosiasi Asam-Basa ………………………………………………. 69a. Asam kuat dan basa kuat ……………………………………… 70b. Asam lemah dan basa lemah…………………………………… 70c. Asam poliprotik dan basa poliekivalen………………………… 704. Perhitungan pH dengan pendekatan Asan-Basa Bronsted-Lowry… 73a. pH asam kuat dan basa kuat …………………………………. 73b. pH asan lemah monoprotik …………………………………… 74c. pH basa lemah monoekivalen ………………………………… 75d. pH campuran yang merupakan pasangan asam-basa konyugasi .. 76e. pH asam poliprotik dan basa poliekivalen ……………………. 83D. Rangkuman …………………………………………………………… 92E. Soal Latihan …………………………………………………………… 93DAFTAR PUSTAKA .......................…………………………………………. 96v

1PENDAHULUANIlmu kimia adalah bagian dari Ilmu Pengetahuan Alam (Natural Science)yang mengambil materi (matter) sebagai objek. Yang dikembangkan oleh ilmu kimiaadalah deskripsi tentang materi, khususnya kemungkinan perubahannya menjadibenda lain (tranformation of matter) secara permanen serta energi yang terlibatdalam perubahan termaksud.1.1 Materi dan sifat-sifatnya.Semua benda yang dapat kita lihat dan sentuh, tersusun oleh materi. Materiadalah segala sesuatu yang menempati ruang dan mempunyai massa. Definisi inilebih menyukai penggunaan massa daripada berat. Massa dan berat sebenarnya tidaksama. Massa suatu benda adalah ukuran ketahanan benda itu terhadap perubahankecepatannya. Berat (weight) merupakan gaya tarik yang dialami suatu bendadengan massa tertentu oleh grafitasi bumi atau benda lain yang lebih dekatdengannya seperti bulan. Coba Saudara jelaskan lebih lanjut perbedaan antara massadan berat (sebutkan pula satuannya) dan cara mengukur massa suatu benda.Materi dikelompokkan atas dasar sifatnya. Sifat materi dapat dibagi menjadi2 katagori yang besar yaitu sifat ekstensif, yang aditif dan tergantung pada ukuranmateri dan sifat intensif, sifat yang non aditif dan tidak tergantung pada ukuranmateri. Dari kedua sifat itu sifat intensif lebih berguna karena zat (substances) akanmempunyai sifat intensif sama walaupun tidak diketahui jumlah (banyak) zat itu .Perlu diketahui pula bahwa istilah zat sering digunakan dalam ilmu kimia. Istilah zatbiasanya dipakai untuk menyatakan materi yang menyusun suatu benda. Sebagaicontoh, balok es disusun oleh zat yaitu air. Tentunya benda yang lebih kompleksakan tersusun oleh beraneka ragam zat. Contoh sifat ekstensif adalah massa danvolum zat karena jumlah zat bertambah maka massa dan volum akan bertambah.Contoh sifat intensif adalah titik leleh (melting point) dan titik didih (boiling point),kerapatan (density). Kerapatan (density) adalah perbandingan massa terhadap volum.Air memiliki kerapatan 1 gr cm -3 , ini berarti 1 gram air akan menempati volum 1Pendahuluan 1

cm 3 . 20 gram air akan menempati volum 20 cm 3 , tetapi kerapatan air tetap 1 gr cm -3 .Sifat materi yang erat hubungannya dengan kerapatan adalah massa jenis (spesifikgravity) atau kerapatan relatif. Massa jenis adalah perbandingan kerapatan zatterhadap kerapatan zat standar (reference substance) seperti air. Oleh karenakerapatan air 1 g cm -3 , maka nilai massa jenis sama dengan kerapatan, hanya massajenis tidak bersatuan.Sifat materi dapat pula dibedakan atas sifat fisika dan sifat kimia. Sifat fisikaadalah sifat zat yang tidak dibandingkan dengan zat lain seseperti kerapatan, warna,sifat magnet, massa, volum dsbnya. Sifat kimia adalah sifat yang dinyatakan sebagaimudah sukarnya zat bereaksi dengan zat lain. Misalnya berkarat, reaktivitas.1.2 Unsur (elements), senyawa (compounds), dan campuran (mixtures).Tiga pembagian materi yang merupakan jantungnya ilmu kimia adalah unsur(elements) senyawa (compounds), dan sistem dispersi. Pembagian materi ini dapatdilihat pada Gambar 1.1. Unsur adalah bentuk tersederhana dari materi, yang tidakdapat diuraikan lebih lanjut secara kimia. Senyawa adalah gabungan dua atau lebihunsur dengan perbandingan massa tertentu dan tetap. Coba jelaskan pernyataansenyawa tersebut menggunakan contoh. Sistem dispersi adalah berbagai jenis unsuratau senyawa yang berada bersama membangun materi. Dengan demikian sistemdispersi dengan unsur maupun senyawa berbeda dalam hal penyusunnya. Penyusunsistem dispersi sangat bervariasi dan penyusun ini dapat dipisahkan baik denganproses fisika maupun kimia.Sistem dispersi dapat diklasifikasikan menjadi dispersi homogen dan dispersiheterogen. Dispersi homogen disebut larutan dan mempunyai sifat yang serbasama disemua bagiannya. Oleh karena itu dikatakan bahwa larutan terdiri dari fasa tunggal(single phase). Jadi fasa dapat didefinisikan sebagai bagian dari sistem yangmempunyai sifat dan penyusun yang serbasama. Dispersi heterogen (campuran),tidak mempunyai sifat dan penyusun yang serbasama di semua bagian. Misalnyacampuran air , minyak, dan es. Campuran ini terdiri dari tiga fasa yaitu air (padat),minyak (cair) dan es (padat), yang sangat jelas bidang batas di antaranya. Cobasebutkan contoh campuran yang lain dan bagaimana cara pemisahannya ?.Berdasarkan ukuran diameter partikel, sistem dispersi dapat dikalsifikasikanlagi menjadi dispersi koloidPendahuluan 2

MateriSistemDispersiPerubahanFisika Zat MurniDispersiHomogen(Larutan)DispersiHeterogen(Campuran)SenyawaPerubahanKimia UnsurGambar 1.1 Pembagian Materi.yaitu dispersi yang ukuran partikelnya terletak di antara dispersi homogen dengandispersi heterogen ( 2 nm d 200 nm)Senyawa-murni dapat mengalami perubahan fasa : padat menjadi cair ataucair menjadi gas pada suhu tetap. Sebagai contoh, es meleleh pada suhu 0 o C, yaitusuatu suhu yang tetap konstan pada saat air berubah dari padat menjadi cair. Bilacampuran mengalami perubahan fasa, maka umumnya berlangsung pada suatukisaran (range) suhu. Oleh karena itu untuk memisahkan penyusun campuran perludilakukan percobaan terlebih dahulu untuk mengetahui suhu terjadinya perubahanfasa penyusun campuran itu.1.3 Hukum kekekalan Massa dan Hukum Perbandingan TetapAhli kimia Jerman, Becher dan Stahl, pertama kali menyimpulkan darieksperimennya bahwa pembakaran suatu zat (pembakaran kayu, perkaratan besi)disebabkan karena sesuatu yang disebut flogiston (phlogiston). Tetapi AntoineLavoisier (1743-1794) ahli kimia Perancis, yang juga merupakan korban RevolusiPerancis dan di guillotine pada 8 Mei 1794, telah membantah kesimpulan tersebutdan melalui peragaan mengatakan bahwa pembakaran terjadi dari reaksi zat denganoksigen. Dia juga menunjukkan, melalui pengukuran yang sangat hati-hati, bahwabila reaksi dilakukan di dalam ruang tertutup, sehingga tidak ada hasil reaksi yangPendahuluan 3

hilang, jumlah total massa semua zat yang ada setelah reaksi sama dengan sebelumreaksi. Hasil pengamatannya ini dikenal dengan hukum kekekalan massa (the lawof conservation of mass) yang mengatakan bahwa dalam reaksi kimia massabersifat kekal tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Ini merupakansalah satu prinsip kimia yang sangat penting sampai saat ini. Sebenarnya Einsteintelah menunjukkan bahwa ada hubungan antara massa dan energi, yaitu denganungkapan yang sangat terkenal : E = m c 2 . Prubahan energi yang terjadi dalam reaksikimia semestinya diikuti dengan adanya perubahan massa, tetapi perubahan massatersebut terlalu kecil untuk dapat diukur secara eksperimen. Sebagai contoh,perubahan energi yang terjadi pada reaksi 2 gram hidrogen dengan 16 gram oksigensetara (ekivalen) dengan perubahan massa sekitar 10 -9 g. Timbangan analitik yangsensitif hanya dapat mendeteksi perbedaan massa sekitar 10 -6 – 10 -7 g, sehinggaperubahan massa sebesar 10 -9 tidak dapat terukur.Hasil eksperimen Lavoisier, mendorong ahli kimia lain untuk menyelidikiaspek kuantitatif dari reaksi kimia. Penyelidikan Joseph Proust (1754 – 1826)akhirnya medapatkan hukum perbandingan tetap (the law of definite proportions).Hukum perbandingan tetap menyatakan bahwa di dalam suatu zat murni,unsur-unsur penyusunnya selalu mempunyai perbandingan massa tetap. Airmisalnya, perbandingan massa hidrogen dengan oksigennya selalu 1 : 8. Jadi apabila9,0 gram air diuraikan akan terjadi 1 gran hidrogen dan 8 gram oksigen. Apabila 18 gair diuraikan, maka akan terbentuk 2 g hidrogen dan 16 g oksigen. Lebih lanjutapabila 2 gram hidrogen dicampur dengan 8 g oksigen, dan campuran itudireaksikan, maka akan terjadi 9 gram air dan 1 g hidrogen akan tetap sebagai sisasetelah reaksi.Hasil penelitian Proust ini ditentang oleh Claude Berthollet (1748 – 1822),yang berpendapat bahwa penyusun suatu zat tergantung pada bagaimana zat itudibuat. Tetapi saat itu pendapat Berthollet tidak mendapat pengakuan karena sistemanalisisnya masih sangat belum maju dan sampel yang digunakan adalah berupapaduan (alloy) atau campuran yang penyusunnya memang sangat bervariasi. Namunkini, beberapa senyawa dalam keadaan padat diketahui mempunyai penyusun yangsedikit bervariasi dan tidak selalu tetap. Senyawa seperti itu disebut bertolida(berthollides.)Pendahuluan 4

1.4 Teori Atom Dalton.Johm Dalton (1766 – 1844), ahli kimia Inggris mengusulkan teori atom yangdikenal dengan teori atom Dalton. Hipotesis Dalton tentang atom pertama kalidipublikasikan pada kuliahnya tahun 1803 dan dipublikasikan secara lengkap dalambuku A New System in Chemical Philosophy tahun 1808. Isi teori atom Dalton dapatdinyatakan sebagai berikut :.a. Materi terdiri dari partikel-partikel sangat kecil yang tidak dapat dibagi, yangdisebut atom.b. Atom-atom suatu unsur mempunyai sifat yang sama (seperti ukuran, bentuk, danmassa), yang berbeda dengan sifat-sifat atom unsur lain.c. Suatu reaksi kimia hanya merupakan penggabungan, pemisahan, atau pertukaranatom-atom. Atom-atom itu sendiri dalam reaksi kimia tetap ada.Kelompok atom-atom yang terikat menjadi satu kesatuan secara kuat sehinggamembentuk jati dirinya sebagai partikel tunggal, disebut molekul (dari kata Latinyang berarti “partikel kecil”).Dalton mengembangkan simbul untuk menyatakan atom unsur dan dengansimbul ini dia menulis persamaan pembentukan senyawa seperti persamaanpembentukan dua senyawa oksida-karbon berikut ini.++ 2Kedua persamaan itu berdasarkan teori atom Dalton, menggambarkan hukumkekekalan massa, hukum Perbandingan tetap, dan hukum Perbandingan berganda.Teori atom Dalton dapat menjelaskan adanya hukum perbandinganberganda (the law of multiple proportions). Hukum ini menyatakan bahwa biladua senyawa yang berbeda dibentuk oleh 2 unsur yang sama, maka bila massasalah satu unsur dalam kedua senyawa sama, maka unsur lainnya dalam keduasenyawa itu akan mempunyai perbandingan massa sebagai bilangan sederhanadan bulat. Sebagai contoh unsur karbon dan oksigen dapat membentuk dua senyawayaitu karbon monooksida dan karbon dioksida. Pada karbon monooksida, tersusundari 1,33 g oksigen yang bergabung dengan 1 gram karbon dan pada karbondioksida, 2,66 g oksigen bergabung dengan 1,00 g karbon. Perbandingan massaoksigen pada kedua senyawa yang bergabung dengan massa karbon yang tetapPendahuluan 5

KarbonmonooksidaKarbondioksidaKarbondenganberatsamaPerbandingan beratoksigen, 1 :2adalah :1,332,6612. Hal ini sesuai dengan teori atom bahwa bila karbon monooksidaterdiri dari 1 atom oksigen yang terikat dengan satu atom karbon dan karbon dioksidaterdiri dari 2 atom oksigen yang terikat dengan satu atom karbon, maka berat oksigendi dalam molekul karbon dioksida haruslah dua kali massa oksigen di dalam molekulkarbon monooksida. Untuk lebih jelasnya perhtikan Gambar 1.2.Rangkuman.Gambar 1.2 Hukum Perbandingan berganda.Ilmu kimia adalah ilimu yang membahas, khususnya tentang kemungkinanperubahannya menjadi benda lain (tranformation of matter) secara permanen. Sifatmateri dapat dibagi menjadi 2 katagori yang besar yaitu sifat ekstensif yang aditif danPendahuluan 6

sifat intensif yang non aditif. Disamping itu materi dapat pula dibedakan atas sifatfisika dan sifat kimia.Tiga pembagian materi yang merupakan jantungnya ilmu kimia adalah unsur(elements) senyawa (compounds), dan sistem dispersi.Hukum-hukum dasar ilmu kimia adalah hukum kekekalan massa, hukumperbandingan tetap, dan hukum perbandingan berganda. Senyawa yang menyimpangdari hukum kekekalan massa disebut bertolida. Hukum-hukum dasar ilmu kimia inidapat dijelaskan dengan tori atom Dalton.Soal Latihan.1.1. Sebutkan perbedaan antara sifat ekstensif dan intensif dan berikan contohnya,kalau bisa berikanlah contoh yang berbeda dengan yang ada dalam diktat ini.1.2. Sebutkan perbedaan antar kerapatan dengan kerapatan jenis, serta berikansatuannya.1.3. Mengapa massa digunakan untuk menyatakan jumlah materi di dalam suatuobjek, bukannya berat ?.1.4. Sebutkan perbedaan antara : (a). Unsur dan senyawa (b). Atom dan molekul (c).Campuran homogen dan heterogen (d) senyawa dan unsur.1.5. Nyatakan dengan kata-kata sendiri hukum : Kekekalam massa; Perbandingantetap; Perbandingan berganda.1.6. Dua sampel magnesium oksida dianalisis. Sampel pertama mengandung 1,52gram magnesium dan 1,00 gram oksigen. Sampel kedua mengandung 4,56 grammagnesium dan 3,00 gram oksigen. Apakah hasil analisis ini mematuhi hukumPerbandingan tetap (hukum Proust) ?.1.7. Timah membentuk dua senyawa oksida. Senyawa pertama mengandung 1,35gram oksigen setiap 10 gram timah dan senyawa kedua mengandung 2,70 gramoksigen setiap 10 gram timah. Tunjukkan bahwa hasil ini mematuhi hukumPerbandingan berganda (hukum Dalton).1.8. Gambarkanlah dengan kata-kata bahwa teori atom Dalton menjelaskan (a)hukum kekekalan massa (b) hukum Perbandingan tetap (c) hukum Perbandinganberganda.Pendahuluan 7

1. STOIKIOMETRIA. PendahuluanIstilah stoikiometri berasal dari bahasa Yunani yaitu stoicheon yang berarti unsur(element) dan metron yang berarti pengukuran (measure). Jadi stoikiometri menunjuk padahubungan kuantitatif antara reaktan dan produk dalam reaksi. Stoikiometri dapat dikatakanpula sebagai hitungan (aritmatika) ilmu kimia. Pada Parwa ini, sebelum melakukan hitungankimia, terlebih dahulu akan dibahas tentang massa atom relatif dan massa molekul relatif, dankonsep mol. Secara rinci, setelah membaca Parwa ini diharapkan Sdr dapat menguasai hal-halsebagaimana diuraikan pada Kompetensi Dasar dan Indikator sebagai berikut ini.Kompetensi DasarMemahami cara penentuan massa atom dan massa molekul relatif dengan spektrometermassa dan melakukan perhitungan kimia dengan pendekatan faktor konversi sertaperhitungan kimia dalam analisis volumetri.Indikator1. Menghitung massa atom relatif suatu unsur dari kelimpahan relatif isotopnya atauspektrum massanya.2. Melakukan perhitungan kimia dengan menggunakan konsep mol dalam suatu rumuskimia, persamaan reaksi kimia, dengan pendekatan faktor konversi.3. Menentukan rumus empiris dan molekul suatu senyawa dari komposisi unsur-unsurnya .4. Medefinisikan berbagai besaran konsentrasi.5. Mengubah besaran konsentrasi ke besaran konsentrasi yang lain.6. Membuat larutan dengan konsentrasi tertentu.7. Melakukan perhitungan kimia menggunakan volume dan konsentrasi larutan-larutan8. Melakukan perhitungan volumetri pada titrasi asam-basa9. Melakukan perhitungan volumetri pada titrasi redoks.B. Massa Atom Relatif dan Massa Molekul RelatifMateri adalah segala sesuatu yang mempunyai masa dan volum. Teori atom Daltonmengatakan bahwa bagian terkecil dari materi adalah atom. Atom dengan demikianmempunyai massa. Teori atom Dalton sangat memacu penelitian mencari massa satu atom8

suatu unsur. Bagaimanakah menentukan massa satu atom suatu unsur dan bagaimanakahsatuannya?Ahli kimia John Dalton pertama kali menyarankan massa satu atom hidrogen sebagaisatu satuan massa atom. Francis Aston, penemu spektrometer massa, menggunakan 1/16 darimassa satu atom oksigen-16 sebagai satu satuan massa atom. Sehingga sebelum tahun 1961ahli fisika mendefinisikan satu satuan massa atom (sma) (the physical atomic mass unit(amu)) sebagai 1⁄16 dari massa satu atom oksigen-16. Namun ahli kimia mendefinisikan satusatuan massa atom sebagai 1⁄16 dari massa rata-rata isotop atom oksigen. Jadi sebelum tahun1961 ahli-ahli fisika dan ahli-ahli kimia menggunakan simbul sma (amu) sebagai satu satuanmassa atom dengan harga sedikit berbeda. Satuan lama ini kadang-kadang sekarang masihdijumpai dalam literatur ilmiah. Tetapi standar satuan massa atom yang diterima sekarangadalah satuan massa atom yang diseragamkan (the unified atomic mass unit) dengan simbul u(symbol u), dengan: 1 u = 1,0003179 sma (amu) skala fisika (physical scale) dan 1 u = 1,000043 sma (amu) skala kimia (chemical scale). Kedua satuan massa atom terdahulu harganyalebih kecil daripada satuan massa atom yang telah diseragamkan (the unified atomic massunit), yang telah diadopsi oleh IUPAP (the International Union of Pure and Applied Physics)pada tahun 1960 dan oleh IUPAC (the International Union of Pure and Applied Chemistry)pada tahun 1961. Sejak tahun 1961, satu satuan massa atom didefinisikan sama denganseperduabelas (1/12) dari massa satu atom karbon-12 yang tidak terikat, dalam keadaan diam(at rest), dan dalam tahana dasar (ground state). Dengan demikian dapat dipahami bahwamassa satu atom larbon-12 adalah tepat 12 u.Berdasarkan keterangan di atas, massa satu atom suatu unsur saat ini ditetapkandengan membandingkannya terhadap standar tertentu yaitu standar atom karbon-12 denganmassa 12 u tepat. Sehingga istilah yang tepat untuk massa satu atom suatu unsur adalahmassa atom relatif dengan simbul A r dengan tanpa satuan. Sesuai dengan standar karbon-12, maka massa atom relatif suatu unsur adalah massa rata-rata suatu atom unsurberdasarkan kelimpahan nuklidanya, relatif terhadap massa satu nuklida karbon-12yang tidak terikat, dalam keadaan diam (at rest), dan dalam tahana dasar (ground state.Adakah hubungan antara massa atom dengan satuan u dengan satuan massa yangtelah dikenal yaitu gram ? Massa satu atom karbon-12 ditetapkan 12,00 u tepat dan telahdidapatkan bahwa massa satu atom karbon-12 adalah 1,9926786 x 10 23 gram. Dengandemikian seperduabelas dari massa satu atom karbon-12 dalam gram ini sama dengan 1u.9

Jadi, 1 u =1 23 24x 1,9926786 x 10 gram 1,660566 x 10 gram. Jadi jelaslah bahwa satuan12massa atom ada hubungannya dengan satuan massa yang telah dikenal yaitu gram. Besaranmassa dengan demikian mempunyai 2 satuan yaitu u dan gram. Bila membicarakan massasatu atom, satuan yang sering digunakan adalah u. Sebagai contoh massa satu atom karbonadalah 12,00 u. Pada literatur biokimia dan biologi molecular (khususnya buku-buku rujukanuntuk protein) satu satuan massa atom yang digunakan adalah dalton dengan simbul Da.Oleh karena protein adalah molekul yang besar, maka satuannya dinyatakan sebagaikilodaltons, atau "kDa". Satu kilodalton sama dengan 1000 dalton.Satuan massa yang diseragamkan (u), atau dalton (Da) atau kadang-kadang disebutjuga sebagai satuan massa yang universal (universal mass unit), adalah suatu satuan massayang kecil yang digunakan untuk menyatakan massa atom dan massa molekul.Berdasarkan harga 1 u tersebut, massa atom relatif (Ar ) suatu unsurdidefinisikan sebagai bilangan yang menyatakan angkabanding antara massa rata-rata1satu atom unsur itu dengan massa satu atom karbon-12 yang tidak terikat, dalam12keadaan diam (at rest), dan dalam tahana dasar (ground state.Definisi massa atom relatif itu dapat dituliskan sebagai berikut ini.massa rata - rata atom unsurA r =1x massa satu atom karbon -1212Berdasarkan definisi itu dapat dipahami bahwa bila massa rata-rata atom unsur dapatditentukan, maka massa rata-rata atom unsur itu merupakan A r atom unsur itu. Mengapamassa atom unsur dinyatakan dengan massa rata-rata atom unsur itu?Di alam ini, tidak ada materi yang ukurannya (massa) sama. Ada materi yang besardan ada materi yang kecil. Materi yang sejenis pun ukurannya (massa) dapat tidak sama.Sebagai contoh, telur ayam ada yang besar dan ada yang kecil. Bila ada 2 telur ayam yangukurannya (massa) tidak sama maka massa kedua telur ayam itu disebut sebagai massa rataratadan yang tentunya dapat ditentukan. Demikian pula bila ada 6 telur ayam massanyamasing-masing a gram dan 4 telur ayam massanya masing-masing b gram, maka massa rataratake 10 telur ayam itu dapat ditentukan. Coba tentukan massa rata-rata ke sepuluh telurayam itu.Atom-atom suatu unsur pun massanya tidak sama. Penentuan massa rata-rata atomsuatu unsur tidak sesederhana sebagaimana penentuan massa rata-rata telur ayam.10

Bagaimanakah penentuan massa rata-rata atom suatu unsur yang merupakan massa atomrelatif atom unsur itu?1. Penentuan massa Atom Relatif dengan Spektometer massa (Mass Spectrometer, MS)Massa atom relatif dapat ditentukan dengan menggunakan spektrometer massa.Gambar 1 berikut ini menunjukkan diagram sederhana dari spektrometer massa.Gambar 1. Diagram spektrometer massaPrinsip kerja spektrometer massa adalah sebagai berikut ini. Suatu sampel unsurtertentu diletakkan di ruang penguapan (vaporisasi), di tempat itu sampel diuapkan menjadiatom-atom gas. Atom-atom gas tersebut kemudian diionisasikan dengan menggunakanpemanas di ruang ionisasi sehingga atom-atom gas menjadi ion-ion positif. Di ruangakselerasi, ion-ion positif di akselerasi menggunakan medan listrik ke arah plat Y. Medanlistrik ini dihasilkan oleh suatu tegangan tinggi di antara plat X dan Y. Ion-ion positifkemudian dibelokkan oleh medan magnet. Ion-ion dengan massa kecil paling mudahdibelokkan dan akan jatuh pada detector mendekati A. Ion-ion dengan massa lebih besar sulitdibelokkan dan jatuh pada detector mendekati B. Hubungan jari-jari gerakan melingkar ionionpositif dengan angkabanding massa ion positif terhadap muatannya ( em ) adalah :Di sini,meme2 2H r . ……………………………………………….....…. (1.1)2E= angkabanding massa partikel terhadap muatannya, H = kekuatan medanmagnet, dan E = perubahan voltase untuk mempercepat ion.11

kelimpahanPersamaan 1.1 menandaskan bahwa em ion positif berbanding lurus terhadap jari-jarigerakan. Ion positif dengan hargam berbeda akan menempuh jalan lingkar yang berbedaedan akan jatuh pada detector di tempat yang berbeda. Ion positif denganmesama, akanmelalui jalan yang sama dan akan jatuh pada detektor di tempat yang sama. Partikelbermuatan yang jatuh pada detektor akan dinetralkan oleh elektron sehingga menimbulkanarus dan dicatat sebagai puncak-puncak pada kertas grafik yang berupa spektra massa dariunsur. Semakin banyak elektron yang diperlukan untuk menetralkan partikel positif, semakinbanyak arus yang timbul sehingga puncak yang dihasilkan akan lebih tinggi. Jadi jumlah arusyang diperlukan sebanding dengan jumlah muatan positifpartikel. Ketinggian puncakpuncakyang tergambar pada spektra massa menunjukkan kelimpahan ion-ion positif yangada. Spektra mssa dari unsur dapat dilihat pada Gambar 2. Dalam praktik, detektor ion dijagadalam posisi tepat. Medan magnet divariasi sehingga ion-ion dengan massa yang berbeda tibapada detektor pada waktu yang berbeda. Suatu pompa diperlukan dalam spectrometer massauntukmempertahankankevakuman di bagiandalamspektrometermassa karena setiapmolekul udara yangmasih ada di bagiandalam akan menghalangigerakan dari ion-ion.Dalam praktik, komputerjuga akan mencetakmassa tiap atom suatuunsur dengan tepatbeserta kelimpahannyamasing-masing. Denganspektrometer massadapat ditentukan bahwasuatu unsur mempunyai53 54 55 56 57 58 59massa relatif (m/e)Gambar 2. Spektra massa unsur besi12

Tabel 1Massa Relatif Isotop dan KelimpahanBesiUnsurIsotop Massa Relatif Isotop PersentaseKelimpahan54 Fe 53.9396 5.8256 Fe 55.9349 91.6657 Fe 56.9354 2.1958 Fe 57.9333 0.33atom yang massanya berbeda. Atomatomunsur yang sama, yang massanyaberbeda itu yang dikenal dengan isotop.Isotop besi yang diproleh denganspektrometer mass dapat dilihat padaTabel 1. Informasi pada Tabel 1 dapatdigunakan untuk menghitung massaatom relatif (A r ) dari besi.A r besi ==(massa relatif54 (massa relatifFe x kelimpahan) (massa relatif57Fe x kelimpahan) (massa relatif10056Fe x kelimpahan)58Fe x kelimpahan)( 53,94 x 5,82) (55,94 x 91,7) (56,94 x 2,19) (57,93 x 0,33)100= 55,8Apakah artinya massa atom relatif besi yang 55,8 terhadap massa satu atom karbon-12 ?. Massa rata-rata atom besi relatif terhadap karbon-12 adalah 55,8 yang berarti bahwarata-rata satu atom besi mempunyai massaPenurunan hubungan :me2 2H r .2E55,812,00atau 4,65 kali massa satu atom karbon-12.Energi kinetik (½mv 2 ) ion positif yang dihasilkan dalam spektrometer massaditentukan oleh voltase (E) yang digunakan untuk mempercepat ion tersebut dan muatan ion(e).½mv 2 = Ee (1.2)Gerakan ion positif dalam spektrometer massa disimpangkan oleh medan magnet sehinggagerakanya melingkar dengan jari-jari r. Gaya interaksi (f) antara medan magnit denganmuatan ion yang bergerak berhubungan langsung dengan kekuatan medan magnit (H), besarmuatan ion (e), dan kecepatan ion (v).f (magnet0 = Hev (1.3)Gaya sentrufigal ion (karena cenderung tetap pada gerakan lurusnya) berbanding lurusdengan massanya dan kuadrat kecepatannya dan berbanding terbalik terhadap jari-jari13

simpangan (r).F (sentrufugal) =mv 2 (1.4)rKedua gaya (f) ini sama karena ion bergerak melalui medan magnet.Hev =mv 2 (1.5)rDari persamaan (1.2) dan (1.5) diperoleh masing-masing harga v dan harga v dari keduapersamaan ini sama.Her 2Eem mKedua sisi dikuadratkan,Akhirnya diperoleh ;2 2 2H e r 2Ee2m mme2 2H r .2E2 Massa Molekul RelatifMolekul-molekul zat yang dianalisis dengan menggunakan spektrometer massa akanmenghasilkan juga ion-ion positif. Ion-ion positif menghasilkan spektrum massa dari ion-ionpositip. Spektrum massa molekul-molekul mengandung 2 tipe garis yaitu suatu garis yangmenunjukkan massa molekul keseluruhan. Garis ini memberikan massa relatif yang palingbesar, dan menunjukkan massa molekul relatif molekul yang bersangkutan. Garis-garis yanglain adalah garis yang menunjukkan pecahan-pecahan (fragmen) dari molekul molekul.Pecahan-pecahan ini dihasilkan pada saat molekul-molekul pecah di dalam spektrometermassa. Spektrum massa dari etanol ditunjukkan pada Gambar 3. Garis dengan massa palingbesar yaitu 46 adalah menunjukkan molekul keseluruhan. Oleh karena itu massa molekulrelatif dari etanol adalah 46. Garis ini memiliki kelimpahan yang sangat kecil karena sebagianbesar molekul telah pecah menjadi fragmen-fragmen di dalam spektrometer massa. Pecahanpecahan(fragmen) dari molekul-molekul etanol, dihasilkan ketika molekul-molekul etanolpecah di ruang ionisasi. Fragmen-fragmen terbentuk ketika satu atau lebih ikatan kovalenpecah dan pemecahannya dapat dilihat pada Tabel 2.Jika satu dari unsur-unsur pembentuk molekul mempunyai 2 isotop atau lebih, makagaris yang muncul pada spektra massanya lebih dari satu garis. Sebagai contoh adalah14

kelimpahanCH3OH + CH3CH2O +CH3CH2 + OH -molekul keseluruhanCH3CH2 +CH 3CH +spektrum massa dari Bromometana, CH 3 Br yang ditunjukkan oleh Gambar 4. Karbonhampir semuanya adalah 12 C dan hidrogen hampir semuanya adalah 1 H. Tetapi bromin terdiridari 79 Br dan 81 Br yang jumlahnya kira-kirasama. Oleh karena itu spektrum massabromometana terdiri dari 2 garis yang disebabkanoleh CH 3 Br + dan massa relatifnya dapat dilihatpada Tabel 3.0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70massa relatif (m/e)Gambar 3. Spektra massa etanolPenentuan massa molekul relatif dari suatumolekul dengan menggunakan spectrometermassa diperuntukkan bagi molekul yang belumdiketahui rumusnya. Apabila molekul telahdiketahui rumusnya maka massa molekul relatifmerupakan jumlah massa atom relatif dari atomatomdi dalam rumusnya. Hal ini sesuaidengan hukum kekekalan massa dari atom-atomyaitu atom-atom yang bergabung membentukmolekul, massa atom relatifnya tidak berubah.Istilah massa molekul relatif hanya tepat untukKelimpahan9496Massa relatif (m/e)Gambar 4:Spektrum massa dariCH 3 BrTabel 3: Massa relatif Ion CH 3 BrIon dalam spektrummassa12 C 1 H 3 79 Br +12 C 1 H 3 79 Br + 94Massarelative9615

Tabel 2 Hasil fragmen dari molekul EtanolIkatan yang putusditunjukkandengan tanda panahFragmen yangdihasilkan padaspektrum massaMassarelatif45312928senyawa kovalen. Tidak tepat untuk senyawa ion kerena molekulnya terdiri dari ion-ion.Seperti senyawa NaCl baik padatannya maupun lelehannya terdiri dari ion natrium dan ionklorida, sehingga tidak tepat disebut molekul natrium klorida. Untuk senyawa ion, massamolekul relatifnya disebut massa rumus relatif dengan lambang sama yaitu M r . Istilahmassa rumus relatif lebih luas pengertianya karena dapat digunakan baik untuk senyawa ionmaupun senyawa kovalen. Dengan demikian massa rumus relatif untuk kalsium klorida,CaCl 2 adalah 1( A r Ca) + 2(A r Cl) = 1(40,1) + 2(35,5) = 111.1. Untuk molekul etana, C 2 H 6massa molekul relatifnya adalah 2(A r C) + 6(A r H) = 2(12) + 6(1) = 30.Berdasarkan massa molekul relatif suatu molekul atau massa rumus relatif suatu rumussenyawa, dapat dipahami bahwa perbandingan massa atom-atom penyusun suatu molekulatau perbandingan massa ion-ion penyusun suatu rumus senyawa sesuai dengan perbandinganmassa atom relatifnya dan perbandingan ini tetap (ingat hunum perbandingan tetap atauhokum Proust). Dengan demikian perbandingan massa C : H dalam etana adalah 2(12) : 6(1)16

= 24 : 6 = 4 : 1. Persentase (%) tiap atom penyusun suatu enyawa dengan demikian dapatdetentukan mengunakan rumus berikut ini.(jumlah atom)(massa tom relatif)% unsur atau ion dalam senyawa 100%…..(1.6)M24Dengan demikian % karbon dalam etana adalah 100% 80%30C. Konsep Mol.Atom atau molekul sangat kecil dan tidak dapat dilihat. Mengambil satu atom suatuunsur yang massanya misalnya 12 u atau mengambil satu molekul yang misalnya massanya30 u (ingat bahwa 1u = 1,6605665 x 10 -24 gram) sangatlah tidak mungkin dilakukan. Dalampraktek sehari-hari yang biasa dilakukan adalah mengambil unsur atau senyawa dalamjumlah yang banyak, yang tentu mengandung banyak atom atau banyak molekul, denganmassa tertentu yang satuannya gram. Misalnya mengambil karbon sebanyak 12 gram (A r C =12), dan pengambillan ini mudah dilakukan dengan cara menimbang. Jadi mengambil zatsesuai dengan A r atau M r zat itu dalam gram sangat mudah dilakukan.Jumlah atom, molekul, atau ion yang terdapat dalam setiap Ar gram atau Mr gram zatadalah sama. Misalnya oksigen, O 2 , sebanyak 32 gram, mengandung jumlah molekul yangsama dengan metana, CH 4 , sebanyak 16 gram. (Hal ini dapat buktikan dengan mengingatbahwa massa 1 molekul O 2 dan CH 4 masing-masing 32 u dan 16 u dan 1u = 1,6605665 x 10 -24 gram). Hanya molekul O 2 lebih besar-besar dibandingkan dengan molekul CH 4 . Dengananalogi yang lebih akrab, bahwa satu lusin telur ayam akan mempunyai massa lebih besardaripada satu lusin telur puyuh. Seperti penjual telur, menghitung telur-telur dengan satuanlusin (atau dengan satuan jumlah yang lain seperti dozen, dsbnya), ahli kimia menghitungjumlah atom-atom, molekul-molekul, atau ion-ion dengan satuan jumlah yang disebut mol(mole). Istilah mol diturunkan dari bahasa latin yang berarti setumpuk. Mol dalam hal iniadalah besaran konsep yang mewakili setumpuk atau sejumlah atom, molekul, ion, ataupartikel-partikel lain. Berdasarkan sistem satuan SI, mol tidak mempunuai satuan, tetapisatuan yang sesuai dengan arti mol itu yaitu jumlah partikel (amount of substance).Sebelum tahun 1959 IUPAP and IUPAC menggunakan oksigen sebagai standaruntuk mendefinisikan mol. Kimiawan mendefinisikan mol sebagai jumlah atom oksigen yangdipunyai oleh 16 gram oksigen, sedangkan fisikawan mendefinisikan mol dengan cara yangsama tetapi hanya mengggunakan nuklida oksigen-16. Kedua organisasi itu pada tahun1959/1960 setuju mendefinikan mol sebagai berikut ini.17r

Menurut Sistem Internasional (SI), satu mol adalah jumlah zat yangmengandung partikel-partikel elementer, sebanyak jumlah atom yang terdapatdalam 0,012 kg (12 gram) karbon-12.Definisi ini diadopsi oleh ICPM (International Committee for Weights and Measures) padatahun 1967, dan pada tahun 1971 definisi itu diadopsi oleh CGPM (General Conference onWeights and Measures) yang ke 14. Pada tahun 1980 the ICPM mengklarifikasi definisi itudengan nendefinikan bahwa atom-atom karbon-12 dalam keadaan tidak terikat dan dalamtahana dasarnya (ground state). Definisi satu mol dengan demikian menjadi sebagai berikutini.Satu mol adalah jumlah zat yang mengandung partikel-partikel elementer,sebanyak jumlah atom yang terdapat dalam 0,012 kg (= 12 gram) karbon-12. ,dimana atom-atom karbon-12 dalam keadan tidak terikat, diam dan dalamtahana dasarnya (ground state).Jumlah partikel (atom, molekul, ion) yang terdapat dalam 0,012 kg (12 gram) karbon-12dikenal sebagai tetapan Avogadro (the Avogadro constant), dengan lambang L dan jumlahpartikel itu ditentukan secara eksperimen (lihat contoh soal no. 7 dan 8). Harga tetapanAvogadro yang telah diterima adalah sebesar 6,02214179(30)×10 23 partikel mol -1 .Berdasarkan definisi tersebut, maka 12 gram C-12 (massa atom relatif 12) mengandung 1 molatom C-12; 32 gram O 2 (massa molekul relatif 32) mengandung 1 mol molekul O 2 .Sebaliknya satu mol atom C-12 massanya 12 gram ; satu mol molekul O 2 massanya 32 gram;dan satu mol NO 2 (g) massanya adalah 46 gram (Mr NO 2 = 46). Hubungan 1 mol zat denganA r atau M r zat ini yang sering digunakan untuk mengubah mol menjadi gram aau grammenjadi mol. Sebagai contoh, berapakah massa dari 2 mol gas NO 2 ?. Penyelesaiannyadengan memakai hubungan 1 mol gas NO 2 dengan M r nya dalam gram. Jadi,1 mol gas NO 2 = 46 gram2 mol gas NO 2 = 2 x 46 gramSebaliknya, berapakah jumlah mol yang terdapat dalam 92 gram NO 2 . Penyelesaiannya tetapmenggunakan hubungan 1 mol gas NO 2 dengan M r nya dalam gram.1 mol gas NO 2 = 46 gram1 gram NO 2 =12mol gas NO46292 gram NO 2 = mol4618

Pengubahan massa (gram) zat menjadi jumlah molnya dengan demikian dilakukan denganmembagi massa (gram) zat dengan A r atau M r . Namun definisi mol bukan massa dibagi A ratau M r .Massa satu mol zat yang sesuai dengan massa atom relatif , atau massa molekulrelatif, atau massa rumus relatif zat itu dalam gram disebut massa molar (molarmass).Massa molar O 2 = 32 gram mol -1 , massa molar NO 2 = 46 gram mol -1 .Besaran mol sangat penting dalam ilmu kimia. Pentingnya mol ini akan dapatdiketahui pada pembahasan stiokiometri. Kerena pentingnya mol itu maka di beberpaSekolah Menengah Atas (SMA) di Amerika Serikat (khususnya Amerika Utara) dan diCanada, mol dirayakan mol sebagai hari mol (Mole Day). Hari mol ini merupakan perayaantidak resmi yang diperingati sehari penuh pada tanggal 23 Oktober antara jam 6:02 pagi dan6:02 sore. Waktu dan tanggal perayaannya diturunkan dari tetapan Avogadro (the Avogadroconstant), yaitu 6.022×10 23 . Hari mol dimulai dari artikel yang dimuat dalam The ScienceTeacher pada awal tahun 1980. Terinspirasi oleh artikel tesebut, Maurice Oehler, pensiunanguru kimia dari Prairie du Chien, Wisconsin, mendirikan yayasan, the National Mole DayFoundation (NMDF) pada 15 Mei 1991. Hari mol dirayakan dengan berbagai aktivitas yangberhubungan dengan Ilmu Kimia atau mol.D. Stoikiometri1. Stoikiometri dengan faktor konversi.Pengetahuan massa atom relatif, massa molekul relatif, atau massa rumus relatif,persaman reaksi serta arti koefisien persamaan reksi, dan konsep mol, sangat penting untukmenghitung jumlah atom atau molekul atau ion, massa senyawa dalam gram, dan molsenyawa yang ikut ambil bagian dalam reaksi.Penyelesaian hitungan kimia yang berkembang saat ini menggunakan pendekatanfaktor konversi.Faktor konversi adalah bagian yang dibentuk dari hubungan sah antarasatuan besaran-besaran.Hubungan besaran yang telah diketahui antara lain,1 mol zat mengandung 6,02 x 10 23 partikel (= tetapan Avogadro);1 mol zat massanya Ar gram atau Mr gram zat itu (= massa molar).19

Bila kita ingat kembali pertanyaan soal diatas, ”berapakah massa dari 2 mol gas NO 2 ” dan”berapakah jumlah mol yang terdapat dalam 92 gram NO 2 ” beserta jawabannya masingmasingdan mengingat juga A r dan M r adalah tidak bersatuan, maka akan tampak jelas adanyakekacauan dari besaran hasil. Bagaimanakah menyelesaikan hitungan kimia agar satuanbesaran hasil sesuai dengan satuan besaran yang diketahui? Penyelesaian hitungan kimiadengan faktor konversi akan menjawab pertanyaan itu.Pertanyaan, ”Berapa massa dari 2 mol zat” , penyelesaiannya dapat dilakukan dengantetap mengingat hubungan 1 mol zat = Ar gram atau Mr gram zat itu. Membagi kedua sisihubungan besaran itu dengan Ar gram atau Mr gram akan diperoleh hubungan sebagaiberikut ini.1 molAr gram atau MrgramAr gram atau Mr gramAr gram atau Mr gram 11 molAr gram atau Mr gramdikenal dengan faktor konversi yang berharga satu. Oleh karenaharganya satu maka kebalikannya yaituAr gram atau Mr gram1moljuga mempunyai harga satu.Jadi faktor konversi tersebut dapat dipakai bolak-balik tergantung pada satuan besaran hasilyang diinginkan. Pengubahan 2 mol zat menjadi gram pada soal tersebut di atas, harus dipilihfaktor konversi sedemikian rupa sehingga satuan besaran hasil adalah gram. Jadi,Massa 2 mol zat = (2 mol zat xAr gram atau Mr gram zat) gram.1mol zat= (2 x Ar) gram atau (2 x Mr) gram.Demikian jg pertanyaan, ”berapakah jumlah mol yang terdapat dalam 92 gram zat” dapatdiselesaikan sebagaimana berikut ini.Jumlah mol untuk 92 gram zat = (92 gram xOleh karena faktor konversi ,9292= ( ) mol atau ( ) molAMrr1 molAr gram atau Mr gram) molAr gram atau Mr gram zat, juga merupakan massa molar zat1mol zatitu, maka penyelesaian soal, ”Berapa massa dari 2 mol zat” di atas, dapat juga dilakukandengan menggunakan massa molar sebagai berikut ini.Massa 2 mol zat = (2 mol zat x A r gam mol -1 zat atau M r gram mol -1 ) gram.20

Demikian juga pertanyan, ”berapakah jumlah mol yang terdapat dalam 92 gram zat” dapatdiselesaikan dengan massa molar sebagai berikut ini.Jumlah mol yang terdapat dalam 92 gram zat =92 gramA gram mol92 gram) mol atau (-M gram mol(-11rr) molBerdasarkan penyelesaian soal itu dengan factor konversi, jelas sekali bahwa satuan besaranyang ditanyakan, logis berasal dari besaran yang diketahui.Contoh 1Berapa gram NaCl ada dalam 0,550 mol NaCl ?Penyelesaian.Contoh 2Faktor konversi untuk mengubah mol ke gram adalah dari hubungan 1 mol NaCl =58,5 gram NaCl (atau dengan kata lain, massa molar NaCl = 58,5 gram mol -1 )Jadi massa (gram) NaCl = 0,550 mol NaCl x58,5 gram NaCl1mol= 32,2 gam NaCl.Dalam 5 mol natrium fosfat (Na 3 PO 4 ), berapa mol jumlah atom Na, P, dan O ?.Penyelesaian.1 molekul Na 3 PO 4 mengandung 3 atom Na, 1 atom P, dan 4 atom O.1 mol Na 3 PO 4 , mengandung 3 mol atom Na, 1 mol atom P, dan 4 mol atom O. Hubunganitu dapat dijadikan sebagai faktor konversi sebagai berikut:1molNa3PO4atau3 mol atom Na3 mol atom Na,1mol Na 3PO 414mol Na3POatau1 mol atom P1molNa3PO4atau4 mol atom O1 mol atom P1mol Na 3PO 44 mol atom O1mol Na 3PO 4,Faktor konversi mana yang akan digunakan tergantung pada satuan bessaran hasil yangditanyakan. Jadi dalam 5 mol Na 3 PO 4 , mengandung :3 mol atom NaAtom Na = 5 mol Na 3 PO 4 x= 15 mol atom Na.1mol Na 3PO 4Atom P = 5 mol Na 3 PO 4 x1 mol atom P= 5 mol atom P1mol Na 3PO 421

Atom O = 5 mol Na 3 PO 4 x4 mol atom O= 20 mol atom O1mol Na 3PO 4Mol Na, P, dan O yang diperoleh tersebut, dapat diubah menjadi gramnya masingmasing,dengan menggunakan massa molar Na, P, dan O, sebagai faktor konversi. CobaSaudara hitung.Contoh 3Berapa gram klorida terdapat dalam 80 gram CaCl 2 ?.Penyelesaian.CaCl 2 merupakan rumus senyawa ion dan dalam satu rumus CaCl 2 itu terdapat 1 ion Ca 2+dan 2 ion Cl - . Dalam 1 mol CaCl 2 terdapat 1 mol ion Ca 2+ dan 2 mol ion Cl - danhubungan itu dapat digunakan sebagai faktor konversi. Sehingga untuk menyelesaian soaldi atas terlebih dahulu harus mengubah 80 gram CaCl 2 menjadi mol CaCl 2 danmenghitung jumlah mol Cl - dalam sejumlah mol CaCl 2 dan kemudian mengubah mol Cl -menjadi gram Cl - . Rangkaian pengubahan itu beserta faktor konversi yang digunakandapat disajikan sebagai diagram sebagai berikut ini.Gram CaCl 2 mol CaCl 2 mol Cl - gram Cl -Massa molarCaCl 2 sebagaifaktor konversi2 mol atom Cl1mol CaCl2faktor konversi-sebagaiMassa molar Cl -sebagai faktorkonversiJadi tahapan perhitungan massa Cl dalam 80 gram CaCl 2 adalah sebagai berikut ini.1mol CaCl2Jumlah mol CaCl 2 dalam 80 gram CaCl 2 = (80 gram CaCl 2 x111gram CaCl1mol CaCl2Jumlah mol Cl dalam (80 gram CaCl 2 x111gram CaCl1mol CaCl2(80 gram CaCl 2 x111gram CaClMassa (gram) Cl = 80 gram CaCl 2 x= 51,12 gram Cl.2x22 mol Cl1mol CaCl 21mol CaCl2111gram CaCl2x) mol CaCl 2 =) mol Cl.2 mol Cl1mol CaCl 2x2) mol35,5 gram Cl1mol ClSoal tersebut dapat puladiselesaikan dengan menggunakan hukum angkabanding tetap(hukum Proust) yaitu angkabandingmassa atom-atom dalam suatu senyawa sesuai22

dengan kelipatan Ar atom penyusun senyawa tersebut. Artinya angkabanding massa Cldalam CaCl 2 terhadap massa CaCl 2 = 2 x Ar Cl : Mr CaCl 2 .Jadi Massa Cl dalam 80 gram CaCl 2 = 80 gram CaCl 2 x2. Stoikiometri Penentuan Rumus Kimia Senyawa.2 x 35,5111= 51,12 gram.Istilah rumus dalam ilmu kimia mengandung berbagai pengertian, yaitu dapatdiartikan sebagai komposisi unsur-unsur; jumlah relatif tiap jenis atom yang ada dalamsenyawa; jumlah sebenarnya tiap jenis atom di dalam molekul suatu senyawa, atau struktursenyawa. Rumus yang menyatakan jumlah sesungguhnya tiap jenis atom yang dijumpaidalam molekul disebut rumus molekul atau rumus senyawa. Bagaimanakah caramenentukan rumus kimia suatu senyawa ?. Untuk keperluan ini diperlukan dua hal pentingyaitu massa molekul relatif dan persen massa tiap unsur penyusun rumus kimia suatusenyawa. Penentuan massa molekul relatif telah dibahas di atas. Bagaimanakah caramenentukan persen massa unsur penyusun suatu senyawa?Ahli kimia menentukan jenis unsur-unsur dan jumlah unsur-unsur itu dalam suatusenyawa (komposisi senyawa) dengan cara eksperimen analisis unsur dan hal itu dilakukandengan menggunakan metoda yang bervariasi. Metoda yang digunakan untuk menentukankomposisi suatu senyawa sangat tergantung pada jenis unsur yang ada dalam senyawa itu.Komposisi senyawa hidrokarbon (senyawa yang terdiri dari H, C, dan O), sebagai salah satucontoh, dapat ditentukan dengn cara analisis pembakaran (Combustion Analysis) yaitudengan membakar senyawa hidrokarbon itu dengan oksigen untuk mengubah karbon menjadikarbon dioksida dan hidrogen menjadi air (Gambar 5). Karbon dioksida dan air daripembakaran itu dikumpulkan dengan absorben dalam tabung-tabung perangkap yangterpisah. Kedua tabung perangkap ditimbang sebelum dan sesudah hidrokarbon dibakar danperbedaan massanya merupakan massa karbon dioksida dan air. Dari massa itu persen massakarbon dan hidrogen dalam hidrokarbon dapat dihitung sedangkan persentase oksigen adalahMagnesium perklorat(Mg(ClO 2 )Gambar 5. Bagan alat analisis hidrokarbon.23

sisanya.Contoh 4.Satu gram sampel hidrokarbon dibakar dengan oksigen berlebihan, menghasilkan 3,03 gramCO 2 dan 1,55 gram H 2 O. Massa molekul relatif hidrokarbon itu adalah 58. Bagaimanakahrumus senyawa hidrokarbon itu?Penyelesaian.Senyawa itu hanya mengandung kabon dan hidrogen. Semua karbon dan hidrogendalam senyawa hidrokarbon diubah menjadi CO 2 dan H 2 O. Perbandingan massa atompenyusun senyawa sesuai dengan perbandingan massa atom relatifnya. Perbandinganmassa C : O : CO 2 dalam CO 2 = 12 : 2(16) : 44 dan perbandingan massa H : O : H 2 Odalam H 2 O = 2(1) : 16 : 18.12Massa karbon dalam 3,03 gram CO 2 = x 3,03 gram = 0,826 gram karbon44Massa hidrogen dalam 1,55 gram H 2 O = 182 x 1,55 gram = 0,172 gran H0,826 gramPersen C dalam senyawa hidrokarbon =1,00 gramx 100% = 82,6 %0,172 gramPersen H dalam senawa hidrokarbon =x 100% = 17,2 %1,00 gramOleh karena rumus senyawa menyatakan jumlah dan jenis atom penyusun senyawaitu, maka massa atau persen massa C dan H yang menyusun senyawa hidrokarbon itudiubah menjadi mol.Mol C = (0,826 gram C xMol H = (0,172 gram H x1 mol C12 gram C1 mol H1gram H) mol = 0,0688 mol C) mol = 0,172 mol HAngkabanding jumlah atom C dan H dalam hidrokarban = 0,0688 : 0,172= 1 : 2,5 = 2 : 5.Jadi rumus senyawa hidrokarbon adalah C 2 H 5 . Rumus ini bukan rumus molekulsebenarnya senyawa hidrokarbon itu, tetapi rumus yang diperoleh dari eksperimen,sehingga disebut rumus empiris (empirical formulas) dan rumus itu merupakanperbandingan jumlah atom yang sederhana. Rumus molekul sebenarnya dapatdiketahui setelah massa molekul relatif ditentukan dengan spektrometer massa. Bila24

massa molekul relatif hidrokarbon itu ternyata adalah 58 maka rumus molekulhidrokarbon adalah C 4 H 10.Senyawa-senyawa yang mengandung unsur-unsur lain dianalisis menggunakanmetode-metode yang analog dengan metode yang digunakan untuk C, H, dan O.Senyawa ionik, tidak mempunyai rumus molekul karena senyawa ion tidak terdiri darimolekul tetapi terdiri dari ion-ion. Rumus senyawa ion umumnya berupa rumus empiris.Seperti NaCl, Na 2 SO 4 adalah rumus empiris.Rumus molekul dapat ditentukan setelah terlebih dahulu ditentukan rumus empirisnyadengan cara eksperimen dan kemudian massa molekul relatifnya ditentukan denganspektrometer massa. Rumus empiris bukan ditentukan dari rumus molekul dan rumusempiris artinya bukan rumus perbandingan atau rumus tersederhana.3. Stoikiometri reaksi kimia.Reaksi kimia merupakan perubahan zat akibat berinteraksi dengan zat lain atau karenapengaruh lingkungan sehingga menjadi zat yang baru. Zat yang bereaksi disebut pereaksi(reaktan) dan zat yang terjadi disbut hasil reaksi (produk). Reaksi kimia dapat dituliskanpersamaannya asalkan rumus kimia reaktan diketahui. Rumus reaktan dan hasil reaksidilengkapi dengan simbul-simbul di belakang rumus zat dalam tanda kurung untukmenyatakan wujud (fasa)nya yaitu (s) untuk fasa padat, ( ) untuk fasa cair, (g) untuk fasagas. Untuk menyatakan larutan zat dalam dalam air, digunakan tanda (aq) dibelakang rumuszat. Masing-masing simbul fasa itu disingkat dari kata asing, solid; liquid; gas; dan aqueoussolution. Jika rumus zat dalam persamaan reaksi tidak disertai dengan tanda fasa, berartireaksi berlangsung dalam larutan air. Jadi persamaan reaksi kimia menyatakan rumus zatkimia yang bereaksi dan zat kimia yang dihasilkan disertai fasenya masing-masing. Sebagaicontoh reaksi pembakaran gas metana menghasilkan gas karbon dioksida dan air,persamaannya dapat dituliskan sebagi berikut ini.CH 4 (g) + O 2 (g) CO 2 (g) + H 2 O(l)Penulisan persamaan reaksi beserta fasa zat-zat yang bereaksi dengan cara seperti,CH 4(g) + O 2(g) CO 2(g) + H 2 O (l) , tidak lazim lagi dilakuan.Pada reaksi kimia berlaku hukum kekekalan zat. Oleh karena itu jumlah atom reaktandan hasil reaksi harus sama. Penyamaan (penyeimbangan atau penyetaraan) jumlah atom inidapat dilakukan dengan menyesuaikan koefisien persamaan reaksi yaitu angka di depanrumus reaktan dan hasil reaksi. Reaksi sederhana seperti di atas dilakukan dengan carapemeriksaan antara jumlah atom pereaksi dengan hasil reaksi (inspection method). Aturan25

umum yang dapat diikuti dalam menyeimbangkan (menyetarakan) persamaan reaksidengan cara ini adalah dengan memulai dari rumus zat yang rumpil (kompleks).Atom/ion, yang menyusun senyawa, disamakan jumlahnya dengan mengatur angka didepan rumus zatyang terlibatdalam reaksi (= koefisien persaman reaksi). Hidrogen danoksigen diseimbaangkan paling akhir. Persamaan reaksi di atas setelah disetarakan menjadisebagai berikut ini.CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(l)Persaman reaksi kimia dengan demikian tidak hanya menyatakan zat apakah yangbereaksi dan terjadi selama reaksi, tetapi menyatakan pula berapa banyak tiap reaktanambil bagian dalam reaksi serta berapa banyak tiap produk terbentuk. Dengan katalain persamaan reaksi kimia merupakan uraian perubahan kimia baik secara kualitatifmaupun kuantitatif.Persamaan reaksi di atas menyatakan bahwa satu molekul gas CH 4 tepat beraksidengan 2 molekul gas O 2 dan menghasilkan 1 molekul gas CO 2 dan 2 molekul H 2 O murni.Dengan kata lain satu molekul gas CH 4 setara (ekivalen) dengan 2 molekul gas O 2 , setara(ekivalen) dengan 1 molekul gas CO 2 , dan setara (ekivalen) dengan 2 molekul H 2 O murni.Kesetaraan atau ekivalensi tersebut dapat dituliskan menggunakan lambang sebagai berikutini.1 molekul CH 4 2 molekul O 2 1 molekul CO 2 2 molekul H 2 OMereaksikan 1 molekul CH 4 dengan 2 molekul O 2 dalam praktek sulit dilakukan. Yangmudah dilakukan adalah mereaksikan sejumlah molekul atau atom yang telah dikenal denganmol. Jadi kesetaraan (ekivalensi) antara zat pereaksi dan hasil reaksi dalam contoh diatas lebih baik dinyatakan dengan kesetaraan (ekivalensi) mol zat yang bereaksi danmol zat hasil reaksi. Dengan demikian maka,1 mol CH 4 2 mol O 2 1 mol CO 2 2 mol H 2 OReaksi kimia dapat digolong-golongkan. Penggolongan ini banyak ragamnya. Salahsatu penggolongan reaksi kimia adalah :a. Reaksi sintesis yaitu pembentukan senyawa dari unsur-unsurnya. Misalnya :Fe(s) + Cl 2 (g) FeCl 2 (s)b. Reaksi metatesis yaitu reaksi pertukaran antar senyawa. Misalnya :Na 2 CO 3 (aq) + CaCl 2 (aq ) CaCO 3 (s) + 2NaCl(aq)c. Reaksi penetralan atau reaksi asam-basa.26

HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H 2 O( )d. Reaksi oksidasi-reduksi (redoks) yaitu reaksi yang mengalami pelepasan elektron danpenerimaan elektron atau reaksi yang mengalami perubahan bilangan oksidasi. Misalnya :K 2 SO 3 (aq) + ½ O 2 (g) K 2 SO 4 (aq).Reaksi-reaksi yang kompleks, yang biasanya berupa reaksi reduksi-oksidasi (redoks)sulit disetarakan dengan cara inspeksi. Untuk menyetarakannya dilakukan cara-cara khusussesuai dengan konsep reaksi redoks itu yaitu dengan cara setengah reaksi ion elektron (ionelectron half-reaction method) dan cara perubahan bilangan oksidasi (change in oxidationnumber method). Disebut cara setengah reaksi ion electron karena persamaan reaksi redoksuntuk menyetarakannya, dipecah menjadi dua, yang masing-masing terdiri dari setengahreaksi oksidasi dan setengah reaksi reduksi.1). Cara setengah reaksi ion electron (ion electron half-reaction method)Misalnya akan disetarakan persamaan reaksi :KMnO 4 (aq) + FeSO 4 (aq) + H 2 SO 4 (aq) → K 2 SO 4 (aq) + MnSO 4 (aq) + Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq) + H 2 O(l)Langkah-langkah yang harus diikuti adalah sebagai berikut ini. Persamaan reaksi diubah menjadi persamaan reaksi ion. Senyawa yang dapat dituliskansebagai ion-ionnya adalah senyawa yang berupa elektrolit kuat dan mudah larut dalam air.Ion yang dituliskan dalam persamaan reaksi adalah ion yang berperanan dalam reaksi yaituion yang tidak sama di kedua sisi persamaan reaksi.MnO - 4 (aq) + Fe 2+ (aq) → Mn 2+ (aq) + Fe 3+ (aq) Persamaan reaksi ion dipecah menjadi 2 persamaan setengah reaksi yaitu setengah reaksioksidasi dan setengah reaksi reduksi.MnO - 4 (aq) → Mn 2+ (aq)Fe 2+ (aq) → Fe 3+ (aq) Jumlah atom pada tiap persamaan setengah reaksi disetarakan. Atom oksigen disetarakandengan menambah H 2 O bila reaksi berlangsung dalam suasana asam dan atom H yangtimbul disetarakan dengan menambahkan ion H + pada sisi lain dari tanda persamaanreaksi. Bila reaksi berlangsung dalam suasana basa, atom oksigen disetarakan denganmenambahkan ion OH - sebanyak 2 kali yang seharusnya diperlukan dan atom H yangtimbul disetarakan dengan menambahkan H 2 O.MnO - 4 (aq) + 8H + (aq) → Mn 2+ (aq) + H 2 O(l)Fe 2+ (aq) → Fe 3+ (aq)27

Jumlah muatan listrik pada tiap setengah persamaan reaksi disetarakan denganmenambahkan electron pada sisi persamaan reaksi yang memerlukan sehingga muatan dikedua sisi persamaan reaksi sama.MnO - 4 (aq) + 8H + (aq) + 5e - → Mn 2+ (aq) + H 2 O(l)Fe 2+ (aq) → Fe 3+ (aq) + 1e - Jumlah elektron yang dilepas dan diterima pada kedua persamaan setengah reaksidisamakan dengan mengalikan setiap persamaan setengah reaksi dengan suatu faktor danfaktor itu sesuai dengan koefisien persamaan setengah reaksi. Kemudian kedua persamaansetengah reaksi dijumlahkan.MnO - 4 (aq) + 8H + (aq) + 5e - → Mn 2+ (aq) + H 2 O(l) (reduksi)(Fe 2+ (aq) → Fe 3+ (aq) + 1e - ) x 5 (oksidasi)MnO - 4 (aq) + 8H + (aq) + 5Fe 2+ (aq) → Mn 2+ (aq) + 5Fe 3+ (aq) + H 2 O(l) Ion-ion yang tidak berperan dalam reaksi redoks, dimasukkan kembali ke dalam kedua sisipersamaan reaksi, maka reaksi redoks itu telah menjadi setara.2KMnO 4 (aq) + 10FeSO 4 (aq) + 8H 2 SO 4 (aq) → K 2 SO 4 (aq) + 2MnSO 4 (aq) + 5Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq)+ 8H 2 O(l)2). Cara perubahan bilangan oksidasi (change in oxidation number method)Bilangan oksidasi (BO atau bilok) dari suatu unsur di dalam suatu senyawa adalahjumlah total elektron yang diperoleh atau dilepas, jika pasangan elektron ikatan dianggapberada pada atom yang lebih elektronegatif, atau dengan kata lain jika senyawa dianggapmenjadi senyawa-ion murni. Berdasarkan batasan ini bilangan oksidasi kation dan anionpenyusun senyawa ionik sama dengan muatannya.Berdasar definisi ini maka dapat diketahui bahwa BO atau bilok atom dalam senyawadiperhitungkan berdasarkan elektronegativitas dan muatan atom-atom penyusun senyawa.• Bila atom penyusun senyawa elektronegativitasnya sama, maka distribusi (pembagian)elektron di antara kedua atom dalam senyawa itu sama dan BO atau bilok atom dalamsenyawa tak dapat dinyatakan dan yang dapat dinyatakan adalah bilok senyawa itu samadengan nol. Misalnya, BO H 2 = nol; Cl 2 = nol.• Bila atom penyusun senyawa elektronegativitasnya tidak sama, maka distribusi(pembagian) elektron di antara kedua atom dalam senyawa itu tidak sama dan dianggapsemua elektron ikatan menjadi milik atom yang lebih elektronegatif dan BO atau bilokatom yang lebih elektronegatif berharga negatif sesuai dengan kelebihan elektron yang28

diperoleh dan atom yang kehilangan elektron, BO atau biloknya berharga positif sesuaidengan jumlah elektron yang hilang.Misalnya, BO H dalam HCl = +1 dan BO Cl dalam HCl = -1. (Coba Jelaskan)BO H dalam H 2 SO 4 = +1, BO O dalam H 2 SO 4 = -8, BO S dalam H 2 SO 4 = +6. (perhatikanbahwa jumlah BO atom-atom penyusun senyawa netral itu = nol).BO SO 4 2- dalam H 2 SO 4 = -2. BO atau bilok ini sama dengan muatannya.BO atom-tom dalam Na 2 SO 4 mudah dihitung karena senyawa ini berupa senyawa ion,yang terjadi dari Na + dan SO 4 2-- . Jadi BO Na dalam Na 2 SO 4 = +1, BO SO 4 dalam Na 2 SO 4= -2.BO O dalam SO 4 2- = -8 dan BO S dalam SO 4 2- = +6 (perhatikan bahwa jumlah BO atompada ion yang bermuatan sesuai dengan muatannya).• Atom yang tidak terikat atau atom bebas, BO atau biloknya dengan demikian sama dengannol. Misalnya BO Fe(s) = nol, BO Ne = nol, dsbnya.BO masing-masing atom pada reaksi : H 2 (g) + Cl 2 (g) → 2HCl(g), dapat ditentukandengan menuliskan harga BO dibawah lambang senyawa sebagai berikut ini.H 2 (g) + Cl 2 (g) → 2H Cl(g)nol nol 2(+1) 2(-1)Penambahan 2 satuan BOPengurangan 2 satuan BODari reaksi itu dapat diketahui bahwa dalam satu reaksi terjadi penambahan dan penguranganBO. Reaksi penambahan BO disebut reaksi oksidasi dan reaksi pengurangan BOdisebut reaksi reduksi. Reaksi oksidasi dan reduksi yang terjadi bersamaan dalam satupersamaan reaksi disebut reaksi oksidasi-reduksi (redoks). Untuk reaksi di atas H 2 (g)adalah reduktan dan Cl 2 (g) adalah oksidan.Berdasarkan pengertian oksidan dan reduktan itu maka, agar ion atau molekul dapat berfungsi sebagai oksidan, maka ion atau molekul tersebutharus mempunyai atom yang dapat berada dalam lebih dari satu bilangan oksidasi danatom di dalam ion atau molekul tersebut bilangan oksidasinya adalah tingkat oksidasi yanglebih tinggi. Kromium mempunyai bilangan oksidasi +6 di dalam Cr 2 O 2- 7 dan bilanganoksidasi +3 di dalam Cr 3+ . Oleh karena itu Cr 2 O 2- 7 dapat berfungsi sebagai oksidan. agar suatu ion atau molekul dapat berfungsi sebagai reduktan, harus mengandung atomyang dapat berada dalam lebih dari satu bilangan oksidasi dan atom di dalam ion ataumolekul tersebut harus ada dalam bilangan oksidasi terendahnya. Belerang mempunyai29

ilangan oksidasi -2 dalam H 2 S dan 0 di dalam S. Oleh karena itu H 2 S dapat berfungsisebagai reduktan.Bila oksidan dan reduktan berada bersama di dalam larutan, maka reaksi reduksioksidasiakan terjadi apabila oksidannya cukup kuat dan reduktannya juga cukup kuat.Oksidan dan reduktan itu dikatakan kuat untuk bereaksi ditentukan oleh kedudukannya dalamtabel potensial reduksi. Zat yang harga potensial reduksinya (E 0 ) lebih besar dari zat yanglain akan bertindak sebagai oksidator. Misalnya, Cr 3+ (aq) + 3e -→ Cr(s) E 0 = - 0,74 Volt danZn 2+ (aq) + 2e - → Zn(s) E 0 = -0,76 Volt, bila Cr 3+ (aq) bereaksi dengan Zn 2+ , maka Cr 3+ akanbertindak sebagai oksidator, sedangkan Zn 2+ sebagai reduktor.Langkah-langkah penyetaraan dengan cara perubahan bilangan oksidasi adalahsebagai berkut ini. Misalnya persamaan reaksi yang akandi setarakan adalah sama denganpersamaan reaksi dengan cara setengah reaksi ion elektron.KMnO 4 (aq) + FeSO 4 (aq) + H 2 SO 4 (aq) → K 2 SO 4 (aq) + MnSO 4 (aq) + Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq) + H 2 O(l) Tandai atom-atom dalam setiap senyawa dalam persamaan reaksi itu, yang bilanganoksidasinya mengalami perubahan, dengan cara menghitung BO atom-atom pada setiasenyawa secara sepintas. Atom yang bilangan oksidasinya berubah adalah Mn dan Fe.KMnO 4 (aq) + FeSO 4 (aq) + H 2 SO 4 (aq) → K 2 SO 4 (aq) + MnSO 4 (aq) + Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq) + H 2 O(l) Setarakan jumlah atom yang mengalami perubahan BO dengan memberikan koefisienpersamaan reaksi, kemudian hitung BO atom yang mengalami perubahan BO.KMnO 4 (aq) + 2FeSO 4 (aq) + H 2 SO 4 (aq) → K 2 SO 4 (aq) + MnSO 4 (aq) + Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq) + H 2 O(l)+7 +4 +2 +6 Jumlah perubahan BO atom pada setiap rumus zat ditentukan.Berkurang 5 satuan BOKMnO 4 (aq) + 2FeSO 4 (aq) + H 2 SO 4 (aq) → K 2 SO 4 (aq) + MnSO 4 (aq) + Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq) + H 2 O(l)+7 +4 +2 +6Bertambah 2 satuan BO Pertambahan dan pengurangan BO disamakan dengan mengalikan dengan suatu factor.Faktor perkalian ini dikalikan dengn koefisien persamaan reaksi yang telah ada.2KMnO 4 (aq) + (2x5)FeSO 4 (aq) + H 2 SO 4 (aq)→ K 2 SO 4 (aq) + 2MnSO 4 (aq) + 5Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq) +H 2 O(l)2KMnO 4 (aq) + 10FeSO 4 (aq) + H 2 SO 4 (aq) → K 2 SO 4 (aq) + 2MnSO 4 (aq) + 5Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq) + H 2 O(l) Jumlah atom lain yang tidak mengalami perubahan BO disetarakan dengan cara inspeksi.Koefisien senyawa yang BOnya berubah tidak boleh diubah lagi.2KMnO 4 (aq) + 10FeSO 4 (aq) + 8H 2 SO 4 (aq) → K 2 SO 4 (aq) + 2MnSO 4 (aq) + 5Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq) +8H 2 O(l)30

Penyelesaian hitungan kimia reaksi kimia, dilakukan dengan pertama-tamamenyetarakan persamaan reaksi. Koefisien persamaan reaksi menyatakan angkabanding molzat yang tepat bereaksi dan hasil reaksi. Angkabanding mol zat yang terlibat dalam reaksi,dapat digunakan sebagai faktor konversi dalam hitungan kimia.Contoh 5.Berapa gram H 2 SO 4 diperlukan untuk menetralkan 150 gram NaOH ?Penyelesaian.Reaksi penetralan : 2NaOH + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + 2H 2 ODari persaman reaksi dapat diketahui bahwa, 2 mol NaOH 1 mol H 2 SO 4 .Untuk menyelesaikan soal tersebut maka gram NaOH harus diubah ke mol NaOHkemudian ke mol H 2 SO 4 , dan akhirnya ke gram H 2 SO 4 , dengan faktor konversi tertentusebagaimana diagram berikut ini.Gram NaOH mol NaOH mol H 2 SO 4 gram H 2 SO 4Massa Molar NaOHKoefisienPersaman reaksiMassa molar H 2 SO 4Massa H 2 SO 4 = (150 gr NaOH x1mol NaOH40 gram NaOHx1molH SO42 mol NaOH2x98 gr H2SO1mol H SO244) gram= 183,375 gram.Jika perhitungan kimia menyangkut reaksi yang berwujud gas, maka menurut hukumpenyatuan volum (hukum Gay Lussac), memperbolehkan untuk menyatakan koefisienpersaman reaksi sebagai angkabanding volum zat-zat yang bereaksi atau angkabandingvolum hasil reaksi, pada suhu dan tekanan tetap. Karena menurut hukum Gay Lussac, padasuhu dan tekanan yang sama, angkabanding volum gas-gas pereaksi dan hasil reaksimerupakan bilangan yang bulat dan sederhana. Bilangan bulat dan sederhana itu adalahkoefisien persamaan reaksi, yang dalam hitungan kimia digunakan sebagai faktor konversi.Contoh 6.Berapa liter gas NH 3 dapat terjadi dari reaksi 10 liter N 2 dengan gas H 2 berlebihan, pada suhudan tekanan sama ?.Penyelesaian.Persamaan reaksi : N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g)Dari persamaan reaksi dapat diketahui bahwa 1 liter N 2 2 liter NH 331

Volum NH 3 yang terjadi = 10 liter N 2 x2 liter NH1liter N23= 20 liter.Jumlah zat yang terlibat dalam reaksi elektrolisis dan reaksi peluruhan zat radioaktifdapat diselesaikan dengan konsep mol dan persamaan reaksi, tanpa pemakaian rumus-rumustertentu. Berikut ini conton-contoh soal yang berhubungan dengan hal itu dan jugamerupakan contoh penentuan tetapan Avogadro secara eksperimen.Contoh 7.Pada elektrolisis larutan perak nitrat dengan listrik sebanyak 641,0 C mengendapkan padakatoda 0,7168 gram perak. Jika muatan satu elektron adalah 1,6021 x 10 -19 C, maka hitungjumlah elektron yang diperlukan untuk mengendapkan 1 mol Ag + .Penyelesaian.Elektrolisis larutan perak nitrat, AgNO 3 (aq), maka pada katoda akan terjadi endapanperak, Ag(s), dengan reaksi: Ag + (aq) + 1e → Ag(s). Dari reaksi itu dapat dipahamibahwa setiap satu mol ion Ag + akan menerima satu mol elektron dan membentuk satumol endapan Ag.Massa molar perak = 107,877 gram mol -1 .1O,7168 gram Ag = 0,7168 gram Ag x 1107,877 gram mol= 0,7168mol Ag.107, 877Jadi 641,0 C mengendapakan0,7168107,877mol Ag.Untuk mengendapkan 1 mol Ag diperlukan listrik sebesar :641,0 C x10,7168107,877mol= 9,644 x 10 4 C mol -1 .Untuk mengendapkan setiap ion Ag + memerlukan satu elektron. Jumlah elektron yangdiperlukan untuk mengendapkan 1 mol Ag= 9,646 x 10 4 C mol -1 1x1911,6021 x 10 C elektron= 6,021 x 10 23 elektron mol -1Harga ini sama dengan jumlah atom Ag dalam 1 mol dan harga inilah yangmerupakan tetapan Avogadro.32

Contoh 8.Radium adalah zat radioaktif dengan memancarkan sinar- (inti helium (2 24He )). Pancaransinar- oleh radium dapat dideteksi dengan detektor (pencacah) misalnya detektor Geiger-Muler. Partikel yang dipancarkan oleh radium dapat dicacah dengan detektor itu dalamsatuan waktu tertentu, dan partikel itu akan segera menangkap elektron menjadi atom helium.Jumlah partikel dapat diukur demikian pula jumlah atom helium.Dalam suatu percobaan 1,0 gram radium memancarkan 2,9 x 10 15 partikel dalam satu hari.Volume yang ditempati oleh helium yang terbentuk dari partikel ini adalah 1,1 x 10 -3 cm 3pada 0 o C dan 1 atm. Massa helium adalah 1,965 x 10 -8 gram. Hitung jumlah atom heliumdalam 1 mol helium.Penyelesaian.1,965 x 10 -8 gram helium mengandung 2,9 x 10 15 atom helium. Helium adalah gasmonoatomik. Massa 1 mol helium = 4,003 gram (= massa molar helium).Mol helium yang = (1,965 x 10 -8 1gram x 14,003 gram mol) =1,965 x 104,0038mol helium dan ini mengandung 2,9 x 10 15 atom helium.Jumlah atom helium dalam 1 mol helium= 2,9 x 10 15 1atom x1,965 x 104,003= 5,9 x 10 23 atom mol -1 .(= tetapan Avogadro)Apabila dalam reaksi kimia jumlah zat yang direaksikan tidak memperhatikankoefisisien persamaan reaksi, maka dapat terjadi bahwa salah satu pereaksi akan kurangdibanding jumlah pereaksi yang lain. Hasil reaksi yang terbentuk sangat tergantung padapereaksi yang lebih sedikit.Pereaksi yang jumlahnya lebih sedikit, yang sangat menentukan jumlah hasilreaksi disebut pereaksi pembatas (limiting reactant).Setelah reaksi sempurna, pereaksi pembatas akan habis sedangkan peraksi yang lain akanberlebihan (excess). Sebagai contoh, perhatikan reaksi antara gas H 2 dan O 2 yang akanmenghasilkan H 2 O sebagaimana Gambar 4. Zat apakah yang merupakan reaksi pembatas?.8mol33

Contoh 9.Untuk mempelajari massa nikel yang bereaksi dengan belerang, maka direaksikan campuran5 gram nikel dan 2 gram belerang disertai pemanasan. Apakah semua nikel diubah menjadinikel sulfida dalam reaksi ini ?.Penyelesaian.Gambar 4. Reaksi antara 10 molekul H 2 dengan 7 molekul H 2 .Persamaan reaksi : Ni + S NiSJumlah mol zat sebelum reaksi :Mol Ni = 5 gram Ni x1mol Ni58,7 gram Ni= 0,0852 mol Ni.Mol S = 2 gram S x1mol S32,1gr S= 0,0623 mol S.Belerang merupakan pereaksi pembatas karena jumlah mol belerang tidak cukupuntuk bereaksi dengan semua nikel (lihat angkabanding mol Ni dan S yang tepatbereaksi dalam persamaan reaksi ). Agar reaksi sempurna (nikel dan belerang setelahreaksi tepat habis), belerang yang diperlukan harusnya 0,0852 mol.Jumlah mol zat setelah reaksi :Mol NiS yang terjadi = 0,0623 molMol Ni sisa = (0,0852 – 0,0623) mol = 0,0229 molJadi tidak semua Ni diubah menjadi hasil reaksi.Hasil reaksi yang dihitung secara teoritis (stoikiometri) dapat tidak sesuai denganhasil reaksi yang diperoleh secara eksperimen. Angkabanding dalam persen (%) antara34

jumlah hasil reaksi secara eksperimen (hasil sebenarnya) dengan jumlah hasil reaksi secarateoritis disebut persen hasil (percentage yield).Contoh 10.Berdasarkan perhitungan secara teoritis (stoikiometri), terbentuk 9,44 gram aluminium oksida(Al 2 O 3 ) dari reaksi aluminium dengan oksigen. Tetapi dari hasil eksperimen (denganpenimbangan hasil reaksi) hanya diperoleh 4,72 gram Al 2 O 3 .Persen hasil =4,72 g Al2O9,44 g Al O233x 100% = 50,0 %.Ini berarti bahwa tidak semua aluminium bereaksi dengan oksigen.4. Stoikiometri Reaksi Larutan dan Aplikasinya dalam Analisis volumetriKebanyakan reaksi kimia dapat berlangsung lebih cepat apabila pereaksi dalambentuk larutan. Sebelum pembahasan stoikiometri larutan akan dibahas terlebih dahulu :larutan, konsentrasi larutan dan cara pembuatannya.a. Larutan (solution) .Zat terlarut (solute) dan pelarut (solvent) adalah dua istilah yang sering dipakaidalam pembahasan larutan. Secara umum, zat yang bagiannya lebih besar di dalam larutandikatakan sebagai pelarut sedangkan zat yang bagiannya lebih sedikit disebut zat terlarut.Tetapi larutan yang mengandung air, selalu dinyatakan air sebagai pelarut walaupunbagiannya dalam larutan itu lebih sedikit. Sebagai contoh, campuran 96% massa H 2 SO 4 dan4% massa H 2 O disebut asam sulfat pekat dan dalam hal ini H 2 O sebagai pelarut dan H 2 SO 4sebagai zat terlarut.Air sangat baik digunakan sebagai pelarut senyawa ion yaitu senyawa yang terbentukdari ion-ion (ion positip dan ion negatif) . Misalnya kristal NaCl, terbentuk dari gabungan ionNa + dan ion Cl - melalui gaya elektrostatik. Jika kristal NaCl dilarutkan dalam air, ion-ionakan dipisahkan (terdisosiasi) menjadi ion-ion yang lebih bebas karena ion-ion itu dalamlarutan dikelilingi oleh molekul-molekul air dan dikenal dengan nama terhidrat. Adanya ionberdampak pada kemampuan air untuk menghantarkan listrik. Zat, seperti NaCl, yangmenyebabkan larutan dapat menghantarkan listrik disebut elektrolit.Pembentukan ion-ion di dalam air tidak hanya terbatas pada senyawa ion. Senyawakovalen yang bereaksi dengan air juga dapat menghasilkan ion-ion dan tentunya larutannyadalam air dapat menghantarkan listrik. Misalnya HCl. Bila gas HCl dilarutkan di dalam airakan terjadi reaksi sebagai berikut ini.35

HCl(g) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + Cl - (aq)Reaksinya terjadi dengan pemindahan proton atau ion hidrogen (H + ) dari molekul HCl kemolekul air menghasilan ion hidronium, H 3 O + , dan ion klorida (Cl - ). Jadi walaupn HClberada sebagai molekul, jika dilarutkan dalam air akan mengasilkan ion-ion dan menjadielektrolit. (HCl murni tidak dapat menghantarkan listrik, jadi tidak menghasilkan ion).Dua contoh elektrolt itu, NaCl dan HCl terdisosiasi sempurna di dalam larutan air dandisebut elektrolit kuat. Sementara itu ada pula elektrolit yang hanya terdisosiasi sangatsedikit dalam larautan air dan disebut elektrolit lemah, seperti asam asetat.Senyawa elektrolit kuat di dalam larutan selalu berada sebagai ion-ionnya. Olehkarena itu, reaksi kimia yang melibatkan elektrolit kuat persamaan reaksinya biasanyadinyatakan dengan persamaan reaksi ion (persamaan ion). Persamaan ion dibuat denganmenguraikan senyawa-senyawa yang ada di dalam larutannya, menjadi ion-ion penyusunnya.Senyawa-senyawa yang dalam larutannya berada sebagai ion adalah senyawa mudahlarut, yang berupa elektrolit kuat. Senyawa seperti itu adalah sebagai berikut ini.1) Semua garam-garam yang mudah larut. Berdasarkan pengamatan laboratorium, garamgarammudah larut itu adalah :• Nitrat (NO - 3 ), klorat (ClO - 3 ), dan asetat (CH 3 COO - ) dari semua logam (misalnyaNaNO 3 , KClO 3 , CH 3 COONa).• Semua garam karbonat (CO 2- 3 ), fosfat (PO 3- 4 ), borat (BO 3- 3 atau BO - 2 ), sulfat (SO 2- 4 ),kromat (CrO 2- 4 ), dan arsenat (AsO 3- 4 ) dari logam natrium, kalium, dan amonium(NH + 4 ).• Klorida (Cl - ), bromida (Br -- ), dan iodida (I - ), semua logam, kecuali timbal, perak, danraksa(I).• Sulfat (SO 2- 4 ) dari semua logam kecuali timbal, raksa(I), barium, dan kalsium.• Sulfida (S 2- ) dari logam barium, kalsium, magnesium, natrium, kalium, danamonium.2) Semua logam hidroksi yang mudah larut yaitu hidroksida (OH - ) dari natrium, kalium,dan amonium.3) Asam-asam kuat : H 2 SO 4 , HNO 3 , HCl, HBr, HI, HClO 4Larutan senyawa-senyawa mudah larut, yang berupa elektrolit lemah (sepertiasam-asam mudah larut yang tidak tercantum pada c, amonia, dan air), senyawa yangberwujud padat (sukar larut), dan gas, tetap ditulis dalam rumus molekulnya (tidakperlu diuraikan menjadi ion penyusun senyawa itu ). Ion-ion yang ditulis dalam36

persamaan reaksi ion adalah ion-ion yang benar-benar berperan dalam reaksi yaitu ion tidaksejenis pada sebelah kiri dan kanan tanda persamaan reaksi. Ion sejenis pada sisi sebelah kiridan sebelah kanan tanda persamaan reaksi, tidak dituliskan atau dicoret dari persamaan reaksiion. Persamaan reaksi : 2Al(s) + 3H 2 SO 4 (aq) Al 2 (SO 4 ) 3 (aq) + 6H 2 (g), dengan demikiandapat dituliskan persamaan ionnya sebagai berikut ini. Persamaan reaksi ion (secara detail) :2Al(s) + 6H + (aq) + 3SO 2- 4 (aq) 2Al 3+ (aq) + 3SO 2- 4 (aq) + 6H 2 (g).Al tidak ditulis sebagai ionnya karena berupa logam. H 2 SO 4 diuraikan menjadi ionpenyusunnya karena berupa elektrolit kuat yang mudah larut dalam air, demikian pulaAl 2 (SO 4 ) 3 . H 2 tidak diuraikan menjadi ionnya karena berupa gas. Ion sejenis dan samajumlahnya di kiri dan kanan tanda persamaan reaksi ditiadakan sehingga diperoleh persamaanreaksi ion sebagai berikut :2Al(s) + H + (aq) 2Al 3+ (aq) + 6H 2 (g)Coba tuliskan persamaan reaksi dari reaksi : logam seng dengan asam fosfat yangmenghasilkan gas hidrogen dan seng fosfat. Sempurnakan persamaan reaksi itu dan tuliskanpersamaan reaksi ionnya.b. Konsentrasi larutan.Konsentrasi adalah istilah umum untuk menyatakan bagian zat terlarut (solute) danpelarut (solvent) yang ada dalam larutan. Konsentrasi dapat dinyatakan secara kuantitatifdengan berbagai cara, sebagaimana akan dibahas di bawah ini. Secara kualitatif konsentrasilarutan dinyatakan dengan istilah larutan pekat (concentrated) dan encer (dilute) yangmenyatakan bagian relatif zat terlarut dan pelarut di dalam larutan. Larutan pekat berartijumlah zat terlarut relatif besar dan larutan encer berarti jumlah zat terlarut relatif lebihsedikit. Biasanya intilah pekat dan encer digunakan untuk membandingkan konsentrasi 2 ataulebih larutan.1) Molaritas.Jumlah mol zat terlarut di dalam satu liter larutan (solution) yang mengandung zatterlarut itu disebut molaritas, M (molarity) dari zat terlarut. Dapat juga dinyatakan dalammilimol dan volum dinyatakan dalam mililiter. Jadi :Molaritas =jumlah (mol) zat terlarutvolum (liter) larutan=jumlah (milimol) zat terlarutvolum (mililiter) larutan2) Persen (%).37

Persen adalah bagian zat terlarut dalam seratus bagian campuran zat. Bila terdapat xgram zat A ada di dalam y gram sampel (yang terdiri dari campuran berbagai zat), makabagian zat A dalam sampel itu adalah yx . Bagian zat A dalam sampel dapat dijadikan dalamperseratus sampel dengan mengalikan pembilang dan penyebut dengan seratus. Jadi,Bagian x dalam seratus bagian sampel =xx 100y100x= x 100 perseratusyx= x 100y%Contoh 11.Berapa persen Na terdapat dalam 80 gram NaOH ?Penyelesaian.Massa (gram) Na = 80 gram NaOH x1mol NaOH40 gram NaOHx1 mol Nax1mol NaOH23 gram Na1mol Na= 46 gram.Persen Na =46 gram80 gramx 100% = 57,5%, dan ini sama denganAr NaMr NaOHx 100 %Persen dapat dinyatakan dalam berat atau dapat juga dinyatakan dalam volum.Contoh 12. b Persen berat = b v Persen volum = v berat zatberat totalvolum zatvolum totalx 100% ......................................................... (1.7)x 100% ..................................................... (1.8)8,2 gram NH 4 Cl dilarutkan dalam air sampai volum akhir 100 mL. Densitas larutan ternyata1,023 g mL -1 . Berapakah persen massa larutan tersebut ?.Penyelesaian.Zat terlarut (solute) = 8,2 gramMassa 100 mL larutan = 100 mL xPersen massa larutan =8,2 gr102,3 gr1,023 gram1mLx 100% = 8,0 %.= 102,3 gram.38

Dalam praktek, kadang-kadang diperlukan pengubahan persen (berat) ke besarankonsentrasi yang lain, terutama dalam pembuatan larutan dengan konsentrasi molar(molaritas) tertentu. Contohnya dapat dilihat pada bahasan pembuatan larutan molaritastertentu dari larutan pekat.3) Part per million (ppm) atau bagian per sejuta (bpj).Apabila zat yang terdapat dalam suatu sampel sangat sedikit, maka apabila zat itudinyatakan dalam persen berat akan diperoleh suatu harga yang sangat kecil. Untukmenghindari nilai yang sangat kecil ini, maka zat yang sangat sedikit itu lebih baikdinyatakan dalam part per million (ppm) atau bagian per sejuta (bpj).Sebagaimana halnya dalam persen, bagian zat dalam sampel yang dinyatakan denganppm (bpj) ini dijadikan dalam persejuta dengan mengalikan pembilang dan penyebut denganbilangan sejuta (10 6 ). Jadi,berat zatx 10berat sampelBagian zat dalam sejuta sampel =610=berat zatberat sampel66x 10persejuta=berat zatberat sampel6x 10ppm (bpj)Jadi ppm (bpj) =berat zatberat sampel6x 10………………………………………….. (1.9)Jumlah zat dalam larutan sangat sedikit. Jadi sebagian besar sampel terdiri dari pelarutdan dengan demikian densitas sampel diasumsikan sama dengan densitas pelarut. Jikapelarutnya air, maka densitas sampel sama dengan densitas air yaitu sama dengan 1,00 g/mLatau 1,00 kg/L artinya 1 mL larutan beratnya 1 gram atau 1 L larutan beratnya 1 kg.Berdasarkan hal ini, definisi ppm (bpj) dapat dinyatakan sebagai berikut :ppm (bpj) =berat zat (kg)berat sampel(kg)6x 10=berat zat (kg)volum larutan (L)6x 10Contoh 13.=mg zat x 10L larutan-6x 106=mg zatL larutanHitung molaritas (M) 5,00 ppm larutan Ca(NO 3 ) 2 .Penyelesaian.…………………………………. (1.10)39

5,00 ppm berarti53mg Ca(N03)1L LarutanJadi untuk mengubah ppm tersebut menjadi M, tinggal mengubah mg menjadi mol.5,00 mg Ca(NO3)-1164 mg molM =1L larutan= 0,0305 mmol L -1 = 3,05 x 10 -5 mol L -1c. Pembuatan larutan kemolaran tertentu1) Molaritas zat terlarut dari kristalnya.2Prinsip pembuatannya adalah penimbangan dan pelarutan. Misalnya akan dibuat 500mL larutan NaCl 0,3 M dari kristal NaCl. Langkah-langkahnya sebagai berikut ini.Pertama,Kedua,Ketiga,Keempat,dihitung massa NaCl yang akan dipakai untuk membuat larutan itu.Massa NaCl = 500 mL x0,3 mol1000 mL58,5 g NaClx= 8,78 gram.1mol NaClNaCl sebanyak 8,78 gram ditimbang dengan menggunakan neraca analitis.NaCl sebanyak 8,78 gram tersebut ditempatkan ke dalam labu takar 500 mLke dalam labu takar tersebut ditambahkan akuades sedikit terlebih dahulu,kemudian labu takar dikocok agar NaCl larut. Setelah NaCl larut semua,kemudian ditambahkan akuades sampai garis tanda 500 mL.Larutan yang diperoleh adalah larutan NaCl 0,3 M sebanyak 500 mL.2) Molaritas zat terlarut dari larutan yang lebih besar molaritasnya.Di Laboratorium, larutan sering dibuat dari larutan yang molaritasnya lebih besar.Larutan yang molaritasnya lebih besar ini sering disebut larutan induk. Prinsip pembuatannyaadalah pengenceran sejumlah tertentu volum larutan induk yang molaritasnya telah diketahui.Larutan dengan volum dan molaritas tertentu mempunyai mol tertentu. Misalnya, 10 mLH 2 SO 4 0,1M mengandung 1mmol H 2 SO 4 atau 0,001 mol H 2 SO 4 0,001 mol H 2 SO 4mengandung 0,001 mol x 6,02 x 10 -24 partikel mol -1 = 6,02 x 10 -27 partikel. Jumlah partikelini ketika ditambah air pada pengenceran, berapa pun banyaknya, jumlahnya akan tidakberubah. Jumlah mol zat itu pun dengan demikian tidak akan berubah. Jadi pada pengenceranyang perlu dimengerti adalah bahwa,40

jumlah mol zat sebelum pengenceran dan setelah pengenceran (penambahanakuades) selalu sama.Pernyatan itu dapat diungkapkan sebagai,V 1 M 1 = V 2 M 2 ............................................................................ (1.11)Pengertian ini dapat dipahami dengan melihat Gambar 5.Sebagai contoh akan dibuat larutan asam sulfat 0,1 M sebanyak 1 liter dari larutan asamsulfat 6 M. Langkah-langkah pembuatannya adalah sebagai berikut ini.Pertama,menghitung volum H 2 SO 4 yang akan diambil. Misalnya diambil x mL.Mol dalam x mL H 2 SO 4 6M = (x mL x64mol H2 SO) mol.1000 mLMol H 2 SO 4 ini diencerkan sehinga menjadi 1L H 2 SO 4 0,1M.Mol H 2 SO 4 dalam 1 L H 2 SO 4 0,1 M = (1 L x0,1molH2 SO4) mol.1LJumlah mol H 2 SO 4 sebelum dan sesudah pengenceran sama.x mL x64mol H2 SO= 1 L x1000 mL0,1molH2SO41LPersamaan terakhir ini dapat dinyatakan secara singkat dengan :V 1 M 1 = V 2 M 2Volum larutan H 2 SO 4 6M yang akan diencerkan dapat dihitung :x = 1 L x0,1molH SO41L2x1000 mL6 mol H 2SO 4= 16,67 mLJadi volum H 2 SO 4 yang harus diambil untuk diencerkan adalah 16,67 mL.V 2(a)V 1(b)Larutan yang molaritasnya lebihbesar (mol L -1 ). Jumlah mol dalamlarutan ini ditunjukkan dengan 6bulatan dalam volum V 1Larutan yang terjadi dari pengenceranlarutan a. Volum larutan menjadibertambah (V 2 ) tetapi jumlah moltetap (jumlah bulatan tetap sebanyak6)Gambar 5. Pengenceran larutan. Penambahan pelarut menghasilkan suatu larutanyang mengandung jumlah molekul (mol) zat terlarut yang sama.41

Kedua,Ketiga,Volum ini dapat langsung dihitung menggunakan hubungan V 1 M 1 = V 2 M 2.mengukur volum H 2 SO 4 6M sebanyak 16,67 mL dengan menggunakan pipetvolum atau pipet ukur yang sesuai dan dimasukkan ke dalam labu takar yangberukuran 1 L.penambahan pelarut (akuades) sampai garis tanda, yang tertera pada labu takar.Larutan yang diperoleh setelah pengenceran adalah larutan H 2 SO 4 0,1M sebanyak 1L.3) Molaritas larutan dari larutan pekat.Di laboratorium, larutan-larutan pekat tidak diketahui molaritasnya, tetapi yangdiketahui (dapat dibaca pada etiket botol) adalah kadar (dalam persen berat) dan densitas(g/mL). Bagaimanakah membuat larutan dengan molaritas tertentu dari larutan pekat ini?Prinsipnya sama dengan membuat larutan dengan molaritas tertentu dari larutan yangmolaritasnya lebih besar.Misalnya akan dibuat 100 mL larutan asam perklorat 0,1 M dari asam perklorat pekat dengankadar 70% dan densitas 1,664 g mL -1 .Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :Pertama, menghitung molaritas HClO 4 tersebut.Yang diinginkan adalah molaritas asam perklorat (M).Molaritas =jumlah (mol) HClO4 =volum (liter) larutanjumlah (milimol) HClO4volum (mililiter) larutanYang dipunyai adalah HClO 4 70% artinya70 gram HClO4100 gram larutanUntuk mengubah % menjadi M maka, 70 g HClO 3 harus diubah menjadi moldengan menggunakan Mr g mol -1 sebagai faktor konversi dan 100 g larutanharus diubah menjadi volum (L) dengan menggunakan densitas, sebagai faktorkonversi. JadiMolaritas HClO 4 =70 gram100,5 gram mol11000 mmolx1mol100 gram larutan11,664 gram mL= 11,59 mmol mL -1= 11,59 M HClO 4Dari contoh soal ini dapat dibuat rumus mencari molaritas zat dengan persen(=kadar) tertentu dan densitas tertentu yaitu,42

persen berat x density x 10Molaritas (M) =Mr……………………… (1.12)Dengan menggunakan rumus itu Saudara dapat menghitung secara langsungmolaritas larutan pekat, yang kadar (%) dan densitasnya diketahui.Kedua,menghitung volum HClO 4 pekat (V 1 ) yang harus diambil, yaitu memakai rumuspengenceran ( mol zat sebelum dan sesudah pengenceran sama).V 1 mL x 11,59 mmol mL -1 = 100 mL x 0,1 mmol mL -1V 1 = 0,863 mL.Ketiga,mengambil 0,863 mL HClO 4 11,59 M denganmenggunakan piket ukur yang dilengkapi filler(penyedot) (Gambar 7b), dan dimasukkan ke dalam labutakar 100 mL.Keempat,Selanjutnya ke dalam labu takar ditambahkan akuadessedikit demi sedikit dan hati-hati sampai tanda batas100 mL dan digojog sampai homogen.Larutan yang diperoleh adalah larutan HClO 4 0,1 Msebanyak 100 mL.4) Pembuatan larutan dari larutan yang kadar dan densitasnyatidak diketahuiKadang-kadang di laboratorium, larutan pekat tidakdinyatakan dalam kadar (%) maupun densitasnya. (etiket wadah tidakGambar 6. LabutakarGambar 7a. AerometerGambar 7b. Filler43

terbaca). Untuk membuat larutan dari larutan pekat seperti ini langkah-langkahnya sebagaiberikut :Pertama, menentukan densitas larutan pekat tersebut dengan alat aerometer (Gambar 7a).Larutan pekat dimasukan ke dalam tempat agak tinggi (misalnya gelas ukurukuran 1 liter). Kemudian alat aerometer dimasukkan hingga terapung. Densitaslarutan dapat diketahui dengan membaca angka yang ditunjukkan oleh permukaanlarutan pada alat aerometer.Kedua, kadar laruan pekat dapat dicari dari tabel hubungan antara densitas dengan kadarlarutan pekat. (tabel ini dapat dicari dalam buku “Handbook of Chemistry andPhysics).Ketiga, pembuatan selanjutnya sama dengan membuat larutan dengan molaritas tertentu darilarutan pekat.d. Aplikasi Stoikiometri LarutanSalah satu aplikasi stoikiometri larutan adalah analisis volumetri. Analisis volumetriadalah analisis kimia kuantitatif yang dilakukan dengan jalan mengukur volum suatu larutanstandar yang tepat bereaksi dengan larutan yang dianalisis. Misalnya akan dicari molaritaslarutan X, maka ke dalam larutan X ditambahkan larutan standar sehingga terjadi reaksisempurna antara larutan X dengan larutan standar.Larutan standar adalah larutan yangkonsentrasi atau molaritasnya telah diketahui secara pasti. Larutan standar ada 2 macamyaitu larutan standar primer dan larutanstandar sekunder. Larutan standar primeradalah larutan standar yang setelah dibuat,langsung dapat dipakai untuk ditambahkanke dalam larutan yang akan dicarikonsentrasinya. Larutan standar sekunderadalah larutan standar yang setelah dibuattidak dapat langsung digunakan, tetapiharus dicek lagi konsentrasinya ataumolaritasnya dengan menambahkan larutanstandar primer. Proses penambahan larutanstandar ke dalam larutan X (akanditentukan konsentrasinya) disebut titrasi.Gambar 7. Perlengkapan titrasi dan tekniktitrasi44

Proses penambahan ini dilakukan sedikit demi sedikit (tetes demi tetes) memakai suatu alatyang disebut buret. Tiap skala buret volumnya 1 ml dan dibagi menjadi 10 bagian. Setiapsatu tetes larutan standar yang keluar dari buret volumnya 1/20 mL Zat yang akan dititrasiditempatkan dalam erlenmeyer (Gambar 7). Saat terjadinya reaksi sempurna antara larutanstandar dengan larutan yang dianalisis disebut titik akhir tittasi. Pasa saat ini titrasidihentikan. Reaksi yang terjadi antara larutan standar dengan larutan yang dianalisis dalamanalisis volumetri harus memenuhi beberapa syarat antara lain :1. Reaksi kimia yang terjadi harus sederhana dan mudah ditulis persamaan reksinya.2. Reaksi harus dapat berjalan cepat. Tetesan terakhir dari larutan standar harus sudah dapatmenunjukkan reaksi sempurna. Kalau tidak akan terjadi kesalahan titrasi.3. Reaksi harus kuantitatif, artinya reaksi dapat berlangsung sempurna menghasilkan hasilreaksi.4. Pada saat reaksi sempurna (titik akhir titrasi) harus ada perubahan fisik atau sifat kimiayang dapat diamati. Titik ekivalen dapat diketahui dengan menambahkan larutanindikator ke dalam larutan yang dititrasi atau dapat pula disebabkan oleh warna larutanstandarnya sendiri.Tidak semua indikator dapat digunakan pada setiap titrasi oleh karena setiap reaksimencapai titik ekivalen pada derajat keasaman (pH) tertentu dan setiap indikator mengalamiperubahan warna pada derajat keasaman (pH) sendiri-sendiri. Sering dikatakan bahwa setiapindikator mempunyai trayek pH perubahan warna sendiri-sendiri. Misalnya fenolftalein (p.p),mempunyai trayek perubahan warna pada pH 8,3 – 10, artinya pada pH larutan lebih kecildari 8,3 indilator p.p tidak berwarna, pada pH larutan lebih besar dari 10, p.p berwarnamerah, dan pada pH antara 8,3 – 10 terjadi warna peralihan dari tidak berwarna sampaiTabel 4: Trayek pH perubahan warna beberapa indikator asam-basaIndikatorAsam-basaTimol biruBromofenol biruKlorofenol biruBromotimol biruKresol merahMetil OranyeMetil merahFenolftaleinAsamMerahKuningKuningKuningKuningOranyeMerahTakberwarnaWarna pK In Trayek pHBasaKuningBiruMerahBiruMerahKuningKuningMerah1,513,985,987,08,33,75,19,41,2 – 2,83,0 – 4,64,8 – 6,46,0 – 7,67,2 – 8,83,1 – 4,44,2 – 6,38,3 – 1045

merah. Beberapa trayek pH perubahan warna indikator dapat dilihat pada Tabel 4. Olehkarena setiap indikator mempunyai trayek pH perubahan warna sendiri-sendiri, makapemilihan indikator yang tepat untuk digunakan pada titrasi, dilakukan dengan menghitungpH larutan yang terjadi pada saat titik ekivalen. Pemilihan indikator ini dalam praktekbiasanya dilakukan dengan terlebih dahulu membuat kurva titrasi yaitu kurva yang dibuatdengan mengalurkan pH larutan pada setiap penambahan volum zat penitrasi (titran) terhadapvolum titran. pH larutan pada setiap penambahan volum titran dapat diukur secaraeksperimen dengan menggunakan pH meter atau dapat dihitung secara teoritis denganhitungan menggunakan prinsip kesetimbangan kimia.Misalnya, titrasi 25 mL 0,0920 HCl dengan 0,10 M NaOH, data pH larutan padasetiap penambahan volum titran dapat dilihat pada Tabel.5. Perhitungan pH larutan yangterjadipenambahansetiapvolumtitran akan dibahassecara rinci di Parwa 2.Dari data dapatdibuat kurva titrasinya(coba Sdr buat kurva ini) dan dari kurva dapatdiketahui bahwa semuaindikator dengan trayekpH antara 4 s.d 11 dapat digunakan pada titrasi tersebut, karena pada titik ekivalen, pHlarutan berubah drastis dari 4 – 11.Disamping titrasi digunakan untuk menentukan konsentrasi atau kadar zat dalamsampel, titrasi mempunyai banyak kegunaan, antara lain : menentukan massa molekul relatifasam dan basa, menentukan persamaan reaksi asam-basa, menentukan persentase kemurniandalam titrasi asam-basa, menentukan persamaan reaksi redoks, menentukan bilangan oksidasipada titrasi redoks.a. Contoh Soal Titrasi Asam-basa1). Penentuan konsentrasi zat.Contoh 14.No.1.2.3.4.5.6.Tabel 5pH larutan pada setiap penambahan volum titranpada titrasi 25 mL 0,0920 HCl dengan 0,10 M NaOHVolum 0,0920 M HCl Volum 0,10 M(mL)NaOH. (mL)25,0 015.020,023,025,030,0pH1,041,702,187,0011,6012,1146

Larutan M1 mengandung 4,00 g NaOH per dm 3 . Larutan M2 mengandung H 2 SO 4 . Dalamsuatu eksperimen, 25,0 cm 3 larutan M2 bereaksi dengan 18,0 cm 3 larutan M1.Hitunglah(a) Konsentrasi M2 dalam mol per dm 3(b)(c)Konsentrasi M2 dalam gram H 2 SO 4 per dm 3 danjumlah gram dari ion SO 4 2- dalam 1 dm 3 larutan M2[H = 1; O = 16; Na = 23; S = 32]Penyelesaian(a) Konsentrasi NaOH =34,00g dm3 0,10 mol dm140 g mol(b) Jumlah mol NaOH yang digunakan dalam reaksi = konsentrasi x volume dalam dm 3= (0,1 mol dm -3 18,0 cmx1000 cm31dm33) mol.Persamaan reaksinya adalah H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 ODari persamaan,jumlah mol H2SO4jumlah mol NaOHJadi jumlah mol H 2 SO 4 = 21 x jumlah mol NaOH =Oleh karena itu, konsentrasi H 2 SO 4 =Konsentrasi H 2 SO 4 dalam g dm -3=12jumlah mol H2SO4volume larutan M21(21 18,0x (0,1x ) mol2 100018,0x 0,1x ) mol1000 0,036 mol dm25 3dm1000= konsentrasi dalam mol dm -3 x massa molekul relatif dalam g mol -1= 0,036 mol dm 3 x 98 gram mol -1 = 3,53 g dm -3(c) Jumlah mol H 2 SO 4 = jumlah mol SO 4 2- .Massa SO 4 2- dalam 1 dm 3 M2 = konsentrasi dalam mol dm -3 x massa relatif SO 42-= 0,036 mol dm -3 x 96 gram mol -1 = 3,46 g dm -3Penyelesaian hitungan kimia N0. 14 di atas dapat pula diselesaikan dengan besarankonsentrasi lain yang dikenal dengan normalitas. Normalitas ini dahulu sangat dikenalkarena banyak digunakan untuk penyelesaian hitungan kimia yang berhubungan dengantitrasi. Tetapi kini normalitas itu penggunaannya sudah ditinggalkan karena larutan dengan347

konsentrasi normalitas tertentu tidak bisa dibuat secara langsung. Disamping itu perhitungankimia dengan konsep normalitas dapat dilakukan bila konsep normalitas telah dipahamidengan benar. Apakah normalitas itu? Bagaimanakah hubungan normalitas dengan molaritas?Bagaimanakah hitungan kimia dengan menggunakan normalitas?Normalitas =Normalitas (biasa disingkat dengan N) didefinisikan sebagai jumlahekivalen (ek) zat terlarut dalam satu liter larutan yang mengandung zatterlarut itu atau jumlah miliekivalen (mek) zat terlarut dalam satumilliliter larutan yang mengandung zat terlarut itu.Jumlah zat terlarut (ek)atauVolum larutan (L)Jumlah zat terlarut (mek)…… (1.13)Volum larutan (mL)Ekivalen (equivalents) suatu zat merupakan suatu satuan jumlah sebagaimana mol. Telahdiketahui bahwa mol dihubungkan dengan massa zat, melalui Ar atau Mr. Sedangkanekivalen dihubungkan dengan massa zat melalui berat ekivalennya (BE). Berat ekivalensuatu zat tergantung pada reaksi zat tersebut. Berdasarkan reaksinya berat ekivalen zatdibedakan menjadi, berat ekivalen reaksi non redoks seperti reaksipenggabungan kation dananion, reaksi asam-basa, dan reaksi redoks.Pada reaksi nonredoks berat ekivalen (BE) zat adalah jumlah (gram) zat itu yangdalam reaksinya dapat menerima atau melepas 1 mol kation monovalen atauanion monovalen.Misalnya reaksi penggabungan kation dan anion berikut ini.Pb 2+ (aq) + 2Cl - (aq) PbCl 2 (s)Pada reaksi ini 1mol kation Pb 2+ dapat menerima 2 mol anion Cl - dan di dalam ilmu kimiabiasanya dikatakan bahwa 1 mol kation Pb 2+ setara (ekivalen) dengan 2 mol anion Cl -Berdasarkan definisi berat ekivalen, maka :Berat ekivalen Pb 2+ (1 mol Pb= (2x ArPbg mol2 mol Cl) gram)===(1 mol Pb1( mol Pb2Ar Pb2x ArPbg mol2 ekivalen2x Ar1ekivaleng mol2Pbg ekivalen -1 .) gram) gram48

Sebaliknya berdasarkan reaksi di atas, dapat pula dihitung berat ekivalen anion Cl -Berat ekivalen Cl - =2molCl x ArClg1 ekivalenmol1= 2 Ar Cl g ekivalen -1Pada reaksi asam-basa, berat ekivalen asam adalah jumlah (gram) asam yangdalam reaksinya dapat melepas (ekivalen dengan ) 1 mol ion H + atau menerima(ekivalen dengan ) 1 mol OH - .Sedangkan berat ekivalen basa adalah jumlah (gram) basa yang dalamreaksinya dapat melepaskan (ekivalen dengan ) 1 mol ion OH - atau menerima(ekivalen dengan ) 1 mol ion H + .Misalnya dalam reaksi : H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O, atau dalam persaman ion,2H + + SO 4 2- + 2 Na + + 2OH - → 2 Na + + SO 42-+ 2H 2 OPada reaksi itu, 1 mol H 2 SO 4 memberikan (ekivalen dengan) 2 mol ion H + kepada NaOH ataumenerima (ekivalen dengan) 2 mol ion OH - dari NaOH. Berdasarkan definisi berat ekivalen,maka, BE H 2 SO 4 ==-1(1mol H2SO4x Mrgram mol ) gram2 mol H-1(1mol H2SO4x Mrgram mol ) gram2 ekivalen Mr H2SO4 = gram ek -1 2 Sama halnya dengan H 2 SO 4 di atas, 2 mol NaOH dalam reaksinya ekivalen dengan 2 molOH - atau 2 mol H + . Jadi,-1(2 mol NaOH x Mrgram mol ) gramBE NaOH =-2 mol OH=(1mol NaOH x Mrgram mol1ekivalen Mr NaOH = 1 Secara umum, BE asam atau basa =g ek -1-1) gramMr asam atau basahg ek -1 . ………………. (1.14)Di sini, h = jumlah mol H + atau OH - yang ekivalen dengan (dilepas atau diterima) 1 mol zatpada reaksi asam-basa. Satuan h dengan demikian adalah ek mol -1 dan Mr adalah gram mol -1 .Berat ekivalen asam atau basa tidak dapat diketahui dengan hanya melihat rumusasam atau basa itu. Seperti asam karbonat (H 2 CO 3 ) mempunyai 2 ion hidrogen, asam fosfat49

(H 3 PO 4 ) mempunyai 3 ion hidrogen, tetapi tidak semua ion hidrogen itu dipakai untukbereaksi atau dengan kata lain ekivalen asam itu tidak sesuai dengan jumlah ion H + dalamrumusnya. Seperti reaksi H 3 PO 4 dengan NaOH, ketiga ion hidrogen yang dipunyai H 3 PO 4tidak sekaligus diberikan untuk beraksi dengan NaOH, sebagaimana dapat dilihat pada reaksidi bawah ini.H 3 PO 4 + NaOH → NaH 2 PO 4 + H 2 O. Pada reaksi ini, BE H 3 PO 4 = Mr H 3 PO 4 g ek -1Mr H3PO4H 3 PO 4 + 2NaOH→Na 2 HPO 4 + 2H 2 O. Pada reaksi ini, BE H 3 PO 4 =g ek -12H 3 PO 4 + 3NaOH → Na 3 PO 4 + 3H 2 O. Pada reaksi ini, BE H 3 PO 4 =Mr H3PO43g ek -1Ternyata BE H 3 PO 4 pada ketiga reaksi itu berbeda. Jadi untuk menentukan BE suatu zat tidakdapat dilakukan dengan melihat rumus asam atau basa itu, tetapi harus melihat bagaimanaasam atau basa itu bereaksi.Berat ekivalen oksidator atau reduktor adalah jumlah (gram) oksidator ataureduktor yang dalam reaksinya menerima atau melepaskan 1 mol elektron (e - ).Cara termudah untuk menentukan berat ekivalen oksidator atau reduktor adalah denganmenuliskan dan menyeimbangkan persamaan setengah reaksi oksidasi-reduksi (redoks).Misalnya. reaksi, 2I - + 2Fe 3+ I 2 + 2Fe 2+Setengah reaksi oksidasi dari ion iodida dan setengah reaksi reduksi ion besi(III) adalah :2I - I 2 + 2e -Fe 3+ + 1e - Fe 2+Dari setengah reaksi oksidasi ion iodida dapat diketahui bahwa 2 mol I - melepaskan (ekivalendengan ) 2 mol e - . Atau 1 mol I - pada reaksi tersebut di atas ekivalen dengan 1 mol e - . Jadidengan demikian, BE I - - -1(2 mo I x Mr I gram mol ) gram= =-2 mol eDengan cara sama untuk reduksi Fe 3+ menjadi Fe 2+ dapat diketahui bahwa :BE Fe 3+ 3-3-(1mo Fe x Mr Fe gram mol=-1mol eSecara umum, BE oksidator atau reduktor =1) gram=3Mr FeMr oksidator atau reduktorh1Mr I- gram = Mr I - g ek -11ekivaleng ek -1 = M r Fe 3+ g ek -1g ek -1 … (1.15)Di sini, h = jumlah mol e - yang dilepas atau diterima (ekivalen dengan ) 1 mol zat pada reaksiredoks. Satuan h adalah ek mol -1 .50

Beberapa oksidator atau reduktor, persamaan reaksinya ditentukan oleh suasanalarutan; apakah suasana asam atau basa. Misalnya reduksi kalium permanganat, KMnO 4 ,reaksinya dalam suasana asam akan berbeda dengan suasana basa. Dalam suasana asamreaksi reduksi KMnO 4 adalah, MnO 4-+ 8H + + 5e - → Mn 2+ + 4H 2 O, sedangkan reaksireduksi KMnO 4 dalam suasana basa adalah, MnO 4 - + 2H 2 O + 3e - → MnO 2 + 4 OH - . Olehkarena itu BE KMnO 4 harganya akan berbeda dalam reaksi suasana asam dan basa. CobaAnda tentukan BE KMnO 4 itu dalam reaksi suasana asam dan basa.Setelah pengertian BE dapat dipahami, maka ekivalen zat dengan berat tertentu dapatditentukan dan dengan demikian normalitas larutan dapat ditentukan pula. Untuk jelasnyapahamilah contoh perhitungan berikut.Akan ditentukan normalitas 450 mg oksidator K 2 Cr 2 O 7 murni, yang dilarutkan dalamair dan larutan dijadikan 250 mL. Reaksi, Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e - → 2Cr 3+ + 7H 2 O.Dari definisi normalitas, dapat diketahui bahwa,Ek K2Cr2O7mek K2Cr2O7Normalitas K 2 Cr 2 O 7 ==Volum larutan (L) Molumlarutan (mL)Untuk menentukan ekivalen K 2 Cr 2 O 7 , maka yang harus ditentukan adalah berat ekivalen(BE) K 2 Cr 2 O 7 . Dari persamaan reaksi dapat ditentkan BE K 2 Cr 2 O 7 .BE K 2 Cr 2 O 7 =Mr K2Cr2O76g ek -1 = 294/6 g ek -1K 2 Cr 2 O 7 yang dilarutkan adalah 450 mg; dan dengan demikian,ekivalen 450 mg K 2 Cr 2 O 7 =450 mg294g/ek6=0,450 ek29460,450ek294Normalitas K 2 Cr 2 O 7 = 6 = 0,037 ek/L =0,037 N0,250 LDari bahasan di atas dapat dibuat rangkuman dalam bentuk sebagai berikut ini.massa zat (g) massa zat (g)1). Ekivalen suatu zat dengan massa (g) tertentu ==... (1.16)BE g/ek Mr (g/mol)h (ek/mol)2). Daru rumus 1) di atas dapat diketahui hubungan ekivalen dengan mol.Ekivalen = mol zat x h ek mol -1 atau miliekivalen = mmol x h mek mmol -1 … (1.17)3). Setelah diketahui ekivalen atau miliekivalen zat, maka normalitas sangat mudahditentukan yaitu dengan membagi ekivalen zat dengan volum larutan.51

4). Dari hubungan ekivalen dengan mol dan h pada persamaan () dapat diketahui hubungannormalitas dengan molaritas, dengan membagi hubungan itu dengan volum.Normalitas = Molaritas x h …………………………………,,,,,. (1.18)Harga h hampir selalu lebih besar atau sama dengan satu, sehingga normalitas hampirselalu lebih besar atau sama dengan molaritas.Dari persamaan yang telah ditemukan di atas, maka dapat ditentukan ekivalen zatdalam persamaan reaksi sebagai berikut ini.1). Reaksi : H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 OPada reaksi itu, 1 mol H 2 SO 4 tepat bereaksi (ekivalen) dengan 2 mol NaOH. Denganmenggunakan persamaan (1.17), maka ekivalen H 2 SO 4 = mol H 2 SO 4 x h ek mol -1 = 1 molx 2 ek/mol = 2 ekivalen. Demikian pula, ekivalen NaOH pada reaksi itu = mol NaOH x hek mol -1 = 2 mol x 1 ek/mol = 2 ekivalen. Jadi pada reaksi itu dapatdiketahui bahwa,ekivalen H 2 SO 4 dengan NaOH sama, sedangkan perbandingan mol H 2 SO 4 dengan molNaOH yang bereaksi = 1 : 2 (tidak sama),2). Reaksi redoks antara K 2 Cr 2 O 7 dengan FeCl 2 .Penyetaran reaksi redoks itu dengan ion electron adalah :Cr 2 O 2- 7 + 14H + + 6e - ⇄ 2Cr 3+ + 7H 2 O( Fe 2+ ⇄ Fe 3+ + 1e - ) x 6Cr 2 O 2- 7 + 6Fe 2+ + 14H + ⇄ 2Cr 3+ + 6Fe 3+ + 7H 2 OPada reaksi itu, 1 mol Cr 2 O 2- 7 tepat bereaksi (ekivalen ) dengan 6 mol Fe 2+ . Denganmelihat jumlah e - yang diterima oleh 1 mol Cr 2 O 2- 2-7 dapat diketahui, ekivalen Cr 2 O 7 = 1mol x 6 ek/mol = 6 ekivalen. Demikian pula, dengan melihat jumlah e - yang diberikanyang diterima oleh 1 mol Fe 2+ , dapat diketahui ekivalen Fe 2+ = 6 mol x 1 ek/mol = 6ekivalen. Jadi pada reaksi itu, perbandingan mol Cr 2 O 2- 7 dengan mol Fe 2+ yang bereaksi =2-1 : 6, sedangkan ekivalen Cr 2 O 7 : Fe 2+ = 6 : 6 = 1: 1 (sama).Dari kedua reaksi itu diperoleh kesimpulan bahwa,pada suatu reaksi perbandingan mol zat-zat yang bereaksi belum tentusama tetapi ekivalen zat yang bereaksi selalu sama”.Bila pada suatu reaksi, volum dan normalitas peraksi pertama dinyatakan dengan V 1 dan N 1dan volum dan normalitas pereaksi kedua dinyatakan dengan V 2 dan N 2 maka kesimpulan diatas dapt dinyatakan dengan unngkapan,V 1 N 1 = V 2 N 2 . …………………………………………………… (1.19)52

Penyelesaian Contoh soal no. 14 di atas dengan konsep normalitas hanya tinggalmengubah molaritas zat yang diperoleh ke normalitas sebagai berikut ini.a. Telah diperoleh Molaritas NaOH = 0,1 mol dm -3 = 0,1 mol L -1b. Pertanyaan (b) akan dicari konsentrasi H 2 SO 4 dalam gram dm -3 atas dasarreaksinya dengan NaOH.Untuk itu molaritas NaOH diubah ke normalitas.N = M x h = 0,1 mol L -1 x 1 ek mol -1 = 0,1 ek L -1Kemudian mencari molaritas H 2 SO 4 menggunakan persaman (1.19).18 mL x 0,1 mek mL -1 = 25 mL x N18N 2 = N H 2 SO 4 = x 0,1 mek mL-1= 0,072 mek mL -1 = 0,072 ek L -125Selanjutnya mencari molaritas H 2 SO 4 dengan menggunakan persamaan (1.18).N = M x h ek mol -10,072 ek L -1 = M x 2 ek mol -1M = 0,036 mol L -1 .Terakhir mengubah molaritas H 2 SO 4 ke dalam gram mol -1Komsentrasi H 2 SO 4 dalam gram mol -1 = 0,036 mol L -1 x 98 gram mol -12). Penentuan Massa molekul relatif asam atau basa.Contoh 15.Larutan M1 mengandung 20,1 g asam HZO 4 per dm 3 larutan.= 3,53 gram L -1 = 3,53 g dm -3Larutan M2 mengandung 1,7 g ion hidroksida (OH - ) per dm 3 larutan. Dalam suatu titrasi, 20,0cm 3 dari M1 diperlukan untuk reaksi dengan 40,0 cm 3 M2.Hitunglah :(a) Konsentrasi M1 dalam mol dm -3(b) Massa molekul relatif HZO 4(c)Massa atom relatif unsur Z[H = 1; O = 16]Penyelesaian-31,7 g dm(a) Konsentrasi M2 =-117 g molmol OH - per dm 3 = 0,1 mol dm -3Jumlah mol OH - yang digunakan dalam titrasi = volume dalam dm 3 x konsentrasi dalammol dm -3 =40,01000dm3x 0,1mol dm-353

(b)HZO 4 harus monoprotik karena hanya mempunyai satu atom hidrogen. Oleh karena itu,dalam reaksi, 1 mol HZO 4 harus bereaksi dengan 1mol OH -Jumlah mol HZO 4 yang digunakan dalam reaksi = jumlah mol OH - =jumlah mol HZO4Konsentrasi M1 =3volume M1dalam dmDari (a), 0,2 mol HZO 4 mempunyai massa 20,1 gOleh karena itu, 1 mol HZO 4 mempunyai massa=40,0(1000x 0,1) mol20,0dm100020,1gram0,23 100,5 g40,0( x 0,1) mol1000 0,2 mol dmMassa 1 mol zat ini tidaklain merupakan massa molekul relative dari HZO 4 . Jadi massamolekul relatif HZO 4 = 100,5(c). Massa atom relatif Z = 100,5 – (1 + 4(16) = 35,53). Penentuan Persamaan Asam-BasaContoh 16.Larutan M4 mengandung 0,12 mol dm -3 Na 2 CO 3 .Larutan M5 mengandung 0,2 mol dm -3 HCl.Dalam titrasi, 20,0 cm 3 larutan M4 didapatkan bereaksi dengan 12,0 cm 3 larutan M5.Hitunglah jumlah mol HCl yang bereaksi dengan satu mol Na 2 CO 3 . Simpulkan persamaanreaksinya !Penyelesaian.Jumlah mol Na 2 CO 3 yang digunakan dalam titrasi =Jumlah mol HCl yang digunakan dalam titrasi =Jadi (20,01000x 0,12 ) molNa 2 CO 3 bereaksi dengan (Oleh karena itu 1 mol Na 2 CO 3 bereaksi dengan =20,0(100012,0(100012,010003dm x 0,12 mol dm3dm x 0,20 mol dmx 0,20) mol12,0x 0,20100020,0x 0,121000HClmol HCl-3-3) mol3) mol= 1,0 mol HClOleh karena itu persamaaan reaksinya adalah : HCl + Na 2 CO 3 → NaHCO 3 + NaClCatatan :Perbandingan HCl dengan Na 2 CO 3 dalam persamaan harus sama sepertiperbandingan yang diperoleh dari titrasi.54

4). Penentuan Persentase KemurnianContoh 17.Padatan FA2 adalah campuran Natrium karbonat, Na 2 CO 3 dan Natrium klorida, NaCl.Padatan FA2 5,00 g dilarutkan dalam larutan 250 cm 3dalam suatu bejana volumetrik.Larutan 25,00 cm 3 dititrasi dengan 0,120 mol dm -3 asam klorida menggunakan indikator yangcocok. Larutan asam 34,80 cm 3 diperlukan untuk titrasi ini. Persamaan reaksinya adalahNa 2 CO 3 + HCl → NaHCO 3 + NaCl.Berapakah, (a) Jumlah mol Na 2 CO 3 dalam 250 cm 3 larutan?. (b) Massa Na 2 CO 3 dalamsampel? (c) Persentase natrium klorida?Penyelesaian34,8(a) Jumlah mol HCl yang digunakan dalam titrasi = dm 3 x 0,12 mol dm -31000Jumlah mol Na 2 CO 3 = jumlah mol HClJumlah Na 2 CO 3 = 0,00418 mol per 25 cm 3 larutannya.= 0,004176 mol= 0,00418 molJumlah mol Na 2 CO 3 dalam 250 cm 3 larutan = (250 cm 3 0,00418 molx ) mol325 cm= 0,0418 mol(b) Massa Na 2 CO 3 dalam 5,00 g sampel = jumlah mol x Mr g mol -1= 0,0418 mol x 106 g mol -1 = 4,43 g(c)Massa natrium klorida dalam sampel = 5 g - 4,43 g = 0,57 gPersentase natrium klorida =massa NaClmassa sampelx 100%=0,57g x 100 % = 11 %5,00 gCatatan : Natrium klorida adalah inert. Hanya natrium karbonat yang bereaksi dengan asamklorida.b. Titrasi RedoksTitrasi redoks mirip dengan titrasi asam basa, perbedaan antara keduanya adalah padareaksinya. Reaksinya antara zat pengoksidasi dan zat pereduksi.Biasanya persamaan reaksidiperoleh dengan penjumlahan dua setengah-persamaan reaksi, satu untuk zat pengoksidasi55

dan yang lain untuk zat pereduksi. Zat-zat pengoksidasi dan pereduksi yang biasa dalamtitrasi-titrasi ditunjukkan dalam Tabel 6 sebagai berikut ini.Tabel 6.Zat-zat pengoksidasi dan pereduksi yang biasa digunakan dalam titrasi-titrasiZat-zat pengoksidasiManganat(VII)MnO 4 - + 8 H + + 5 e - → Mn 2+ + 4H 2 OBikromatCr 2 O 7 2- + 14H + + 6e - → 2Cr 3+ + 7H 2 OIodinI 2 + 2e - → 2I -Hidrogen peroksidaH 2 O 2 + 2H + + 2e - → 2H 2 OBesi(II)Fe 2+ → Fe 3- + e -Zat-zat pereduksiEtanadioatCOO - → 2CO 2 + 2e -Tiosulfat(VI)2S 2 O 3 2- → S 4 O 6 2- + 2eIodida2I - → I 2 + 2e -Hidrogen peroksidaH 2 O 2 → 2H - + O 2 + 2e -Catatan :1. Hidrogen peroksida (H 2 O 2 ) dapat sebagai zat pengoksidasi (oksidator) atau zatpereduksi (reduktor), bergantung pada reaksi tertentu.2. Etanadioat biasanya dititrasi dengan kalium manganat(VII). Campuran reaksidipanaskan kira-kira 60 o C kemudian diturunkan perlahan-lahan sampai pada suhukamar.1). Titrasi dengan larutan kalium permanganatContoh 18.25,0 cm 3 larutan Fe 2+ 0,1 mol dm -3 , bereaksi dengan 26,80 cm 3 larutan kaliummanganat(VII), KMnO 4 (aq), yang diasamkan dengan asam sulfat berlebih.Hitunglah(a)Konsentrasi KMnO 4 dalam mol dm -3 dan(b) Massa mangan dalam 1 dm 3 larutan KMnO 4Penyelesaian(a) Jumlah mol Fe 2+ yang digunakan dalam titrasi = volume dalam dm 3 x konsentrasi =25,0( dm 3 x 0,100 mol dm -3 ) mol1000Persamaan reaksinya adalah :MnO 4 - + 8 H + + 5 e - → Mn 2+ + 4H 2 O56

Fe 2+ → Fe 3+ + eKalikan persamaan yang kedua dengan 5 (sehingga elektron-elektron saling menghapus)dan jumlahkan kedua persamaan akanmenghasilkan persamaan reaksi:MnO - 4 + 8 H + + 5 Fe 2+ → Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4H 2 ODari persamaan,42Jumlah mol MnOJumlah mol Fe= 51Jadi jumlah mol MnO - 14 = x jumlah mol Fe2+ 1 25, 0= x (1000 5 5x 0,100) molOleh karena itu konsentrasi MnO - Jumlah mol MnO44 =3Volume larutan dalam dm(b) 1 mol MnO 4 - mengandung 1 mol Mn=1(5x25,0100028,8 3dm1000x 0,1) mol= 0,0187 mol dm -3Oleh karena itu 1 dm 3 mengandung 0,0187 mol MnO 4 - dan 0,0187 mol Mn.2). Titrasi dengan IodinSuatu titirasi redoks yang biasa adalah penambahan suatu zat pengoksidasi dalamlarutan kalium iodida berlebih. Ion- ion Iodida teroksidasi menjadi Iodin. Iodin kemudiandititrasi dengan larutan natrium tiosulfat menggunakan amilum sebagai indikator. Persamaanreaksi antara iodin dan tiosulfat adalah : 2S 2 O 3 2- + I 2 → S 4 O 6 2- + 2I -Contoh 19.Larutan kalium iodat(V) 25,0 cm 3 , bereaksi dengan larutan kalium iodida berlebih yangdiasamkan, sesuai dengan persamaan reaksi :IO 3 - +5I - + 6H + → 3I 2 + 3H 2 OIodin yang dihasilkan dalam reaksi memerlukan 18,0 cm 3 larutan natrium tiosulfat untukbereaksi. Larutan natrium tiosulfat mengandung 24,8 g Na 2 S 2 O 3 .5H 2 O per dm 3Hitunglah konsentrasi larutan kalium iodat(V), KIO 3 .[H = 1; O = 16; Na = 23; S = 32; K = 39; I = 27]PenyelesaianMr Na 2 S 2 O 3 .5H 2 O = 24824,8 gKonsentrasi S 2 O 2- 248 g mol3 = (31dm-1) mol dm3= 0,100 mol dm -3larutan.57

Jumlah mol S 2 O 3 2- yang digunakan bila S 2 O 3 2- bereaksi dengan I 2 =(18,010003-3dm x 0,100 mol dm ) molPersamaan reaksi antara S 2 O 3 2- dan I 2 adalah 2S 2 O 3 2- + I 2 → S 4 O 6 2- + 2 I -Dari persamaan itu,Jumlah mol IJumlah mol S222O3Jadi jumlah mol I 2 = x jumlah mol S 2 O 32-121 18,0= = x ( x 0,100) mol2 1000Dari persamaan reaksi IO 3 - denganI 2 diperoleh,Jumlah mol IOJumlah mol I2yang digunakanyang dihasilkan313Jadi jumlah mol IO 3 - = x jumlah mol I 2 =Oleh karena itu konsentrasi IO 3 - =1 1x (3 2xJumlah molVolume dalam dm= 0,012 mol dm -318,010003x 0,100) mol1(31x218,0x100025,0dm1000x 0,100) molJadi konsentrasi KIO 3 dalam g dm -3 = 0,012 mol dm -3 x 214 g mol -1 = 2,57 g dm -33). Penentuan Persamaan Reaksi RedoksContoh 20.Hidroksilamin, NH 2 OH, dapat teroksidasi menjadi nitrogen yang ditunjukkan oleh setengahpersamaanreaksi berikut ini.(a)2NH 2 OH → N 2 + 2H 2 O + 2H + + 2e -Hidroksilamin dapat juga teroksidasi menjadi nitrogen oksida, N 2 O. Tuliskansetengah-persamaan reaksi untuk oksidasi tersebut.(b) Dalam suatu eksperimen, 160 cm 3 NH 2 OH(aq) 0,05 mol dm -3 bereaksi dengan 40 cm 3(c)Fe 3+ (aq) 0,40 mol dm -3 . Dalam reaksi, Fe 3+ tereduksi menjadi Fe 2+ .Hitunglah(i)(ii)PenyelesaianJumlah mol NH 2 OH yang digunakan dalam reaksiJumlah mol Fe 3+ yang digunakan dalam reaksi(iii) Jumlah mol Fe 3+ pada saat bereaksi dengan 1 mol NH 2 OHSimpulkan apakah NH 2 OH dioksidasi menjadi N 2 atau N 2 O oleh Fe 3+ . Tulislahpersamaan reaksi ionik yang setimbang.358

(a) 2NH 2 OH → N 2 O + H 2 O + 4H + + 4e -160 3-3(b) (i) dm x 0,05 mol dm 0,008 mol NH2OH1000(ii)4010003dm x 0,40 mol dm-3 0,016 mol Fe(iii) 0,008 mol NH 2 OH bereaksi dengan 0,016 mol Fe 3+ .Oleh karena itu, 1 mol NH 2 OH bereaksi dengan(c) Fe 3+ + e - → Fe 2+30.016 mol0,008 2 mol Fe2 mol Fe 3+ menerima 2 mol elektron. Jadi 1 mol NH 2 OH harus menghasilkan 2 molelektron dalam reaksi.Ketika NH 2 OH dioksidasi menjadi N 2 , 1 mol NH 2 OH menghasilkan 1 mol elektron(lihat persamaan reaksi pertama). Bagaimanapun ini bukanlah persamaan yang benar.Ketika NH 2 OH dioksidasi menjadi N 2 O, 1 mol NH 2 OH menghasilkan 2 mol elektron(lihat persamaan reaksi (a) di atas). Oleh karena itu persamaan reaksi yang benar,NH 2 OH dioksidasi menjadi N 2 O oleh Fe 3+ .Persamaan reaksinya adalah :2NH 2 OH + 4Fe 3+ → N 2 O + H 2 O + 4H + + 4Fe 2+4). Penentuan Bilangan OksidasiContoh 21.Larutan Ti 2+ (aq) dioksidasi menjadi kedudukan oksidasi tertinggi oleh suatu larutan Fe 3+ (aq).Dalam reaksi, Fe 3+ (aq) direduksi menjadi Fe 2+ (aq).Dalam suatu eksperimen, 40,0 cm 3 Ti 2+ (aq) 0,02 mol dm -3 bereaksi dengan 32,0 cm 3 Fe 3+ (aq)0,05 mol dm -3 .Hitunglah :(a) (i) Jumlah mol Ti 2+ yang digunakan dalam eksperimen(ii) Jumlah mol Fe 3+ yang digunakan dalam eksperimen(iii)Jumlah mol Fe 3+ yang bereaksi dengan satu mol Ti 2+ .(a) Oleh karena itu simpulkan kedudukan oksidasi tertinggi titanium dan tuliskan suatupersamaan reaksi yang setimbang untuk persamaan reaksi tersebut.Penyelesaiana) (i) jumlah mol Ti 2+ = 40,0 3-3-dm x 0,02 mol dm 0,8 x 103 mol1000359

(ii) jumlah mol Fe 3+ = 32,0 3-3-dm x 0,05 mol dm 1,6 x 103 mol1000(iii) 0,8 x 10 -3 mol Ti 2+ bereaksi dengan 1,6 x 10 -3 mol Fe 3+ .Oleh karena itu 1 mol Ti 2+ bereaksi denganb) Fe 3+ + e - → Fe 2+-31,6 x 10 mol 2 mol Fe-30,8 x 102 mol Fe 3+ bereaksi dengan 1 mol Ti 2+ . 2mol Fe 3+ menerima 2 mol elektron (menurutpersamaan di atas).Oleh karena itu 1 mol Ti 2+ harus menghasilkan 2 mol elektron : Ti 2+ → Ti 4+ + 2e -Maka kedudukan oksidasi tertinggi dari titanium adalah Ti 4+ .Persamaan reaksinya adalah2Fe 3+ (aq) + Ti 2+ (aq) → 2Fe 2+ (aq) + Ti 4+ (aq)3E. Rangkuman.Stoikiometri adalah hitungan (aritmatika) ilmu kimia. Perhitungan kimia, akandipahami secara lebih baik setelah mengetahui : massa atom relatif dan massa molekul relatif,persamaan reaksi kimia, dan konsep mol.Massa atom relatif suatu unsur adalah massa rata-rata suatu atom unsur berdasarkankelimpahan nuklidanya, relatif terhadap massa nuklida karbon-12 yang tidakterikat, dalamkeadaan diam, dan tahana dasar. Massa nuklida karbon-12 ditetapkan 12,00 u. Massa satuatom karbon-12 adalah 1,9926786 x 10 23 gram. Seperduabelas dari massa satu atom karbon-12 dalam gram ini disebut sebagai satu stuan massa atom (atomic mass unit) dan disingkat1u. Jadi, 1 u =1 23 24x 1,9926786 x 10 gram 1,660566 x 10 gram. Berdasarkan harga 1 u12tersebut, massa atom relatif (Ar ) suatu unsur didefinisikan sebagai bilangan yang1menyatakan angkabanding antara massa rata-rata satu atom unsur itu dengan massa satu12atom karbon-12 yang tidak terikat, dalam keadaan diam, dan tahana dasar.Penentuan massa Atom Relatif dan massa molekul reatif menggunakan spektrometermassa. Spektometer massa adalah suatu instrumen yang mengukur kelimpahan relatif isotopisotopdalam suatu sampel. Kelimpahan relatif isotop ini dapat diketahui dari spektra massayang dihasilkan. Ketinggian puncak-puncak yang tergambar pada spektra massamenunjukkan kelimpahan ion-ion positif yang ada. Molekul zat yang dianalisis denganmenggunakan spektrometer massa, akan dihasilkan ion-ion positif (seperti dari atom-atom).60

Spektrum massa molekul-molekul mengandung 2 tipe garis : suatu garis karena molekulkeseluruhan, yang menunjukkan massa relatif molekul yang paling besar, dan merupakanmassa molekul relatif. Garis-garis yang lain karena pecahan-pecahan (fragmen) molekul.Pecahan-pecahan ini dihasilkan pada saat molekul-molekul pecah di dalam spektrometermassa. Untuk senyawa ion massa molekulnya disebut massa rumus relatif.Menurut Sistem Internasional (SI), satu mol adalah jumlah zat yang mengandungpartikel-partikel elementer, sebanyak jumlah atom dalam 0,012 kg (= 12 gram) karbon-12,yang masing-masing atom karbon-12 mempunyai massa 12 u. Berdasarkan definisi tersebut,maka : 12 gram C-12 (massa atom relatif 12) dan 32 gram O 2 (massa molekul relatif 32)sama-sama mengandung 1 mol atom atau molekul. Jadi massa satu mol zat adalah sesuaidengan massa atom relatif, atau massa molekul relatifnya dalam gram. Massa 1 mol zat yangsama dengan rumus relatif zat itu dalam gram disebut massa molar.Jumlah partikel (atom, molekul, ion) dalam satu mol disebut tetapan Avogadrodengan lambang L. Harga L yang telah diterima adalah sebesar 6,02 x 10 23 partikel mol -1 .Koefisien persamaan reaksi dengan konsep mol merupakan angkabanding mol zatyang tepat bereaksi dan mol zat yang terjadi. Berdasrkan konsep mol ini dapat dihitungjumlah zat pereaksi yang tepat bereaksi dan hasil-reaksi. Jumlah hasil reaksi sangatditentukan oleh pereaksi yang jumlahnya lebih sedikit, yang disebut pereaksi pembatas(limiting reactan). Hitungan kimia yang menyangkut larutan, dapat diselesaikan denganterlebih dahulu memahami pengertian konsentrasi larutan (molaritas, persen dan bpj) dan carapembuatannya. Aplikasi hitungan kimia dalam larutan adalah dalam analisis volumetri.Analisis volumetri adalah analisis kimia kuantitatif yang dilakukan dengan jalan mengukurvolum suatu larutan standar,yang tepat bereaksi dengan larutan yang dianalisis. Prosespenambahan larutan standar ke dalam larutan yang akan ditentukan atau dianalisis disebuttitrasi. Titrasi digunakan untuk menentukan konsentrasi atau kadar zat dalam sampel.Disamping itu digunakan pula untuk menentukan massa molekul relatif asam dan basa,menentukan persamaan asam-basa, menentukan persentase kemurnian dalam titrasi asambasa,menentukan persamaan reaksi redoks, menentukan bilangan oksidasi, pada titrasiredoks.F. Soal Latihan.Latihan yang berupa soal hitungan mohon dikerjakan dengan menggunakanpendekatan faktor konversi.61

1. (a). Definisikanlah : massa atom relatif, massa molekul (rumus) relatif, 1 mol, dan massamolar suatu zat(b). Mengapa istilah berat rumus lebih disarankan untuk digunakan untuk beberapa zatdaripada berat molekul ?(c). Apakah yang Anda ketahui dengan rumus empiris ? Menurut kamus bahasa inggrisapakah artinya empiris?.(d).Apakah yang dimaksud dengan pereaksi pembatas ?.Penentuan Ar denganSpektrometer massa dan rumusempiris, rumus molekul.2. Gambar disamping menunjukkanspektrum massa unsur Rubidiumdengan simbol Rb :a. Isotop-isotop apakah yang adadi dalam Rubidium ?b. Berapa persentase kelimpahandari masing-masing isotop ?c. Hitunglah massa atom relatifRubidium !Kelimpahan201510585 87Massa relatif (m/e)3. Spektrum massa dari hidrogen klorida ditunjukkan pada Gambar di bawah ini. Jelaskanspektrum massanya !Kelimpahan33 34 35 36 37 38 39 40 41Massa relatif (m/e)62

4. Unsur galium (simbol Ga) digunakan untuk dioda emisi cahaya.(a) Spektrum massa atom galium alami ditunjukkan pada Gambar berikut ini.Kelimpahan4030201060 65 70 75 80Massa relatif (m/e)(i) Tuliskan dalambentuk simbol isotopisotopyang ada padagalium alam !(ii)Gunakan informasispektrum massa untukmenghitung harga massaatom relatif Ar, galium.(b) Galium membentuk oksida, Ga 2 O 3 . Oksida ini bereaksi dengan galium pada kondisiyang sesuai untuk menghasilkan oksida lain yang mengandung 89,7 % galium.(i) Hitung rumus empiris oksida kedua(ii) Tuliskan persamaan reaksi untuk pembentukan oksida ini dari Ga 2 O 3 .5. Air terdiri dari isotop 1 H; 2 H; dan 16 O.(a)(b)(c)Tuliskan rumus dari semua molekul H 2 O yang berbeda dalam airPilihlah salah satu dari molekul-molekul ini yang memiliki massa paling besarSuatu sampel air dianalisisdenganmenggunakanspektrometer massa. Tuliskanrumus ion-ion yangmenghasilkan delapan puncak spektrum massa sebagai gambar disamping.6. (a) Spektrum massa klorometana, CH 3 Cl, mempunyai dua puncak utama dengan massa(b)relatif 50 dan 52. Jelaskan faktaini.Spektrum massa uap belerangditunjukkan pada Gambardisamping. Jelaskan spektrummassa selengkap yang Andadapat !MassarelativeRumus ionKelimpahan1 2 3 4 17 18 19 2020 40 60 80 100120140160180 200220 240 260Massa relatif (m/e)63

7. Senyawa Z memiliki komposisi massa: 66,7 % karbon, 22,2 % oksigen dan 11,1 %hidrogen. Spektrum massa Z ditunjukkan pada Gambar disamping.Hitung rumus empiris Z. Gunakanspektrum massa untuk menentukanrumus molekul Z, jelaskan rumusstruktur Z yang mungkin danjelaskan rumus puncak-puncak yangdiberi nomor dalam spektrummassa.Kelimpahan1529435772Stoikiometri8. Buktikan bahwa, 1 u = L110 20 30 40 50 60 70 80Massa relatif (m/e)(L adalah tetapan Avogadro)9. (a). Berapa mol Fe ada dalam 1,25 mol Fe 2 O 3 (Jawaban : 2,5 mol)(b) Berapakah massa 2 mol sukrosa ?.(Jawaban :648 g)(c). Berapakah jumlah atom tembaga di dalam 3,05 gram tembaga murni ?.(Jawaban : 0,3x 10 23 atom)(d). Berapakah jumlah atom besi di dalam 4,93 gram paku yang mengandung 96,0% besi?. ?.(Jawaban :0,51 x 10 23 atom)(e). Berapakah jumlah atom hidrogen di dalam 1,00 gram NH 3 . ?.(Jawaban : 1,06 x 10 23atom).10. Kalsium karbida (dalam perdagangan dikenal dengan nama karbit) digunakan untukmengasilkan asetilena untuk pengelasan (lihat reaksi soal no. 2.5c), dibuat dengan reaksiantara batu kapur dengan karbon pada suhu tinggi :CaO(s) + C(s) CO(g) + CaC 2 (s).(a). Berapa kg karbit dapat terjadi dari 1 kg CaO ?.(Jawaban : 1,143 kg)(b). Berapa kg karbon diperlukan untuk bereaksi dengan 1 kg CaO ?.(Jawaban : 0,43 kg).Konsentrasi Larutan11. Apakah yang dimaksud dengan :(a). konsentrasi molar (b) titrasi (c) titik akhir titrasi.12. 0,04 gram NaOH dilarutkan dalam air sampai volum 1 L. Jika densitas larutandiasumsikan sama dengan densitas air, nyatakan konsentrasi larutan NaOH itu dalam (a)64

persen massa (b). bagian per juta (bpj), dan (c) konsentrasi molar. ?.(Jawaban :0,004%;40 bpj; 0,001 M).13. Ceritakanlah cara pembuatan(a). 100 mL larutan NaOH 1,5 M dari kristal NaOH.(b) 0,2 L larutan H 2 SO 4 0,1 M dari H 2 SO 4 18M.(c) 100 mL larutan H 3 PO 4 0,1M dari H 3 PO 4 yang kadarnya 85% massa dan kerapatan1,70 g mL -1 .Stoikiometri dalam analisis VolumetriPenentuan konsentrasi zat14. Dalam suatu eksperimen, 20 cm 3 0,2 mol dm -3 NaOH bereaksi dengan 32 cm 3 larutanH 2 SO 4 . Hitunglah konsentrasi H 2 SO 4 dalam :(a) mol dm -3 , dan(b) g dm -3[H = 1; O = 16; S = 32]15. Hitunglah volume dari 0,12 mol dm -3 KOH yang diperlukan untuk bereaksi dengan25,0 cm -3 larutan H 3 PO 4 yang mengandung 4,90 g H 3 PO 4 per dm 3 larutan menurutpersamaan berikut ini :2 KOH + H 3 PO 4 → K 2 HPO 4 + 2H 2 O[H = 1; O = 16; P = 31]16. Hitunglah volume dari 0,4 mol dm -3 larutan HCl yang diperlukan untuk bereaksi dengan5,00 g kalsium karbonat.17. Asam nitrat 500 cm 3 bereaksi sempurna dengan 3,94 g barium karbonat, BaCO 3 .Hitunglah konsentrasi asam nitrat dalam(a) mol dm -3 , dan(b) g dm -318. Belerang trioksida sebanyak 2,00 g dilarutkan dalam air. Larutan yang dihasilkanmembutuhkan 200 cm 3 larutan natrium hidroksida untuk netralisasi. Hitunglahkonsentrasi natrium hidroksida dalam mol dm -3 .Penentuan Massa molekul relatif asam atau basa.19. Suatu larutan asam monobasis mengandung 19,2 g HXO 4 per dm 3 . Larutan asam 25 cm 3bereaksi dengan 20,8 cm 3 basa yang mengandung 4,80 g NaOH per dm 3 . Hitunglah :(a) Konsentrasi HXO 4 dalam mol dm -365

(b) Massa atom relatif unsur X20. Suatu larutan dari suatu asam mengandung 25,2 g (COOH) 2 .xH 2 O per dm 3 . Larutan50,0 cm 3 memerlukan 40,0 cm 3 0,500 mol dm -3 KOH untuk titrasi dengan indikatorfenolftalein. Hitunglah nilai x !21. Larutan FA7 mengandung 12,6 g Ba(OH) 2 .xH 2 O per dm 3 . Larutan FA8 mengandung0,12 g ion hidrogen (H + ) per dm 3 . Dalam titrasi, 25 cm 3 larutan FA7 diperlukan 16,7cm 3 larutan FA8 untuk reaksi sempurna. Hitunglah :(a) Konsentrasi FA7 dalam mol dm -3(b) Nilai x dalam Ba(OH) 2 .xH 2 O.[H = 1; O = 16; Ba = 137]Penentuan Persamaan Asam-Basa22. Suatu larutan mengandung 16,8 g NaH 2 PO 4 per dm 3 . Larutan ini 25,0 cm 3 bereaksidengan 17,5 cm 3 Natrium hidroksida yang mengandung 6,8 g ion hidroksida per dm 3 .(a) Hitunglah jumlah mol NaH 2 PO 4 dan OH - yang digunakan dalam titrasi.(b) Simpulkan persamaan reaksinya23. Suatu garam mempunyai rumus NaH 2 XO 4 . Suatu larutan garam mengandung 12,00 gNaH 2 XO 4 per dm 3 . Dalam suatu eksperimen, larutan 25,0 cm 3 NaH 3 XO 4 didapatkanbereaksi dengan 20,8 cm 3 0,120 mol dm -3 NaOH. Tuliskan persamaan yang mungkinuntuk reaksi dalam titrasi dan simpulkan massa atom relatif unsur X yang mungkin.Penentuan Persentase Kemurnian24. Padatan FA3 adalah campuran dari Natrium karbonat, Na 2 CO 3 dan natrium klorida,NaCl. Padatan FB3 2,00 g dilarutkan dalam larutan 259 cm 3 dalam bejana volumetrik.Larutan 25,00 cm 3 dititrasi dengan 21,40 cm 3 asam klorida menggunakan indikatoryang cocok. Persamaan reaksinya adalahNa 2 CO 3 + 2HCl → H 2 O + CO 2 +2NaClHitunglah(a) Jumlah mol natrium karbonat dalam 25,00 cm 3 larutan yang dititrasi(b) Jumlah mol natrium karbonat dalam 250,0 cm 3 larutan dalam bejana volumetrik.(c) Massa natrium karbonat dalam 2,00 g sampel FA3(d) Persentase massa natrium klorida dalam FA366

Titrasi Redoks25. 25,0 cm 3 larutan hidrogen peroksida bereaksi dengan 20,0 cm 3 MnO - 4 0,025 mol dm -3dalam suatu titrasi, dengan adanya asam berlebih.2MnO - 4 + 16H + + 5H 2 O 2 → 2Mn 2+ + 5O 2 + 8H 2 OHitunglah konsentrasi hidrogen peroksida dalam :(a) Mol dm -3 (b) g dm -326. Berapa volume dari 0,45 mol dm -3 besi(II) sulfat yang diperlukan untuk bereaksidengan 50,0 cm 3 KMnO 4 0,02 mol dm -3 yang diasamkan dengan asam sulfat encerberlebih ?27. Suatu larutan mengandung 28,6 g etanadioat, MC 2 O 4 , per dm 3 . 25 cm 3 larutan MC 2 O 4ini ditempatkan dalam bejana titrasi dengan asam sulfat encer berlebih, larutan itudireaksikan dengan 20 cm 3 KMnO 4 0,1 mol dm -3 .a. Tuliskan persamaan reaksi ionik yang setimbang antara KMnO 4 dan MC 2 O 4 .b. Hitunglah jumlah mol MC 2 O 4 dalam 1 dm 3 larutan.c. Hitunglah massa atom relatif dari logam M.28. Larutan FA1 mengandung 3,71 g larutan metal chromat, MCrO 4 per dm 3 .Larutan FA2 mengandung 0,100 mol larutan Fe 2+ per dm 3 .Dalam suatu eksperimen, 25,0 cm 3 FA1 ditempatkan dalam suatu bejana titrasi denganasam sulfat encer berlebih. Larutan ini bereaksi dengan 20,0 cm 3 FA2. Persamaanreaksinya adalah :CrO 2- 4 + 8H + + 3Fe 2+ → Cr 3+ + 4H 2 O + 3Fe 3+Hitunglah :(a) Konsentrasi MCrO 4 dalam FA1, dalam mol dm -3 dan(b) Massa atom relatif unsur M.[O = 16; Cr = 52,0]Titrasi dengan Iodin29. Kalium iodat(V), KIO 3 , bereaksi dengan larutan kalium iodida berlebih yang diasamkanmenurut persamaan berikut ini.IO - 3 +5I - + 6H + → 3I 2 + 3H 2 ODalam suatu eksperimen, 20,0 cm 3 larutan KIO 3 ditambahkan ke dalam larutan kaliumiodida berlebih yang diasamkan. Iodin yang dihasilkan kemudian dititrasi dengan 22,45cm 3 natrium tiosulfat. Persamaan reaksinya adalah :I 2 + 2S 2 O 2- 3 → 2I - 2-+ S 4 O 667

Konsentrasi tiosulfat adalah 29,8 g Na 2 S 2 O 3 .5H 2 O per dm 3 . Hitunglah konsentrasikalium iodat(V) dalam g dm -3 .30. Suatu larutan dari logam chromat(VI) mengandung 15,60 g MCrO 4 per dm 3 . Larutankhromat(VI) 10 cm 3 tersebut ditambahkan ke dalam kalium iodida berlebih yangdiasamkan. Ion-ion chromat(VI) bereaksi dengan ion-ion iodida menurut persamaanreaksi berikut ini :CrO 2- 4 + 8H + + 3I - → 3/2 I 2 + 4H 2 O + Cr 3+Iodin yang dihasilkan dititrasi dengan larutan tiosulfat. 30,0 cm 3 yang mengandung 11,2g S 2 O 2- 3 per dm 3 yang digunakan dalam titrasi. Hitunglah massa atom relatif logam M.Penentuan Persamaan Reaksi Redoks31. Ion-ion timah(II) dapat teroksidasi menjadi ion-ion timah(IV) oleh iodat(V) dalam HClyang ditunjukkan.Sn 2+ → Sn 4+ + 2e -Setengah persamaan reaksi reduksi dari iodat(V) dalam reaksi yang dipercaya salah satudari berikut ini :IO - 3 + 6H + + 3Cl - + 2e - → ICI 3 + 3H 2 O ….. (i)IO - 3 + 6H + + Cl - + 4e - → ICI + 3H 2 O ….. (ii)IO - 3 + 6H + + 5e - → ½I 2 + 3H 2 O….. (iii)IO - 3 + 6H + + 6e - → I - + 3H 2 O….. (iv)Dalam suatu eksperimen 25,0 cm 3 IO - 3 (aq) 0,025 mol dm 3 bereaksi dengan 31,2 cm 3Sn 2+ 0,04 mol dm -3 dalam asam sulfat encer berlebih. Hitunglah :(a) Jumlah mol Sn 2+ yang digunakan dalam reaksi(b) Jumlah mol IO - 3 yang digunakan dalam reaksi(c) Jumlah mol Sn 2+ -yang bereaksi dengan 1 mol IO 3(d) Manakah setengah-persamaan reaksi untuk reduksi IO - 3 yang benar ?32. Asam nitrat(V) dapat direduksi menjadi sejumlah produk yang berbeda. Beberapasetengah-persamaan reaksi untuk reduksi ini adalah :NO - 3 + 2H + + e - → NO 2 + H 2 O ….. (i)NO - 3 + 2H + + 2e - → NO - 2 + H 2 O ….. (ii)NO - 3 + 4H + + 3e - → NO + 2H 2 O ….. (iii)NO - 3 + 6H + + 5e - → ½N 2 + 3H 2 O ….. (iv)68

(a) Berikan rumus senyawa nitrogen di mana atom nitrogen mempunyai bilanganoksidasi yang berbeda dari setiap ion-ion dan molekul-molekul yang ditunjukkandi atas.Dalam suatu eksperimen 25,0 cm 3 asam nitrat(V) 0,40 mol per dm 3 , dalam asam sulfatencer berlebih, bereaksi dengan 150,0 cm 3 dari larutan besi(II) sulfat yang mengandung11,2 g Fe 2+ per dm 3 . Hitunglah :(b) Jumlah mol NO - 3 yang digunakan dalam reaksi(c) Jumlah mol Fe 2+ yang digunakan dalam reaksi(d) Jumlah mol Fe 2+ -yang bereaksi dengan satu mol NO 3(e) Oleh karena itu setengah-persamaan reaksi manakah yang benar untuk reduksiasam nitrat(V) ?Penentuan Bilangan Oksidasi33. Ion-ion vanadium(II) dapat teroksidasi secara kuantitatif oleh ion-ion manganat(VII)yang diasamkan, menjadi suatu kedudukan oksidasi tertinggi. Dua setengah-persamaanreaksi untuk reaksi itu dapat ditulis :V 2+ → V z+ + (z-2)e -MnO - 4 + 8H + + 5e - → Mn 2+ + 4H 2 ODalam suatu eksperimen, 25,0 cm 3 V 2+ 0,02 mol dm -3 bereaksi dengan 15,0 cm 3 MnO 40,02 mol dm -3 yang diasamkan dengan asam sulfat.(a) Hitunglah(i) Jumlah mol V 2+ yang digunakan dalam titrasi(ii) Jumlah mol MnO - 4 yang digunakan dalam titrasi(iii) Jumlah mol V 2+ -yang bereaksi dengan satu mol MnO 4(b) Oleh karena itu simpulkan jumlah elektron yang diberikan oleh satu ion V 2+ ketikadioksidasi.(c) Berapa bilangan oksidasi baru dari vanadium setelah oksidasi (berapa z) ?34. Ion-ion chromium(II) dapat dititrasi dengan ion-ion [CuCl 4 ] 2- , yang ditunjukkansetengah persamaan reaksi berikut iniCr 2+ → Cr 3+ + e -[CuCl 4 ] 2- + …e - → …+…Setengah-persamaan yang kedua adalah tidak sempurna.Dalam suatu eksperimen, 20,0 cm 3 Cr 2+ 0,04 mol dm -3 bereaksi dengan 40,0 cm 3[CuCl 4 ] 2- 0,01 mol dm -3 .69

Hitunglah(a) Jumlah dari jumlah mol Cr 2+ dan [CuCl 4 ] 2- yang digunakan dalam reaksi(b) Jumlah mol [CuCl 4 ] 2- yang bereaksi dengan Cr 2+(c) Simpulkan jumlah elektron yang telah diterima olaeh satu ion [CuCl 4 ] 2-(d) (i) Berapa bilangan oksidasi tembaga dalam [CuCl 4 ] 2- ?(ii) Asumsikan bahwa tembaga mendapat elektron, berapa bilangan oksidasiatom tembaga yang baru setelah reaksi.(iii) Tuliskanlah reaksi sempurna setengah-persamaan reaksi untuk reaksi[CuCl 4 ] 2- .70

2 LARUTAN ASAM-BASAA. PendahuluanAsam dan basa pertama-tama dedefinisikan secara organoleptis yaitu asam adalahzat yang rasanya masam sedangkan basa adalah zat yang rasanya pahit. Zat yang biasaditentukan sifat asam-basanya dengan cara seperti itu adalah zat yang erat kaitannyadengan kehidupan sehari-hari seperti rasa jeruk, rasa sabun, dan sebagainya. Namun tidaksemua zat kimia dapat ditentukan dengan cara seperti itu karena akan sangat berbahaya.Untuk menentukankannya digunakan indikator (zat penunjuk) sifat asam atau basa. Salahsatu indikator adalah kertas lakmus merah dan biru. Berdasarkan perubahan warna kertaslakmus merah dan biru dalam larutan asam dan basa maka asam didefinisikan sebagai zatyang mengubah kertas lakmus biru menjadi merah dan basa adalah zat yang mengubahkertas lakmus merah menjadi biru. Sedangkan larutan yang bersifat netral tidak akanmenyebabkan perubahan warna kertas lakmus merah maupun biru. Disamping kertaslakmus merah dan biru dikenal juga larutan indikator asam-basa (lihatTabel 4 pada Parwa1). Namun indikator asam-basa ini sulit digunakan sebagai penentu sifat larutan karenaperubahan warna indikator ini ditentukan oleh keasaman (pH) larutan. Indikatorfenolptalein (PP), misalnya, akan berwarna merah (pink) pada pH di atas 10 dan akan tidakberwarna pada pH di bawah 8. Hal ini berarti bahwa apabila suatu larutan ditetesi PP danwarna PP tidak berwarna maka sifat larutan itu belum tentu asam, tetapi ada kemungkinanbersifat basa dengan pH 7,5, atau dapat juga bersifat netral. Indikator asam-basa seperti PPitu hanya cocok untuk mengetahui titik ekivalen atau titik akhir titrasi Apa yangmenyebabkan larutan suatu zat bersifat asam, basa, atau netral?Pada tahun 1980, dengan diterimanya teori disosiasi Arrhenius, asamdidefinisikan sebagai zat yang terdisosiasi menjadi ion hidrogen dan anion-anion,jika dilarutkan ke dalam air. Oleh karena diketahui basa bereaksi dengan asammembentuk garam dan air, maka basa didefinisikan sebagai zat yang terdisosiasimenjadi ion hidroksida dan kation-kation, jika dilarutkan ke dalam air. Definisiasam-basa ini sangat signifikan tetapi tidak dapat menerangkan sifat zat yang tidakmengandung hidrogen ataupun ion hidroksida di dalam rumusnya seperti Na 2 CO 3 , NH 4 Cl,71

NaCl. Disamping itu untuk larutan yng sangat encer seperti larutan HCl 10 -10 M akan sulitditentukan keasamannya bila hanya melihat zat terlarut. Dengan hanya melihat zat terlarutkeasamannya sangat tidak logis. Permasalahan ini diatasi oleh teori asam basa Bronsted-Lowry. Teori asam basa Bronsted-Lowry hanya melihat pemberian dan penerimaan ionhidrogen (proton) untuk mendefinisikan asam dan basa. Zat-zat yang tidak mempunyai ionhidrogen di dalam rumusnya (umumnya garam-garam), dapat menerima ion hidrogen daripelarut zat itu. Pelarut, dengan demikian, punya peranan yang penting di dalammenentukan sifat larutan. Pada Parwa 2 ini akan dibahas penentuan keasaman larutandengan teori asam-basa Bronsted-Lowry. Sebelum membahas keasaman larutan akandibahas terlebih dahulu kesetimbangan larutan beserta tetapan kesetimbangannya (K).Adapun Kompetensi Dasar dan indikator yang ingin dicapai dalam pembahasan keasamanlautan ini secara rinci sebagaimana berikut ini.Kompetensi DasarMengetahui penggunaan nilai Tetapan Kesetimbangan (K) untuk menentukan konsentrasikesetimbangan suatu zat dari konsentrasi analitiknya dan memahami peran konsep asambasa Bronsted-Lowry dalam menentukan sifat larutan dan menentukan pH larutan asam,basa, garam, maupun campurannya.Indikator1. Menghitung konsentrasi kesetimbangan suatu kesetimbangan kimia, denganmenggunakan nilai tetapan kesetimbangan.2. Mendefinisikan konsep asam-basa Bronsted-Lowry.3. Menentukan asam-basa konjugat dalam kesetimbangan asam-basa.4. Menentukan sifat larutan garam dengan konsep asam basa Bronsted-Lowry.5. Menghitung pH larutan asam, basa, garam, maupun campurannya dengan konsepasam-basa Bronsted-Lowry.B. Konsep Kesetimbangan KimiaSebagai konsekuensi dari kenyatan bahwa banyak reaksi kimia berlangsung secaraterus menerus dalam arah yang berlawanan, maka terjadilah kesetimbangan kimia. Untukmeninjau kembali gejala kesetimbangan kimia, secara kinetika, perhatikan reaksi beikut :A + B ⇄ C + D72

Kecepatan reaksiKonsentrasiReaksi pembentukan(Reaksi dari kiri kekanan)Reaksi dari kiri kekananC; DKecepatan reaksi pembentukan C dan D tergantung pada konsentrasi A dan B. Saat reaksiantara antara A dan B berlangsung, konsentrasi A dan B berkurang dan menyebabkankecepatan reaksi menurun, seperti ditunjukkan oleh garis yang terletak lebih di atas(Gambar 1).0Waktut sbGambar 1. Grafik kecepatanreaksi terhadap waktu untukreaksi dapat balikDua hal penting yang dapat diamati dari Gambar 1 ini, pertama, kecepatan reaksitidak menurun sampai nol dan kedua setelah waktu tertentu, reaksi berjalan dengankecepatan yang tetap. Reaksi sebaliknya dari kanan ke kiri juga berlangsung. Mula-mulatidak ada C dan D dan berarti pada saat ini tidak ada reaksi yang berlangsung sebaliknya.Saat C adan D terbentuk, konsentrasinya naik sehingga kecepatan reaksi dari kanan ke kiriakan naik. Akhirnya kecepatan reaksi sebaliknya ini akan sama dengan kesepatan reaksipembentukannya. Saat inilah tercapai reaksi kesetimbangan, yang cirinya tidak adaperubahan konsentrasi dari spesies yang ada dalam kesetimbangan. Waktu yang diperlukanuntuk tercapainya kesetimbangan, dalam grafik Gambar 1, dinyatakan dengan t stb (t eq = tequilibrium)). Oleh karena kecepatan tergantung pada konsentrasi zat pereaksi, makatercapainya kesetimbangan dapat digambarkan pula dengan grafik konsentrasi pereaksi danproduk terhadap waktu (Gambar 2). Grafik pada Gambar 1 dan 2 menunjukkan bahwasuatu sistem kimia tertentu, konsentrasi dan kecepatan reaksinya mencapai harga yangtetap secara terus menerus. Sebagai mana biasanya, reaksi dapat balik (reversible) yangmencapai kesetimbangan dinyatakan dengan menggunakan tanda panah bolak-balik (⇄).1. Tetapan Kesetimbangan (Equilibrium constan).t sbA; BWaktuGambar 2. Grafik konsentrasipereaksi dan hasil reaksi terhadapwaktuSebagai konsenkuensi adanya kesetimbangan, maka aktivitas pereaksi selalu73

dihubungkan dengan aktivitas produk. Untuk reaksi : mA + nB ⇄ C + qD, proseskesetimbangannya dinyatakan dengan ungkapan,p q aa K stb = C D ma a nA BK stb = tetapan kesetimbangan yang sangat tergantung pada parameter (ubahan) suhu danpelarut (solvent). Biasanya harga K stb ditentukan untuk zat terlarut dalam air pada suhu25 o C.Ungkapan tetapan kesetimbangan (K stb ) dapat disederhanakan dengan kenyataanbahwa aktivitas zat padat murni dan cairan murni adalah tetap dan dinyatakan berhargasatu (1). Sebagai akibatnya zat padat dan cairan murni ini tidak mempengaruhi hargatetapan kesetimbangan (K stb ) dan dihilangkan dari ungkapan itu. Berpegang pada hal ini,maka tetapan kesetimbangan untuk reaksi, 2Sn 2+ + H 2 SO 3 + 4H + ⇄ 2Sn 4+ + S(s) + 3H 2 O,dapat ditulis sebagai berikut ini.K sb =2aSn42a 2 aaSnH2SO3HAktivitas tidak disertakan pada ungkapan kesetimbangan karena berharga satu. Dmikianpula untuk kesetimbangan, AgCl(s) ⇄ Ag + (aq) + Cl - (aq), ungkapan kesetimbangannyadinyatakan sebagai, K stb = (aAg + )(aCl - ). Aktivitas AgCl tidak disertakan karena behargasatu. Unkapan K stb untuk zat sukar larut seperti AgCl disebut Tetapan Hasil kali kelarutan(constanta solubility product) dengan simbul K sp .Penggunaan aktivitas dalam ungkapan K stb menyebabkan perhitungan menjadilebih kompleks karena untuk dapat menentukan harga aktivitas larutan, harus ditentukanterlebih dahulu harga kekuatan ion larutan () dan koefisen aktivitas ()nya. Ingat bahwa = γ × x ; dengan [x] adalah konsentrasi kesetimbangan yaitu konsentrasi zat-zatsetelah mencapai kesetimbangan. Penulisan konsentrasi kesetimbangan ini denganlambang kurung persegi, misalnya [CH 3 COOH]. Sedangkan konsentrasi zat yangbelum mencapai kesetimbangan atau konsentrasi awal zat itu dikenal sebagaikonsentrasi analitik dan dinyatakan secara umum dengan simbul C. Misalnya C asam74

asetat = 0,1 M, artinya konsentrasi asam asetat yang baru dibuat dan belum terdisosiasi untukmencapai kesetimbangan.Biasanya larutan yang digunakan dalam reaksi kimia mempunyai konsentrasi zatterlarut kurang dari 1 M, yang berarti bahwa larutan tersebut sebagian besar terdiri daripelarut atau larutan itu sangat encer. Perbedaan antara aktivitas dan konsentrasikesetimbangan cukup kecil jika konsentrasi ion total dalam larutan sangat rendah sehinggaperbedaan itu dapat diabaikan. Jadi K stb dapat dinyatakan dalam konsentrasikesetimbangan walaupun hal ini tidak begitu tepat tetapi jawaban yang diberikan cukupakurat. Jadi ungkapan K stb untuk reaksi, mA + nB ⇄ pC + qD, yang dinyatakan dalamkonsentrasi kesetimbangan adalah :p q[ C][ D]Kstb 1=m n[ A][ B]Harga tetapan kesetimbangan menunjukkan ukuran seberapa besar reaksi telahberlangsung. Untuk reaksi yang berlangsung hampir sempurna, maka konsentrasi produkakan relatif lebih tinggi daripada konsentrasi pereaksi yang masih sisa dan dengandemikian tetapan kesetimbangannya akan besar. Sebaliknya, harga K stb akan kecil untukreaksi yang berlangsungnya sangat tidak sempurna.Kesetimbangan kimia dapat dicapai melalui reaksi dari kiri ke kanan atau darip q[ C][ D]kanan ke kiri. Ungkapan kesetimbangan, K stb 1=m n[ A][ B], yang menyatakan bahwakondisi kesetimbangan dicapai dari reaksi A dengan B menurut reaksi, mA + nB ⇄ pC +qD. Kesetimbangan yang sama yang dibentuk dari reaksi sebaliknya, pC + qD ⇄ mA +nB, dapat dinyatakan dengan ungkapan, K stb 2=m nA BC pD q. Hubungan tetapankesetimbangan untuk reaksi yang berlangsung ke kanan dan ke kiri untuk kesetimbangan,mA + nB ⇄ pC + qD, adalah K stb 1=1K stb 2Penggunaan K stb yang terbanyak adalah untuk menentukan konsentrasikesetimbangan suatu zat dari konsentrasi analitiknya. Misalnya sejumlah tertentu zatAB terdisosiasi menjadi A dan B bila dilarutkan ke dalam air, dengan reaksi,AB ⇄ A + B75

Konsentrasi A, B, dan AB dapat dihitung dari tetapan kesetimbangan disosiasi AB.K stb = A B ABBila A dan B hanya berasal dari disosiasi AB maka, [A] = [B] dan [AB] = C AB - [A]Dengan mensubstitusikan harga-harga konsentrasi kesetimbangan ini ke dalam K stbdiperoleh,K stb =CA AAAB=CAAB 2[A] 2 + K stb [A] - K stb C AB = 0AOleh karena tetapan kesetimbangan dan konsentrasi analitik AB diketahui, makapersamaan tersebut dapat diselesaikan dengan rumus kuadrat berikut ini. b b2 4acA 1,2 =2aPenyelesaian persamaan [A] 2 + K stb [A] - K stb C AB = 0, disederhanakan dengan membuatasumsi-asumsi tanpa mengubah hasil akhir secara signifikan. Asumsi yang dapat dilakukanadalah sebagai berikut : biasanya [A] sangat kecil daripada C AB sehingga [A] dapatdiabaikan terhadap C AB . Jadi C AB - [A] = C AB = [AB] dan bila disubstitusikan ke dalamharga K sb akan diperoleh persamaan dengan bentuk nonkuadrat.K stb = A 2 atau [A]= Kstbx CABC ABApakah syarat asumsi, C AB - [A] = C AB = [AB] tersebut dapat diterima secara valid?. Asumsi seperti itu dapat diterima bila perhitungan dengan asumsi dan dengn tanpaasumsi kesalahan relatifnya tidak lebih dari 2%. Asumsi C AB - [A] = C AB = [AB] dapatdilakukan atau tidak, sangat ditentukan oleh harga K stb . Bila K stb besar, maka [AB] C AB , karena zat AB yang terdisosiasi sangat besar. Bila K stb kecil, maka [AB] = C AB ,karena zat AB yang terdisosiasi sangat kecil dan dapat diabaikan. Seberapa besar hargaK stb yang dikatakan besar atau kecil ?.Sebagai patokan bila harga K stb 1000 kali lebih kecil dari pada konsentrasianalitik atauCKABasumsi dapat dikatakan valid.sb 10 3 , maka dapat dikatakan harga K stb kecil sehingga76

Contoh 1Suatu larutan dibuat dengan melarutkan 0,200 mol NaHSO 4 dalam air dan diencerkanmenjadi 1,00 L. Jika K stb disosiasi HSO - 4 = 1,02 x 10 -2 , hitunglah konsentrasi ion hidrogena. tanpa asumsi. b. dengan asumsiPenyelesaian.a. Garam NaHSO 4 akan terdisosiasi sempurna sebagai berikut :NaHSO 4 Na + + HSO 4-dan disosiasi HSO 4 - lebih lanjut adalah, HSO - 4 ⇄ H + + SO 2-+ 2H SO44 , dengan tetapan kesetimbangan, K stb =HSODari persamaan disosiasi NaHSO 4 dan disosiasi HSO - 4 dapat diketahui bahwa,[HSO - 4 ] = C NaHSO4 , dan [H + ] = [SO 2- 4 ].Jadi, konsentrasi kesetimbangan HSO - 4 adalah [HSO - 4 ] = CNaHSO 4 - [H + ]Persamaan tetapan kesetimbangan menjadi, K stbH=CNaHSO42 HPada soal diketahui bahwa, C HSO4 − = 0,200 mol/1L = 0,200 M.Harga-harga yang diketahui, disustitusikan ke dalam persamaan K stb.1,2 x 10 -2 H=0,2 2 H[H + ] 2 + 1,02 . 10 -2 [H + ] - (2,04 . 10 -3 ) = 0Dengan menggunakan rumus kuadrat diperoleh, [H + ] = 4,04 x 10 -2 Mb. Bila diasumsikan bahwa konsentrasi kesetimbangan ion H + sangat kecil, makaC NaHS O4 - [H + ] = C NaHS O4 , sehinggaK sbH =2CNaHSO 1,02 x 10 -2 = H420.200[H + ] = 4,51 x 10 -2 MKesalahan relatif perhitungan [H + ] dengan cara a dan b di atas adalah4(4,51- 4,04) x 10-24,51x 10-2x 100% = 10,42 %77

Oleh karena kesalahan reatif melebihi 2%, maka [H + ] yang diperoleh dari perhitungandengan asumsi bahwa konsentrasi kesetimbangan ion H + sangat kecil, CNaHSO- [H + ] =4CNaHSO 4, tidak terlalu kecil dibandingkan dengan konsentrasi analitik NaHSO 4 , sehinggaasumsi tersebut belum dapat diterima (valid). Dan perhitungan [H + ] yang valid adalah yangtanpa asumsi. Jadi [H + ] = 4,04 x 10 -2 M.Walaupun tetapan kesetimbangan pada suhu dan tekanan tetap selalu tetap, namunposisi kesetimbangan, yang ditunjukkan oleh konsentrasi pereaksi dan produk, dapatberubah-ubah. Hal ini dapat terjadi karena penambahan ion sejenis ke dalam sisitemkesetimbangan atau karena pengurangan ion yang ada dalam kesetimbangan. Pengaruh inidisebut pengaruh ion senama (common-ion effect). Pengaruh ini menyebabkanpenyelesaian hitungan kesetimbangan akan terpengaruh pula. Misalnya suatu elektrolitlemah AB dilarutkan dalam air yang telah mengandung ion B - . Perhitungan konsentrasikesetimbangan A - , akan dipengaruhi oleh konsentrasi kesetimbangan B - yang telah adadalam larutan. Perhitungannya dapat menggunakan ungkapan K stb dari disosiasi asamlemah AB.Reaksi disosiasi AB dalam kesetimbangan adalah : AB ⇄ A + A Bungkapan tetapan kesetimbangan, K stb =AB+ B - , denganUntuk mencari [A - ] dari ungkapan itu, maka harga K stb, [B - ], dan [AB] harus diketahui.Pada masalah ini konsentrasi A - dan konsentrasi B - tidak sama besarnya karena ada 2sumber B - yaitu dari zat yang memang sudah ada dalam larutan, yang konsentrasinya [B - ],dan yang terbentuk dari disosiasi AB yang konsentrasinya tidak diketahui, tetapi samadengan konsentrasi A - . Untuk lebih jelasnya perhatikan contoh berikut ini.Contoh 2.Larutran asam asetat 0,1 M dengan K stb = 1,76 x 10 -5 , juga mengandung 0,2 M natriumasetat. Hitung konsentrasi kesetimbangan ion hidrogen dalam larutan.Penyelesaian.Larutan CH 3 COONa selalu akan terdisosiasi sempurna:CH 3 COONa Na + + CH 3 COO -Dan asam asetat akan terdisosiasi menghasilkan ion hidrogen:CH 3 COOH ⇄ H + + CH 3 COO - , dengan K stb = H+ [CH 3 COO − ][CH 3 COOH]78

Dari disosiasi itu dapat diketahui bahwa di dalam campuran larutan itu terdapatCH 3 COOH, H + , CH 3 COO - , CH 3 COO - dari disosiasi CH 3 COONa, dan Na + . NamunNa + tidak menentukan keasaman atau tidak menentukan harga H + (Mengapa?). Daridisosiasi di atas dapat diketahui pula bahwa, [H + ] = [CH 3 COO 2 - ] dan oleh karena didalam larutan ada ion senama/sejenis CH 3 COO - yang berasal dari disosiasiCH 3 COONa, maka ion ini akan mempengaruhi kesetimbangan disosiasiCH 3 COOH. Ion CH 3 COO - dari CH 3 COONa, yang jumlahnya lebih banyak, akanmendesak kesetimbangan CH 3 COOH ke kiri dan akhirnya akan membentukkesetimbangan dengan harga konsentrasi zat yang baru, yaitu.[CH 3 COOH] =CCH3 COOH- [H + ].[CH 3 COO - ] = [CH 3 COO − ] dari CH 3 COONa + [CH 3 COO − ] dari CH 3 COOH atau[CH 3 COO - ] =C3-+ [H + ]CH COONaKnsentrasi zat dalam kesetimbangan itu disubstitusikan ke ungkapan K stb . H CCH H3 COONaK stb =C HCH COOH3Harga K stb asam asetat sangat kecil (10.000 lebih kecil) dibandingkan denganCCH 3 COOH, sehingga dapat diasumsikan bahwa,CCH 3 COOH- [H + ] =CH COOHCCH3 COONa+ [H + ] =CH COONaC3= 0,100 M, danC3= 0,200 M.Tetapan kesetimbangan untuk asam asetat di atas menjadi, H CCH3CO2NaK stb =CCH3CO2H 1,76 x 10 -5 = H 0,200 0,100[H + ] = 8,80 x 10 -6 MBagaimanakah perhitungan contoh no. 2 itu bila harga K stb TIDAK sangat kecil (TIDAK10.000 lebih kecil) dibandingkan dengan CCH3 COOH?C. Kesetimbangan Asam-Basa1. Konsep asam-basa Bronsted-Lowry79

Pada tahun 1923, J.N. Bronsted di Denmark dan T M Lowry di Ingrismemperkenalkan bahwa sifat-sifat asam dan basa dapat dinyatakan dengan memakai ionhidrogen (proton). Mereka mendefinisikan bahwa asam adalah zat yang mampumenyumbangkan (donating) proton dalam reaksinya. Basa adalah zat yang mampumenerima (accepting) proton dalam reaksinya. Konsep Bronsten-Lowry tentang sifatasam-basa telah terbukti sangat cocok jika menggunakan pelarut air dan pelarut yang sukaair (water-like = protophilic).Proton seperti elektron, tidak dapat berada dalam keadaan bebas di dalam larutan,sehingga kemampuan menyumbangkan proton oleh asam atau kemampuan menerimaproton oleh basa dapat diwujudkan bila ada zat yang punya kemampuan menerima ataumenyumbangkan proton. Pelarut dapat menjadi zat yang dapat menerima maupunmenyumbangkan proton dan karenanya harus berpartisipasi dalam disosiasi atau disosiasiasam dan basa. Sebagai contoh, bila HCl (asam kuat), dilarutkan dalam air (H 2 O), makaHCl akan memberikan protonnya kepada basa (H 2 O). Kesetimbangan akan terletak jauh kekanan karena H 2 O merupakan basa lebih kuat dari pada Cl - dan HCl merupakan asam lebihkuat daripada H 3 O + .H 2 O + HCl ⇄ H 3 O + + Cl -Basa lebih kuat asam yang lebihdaripada Cl - kuat dari H 3 O +Asam karbonat (asam lemah) dilarutkan dalam air, disosiasi terjadi karena pelarutbertindak sebagai basa (penerima proton). Kesetimbangan terletak jauh ke kiri (maksudnyaproduk yang dihasilkan dari kesetimbangan itu sangat sedikit) karena H 3 O + adalah asamyang lebih kuat dari pada H 2 CO 3 , dan HCO - 3 adalah basa yang lebih kuat dari H 2 OH 2 CO 3 + H 2 O ⇄ H 3 O + + HCO 3-asam 1 basa 2 asam 2 basa 1H 3 O + merupakan satu proton yang tersolvasi dan disebut ion hidronioum. Data yang adamenunjukkan bahwa beberapa molekul air dapat terikat pada tiap satu proton, tetapipenulisannya biasanya disederhanakan dengan hanya H 3 O + ,Bila amonia (basa lemah) dilarutkan ke dalam air, pelarut akan bertindak sebagaiasam atau menyumbang proton (proton donor).NH 3 + H 2 O ⇄ NH 4 + + OH -basa 1 asam 2 asam 1 basa 2 (lebih kuat dari NH 3 )80

Pelarut seperti air yang dalam reaksinya dapat bertindak sebagai asam dan basatergantung pada zat terlarut, disebut pelarut amfiprotik (amphiprotik solvents). Pelarutamfiprotik lainnya adalah alkohol dengan berat molekul rendah dan asam asetat. Bila asamformiat atau amonia dilarutkan ke dalam etanol, akan terjadi reaksi :HCO 2 H + C 2 H 5 OH ⇄ C 2 H 5 OH 2 + HCO 2-NH 3 + C 2 H 5 OH ⇄ NH 4 + + C 2 H 5 O -Bila suatu asam menyumbangkan proton dalam reaksinya, maka asam itu akanberubah menjadi zat yang mampu menerima suatu proton untuk membentuk kembali asamsemula. Dengan cara sama, bila basa menerima proton dalam reaksinya, maka basa ituberubah menjadi suatu zat yang mampu menyumbangkan proton untuk membentuk basasemula. Untuk pelarutan asam karbonat dalam air di atas, asam semula dan basayang terjadi ditandai dengan angka 1, dan asam-basa itu oleh Bronsted-Lowrydinyatakan sebagai pasangan konjugat (conjugate pairs). Sedangkan basa semula danasam yang terjadi ditandai dengan angka 2 dan itu juga merupakan pasangankonjugat. Jadi tiap asam Bronsted-Lowry mempunyai suatu basa konjugat, demikian puladengan basa mempunyai suatu asam konjugat. Reaksi pelarutan asam formiat dan amoniatersebut di atas masing-masing mempunyai dua pasangan konjugat. Asam konjugat dariNH 3 adalah NH 4 + atau NH 3 adalah basa konjugat dari NH 4 + . Jika suatu asam itu kuat, makabasa konjugatnya lemah. Bila asam lemah atau sangat lemah, basa konjugatnya akanmempunyai kekuatan yang sedang atau kuat, bergantung afinitas basa konjugat terhadapH + . Jadi makin kuat asam atau basanya makin lemah basa atau asam konjugatnya.H 2 O HCN CH 3 CO 2 H H 3 PO 4 HClKeasaman bertambahOH - CN - CH 3 CO 2-H 2 PO 4-Cl -Kebasaan basa konjugat berkurangGaram, yang merupakan senyawa yang tidak mempunyai ion H + (proton) dapatdijelaskan sifatnya (asam, basa, atau netral ) dengan konep asam-basa Bronsted-Lowry ini.Sebagai contoh adalah Na 2 CO 3 . Garam ini dalam larutannya selalu berada sebagai Na + danCO 3 2- dan berada bersama air. Penentu sifat garam itu adalah ion CO 3 2- karena ion itu dapatmenerima proton dari H 2 O. Dengan demikian sifat larutan itu adalah basa dengan reaksi,CO 3 2- + H 2 O ⇄ HCO 3 - + OH -81

2. Disosiasi air.Istilah disosiasi dan ionisasi seringdigunakan dengan rancu, untukmenghilangkan kerncuan Anda dapatmembaca kotak teks di samping.Oleh karena air merupakan pelarutamfiprotik, maka air dapatmelangsungkan reaksi asam-basa dengandirinya sendiri.H 2 O + H 2 O ⇄ H 3 O + + OH -asam 1 basa 2 asam 2 basa 1Semua pelarut amfiprotikmelangsungkan disosiasi sendiri sepertiitu dan dikenal dengan reaksiautoprotolysis. Tetapan kesetimbanganreaksi asam-basa untuk reaksiautoprotolysis air iru adalah,K stb = a aH O OH a H O2 2 =aDissociationBreaking of a chemical compound into simplerconstituents as a result of added energy, as in the case ofgaseous molecules dissociated by heating; also, the effectof a solvent on a dissolved polar compound (electrolyte),as in the case of an inorganic salt, such as sodiumchloride, dissolved in water. All electrolytes dissociateinto ions to a greater or lesser extent in polar solvents (inwhich the molecules are electric dipoles). The degree ofdissociation can be used to determine the equilibriumconstant. Dissociation is used to explain electricalconductivity and many other properties of electrolyticsolutions.An example of dissociation is the reversible reaction ofhydrogen iodide at high temperatures .2HI(g) ⇌ H 2 (g)+I 2 (g).The equilibrium constant of a reversible dissociation iscalled the dissociation constant. The term 'dissociation'is also applied to ionization reactions of acids and basesin water; for exampleHCN+H 2 O ⇌ H 3 O + +CN − .The equilibrium constant of such a dissociation is calledthe acid dissociation constant or acidity constant.Similarly, for a nitrogenous base B, the equilibriumB+H 2 O ⇌ BH + +OH − , is also a dissociation; with the basedissociation constant, or basicity constant, given by K b= [BH + ][OH − ]/[B]. For a hydroxide MOH, K b =[M + ][OH − ]/[MOH]H2O1aOHDinyatakan dalam bentuk konsentrasi kesetimbangan akan diperoleh :K stb = [H 3 O + ][OH - ];Konstanta kesetimbangan air (water) biasanya dilambangkan sebagai K w . Jadi,K w = [H 3 O + ][OH - ]Dengan mengubah ke dua sisi persamaan tersebut dengan –log dan mengingat bahwa -log[H + ] = pH atau untuk konsep asam-basaBronsted-Lowry, –log [H 3 O + ] = pH, -log[OH - ] = pOH, dan –log K W = pK W, makadiperoleh,pK w = pH + pOHK W = 1 x 10 -14 pada 25 0 C(sekitar suhu kamar), sehingga,IonizationProcess by which electrically neutral atoms or moleculesare converted to electrically charged atoms or molecules(ions) by the removal or addition of negatively chargedelectrons. It is one of the principal ways in whichradiation transfers energy to matter, and hence ofdetecting radiation. In general, ionization occurswhenever sufficiently energetic charged particles orradiant energy travels through gases, liquids, or solids. Acertain minimal level of ionization is present in the earth'satmosphere because of continuous absorption of cosmicrays from space and ultraviolet radiation from the sun.82

pH + pOH = 14Dari reaksi autoprotolisis air, dapat diketahui bahwa konsentrasi ion hidronium dan ionhidroksida dalam air murni adalah sama. Persamaan K w tersebut di atas dapat ditulis,K w = [H 3 O + ] 2 .Jadi konsentrasi ion hidronium dalam air murni : [H 3 O + ] =1,0014x 10 = 1,00 x 10 -7 Mdan dengan demikian pH = 7,00Dengan cara sama dapat diketahui pOH air murni akan sebesar 7,00 juga.Dari persamaan K w = [H 3 O + ][OH - ] dapat diketahui bahwa kenaikan konsentrasi ionhidronium yang dihasilkan dari penambahan asam pada air akan diikuti oleh penurunankonsentrasi ion hidroksida, demikian pula sebaliknya. Jika konsentrasi H 3 O + diketahui,maka konsentrasi OH - dapat dicari. Demikian pula sebaliknya bila konsentrasi OH -diketahui maka konsentrasi H 3 O + dapat dicari. Misalnya, berapakah konsentrasi H 3 O +dalam 1,00 x 10 -2 M NaOH.Pada kasus ini konsentrasi OH - tidak hanya berasal dari disosiasi NaOH,Na + + OH - + H 2 O ⇄H 2 O + OH - atau NaOH Na + + OH - ,tetapi dapat berasal dari disosiasi air,2H 2 O ⇄ H 3 O + + OH - dengan K w = [H 3 O + ][OH - ]Tetapi [OH - ] dari disosiasi air sangat sedikit daripada yang berasal dari NaOH dandiasumsikan [OH - ] hanya berasal dari disosiasi NaOH.[OH - ] = CNaOH = 1 x 10 -2 M.Substitusi harga [OH - ] ke dalam K w = [H 3 O + ][OH - ], diperoleh,1 x 10 -14 = [H 3 O + ](1,00 x 10 -2 )[H 3 O + ] = 1,00 x 10 -12 M.3. Disosiasi asam dan basa.Berdasarkan reaksinya dengan pelarut, asam danbasa diklasifikasikan menjadi asam-basa kuat dan asambasalemah. Asam dan basa kuat adalah asam dan basayang terdisosiasi 100% dalam larutan encer. Asam danbasa lemah adalah asam dan basa yang terdisosiasikurang dari 100%. Asam dan basa kuat yang biasadigunakan di laboratorium dapat dilihat pada Tabel 1.Tabel 1. Beberapa asam danbasa kuat yang biasa dipakaidi lab.AsamHClHBrHIHClO 4HNO 3H 2 SO 4 *)BasaLiOHNaOHKOHBr(OH) 283

a. Asam kuat dan basa kuat.Asam kuat seperti HCl, terdisosiasi sempurna dalam air.HCl + H 2 O 100 % H 3 O + + Cl -Pada Tabel 1 dapat diketahui asam dan basa kuat yang sering dijumpai di laboratoriumTetapan kesetimbangannya adalahK stb = a aH3OCl a H3O aCl=aaHClH 2OaHCl1Oleh karena reaksi disosiasi berjalan sempurna, maka di dalam larutan tidak ada HCl. Jadiharga tetapan kesetimbangan asam itu berharga tak berhingga. a H a 3OClK sb =0= ~b. Asam lemah dan basa lemah.Ungkapan kesetimbangan, K stb merupakan hal yang penting utnuk menghitungkonsentrasi asam lemah atau basa lemah. Disosiasi asam lemah HA dalam air adalah :HA + H 2 O ⇄ H 3 O + + A -Tetapan kesetimbangan untuk reaksi ini disebut tetapan disosiasi asam atau tetapankeasaman, K a .K a =a a H3OAaaHAH 2O=a a H3OaHAA1Dengan cara sama, untuk reaksi disosiasi basa lemah,B + H 2 O ⇄ BH + + OH - a aBH OHK b =aaBH 2O==a a H3OaHAaa BH OH a aBH OH=aB1Di dalam hal ini, K b adalah tetapan kebasaan atau tetapan disosiasi basa.c. Asam poliprorik dan basa poliekivalenAsam yang dapat menyumbangkan lebih dari satu proton disebut asam poliprotik(polyprotic acid) dan basa yang dapat menerima lebih dari satu proton disebut basapoliekivalen (polyequivalent bases). Disosiasi senyawa seperti ini berlangsung beberapatahap. Misalnya disosiasi asam triprotik, H 3 PO 4 .aBA84

H 3 PO 4 + H 2 O ⇄ H 3 O + + H 2 PO 4-H 2 PO 4 - + H 2 O ⇄ H 3 O + + HPO 42-HPO 4 2- + H 2 O ⇄ H 3 O + + PO 43- H3OH2PO4K =a 1H3PO 2H3OH2PO4Ka=2H2PO4 3H3OPO4Ka=22HPO44Disosiasi bertahap basa diekivalen, misalnya disosiasi CO 3 2- .adalah :CO 2- 3 + H 2 O ⇄ HCO - 3 + OH - b 1HCO - 3 + H 2 O ⇄ H 2 CO 3 + OH - b2 OH HCO3K =2CO3OH H2CO3K =HCOPada tiap tahap disosiasi, harga tetapan disosiasi selalu menurun. Jadi, Ka 1 Ka 2 Ka 3 .Hal ini disebabkan adanya gaya elektrostatis. Melepaskan proton dari H 3 PO 4 lebih mudahdaripada pada anion H 2 PO 4 - karena proton yang akan lepas dari anion akan mendapat gayatarik elektrostatis, sehingga sulit terlepas. Akibatnya konsentrasi ion-ion yang dihasilkansedikit dan K a akan kecil. Melepaskan proton dari anion yang muatannya makin banyaktentu akan lebih sulit lagi, karena gaya tarik elektrostatis akan makin kuat.Larutan yang bersifat asam akan mempunyai pula sifat basa, hanya saja sifat asamsangat kecil dibandingkan dengan sifat basa. Dengan kata lain di dalam larutan yangmengandung H 3 O + akan ada pula OH - dan sifat larutannya akan ditentukan olehkonsentrasi ion yang lebih besar. Dengan demikian dapatdikatkan pula bahwa larutan yangmempunyai dengan harga K b tertetu akan adapula harga K a . Keasaman (acidity) dankebasaan (basicity) dalam sistem asam-basa Bronsted-Lowry bahwa makin kuat asamnya,makin lemah basa konjugatnya. Oleh karena kuat lemahnya asam dan basa ditentukan olehK a dan K b maka perlu diketahui hubungan kuantitatif antara K a dengan K b dalam sistemasam-basa Bronsted-Lowry. Untuk itu perhatikan reaksi asam-basa berikut. NH 3 + H 2 O ⇄ NH + 4 + OH - NH4OHK b =NH NH + 4 + H 2 O ⇄ NH 3 + H 3 O + NH3H3OK a =NHDengan mengalikan kedua tetapan disosiasi itu, maka diperoleh :34385

K a x K b = [H 3 O + ][OH - ] atauK a x K b = K WHubungan itu hanya berlaku untuk pasangan asam-basa konjugat di dalam larutan air.Contoh 3Berapakah tetapan disosiasi basa (K b ) , ion nitrit ?Penyelesaian.Pada daftar harga-harga K b tidak diperoleh harga K b dari NO - 2 , yang ada adalahharga K a dari HNO 2 yaitu sebesar 7,1 x 10 -4 . HNO 2 adalah asam konjugat dari basa,NO - 2 sebagaimana reaksi disosiasi berikut ini.NO - 2 + H 2 O ⇄ HNO 2 + OH -Jadi hubungan K a x K b = K W dapat digunakan untuk mencari harga K b dari NO - 2 .7,1 x 10 -4 K b = 1x 10 -14K b = 1,4 x 10 -11 .Asam poliprotik dan basa poliekivalen yang mempunyai beberapa harga K a danbeberapa harga K b , tidak sembarang harga K a atau K b dari asam atau basa itu dapat3-digunakan dalam hubungan, K a x K b = K W . Misalnya akan ditentukan harga K b untuk PO 4Reaksi disosiasi dari basa, PO 3- 4 adalah :PO 3- 4 + H 2 O ⇄ HPO 2- 4 + OH -Oleh karena basa PO 3- 4 dalam reaksi itu menerima proton yang pertama, maka tetapan3-disosiasinya dinyatakan dengan K b1 . Asam konjugat dari basa, PO 4 adalah HPO 2- 4 .HPO 2- 4 ini dalam disosiasinya akan memberikan protonya yang ketiga.HPO 2- 4 + H 2 O ⇄ PO 3- 4 + H 3 O +Jadi tetapan disosiasinya dinyatakan dengan K a3 . Jadi dengan demikian hubungan antaraK b dengan K a untuk ion PO 3- 4 itu adalah, K a3 x K b1 = K w . K a3 harganya dicari dalam tabel,dan disubstitusikan ke dalam persamaan hubungan itu, maka harga K b1 dapat ditentukan.Dengan penjelasan di atas tentunya Anda dapat menyelesaikan soal berikut.Berapakah tetapan disosiasi basa dari ion hidrogen karbonat (ion bikarbonat) ?. Diketahui,untuk H 2 CO 3 , K a 1 = 4,45 x 10 -7 dan K a2 = 4,69 x 10 -11 .4. Perhitungan pH dengan pendekatan asam-basa Bronsted-Lowry.Anda akan kebingungan bila diminta menyelesaikan sual berikut ini.86

Hitung pH larutan HCl dalam air yang konsentrasi analitiknya, a. 1,0 x 10 -1 M. b. 1,0 x 10 -7M, dan c. 1,0 x 10 -10 M. Kebingungan apakah yang Anda alami? Bagaimana mengatasikebingungan itu?Larutan terdiri dari zat terlarut dan pelarut. Inilah yang sering dilupakan di dalamperhitungan keasaman larutansehingga terjadi kebingungan. Penentuan pH atau pOHlarutan harus memahami penyusun larutan. Dari penyusun larutan itu, penyusun yangmanakah yang merupakan sumber utama H 3 O + atau sumber utama OH - . Apakah dari salahsatu penyusun atau dari semua penyusun larutan (termasuk pelarut, air). Misalnya bilaasam HA dilarutkan ke dalam air, maka asam dan air kemungkinan dapat merupakansumber H 3 O + . Hal ini dapat diketahui dari reaksi :HA + H 2 O ⇄ H 3 O + + A -H 2 O + H 2 O ⇄ H 3 O + + OH -Demikian juga untuk basa, B, yang dilarutkan dalam air, kemungkinan basa dan air dapatmerupakan sumber OH -.B + H 2 O ⇄ BH + + OH -H 2 O + H 2 O ⇄ H 3 O + + OH -Bagaimanakah perhitungan pH suatu larutan selanjutnya, tergantung dari situasi yangmana dari 3 situasi berikut dapat diterapkan.a. Situasi dimana asam sebagai penyedia utama H 3 O + .Ini berarti bahwa H 3 O + dari air diabaikan. Hal ini dapat dipenuhi dengan syarat apabilaasamnya tidak terlalu encer dan tidak terlalu lemah.b. Situasi dimana air sebagai penyedia utama H 3 O + .Ini berarti H 3 O + dari asam diabaikan. Hal ini dapat dilakukan dengan syarat apabilaasamnya sangat lemah dan sangat encer, sehingga dapat dikatakan bahwa penyusunlarutan adalah hanya pelarut, air.c. Situasi dimana asam dan air sebagai sumber utama H 3 O + .Ini berarti H 3 O + dari asam dan air harus diperhitungkan.Perhitungan pOH tergatung pada 3 situasi sebagaimana halnya perhitungan pH.a. pH asam kuat dan basa kuat.Asam kuat dan basa kuat terdisosiasi sempurna dalam air. Perhitungan pH larutanasam kuat HX, ditentukan oleh konsentrasi asam kuat seperti Tabel 2 di bawah. Kondisi87

Kasus123yang dipersyaratkan pada tabel tersebut berdasarkan kenyataan bahwa konsentrasi H 3 O +dan OH - dalam air murni masing-masing sebesar 1 x 10 -7 M. Oleh karena asam kuatterdisosiasi sempurna, maka sebagaimana dapat dilihat pada kasus 1 pada tabel itu,konsentrasi analitik asam yang dari 1 x 10 -7 M secara signifikan dapat dianggap sebagaisumber utama H 3 O + .Argumentasi yang sama dapat diterapkan untuk basa, hanya saja ion yangdihasilkan adalah OH - dan ingat bahwa pH + pOH = pK W .b. pH asam lemah monoprotik.Jumlah H 3 O + dalam larutan asam lemah dalam air dapat berasal dari asam lemahitu, dari proses autoprotolisis air, dan dapat berasal dari asam dan dari air. Jumlah H 3 O +yang berasal dari larutan asam lemah (HA) dalam air berkaitan dengan tetapan disosiasiasam (K a ) dan konsentrasi asam.HA + H 2 O ⇄ H 3 O + + A -[H 3 O + ] 2 = K a x C HAJumlah H 3 O + dari air adalah :H 2 O + H 2 O ⇄ H 3 O + + OH -[H 3 O + ] 2 = K W .Jadi penghasil utama dari H 3 O + , apakah dari asam lemah atau dari air dapat diketahuidengan membandingkan harga K a x C HA dengan K W , sebagaimana dapat dilihat dalamTabel 3 .Coba kerjakan.Tabel 2. Sumber utama H 3 O + pada perhitungan pH asam kuat.Sumber utamaH 3 O +Asam kuatAirAsam kuat dan airKondisi yangdiperlukanC HX 10 -7 MC HX 10 -7 MC HX 10 -7 MPerhitungan jumlah [H 3 O + ][H 3 O + ] = C HX[H 3 O + ] 2+ = K W[H 3 O + ] = [H 3 O + ] dari HX + [H 3 O + ] dariH 2 O= C HX + [OH - ] dari H 2 OKw= C HX +H 3O[H 3 O + ] 2 -C HX .[H 3 O + ]-K W = 01. Hitung [H 3 O + ] 0,150 M larutan asam asetat. K a CH 3 CO 2 H = 1,76 x 10 -5 . 2. Hitung[H 3 O + ] larutan 0,150 M asam kloroasetat (CH 2 ClCO 2 H). K a CH 2 ClCO 2 H = 1,36 x 10 -3 .88

Tabel 3. Sumber utama H 3 O + pada perhitungan pH asam lemah monoprotik.Kasus123Sumber utamaH 3 O +Asam lemahAirAsam lemah danairc. pH basa lemah monoekivalen.pH larutan dalam larutan basa lemah ditentukan oleh jumlah ion OH - .Sebagaimanalarutan asam lemah dalam air, maka jumlah OH - dalam larutan basa lemah, dapat berasaldari disosiasi basa lemah itu (B + H 2 O ⇄ BH + + OH - ), dari proses autoprotolisis air (H 2 O+ H 2 O ⇄ H 3 O + + OH - ), dan dari basa dan air. Jadi dengan demikian sebagai mana padaasam lemah, penghasil utama dari OH - , apakah dari basa lemah atau dari air dapatdiketahui dengan membandingkan harga K b x C B dengan K W . Yang penting untuk dibahasadalah pH basa lemah (B) sebagai sumber utama OH - yaitu apabila K b x C B >> K W .B + H 2 O ⇄ BH + + OH - BH OHK b =BPada kesetimbangan basa lemah di atas, [BH + ] = [OH - ], dan [B] = C B -[OH]K bOH=C B2 OH[OH] dapat dicari dengan rumus kuadrat : [OH - ] 2 + Kb [OH - ] – K b C B = 0, atau, bila C B / K b≥ 10 3 , maka [OH] 2 = K b x C B .Kondisi yang Perhitungan jumlah [H 3 O + ]diperlukanK a x C HA K W [H 3 O + ] 2 + K a [H 3 O + ] – K a C HA = 0atau bila C HA /K a 10 3 , maka[H 3 O] 2 = K a x C HAK a x C HA K W [H 3 O + ] 2 = K WK a x C HA = K W Tdak dibahas di sini.Dengan dapat ditentukannya konsentrasi ion hidroksida dalam larutan basa lemahini, maka konsentrasi ion hidronium dapat ditentukan dari hubungan pH + pOH = pK W .Coba Saudara hitung pH larutan 0,0750 M amonia dalam air. K b amonia adalah 1,75 x 10 -5d. pH campuran larutan yang merupakan pasangan asam-basa konjugat.Larutan yang mengandung pasangan asam-basa konjugat dapat bersifat asam, basa,atau netral, tergantung pada kekuatan dan konsentrasi dari asam dan basa. Pendekatanumum yang digunakan untuk menghitung pH larutan yang mengandung pasangan asam-89

Na +A -HAHAHANa + A -HAGambar 3.Campuranlarutan HA danNaAbasa konjugat sama dengan yang digunakan untuk menghitung pH asamlemah atau basa lemah.Sebagai contoh, campuran larutan asam lemah, HA, dan garamnatrium, NaA. Zat yang sebenarnya ada dalam campuran larutan itu adalahHA, Na + , dan A - (NaA adalah garam dan dalam larutannya selalu adasebagai ion Na + dan ion A - ) (Gambar 3). Dari zat yang ada itu yangmenentukan keasaman atau kebasaan adalah HA dan A - . HA dan A - inilah yang merupakancampuran asam dan basa konyugasi. Berdasarkan zat ang ada dalam campuran itu, ada 2kesetimbangan yang perlu diperhatikan yaitu, kesetimbangan karena disosiasi HA,HA + H 2 O ⇄ H 3 O + + A -dan kesetimbangan karena disosiasi A - :A- + H 2 O ⇄ HA + OH -Bila disosiasi air diabaikan, maka persamaan pertama (disosiasi asam lemah, HA) tersebut, merupakan sumber utama dari H 3 O + H3O A, dengan tetapan kesetimbangan, K a =Untuk menghitung [H 3 O + ], konsentrasi A -HAdan HA harus ditentukan terlebih dahulu.Konsentrasi A - dan HA Lebih tepat dihitung dari A - dan HA yang terbentuk daripersamaan disosiasi reaksi di atas. Disosiasi, HA + H 2 O ⇄ H 3 O + + A - menyebabkankonsentrasi HA berkurang dan konsentrasi A -bertambah, masing-masing sebanyakkonsentrasi H 3 O + . Dengan cara sama, disosiasi, A - + H 2 O ⇄ HA + OH - memperbesarkonsentrasi HA dan menurunkan konsentrasi A - , masing-masing sebanyak konsentrasi OH.Jadi konsentrasi HA dan A - dalam kesetimbangan itu adalah :[HA] = C HA - [H 3 O + ] + [OH - ][A - ] = C NaA + [H 3 O + ] - [OH - ]Biasanya, C HA dan C NaA jauh lebih besar daripada konsentrasi H 3 O + dan OH - , sehingga,[HA] = C HA[A - ] = C NaAKomposisi kesetimbangan yang akhirnya terdiri dari [HA] = C HA dan [A - ] = C NaA dapatdijlaskan dengan pergeseran kesetimbangan (azas Le Chatelier) akibat pengaruh ionsenama/sejenis yaitu dengan memandang campuran itu terdiri dari disosiasi, HA + H 2 O ⇄H 3 O + + A - dan ion A - (berasal dari NaA). Ion A - akan menggeser kesetimbangan asam90

lemah HA ke kiri sehingga A - dalam kesetimbangan tinggal amat sedikit dan praktisberasal A - dari NA. Sedangkan HA akan bertambah banyak dan praktis sama dengankonsentrasi HA semula. Itulah sebabnya dalam kesetimbangan itu akhirnya, [HA] = C HAdan [A - ] = C NaA .Dengan mensubstitusikan harga terakhir ini ke dalam ungkapan kesetimbangan, K a ,maka diperoleh persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung [H 3 O + ]. H O 3CNaAK a =CHAAsumsi [HA] = C HA dan [A - ] = C NaA sangat valid bila konsentrasi analitik besar dantetapan disosiasi kecil. Untuk permasalahan di dalam diktat ini persamaan : H O 3CNaAK a = , dapat diterima apabila : C HA dan C NaA ≥ 10 -3 dan K a dan K b ≤ 10 -3 .CHABila asumsi-asumsi di atas tidak diikuti dan yang diinginkan adalah hasil akhiryang lebih akurat, maka persamaan [HA] = C HA - [H 3 O + ] + [OH - ] dan [A - ] = C NaA + [H 3 O + ] - [OH - H O A] disubstitusikan secara langsung ke dalam ungkapan, K a =sehingga diperoleh persamaan : H 3O CNaA H3O OHK a =C H O OHSelanjutnya dengan mengganti [OH - ] denganH OHA3K W33,HAdan mengaturnya, akan diperolehpersamaan yang sangat sulit dapat diselesaikan dengan rumus kuadrat yaitu,[H 3 O + ] 3 +(C NaA + K a )[H 3 O + ] 2 - (K a C HA + K W )[H 3 O + ] – K a K W = 0Contoh 4.Berapakah pH larutan yang dibuat dengan mencampur 3,00 gram Na-asetat dengan 5,00mL asam asetat 12 M dan diencerkan menjadi 2 L? K a asam asetat = 1,76 x 10 -5 .Penyelesaian.Pertanyaan yang harus diajukan bila zat dicampur adalah, “ Dapatkah zat itubereaksi?” Zat yang dicampur pada soal ini, tidak dapat bereaksi karena setelahkedua zat dicampur larutan akan mengandung asam asetat, ion Na + , ion acetat, danair. Penentu keasaman larutan campuran adalah asam asetat dan ion asetat dankeduanya merupakan pasangan konjugat.91

C3=CH COOHC3=CH COONa5,0 mL x 12 mmol mL200 mL-1= 0,030 M3,0 g-182 g mol= 0,0183 M = [CH 3 COO - ]2 LAsam asetat merupakan sumber utama H 3 O + , karena C HA x K a K w . Disosiasiasam asetat adalah, CH 3 COOH + H 2 O ⇄ H 3 O + + CH 3 COO - H3OCH3COO, dengan K a =CH COOHCH 3 COO - yang berasal dari CH 3 COONa, akan mempengaruhikesetimbangan di atas sehingga kesetimbangan bergeser ke kiri. Sehingga sebagianbesar CH 3 COO - pada kesetimbangan di atas, berasal dari CH 3 COONa. Dan olehkarenaCCH3 COOHdanCH COONaatas asumsi berikut dapat diberlakukan.C3> 10 -3 dan K a < 10 -3 , maka untuk kesetimbangan di[CH 3 CO 2 H] = C3= 0,03 MCH COOH3[CH 3 CO 2 - ] =C3= 0,0183 MCH COONaHarga-harga yang telah diketahui itu disubstitusikan ke dalam ungkapan K a 1,76 x 10 -5 H 0,0183 3O=0,03pH = - log 2,89 + 10 -5 = 4,540Penyelesaian soal tersebut dapat pula dilakukan dengan CH 3 COO - sebagai sumber OH -yang mempunai harga K b . Harga K b ditentukan dengan memakai hubungan K a x K b = K W ,karena campuran itu merupakan pasangan asam-basa konyugasi.1,76 x 10 -5 x K b = 1,0 x 10 -14K b = 5,68 x 10 -10Sebagai sumber utama OH - adalah basa, CH 3 COO - , karena C - A x K b >> K W . CH 3 COO - + H 2 O ⇄ CH 3 COOH + OH - OH CH 3COOH, dengan K b =CH COOCH 3 COOH yang sudah ada dalam larutan akan mendesak kesetimbangan basa itu kekiridan konsentrasi kesetimbangan CH 3 COOH sebgai besar berasal dari CH 3 COOH. Denganmensubstitusikan harga konsentrasi yang telah diketahui, maka diperoleh,392

5,68 x 10 -10 = OH0,030,0183[OH - ] = 3,47 x 10 -10pOH = -log 3,47 x 10 -10 = 9,46pH = 14 - 9,46 = 4,54.Suatu campuran asam lemah atau basa lemah dengan pasangan konjugatnyamasing-masing seperti tersebut di atas, disebut bufer = penyangga (buffer). Campuranbufer ini mempunyai kemampuan mempertahankan pH walaupun larutan diencerkan atauditambahkan sedikit asam atau basa. Sifat bufer ini penting dalam bidang sains, terutamasekali dalam bidang kimia yang menyangkut kehidupan (biokimia).Pengaruh pengenceran pada pH Buffer.pH larutan bufer tidak terpengaruh oleh pengenceran sampai konsentrasi asamlemah dan basa menurun ke suatu harga sehingga asumsi [HA] = C HA dan [A - ] = C NaAtidak valid lagi. Tidak terpengaruhnya harga pH oleh pengenceran dapat diketahui daripersamaan sbb.:HA + H 2 O ⇄ H 3 O + + A -A - + H 2 O ⇄ HA + OH - H3O AK a =HA[H 3 O + ] = K a x HA -log [H 3 O + ] = -log K a - log HAAApH = pK a - log HAADari persamaan terakhir ini terlihat bahwa pH tergantung pada angkabading [HA] terhadap[A - ]. Penambahan air (pengenceran) pada larutan bufer akan menurunkan [HA] dan [A - ]dengan harga sama tetapi angkabandingnya tetap tidak berubah.Pengaruh penambahan asam atau basa pada pH bufer.Bila asam kuat seperti HCl ditambahkan pada air, maka jumlah H 3 O +akanbetambah sebanyak H 3 O + dari HCl. Bila asam yang sama ditambahkan pada larutan bufer,maka asam tersebut akan bereaksi dengan komponen basa dari bufer. Dengan cara sama,93

ila yang ditambahkan basa kuat seperti NaOH, maka basa ini akan bereaksi dengankonponen asam dari bufer itu. Bila bufer terdiri dari campuran HA dan NaA, makareaksinya pada penambahan HCl dan NaOH adalah,HCl + NaA HA + NaClNaOH + HA NaA + H 2 OPada reaksi tersebut, menyebabkan konsentrasi komponen bufer (HA atau NaA), akanberubah; tetapi pengaruh perubahan ini terhadap harga pH tidak terlalu besar, karena pHtergantung pada log angkabanding kedua komponen bufer itu.Contoh 5.Hitung pH bufer yang terdiri dari 0,20 M HA dan 0,10 M NaA.Penyelesaian.Contoh 60, 20pH = pK a - log 0,10= pK a - 0,30.Bila pada larutan bufer pada Contoh 5 tersebut ditambahkan basa kuat, sehingga akanbereaksi dengan HA dan HA yang masih ada adalah 0,10 M, berapakah pH bufersekarang?.Penyelesaian.Reaksi basa kuat dengan HA akan menghasilkan NaA, sehingga konsentrasi NaAdalam larutan menjadi 0,20 M.HA + NaOH NaA + H 2 OpH larutan sekarang adalah : pH = pK a – log0,10,2= pK a + 0,30.Akibat penambahan basa kuat, perubahan pH yang terjadi adalah :pH = pK a + 0,30 - (pK a - 0,30) = 0,60.Perubahan pH ini relatif kecil dibanding jumlah basa kuat yang ditambahkan pada air.Penambahan basa kuat yang jumlahnya sama pada air murni dengan volum sama, pH akanbertambah dari 7,00 menjadi 13,00 (berubah 6 satuan).Kapasitas bufer.pH larutan bufer tergantung pada angkabanding konsentrasi pasangan asam-basakonjugatnya, sedangkan kapasitas bufer untuk menahan perubahan pH, tergantung padakonsentrasi asam dan konsentrasi basa secara individu dan tergantung pula pada94

angkabanding konsentrasi pasangan asam-basa konjugat. Kapasitas bufer ()didefinisikan sebagai jumlah (dalam ekivalen) dari asam kuat atau basa kuat yangdiperlukan agar 1,0 L larutan bufer mengalami perubahan pH satu (1) satuan. Olehkarena bufer dapat menahan perubahan pH sepanjang masih adanya asam lemah atau basalemah sisa, maka makin besar konsentrasi komponen bufer, makin besar kapasitas buferitu. Kapasitas bufer juga bertambah bila angkabanding konsentrasi pasangan asam-basakonjugat mendekati satu. Biasanya tidak mungkin mempunyai bufer dengan angkabanding10 1konsentrasi pasangan asam-basa konjugatnya lebih besar dari atau kurang dari dan110masih mempunyai jumlah cukup untuk salah satu komponen bufer yang ada untuk bereaksidengan basa atau asam yang ditambahkan. Bila angkabanding ini dapat diterima sebagaiTabel 4. Penentuan range pH bufer.HApHA1010pH mak = pK a - log = pKa + 11111pH min = pK a - log = pKa - 11010batas-batas kapasitas bufer, maka denganmenggunakan persamaan : pH = pK a - logHA , dapat ditentukan range pH dariAbufer, seperti Tabel 4. Jadi range pHyang sangat berguna sebagai batasankapasitas bufer adalah pK a 1.Memilih bufer.Beberapa bufer yang sering digunakan beserta harga pK a nya dapat dilihat padaTabel 5. Pemilihan bufer yang akan digunakan untuk aplikasi tertentu, didasari pada duapertimbangan yaitu berapa pH yang diinginkan, dan kococokan komponen-komponenbuferdengansampel atau denganreaktan-reaktanpadaprosedurpengerjaan. Untukmemilihbuferdengan pH yangdiinginkan sedapatmungkinbuferdipilihyangTabel 5. Beberapa bufer yang sering digunakan.N a m aAsam fosfat/Natrium dihidrogen fosfatAsam sitrat/Natrium dihidrogen sitratNatrium dihidrogen sitrat/diNatrium hidrogen sitratAsam asetat/Natrium asetatdiNatrium hidrogen sitrat/triNatrium sitratKalium dihidrogen fosfat/diNatrium hidrogen fosfatTris(hidroksi metil)amino metana hidrokl orida/tris(hidroksi metil)amono metanaAsam borat/natrium boratAmonium klorida/amoniaNatrium bikarbonat/Natrium karbonatdiNatrium hidrogen fosfat/triNatrium fosfatPK a2,153,134,764,766,407,208,089,239,2510.3312,4095

komponen asamnya mempunyai pKa sedekat mungkin dengan pH yang diinginkan. Hal inidapat terjadi bila angka banding konsentrasi pasangan asam-basa konjugat mendekati satu.Pemilihan bufer berdasarkan kecocokan kimia dengan sampel atau dengan reaktan-reaktanyang digunakan, sangat kompleks dan memerlukan pengetahuan tentang interaksi yangmungkin terjadi antara konponen bufer dengan komponen kimia dalam sampel.Perhatikan senyawa yang dicampur dalam tabel 5 itu. Apakah senyawa yangdicampur itu benar-benar merupakan campuran buffer? Mengapa?Membuat larutan bufer.Dari persamaan, pH = pK a - log HA , dapat diketahui bahwa bufer dengan pHAyang diinginkan, dapat dibuat dengan mencampurkan asam-basa konjugat yang msingmasingtelah dihitung konsentrasinya. Kadang-kadang salah satu dari pasangan konjugatitu, tidak tersedia atau sulit diperoleh atau sangat sulit untuk ditimbang. Pada kasus sepertiitu, bufer dapat dibuat dengan mencampurkan asam lemah berlebihan dengan basa kuatyang sesuai atau basa lemah berlebihan dengan asam kuat yang sesuai.Contoh 7.Akan dibuat bufer dengan mencampurkan 500 ml 0,20 M asam asetat dengan 1,00 gramNatrium hidroksida. K a asam asetat = 1,76 x 10 -5 . Berapakah pH bufer yang terjadi.Penyekesaian.Reaksi asam asetat dengan NaOH adalah :CH 3 CO 2 H + NaOH CH 3 CO 2 Na + H 2 OKomposisi larutan setelah reaksi adalah sebagi berikut :Jumlah CH 3 CO 2 H semula = 500 mL x 0,2 M = 100 mmolJumlah NaOH yang ditambah = jumlah CH 3 CO 2 H yang bereaksi = jumlah100 mgCH 3 CIO 2 Na yang terbentuk = = 25 mmol140 mg molJumlah CH 3 CO 2 H yang sisa = 100 mmol - 25 mmol = 75 mmol.Yang ada dalam larutan sekarang adalah campuran asam lemah, CH 3 CO 2 H danCH 3 CO 2 Na dan ini merupakan pasangan asam-basa konjugat. Jadi merupakanbufer.Jadi [CH 3 CO 2 H] = C3= 75 mmol/500 mL = 0,15 MCH COOH[CH 3 CO - 2 ] = C3= 25 mmol/ 500 mL = 0,050 MCH COONa96

pH = pKa - log HAA= 4,75 - log0,15= 4,28.0,05pH bufer seperti yang dibuat di atas (contoh)seringkali berbeda dengan harga yang diinginkan.Perbedaan ini bisa mencapai 0,5 satuan pH. Hal initerutama disebabkan oleh ketidaktentuan harga tetapan kesetimbangan. Sebenarnya yangdigunakan untuk menentukan harga tetapan kesetimbangan (K a atau K b ) adalah aktivitas,bukan konsentrasi. Untuk menghindarkan perbedaan pH bufer yang dibuat dengan pHbufer yang diinginkan, maka digunakan alat pH meter (Gambar 4). Caranya elektrodedari pH meter dicelupkan ke dalam 500 mL asam asetat dan kemudian perlahan-lahanditambahkan NaOH sampai angka menunjukkan pH yang diiinginkan.e. pH asam poliprotik dan basa poliekivalenPerhitungan pH larutan asam-asam poliprotik atau basa-basa poliekivalen sangatkompleks. Namun demikian perhitungan dapat disederhanakan dengan asumsi-asumsi.Untuk membahas pH asam poliprotik dan basa poliekivalen akan dibahas lima sistem asamdiprotik atau basa diprotik dengan komposisi yang berbeda yaitu : H 2 A; H 2 A + HA - ; HA - ;HA - + A 2- ; dan A 2- . Pada ke lima kasus itu diasumsikan bahwa H 3 O + dan OH - yang berasaldari air diabaikan.1). pH larutan yang mengandung H 2 AAdanya 2 tahap disosiasi dari H 2 A, menunjukkan bahwa ada 2 sumber H 3 O + .H 2 A + H 2 O H 3 O + + HA - a 1HA - + H 2 O H 3 O + + A - a2 H3OHAK =H2A K = H O A3HA Oleh karena ada 2 sumber [H 3 O + ], maka pH larutan H 2 A, ditentukan dari kedua disosiasiitu.Contoh 8Gambar 4. pH meterHitunglah pH larutan H 2 CO 3 0,1 M.Tetapan disosiasi asam karbonat adalah : K a1 = 4,45 x 10 -7 dan K a2 = 4,69 x 10 -11 .97

Penyelesaian.H 2 CO 3 + H 2 O ⇄ H 3 O + + HCO 3-Misal H 2 CO 3 yang terdisosiasi adalah x mol L -1 . Maka setelah kesetimbanganterbentuk, konsentrasi zat yang ada adalah :[HCO 3 - ] = x mol L -1[H 3 O + ] = x mol L -1[H 2 CO 3 ] = (0,1 – x) mol L -1 0,1 mol L -1 karenaK1 = H3OaH CO232=x = H CO 2 3Ka1x -=x = 10x 20,10,1 x 4,45x10-4 , 454 MJadi [H 3 O + ] = 107-4 , 454 M = [HCO 3 - ]CH 2CO3HCO 3 - yang terbentuk terdisosiasi lebih lanjut dengan persamaan kesetimbangansebagai berikut :HCO 3 - + H 2 O ⇄ H 3 O + + CO 3 2- dengan nilai tetapan kesetimbanganOleh karena kesetimbangan kedua berada bersama-sama dengan kesetimbanganyang pertama, maka kesetimbangan yang kedua ini dipengaruhi oleh zat yang telahterbentuk pada kesetimbangan pertama; dan zat yang paling berpengaruh adalah zatsejenis yaitu H 3 O + . H 3 O + dari kesetimbangan pertama, menggeser kesetimbanganKa1103K a 2kedua kekiri sampai akhirnya terbentuk kesetimbangan baru dengan hargayang tetap pada suhu tetap. Bila setelah kesetimbangan kedua terbentuk, dimisalkanHCO 3 - yang terdisosiasi = y mol L -1 , maka zat yang ada setelah kesetimbangankedua ini terbentuk adalah[H 3 O + ] = 10-4 , 45[CO 3 2- ] = y mol L -1[HCO 3 - ] = (104 + y mol L -1-4 , 454 - y) mol L -1K a298

BilaCHCO3 3Oleh karena 10 , maka [H 3 O + ] = [HCO - 3 ] = 10K a 2HK a = 3O CO32HCO 4,69 x 10 -11 -410 4,45= y y = 4,69 x 10 -11310244,45Jadi susunan zat yang ada dalam larutan adalah :[H 3 O + ] = 10-4 , 454 mol L -1[CO 3 2- ] = 4,69 x 10 -11 mol L -1 =[HCO 3 - ] = (10[H 2 CO 3 ] = 0,1 M-4 , 45pH larutan = -log 104 mol L -1-4 , 454 .K a 2-4 , 454 mol L -1 .Jadi pH ternyata hanya ditentukan oleh {H 3 O + ] dari disosiasi tahap 1 ( K ).Ka 1K aKa 2(umumnya 1 100 ), maka disosiasi pertama merupakan sumberK a2utama H 3 O + dan pengaruh konsentrasi H 3 O + pada disosiasi kedua diabaikan. Jadiperhitungan pH selanjutnya hanya melihat disosiasi pertama yaitu sama denganmenghitung pH asam lemah monoprotik.Contoh 9.Hitung pH larutan asam karbonat 0,01M.Tetapan disosiasi asam karbonat adalah :Penyelesaian.K a = 4,45 x 10 -7 dan1a 1Ka 2= 4,69 x 10 -11 .K aK a124,45 x 104,69 x 107=11diperhatikan, yaitu := 9,49 x 10 3 dan ini 10 2 , sehingga disosiasi pertama yangH 2 CO 3 + H 2 O ⇄ H 3 O + + HCO 3- H3OHCO 3H 3OK a = =1H2CO3 C H 2CO3299

[H 3 O + -7] = 4,45 x 10 x 0,01= 6,67 x 10 -5 M.pH = 4,1762). pH larutan yang mengandung H 2 A + HA -bilaK aH 2 A dalam campuran itu akan terdisosiasi 2 tahap. Sehingga sama dengan kasus 1),K a12 100, maka disosiasi yang kedua dapat diabaikan dan perhitungan pHselanjutnya adalah menghitung pH campuran yang terdiri dari asam lemah dan basakonjugatnya yaitu merupakan larutan bufer.Contoh 10.Hitung pH larutan yang mengandung asam o-ptalat 0,10 M dan kalium hidrogen o-ptalat0,250 M. Untuk asam o-ptalat (C 6 H 4 ( CO 2 H) 2 ,Penyelesaian.K a = 1,12 x 10 -3 dan1Ka 2= 3,91 x 10 -6 .K aK a121,12 x 103,91 x 103=6= 228 dan ini 10 2 , maka disosiasi pertama yang diperhatikan.(C 6 H 4 ( CO 2 H) 2 + H 2 O ⇄ HC 6 H 4 ( CO 2 ) 2 - + H 3 O + HC6H4(CO2)2H3OK =a 1C H ( CO H)64H O 1,12 x 10 -3 3=0, 10220,250=H O3[H 3 O + ] = 4,48 x 10 -4 M.pH = 3,349.3) pH larutan yang hanya mengandung HA -Zat HA - dapat berkelakuan sebagai asam karena mempunyai proton (H + ) dan dapatpula berkelakuan sebagai basa karena dapat menerima H + menjadi H 2 A. Zat seperti HA -yang dapat berkelakuan sebagai asam dan basa bila dilarutkan dalam air disebut zatamfiprotik. Zat seperti itu misalnya NaHA dan bila dilarutkan ke dalam air, garam itu akanterdisosiasi sempurna menjadi Na + dan HA - . HA - inilah yang menentukan sifat larutanyang bersifat amfiprotikDisosiasi HA - sebagai asam adalah :100CHC H ( CO ) K646CC H ( CO H )42222

HA - + H 2 O ⇄ H 3 O + + A 2- a2Disosiasi HA - sebagai basa adalah :HA - + H 2 O ⇄ H 2 A + OH - b2 2H3O AK =HA OH H A 2K =Apakah larutan bersifat asam atau basa ditentukan oleh harga tetapan kesetimbangan keduareaksi tersebut. JikabilaKa 2Ka 2lebih kecil daripadalebih besar dari padaKb 2Kb 2HAmaka larutan bersifat basa.maka larutan akan bersifat asam danKesetimbangan pada kedua reaksi di atas terjadi secara bersamaan dan keduanyaharus dipertimbangkan untuk menghitung konsentrasi H 3 O + . Untuk menghitung H 3 O + dariKa 2konsentrasi A 2- harus dapat ditentukan terlebih dahulu. Selanjutnya dari kedua reaksikesetimbangan tersebut, dapat diketahui bahwa H 3 O + yang terbentuk pada kesetimbanganHA - sebagai asam, akan berkurang karena bereaksi dengan OH - yang terbentuk pada reaksikesetimbangan HA - sebagai basa.Jadi :[H 3 O + ] dalam larutan = [H 3 O + ] yang terbentuk - [H 3 O + ] yang hilang.Tetapi, [H 3 O + ] yang terbentuk = [A 2- ] dan[H 3 O + ] yang hilang = [OH - ] terbentuk = [H 2 A]Jadi, [H 3 O + ] dalam larutan = [A 2- ] - [H 2 A] atau [A 2- ] = [H 3 O + ] + [H 2 A][H 2 A] dapat diganti dengan [H 2 A] dari hargaH 2 A + H 2 O ⇄ H 3 O + + HA - [A 2- ] = H 3 O + H3OHA] +K aHarga [A 2- ] ini disubstitusikan ke dalamHA - + H 2 O ⇄ H 3 O + + A 2-K a 2= H 3O HA H O H O 31HAK aDengan mengatur persamaan ini diperoleh,31Ka untuk kesetimbangan :1K a 2untuk kesetimbangan :101

Biasanya[H 3 O + ] 2 =K a K HA1 a2K a HA1Ka [HA - ], sehingga1K a + [HA - ] = [HA - ], dan persaman di atas menjadi :1[H 3 O + ] 2 =[H 3 O + ] 2 =K a K a HA1 2HAK a 1K a 2K a dapat diabaikan terhadap [HA - ] yaitu1[H 3 O + ] = K a K1a 2-log [H 3 O + ] = -½ log (Ka 1K a 2)pH =pKa1a 22pK-Asam triprotik seperti H 3 PO 4 dapat memberikan dua zat amfiprotik yaitu H 2 PO 4dan HPO 2- 4 . Masalah yang muncul untuk menghitung pH dari salah satu zat amfiprotik iniadalah pada memilih K a yang benar untuk dipakai dalam rumus [H 3 O + ] =K a K .1a 2Untuk mengatasi hal ini hukum yang dapat digunakan, yang dapat menghasilakan rumussperti tersebut di atas adalah, gunakan K a untuk zatnya sendiri dan K a asamkonjugatnya. Dengan demikian pH larutan amfiprotik H 2 PO 4 - dapat ditentukan sebagaiberikut :K a dari H 3 PO 4 - dapat diketahui dari kesetimbangan berikut :H 2 PO 4-+ H 2 O ⇄ HPO 4 2- + H 3 O + .Berdasarkan kesetimbangan ini dapat diketahui bahwa zatnya sendiri (H 2 PO 4-)tetapan kesetimbangannya adalahK a2Untuk menentukan K a asam konjugat dari H 2 PO 4 - , maka ditentukan asam konjugatdari H 2 PO 4-dengan menuliskan reaksi kesetimbangan H 2 PO 4 - sebagai basa.H 2 PO 4-+ H 2 O ⇄ H 3 PO 4 + OH - .H 3 PO 4 adalah asam konjugat dari H 2 PO 4 - dengan kesetimbangan :H 3 PO 4 + H 2 O ⇄ H 2 PO 4 - + H 3 O + , dan kesetimbangan ini mempunyai tetapankesetimbanganK a 1102

Jadi pH larutan H 2 PO 4-adalah : [H 3 O + ] =K a K ., bukan [H 3 O + ] =1a 2K a K1a 3.atau [H 3 O + ] =K a K .2a 3Dengan cara sama coba Saudara buktikan bahwa [H 3 O + ] larutan HPO 4 2- adalah :[H 3 O + ] =K a K .2a 3Contoh 11.Hitung pH larutan 0,0250 M Natrium bikarbonat.Untuk H 2 CO 3Penyelesaian.K a = 4,45 x 10 -7 , dan1K a 2= 4,69 x 10 -11 .NaHCO 3 terdisosiasi sempurna menghasilkan Na + dan HCO 3 - .HCO 3 - merupakan zat amfiprotik.Oleh karenaK a

Jadi tetapan disosiasi dari HA - (yang merupakan asam konyugsi dari basa lemah A 2- )adalahHA - + H 2 O ⇄ H 3 O + + A 2- a (2 ) 2H3O AK =HAJadi [H 3 O + ] campuran H 2 A dan K 2 A =K aK( 1)a(2)Berdasarkan pengertian di atas, coba Saudara pikirkan apakah campuran larutan Na 2 HPO 4dengan larutan H 3 PO 4 merupakan campuran bufer ?. Kalau bukan jelaskan mengapa danbagaimana rumusan pH campuran larutan itu ?.4). pH larutan yang mengandung HA - dan A 2- .Larutan ini mirip dengan pH larutan yang mengandung H 2 A + HA - pada 2). Padacampuran HA - dan A 2- ini, A 2- merupakan basa divalen. Jadi A 2- dalam air akan terdisosiasi2 tahap dengan harga tetapan kesetimbangan disosiasinyaK danb 1Kb 2. JikaKbKb12≥ 100,maka disosiasi yang tahap kedua dapat diabaikan dan permasalahan yang ada adalahmenghitung pH campuran basa lemah (A 2- ) dan asam konjugatnya (HA - ), yang merupakanpH bufer.5). pH larutan yang mengandung A 2- .Larutan ini sama dengan pH larutan yang mengandung H 2 A pada a). A 2- merupakan basadivalen dan akan terdisosiasi 2 tahap. [OH - ] dihitung dari hargaContoh 12.Hitung pH larutan 0,150 M Na-oksalat. Untuk H 2 C 2 O 4 ,K , bilab 1KbKbK a = 5,6 x 10 -2 dan112≥ 100.K a 2= 5,42 x 10 -5.Penyelesaian.Na 2 C 2 O 4 terdisosiasi sempurna menghasilkan 2Na + dan C 2 O 4 2- .C 2 O 4 2- ini merupakan basa diekivalen yang akan terdisosiasi dalam 2 tahap dengantetapan disosiasiK a 2; tetapi hargaK danb 1K danb 1Kb 2. Pada soal yang diketahui adalah hargaK a dan1K . dapat dihitung dengan hubungan Kb a x K b = K W .2104

C 2 O 4 2- + H 2 O ⇄ HC 2 O 4 - + OH -K =b 114K W10 =55,42 x 10K a2= 1,85 x 10 -10HC 2 O 4 - + H 2 O ⇄ H 2 C 2 O 4 + OH -K =b 214K W10 =25,60 x 10K a1= 1,79 x 10 -13 .KbKb12≥ 100. Jadi dalam menghitung pH yang dipertimbangkan hanyadisosiasi pertama, dengan tetapan kesetimbangan HC2O4OHK =b 21 C O 1,85 x 10 -10 =CNa C2O424OH [OH - ] = 5,27 x 10 -6pOH = 5,282pH = 14 - 5,28 = 8,722Soal itu dapat diselesaikan dengan menggunakan rumus yang dapat diturunkan dari sbb.[OH - ] 2 = C Na 2C2O4Kb 1Kb 1[OH - ] =CKNa 2C2O4b1-log [OH - ] = -½log CNa2C2O- ½ log4pOH = pK b - ½log CNa2C2O4pH = pK W – pK b + ½log CNa2C2O4Kb 1Diskusikanlah soal berikut ini.1. a. Jelaskan cara membuat larutan Na 2 CO 3 0,1M sebanyak 25 mL dari kristalnya (MrNa 2 CO 3 = 106 )105

. Tuliskanlah dua (2) tahapan disosiasi larutan Na 2 CO 2 pada 1a itu dengan teoriasam-basa Bronsted-Lowry. (Untuk H 2 CO 310 -11 ).K a = 4,45 x 10 -7 dan1K a = 4,69 x2c. Berapakah pH larutan Na 2 CO 3 pada 1a berdasarkan atas kondisinya pada 1b ?d. Larutan Na 2 CO 3 tersebut di atas, ditambahkan 10 mL HCL 0,1M. Tuliskanreaksinya (perhatikan perbedaanK a dengan1K a 2, untuk mengetahui tahap reaksiyang digunakan) dan hitung konsentrasi zat yang ada setelah reaksi, serta berapakanpH larutan yang terjadi.e. Larutan Na 2 CO 3 tersebut di atas, ditambahkan 25 mL HCL 0,1M. Tuliskanreaksinya (perhatikan perbedaanK a dengan1K a 2, untuk mengetahui tahap reaksiyang digunakan) dan hitung konsentrasi zat yang ada setelah reaksi, serta berapakanpH larutan yang terjadi.f. Berapakah pH larutan yang terjadi apabila larutan Na 2 CO 3 tersebut di atasditambahkan 30 mL HCl 0,1M ?.Perhitungan pH larutan ini sangat diperlukan untuk membut kurve titrasi (aluranantara pH larutan dengan volum zat penitrasi) pada titrasi asam-basa. Kurve ini sangatdiperlukan untuk menetukan indikator yang digunakan dalam titrasi. Soal berikutmenyangkut pembuatan kurve titrasi asam-basa.2. Akan dibuat kurva titrasi pada titrasi 25 mL 0,0920 M HCl dengan 0,100 M NaOH.Untuk menyelesaikan masalah ini, harus dapat memperkirakan pH komposisi larutanpada,1). pH sebelum penambahan titran.2). pH pada daerah sebelum titik ekivalen :.a). pH sesudah penambahan 15,0 mL NaOH.b). pH sesudah penambahan 20,0 mL NaOH.3). pH pada daerah titik ekivalen :.4). pH pada daerah setelah titik ekivalen.a). pH setelah penambahan 25 mL NaOH.b). pH setelah penambahan 30,0 mL NaOH.3. Buatlah kurva titrasi 25,0 mL 0,10 M CH 3 CO 2 H dengan 0,10 M NaOH. K a untukCH 3 CO 2 H adalah 1,76 x 10 -5 .106

4. Buatlah kurva titrasi 20,0 mL 0,10 M asam diprotik H 2 A dengan 0,10 M NaOH.untuk H 2 A adalah 1,00 x 10 -4 danD. RangkumanK a = 1,00 x 10 -8 .2Teori asam-basa terdahulu seperti teori asam-basa Arrhenius mempunyai banyakkelemahan. Teori itu tidak dapat menerangkan sifat zat yang tidak mengandung hidrogenataupun ion hidroksida di dalam rumusnya seperti Na 2 CO 3 , NH 4 Cl, NaCl. Disamping ituuntuk larutan yng sangat encer seperti larutan HCl 10 -10K a 1M akan sulit ditentukankeasamannya bila hanya melihat zat terlarut. Dengan hanya melihat zat terlarutkeasamannya sangat tidak logis. Permasalahan ini diatasi oleh teori asam basa Bronsted-Lowry. Menurut Bronsted-Lowry, asam adalah zat yang mampu menyumbangkan(donating) proton dalam reaksinya. Basa adalah zat yang mampu menerima (accepting)proton dalam reaksinya. Konsep Bronsten-Lowry tentang sifat asam-basa telah terbuktisangat cocok jika menggunakan pelarut air dan pelarut yang suka air (water-like =protophilic). Konsep ini menyertakan pelarut dalam persamaan reaksinya. Dengan konsepasam-basa ini, maka sifat larutan Na 2 CO 3 dapat ditentukan. Penentuannya sebagaiberikutini. Larutan Na 2 CO 3 selalu berada sebagai ion-ionnya yaitu Na + dan CO 3 2- . Dariion-ion itu yang menentukan keasaman larutan adalah CO 3 2- karena ion itulan yang dapatmenerima protan (H + ) dari pelarut H 2 O. Jadi larutan Na 2 CO 3 bersifat basa. Sifat laruanNaCl dengan konsep asam-basa Bronsted-Lowrysebagai berikut ini. Pada larutan NaClpenentu sifat larutan adalah Cl - , namun Cl - tidak bisa menerima H + karena HCl yangterbentuk akan kembali menghasilkan H +dengan sempurna. Jadi dalam larutan NaCljumlah ion H + dan OH - yang berasal dari air yang menentukan sifat larutan dan jumlah ionitu sama sehingga sifat larautn NaCL netral.Konsep asam-bassa Bronsted-Lowry memunculkan konsep-konsep yang logis,seperti konsep asam monoprotik, aam poliloprotik, basa monoekivalen, basa poliekivalen, ,amfiprotik, hubungan K a x K b = K w . Berdasar hubungan ini dapat diketahui perbedaankekuatan antara asam dengan basa konyugasinya.Bufer tidak lagi merupakan campuran asam lemah atau basa lemah dengangaramnya tetapi campuran asam dengan basa konyugasinya. Perhitungan keasaman tidakdiperlukan rumus-rumus tetapi dihitung logis dari konsep kesetimbangan dan tetapankesetimbangannya (K) zat yang ada dalam larutan.107

E. Soal latihan.01. Tuliskan rumus basa konjugat dari setiap asam berikut.a. H 2 CO 3 b. HCO 3-c. NH 4 + . d. H 2 O02. Tuliskan rumus asam konjugat dari setiap basa berikut.a. CN - B. H 2 PO 4-c. HPO 42-d. SO 32-03. Hitung pH larutan dalam air setiap zat-zat berikuta. 2,17 x 10 -3 M HClb. 0,10 M NaHSO 4 ( K H 2 SO 4 = - ;c. 0,150 M HNO 2 (K a HNO 2 = 17,1 x 10 -4 )d. 7,50 x 10 -2 M NaOHe. 0,050 M NH 3 (K b NH 3 (aq) = 1,75 x 10 -5 )f. 0,050 M Ca(CN) 2 (K a HCN = 6,2 x 10 -10 )a 1K a = 1 x 10 -2 )2g. 2,50 x 10 -3 M CH 3 CO 2 Na (K a CH 3 CO 2 H = 1,76 x 10 -5 )04. Hitung pH larutan yang terjadi bila 20,0 mL HCl 0,125 M dicampur dengan 25,0 mLsetiap larutan berikut :a. 0,05 M Ba(OH) 2b. 0,120 M NH 3c. 0,080 M Na 2 CO 3 ( K H 2 CO 3 = 4,45 x 10 -7 ;d. 0,20 M HClO 4e. 0,080 M NaClf. air.05. Hitung pH larutan buffer berikut.a 1K a = 4,69 x 10 -11 )2a. 0,10 M CH 3 CO 2 H + 0,10 M (CH 3 CO 2 ) 2 Ca. (K a CH 3 CO 2 H = 1,76 x 10 -5 )b. 0,050 M KH 2 PO 4 + 0,250 M Na 2 HPO 4 ( K H 3 PO 4 = 7,11 x 10 -3 ;a 1K a = 6,32 x 10 -28 ;K a = 4,5 x 10 -13 ).3c. 0,250 M NH 3 + 0,150 M NH 4 Cl. (K b NH 3 (aq) = 1,75 x 10 -5 )06. Berapakah berat dari penyusun pertama campuran buffer harus dicampur dengan 10mL 5M penyusun kedua untuk membuat campuran buffer berikut.a. NaHCO 3 + Na 2 CO 3 pada pH 10,0b. HCO 2 H + HCO 2 Na pada pH 4,30 (K a HCO 2 H = 1,80 x 10 -4 )c. CHCl 2 CO 2 H (asam dikloroasetat) + CHCl 2 CO 2 Na pada pH 2,20 (K a CHCl 2 CO 2 H =5,0 x 10 -2 )108

07. Hitung volum 2,50 M basa (penyusun pertama campuran buffer di bawah) harusdicampur dengan 5,0 gram asam konjugatnya (penyusun kedua campuran buffer dibawah), untuk membuat 1,0 L campuran buffer berikut.a. NH 3 + NH 4 NO 3 pada pH 8,70b. HONH 2 (hidroksilamin) + HONH 3 Cl pada pH 6,00 ( K b HONH 2 = 9,1 x 10 -9 )c. NaH 2 BO 3 + H 3 BO 3 pada pH 10,00 ( K H 3 BO 3 = 5,81 x 10 -3 ;K a = 1,6 x 10 -14 ).3a 1K a = 1,8 x 10 -13 ;208. Hitung perubahan pH bila 1,0 g NaOH ditambahkan pada 250 mL campuran bufferberikut.a. 0.20 M CH 3 CO 2 H + 0,20 M CH 3 CO 2 Nab. 0,250 M Na 2 HPO 4 + 0,10 M Na 3 PO 4c. 0,150 M H 2 C 2 O 4 +0,05 M NaHC 2 O 4. ( K H 2 C 2 O 4 = 5,60 x 10 -2 ; K = 5,42 x 10 -5 ).09. Hitunglah kapasitas buffer (), yang dihitung dalam banyaknya HCl yangditambahkan, dari tiap campuran buffer berikut.a. 0,150 M asam laktat + 0,250 M natrium laktat (K a asam laktat = 1,35 x 10 -4 ).b. 0,0150 M M asam laktat + 0,0250 M natrium laktatc. 0,150 M asam laktat + 0,150 M natrium laktat10. Hitung pH buffer yang dibuat dengan mencampur 2,0 g NaOH dengan masing-masingzat di bawah dan diencerkan menjadi 500 mL dengan air.a. 12,0 g NH 4 Clb. 7,50 g dinatrium hihrogen fosfatc. 25,0 mL asam kloroasetat 3,0 M (K a asam kloro asetat = 1,36 x 10 -3 )d. 80,0 mmol asam salisilat ( K asam salisilat = 1,1 x 10 -3 ;a 1a 1a 2K a = 1,8 x 10 -14 ).2109

DAFTAR PUSTAKABrady, J.E and Humiston, E. 1982. General Chemistry.Principles and Structure 3 rd ed.John Wiley & Sons. USABriggs JGR. 2005. Longman A-Level Course in Chemistry. Singapore : Pearson EducationSouth AsiaPtc Ltd.Hiskia Akhmad dan M.S. Tupamahu. 1996. Penuntun Belajar Kimia Dasar Stoikiometri,Energetika Kimia. Penerbit PT Citra Aditya Bakti. Bandung.I Made Sukarna. Drs. MSi. 2003. Common Textbook. Kimia Dasar 1. TechnicalCooperation Project for Development of Science and Mathematics Teaching forPrimary and Secondary Education in Indonesia (IMSTEP). Yogyakarta :JurdikKimia FMIPA UNY.Khopkar, S.M., (2002). Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta : Universitas IndonesiaLarry G. Hargis. 1988. Analytical Chemistry Principle and Techniques. London: PracticeHall International Edition.Miller, Francis Marion. 1985. Chemistry Structure and Dynamics. McGraw –Hill Book Co.Singapore.Nyman, C.J; King, G.B; Weyh, J.A. 1980. Problem for General Chemistry and QualitativeAnalysis. 4 th ed. John Wiley & Sons. Inc. USA.Oxtoby, David. (2001). Prinsip-Prinsip Kimia Modern Edisi Ke Empat-Jilid 1. Jakarta :ErlanggaPetruci, Ralph H. (1993). Kimia Dasar (Prinsip dan Terapan Modern Edisi Ke Empat-Jilid2). Jakarta : ErlanggaRaymond Chang. 1981. Physical Chemistry with Application to Biological System. 2 nd ed.McMillan Publishing Co.,Inc. USA.Sorum C.H. 1977. Introduction to Semimicro Qualitative Analysis. Fifth Edition. USA:Prentice Hall, INC.Sukarna, I Made, 2004. . Diktat Kuliah Kimia Analitik 1I. Jurusan Pendidikan KimiaFMIPA UNY. Yogyakarta.Sukarna, I Made, 2003. Diktat Kuliah Kimia Dasar I. Jurusan Pendidikan Kimia FMIPAUNY. Yogyakarta.110

Lampiran 1. Tabel Massa Atom RelatifMassa atom ini berdasarkan laporan Komisi Berat Atom dari IUPAC dan diskala terhadap massa atom relatifkarbon-12. Tanda * = bilangan massa radionuklida dengan waktu paruh sangat lama. Secara tidak resmi, unsurUnp disebut hahnium. Unsur Unq, disebut ruterfordium oleh ilmuawan Amerika, dan kurcatovium oleh ilmuwanRusia.UnsurAktiniumAluminiumAmerisiumAntimonArgonArsenAstatinBariumBerkeliumBeriliumBismutBoronBrominKadmiumKalsiumKaliforniumKarbonSeriumSesiumKlorinKromiumKobaltTembagaKuriumDisporsiumEinsteniumErbiumEuropiumFermiumFluorinFransiumGadoliniumGaliumGermaniumEmasHafniumHeliumHolmiumHidrogenIndiumIodinIridiumBesiKriptonLantanumLawrensiumTimbalLitiumLutetiumMagnesiumManganMendeleviumLambangAcAlAmSbArAsAtBaBkBeBiBBrCdCaCfCCeCsClCrCoCuCmDyEsErEuFmFFrGdGaGeAuHfHeHoHInIIrFeKrLaLrPbLiLuMgMnMdMassa Atomrelatif227,027826,98154243*121,7539,94874,9216210*137,33247*9,01218208,980410,8179,904112,4140,08251*12,011140,12132,905435,45351,99658,933263,546247*162,50252*167,26151,96257*18,998403223*157,2569,7272,59196,9665178,494,00260164,93041,0079114,82126,9045192,2255,84783,80138,9055260*207,26,941174,96724,30554,9380258*RaksaMolibdeniumNeodiniumNeonNeptuniumNikelNiobiumNitrogenNobeliumOsmiumOksigenPaladiumFosforPlatinaPlutoniumPoloniumKaliumPraseodiniumPrometiumProtaktiniumRadiumRadonReniumRodiumRubidiumRuteniumSamariumSkandiumSeleniumSilikonPerakNatriumStronsiumBelerangTantalumTeknesiumTeluriumTerbiumTaliumToriumTuliumTimahTitaniumWolframUnnilheksiumUnnilpentiumUnnilkuadiumUraniumVanadiumXenonYiterbiumYitriumSengZikoniumHgMoNdNeNpNiNbNNoOsOPdPPtPuPoKPrPmPaRaRnReRhRbRuSmScSeSiAgNaSrSTaTcTeTbTlThTmSnTiWUnhUnpUnqUVXeYbYZnZr200,5995,94144,2420,179237,048258,7092,906414,0067259*190,215,9994106,430,97376195,09244*209*39,0983140,9077145*231,0359226,0254222*186,207102,905585,4678101,07150,444,955978,9628,0855107,86822,9897787,6232,06180,947998*127,60158,9254204,37232,0381168,9342118,6947,90183,85263*262*261*238,02950,9415131,30173,0488,905965,3891,22111

Lampiran 2. . Satuan Besaran Dasar, Turunan, dan nama awalan dari faktorberdasar SI1. Tujuh Satuan Dasar sistem SIBesaran Fisika Nama Satuan LambangMassaPaanjangWaktuArus ListrikSuhuIntensitas cahayaJumlah zatKilogramMeterSekonAmperKelvinKandelaMolkgmsAKcdmol2. Besaran Turunan dalam sistem SIBesaranEnergiKakas (force)TekananDaya (power)Muatan ListrikTahanan listrikBeda Potensial listrikKapasitas listrikFrekuensiNamaSatuanJouleNewtonPascalWattCoulombOhmVoltFaradHertzLambangJNPaWCVFHzSatuankg m 2 s -2kg m s -2kg m -1 s -2 = N m -2kg m 2 s -2A skg m 2 s -2 A -2kg m 2 m 2 s -2 A -1A 2 s 4 kg -1 m -2s -1 (putaran persekon)3. Enambelas awalan SIFaktor Awalan Lambang Faktor Awalan Lambang10 1810 1510 1210 910 610 310 210 1 eksapetateragigamegakilohektodekaEPTGMkhda10 -110 -210 -310 -610 -910 -1210 -1510 -18 desicentimilimikronanopicofemtoattodcmnpfa112 110

MODUL 3TERMOKIMIA, LAJU REAKSI,KESETIMBANGAN KIMIA.KONSORSIUM SERTIFIKASI GURU2013

KATA PENGANTARSyukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Mahaesa, karena atasberkat, rahmat dan bimbingan Nya penulisan modul Kimia SMA/ SMK bagian 3ini dapat diselesaikan.Modul ini disusun untuk menjadi acuan bagi Pendidikan dan PelatihanProfesi Guru (PLPG). Tujuan disusunnya modul ini adalah untuk menyetarakantingkat kualifikasi dasar kimia yang sangat diperlukan sebagai guru professional.Modul bagian 3 ini terdiri dari topik termokimia, laju reaksi dankesetimbangan kimia.Akhirnya penulis menyadari bahwa modul ini masih jauh dari sempurna,karena itu kami mohon kritik dan saran dari pembaca sekalian demikesempurnaan modul ini.Yogyakarta, Desember 2012Penulis

DAFTAR ISIDAFTAR ISI ................................................................................................................... iiiBAB I ............................................................................................................................... 1PENDAHULUAN ........................................................................................................... 1A. Deskripsi ................................................................................................................................... 1B. Prasyarat ................................................................................................................................... 1C. Petunjuk Penggunaan Modul .................................................................................................... 1D. Tujuan akhir .............................................................................................................................. 2BAB II .............................................................................................................................. 3KEGIATAN BELAJAR 1 ............................................................................................... 3TERMOKIMIA ................................................................................................................ 3A. Tujuan Antara ........................................................................................................................... 3B. Uraian Materi ............................................................................................................................ 3C. Latihan Soal ............................................................................................................................ 13D. Tes formatif ............................................................................................................................ 16E. Daftar Pustaka ......................................................................................................................... 20BAB III .......................................................................................................................... 21KEGIATAN BELAJAR 2 ............................................................................................. 21LAJU REAKSI .............................................................................................................. 21A. Tujuan antara .......................................................................................................................... 21B. Uraian Materi .......................................................................................................................... 21C. Latihan soal ............................................................................................................................. 35D. Tes Formatif ............................................................................................................................ 36E. Daftar Pustaka ......................................................................................................................... 41BAB IV .......................................................................................................................... 43KEGIATAN 3 ................................................................................................................ 43KESETIMBANGAN KIMIA ........................................................................................ 43A. Tujuan Antara ......................................................................................................................... 43B. Uraian Materi .......................................................................................................................... 43C. Latihan Soal ............................................................................................................................ 50D. Tes formatif ............................................................................................................................ 53E. Daftar Pustaka ......................................................................................................................... 58iii

BAB IPENDAHULUANA. DeskripsiModul 3 ini yang terdiri dari 3 kegiatan merupakan sebagian dari ilmukimia fisika. Modul ini dapat digunakan sebagai acuan untuk menyetarakanpemahaman dari peserta PLPG juga sebagai bahan pengayaan peserta PLPG.Rincian materi yang dibahas di dalam setiap modul meliputi beberapa kegiatanberikut :Kegiatan 1Materi yang dibahas meliputi termokimia, entalpi dan perubahannya,penentuan H reaksi serta kalor PembakaranKegiatan 2Materi yang dibahas meliputi definisi laju reaksi, orde reaksi danpenentuan laju serta faktor- fator yang memepengaruhi laju reaksi . Selain itudibahas juga tentang mekanisme reaksi dan teori- teori tentang laju reaksi.Kegiatan 3Materi yang dibahas meliputi tetapan kesetimbangan, faktor- faktor yangmempengaruhi kesetimbangan dan hubungan kuantitatif antara pereaksi dan hasilreaksi.B. PrasyaratModul acuan ini ditujukan untuk peserta PLPG bidang kimia yang telahmemiliki pengetahuan awal kimia setara dengan Kimia Dasar tingkat universitas.C. Petunjuk Penggunaan ModulAgar anda berhasil dengan baik dalam mempelajari Modul ini, ikutilahpetunjuk belajar sebagai berikut :1. Bacalah dengan cermat bagian pendahuluan modul ini sampai andamemahami benar tujuan mempelajari modul ini.2. Pelajarilah dengan seksama bagian uraian dan penyelesaian contoh soal dalamtiap modul, kemudian kerjakanlah latihan soal yang ada pada tiap modul dancocokkan dengan jawaban latihan soal.3. Ujilah pemahaman konsep anda dengan mengerjakan tes formatif di akhir tiapuraian materi, kemudian cocokkan jawaban anda dengan kunci jawaban yang1

tersedia di bagian akhir masing- masing modul. Usahakan penguasaan materianda sampai mencapai tingkat penguasaan paling rendah 80%.D. Tujuan akhirKompetensi Kegiatan 1 yang akan dicapai meliputi :1. Menjelaskan pengertian entalpi suatu zat dan perubahannya.2. Menentukan H reaksi berdasarkan eksperimen3. Menggunakan hukum Hess untuk menghitung H reaksi4. Menggunakan data perubahan entalpi pembentukan standar untukmenghitung H reaksi5. Menggunakan data energi ikatan untuk menghitung H reaksi6. Merancang dan melakukan percobaan untuk menentukan kalor pembakaranberbagai bahan bakar.Kompetensi Kegiatan 2 yang akan dicapai dengan modul ini adalah :1. Mendeskripsikan pengertian laju reaksi dan orde reaksi2. Mendeskripsikan hubungan antara konsentrasi pereaksi dengan laju reaksi3. Mendeskripsikan hubungan antara luas permukaan pereaksi dengan lajureaksi4. Mendeskripsikan hubungan antara temperatur dengan laju reaksi5. Mendeskripsikan hubungan antara katalisator dengan laju reaksi6. Mendeskripsikan mekanisme reaksi katalitik7. Menjelaskan teori- teori yang mendasari laju reaksiSedangkan untuk Kompetensi kegiatan 3 yang akan dicapai meliputi :1. Tetapan Kesetimbangan2. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan3. Hubungan Kuantitatif antara Pereaksi dan Hasil Reaksi2

BAB IIKEGIATAN BELAJAR 1TERMOKIMIAA. Tujuan AntaraSetelah mempelajari modul ini anda diharapkan dapat :1. Menjelaskan hukum kekekalan energi.2. Menjelaskan perubahan energi dari suatu sistem melalui dua cara yaitu kalor dankerja.3. Menjelaskan diagram entalpi reaksi eksoterm dan endoterm.4. Menjelaskan tentang pengertian entalpi dan perubahannya.5. Menuliskan persamaan termokimia.6. Menjelaskan macam-macam perubahan entalpi.7. Menentukan harga H reaksi dengan melakukan eksperimen sederhana.8. Menentukan H dari reaksi yang berlangsung secara bertahap.9. Menghitung harga H reaksi dengan menggunakan Hukum Hess10. Menghitung harga H reaksi dengan menggunakan data energi ikatan11. Membandingkan kalor pembakaran berbagai bahan bakar dalam kehidupan seharihari.12. Menjelaskan dampak pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna terhadaplingkungan dan banyaknya kalor yang dihasilkan.B. Uraian MateriReaksi kimia selalu berlangsung dengan melibatkan energi, baik penyerapanmaupun pelepasan energi. Reaksi yang menyerap energi disebut reaksi endoterm,sedangkan reaksi yang melepas energi disebut reaksi eksoterm. Jumlah energi yangmenyertai suatu reaksi disebut dengan kalor reaksi.KalorPerubahan energi yang menyertai suatu reaksi kimia biasanya berupa panas yangdisebut kalor. Termokimia mempelajari hubungan antara kalor reaksi dengan suatu reaksikimia. Kalor reaksi menyatakan perubahan energi yang menyertai suatu reaksi kimia. Halini dapat dipahami dari reaksi pembakaran bensin dalam silinder mobil yang menghasilkankalor. Sebagian kalor diubah menjadi gerak/kerja melalui ekspansi gas yang mendorong3

piston dalam silinder. Sisa kalor dilepas sebagai kalor melalui peningkatan suhu mesinmobil dan gas buang.Sifat Termal ZatSifat termal zat adalah kemampuan zat untuk menyerap atau melepas kalor. Ada duajenis sifat termal, yaitu kalor jenis dan kapasitas kalor.a. Kalor JenisUntuk menaikkan suhu suatu zat dengan massa tertentu, diperlukan sejumlah kalortertentu pula. Hal tersebut karakteristik untuk setiap jenis zat, artinya kalor yangdiperlukan untuk menaikkan suhu tertentu masing-masing zat dengan massa yang samaakan berbeda besarnya.Kalor jenis (c) adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gramzat sebesar 1 0 C. Satuannya adalah J g -1 0 C -1 atau J kg -1 K -1 . Secara umum, besarnyakalor yang dilepas atau diserap zat atau sistem dirumuskan sebagai berikut :q = m c T………………………………………………………………. 1.1dengan q : kalor yang diserap atau dilepas (J atau kJ)mb. Kapasitas Kalor: massa (g atau kg)c : kalor jenis (J g -1 0 C -1 atau J kg -1 K -1 )T : perubahan suhu ( 0 C atau K)Kapasitas kalor (C) didefinisikan sebagai jumlah kalor yang dibutuhkan untukmenaikkan suhu zat atau sistem sebesar 1 0 C atau 1 K. Satuannya adalah J K -1 atau J0 C -1 . Secara umum, besarnya kalor yang dilepas atau diserap zat atau sistemdirumuskan sebagai berikut :q = C T.......................................................................................... 1.2dengan C : kapasitas kalor (J K -1 atau J 0 C -1 )T : perubahan suhu ( 0 C atau K)Besarnya kapasitas kalor (C) untuk sejumlah zat dengan massa m dapat dikaitkandengan kalor jenisnya (c) sebagai berikut :C = m c............................................................................................ 1.3Kapasitas kalor untuk satu mol suatu zat disebut kapasitas kalor molar. Kapasitas kalorsuatu zat bergantung pada kondisinya. Kita asumsikan bahwa sistem “terpaksa” memilikivolum tetap, maka kalor yang diperlukan agar mengubah temperatur sebesar dT adalah dq V= n C v dT (n = jumlah mol zat, C v = kapasitas kalor pada volum tetap), atau q V = n C v T.4

Sementara itu, apabila sistem dapat memuai atau menyusut pada tekanan tetap maka kaloryang diperlukan mengubah temperatur sebesar dT adalah dq P = n C P dT (C P = kapasitaskalor pada tekanan tetap) atau q p = n C p T.Hukum Kekekalan EnergiEnergi yang terkandung dalam bensin dapat diubah menjadi energi lain dalam bentuk kalordan kerja melalui reaksi pembakaran. Dengan kata lain, energi yang tersimpan dalambensin tidak dapat dimusnahkan, demikian pula kalor dan kerja tidak dapat diciptakan,yang terjadi adalah energi hanya dapat berubah bentuk dari bentuk satu ke bentuk yanglain. Konsep ini dikenal sebagai Hukum Kekekalan Energi atau Hukum TermodinamikaI yang berbunyi :“Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah daribentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain”.Sistem dan LingkunganDalam pembahasan tentang perubahan energi, dikenal istilah sistem danlingkungan. Sistem adalah bagian dari alam semesta yang menjadi pusat perhatian,sedangkan lingkungan merupakan segala sesuatu yang berada di luar sistem.Hukum termodinamika I atau hukum kekekalan energi dinyatakan dalampersamaan : U = q + w (dengan U = energi-dalam ; q = kalor; dan w = kerja). Energidalamadalah energi total sistem yang terdiri dari energi kinetik atom-atomnya, ion-ionnya,atau molekul-molekulnya dan energi potensial yang terjadi dari gaya ikat antar partikelpartikelyang membangun sistem. Seberapa besar energi ini tidak diketahui dengan pasti,dan secara termodinamika besarnya tidak penting, karena yang penting adalah besarnyaperubahan energi-dalam, U. Perubahan energi-dalam inilah yang dapat dialami olehsistem pada suatu proses. Besarnya energi-dalam suatu sistem hanya bergantung padakeadaan sistem dan tidak bergantung pada bagaimana keadaan itu tercapai sehinggadikatakan bahwa energi-dalam merupakan fungsi keadaan.Perubahan energi dari suatu sistem dapat terjadi melalui dua cara, yaitu :Sistem menyerap kalor atau melepas kalor, dan / atauSistem melakukan kerja atau dikenai kerja. Jika sistem melepas kalor atau melakukan kerja, maka sistem mengeluarkan energi.Jadi, nilai q dan w adalah negatif (-). Jika sistem menyerap kalor atau dikenai kerja, maka sistem mendapat energi. Jadi,nilai q dan w adalah positif (+).5

Bentuk kerja yang paling lazim menyertai proses kimia adalah kerja pemuaian atau kerjatekanan-volume, yaitu jenis kerja yang berkaitan dengan perubahan volume sistem.Besarnya kerja, w dirumuskan sebagai berikut :w = P ΔV…………………………………………………. 1.4dengan P : tekanan berlawanan arah dengan arah dorong pistonV : perubahan volume gas dalam silinderTanda negatif dalam rumus dapat dipahami sebagai berikut :Jika gas mengalami ekspansi (V positif), maka nilai w adalah negatif yang artinyasistem melakukan kerja.Jika gas mengalami kompresi (V negatif), maka nilai w adalah positif yangartinya sistem dikenai kerja.Entalpi dan Perubahan EntalpiSebagian besar reaksi kimia berlangsung pada tekanan tetap. Nilai energi (E) danperubahan energi (E) yang diukur pada tekanan tetap disebut entalpi (H) dan perubahanentalpi (H).Entalpi dirumuskan sebagai jumlah energi dalam (U) yang terkandung pada sistemdan kerja tekanan-volume, sehingga : H = U + PVSeperti halnya energi dalam, entalpi hanya dapat diukur perubahannya (H).H = H awal H akhir ............................................................................. 1.5Secara matematis, perubahan entalpi dirumuskan sebagai berikut :H = U + PV + VP .......................................................................... 1.6Karena diukur pada tekanan tetap (P = 0), maka :H = U + PV................................................................................. 1.7Dari persamaan U = q + w dan w = PV, maka diperoleh :H = U + PV = (q + w) w = q..................................................... 1.8Jadi, pada tekanan tetap, perubahan entalpi (H) sama dengan kalor (q) yang dilepas ataudiserap atau H = q = q p dengan q p = kalor pada tekanan tetap.Reaksi Eksoterm dan EndotermBerdasarkan penyerapan kalor (H positif) dan pelepasan kalor (H negatif), reaksi kimiadibedakan menjadi :6

Reaksi Endoterm, yaitu reaksi kimia yang melibatkan penyerapan kalor. Nilai Hadalah positif (+). Reaksi Eksoterm, yatu reaksi kimia yang melibatkan pelepasan kalor. Nilai Hadalah negatif ().Nilai H hanya ditentukan oleh keadaan awal dan akhir. Pada reaksi kimia, H awal adalahjumlah entalpi zat-zat pereaksi, sedangkan H akhir adalah jumlah entalpi dari zat-zat produkreaksi, sehingga nilai H dapat dirumuskan sebagai berikut :H reaksi = H akhir – H awal = H produk reaksi H pereaksiPerubahan entalpi (H) pada reaksi endoterm dan eksoterm dapat digambarkan dengaandiagram entalpi pada Gambar 1.1.Produk reaksiPereaksiPereaksiH positif (+)H negatif (-)Produk reasksi(a) Diagram entalpi reaksi EndotermNilai H positif artinya : H produk reaksi > H pereaksi(b) Diagram entalpi reaksi EksotermNilai H negatif artinya : H produk reaksi < H pereaksiGambar 1.1. Diagram entalpi (a).reaksi endoterm. (b).reaksi eksoterm.Persamaan TermokimiaPersamaan reaksi kimia yang menyertakan perubahan entalpi (H) disebut persamaantermokimia. Nilai H dalam persamaan termokimia dipengaruhi oleh :Koefisien reaksi½N 2 (g) + 1½H 2 (g) → NH 3 (g)H = 46,19 kJN 2 (g) + 3H 2 (g) → 2NH 3 (g)H = 92,38 kJFase zatCH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O(l) H = 890,5 kJ (H 2 O fasa cair)CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O(g) H = 802,3 kJ (H 2 O fasa gas)Untuk dapat membandingkan perubahan entalpi dari suatu reaksi dalam berbagaisistem yang berbeda, para ahli sepakat untuk menetapkan nilai H pada suatu kondisistandar yaitu pada suhu 298 K (25 0 C) dan tekanan 1 atm. Suatu perubahan entalpi yang7

diukur pada kondisi standar disebut perubahan entalpi standar (H o ). Dalam SistemInternasional, H o mempunyai satuan kJ (kilo Joule).Nilai H o umumnya diberikan dengan dasar 1 mol dari suatu zat yang terlibat reaksi.Oleh karena itu, juga dikenal istilah perubahan entalpi molar standar dengan satuankJmol 1 . Terdapat berbagai jenis definisi perubahan entalpi molar standar untuk reaksikimia dan juga untuk proses fisika, yaitu :1. Perubahan Entalpi Pembentukan Standar (H O f)Perubahan entalpi pembentukan standar menyatakan perubahan entalpi padapembentukan 1 mol zat dari unsur-unsurnya pada kondisi standar. Contoh :C(s) + 3H 2 (g) + ½O 2 (g) C 2 H 5 OH(l)H O f = 277,7 kJHal yang perlu diperhatikan berkaitan dengan entalpi pembentukan standar yaitu bahwa zatyang dibentuk adalah 1 mol dan dibentuk dari unsurnya dalam bentuk standar (bentuk yangpaling stabil).2. Perubahan Entalpi Penguraian Standar (H O d)Reaksi penguraian merupakan kebalikan dari reaksi pembentukan, oleh karena itu nilaientalpi penguraiannya sama dengan entalpi pembentukannya, tetapi berbeda tanda. Sebagaicontoh, diketahui entalpi pembentukan, H O f H 2 O(l) = 286 kJ maka :H 2 O(l) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H O d = + 286 kJ3. Perubahan Entalpi Pembakaran Standar (H O c)Perubahan entalpi pada pembakaran sempurna 1 mol zat pada kondisi standar disebutdidefinisikan sebagai perubahan entalpi pembakaran standar (H O c). Istilah “pembakaransempurna” penting karena banyak reaksi antara zat dengan oksigen yang dapat membentuk2 jenis oksida. Sebagai contoh, pembakaran grafit (C) dapat membentuk CO dan CO 2 .Agar 1 mol C terbakar sempurna, maka gas yang dihasilkan haruslah CO 2 .C(s) + O 2 (g) CO 2 (g)H O c = 393,5 kJ4. Perubahan Entalpi Penguapan Standar (H O v)Perubahan entalpi penguapan standar menyatakan perubahan entalpi pada penguapan 1mol zat cair menjadi 1 mol gas pada titik didihnya.H 2 O(l) H 2 O(g) H O v = + 44,05 kJ8

5. Perubahan Entalpi Peleburan Standar (H O fus)Perubahan entalpi pada peleburan 1 mol zat padat menjadi 1 mol zat cair pada titikleburnya disebut sebagai Perubahan Entalpi Peleburan Standar (H O fus)H 2 O(s) H 2 O(l) H O fus = + 6,01 kJ6. Perubahan Entalpi Penetralan StandarPerubahan entalpi pembentukan standar menyatakan perubahan entalpi pada penetralanasam (H + ) oleh basa (OH ) membentuk 1 mol air.H + (aq) + OH (aq) H 2 O(aq)7. Perubahan Entalpi Pengatoman Standar (H O at)Perubahan Entalpi pengatoman standar menyatakan perubahan entalpi padapembentukan 1 mol atom-atom unsur dalam fase gas pada kondisi standar.C(s) C(g) H O at = + 6,01 kJ8. Perubahan Entalpi Pelarutan Standar (H O s)Perubahan entalpi pelarutan standar menyatakan perubahan entalpi pada pelarutan 1mol zat pada kondisi standar.C 6 H 5 COOH(c) C 6 H 5 COOH (l) H O s = - a kJTabel 1.1. Entalpi pembentukan standar H 0 f zatH 0 f kJmol -1 H 0 f kJmol -1 H 0 f kJmol -1 H 0 f kJmol -1Al 2 O 3 (s) -1669,79 H 2 S(g) -20,17 C 2 H 2 (g) 226,73 MgCl 2 (s) -641,83BaCO 3 (s) -1218,80 HCHO(g) -115,90 C 2 H 4 (g) 52,30 MgO(s) -601,83B 2 H 6 (g) 31,40 He(g) 0,0 C 2 H 6 (g) -84,68 MnO 2 (s) -519,70B 2 O 3 (s) -1263,60 Hg(g) 60,84 C 3 H 8 (g) -103,85 N(g) 472,71Br(g) 111,75 NH 4 Cl(s) -315,38 CaSO 4 (s) -1432,70 N 2 (g) 0,0Br 2 (g) 30,71 NO(g) 90,37 Cl(g) 121,38 NH 3 (g) -46,19Br 2 (l) 0,0 N 2 O(g) 81,55 Cl 2 (g) 0,0 O 2 (g) 0,0BrCl(g) 14,70 NO 2 (g) 33,85 CuO(s) -155,20 O 3 (g) 142,30C 6 H 6 (g) 82,93 N 2 O 4 (g) 9,67 Cu 2 O(s) -166,69 PCl 3 (g) -306,40C 6 H 6 (l) 49,04 NOCl(g) 52,59 Fe 2 O 3 (s) -822,16 PCl 5 (g) -398,90CH 3 OH(g) -200,67 NaCl(s) -410,99 Fe 3 O 4 (s) -1117,13 S 8 (s) 0,0CH 3 OH(l) -238,66 O(g) 247,53 H(g) 217,94 S 8 (g) 102,30C 2 H 5 OH(l) -277,65 C(g) 718,39 H 2 (g) 0,0 SO 2 (g) -296,90CaCO 3 (s) -1207,10 C(diamond) 1,88 HBr(g) -36,23 SO 3 (g) -395,20CaO(s) -635,50 C(grafit) 0,0 HCl(g) -92,30 SO 2 Cl 2 (l) -389Ca(OH) 2 (s) -986,60 CCl 4 (g) -106,70 Hg(l) 0,0 UO 2 (s) -11319

HF(g) -268,61 CO(g) -110,54 I(g) 106,61 ZnO(s) -347,98HI(g) 25,94 CO 2 (g) -393,50 I 2 (g) 62,26H 2 O(g) -241,84 CH 4 (g) -74,85 I 2 (s) 0,0H 2 O(l) -285,85 CH 2 Cl 2 (g) -82,0 KCl(s) -435,89Hukum HessHess merumuskannya dalam suatu hukum yang disebut Hukum Hess, yangberbunyi :“Jika suatu reaksi berlangsung dalam dua tahap reaksi atau lebih, makaperubahan entalpi untuk reaksi tersebut sama dengan jumlah perubahan entalpi dari semuatahap”.Berdasarkan hukum Hess, para ahli kimia berhasil menentukan H 0 f senyawa yagtidak mudah terbentuk dari unsur-unsurnya secara langsung. Data H 0 f memungkinkankita mengaplikasikan hukum Hess untuk menentukan H reaksi tanpa perlu memanipulasipersamaan termokimia. Hal ini dilakukan dengan menggunaan Persamaan Hukum Hess.Persamaan Hukum HessMisalnya suatu persamaan reaksi melibatkan pereaksi A, B, C, …. dengan koefisien reaksin a , n b , n c , …. dan produk reaksi P, Q, R, …. dengan koefisien reaksi n p , n q , n r …..n a A + n b B + n c C + …. n p P + n q Q + n r R + ….Nilai H reaksi dapat dihitung sebagai berikut :H reaksi = (n p H 0 fP + n q H 0 fQ + n r H 0 fR +….) – (n a H 0 fA + n b H 0 fB + n c H 0 f C+….)= (n produk x H 0 f produk) - (n pereaksi x H 0 f pereaksi)Menghitung H reaksi menggunakan Hukum HessMetode ini menggunakan H empiris untuk menentukan H reaksi-reaksi yangkompleks. Banyak reaksi yang dapat berlangsung secara bertahap. Sebagai contoh reaksipembentukan CO 2 . Besarnya H tidak bergantung pada jalannya reaksi tetapi bergantungkeadaan awal dan akhir. Hal ini memungkinkan penentuan H reaksi pembentukan CO 2melalui lebih dari 1 lintasan (rute) reaksi. Jika C direaksikan dengan O 2 yang cukup / berlebihRute I : C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) H 3 = - 393,5 kJ Jika C direaksikan dengan O 2 yang tidak mencukupi / terbatas, maka akan terbentukgas CO. Gas CO kemudian bereaksi dengan O 2 membentuk CO 2 .Rute II : C(s) + ½O 2 (g) CO (g) H 1 = - 110,5 kJCO(g) + ½O 2 (g) CO 2 (g)H 2 = - 283 kJ10

Kedua rute menggunakan pereaksi yang sama dan menghasilkan produk reaksi yang sama.Oleh karena H hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir reaksi, maka total Hpada rute II harus sama dengan H pada rute I atau H 3 = H 1 + H 2 . Secara skematiskedua rute tersebut dapat digambarkan oleh gambar 1.2+ O 2 (g)C(s)CO 2 (g)ΔH 3ΔHΔH 21+ ½ O 2 (g) + ½ O 2 (g)CO (g)Gambar 1.2. Diagram reaksi pembentukan gas CO 2Contoh :Entalpi pembakaran standar kristal asam benzoat, C 6 H 5 COOH, pada 25 o C adalahsebesar – 3241,22 kJ mol -1 . Tentukan H o pembentukan standar dari asam benzoat ini jikadiketahui : H foCO 2 (g) = – 393,51 kJ mol -1 ; H f o H 2 O(l) = – 285,83 kJmol -1 ;Jawab :Reaksi pembakarannya :15C 6 H 5 COOH(c) + O2 (g) – 7CO 2 (g) + 3H 2 O(l) H o = – 3241,22 kJ2H coC 6 H 5 COOH(c) =[7H foCO 2 (g)+3H f o H 2 O(l ]–[H f o C 6 H 5 COOH(c)+15 o Hf O 2 (g)]2– 3241,22 = [7(– 393,51) + 3(– 285,83)] – [H o 15f C 6 H 5 COOH(c) + 0] 2H f o C 6 H 5 COOH(c) = – 370.87 kJ mol -1Menghitung H reaksi menggunakan Data Energi IkatanMetode ini menggunakan energi ikatan untuk menghitung H reaksi. Data energiikatan merupakan nilai rata-rata yang diperoleh dari data H empiris dan perhitungandengan menggunakan hukum Hess.11

Energi IkatanSuatu reaksi melibatkan pemutusan dan pembentukan ikatan kimia. Pemutusansuatu ikatan memerlukan energi, sebaliknya pembentukan ikatan akan melepas energi.Energi yang terkait dengan pemutusan atau pembentukan ikatan kimia disebut energiikatan atau energi disosiasi (D).Nilai energi ikatan rangkap lebih besar dari nilai energi ikatan tunggal akibatpertambahan jumlah pasangan elektron yang digunakan bersama. Oleh kerena itu, reaksiyang melibatkan senyawa yang memiliki ikatan rangkap, terutama ikatan rangkap tiga,melepaskan energi yang sangat besar. Contoh dari reaksi yang melibatkan senyawa yangmengandung ikatan rangkap tiga adalah bahan peledek seperti TNT (Trinitrotoluena,C 3 H 5 O 6 N 3 ) dan dinamit (nitrogliserin, C 3 H 5 O 9 N 3 ).Reaksi kimia pada dasarnya melibatkan energi untuk pemutusan ikatan antar atompereaksi dan pembentukan ikatan antar atom produk reaksi. Selisih antara energi untukpemutusan dan pembentukan ikatan ini merupakan H reaksi .Tabel 1.2. Energi Ikatan rata-rata, D (kJmol -1 )Ikatan EnergiEnergiEnergiEnergiEnergiIkatanIkatanIkatanIkatanIkatanIkatanIkatanIkatanIkatanBr F 237 C = O 799 H Cl 431 N O 201 S F 327Br Cl 218 C O 1072 H Br 366 N F 272 S Cl 253Br Br 193 C F 485 H I 299 N Cl 200 S Br 218C C 348 C Cl 328 H H 436 N Br 243 S S 266C = C 614 C Br 276 I Cl 208 O H 463 S = S 418C C 839 C I 240 I Br 175 O O 146 S = O 323C H 413 C S 259 I I 151 O = O 495 Si H 323C N 293 Cl F 253 N H 391 O F 190 Si Si 226C = N 615 Cl Cl 242 N N 163 O Cl 203 Si C 301C N 891 F F 155 N = N 418 O I 234 Si O 368C O 358 H F 567 N N 941 S H 339Contoh :Gunakan data entalpi ikatan rata-rata dan entalpi pengatoman untuk memper-kirakanentalpi reaksi standar dari : C(s,grafit) + 2 H 2 (g) + ½ O 2 (g) CH 3 OH(l)Jawab :Data : H o D (HH) = + 436 kJ mol -1H o D (CH) = + 412 kJ mol -1H o D (O=O) = + 146 kJ mol -1H o D (CO) = + 360 kJ mol -112

oH a C(s) = + 716,6 kJ mol -1H o D (OH) = + 463 kJ mol -1Mula-mula atomkan molekul-molekul reaktan, dan kemudian membentukproduknya. Produk gas dikondensasikan agar membentuk produk yang diinginkan.Perubahan entalpi untuk :C(s,grafit) + 2 H 2 (g) + ½ O 2 (g) C(g) + 4 H(g) + O(g) adalah :H o o= H a C(s) + 2 H o D (HH) + ½ H o D (O=O) = + 1837 kJ mol -1Perubahan entalpi ketika atom-atom ini membentuk CH 3 OH(g) dalam reaksi,C(g) + 4 H(g) + O(g) CH 3 OH(g) adalah :H o o= – [3H a (CH) + H o D (CO) + H o D (OH) = – 2059 kJ mol -1 (2) Sementara itu,entalpi penguapan CH 3 OH(l) CH 3 OH(g) H o = + 38 kJ mol -1 ,berarti entalpi kondensasi CH 3 OH(g) CH 3 OH(l) H o = – 38 kJ mol -1 (3)Sehingga H o untuk reaksi : C(s,grafit) + 2 H 2 (g) + ½ O 2 (g) CH 3 OH(l) adalah jumlah(1), (2) dan (3), yaitu sebesar – 260 kJ mol -1 .C. Latihan Soal1. Diketahui entalpi pembentukan gas asetilena (C 2 H 2 ) adalah + 226,7 kJ mol -1 . Tentukanperubahan entalpi penguraian 13 gram asetilen !2. Pada pembakaran 0,8 gram belerang dalam kalorimeter terjadi kenaikan suhu dari 25,5o C menjadi 25,925 o C. Jika kapasitas kalor kalorimeter dan isinya adalah 10,87 kJ o C -1 .Tentukan perubahan entalpi pembakaran per mol belerang !3. Diketahui H f beberapa senyawa adalah sebagai berikut :CO(g) = - 110,5 kJ mol -1H 2 O(g) = - 241,8 kJ mol -1C 3 H 8 (g) = -103, 85 kJ mol -1 SO 3 (g) = - 35,2 kJ mol -1CO 2 (g) = - 393,5 kJ mol -1SO 2 (g) = - 296,9 kJ mol -1Tentukan H reaksi pembakaran :a. 1 mol gas karbonmonoksida (CO)b. 4,48 liter gas propana (C 3 H 8 ) pada STPc. 6,4 gram gas belerang dioksida (SO 2 ), Mr = 6413

4. Diketahui energi ikatan dari beberapa unsur sebagai berikut :D CC = 348 kJ mol -1D CH = 413 kJ mol -1D ClCl = 242 kJ mol -1D CCl = 328 kJ mol -1D HCl = 431 kJ mol -1Tentukan H reaksi : CH 4 (g) + Cl 2 (g) CH 3 Cl(g) + HCl(g)5. Diketahui : H f C 2 H 6 (g) = - 84,68 kJ mol -1 H f C (g) = + 715 kJ mol -1H f H (g) = + 218 kJ mol -1 D CC = 348 kJ mol -1Reaksi : C 2 H 6 (g) 2C(g) + 6H(g)Hitunglah energi ikatan CH dalam etana !Jawaban Soal Latihan1. Pembentukan gas asetilena :2C(s) + H 2 (g) C 2 H 2 (g) H f = + 226,7 kJ mol -1Penguraian gas asetilena :C 2 H 2 (g) 2C(s) + H 2 (g) H f = - 226,7 kJ mol -113gramMol C 2 H 2 = = 0,5 mol (Skor 3)126grammolH penguraian 0,5 mol gas C 2 H 2 = 0,5 mol x (- 226,7 kJ mol -1 ) = - 113,35 kJ0,8 gram2. Mol belerang =132grammol= 0,025 molPerubahan entalpi untuk 0,8 gram belerang= - C T = - [ 10,87 kJ o C -1 x ( 25,925 - 25,5 ) o C ] = - 4,62 kJPerubahan entalpi per mol belerang (S)=Hnreaksi3. H reaksi pembakaran :S= 4,620,025kJmola. CO(g) + ½O 2 (g) CO 2 (g)= - 184,8 mol -1H reaksi = (n produk x H 0 f produk) - (n pereaksi x H 0 f pereaksi)14

= (1mol xH 0 f CO 2 ) – [ (1mol xH 0 f CO) + (½mol H 0 f O 2 ) ]= (- 393,5 kJ) – [ (- 110,5 kJ) + (0 kJ) ] = - 283 kJJadi, H reaksi pembakaran 1mol CO adalah - 283 kJ4,48 Lb. Mol gas propana (C 3 H 8 ) = = 0,2 mol122,4 mol LC 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) 3CO 2 (g) + 4H 2 O(g)H reaksi = [(3 mol xH 0 f CO 2 ) + (4mol xH 0 f H 2 O)]- [(1mol xH 0 f C 3 H 8 ) + (5mol xH 0 f O 2 )]= [(- 1180,5 kJ) + (- 967,2 kJ)] - [(-103, 85 kJ) + (0 kJ)]= -2043, 85 kJJadi, H reaksi pembakaran 0,2mol C 3 H 8 adalah := -2043, 85 kJ mol -1 x 0,2 mol = - 408,77 kJ6,4 gramc. Mol SO 2 = = 0,1 mol164grammol4. CH 4 (g) + Cl 2 (g) CH 3 Cl(g) + HCl(g)Energi ikatan pereaksi= [ 4 mol x (CH) ] + [ 1mol x (ClCl) ]= [ 4 mol x (413kJmol -1 ) ] + [ 1 mol x (242kJmol -1 ) ]= 1652 kJ + 242 kJ = 1894 kJEnergi ikatan produk reaksi= [ 3 mol x (CH) ] + [ 1 mol x (CCl) ] + [ 1 mol x (HCl) ]= [3 mol x(413 kJmol -1 )] + [1 mol x(328 kJmol -1 )] + [1 mol x(431 kJmol -1 )]= 1239 kJ + 328 kJ + 431 kJ = 1998 kJ (Skor 3)H reaksi= (Energi ikatan pereaksi) - (Energi ikatan produk reaksi)= 1894 kJ – 1998 kJ= - 104 kJ5. Reaksi : C 2 H 6 (g) 2C(g) + 6H(g)H reaksi= (n produk x H 0 f produk) - (n pereaksi x H 0 f pereaksi)= [(2 mol x(H 0 f C) + (6 mol x(H 0 f H)] – [1 mol x(H 0 f C 2 H 6 )]= [(1430 kJ) + (1308)] - [- 84,68 kJ] = 2822,68 kJ15

H reaksi = (Energi ikatan dalam C 2 H 6 )2822,68 kJ = (1 mol x D C C ) + (6 mol x D C H )2822,68 kJ = (1 mol x 348 kJ mol -1 ) + (6 mol x D C H )D C H = 412,45 kJmol -1D. Tes formatifUntuk menguji pemahaman anda, kerjakanlah soal- soal tes formatifPilihlah satu jawaban yang benar diantara pilihan- pilihan jawaban yang tersedia dalamtiap soal berikut ini:1. Perhatikan berbagai hasil percobaan berikut :(i) Serbuk NH 4 Cl + serbuk Ca(OH) 2 , timbul gas tidak sedap disertai penurunan suhu.(ii) Pita Mg + asam sulfat, pita Mg larut disertai kenaikan suhu.(iii)Pita Cu + serbuk belerang, tidak terjadi perubahan,tetapi berubah menjadi padatanhitam setelah dipanaskan, reaksi berlanjut ketika pemanasan dihentikan.(iv) Gas N 2 O 4 yang tidak berwarna menjadi coklat jika dipanaskan, jika pemanasandihentikan perlahan-lahan kembali tidak berwarna.Proses yang tergolong reaksi endoterm adalah….a. (i) dan (iii)d. (iii) dan (iv)b. (ii) dan (iv)e. (i) dan (iv0c. (ii) dan (iii)2. Pernyataan yang tidak benar mengenai perubahan entalpi adalah ….a. Tergantung pada jumlah zat yang bereaksib. Tergantung pada banyaknya tahap reaksic. Tergantung pada wujud zatd. Dapat ditentukan dengan hukum Hesse. Dapat bernilai positif atau negatif3. Dari diagram di samping, besarnya harga H adalah….a. E 1 + E 2b. E 1 + E 3c. E 2 + E 3d. E 3 - E 2e. E 2 - E 1E 3E 2E 1016

4. Dalam suatu proses, sistem melepas kalor sebanyak 125 kJ dan menerima kerjasebanyak 500 J. Perubahan energi dalam sistem itu adalah ….a. -125,5 kJd. - 124,5 kJb. 125,5 kJe. 375 kJc. 124,5 kJ5. Sebanyak 2 mol gas hidrogen jika direaksikan dengan 1 mol gas oksigen akanterbentuk uap air yang melepaskan kalor sebesar 242 kJ. Persamaan termokimianyaadalah ….a. H 2 (g) + ½O 2 (g) H 2 O(g) H = - 242 kJb. 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(g) H = - 242 kJc. 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(g) H = - 242 kJd. H 2 O(g) H 2 (g) + ½O 2 (g) H = - 242 kJe. 2H 2 O(g) 2H 2 (g) + O 2 (g) H = - 242 kJ6. Kalor yang diserap atau dilepas apabila 1 mol senyawa terurai menjadi unsur-unsurnyadisebut ….a. Kalor reaksid. Kalor netralisasib. Kalor pembentukan e. Kalor pengatomanc. Kalor penguraian7. Reaksi di bawah ini yang merupakan reaksi pembentukan asam oksalat (H 2 C 2 O 4 )adalah ….a. 2H + (aq) + C 2 O 2- 4 (aq) H 2 C 2 O 4 (aq)b. H 2 (g) + 2C(s) + 2O 2 (g) H 2 C 2 O 4 (l)c. 2H 2 (g) + 4C(s) + 4O(g) H 2 C 2 O 4 (aq)d. CO 2 (g) + 2H 2 O(l) H 2 C 2 O 4 (aq)e. H 2 CO 3 (aq) + H 2 O(l) H 2 C 2 O 4 (aq)8. Jumlah kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu 735 gram air dari 30 o C menjadi76 o C adalah …. (kalor jenis air 4,18 J g -1 K -1 ).a. 73,75 kJ b. 141,3 kJ17

d. 295 kJc. 221,25 kJe. 368,75 kJ9. Pada diagram dibawah, hubungan antara H 1 , H 2 , dan H 3 adalah ….a. H 2 = H 1 - H 3C(s) + O 2(g)b. H 2 = H 1 + H 3H 1c. H 3 = H 1 - H 2CO(g) + ½O 2(g)H 3d. H 3 = H 1 + H 2e. H 3 = H 2 - H 1CO 2(g)H 210. Dari siklus di samping, H 1 adalah ….a. – 225 kJb. – 135 kJc. – 105 kJd. + 105 kJe. + 225 kJAH 1 = …H 2 = 120 kJCH 3 = 45 kJBH 4 = 60 kJD11. Diketahui data entalpi pembentukan standar sebagai berikut :C 3 H 8 (g) = - 104 kJ/mol ;CO 2 (g) = - 394 kJ/mol ; dan H 2 O(l) = - 286 kJ/mol.Harga H reaksi : C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) 3CO 2 (g) + 4H 2 O(l) adalah ….a. – 784 kJd. – 2222 kJb. + 2222 kJe. – 2430 kJc. + 2430 kJ12. Diketahui : H f H 2 O = - 285,85 kJ dan H f HNO 3 = - 174,1 kJN 2 O 5 (g) + H 2 O(l) 2HNO 3 (l) H reaksi = - 76,6 kJHarga H f N 2 O 5 adalah ….a. + 14,25 kJb. – 411,1 kJc. – 14,25 kJd. 28,5 kJe. 56,6 kJ13. Diketahui beberapa reaksi pembentukan sebagai berikut :18

N 2 (g) +3 O 2 (g) N 2 O 3 (g) H o f = a kJ mol -122H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(g) H f o = b kJ mol -1N 2 (g) +5 O 2 (g) N 2 O 5 (g) H o f = c kJ mol -12H 2 (g) + N 2 (g) + 2O 2 (g) 2HNO 2 (l) H f o = d kJ mol -1H 2 (g) + N 2 (g) + 3O 2 (g) 2HNO 3 (l) H f o = e kJ mol -1Dari data di atas yang nilai entalpinya e – (½b + c) adalah ….a. 2N 2 O 5 (g) 2N 2 (g) + 5O 2 (g)b. N 2 O 5 (g) + H 2 O(g) 2HNO 3 (l)c. 2N 2 O 3 (g) 2N 2 (g) + 3O 2 (g)14. Diketahui beberapa energi ikatan :D CC = 348 kJ mol -1D ClCl = 242 kJ mol -1D HCl = 431 kJ mol -1D CCl = 328 kJ mol -1D CH = 423 kJ mol -1d. N 2 O 3 (g) + H 2 O(g) 2HNO 2 (l)e. H 2 O(g) H 2 (g) + ½O 2 (g)Entalpi reaksi : C 3 H 8 (g) + Cl 2 (g) C 3 H 7 Cl(g) + HCl(g) adalah ….a. + 94 kJ mol -1d. – 94 kJ mol -1b. + 81 kJ mol -1e. – 208 kJ mol -1c. – 81 kJ mol -115. Diketahui beberapa energi ikatan rata-rata :D CC = 146 kkal mol -1 D CCl = 79 kkal mol -1D CC = 83 kkal mol -1D HCl = 103 kkal mol -1D CH = 99 kkal mol -1Entalpi reaksi : C 2 H 4 (g) + HCl(g) C 2 H 5 Cl(g) adalah ….a. – 510 kkalb. – 72,8 kkalc. – 12 kkald. 12 kkale. 510 kkalSetelah anda mengerjakan Tes Formatifdi atas, cocokkanlah jawaban anda denganJawaban Tes Formatif. Anda dinyatakan berhasil bila nilai anda lebih besar dari 60 %yaitu bila anda berhasil menjawab lebih 9 soal dari 15 soal yang ada.19

Kunci Jawaban Tes formatif1. E2. B3. E4. D5. B6. C7. B8. C9. E10. D11. C12. C13. B14. D15. CE. Daftar PustakaAtkins, PW. 2010, Physical Chemistry, 9 th .ed. Oxford : Oxford University PressBrady, JE. 2009. Chemistry. 5 th Ed. New York : John Wiley & Sons.Castellan, G.W. 1983 . Physical Chemistry 3 rd . Massachusset: Addison Wesley.Fogiel, M. 1992, The Essentials of Physical Chemistry II, Nex Jersey : Research andEducation AssociationOxtoby DW, Gillis, H.P, Nachtrieb. NH, 2001, Principles of Modern Chemistry,White, J.E. 1987. Physical Chemistry. New York: HBJ Publishers.20

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganBAB IIIKEGIATAN BELAJAR 2LAJU REAKSIA. Tujuan antaraKompetensi Kegiatan 1 yang akan dicapai meliputi1. Mendefinisikan pengertian laju reaksi2. Menuliskan ungkapan hukum laju reaksi3. Menjelaskan hubungan antara konsentrasi pereaksi dengan laju reaksi4. Menjelaskan hubungan antara luas permukaan pereaksi dengan laju reaksi5. Menjelaskan hubungan antara temperatur dengan laju reaksi6. Menjelaskan hubungan antara katalisator dengan laju reaksi7. Menjelaskan mekanisme reaksi katalitik asam- basa8. Menjelaskan pengaruh pH terhadap laju reaksi menggunakan katalisator asambasaB. Uraian MateriDalam kinetika kimia yang dipelajari adalah laju reaksi kimia dan energi yangberhubungan dengan proses tersebut, serta mekanisme berlangsungnya proses tersebut.Mekanisme reaksi adalah serangkaian tahap reaksi yang terjadi secara berturutan selamaproses pengubahan reaktan menjadi produk.Perubahan kimia atau reaksi kimia berkaitan erat dengan waktu. Jika andamengamati reaksi- reaksi kimia sehari disekitar anda, ada reaksi yang berlangsungsangat cepat seperti proses pembakaran, tetapi adapula reaksi yang berjalan sangatlambat misalnya proses pengubahan dari zat organik (fosil) menjadi minyak bumi, atauproses pengubahan batuan menjadi marmer. Setiap reaksi kimia berlangsung denganlaju tertentu dan membutuhkan kondisi tertentu pula. Laju reaksi didefinisikan sebagailaju pengurangan reaktan tiap satuan waktu atau jika ditinjau dari produknya, maka lajureaksi adalah laju pembentukan produk tiap satuan waktu.Banyak faktor yang mempengaruhi laju suatu reaksi . Pengetahuan tentangfaktor- faktor ini akan berguna dalam mengatur laju suatu reaksi. Hal ini sangat pentingterutama untuk mengontrol proses- proses kimia dalam industri. Tentunya proses kimia3.21

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganyang berlangsung sangat lambat sangat tidak ekonomis. Pengontrolan terhadap faktorfaktoryang mempengaruhi laju reaksi kimia akan dapat meningkatakan nilai ekonomis.Dalam modul ini kita akan mempelajari faktor- faktor yang mempengaruhi laju reaksiyang meliputi konsentrasi pereaksi, luas permukaan pereaksi, temperatur reaksi danpenggunaan katalisator dalam reaksi kimia.Laju Reaksi dan Hukum LajuPada awal reaksi A B mula- mula yang ada adalah zat A, sedangkan zat Bbelum terbentuk. Setelah beberapa saat konsentrasi zat B akan meningkat, sementarakonsentrasi zat A akan menurun, sampai pada saat tertentu reaksi akan berhenti karenatelah mencapai keadaan setimbang. Secara kuantitatif laju pengurangan zat A dapatdinyatakan sebagai :v A = -dAdt.....................................................................................(2.1)dan laju penambahan produk (zat B) dinyatakan sebagai :v B =dBdtSecara stoikiometri maka v = -.......................................................................................(2.2)dAdt=dBdtLaju reaksi yang diamati ternyata juga sebanding dengan konsentrasi reaktan dantetapan laju k (yang bergantung pada temperatur), sehingga hukum lajudinyatakan sebagai berikut :A produkv = k . [A] .........................................................................................(2.3)dapatUntuk reaksi yang menggunakan lebih dari satu pereaksi, maka hukum lajunya dapatdituliskan sebagai berikut :xA + y B produkv = k [A] x [B] y ....................................................................................(2.4)sehingga hukum laju dapat didefinisikan sebagai fungsi dari semua pereaksi yangmenentukan laju reaksi.Dalam kenyataannya ada reaksi- reaksi yang hukum lajunya tidak sesuai denganpersamaan stoikiometri atau tidak bergantung pada persamaan stoikiometrinya,3.22

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbangansehingga hukum lajunya lebih tepat ditentukan secara eksperimen. Sebagai contoh padareaksi berikut :2 Br – (aq)+ H 2 O 2 (aq)+2 H + (aq) Br 2 (aq) + 2 H 2 O (l) +O 2 (g)......(1)mempunyai hukum laju berkurangnya ion Br -v = k [H 2 O 2 ] [H + ][Br - ] .......................................................................(2.6)Orde ReaksiOrde suatu reaksi merupakan bilangan yang menyatakan jumlah pangkatkonsentrasi pereaksi yang menentukan laju suatu reaksi. Sebagai contoh untuk reaksi :A produk dengan hukum laju v = k [A], makaorde reaksinya adalah 1, karena pangkat [A] adalah satu. Atau untuk reaksi :A + 2 B produk dengan hukum laju v = k [A] [B] 2maka orde reaksi totalnya adalah 3 yang berasal dari pangkat [A] =1 + pangkat [B] = 2.Sedangkan orde reaksi terhadap konsentrasi A adalah 1 dan orde reaksi terhadapkomponen B adalah 2.Pada umumnya orde reaksi terhadap suatu komponen tidak selalu sama dengankoefisien dalam persamaan stoikiometri. Misalnya untuk reaksi berikut :H 2 + 2 ICl I 2 + 2 HCl ……………………………………(2)secara eksperimen diamati mempunyai hukum laju v = k [H 2 ][ICl] maka orde reaksi =2, padahal secara stoikiometri orde reaksinya adalah 3. Dengan demikian untukmenentukan orde reaksi suatu reaksi tertentu yang paling tepat adalah melalui dataeksperimen.Ada beberapa reaksi yang laju reaksinya tidak bergantung pada konsentrasipereaksinya, misalnya reaksi fotosintesis dan reaksi- reaksi permukaan. Reaksisemacam ini dikatakan berorde reaksi nol. Contoh reaksi yang berorde nol misalnyapenguraian amoniak pada permukaan katalis wolfram.Penentuan Hukum LajuHukum laju dapat ditentukan menggunakan melakukan eksperimen secarasistematis. Misalnya untuk reaksi A+ B produk, untuk menentukan orde reaksiterhadap A maka konsentrasi A dibuat tetap, sedangkan konsentrasi B dibuat bervariasi3.23

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbangandan kemudian diukur laju reaksinya pada berbagai konsentrasi B tersebut dansebaliknya.Contoh Soal :Reaksi [ Co(NH 3 ) 5 Cl ] 2+ (aq) + H 2 O (l) [Co (NH 3 ) 5 H 2 O] 3+ (aq) + Cl -mempunyai data eksperimental berikut :1,3 x 10Konsentrasi [ Co(NH 3 ) 5 Cl ] 2+ M awal Laju reaksi M/min1,0 x 10 -33,0 x 10 -3 3,9 x 10 -72,0 x 10 -32,6 x 10 -7Jika [H 2 O] dianggap tetap, tentukan orde reaksi dan hukum lajunya !Jawab :Pada [H 2 O] yang tetap, misal Laju reaksi v = k [[ Co(NH 3 ) 5 Cl ] 2+ ] n[ Co(NH 3 ) 5 Cl ] 2+ awal Laju reaksi Persamaan laju reaksi r(aq)1,0 x 10 -31,3 x 10 -7 1,3 x 10 -7 = k. (1,0 x 10 -3 ) n …….(1)3,0 x 10 -3 3,9 x 10 -7 3,9 x 10 -7 = k. (3,0 x 10 -3 ) n …......(3)2,0 x 10 -32,6 x 10 -7 2,6x 10 -7 = k .(2,0 x 10 -3 ) n ……..(2)Dari persamaan (1) dan (2 ) didapat harga n =1, jadi orde reaksinya adalah 1Hukum lajunya v = k. [[ Co(NH 3 ) 5 Cl ] 2+ ]Faktor- Faktor Yang Mempengaruhi Laju ReaksiPengaruh Konsentrasi Reaktan terhadap Laju ReaksiUmumnya laju reaksi pada temperatur tetap lebih sering dinyatakan sebagai lajuperubahan konsentrasi komponen- komponennya dalam sistem, sehingga dapatdikatakan bahwa laju reaksi bergantung pada konsentrasi pereaksi atau hasil reaksi.Ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi pereaksi atau hasil reaksi diungkapkansebagai persamaan laju reaksi atau hukum laju, meskipun demikian sebenarnya kitatidak dapat meramalkan persamaan laju suatu reaksi hanya dari persamaan reaksinya(konsentrasi komponennya) saja. Uraian berikut berasumsi laju reaksi hanyabergantung pada konsentrasi komponennya.Pereaksi Hasil ReaksiPersamaan lajunya adalahv = k. [Pereaksi ]………………………………………………… .….(2.7)3.24

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbangank adalah konstanta laju reaksidari persamaan laju reaksi (4.9) nampak bahwa besarnya laju raksi (v) tergantung padabesarnya konsentrasi reaktan sehingga meningkatnya konsentrasi reaktan akanmeningkatkan pula besarnya laju reaksi.Untuk reaksi berorde 2, 3 atau lebih, maka persamaan laju akan meningkatsebanding dengan pangkat koefisien reaksinya. Contoh berikut memperlihatkanpeningkatan laju reaksi akibat peningkatan konsentrasi pereaksi pada reaksi berordelebih dari satu.2 H 2 (g) + SO 2 (g) 2 H 2 O (g) + S (g)v = k . [H 2 ] 2 [SO 2 ]……………………………................................… (2.8)bila konsentrasi [H 2 ] diperbesar 2 kali, menjadi [2. H 2 ] , maka hukum persamaanlajunya akan menjadi :v‟ = k. [2.H 2 ] 2 [SO 2 ]v‟ = k. 4 [H 2 ] 2 [SO 2 ]v‟ = 4 v……………….......................................................………….(2.9)Secara umum dapat dikatakan bahwa makin besar konsentrasi pereaksi, laju reaksi akanmakin meningkat. Kenyataan ini dapat dijelaskan menggunakan teori tumbukan.Dalam teori tumbukan diasumsikan bahwa reaksi kimia terjadi akibat tumbukan antaramolekul- molekul pereaksi. Makin besar konsentrasi pereaksi maka peluang pereaksiuntuk bertumbukan akan makin besar pula, dan peluang menghasilkan reaksi juga akanmakin besar, untuk lebih jelasnya mari kita perhatikan ilustrasi pada gambar 2.1.abGambar 2.1 partikel pereaksi dalam ruanganPada gambar 2.1.b, nampak bahwa konsentrasi pereaksi diperbesar dua kali semula,Gambar 4.1 Ilustrasi hubungan antara peningkatan konsentrasi pereaksi dengansehingga jarak antar molekul menjadi lebih dekat dan peluang tumbukan akanpeluang tumbukan untuk menghasilkan reaksibertambah besar.Contoh soalDiketahui reaksi3.25

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbangan2 Br – (aq)+ H 2 O 2 (aq)+2 H + (aq) Br 2 (aq) + 2 H 2 O (l) +O 2 (g)mempunyai persamaan laju berkurangnya ion Br -sebagai-d[Br ]dt= k [H 2 O 2 ] [H + ][Br - ]a. Bila konsentrasi H 2 O 2 diperbesar empat kali, berapa kalikah peningkatan lajuberkurangnya konsentrasi ion Br - ?b. Bila ke dalam sistem reaksi ditambahkan air sehingga volume campuran menjaditiga kali semula, berapa kalikah peningkatan laju berkurangnya konsentrasi ionBr - ?Jawaban contoh soala. Laju berkurangnya ion Br - = k [H 2 O 2 ] [H + ][Br - ], merupakan orde 1 terhadapberkurangnya konsentrasi H 2 O 2 , maka peningkatan 4 kali konsentrasi H 2 O 2 akansebanding dengan berkurangnya 4 kali konsentrasi ion Br - .b. Penambahan air akan menyebabkan volume campuran menjadi 3 kali lebih besardari semula, yang berarti konsentrasi masing- masing pereaksi menjadi lebih kecil1/3 kali semula.r = k [H 2 O 2 ] [H + ][Br - ]r‟ = k [1/3 H 2 O 2 semula ] [1/3 H + semula ][1/3 Br - semula ]r‟ = k 1/27 rJadi peningkatan laju berkurangnya ion Br - adalah 1/27 kali laju semulaPengaruh Luas Permukaan Pereaksi terhadap Laju ReaksiPernahkah anda membandingkan kecepatan melarut antara serbuk gula yanghalus dalam air dengan kecepatan melarut bongkahan gula dalam air ?, hasilpengamatan memperlihatkan bahwa kecepatan melarut serbuk gula dalam air lebihcepat dibandingkan kecepatan melarut bongkahan gula. Mengapa demikian Pada zatpadat yang bereaksi adalah atom- atom atau molekul- molekul yang terdapat padapermukaannya, sedangkan atom atau molekul yang terdapatpada bagian sebelahdalam tertutup dari luar, sehingga tidak bisa bereaksi. Luasnya „muka‟ yang beradadibagian sebelah luar disebut sebagai luas permukaan. Makin luas permukaan zatpereaksi, maka peluang untuk bereaksi akan makin besar sehingga laju reaksinya jugaakan makin cepat. Untuk jelasnya perhatikan ilustrasi berikut ini3.26

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganabGambar. 2.2. Ilustrasi luas permukaan pereaksiPerhatikan gambar a, jika molekul tersebut mempunyai rusuk berukuran 2 cmGambar 4.2 Ilustrasi Pengaruh luas permukaan terhadap lajumaka setiap molekul akan mempunyai luas permukaan 24 cm 2 reaksi. Bila kristal besartersebut dipecah 8 bagian seperti gambar b, rusuknya menjadi 1 cm , sehingga luaspermukaannya menjadi 48 cm 2 . Maka permukaan gambar b akan lebih luas daripadapermukaan gambar a, dan peluang untuk bereaksi pada gambar b menjadi lebih besardari pada gambar a. Maka dapat dikatakan bahwa makin luas permukaannya, akanmakin cepat laju reaksinya .Contoh soalJelaskan laju reaksi mana yang lebih cepat antara reaksi antara serbuk sengdengan asam sulfat atau antara lembaran seng dengan asam sulfat!Jawaban soalLuas permukaan serbuk seng lebih besar dibandingkan lembaran seng untukmassa yang sama, sehingga laju reaksi antara serbuk seng dengan asam sulfat lebihcepat dibandingkan reaksi antara serbuk seng dengan asam sulfat.Pengaruh Temperatur terhadap Laju ReaksiLaju reaksi merupakan fungsi dari tetapan laju reaksi, sedangkan tetapan lajureaksi bergantung terhadap temperatur , hubungan ini dijelaskan melalui persamaanArhenius. Pengamatan pada ketergantungan laju reaksi terhadap temperatur sangatbervariasi seperti yang digambarkan pada gambar 2.3 :3.27

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganLAJUI II IIItemperaturLaJUIVVtemperaturGambar 2.3 Hubungan antara Laju reaksi dan temperaturKasus I disebut sebagai ketergantungan temperatur Arhenius, peningkatantemperatur sistem akan diikuti peningkatan laju reaksi. Biasanya kenaikan temperatursetiap 10° akan meningkatkan laju reaksi sebanyak dua atau tiga kali. Kasus II terjaditemperaturpada suatu reaksi ledakan, laju reaksi tiba- tiba meningkat pada temperatur tertentu,contohnya pada reaksi oksidasi hidrokarbon. Sedangkan kasus III sangat umum4.3. Berbagai kemungkinan ketergantungan laju reaksi pada temperaturdijumpai pada reaksi katalitik, contohnya pada katalis hidrogenasi dan reaksi enzimatis.Kasus IV dapat diamati pada reaksi oksidasi karbon, laju reaksi meningkat seiringdengan peningkatan temperatur sampai temperatur tertentu, setelah itu laju reaksi akanmenurun dan naik kembali dan diikuti reaksi ledakan. Kasus V dapat dijumpai padareaksi antara nitrogen oksida dengan oksigen. Kasus II dan V sering disebut dengan antiArhenius.Mengapa makin tinggi temperatur, dapat meningkatkan laju reaksi ? Hal inidisebabkan peningkatan temperatur akan mempertinggi gerakan molekul. Semakinbanyak molekul yang bergerak dengan kecepatan rata- rata tinggi akan memperbesarpeluang terjadinya tumbukan efektif, yaitu tumbukan yang mencapai energipengaktifan, sehingga laju reaksi akan meningkat. Gambar 2.4 menggambarkanhubungan antara distribusi energi kinetik molekul pada dua temperatur yang berbeda .Nampak bahwa jumlah molekul yang mencapai energi pengaktifan (Ea) pada kondisi T 2lebih besar dibandingkan dengan pada temperatur T 1 .3.28

Jumlah molekulTermokimia, laju reaksi dan kesetimbanganT 2 > T 1T 2T 1EaEnergi kinetikGambar 2.4 Distribusi energi kinetik Molekul pada dua temperatur yang berbedaHubungan antara tetapan laju reaksi dengan temperaturKetergantungan tetapan laju reaksi (k) pada temperatur dinyatakan sebagaipersaman Arheniusdlnk /dT = Ea / RT 2 ……..……………………………………….(2.10)atau k = A e -Ea/RTEa merupakan Energi Aktivasi Arhenius , hubungan tersebut dapat digambarkan sepertikurva pada gambar 3.5AasimtotkTGambar 2.5 Ketergantungan tetapan laju reaksi terhadap temperatur Arhenius00Jika persamaan (2.10 ) kita integrasi kan , maka didapat persamaan (2.11)ln k = - Ea/ RT + konstanta (A) …………………..……....(2.12)3.29

ln kTermokimia, laju reaksi dan kesetimbangandan jika persamaan (6) dibuat grafik, maka akan didapatkan grafik seperti pada gambar2.7Slope = -EaA1/TGambar 2.7. Grafik hubungan antara tetapan laju dan suhuContoh soal1. Setiap kenaikan temperatur 20 °C laju reaksi menjadi 2 kali lebih cepat darisemula. Jika pada temperatur 20 °C reaksi berlangsung dalam waktu 6 menit,berapa menitkah reaksi berlangsung pada temperatur 60 °C.2. Diketahui pada reaksi penguraian asam etanoat mempunyai harga tetapan lajureaksi . k1 = 2,46 x 10 -5 pada 273 K dan k2 = 163 x 10 -5 pada 303 K, tentukanharga energi pengaktifan reaksi penguraian asam ini. R (tetapan gas umum) =1,987 kalori K -1 mol -1Jawab contoh soal :1. Dari tempertur 20 °C sampai 60 °C terjadi peningkatan temperatur (60- 20) °C= 40 °C atau 2 kali 20 °C, sehingga reaksi pada 60 °C akan berlangsung selama(1/2) 2 x 6 menit atau 1,5 menit.2. Hubungan antara tetapan laju reaksi dan energi aktivasi adalah :ln k = - Ea/ RT + AMaka : ln 2,46 x 10 -5 = -Ea / 1,987. 273 + A (1)ln 163 x 10 -5 = -Ea / 1,987. 303 + A (2)jika (1) dikurangi (2) maka hasilnya adalah : - 4.193 = - 1,79 . 10 -4 Eamaka Ea = 23424 kalori.3.30

Energi PotensialTermokimia, laju reaksi dan kesetimbanganPengaruh Katalis Terhadap Laju ReaksiPeningkatan produk hasil reaksi yang dilakukan melalui peningkatan temperatur,kadang- kadang tidak efektif, karena mungkin saja hasil yang diharapkan tidak stabilpada temperatur tinggi. Beberapa penemuan pada awal abad 19 menunjukkan adasejumlah reaksi yang kecepatan reaksinya dipengaruhi oleh adanya substansi yang tidakmengalami perubahan sampai akhir proses, contohnya konversi pati menjadi gula yangdipengaruhi oleh asam, atau dekomposisi amoniak dan alkohol dengan adanya logamplatinum Substansi tersebut oleh Berzelius ( 1836) disebut sebagai katalis.Oswald (1902) mendefinisikan katalis sebagai suatu substansi yang mengubahlaju suatu reaksi kimia tanpa terdapat sebagai produk akhir reaksi. Walaupun menurutdefinisi jumlah katalis tidak berubah pada akhir reaksi, tetapi tidak berlaku anggapanbahwa katalis tidak mengawali jalannya reaksi selama reaksi berlangsung. Katalis akanmengawali penggabungan senyawa kimia, akan terbentuk suatu kompleks antarasubstansi tersebut dengan katalis. Kompleksnya yang terbentuk hanya merupakanbentuk hasil antara yang akan terurai kembali menjadi produk reaksi dan molekulkatalis.Katalis tidak mengalami perubahan pada akhir reaksi, karena itu tidakmemberikan energi ke dalam sistem, tetapi katalis akan memberikan mekanisme reaksialternatif dengan energi pengaktifan yang lebih rendah dibandingkan dengan reaksitanpa katalis, sehingga adanya katalis akan meningkatkan laju reaksi. Gambar 4.8.memperlihatkan diagram profil energi dari reaksi tanpa dan dengan katalisReaksi tanpa katalisReaksi berkatalisKoordinat ReaksiGambar 2.8. Diagram Profil Energi dari Reaksi tanpa dan dengan Katalisator3.31

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbangan. Entalpi reaksi kedua jenis mekanisme tersebut tidaklah berbeda karena keadaanawal dan keadaan akhir reaksi dengan atau tanpa katalis adalah sama. Sebagai contohenergi pengaktifan dari reaksi dekomposisi termal aset aldehid :CH 3 CHO CH 4 + CO, adalah 209,2 kJ / mol, tetapi dengan menambahkan I 2 sebagaikatalis akan menurunkan energi pengaktifan menjadi 135,98 kJ/Mol. Mekanismereaksi alternatif dengan penambahan I 2 ke dalam sistem reaksi adalah terbentuknyasenyawa antara CH 3 I dan HI, yang pada akhirnya akan berubah menjadi produk CH 4dan I 2 kembali. Mekanisme reaksi ini secara lengkap adalah :I 22 I•I• + CH 3 CHO HI + CH 3 • + COCH 3 • + I 2 CH 3 I + I•CH 3 • + HI CH 4 + I•CH 3 I + HI CH 4 + I 2Berdasarkan jumlah fasa yang terlibat dalam proses, katalis dapat dibedakanmejadi katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis Homogen jika katalis yangdigunakan berfasa sama dengan fasa zat pereaksi, dan disebut Katalis Heterogen bilareaksi dikatalisis oleh katalis yang mempunyai fasa berbeda dengan zat pereaksi.Contoh katalis homogen yang banyak digunakan adalah katalis asam- basa dan katalisbiologis (enzim) dalam reaksi enzimatik. Sedangkan katalis heterogen banyakdigunakan pada reaksi- reaksi permukaan seperti adsorpsi, atau penggunaan logamsebagai katalis.Laju reaksi menggunakan katalis bergantung pada aktivitas katalitiknya, makintinggi aktivitas katalitiknya, maka laju reaksinya makin cepat. Ada lima jenis aktivitaskatalitik yang dikenal, yaitu:a. aktivitasnya bergantung pada konsentrasi dan luas permukaan katalisb. aktivitasnya hanya spesifik utnuk katalis tententuc. aktivitasnya bergantung pada bentuk geometri atau orientasi permukaankatalisd. aktivitasnya memerlukan promotor tertentu, promotor adalah zat yangberfungsi untuk mengaktifkan kerja katalitik dari katalis.e. aktivitasnya berlangsung baik jika tidak ada inhibitor, inhibitor adalah zatyang menghambat kerja katalis.3.32

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganLogam- logam transisi periode pertama dari V sampai Zn umumnya merupakan katalisbagi reaksi kimia.Mekanisme ReaksiMekanisme reaksi adalah serangkaian tahapan reaksi yang terjadi secaraberurutan selam proses reaksi pembentukan produk. Beberapa reaksi berlangsungmelalui pembentukan zat antara, sebelum akhirnya diperoleh produk akhir. Sebagaicontoh adalah reaksi esterifikasi antara asam karboksilat dan alkohol.OOHOR-C-OH (l) + R‟-OH (l) R-C – OH (l) R-C-OR‟ (l )+ H 2 O (l)OR‟as. Karboksilat alkohol zat antara esterSebelum membentuk ester, asam karboksilat dan alkohol membentuk zat antara.Mekanisme reaksi yang mungkin terjadi adalah sesuai dengan pengamatan eksperimen.Setiap tahap dalam mekanisme reaksi mempunyai laju yang berbeda- beda, tahap reaksiyang mempunyai laju paling lambat merupakan penentu laju reaksi.Teori Laju ReaksiAda 2 teori yang dapat digunakan untuk menjelaskan laju reaksi yaitu teoritumbukan dan teori keadaan transisi.Teori TumbukanAsumsi dasar yang harus diambil dalam membahas teori laju reaksi adalahbahwa partikel pereaksi harus bertemu (berinteraksi) dan reaksi hanya akan terjadi jikapereaksi itu mempunyai energi minimum tertentu . Energi minimum tertentu seringdisebut dengan energi penghalang. Jika partikel pereaksi yang bertumbukan tidakmemiliki energi melebihi energi penghalang, maka setelah bertumbukan partikel akanterpisah kembali. Tumbukan yang menghasilkan reaksi sering dikatakan sebagaitumbukan reaktif. Karena ada tumbukan, maka minimal harus ada 2 partikel.Secara prinsip laju reaksi akan sebanding dengan dengan jumlah tumbukanreaktif antara partikel- partikel pereaksi per satuan waktu per satuan volume.Menggunakan prinsip ini faktor praekponensial dapat didekati melalui perhitungan3.33

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganfrekuensi tumbukan, yakni jumlah tumbukan persatuan waktu persatuan volume dalamsuatu sistem reaksi.Teori Kompleks TeraktivasiTeori tumbukan yang telah dibahas dalam kegiatan belajar terdahulu dapatdigunakan untuk menghitung tetapan laju reaksi secara teoritis, namun teori inimempunyai kelemahan terutama untuk molekul yang kompleks , karena hasilperhitungan teoritis menyimpang dari hasil pengamatan. Oleh sebab itu dikembangkanteori baru yaitu teori kompleks teraktivasi untuk memodifikasi kekurangan teoritumbukan tersebut.Anggapan yang paling mendasar dari teori ini adalah bahwa dalam suatu reaksisebelum pereaksi berubah menjadi produk pereaksi akan melalui tahap suatu keadaantransisi dimana keadaan transisi ini bukan merupkan hasil antara. Keadaan transisi inidicapai setelah pereaksi memiliki sejumlah energi tertentu yang disebut sebagai energiaktivasi. Pada keadaan transisi, pereaksi akan berada sebagai kompleks teraktivasi,yang kemudian akan berubah menjadi produk. Perubahan pereaksi menjadi produkhanya tergantung pada dapat tidaknya pereaksi mencapai keadaan transisi. Jadi dapatdikatakan bahwa keadaan transisi tergantung pada keberhasilan pereaksi melampauienergi penghalang reaksi yang besarnya sama dengan besar energi aktivasi.Asumsi berikutnya yang berlaku dalam Teori Kompleks Teraktivasi adalahterjadinya kesetimbangan antara pereaksi dengan kompleks teraktivasi. Secara skematiskedua asumsi ini dapat dituliskan seperti reaksiA + B X ProdukX adalah kompleks teraktivasi.Secara skematis perubahan energi potensial suatu pereaksi hingga menjadiproduk dapat digambarkan seperti gambar 2.9. Sumbu horisontal memperlihatkanjalannya peristiwa tumbukan bimolekul dalam reaksi fase gas, yang disebut sebagaikoordinat reaksi. Pada awalnya hanya terdapat pereaksi A dan B, saat dimulai A dan Bsaling mendekat dan akhirnya bersentuhan, maka energi potensial naik sampaimaksimum, kumpulan atom yang berada pada daerah maksimum (X) disebut sebagaikompleks teraktifkan.3.34

Energi potensialTermokimia, laju reaksi dan kesetimbanganX(bentuk transisi )E -1E 1E 1A+BΔHKoordinat reaksiGambar 2.9. Hubungan antara energi potensial dan reaksiKemudian energi potensial akan menurun pada saat atom tersusun ulang, yaituGambar 2.1 Diagram profil Energi Reaksi A+B X → Produkmembentuk produk. Energi pengaktifan E 1 merupakan energi perubahan A+B produk, sedangkan E -1 merupakan energi pengaktifan untuk reaksi sebaliknya. Selisihenergi antara E 1 dan E -1 merupakan entalpi reaksi antara A dan B menjadi produk.C. Latihan soalKerjakan soal latihan berikut sehingga anda dapat memahami penjelasan materi yangtelah diberikan1. Secara umum dapat dikatakan laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasipereaksi.a. Jelaskan apa yang dimaksud dengan pernyataan di atas !b. Berikan contoh dan penjelasan matematis pernyataan tersebut!2. Jika diketahui reaksi :A 2 + B hasildan persamaan lajunya sebanding dengan r = k [A 2 ] [B] 2a. Berapakah orde reaksinya terhadap komponen A, dan orde reaksinya terhadapkomponen Bb. Bila konsentrasi zat A 2 ditingkatkan 3 kali, berapa kalikah meningkat lajureaksi pengurangan terhadap zat B?c. Bila dalam larutan semula ditambahkan pelarutnya sehingga volume larutanmenjadi 2 kali semula, berapa kalikah laju pengurangan zat B sekarang ?3.35

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbangan3. Jelaskan dengan contoh bahwa luas permukaan mempengaruhi laju reaksi , makinluas permukaannya, makin cepat laju reaksinya !4. a. Laju reaksi makin meningkat dengan meningkatnya temperatur, bagaimanakomentar anda terhadap pernyataan tersebut?b. Bagaimanakah hubungan antara laju reaksi dengan peningkatan temperatur untukreaksi oksidasi hidrokarbon?Jawaban Latihan Soal1. Baca kembali halaman 282. a. Hukum lajunya v = k [A 2 ] [B] 2 makaorde reaksi terhadap komponen A adalah 1 dan orde reaksi terhadap komponen Badalah 2b. laju pengurangan meningkat 8 kalic. laju pengurangan meningkat 1/8 kali3. Baca kembali halaman 314. Baca kembali halaman 33D. Tes FormatifUntuk menguji pemahaman anda, kerjakanlah soal- soal tes formatifPilihlah satu jawaban yang benar diantara pilihan- pilihan jawaban yang tersedia dalamtiap soal berikut ini:1. Reaksi dekomposisi gas nitrogen dioksida (NO 2 ) menjadi gas nitrogen oksidadan gas oksigen merupakan reaksi orde dua . Bila laju reaksi pada konsentrasi[NO 2 ] 0,02 M adalah 1,6x 10 -5 Ms -1 , berapakah laju reaksi bila [N0]berkurang menjadi 0,01M ?A.B.C.D.8 x 10 -6 Ms -14 x 10 -6 Ms -12 x 10 -6 Ms -11 x 10 -6 M s -12 Reaksi A B + C mempunyai persamaan laju reaksi r = k, pada konsentrasiawal [A] 0,04 M, laju reaksinya adalah 1,02 x 10 -9 Ms -1 . bila volume larutandibesarkan menjadi 2 kali volume semula, maka laju reaksinya menjadi :3.36

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganA 2,04 x 10 -9 Ms -1B 1,02 x 10 -9 Ms -1C 5,6 x 10 -10 Ms -1D 2,8 x 10 -10 Ms -13. Dekomposisi gas HI pada 716K mengikuti reaksi 2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g)mempunyai data eksperimental berikut :Konsentrasi [HI] M awal Laju reaksi M/min1,0 x 10 -33,0 x 10 -52,0 x 10 -31,2 x 10 -43,0 x 10 -3 2,7 x 10 -4Orde reaksi ini adalahA NolB SatuC DuaD Tiga4 Dari hasil perobaan reaksi A + 2B AB 2 , mempunyai persamaan laju reaksiv = k [A] [B] 2 . Pada konsentrasi awal [A] = 0,1 M dan [B] = 0,1 M, reaksiberlangsung 96 detik. Maka jika percobaan dilakukan pada konsentrasi awal[A] = 0,3 M dan konsentrasi awal [B] = 0,2 M, reaksi akan berlangsungdalamA 576 detikB 384 detikC 24 detikD 6 detik5 Selembar seng berukuran 10x 5x 0,1 cm dipotong menjadi kepingan kecilberukuran 1 x 1 x 1 mm, maka luas permukaan keping seng kecil meningkatkurang lebihA 3000 kaliB 300 kaliC 30 kaliD 3 kali6. Reaksi manakah yang berlangsung dengan laju paling cepat3.37

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganABCDCaCO 3 serbuk dengan HCl 0,01 MCaCO 3 butiran dengan HCl 0,01 MCaCO 3 serbuk dengan HCl 0,02 MCaCO 3 butiran dengan HCl 0,02 M7 Suatu reaksi mempunyai laju reaksi 4 menit pada suhu 30°C. Jika setiapkenaikan 10 °C, laju reaksi meningkat 2 kali semula, berapa menitkah lajureaksi pada suhu 60 °C.ABCD½ menit1 menit16 menit32 menit8 Ketergantungan tetapan laju reaksi terhadap suhu diamati seperti data berikutT (K) 200 300 400 500 600k 9.10 -4 8.10 -3 2.10 -3 7.10 -2 8.10 -1Jika R = 1,987 kal/Kmol, maka besarnya energi aktivasi adalah :ABCD4871,92 kalori3904,8 kalori2451,9 kalori1965,2 kalori9. Diantara pernyataan mengenai katalisator yang tidak benar adalah :Kecepatan reaksi katalitik tidak bergantung konsentrasi katalisatorBagi reaksi reversibel katalisator mempercepat baik reaksi maju maupunreaksi balikSuatu reaksi yang pada kondisi tertentu berjalan tidak spontan akan menjadispontan bila ditambahkan katalisatorUnsur transisi banyak digunakan sebagai katalisator10. Pernyataan manakah berikut ini yang tidak benar :3.38

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganA. Teori tumbukan beranggapan reaksi dapat terjadi bila energi tumbukantelah melampaui energi penghalangB. Pada teori tumbukan diasumsikan molekul berbentuk bola pejal danbertumbukan secara sempurnaC. Teori kompleks teraktivasi beranggapan energi kompleks teraktivasisangat rendah, atau kompleks teraktivasi sangat stabil.D. Pada teori kompleks teraktivasi, semua pereaksi akan membentuk zatantara yaitu kompleks teraktivasi sebelum menghasilkan produkSetelah anda mengerjakan Tes Formatif di atas, cocokkanlah jawaban anda denganJawaban Tes Formatif. Anda dinyatakan berhasil bila nilai anda lebih besar dari 60 %yaitu bila anda berhasil menjawab lebih 6 soal dari 10 soal yang ada.Jawaban Tes Formatif1. Diketahui :Reaksi dekomposisi NO 2 (g) NO (g) + ½ O 2 (g) merupakan reaksi orde 2Pada konsentrasi [NO 2 ] = 0,02 M laju reaksi r = 1,6 x 10 -5 Ms -1Konsentrasi [NO 2 ] = 0,01 M artinya konsentrasi [NO 2 ] diperkecil ½ kali semulajadi laju reaksi diperkecil ½ 2 kali atau ¼ kali laju semula. Jadi laju reaksinyamenjadi= ¼ x 1,6 x 10 -5 Ms -1 = 0,4 x 10 -5 Ms -1 atau 4 x 10 -6 Ms -1 . Jawab yang benar B2. Diketahui reaksi A B + C , dan r = k; artinya laju reaksi tidak bergantung padakonsentrasi pereaksi. Volume larutan dibesarkan 2 kali, artinya konsentrasi [A]diperkecil ½ kali semula. Karena laju reaksi tidak bergantung konsentrasi maka lajureaksi sekarang adalah tetap 1,02 x 10 -9 Ms -1 . Jawaban yang benar adalah B3. Dekomposisi gas HI pada 716K mengikuti reaksi 2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g)mempunyai data eksperimental :Laju reaksi r = k [HI] n[HI] awal Laju reaksi Persamaan laju reaksi V3.39

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbangan1,0 x 10 -3 3,0 x 10 -53,0 x 10 -5 = k. (1,0 x 10 -3 ) n ….(1)3,0 x 10 -3 2,7 x 10 -4 2,7 x 10 -4 = k. (3,0 x 10 -3 ) n …..(3)2,0 x 10 -3 1,2 x 10 -41,2 x 10 -4 = k .(2,0 x 10 -3 ) n …..(2)Dari (1) dan (2) didapat n = 2. Jadi jawab yang benar adalah C4. r = k [A] [B] 2Untuk [A] = 0,1 M dan [B] = 0,1 M maka r = 0,001 M 3 . Sedangkan untuk [A] = 0,3M dan [B] = 0,2 M, maka r = 0,3 x 0,04 = 0,012 M 3 . Reaksi pada kondisi kedua akanberlangsung 12 kali lebih cepat , atau dalam 1/12 x 96 detik = 6 detik. Jawaban Dbenar.5. Seng berukuran 10 x 5 x 0,1 cm dipotong menjadi kepingan kecil berukuran 1 x 1 x 1mm, artinya untuk panjang dipotong menjadi 100, lebar dipotong menjadi 50, jadijumlah potongan ada 100 x 50 atau 5000 kepingLuas permukaan seng sebelum dipotong = 2(10 x 5 + 10x 0,1+ 5x0,1)=103 cm 2 =10300mm 2 . Luas permukaan setelah dipotong = 5000 x 6 x 1mm 2 = 30000mm 2 . Jadiluas permukaan meningkat kurang lebih 3 kali. Jawaban D6. Laju reaksi paling cepat adalah yang partikelnya berukuran lebih kecil, karena luaspermukaannya lebih besar, dan konsentrasinya lebih besar. Jadi jawaban yang benarC7. Laju suatu reaksi 4 menit pada suhu 30°C. Peningkatan suhu = 60 °C- 30 °C= 30°Catau = 3 x 10°C. Setiap 10°C laju reaksi meningkat 2 kali, jadi untuk 30 °C= 2 3 atau8 kali. Jadi laju reaksi pada 60°C = 1/8 x 4 menit = ½ menit. Jawaban yang benar A8. k = A. e -Ea/RT atau ln k = ln A- Ea/RT dari data dibuat grafik antara ln k vs 1/T,slopenya akan berharga = -Ea/R, maka harga Ea = slope x 1,987 kal.3.40

lnkTermokimia, laju reaksi dan kesetimbanganT 200 300 400 500 600k 9.10 -4 8.10 -3 7.10 -2 4.10 -1 5.10 -11/T 5.10 -3 3,3.10 -3 2,5. 10 -3 2.10 -3 1,6.10 -3ln k -7,01 -4,82 -2,6 -0,92 -0,69Grafik yang diperoleh adalah sebagai berikut:0-20 2 4 6-4-6-8y = -1965,2 / T + 2,45191/TJadi Energi aktivasi Ea = 1965,2 x 1,987 = 3904,85 kal. Jawaban benar B9. Pernyataan yang tidak benar adalah B, karena katalisator bersifat spesifik untuksetiap reaksi.10. Jawaban benar adalah C. Kompleks teraktivasi memiliki energi sangat tinggi,sehingga tidak stabil dan segera membentuk produk.E. Daftar PustakaAtkins, PW. 2010, Physical Chemistry, 5 th .ed. Oxford : Oxford University PressArthur A. Frost dan RG. Pearson, 1961. Kinetics and Mechanism, 2 nd ed. New York :John Willey and Sons IncCrys Fajar P, Heru P, dkk, 2003, Kimia dasar 2, Yogyakarta : IMSTEP UNYE.M. McCash, 2001 . Surface Chemistry . Oxford University Press, OxfordEndang W Laksono, Isana SYL, 2003, Kimia Fisika III, Jakarta : Universitas TerbukaHiskia Achmad, 1992, Wujud Zat dan Kesetimbangan Kimia. Bandung: Citra AdityaBaktiHiskia Achmad, 1996, Kimia Larutan. Bandung, Citra Aditya BaktiKH Sugiyarto, 2000, Kimia Anorganik I, Yogyakarta : FMIPA UNYLaidler, KJ. 1980. Chemical Kinetics, 2 nd ed. New Delhi : Tata Mc. Graw-Hill Pub. Co3.41

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganM. Fogiel, 1992, The Essentials of Physical Chemistry II, Nex Jersey : Research andEducation AssociationShriver, DF, Atkins PW, Langford CH, 1990, Inorganic Chemistry, Oxford : OxfordUniversity Press3.42

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganBAB IVKEGIATAN 3KESETIMBANGAN KIMIAA. Tujuan AntaraKompetensi yang diharapkan setelah kegiatan 3 ini adalah :1. Menjelaskan reaksi reversibel dan irreversibel2. Menjelaskan kesetimbangan dinamis3. Menyimpulkan ciri-ciri kesetimbangan dinamis4. Menjelaskan hukum kesetimbangan dan tetapan kesetimbangan.5. Menjelaskan kesetimbangan homogen dan heterogen.6. Menjelaskan tetapan kesetimbangan tekanan dan menjelaskan hubungan antaraK p dengan K c .7. Menentukan harga K c berdasarkan reaksi-reaksi yang berkaitan.8. Menjelaskan makna tetapan kesetimbangan9. Menjelaskan kondisi optimum untuk memproduksi bahan-bahan kimia diindustri yang didasarkan pada reaksi kesetimbanganB. Uraian MateriDalam suatu reaksi kimia, seberapa jauh reaksi dapat berlangsung ? Dalam arti,seberapa banyak pereaksi akan bereaksi membentuk produk reaksi ? Apakah reaksiakan berlangsung tuntas atau tidak ?Dalam industri, amonia dibuat dari gas nitrogen dan gas hidrogen menurutpersamaan: N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) H = 92 kJ.Stoikiometri reaksi menunjukkan bahwa 1 mol nitrogen bereaksi dengan 3 molhidrogen membentuk 2 mol amonia, tetapi dari percobaan diketahui bahwa hal sepertiitu tidak pernah tercapai. Ternyata reaksi berlangsung tidak tuntas. Reaksi seolah-olahberhenti setelah sebagian nitrogen dan hidrogen bereaksi. Reaksi berakhir dengan suatucampuran yang mengandung NH 3 , N 2 , dan H 2 . Hal seperti itulah yang disebut dengankesetimbangan kimia.3.43

Laju reaksiTermokimia, laju reaksi dan kesetimbanganReaksi Reversibel dan IrreversibelPada proses pembakaran kayu, abu hasil pembakaran tidak akan dapat diubahmenjadi kayu lagi. Reaksi seperti ini digolongkan sebagai reaksi yang tidak dapatdibalik (hanya berlangsung satu arah) atau disebut reaksi Irreversibel. Kebalikan darireaksi tersebut adalah reaksi Reversibel yaitu reaksi yang arahnya dapat dibalik atauberlangsung dua arah. Dalam kehidupan sehari-hari jarang ditemui reaksi reversibel,karena reaksi umumnya berlangsung searah. Namun di labora-torium maupun dalamindustri, ada reaksi yang berlangsung dua arah (dapat balik).Kesetimbangan DinamisSuatu reaksi dikatakan telah mencapai kesetimbangan dinamis, bila laju reaksike arah produk berkurang sedangkan laju reaksi ke arah pereaksi bertambah, dan lajubertambahnya produk sama besar dengan laju berkurangnya produk. Istilah dinamisdigunakan karena reaksi terus berlangsung secara mikroskopis (pada tingkat molekul). kanan kanan = kiri kiriWaktuGambar 3.1. Laju reaksi terhadap waktu pada kesetimbangan dinamisHukum kesetimbangan dan Tetapan kesetimbanganGuldberg dan Waage menemukan hubungan sederhana antara konsentrasi zatzatpereaksi dan produk reaksi sewaktu reaksi kimia mencapai kesetimbangan dinamis.Jika reaksi kesetimbangan dinyatakan sebagai :mA + nB ⇌ pC + qDmaka hubungan antara konsentrasi pereaksi dan produk reaksi dapat dirumuskansebagai berikut :Q =[ C][ A]pmq[ D]n[ B]…………………………………………………………(3.1)3.44

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganRumus ini dikenal dengan rumus aksi massa dimana Q adalah kuotion reaksi. Padakeadaan setimbang, nilai Q adalah tetap dan inilah yang dikenal sebagai tetapankesetimbangan K c (subscrib c menyatakan konsentrasi). Jadi tetapan kesetimbangan K cdirumuskan sebagai berikut:[ C]K c =[ A]pmq[ D][ B]n…………………………………………………..(3.2)Kesetimbangan Homogen dan HeterogenBerdasarkan fase dari zat-zat pereaksi dan produk reaksi, kesetimbangan dapatdibedakan menjadi dua, yaitu kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen.Kesepakatan penulisan persamaan tetapan kesetimbangannya adalah sebagai berikut :“ Persamaan tetapan kesetimbangan hanya mengandung komponen yangkonsentrasi atau tekanannya berubah selama reaksi berlangsung. Pada zat padatmurni atau zat cair murni, hal itu terjadi dengan sangat lambat sehingga dapatdiabaikan. Oleh karena itu, kedua zat tersebut tidak disertakan dalam persamaantetapan kesetimbangan“.a. Kesetimbangan HomogenYaitu kesetimbangan dimana semua pereaksi dan produk reaksi berada dalam fasayang sama. Contoh :2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2SO 3 (g) K c =2322 2[ SO ][ SO ] [ O ][ CH 4][H2O]CO(g) + 3H 2 (g) ⇌ CH 4 (g) + H 2 O(g) K c =3[ CO][H ]b. Kesetimbangan HeterogenYaitu kesetimbangan dimana terdapat lebih dari satu fasa dalam reaksi.2BiCl 3 (aq) + H 2 O(l) ⇌ BiOCl(s) + 2HCl(aq) K c =[ HCl ][ BiCl ]32BiOCl(s) dan H 2 O(l) tidak disertakan karena merupakan zat padat murni dan zat cairmurni.Mg(OH) 2 (s) ⇌ MgO(s) + H 2 O(g) K c = [H 2 O]3.45

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganTetapan Kesetimbangan TekananTetapan kesetimbangan untuk sistem gas juga dapat dinyatakan berdasarkantekanan parsial gas. Tetapan kesetimbangan yang berdasarkan tekanan parsial disebuttetapan kesetimbangan tekanan parsial dan dinyatakan dengan K p . Contoh :( PNH)3N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) K p =3( P )( P )Hubungan antara K p dengan K cyaitu :Tekanan parsial gas bergantung pada konsentrasi. Dari persamaan gas ideal,nnP RT dengan adalah konsentrasi gas.VVUntuk kesetimbangan aA + bB ⇋ cC + dD, persamaan K p adalahN22H 2K p =( P )C( P )Ap( P )mD( P )Bqndengan P A = [A] RT P C = [C] RTP B = [B] RTP D = [D] RTSehingga persamaan di atas dapat dituliskan sebagai berikut :K p =([C] RT)([A]RT)pm([D]RT)([B] RT)qnp q pq[ C][ D]( RT)=m n mn[ A][ B]( RT)(p +q) – (m + n)= K c (RT)Misal, n = (p + q) – (m + n) maka :K p = K c (RT) n…………………………………………. ( 3.3 )Menentukan Nilai Tetapan Kesetimbangan antara Reaksi-reaksi yang BerkaitanSelain melalui percobaan, nilai K c dari suatu reaksi kesetimbangan dapatditentukan dari nilai K c reaksi kesetimbangan lain yang berkaitan.a. Mengubah arah reaksi kesetimbanganJika persamaan reaksi kesetimbangan dibalik, maka harga K c juga dibalik. Contoh :2N 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2N 2 O (g) K c1 =[ N[ N2222O]] [ O2]2N 2 O (g) ⇌ 2N 2 (g) + O 2 (g) K c2 =[ N2[ N22] [ OO]22]=1K c 1b. Mengalikan koefisien reaksi dengan suatu faktor3.46

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganJika koefisien suatu reaksi dikalikan suatu faktor n maka harga K c yang baru adalahharga K c lama dipangkatkan n. Contoh :2N 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2N 2 O (g) K c1 =4N 2 (g) + 2O 2 (g) ⇌ 4N 2 O (g) K c2 =[ N[ N[ N222[ N2O]] [ O242]24O][ O2]]2= (K c1 ) 2c. Menjumlahkan reaksi-reaksi kesetimbanganJika reaksi-reaksi kesetimbangan dijumlahkan, maka tetapan kesetimbangan untukreaksi gabungannya sama dengan hasil kali tetapan-tetapan kesetimbangan darireaksi-reaksi yang dijumlahkan.2N 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2N 2 O (g) K c1 =2N 2 O (g) + 3O 2 (g) ⇌ 4NO 2 (g) K c2 =2N 2 (g) + 4O 2 (g) ⇌ 4NO 2 (g) K c3 =[ N[ N2222O]] [ O[ NO[ N O[ N22]22]2 3] [ O2]4NO2]22][ O2[]4+= K c1 x K c2Makna Tetapan KesetimbanganMemberikan informasi tentang posisi kesetimbangan.Semakin kecil K c maka semakin sedikit pereaksi yang membentuk produk reaksi.Posisi kesetimbangan berada di kiri. Sebaliknya semakin besar K c semakin banyakproduk reaksi yang terbentuk. Posisi kesetimbangan berada di kanan. Kisaran K cberikut dapat digunakan untuk memperkirakan seberapa jauh reaksi telahberlangsung.Nilai K cK c sangat kecil (< 10 -3 )K c sangat besar (> 10 -3 )K c 1ArtiReaksi hanya membentuk sedikit produk reaksi.Reaksi berlangsung hampir tuntas.Reaksi berimbang.Meramalkan apakah reaksi telah setimbang atau belum.3.47

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganUntuk suatu set nilai konsentrasi zat-zat pereaksi dan produk reaksi, dapatdiramalkan apakah reaksi telah mencapai kesetimbangan atau belum. Hal inidilakukan dengan membandingkan kuotion reaksi (Q) dan tetapan kesetimbangan(K c ).Nilai K cQ < K cQ = K cQ > K cArtiReaksi berlangsung ke kananReaksi setimbangReaksi berlangsung ke kiri.Pergeseran Kesetimbangan dan Faktor yang Mempengaruhi KesetimbanganMenurut Asas Le Chatelier : Jika terhadap suatu kesetimbangan dilakukan suatutindakan (aksi) maka sistem itu akan mengadakan reaksi yang cenderung mengurangipengaruh aksi tersebut sampai diperoleh kesetimbangan baru. Secara singkat dapatdisimpulkan bahwa : Reaksi = – AksiHukum di atas juga disebut hukum aksi reaksi. Cara sistem bereaksi adalah denganmelakukan pergeseran ke kiri atau ke kanan.Penerapan asas Le Chatelier terhadap pergeseran kesetimbangan adalah sebagaiberikut :Pengaruh KonsentrasiSesuai dengan asas Le Chatelier, apabila pada suhu tetap, konsentrasi pereaksiatau produk reaksi berubah maka kesetimbangan akan bergeser untuk mengurangipengaruh tersebut sampai diperoleh kesetimbangan yang baru. Ada tiga cara mengubahkonsentrasi zat, yaitu :a. Menaikkan konsentrasi pereaksi atau produk reaksiJika konsentrasi pereaksi dinaikkan maka kesetimbangan akan bergeser kekanan.Jika konsentrasi produk reaksi dinaikkan maka kesetimbangan akan bergeser kekiri.b. Menurunkan konsentrasi pereaksi atau produk reaksiJika konsentrasi pereaksi diturunkan maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri.3.48

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganJika konsentrasi produk reaksi diturunkan maka kesetimbangan akan bergeser kekanan.c. Menurunkan konsentrasi total (pengenceran)Jika konsentrasi total diturunkan dengan pengenceran, maka kesetimbanganakan bergeser ke arah jumlah mol yang besar.Pengaruh SuhuPengaruh suhu terkait dengan penyerapan dan pelepasan kalor. Pada reaksikesetimbangan, apabila reaksi ke kanan bersifat endoterm, maka reaksi ke kiri akanbersifat eksoterm. Pengaruh suhu adalah sebagai berikut :Jika suhu dinaikkan (kalor ditambahkan pada campuran reaksi), maka reaksisistem adalah menurunkan suhu sehingga kesetimbangan akan bergeser ke arahreaksi yang menyerap kalor (endoterm).Jika suhu diturunkan (kalor dikurangi), maka reaksi sistem adalah menaikkansuhu sehingga kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang melepas kalor(eksoterm).Pengaruh Tekanan dan VolumePengaruh tekanan terhadap kesetimbangan hanya berlaku untuk sistem reaksiyang melibatkan gas. Tekanan gas bergantung pada jumlah molekul menurut persamaanhukum gas ideal :nP = RT………………………………………………………….. (3.4)VPada suhu tetap :nP (konsentrasi) ………………………………………………..(3.5)VPerubahan tekanan dengan cara mengubah volume akan mengubah konsentrasi semuakomponen. Sesuai asas Le Chatelier, pengaruh tekanan dan volume adalah sebagaiberikut :Jika pada suhu tetap, tekanan diperbesar (volum diperkecil), maka reaksi sistemakan mengurangi tekanan tersebut sehingga kesetimbangan akan bergeser kearah mol (koefisien reaksi) yang lebih kecil.3.49

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganJika pada suhu tetap, tekanan diperkecil (volum diperbesar), maka reaksi sistemakan menambah tekanan tersebut sehingga kesetimbangan akan bergeser ke arahmol (koefisien reaksi) yang lebih besar.2. Pengaruh KatalisKatalis akan memperbesar laju reaksi dengan menurunkan energi pengaktifan.Hal tersebut berlaku untuk kedua arah sehingga katalis akan mempercepat laju reaksibaik reaksi maju maupun reaksi balik. Oleh karena itu, panggunaan katalis akanmempercepat tercapainya kesetimbangan. Reaksi yang memerlukan waktu berhari-hariuntuk mencapai kesetimbangan dapat dicapai dalam beberapa menit.C. Latihan Soal1. Pada suhu 500 K terdapat kesetimbangan : 2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2SO 3 (g) dengannilai K c = 25. Jika R = 0,082 L atm mol -1 K -1 , tentukan nilai K p !2. Amonia (NH 3 ) dibuat dari gas N 2 dan gas H 2 menurut Proses Haber-Bosch.Reaksinya adalah sebagai berikut :N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) K c = 6,0 x 10 -2 L 2 mol -2 (500 0 C)Apabila dalam volume 1 L terdapat 0,01 mol N 2 ; 0,05 mol H 2 ; dan 0,002 molNH 3 , perkirakan apakah reaksi telah setimbang ?3. Pada reaksi kesetimbangan : 2SO 3 (g) ⇌ 2SO 2 (g) + O 2 (g), konsentrasi SO 3 , SO 2 ,dan O 2 pada kesetimbangan berturut-turut 0,4 M; 0,2 M; dan 0,1 M. hitunglahtetapan kesetimbangan reaksi tersebut !4. Ion besi(III) bereaksi dengan ion tiosianat membentuk ion tiosiano besi(III)menurut reaksi kesetimbangan :Fe 3+ (aq) + SCN - (aq) ⇌ FeSCN 2+ (aq)Kuning-jingga tidak berwarna merah darahKe arah mana kesetimbangan akan bergeser jika :a. Ditambahkan larutan FeCl 3 (ion Fe 3+ )b. Ditambahkan larutan KSCN (ion SCN - )c. Ditambahkan larutan KOH (ion OH - )d. Larutan diencerkan5. Diketahui reaksi kesetimbangan :3.50

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganN 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g)2H 2 O(g) ⇌ 2H 2 (g) + O 2 (g)H = - 92,38 kJH = + 242 kJtunjukkan arah pergeseran kesetimbangan jika suhu dinaikkan !6. Terdapat reaksi kesetimbangan :a. 2CO(g) + O 2 (g) ⇌ CO 2 (g)b. H 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2HI(g)c. N 2 O 4 (g) ⇌ 2NO 2 (g)Tentukan arah pergeseran kesetimbangan jika volume diperkecil !7. Dalam 1 L wadah, terdapat kesetimbangan 2SO 3 (g) ⇌ 2SO 2 (g) + O 2 (g). Mulamulaterdapat 0,5 mol SO 3 . Setelah setimbang, perbandingan mol SO 3 dan O 2adalah 4 : 3. Hitunglah tetapan kesetimbangan reaksi tersebut !8. Sebanyak 2 mol A 2 B 2 dimasukkan dalam bejana 1 L, lalu sebagian terurai menurutreaksi : A 2 B 2 ⇌ 2A + 2B. Jika terbentuk 1mol A, hitunglah derajat disosiasi A 2 B 2 !Jawaban Latihan SoalJawab soal latihan 1:K p = K c (RT) n (dengan n = 2 – (2 + 1) = -1)= 25 x (0,082 x 500) -1 = 0,610Jawab soal latihan 2:Q =[ N[ NH223]] [ H2]3=113(0,01(0,002Lmol)Lmol(0,05Jawab soal latihan 4:Asas Le Chatelier : Reaksi = - Aksia. Penambahan ion Fe 3+ berarti menambah konsentrasi pereaksi sehinggakesetimbangan bergeser ke kanan.b. Penambahan ion SCN - berarti menambah konsentrasi pereaksi sehinggakesetimbangan bergeser ke kanan.c. Penambahan ion OH - akan bereaksi dengan ion Fe 3+ membentuk Fe(OH) 3 :3.511)2Lmol)= 3,2Karena Q > K c maka reaksi belum setimbang. Reaksi akan berlangsung ke kiri.Jawab soal latihan 3 :[ SO2] [ O2]K c =2[ SO ]23(0,2)2=2(0,4)(0,1)= 2,5 x 10 -2

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganFe 3+ (aq) + OH - (aq) ⇌ Fe(OH) 3 (s)Hal ini berarti mengurangi konsentrasi pereaksi sehingga kesetimbangan bergeser kekiri.d. Larutan diencerkan berarti mengurangi konsentrasi total zat sehingga kesetimbanganakan bergeser ke arah jumlah mol yang besar yaitu ke kiri.Jawab soal latihan 5:Pada kenaikan suhu, reaksi akan bergeser ke arah reaksi endoterm.a. Reaksi bergeser ke kirib. Reaksi bergeser ke kananJawab soal latihan 6:Volume diperkecil berarti tekanan diperbesar sehingga kesetimbangan akan bergeser kearah mol yang kecil.a. Reaksi bergeser ke kanan.b. Reaksi tidak bergeser.c. Reaksi bergeser ke kiri.Jawab soal latihan 7 :2SO 3 (g)⇌2SO 2 (g) + O 2 (g)Mula-mula : 0,5Terurai : 6 xSetimbang : 4 x 6 x 3 x0,5 – 6 x = 4 x sehingga x = 0,05[SO 3 ] = 4 x = 0,2 M[SO 2 ] = 6 x = 0,3 M[O 2 ] = 3 x = 0,15 M[ SO2] [ O2]K c =2[ SO ]Jawab soal latihan 8 :23(0,3)2=2(0,2)(0,15)= 0,3375A 2 B 2Mula-mula : 2⇌2A + 2B3.52

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganTerurai : 0,5Setimbang : 1,5 1molzat molyang teruraizat awal 0,5 0,252D. Tes formatifUntuk menguji pemahaman anda, kerjakanlah soal- soal tes formatifPilihlah satu jawaban yang benar diantara pilihan- pilihan jawaban yang tersedia dalamtiap soal berikut ini:1. Suatu reaksi reversibel mencapai kesetimbangan pada saat ….a. Reaksi telah berhentib. Jumlah mol zat di sebelah kiri dan di sebelah kanan reaksi samac. Salah satu pereaksi telah habisd. Laju reaksi pada kedua arah sama besare. Massa zat produk reaksi sama dengan massa zat pereaksi.2. Di bawah ini adalah ciri terjadinya reaksi kesetimbangan, kecuali….a. Reaksinya tidak dapat balikb. Reaksinya adalah reaksi reversibelc. Terjadi dalam ruang tertutupd. Laju reaksi ke kiri dan ke kanan samae. Tidak terjadi perubahan secara makroskopis3. Suatu kesetimbangan dikatakan dinamis jika dalam keadaan setimbang….a. Reaksi berjalan ke kedua arah secara mikroskopisb. Ada perubahan dari kiri ke kanan tetapi jumlahnya setimbangc. Reaksi dari kiri dan dari kanan selalu samad. Perubahan kesetimbangan dari kiri dan dari kanan berlangsung terusmeneruse. Reaksi berjalan terus menerus secara makroskopis4. Tetapan kesetimbangan untuk reaksi 2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2SO 3 (g) adalah ….3.53

[ SO3]a. K c =2 2[ SO ] [ O ]b. K c =2[ SO ]322222[ SO ] [ O ]22[ SO3]c. K c =2[ SO ] [ O ]22d. K c =2[ SO ] [ O ]2[ SO ]32[ SO2] [ O2]e. K c =2[ SO ]325. Tetapan kesetimbangan reaksi : Al 3+ (aq) + 3H 2 O(l) ⇌ Al(OH) 3 (s) + 3H + (aq) ditentukanoleh persamaan ….[ Al(OH)3][H ]a. K c =33[ Al ][ H O][ H ]b. K c =33[ Al ][ H O]332233[ H ]d. K c =3[ Al ][ Al(OH)3]e. K c =3[ H O][ Al ][ H2O]c. K c = 3[ H ]6. Reaksi kesetimbangan : CaCO 3 (s) ⇌ CaO(s) + CO 2 (g) mempunyai harga K p ….a.[ CaO][CO2][ CaCO ]b. P CO2c.PPCaOPCaCO33CO2d. P CaO P CO 2e.[ CaCO 3][ CaO][CO7. Pada suhu T o C, nilai K p dan K c adalah sama. Hal tersebut ditunjukkan oleh reaksikesetimbangan ….a. 2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2SO 3 (g)b. CO(g) + 3H 2 (g) ⇌ CH 4 (g) + H 2 O(g)c. N 2 O 4 (g) ⇌ 2NO 2 (g)d. H 2 (g) + CO 2 (g) ⇌ H 2 O(g) + CO(g)e. N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g)8. Harga tetapan kesetimbangan untuk reaksi : 2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2SO 3 (g) adalah 64.Pada suhu yang sama harga tetapan kesetimbangan reaksi :SO 2 (g) + ½O 2 (g) ⇌ SO 3 (g) adalah ….a. 32b.164c. 16d.18232]e. 89. Menurut hukum aksi reaksi, jika aksi menaikkan suhu sistem kesetimbangan, makareaksi sistem akan menurunkan suhu dengan bergeser ….a. Ke pihak yang melepas kalor

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganb. Ke pihak yang menyerap kalorc. Ke pihak yang jumlah molnya besard. Ke pihak yang jumlah molnya kecile. Ke pihak yang konsentrasinya tinggi10. Dari reaksi kesetimbangan berikut, bila volume sistem diubah, maka yang tidakmengalami pergeseran kesetimbangan adalah ….a. 2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2SO 3 (g)b. N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g)c. H 2 (g) + Cl 2 (g) ⇌ 2HCl(g)d. N 2 (g) + ½O 2 (g) ⇌ N 2 O(g)e. N 2 O 4 (g) ⇌ 2NO 2 (g)11. Dalam ruang tertutup terdapat reaksi kesetimbangan :H 2 (g) + Cl 2 (g) ⇌ 2HCl(g) H = - 92,3 kJ mol -1Ke mana arah kesetimbangan akan bergeser jika suhu dinaikkan ?a. ke kiri, harga K bertambah d. ke kanan, harga K bertambahb. ke kiri, harga K berkurang e. ke kanan, harga K tetapc. ke kiri, harga K tetap12. Pada pembuatan amonia menurut reaksi :N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) H o = - 92,38 kJAgar diperoleh hasil optimum, maka faktor-faktor yang dapat diubah adalah…a. Menggunakan katalis dan menurunkan suhub. Menaikkan suhu dan tekanan reaksic. Menurunkan tekanan dan menambah suhud. Menaikkan tekanan dan menurunkan suhue. Memperbesar volum dan menambah suhu13. Ke dalam 1 L ruang tertutup dimasukkan 1 mol zat A dan 1 mol zat B. Setelahbereaksi menurut persamaan 2A(g) + 3B(g) ⇌ A 2 B 3 (g), dan dicapai kesetimbanganmasih terdapat 0,25 zat B. Tetapan kesetimbangan reaksi tersebut adalah ….a. 16c. 64e. 80b. 32d. 723.55

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbangan14. Sebanyak 3 mol NH 3 dipanaskan dalam ruang tertutup sehingga terurai menurut reaksi: 2NH 3 (g) ⇌ N 2 (g) + 3H 2 (g). Pada saat kesetimbangan tercapai, tersisa 1 mol NH 3 dantekanan total campuran gas sebesar 5 atm. Harga K p reaksi pada suhu tersebut adalaha. 3 atm 2b. 5 atm 2c. 9 atm 2d. 27 atm 2e. 45 atm 23.56

15. Dari reaksi kesetimbangan : N 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2NO(g). Jika dalam wadah 5 L,tekanan total 2,4 atm, maka untuk mencampurkan gas N 2 dan gas O 2 masing0,6 mol dan kesetimbangan tercapai setelah 50 % gas N 2 bereaksi, tekananparsial masing-masing gas berturut-turut adalah ….P N 2(atm) O2P (atm) P NO(atm)a. 0,1 0,1 2,2b. 0,4 0,4 1,6c. 0,6 0,6 1,2d. 0,8 0,8 0,8e. 1,0 1,0 0,4Setelah anda mengerjakan Tes Formatifdi atas, cocokkanlah jawaban andadengan Jawaban Tes Formatif.Anda dinyatakan berhasil bila nilai anda lebihbesar dari 60 % yaitu bila anda berhasil menjawab lebih 9 soal dari 15 soal yangada.I. Kunci Jawaban tes formatif1. D2. A3. A4. B5. D6. B7. D8. E9. B10. C11. B12. D13. C14. D15. C

Termokimia, laju reaksi dan kesetimbanganE. Daftar PustakaAtkins, PW. 2010, Physical Chemistry, 9 th .ed. Oxford : Oxford University PressBrady, JE. 2009. General Chemistry. 5 th Ed. New York : John Wiley & Sons.Castellan, G.W. 1983. Physical Chemistry 3 rd . Massachusset: Addison Wesley.Hiskia Achmad, 1992, Wujud Zat dan Kesetimbangan Kimia. Bandung: CitraAditya BaktiM. Fogiel, 1992, The Essentials of Physical Chemistry II, Nex Jersey : Researchand Education AssociationOxtoby DW, Gillis, H.P, Nachtrieb. NH, 2001, Principles of Modern Chemistry,White, J. E. 1987. Physical Chemistry. New York: HBJ Publishers.3.58

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaMODUL PLPG KIMIAREDOKS DANELEKTROKIMIAPenulis:Dr. SuyantaKONSORSIUM SERTIFIKASI GURU20130

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaA. Kompetensi dasar :Peserta dapat memahami konsep reaksi redoks dan penerapannya dalam sistemelektrokmiaB. Indikator keberhasilan :1. Peserta dapat menjelaskan konsep reaksi redoks2. Peserta dapat menyebutkan contoh-contoh reaksi redoks dan cara penyetaraannya3. Peserta dapat menjelaskan penggunaan reaksi redoks untuk sistem elektrokmia4. Peserta dapat mengetahui berbagai penarapan sistem elektrokmiaC. Urutan Materi :1. Reaksi redoksa. Pengertian Reaksi RedoksReaksi redoks adalah reaksi yang terjadi perubahan bilangan oksidasi. Konseptentang bilangan oksidasi, telah dibahas dalam topik sebelumnya. Reaksi redoksmencakup reaksi reduksi dan oksidasi. Reaksi reduksi adalah reaksi yang terjadipenurunan bilangan oksidasi melalui penangkapan elektron, contohnya :Cu 2+ (aq) + 2e → Cu (s)Sedangkan reaksi oksidasi adalah reaksi yang terjadi peningkatan bilangan oksidasimelalui pelepasan elektron, contohnya :Zn (s) → Zn 2+ (aq) + 2eDalam reaksi redoks, reaksi reduksi dan oksidasi terjadi secara simultan, maka reaksidiatas menjadi :Cu 2+ (aq) + Zn (s) → Cu (s) + Zn 2+ (aq)Contoh-contoh reaksi redoks yang lain :1. Zn (s) + HCl (aq) → ZnCl 2 (aq) + H 2 (g)2. Br 2 (g) + KIO 3 (aq) + 2 KOH (aq) → KIO 4 (aq) + 2 KBr (aq) + 2 H 2 O (l)Reaksi autoredoks, atau istilah lainnya reaksi disproporsionasi adalah reaksi dimanasuatu zat dapat mengalami reaksi reduksi dan oksidasi. Contoh :Cl 2 (g) + 2 KOH (aq) → KBr (aq) + KClO (aq) + 2 H 2 O (l)1

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyantab. Penyetaraan Reaksi RedoksPenyetaraan reaksi redoks dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu cara setengahreaksi dan cara perubahan bilangan oksidasi (biloks). Cara penyetaraan reaksiredoks dengan sistem setengah reaksi dilakukan dengan tahapan-tahapan sebagaiberikut :(1) menuliskan masing-masing persamaan setengah reaksi reduksi dan reaksi oksidasi(2) menyetarakan unsur-unsur yang mengalami reaksi redoks(3) menambahkan (1) molekul H 2 O :- pada yang kekurangan (1) atom O, jika reaksi berlangsung dalam suasana asam- pada yang kelebihan (1) atom O, jika reaksi berlangsung dalam suasana basa(4) menyetarakan atom hidrogen dengan ion H + jika suasana asam atau dengan ionOH - jika suasana basa(5) menyetarakan muatan dengan menambahan elektron di sebelah kanan atau kiripersamaan reaksi(6) menjumlahkan kedua persamaan setengah reaksi dengan menyamakanelektronnyaContoh 1:2-Reaksi : Cr 2 O 7 + Cu + → Cr 3+ + Cu 2+Langkah-langkah penyetaraan reaksi:2-Tahap 1 : Cr 2 O 7 → Cr 3+Cu + → Cu 2+2-Tahap 2 : Cr 2 O 7 → 2 Cr 3+Cu + → Cu 2+2-Tahap 3 : Cr 2 O 7 → 2 Cr 3+ + 7 H 2 OCu + → Cu 2+Tahap 4 : 14 H + 2-+ Cr 2 O 7 → 2 Cr 3+ + 7 H 2 OCu + → Cu 2+Tahap 5 : 6e + 14 H + 2-+ Cr 2 O 7 → 2 Cr 3+ + 7 H 2 O (I)Cu + → Cu 2+ + e (II)2

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaTahap 6: 6e + 14 H + 2-+ Cr 2 O 7 → 2 Cr 3+ + 7 H 2 O (I) x 16 Cu + → 6 Cu 2+ + 6 e (II) x 6 +2-Reaksi akhir: Cr 2 O 7 + 6 Cu + + 14 H + → 2 Cr 3+ + 6 Cu 2+ + 7 H 2 OCara penyetaraan reaksi redoks dengan cara perubahan bilangan oksidasi (biloks)dilakukan dengan tahapan sebagai berikut :(1) menyetarakan (menyamakan) unsur-unsur yang mengalami perubahan bilanganoksdasi(2) menentukan biloks unsur-unsur tersebut dan menentukan perubahannya(3) menyamakan kedua perubahan biloks(4) menentukan jumlah muatan di ruas kiri dan di ruas kanan(5) menyamakan muatan dengan cara :a. jika muatan di ruas kiri lebih negatif maka menambahkan ion H + sebanyakperbedaan muatan (ini berarti reaksi berlangsung dalam suasana asam)b. jika muatan di ruas kanan lebih positif maka menambahkan ion OH - sebanyakperbedaan muatan (ini berarti reaksi berlangsung dalam suasana basa)(6) menyamakan atom hidrogen di ruas kiri dan kanan dengan cara menambahkanH 2 O.Contoh 2:Reaksi : MnO 4-+ Br - → Mn 2+ + Br 2Tahap 1 : MnO 4-+ Br - → Mn 2+ + Br 2-Tahap 2 : MnO 4 + Br - → Mn 2+ + Br 2↑ ↑ ↑ ↑+7 -2 +2 0-5+2Tahap 3 : MnO - 4 x 2 dan Br - x 5, sehingga persamaan menjadi:-2 MnO 4 + 10 Br - → 2 Mn 2+ + 5 Br 23

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaTahap 4 : 2 MnO 4-+ 10 Br - → 2 Mn 2+ + 5 Br 2-12+4Tahap 5 : di sebelah kiri lebih bermuatan negatif (-1) maka ditambahkan ion H +sebanyak 16 buah, supaya muatannya sama dengan disebelah kanan +4.16 H + -+ 2 MnO 4 + 10 Br - → 2 Mn 2+ + 5 Br 2Tahap 6 : 16 H + -+ 2 MnO 4 + 10 Br - → 2 Mn 2+ + 5 Br 2 + 8 H 2 OPeriksa jumlah atom di ruas kiri dan kanan, jika sudah setara berartireaksinya betul.Karena jumlah atom di sebelah kiri dan kanan sudah sama, serta muatannya juga samamaka persamaan akhirnya adalah:16 H + -+ 2 MnO 4 + 10 Br - → 2 Mn 2+ + 5 Br 2 + 8 H 2 OContoh 3:Setarakan reaksi : Al + NO 3-→AlO 2 - + NH 3 (basa)Jawab :Oksidasi : Al → AlO 2-Reduksi : NO 3-Al + 4OH -→ NH 3-→ AlO 2 - + 2H 2 O + 3eNO 3 - + 6H 2 O + 8e → NH 3 + 9OH -Reaksi oksidasi dikalikan 8, dan reaksi reduksi dikalikan 3.Oksidasi : 8Al + 32OH - → 8AlO 2 - + 16H 2 O + 24eReduksi : 3NO 3 - + 18H 2 O + 24e → 3NH 3 + 27OH -Reduksi : 8Al + 3NO 3 - + 5OH - + 2H 2 O → 8AlO 2 - + 3NH 3+4

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaLembar Kerja Percobaan : Reaksi RedoksA. Tujuan :Siswa dapat mengetahui ciri reaksi redoks yang berlangsung spontanB. Alat dan Bahan1. Tabung reaksi dan rak tabung 5. Larutan ZnSO 4 1 M2. Pipet tetes 6. Larutan HCl 1 M3. Amplas 7. Lempeng logam Zn4. Larutan CuSO 4 1 M 8. Lempeng logam CuC. Langkah kerja :1. Amplaslah lempeng logam Zn dan Cu hingga bersih, kemudian potong denganukuran 0,5 cm x 3 cm masing-masing 2 potong2. Ambillah 4 buah tabung reaksi yang bersih dan beri nomor 1 sampai 43. Isilah ke 4 tabung reaksi :4. Tabung 1 dengan larutan CuSO 4 5 mL5. Tabung 2 dengan larutan ZnSO 4 5 mL6. Tabung 3 dan 4 dengan larutan HCl masing-masing 5 mL7. Masukkan logam Zn ke dalam tabung 1 dan 3 dan logam Cu ke dalam tabung 2 dan4. Amati perubahan apakah yang terjadi pada ke 4 tabung reaksi tersebut.D. Hasil PengamatanTabung reaksi1Tabung reaksi2Tabung reaksi3Tabung reaksi4Larutan yang diisikan CuSO 4 ZnSO 4 HCl HClWarna larutan ……………. ……………. ……………. …………….Logam yangdicelupkanZn Cu Zn CuPerubahan yang terjadi ……………. ……………. ……………. …………….5

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaE. Hasil Pembahasan1. Pada tabung reaksi manakah terjadi reaksi redoks spontan ?2. Jelaskan apakah cirri-ciri reaksi redoks spontan3. Tuliskan persamaan reaksi yang berlangsung spontanF. SimpulanTuliskan simpulan berdasarkan pengamatan yang telah kamu lakukan bersama temankelompokmu !2. Sel Elektrokimiaa. Reaksi Redoks pada ElektodeReaksi-reaksi elektode melibatkan transfer muatan dari elektode ke spesiesyang terlarut atau sebaliknya. Reaksi-reaksi yang melibatkan transfer muatan darisatu spesies ke yang lain sering disebut reaksi redoks. Nama redoks terdiri dariREDuksi dan OKSidasi.Reaksi oksidasi adalah suatu reaksi dimana suatu spesies melepaskan elektron(muatan negatif). Sebagai contoh ion besi(II) dapat melepaskan satu buah elektronmenjadi ion besi(III), sesuai reaksi berikut:Fe 2+ (aq) → Fe 3+ (aq) + eDalam hal ini ion besi(II) dioksidasi.Reaksi reduksi adalah suatu reaksi dimana suatu spesies menangkap elektron(muatan negatif). Proses ini merupakan kebalikan dari proses pada reaksi oksidasi.Sebagai contoh ion cerium(IV) dapat direduksi menjadi cerium(III), sesuaipersamaan reaksi berikut:Ce 4+ (aq) + e → Ce 3+ (aq)Seri reaksi oksidasi dan reduksi dapat digabung dalam sistem reaksi berikut:(keadaan teroksidasi) + ne ⇄(keadaan tereduksi)Reaksi tersebut merupakan persamaan umum untuk semua reaksi pada elektode.Dalam praktek reaksi oksidasi tidak pernah terjadi tanpa adanya reaksi reduksi dansebaliknya. Jadi reaksi di atas jika digabung akan menjadi satu sistem reaksi redoks6

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyantadimana akan terjadi transfer elektron dari ion besi(II) ke ion cerium(IV). Adanyatransfer elektron inilah yang menjadi dasar dalam sistem elektrokimia.Elektode merupakan bagian penting dalam elektrokimia. Elektode ada dua, yaituelektode negatif yang disebut katode dan elektode positif disebut anode. Namunpenetapan muatan anode dan katode sangat tergantung dari jenis sistem sel, yaitu selpotensial atau sel elektrolisis. Di katode inilah terjadi reaksi reduksi, sedangkanreaksi oksidasi terjadi di anode.b. Potensial ElektodeTelah diungkapkan bahwa perbedaan potensial telah secara mantap terjadiantara elektode dengan larutannya. Kemudian kita akan melihat lebih jauh untuksistem ini, terutama untuk mengetahui seberapa besar potensial yang terjadi(kuantitatif) dan arah dari potensialnya. Perbedaan potensial antara elektode danlarutan pada sistem setengah sel seringkali disebut sebagai potensial elektode danuntuk membandingkan nilai untuk semua potensial elektode suatu sistem sel dipakaidengan menggunakan proses reaksi reduksi dari logamnya, M dan ionnya M n+ , jikadituliskan reaksi umumnya adalah:M n+ (aq) + ne → M (s)Potensial elektode selalu berdasarkan nilai pada potensial reduksi. Pada selGalvani, setengah sel mengalami proses reaksi reduksi dan setengah sel yang lainmengalami proses oksidasi. Dari perjanjian penulisan sel, bahwa proses oksidasiterjadi pada elektode sebelah kiri, yang melepaskan elektron ke luar sirkuit.Sedangkan proses reduksi terjadi di elektode sebelah kanan.Perhitungan potensial sel adalah sama caranya menghitung potensial dua bateraiyang dipasang seri. Apabila setengah sel di sebelah kiri untuk reaksi oksidasi, nilaipotensial elektodenya harus digunakan untuk mengurangi nilai potensial setengahsel di sebelah kanan. Nilai emf sel dinyatakan sebagai berikut:E (sel) = E (kanan) - E (kiri)Dimana E (sel) adalah emf sel galvani, E (kanan) dan E (kiri) adalah potensialelektode setengah sel di sebelah kanan dan kiri. Perlu diingat bahwa tanda negatif7

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyantauntuk menggambarkan bahwa reaksi elektode terjadi untuk reaksi kebalikannya.Untuk sel Daniel, emf sel dinyatakan sebagai:E (sel) = E (Cu 2+ /Cu) - E (Zn 2+ /Zn)Dengan cara ini penulisan persamaan kimia untuk reaksi redoks yang terjadi padasel harus selalu konsisten sesuai dengan perjanjian. Jika reaksi oksidasi terjadi padaelektode di sebelah kiri, persamaan ditulis sedemikian elektron dilepaskan. Untuksel Daniel, reaksi pada setengah sel adalah:Zn (s) → Zn 2+ (aq) + 2eSebaliknya, setengah sel di sebelah kanan reaksinya ditulis sebagai reaksi reduksidan untuk sel Daniel reaksinya adalah:Cu 2+ (aq) + 2e → Cu (s)Penjumlahan kedua reaksi tersebut akan dihasilkan persamaan reaksi:Cu 2+ (aq) + Zn (s) + 2e → Zn 2+ (aq) + Cu (s) + 2eJika elektronnya dihilangkan maka persamaannya menjadi:Zn (s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu (s)c. Potensial Elektode StandarDalam pengukuran potensial suatu sel elektrokimia, maka sejumlah kondisiharus dipenuhi yaitu:a. semua pengukuran dilakukan pada temperatur 298 Kb. keberadaan analit dalam kapasitas sebagai aktivitas (misalnya 1 mol/L)c. semua pengukuran potensial sel dibandingkan dengan potensial standar seldengan menggunakan elektode standar hidrogen.Potensial elektode diukur dengan memperhatikan potensial elektode standar,yang dilambangkan E o . Cara yang cukup baik untuk menentukan potensial standarsuatu sel adalah dengan membandingkan dengan elektode standar hidrogen. Padakesempatan ini hanya akan disinggung secara singkat bagaimana cara memperolehnilai potensial standar. Pada gambar berikut akan diukur potensial setengah sel darielektode tembaga dalam larutan tembaga(II). Untuk itu akan dibandingkan denganelektode hidrogen, yang gambar selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 4.1.8

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaΘ V+Gas H 2 Jembatan Vgaram KCl CuV1 atm- - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -H + (a=1 M) Cu 2+ (a=1 M)Gambar 4.1. Cara pengukuran potensial standarPotensial elektode standar diukur berdasarkan reaksi reduksinya. Untukmengukur nilai potensial reduksi ion tembaga(II) menjadi tembaga, dengan caramembandingkan dengan elektode hidrogen standar, yang disingkat EHS (Gambar4.1). Elektode hidrogen standar ditempatkan di sebelah kiri dan elektode tembaga disebelah kanan sel elektrokimia. Sistem sel elektrokimia tersebut jika dituliskannotasi selnya adalah sebagai berikut:Pt │ H 2 (1 atm) │ H + (a=1,0 M) ║ Cu 2+ (a=1,0 M) │ CuPersamaan setengah selnya adalah:H 2 (g) → 2 H + (aq) + 2e kiri/oksidasiCu 2+ (aq) + 2e → Cu (s) kanan/reduksiKombinasi dua persamaan tersebut menjadi reaksi total sebagai berikut:Cu 2+ (aq) + H 2 (g) → Cu (s) + 2 H + (aq)Besarnya emf sel dituliskan sebagai:E (sel) = E (kanan) - E (kiri)Atau untuk kondisi/keadaan standar besarnya E sell:E o (sel) = E o (Cu 2+ /Cu) - E o (ehs)Telah dibuat perjanjian bahwa nilai potensial elektode standar untuk elektodestandar hidrogen adalah nol, maka pada sistem pengukuran di atas emf yang terukurmerupakan nilai potensial reduksi standar elektode tembaga untuk proses reaksireduksi tembaga(II) menjadi tembaga. Atau secara matematis:E o (ehs) = 0 volt, maka9

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaE o (sel) = E o (Cu 2+ /Cu)Pada pengukuran pada keadaan standar didapatkan nilai potensal standar reaksitersebut 0,34 Volt.Pengukuran nilai potensial elektode standar suatu sistem reaksi reduksi yang lainmenggunakan cara yang sama seperti contoh diatas. Dengan cara tersebutdiperolehlah nilai potensial reduksi standar dari berbagai reaksi yang selengkapnyadapat dilihat pada tabel 4.1.Tabel 4.1. Nilai Potensial Reduksi Standar (E o ) zatElektode Reaksi Elektode E o (volt)Pt │ F 2 │ F - F 2 + 2e ⇄ 2 F - +2,870Pt │ H 2 O 2 │ H + H 2 O 2 +2 H + + 2e ⇆ 2 H 2 O +1,770Pt │ MnO 4 - , Mn 2+ MnO 4 - + 8H + + 5e ⇆ Mn 2+ + 4 H 2 O +1,510Pt │ Cl 2 │ Cl - Cl 2 + 2e ⇄ 2 Cl - +1,360Pt │ Tl 3+ , Tl + Tl 3+ + 2e ⇆ Tl + +1,250Pt │ Br 2 │ Br - Br 2 + 2e ⇄ 2 Br - +1,065Ag+ │ Ag Ag + + e ⇆ Ag +0,799Pt │ Fe 3+ , Fe 2+ Fe 3+ 2++ e ⇄ Fe +0,771Pt │ O 2 │ H 2 O 2 O 2 + 2 H + + 2e ⇆ H 2 O 2+0,682Pt │ I 2 │ I - l 2 + 2e ⇄ 2 l - +0,536Cu 2+ │ Cu Cu 2+ + 2e ⇆ Cu +0,337Pt│Hg 2 Cl 2 │Hg│Cl - Hg 2 Cl 2 + 2e Hg│Cl - ⇄ 2Hg + 2 Cl - +0,268AgCl │ Ag │ Cl - AgCl + e ⇆ Ag + Cl - +0,223Pt │Cu 2+ , Cu + Cu 2+ + e ⇄ Cu + +0,153CuCl 2 │ Cu │ Cl - CuCl 2 + e ⇆ Cu + Cl - +0,137AgBr │ Ag │ Br - AgBr + e ⇄ Ag + Br - +0,07110

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaPt │ H + │ H 2 2 H + + 2e ⇆ H 20,000Pb 2+ │ Pb Pb 2+ + 2e ⇄ Pb -0,126AgI │ Ag │ I - AgI + e ⇆ Ag + I - -0,152CuI │ Cu │ I - Cul + e ⇄ Cu + l - -0,185PbSO 4 │Pb│SO 42-PbSO 4 + 2e ⇆ Pb + SO 42- -0,359Pt │ Ti 3+ , Ti 2+ Ti 3+ 2++ e ⇄ Ti -0,369Cd 2+ │ Cd Cd 2+ + 2e ⇆ Cd -0,403Fe 2+ │ Fe Fe 2+ + 2e ⇄ Fe -0,440Cr 3+ │ Cr Cr 3+ + 2e ⇆ Cr -0,744Zn 2+ │ Zn Zn 2+ + 2e ⇄ Zn -0,763Mn 2+ │ Mn Mn 2+ + 2e ⇆ Mn -1,180Al 3+ │ Al Al 2+ + 2e ⇄ Al -1,662Mg 2+ │ Mg Mg 2+ + 2e ⇆ Mg -2,363Na + │ Na Na + + e ⇄ Na -2,714Ca 2+ │ Ca Ca 2+ + 2e ⇆ Ca -2,866Ba 2+ │ Ba Ba 2+ + 2e ⇄ Ba -2,906K + │ K K + + e ⇆ K -2,925Li + │ Li Li + + e ⇄ Li -3,045Nilai-nilai potensial reduksi standar pada Tabel 4.1 di atas dapat digunakan untukmenghitung nilai potensial sel.Contoh 4: Hitunglah besarnya emf sel Daniel yang dituliskan sebagai berikut:Penyelesaian:Zn │ Zn 2+ (a=1,0 M) ║ Cu 2+ (a=1,0 M) │ Cu11

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaE (sel) = E (kanan) - E (kiri)= E o (Cu) - E o (Zn)= 0,337 – ( -0,7628)= 1,100 voltNilai emf yang dihitung tersebut untuk suatu proses reaksi sel dengan persamaanreaksi sebagai berikut:Zn (s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu (s)Nilai ini akan sangat berbeda untuk jenis sel Daniel dengan arah reaksi yangberbeda, seperti pada contoh berikut.Contoh 5: Hitunglah besarnya emf sel Daniel yang dituliskan sebagai berikut:Cu │ Cu 2+ (a=1,0 M) ║ Zn 2+ (a=1,0 M) │ ZnPenyelesaian:Pada sel tersebut pada sebelah kiri elektode terjadi reaksi:Cu (s) → Cu 2+ (aq) + 2eSebaliknya, di sebelah kanan reaksinya adalah:Zn 2+ (aq) + 2e → Zn (s)Reaksi keseluruhan sesuai persamaan reaksi:Zn (s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu (s)Besarnya E (sel) dihitung dengan cara sebagai berikut:E (sel) = E (kanan) - E (kiri)= E o (Zn 2+ /Zn) - E o (Cu 2+ /Cu)= -0,7628 – (0,337)= -1,100 voltDari hasil contoh nomor 5, dapat dilihat dengan jelas bahwa besarnya emf untuksel yang reaksinya merupakan kebalikan sel elektrokimia yang lain maka emfadalah sama hanya dengan nilai yang berlawanan tanda (negatif/positif).Tanda pada nilai emf sel merupakan nilai yang sangat penting untuk mendeteksiproses reaksi yang terjadi. Berdasarkan eksperimen dan dari contoh nomor 512

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyantatersebut reaksi dapat diketahui bahwa tembaga tidak bereaksi secara spontan denganion zink, ternyata nilai E selnya negatif. Sedangkan untuk reaksi zink dengantembaga(II) yang bereaksi secara spontan ternyata nilai E selnya positif. Dengandemikian nilai E sel dapat dipakai sebagai besaran untuk proses reaksi yang terjadi.Hal ini dapat dimengerti, sesuai dengan hubungan dari persamaan Gibbs padatermodinamika energi bebas Gibbs. Dari persamaan Gibbs:ΔG o = - nFE oDari persamaan tersebut, jika E o positif maha ΔG o negatif, sehingga reaksi berjalanspontan.3. Jenis-jenis Sel Elektrokimiaa. Sel Galvani/Sel Volta/Sel Bahan BakarProses dalam elektode yaitu reaksi redoks yang terjadi pada antarmuka(interface) suatu logam atau padatan penghantar lain (elektode) dengan larutan.Elektodenya itu sendiri mungkin atau mungkin juga tidak terlibat secara langsungdalam reaksi redoks tersebut. Sebagai contoh bila logam tembaga dicelupkan dalamlarutan ion tembaga(II), maka akan ada dua kemungkinan proses yang terjadi.Pertama, tembaga mungkin teroksidasi dan terlarut dalam larutan sebagai iontembaga(II).Cu (s) → Cu 2+ (aq) + 2eAlternatif lain adalah ion tembaga(II) mungkin direduksi dan tertempelkan padaelektode sebagai logam tembaga.Cu 2+ (aq) + 2e → Cu (s)Pada masing-masing dari kedua proses tersebut, elektode terlibat secara kimiadalam reaksi redoks. Perubahan total elektron diakomodasi oleh elektode denganikatan logam. Jika terjadi reaksi oksidasi, muatan positif dari ion tembaga dalamlarutan terjadi akibat lepasnya elektron dan terdelokal menuju latice logam. Dengancara ini larutan menjadi bermuatan positif dibandingkan pada elektode. Padaproses sebaliknya, ion tembaga(II) dalam larutan akan menangkap elektron dari13

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyantaelektode sebelum terbentuk deposit pada permukaannya. Elektode menjadikekurangan elektron dan akan menjadi bermuatan positif dibandingkan larutannya.Sel Daniel terdiri atas elektode tembaga yang dicelupkan ke dalam larutan iontembaga(II) dan sebuah elektode zink yang dicelupkan ke dalam larutan ion zink(II).Hubungan listrik diantara kedua larutan dihantarkan dengan tabung yangmengandung larutan garam KCl (jembatan garam). Elektode tembaga dan zinkkemudian dihubungkan dengan sirkuit yang mengandung voltmeter impedansitinggi atau alat pengukur potensial yang lain.arah elektron+ V-Zn JembatanVgaram KCl CuV- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -Zn 2+ Cu 2+Gambar 4.2. Diagram Sel DanielSel Daniel, terdiri atas dua bagian setengah sel, yang mana setiap setengah selmerupakan kombinasi antara elektode dan larutannya. Setengah sel yang satu yangterdiri atas Cu 2+ /Cu, cenderung mengalami reaksi reduksi dan setengah sel lainterjadi reaksi yang berlawanan yaitu reaksi oksidasi.Voltameter akan mengukur beda potensial diantara dua buah elektode yangmasing masing dianggap seperti dua buah baterai yang dipasang seri. Pada masingmasingelektode (setengah sel) yang terjadi reaksi reduksi dan oksidasi. Apabilakedua proses tersebut digabung menjadi reaksi redoks sebagai berikut:Zn (s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu (s)Ketika sel digunakan/dihubungkan elektode zink akan terlarut, sedangkan elektodetembaga akan bertambah dengan adanya endapan tembaga.14

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaKonsep tentang gabungan dua buah setengah sel yang berbeda untukmenghasilkan listrik dapat dikembangkan dalam berbagai sistem baru. Nama umumdari sel jenis ini adalah sel Galvani dan untuk memudahkan penulisannya dibuatlahnotasi sel atau tata nama sel. Cara ini menjadi sangat sederhana untukmenggambarkan sebuah sel. Untuk jelasnya dapat dilihat pada contoh dari selDaniel, yang dengan metode penamaan/penulisan notasi sel yang dibuat IUPAC,maka sel tersebut dituliskan sebagai berikut:Zn │ Zn 2+║ Cu 2+ │ CuNotasi ini diawali dengan elektode di sebelah kiri dan menuju ke kanan melaluilarutannya menuju elektode di sebelah kanan. Tanda bar tunggal vertikalmenunjukkan daerah phase boundari (interphase) dan tanda bar ganda vertikalsebagai jembatan garam. Perjanjian penulisan tersebut dapat dikembangkan untukmengetahui adanya aktivitas dari masing-masing ion. Sehingga notasi sel seringdituliskan lebih lengkap sebagai berikut:BesarnyaZn │ Zn 2+ (a=1,0 M) ║ Cu 2+ (a=1,0 M) │ CuE (sel) dihitung dengan cara seperti pada halaman 11. Sedangkanbesarnya potensial akhir sebenarnya tergantung dari beberapa variabel, sepertikonsentrasi spesi ion dan temperatur. Hubungan selengkapnya telah dinyatakandengan persamaan Nernst berikut ini.RT a (bentuk tereduksi)E sel = E o sel - ------- x ln ---------------------------------nF a (bentuk teroksidasi)Dengan R = tetapan gas, T = temperatur, n = muatan ion, F = bilangan Faraday dana = aktivitas ion spesi zat.Untuk setengah sel Cu 2+ /Cu besarnya potensial dirumuskan:RT a (Zn 2+ )E sel = [E o (Cu 2+ /Cu) + E o (Cu 2+ /Cu)] - 2,303 ------- x log ---------------2F a (Cu 2+ )b. Beberapa Sel Volta KomersialAplikasi sel volta dapat ditemukan dalam baterai dan aki. Bila kitaperhatikan kegiatan manusia sekarang tidak akan terlepas dari hasil penemuan dan15

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyantapengembangan sel volta. Peralatan elektronik dari senter, radio, kalkulator, telepongenggam, kamera, sepeda motor, mobil semua membutuhkan energi arus listriksearah sebagai sumber energi utama maupun sebagai sumber energi penyelaan awal(starter).1. Sel AkiSel aki tersusun dari anode timbel (Pb) dan katode PbO 2 . Setiap pasang Pb danPbO 2 menghasilkan tegangan 2 volt. Jadi, suatu aki 12 volt mengandung enampasang Pb dan PbO 2 yang tersusun secara seri. Keping-keping Pb dan PbO 2dibenamkan ke dalam elektrolit H 2 SO 4 30%.Anode : Pb(s) + SO 2- 4 (aq) → PbSO 4 (s) + 2eKatode : PbO 2 (s) + SO 4 2- (aq) + 4H + (aq) + 2e → PbSO 4 (s) + 2H 2 OReaksi sel : Pb(s) + PbO 2 (s) + 2SO 4 2- (aq) + 4H + (aq) → 2PbSO 4 (s) + 2H 2 O+Gambar 4.3 : Skema Sel AkiDengan bantuan arus listrik, reaksi di atas dapat dikembalikan ke kiri. PbSO 4diuraikan lagi menjadi Pb dan PbO 2 . Jadi sel aki yang sudah habis dapat kita isi(charged) kembali, sehingga baru seperti semula.2. Baterai Kering atau Sel LeclancheBaterai kering ini pertama ditemukan oleh Leclanche yang mendapatkan hak patentatas penemuan itu pada tahun 1866. Sel Laclanche ini terdiri atas suatu silinder yangterbuat dari logam zink yang berisi pasta yang terbuat dari campuran batu kawi(MnO 2 ), salmaiak (NH 4 Cl), serbuk karbon dan sedikit air. Logam zink berfungsi16

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyantasebagai anode sedangkan katode berupa grafit yang merupakan elektode inert, yangditempatkan di tengah-tengah pasta, sedangkan pasta itu sendiri berfungsi sebagaioksidator.Reaksi-reaksi yang terjadi dalam sel Laclanche sebenarnya sangat rumit, tetapi padagaris besarnya sebagai berikut :Anode : Zn (s) → Zn 2+ (aq) + 2eKatode : 2MnO 2 (s) + 2NH + 4 (aq) + 2e → Mn 2 O 3 (s) + 2NH 3 (aq) + H 2 O(l)+Zn(s) + 2MnO 2 (s) + 2NH + 4 (aq) → Zn 2+ (aq) + Mn 2 O 3 (s) + 2NH 3 (aq) + H 2 O(l)Ion Zn 2+ 2+yang terbentuk mengikat NH 3 membentuk ion komplek Zn(NH 3 ) 4Reaksi : Zn 2+ (aq) + 4NH 3 (aq) → Zn(NH 3 ) 2+ 4 (aq)Potensial satu sel kering ini = 1,5 Volt,sel ini banyak dipakai karena dapatdibuat pada berbagai ukuran danbentuk baik kotak atau silinder, dipasaran biasanya dalam bentuk silinderdibuat dalam 3 ukuran denganpotensial sama sebesar 1,5 volt.Sedangkan yang berbentuk kotakdibuat dengan beberapa ukuran denganpotensial bervariasi dari 6 Volt sampai12 volt, dalam baterai berbentuk kotaktersebut berisi beberapa sel yangtersusun secara seri.Gambar 4.4 : Skema Sel BateraiSel ini mempunyai beberapa kelemahan antara lain tidak dapat diisi ulang, energiyang dihasilkan relatif kecil dan tidak dapat disimpan terlalu lama sebab pastaelektrolitnya dapat saling bereaksi walaupun sel ini tidak digunakan.17

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyanta3. Baterai AlkalinBaterai alkalin juga merupakan elemen kering, baterai ini memiliki beberapakeunggulan dibanding dengan baterai biasa (sel Laclanche), baterai ini mampumenyediakan arus listrik yang lebih stabil dalam waktu yang lebih lama, denganpotensial yang tetap walaupun bahan pereaksinya telah berkurang. Baterai ini sangatcocok digunakan untuk peralatan elektronik yang memerlukan kestabilan arus dantegangan, misalnya untuk walkman sistem digital, lampu kilat pada kamera, ataupunperalatan yang lainnya.Pada sel alkalin ini digunakan zink sebagai anode dan MnO 2 sebagai katode,elektrolit yang digunakan adalah KOH dalam bentuk pasta, karena elektrolitnyaberupa basa (alkalin) mala sel ini disebut sebagai baterai alkalin. Sel ini dapatmenyediakan arus dan potensial yang lebih stabil serta lebih lama sebab reaksi yangterjadi pada katode dihasilkan ion OH - dan ion ini diperlukan sebagai pereaksi padaanode sehingga penyediaan pereaksi relatif lebih cepat dengan demikian reaksinyaberjalan dalam kecepatan yang relatif stabil sampai bahan pereaksi mendekati habis.Adapun reaksi yang terjadi sebagai berikut :Reaksi :Anode : Zn(s) + 2OH - (aq) → Zn(OH) 2 (s) + 2eKatode : 2Mn(O 2 (s) + 2H 2 O(l) + 2e → 2MnO(OH)(s) + 2MnO(OH)(s) + 2OH - (aq)Zn(s) + 2MnO 2 (s) + 2H 2 O(l) → Zn(OH) 2 (s) + 2MnO(OH)(s)Seperti hal sel Laclanche sel alkalin ini menghasilkan potensial sebesar 1,5 volt.+4. Baterai Perak OksidaBaterai perak oksidasi ini biasanya dikemas dalam kemasan logam yang sangatkecil, karena penggunaan baterai ini untuk peralatan elektronik portabel dan kecilseperti jam tangan quartz, kalkulator, pager, dan lainnya. Masa pakai baterai inisangat lama dapat mencapai 1 tahun, hal ini disebabkan selain karena penyediaanbahan pereaksi dalam baterai yang cukup, juga efisiensi peralatan yang tinggi dalampenggunaan arus listrik. Baterai ini terdiri atas anode Zn dan Ag 2 O sebagai katode,18

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyantadengan elektrolit KOH berbentuk pasta, dimana antara ruang katode dan anodedipisahkan dengan separator. Reaksi yang berlangsung dalam sel ini adalah :Reaksi : Anode : Zn(s) + 2OH - (aq) → Zn(OH) 2 (s) + 2eKatode : Ag 2 O(s) + H 2 O(l) + 2e → 2Ag(s) + 2OH - (aq)Zn(s) + Ag 2 O(s) + H 2 O(l) → Zn(OH) 2 (s) + 2Ag(s)+Potensial sel ini adalah 1,5 volt.5. Baterai Nikel-CadmiumBaterai nikel-cadmium adalah baterai kering yang dapat diisi kembali, baterai initerdiri atas anode logam kadmium dan sebagai katode nikel oksida (NiO 2 ) dan ionOH - merupakan elektrolit berupa pasta. Baterai ini sama halnya dengan akitermasuk sel sekunder atau dapat diisi kembali karena hasil-hasil reaksinya, berupazat padat yang menempel pada masing-masing elektodenya, reaksipemakaian/pengosongan yang terjadi adalah sebagai berikut :Reaksi : Anode : Cd(s) + 2OH - (aq) → Cd(OH) 2 (s) + 2eKatode : NiO(s) + 2H 2 O(l) + 2e → Ni(OH) 2 (s) + 2OH - (aq)Cd(s) + NiO 2 (s) + 2H 2 O(l) → Cd(OH) 2 (s) + Ni(OH) 2 (s)+Karena hasil-hasil reaksi menempel pada masing-masing elektodenya, maka denganmemberikan aliran listrik searah dan dengan arah aliran elektronnya dibalik bateraitersebut dapat diubah menjadi seperti semula (sebelum digunakan sebagai sumberlistrik) dengan kata lain dapat diisi ulang.b. Sel elektrolisisSel elektrolisis adalah sel elektrokima dimana reaksi redoks terjadi karena adanyabantuan listrik. Adapun rangkaian sel secara singkat dapat digambarkan seperti padaGambar 4.5 berikut.19

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyanta+ -Anode (+) Katode (-)Larutan elektrolitGambar 4.5: Sel ElektrolisisSecara umum dalam sebuah sel elektrolisis maka di masing-masing elektode akan terjadireaksi redoks. Di katode akan terjadi reaksi reduksi dan di anode terjadi oksidasi. Untukterjadi reaksi selama elektrolisis, maka diperlukan sejumlah potensial tertentu sebagaiprasyarat reaksinya berlangsung.Sebagai contoh adalah elektrolisis larutan perak nitrat dengan elektode kawatplatina. Apabila diberikan potensial yang cukup maka akan terjadi reaksi sebagai berikut :Reaksi ionisasi: AgNO 3 (aq) → Ag + (aq) + NO - 3 (aq) x 4Katode (Pt) : Ag + (aq) + e → Ag (s) x 4Anode (Pt) : 2 H 2 O (l) → 4 H + (aq) + O 2 (g) + 4 e x 1---------------------------------------------------------------------------------------- +Reaksi total : 4 AgNO 3 (aq) + 2 H 2 O (l) → Ag (s) + NO - 3 (aq) + 4 H + (aq) + O 2 (g)Perhatikan contoh-contoh berikut!1. Reaksi elektrolisis larutan Na 2 SO 4 dengan elektode PtDi anode akan terjadi kompetisi antara ion SO 2- 4 dengan molekul air :2SO 4 2- (aq) ⇄ S 2 O 8 2- (aq) + 2eE o = -2,01 volt2H 2 O (l) ⇄ 4H + (aq) + O 2 (g) + 4e E o = -1,23 voltOleh karena potensial reduksi standar air lebih besar maka oksidasi air lebih mudahberlangsung, sedangkan di katode akan terjadi kompetisi antara ion Na + dengan molekulair sebagai berikut :Na + (aq) + e ⇄ Na (s) E o = -2,71 volt2H 2 O (1) + 2e ⇄ 2OH - (aq) + H 2 (g) E o = -0,83 volt20

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaDari data potensial reduksi ternyata potensial reduksi air lebih besar maka reduksiair akan lebih mudah terjadi, sehingga secara lengkap elektrolisis larutan Na 2 SO 4 dapatditulis sebagai berikut :Na 2 SO 4 (aq) → 2Na + 2-(aq) + SO 4 (aq)Katode : 2H 2 O (1) + 2e → 2OH - (aq) + H 2 (g) ………. (X 2)Anode : 2H 2 O (1) → 4H + (aq) + O 2 (g) + 4e ………. (X 1)6H 2 O (1) → 4OH - (aq) + 2H 2 (g) + 4H + (aq) + O 2 (g)+Reaksi bersih : 2H 2 O (1) → 2H 2 (g) + O 2 (g)2. Elektrolisis larutan KI dengan elektode grafit (C)Pada elektrolisis larutan KI akan terbentuk gas hidrogen pada katode dan iodinpada anode, sedangkan larutan di sekitar katode bersifat basa, bagaimana ini dapatdijelaskan?. Dalam larutan KI akan terjadi kompetisi pada masing-masing elektodenya,pada katode akan terjadi kompetisi antara ion K + dengan molekul air dan akanmengalami reaksi reduksi di katode.K + (aq) + e ⇆ K (s) E o = -2,92 volt2H 2 O (l) + 2e ⇄ 2OH - (aq) + 4e E o = -0,83 voltDari persamaan reaksi ternyata potensial reduksi air lebih besar, maka reduksiair lebih mudah berlangsung, sedangkan di anode akan terjadi kompetisi antara ion I -dengan molekul air dan akan mengalami reaksi oksidasi di anode.2I - (aq) ⇄ I 2 (s) + 2e E o = -0,54 volt2H 2 O (1) ⇆ 4H + (ag) + O 2 (g) + 4e E o = 1,23 voltPada reaksi terlihat bahwa potensial reduksi ion I - lebih kecil, maka lebih mudahberlangsung reaksi oksidasi ion I - . Jadi secara keseluruhan elektrolisis larutan KI akanmenghasilkan H 2 , OH - , dan I 2 sesuai reaksi, KI (aq) → K + (aq) + I - (aq)Katode : 2H 2 O (1) + 2e → 2OH - (aq) + H 2 (g)Anode : 2I - (aq) → I 2 (s) + 2e2H 2 O (1) + 2I - (aq) → 2OH - (aq) + H 2 (g) + I 2 (s)21

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaReaksi keseluruhan : 2H 2 O (1) + 2KI (aq) → 2KOH (aq) + H 2 (g) + I 2 (s)3. Elektrolisis Larutan CuSO 4 dengan Elektode CuElektrolisis larutan CuSO 4 dengan elektode aktif (Cu) akan memberikan hasil yangberbeda terutama pada anode, hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut. Dalam larutanCuSO 4 terdapat ion Cu 2+ , ion SO 2- 4 maupun molekul air serta logam Cu pada anode.Di katode akan terjadi kompetisi antara ion Cu 2+ dan molekul air.Cu 2+ (aq) + 2e ⇄ Cu (s) E o = + 0,34 volt2H 2 O (1) + 2e ⇆ 2OH - (aq) + H 2 (g) E o = -0,83 voltPada reaksi tersebut terlihat bahwa potensial reduksi Cu lebih besar, maka ionCu 2+ lebih muda mengalami reduksi, sedangkan di anode akan terjadi kompetisi antaraion SO 2- 4 , molekul air dan anode (Cu).2SO 42-(aq) ⇄ S 2 O 8 2- (aq) + 2eE o = - 2,01 volt2H 2 O (1) ⇆ 4H + (aq) + O 2 (g) + 4e E o = - 1,23 voltCu (s) ⇄ Cu 2+ (aq) + 2eE o = - 0,34 voltPotensial reduksi Cu paling kecil maka logam tembaga lebih mudah mengalamioksidasi. Sehingga secara keseluruhan reaksi elektrolisis larutan CuSO 4 denganelektode Cu dapat ditulis sebagai berikut. CuSO 4 (aq) → Cu 2+ 2-(aq) + SO 4 (aq)Katode : Cu 2+ (aq) + 2e → Cu (s)Anode : Cu (s)Reaksi total:→ Cu 2+ (aq ) + 2eCu (s) → Cu (s)(anode) (katode)4. Elektrolisis Leburan ElektrolitSuatu leburan atau cairan elektrolit kita peroleh dengan cara memanaskanpadatan elektrolit tersebut di atas suhu titik lelehnya tanpa ada air. Zat-zat yangleburannya dapat dielektrolisis hanyalah oksida-oksida dan garam-garam halida.Elektrolisis leburan elektrolit digunakan untuk membuat logam-logam alkali, alkali22

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyantatanah, aluminium, dan logam-logam yang memiliki E lebih kecil dari –0,83 volt (Eair). Seperti kita ketahui, logam-logam di atas tidak dapat dibuat dari elektrolisislarutan, sebab ion-ion logam ini kalah bersaing dengan air dalam menangkap elektron.Perhatikan contoh berikut.Contoh : Elektrolisis leburan NaClDalam keadaan leburan NaCl terdapat sebagian ion-ion yang bebas bergerak.Ion Na + akan bergerak menuju katode mengambil electron dan mengalamireduksi menghasilkan logam Na. Sedangkan ion Cl - akan bergerak menujuanode melepaskan electron dan mengalami oksidasi menghasilkan gas Cl 2 .Reaksi yang terjadi sebagai berikut :Katode2NaCl (l) → 2Na+ (l) + 2Cl- (l): 2Na + (l) + 2 l → 2Na (l)Anode : 2Cl - (l) → Cl 2 (g) + 2 (l)+2 NaCl + (l) + 2Cl - (l) → 2 Na (l) + Cl 2 (g)Reaksi keseluruhan 2NaCl → 2Na (l) + Cl 2 (g)Dengan memperhatikan beberapa contoh di atas dapat disimpulkan bahwa reaksiyang terjadi pada proses elektrolisis ditentukan oleh potensial dan jenis elektodenya,sehingga reaksi yang terjadi pada katode dan anode. Adapun reaksi-reaksi selengkapnyadapat dilihat dalam Tabel 4.2.5. Aspek Kuantitatif dalam Sel elektrolisisMichael Faraday (1791 – 1867), selain mengembangkan metode elektrolisis, jugamenerangkan hubungan kuantitatif antara jumlah arus listrik yang dilewatkan pada selelektrolisis dengan jumlah zat yang dihasilkan pada elektode.Pada zaman Faraday, para ahli kimia memakai konsep berat ekivalen dalamperhitungan stoikiometri. Berdasarkan kenyataan bahwa dalam pembentukan air setiap1 gram hidrogen selalu bereaksi dengan 8 gram oksigen, maka berat ekivalen (e) suatuunsur didefinisikan sebagai jumlah gram unsur tersebut yang tepat bereaksi dengan 1gram hidrogen atau dengan 8 gram oksigen. Dengan sendirinya hidrogen memiliki23

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyantaharga e = 1 dan oksigen memiliki harga e = 8. Harga e dari unsur-unsur lain dapatditentukan. Sebagai contoh, aluminium sebanyak 9 gram dapat bereaksi dengan 8 gramoksigen untuk membentuk aluminium oksida, sehingga aluminium memiliki e = 9.Demikian pula, 35,5 gram klorin tepat bereaksi dengan 1 gram hidrogen untukmembentuk hidrogen klorida, sehingga klorin memiliki e = 35,5.Tabel 4.2. Resume reaksi elektolisis pada masing-masing elektrodeReaksi Pada Katode(reduksi terhadap kation)1. Ion-ion logam alkali, alkali tanah, Al 3+ ,dan ion-ion logam yang memiliki Elebih kecil dari –0,83 volt tidak direduksidari larutan. Zat yang direduksi adalahpelarut (air) dan terbentuklah gashidrogen (H 2 ).Reaksi Pada Anode(oksidasi terhadap anion)1. Ion-ion yang mengandung atom denganbilangan oksidasi maksimum, misalnya2-SO 4 atau NO - 3 , tidak dapat dioksidasi.Zat yang dioksidasi adalah pelarut (air)dan terbentuklah gas oksigen (O 2 ).2H 2 O + 2e 2OH - + H 22H 2 O 4H + + 4e + O 22.Ion-ion halida (X - ), yaitu F - , Cl - , Br - dan I-,dioksidasi menjadi halogen (X 2 ), yaituF 2 , Cl 2 , Br 2 , dan I 2 .Mn + + n e M2X- X 2 + 2e3. Ion OH - dari basa dioksida menjadi gasoksigen (O 2 ).2. Ion-ion logam yang memiliki E lebihbesar dari –0,83 volt direduksi menjadilogam yang diendapkan pada permukaankatode3. Ion H + dari asam direduksi menjadi gashidrogen (H 2 ).4OH - 2H 2 O + 4e + O 24. Jika yang dielektrolisis adalah leburan(cairan) elektrolit tanpa ada air, makaion-ion pada nomor (1) di atas dapatmengalami reaksi nomor (2), sehinggadiperoleh logam yang diendapkan padapermukaan katode.4.Pada proses penyepuhan dan pemurnianlogam, maka yang dipakai sebagai anodeadalah suatu logam (bukan Pt atau C),sehingga anode (logam) mengalamioksidasi menjadi ion yang larut.MMn + + ne24

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaMelalui eksperimen, Faraday merumuskan beberapa kaidah perhitunganelektrolisis, yang kini dapat dikenal sebagai Hukum Faraday berikut ini.1. Jumlah zat yang dihasilkan pada elektode berbanding lurus dengan jumlah aruslistrik yang melalui sel elektrolisis.2. Jika arus listrik yang sama dilewatkan pada beberapa sel elektrolisis, maka berat zatyang dihasilkan masing-masing sel berbanding lurus dengan berat ekivalen zat-zattersebut.Perlu diketahui bahwa pada zaman Faraday elektron belum dikenal, sebabelektron baru ditemukan oleh Joseph John Thomson tahun 1897. Kini berat ekivalen (e)suatu unsur dihitung berdasarkan jumlah elektron.Ar atau Mre = ------------------------Jumlah elektronHarga berat ekivalen (e) masing-masing unsur hasil elektrolisis adalah sebagai berikut.1. Gas H 2 dihasilkan melalui reaksi :2H 2 O + 2e → 2OH - + H 22H + + 2e → H 2Pembentukan 1 molekul H 2 melibatkan dua elektron.2Berat ekivalen (e) gas H2 = 122. Gas O 2 dihasilkan melalui reaksi :2H 2 O → 4H + + 4e + O 24OH - → 2H 2 O + 4e + O 2Pembentukan 1 molekul O 2 melibatkan empat elektron32Berat ekivalen (e) gas O 2 = 843. Halogen (X 2 ) dihasilkan melalui reaksi :2X - → X 2 + 2e25

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaPembentukan 1 molekul X 2 melibatkan dua elektron.Berat ekivalen (e) X 2 =MrX 22 Arunsur X4. Logam-logam (M) dihasilkan melalui reaksi :M n+ + n e → MPembentukan 1 atom logam melibatkan n elektron, dengan n = muatan ionlogam.Ar logamBerat ekivalen (e) logam = -----------------Muatan ionUntuk mengenang jasa Michael Faraday, kini didefinisikan bahwa satu Faraday(1 F) adalah jumlah listrik yang terdiri atas satu elektron atau 6,0221367 x 10 23 buahelektron. Karena muatan sebuah elektron adalah 1,60217733 x 10 -19 coulomb, makalistrik satu Faraday setara dengan muatan sebesar :6,0221367 x 10 23 x 1,60217733 x 10 -19 coulomb= 9,64853 x 10 4 coulombBilangan 9,64853 x 10 4 ini sering dibulatkan menjadi 9,65 x 10 4 atau 96500, dandisebut tetapan Faraday dengan satuan coulomb mol -1 .1 Faraday (1F) = 1 mol elektron= muatan 96500 coulombF =Coulomb it 96500 96500dengan F = jumlah listrik dalam Faraday (jumlah mol elektron)i = kuat arus (amper)t = waktu (detik)Kedua Hukum Faraday yang telah dikemukakan terdahulu dapat dirumuskansecara kuantitatif sebagai berikut.26

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyanta1. Jumlah zat yang terbentuk di katode atau di anode ndinyatakan oleh persamaanberikut inieitW = e f atau W = 96500dengan, w = berat hasil elektrolisis (gram)e = berat ekivalenF = jumlah listrik (faraday)2. Jika terdapat dua hasil elektrolisis dengan arus listrik yang sama, maka berlakuhubunganw 1 w 2------- = --------e 1 e 2Perhatikan contoh soal berikut :Soal : Elektrolisis Larutan AgNO 3 selama 1 jam digunakan arus listrik 10Jawab : Reaksi :ampere. Hitung massa Ag yang mengendap pada katode dan berapa litergas yang terbentuk pada STP (Ar Ag = 108, O = 16)Katode : Ag + (aq) + lAg (s)Anode : 2H 2 O (l) 4H + (aq) + O 2 (g) + 4 lMassa Ag yang mengendap :eitW = 96500108/1 x 10 x 3600W = ------------------------96500= 40,29 gramVolume O 2 yang terjadi adalah:16/2 x 10 x 3600W = -------------------------96500= 2,98 gram= 2,98 / 32 mol = 0,093 mol27

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaPada keadaan STP makaVolume O 2 = 0,093 x 22,4 L = 2,08 L6. Penggunaan Elektrolisis dalam Industria) Produksi ZatMelalui proses elektrolisis, kita dapat memperoleh unsur-unsur logam, halogenhalogen,gas hidrogen, dan gas oksigen.Sebagai contoh, marilah kita tinjau hasil-hasil elektrolisis larutan NaCl.2NaCl(aq) → 2Na + (aq) + 2Cl - (aq)2H 2 O + 2e → 2OH - (aq) + H 2 (g)2Cl - (aq) → Cl 2 (g) + 2e2NaCl(aq) + 2H 2 O → 2NaOH(aq) + H 2 (g) + Cl 2 (g)+Gas H 2 terbentuk di katode, gas Cl 2 terbentuk di anode, dan pada larutan sisa kitamemperoleh NaOH.b) PenyepuhanSalah satu proses elektrolisis yang populer adalah penyepuhan(electroplating), yaitu melapisi permukaan suatu logam dengan logam lain. Agarlebih jelas, marilah kita tinjau proses penyepuhan sendok alumunium oleh perak.Logam yang akan dilapisi (sendok) dipakai sebagai katode, sedangkan logampelapis (perak) dipakai sebagai anode. Suatu larutan garam perak, misalnya larutanAgNO 3 , dipakai sebagai elektrolit.Perak (anode) akanteroksidasi menjadi ion Ag + yanglarut. Kemudian, ion Ag + inimengalami reduksi menjadi logamperak kembali, yang kini diendapkanpada permukaan sendok (katode).Gambar 4.6: Skema Penyepuhan28

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaReaksi yang terjadi sebagai berikut :Katode (Al) : Ag + (aq) + e → Ag (s)Anode (Ag) : Ag (s) → Ag + (aq) + ec) Pemurnian LogamProses elektrolisis juga dipakai pada pemurnian suatu logam, misalnyatembaga. Untuk membuat kabel-kabel listrik diperlukan logam tembaga yang betulbetulmurni, sebab pengotoran sekecil apapun dapat mengurangi konduktivitaskabel tersebut.Ketika dipisahkan dari bijihnya, logam tembaga biasanya bercampurdengan sedikit besi, zink, emas, dan perak. Tembaga yang tidak murni dipakaisebagai anode dalam sel elektrolisis yang mengandung larutan CuSO 4 . Sebagaikatode, dipakai batang tembaga yang murni. Potensial listrik yang dilewatkanmelalui sel diatur sedemikian rupa, sehingga bagian anode yang larut hanyalahtembaga, besi, dan zink. Mereka larut sebagai Cu 2+ , Fe 2+ , dan Zn 2+ . Emas dan peraktidak larut dan berjatuhan ke dasar wadah.Reaksi yang terjadi :CuSO 4 (aq) → Cu 2+ (aq) + SO 2- 4 (aq)Katode : Cu 2+ (aq) + 2e → Cu(s)Anode : Cu(s) → Cu 2+ (aq) + 2eCu (s) → Cu (s)Anode KatodeC. Aplikasi ElektrokimiaPenerapan sistem elektrokimia dapat dijumpai dalam beberapa hal, diantaranya:a. Proses penyepuhan logam secara elektroplating maupun proses elektrodeposisibeberapa material lain.b. Pengembangan berbagai sel bahan bakar, untuk menghasilkan potensial tertentu.c. Pengembangan material baru secara elektrosintesis untuk menghasilkan materialelektroaktif maupun senyawa-senyawa polimer elektroaktif yang lain.29

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyantad. Untuk analisis secara elektrokimia, seperti sistem elektrogravimetri, potensiometrimaupun voltametri.Contoh : Pada potensiometri pengukuran ion klorida digunakan elektode perak-perakklorida dan pembanding elektode kalomel jenuh.Kegiatan Latihan/Praktek Akhir Program:a. Penyetaraan reaksi redoksTuliskan dengan lengkap dan setarakan reaksi-reaksi berikut :1. KMnO 4 + FeSO 4 + H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + MnSO 4 + Fe 3 (SO 4 ) 2 + H 2 Odengan cara setengah reaksi maupun cara bilangan oksidasi.-2. Cl 2 + IO 3 → Cl - -+ IO 4dengan cara setengah reaksi.3. Cu + HNO 3 → Cu(NO 3 ) 2 + NO 2 + H 2 Odengan cara bilangan oksidasi.4. As 2 S 5 + HNO 3 + H 2 O → H 3 AsO 3 + NO + Sdengan cara bilangan oksidasi.5. Cu + -+ BrO 3 → Br - + Cu 2+dengan cara setengah reaksi.b. Pengukuran Potensial SelDengan menggunakan rangkaian sel elektrokimia, ukurlah besarnya potensial darisistem ataupun material berikut ini :c. Sel bateraid. Larutan NaCl 1 Me. buah jerukf. buah apelg. larutan HCl 1 MCatatan :1. Pengukuran menggunakan rangkaian alat sebagai berikut (Gambar 4.7) :30

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaVoltmeterElektodekerjaLar. dalamAg, AgClMembrankerjaLar. SampelElektodePembanding luarLar. KClRaksaKalomel + KClGlaswoolKristal KClBahan porousGambar 4.7. Pengukuran potensial analit secara potensiometri2. Bila yang diukur adalah buah jeruk maka elektode yang dipakai adalah lempenglogam tembaga, seperti pada Gambar 4.8 berikut :Gambar 4.8. Rangkaian pengukuran potensial dengan elektode logam31

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaLembar kerja Penentuan E selAlat dan bahan Ukuran/satuan Jumlah Gelas kimia 100 mL 4 Kertas saring 25 x 5 cm 1 Volt meter - 1 Kabel 30 cm 4 Penjepit buaya - 4 Lempengan logam Zn, Cu, Mg, dan Fe 7 x 1 cm 1 Larutan CuSO 4 0,1 M 50 mL Larutan Zn SO 4 0,1 M 50 mL Larutan Mg SO 4 0,1 M 50 mL Larutan Fe SO 4 0,1 M 50 mL Larutan KNO 3 1,0 M 50 mLCara Kerja(1) Memasukkan 50 mL ZnSO 4 0,1 M ke dalam sebuah gelas kimia dan celupkansepotong logam zink ke dalam larutan tersebut.(2) Memasukkan 50 mL CuSO 4 0,1 M ke dalam sebuah gelas kimia dan celupkansepotong logam tembaga ke dalam larutan tersebut.(3) Membuat jembatan garam dengan menggulung kertas saring memanjangsehingga membentuk batangan sebesar pensil dan celupkan ke dalam larutanKNO 3 sehingga semuanya basah.(4) Menghubungkan larutan 1 dan larutan 2 dengan jembatan garam.(5) Menghubungkan kedua elektode Zn dan Cu melalui Volt meter denganmenggunakan kabel dan penjepit buaya, jika jarum volt meter bergerak ke arahkiri (negatif) segera putuskan rangkaian tersebut dan baliklah rangkaian kabelyang menuju volt meter sehingga jarum volt meter bergerak ke kanan (positif),kemudian biarkan sejenak dan catat beda potensial yang terjadi.(6) Melakukan langkah-langkah tersebut 1 sampai 5 dengan pasangan setengah selseperti tercantum pada tabel pengamatan berikut.32

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaTabel Hasil PengamatanSetengah sel Katode (+) A B C DSetengah sel Anode (-) Cu 2+ / Cu Zn 2+ / Zn Mg 2+ / Mg Fe 2+ / Fe1. Cu2+ / Cu ………….. …………. ………..2. Zn2+ / Zn …………. …………. ………..3. Mg2+ / Mg …………. …………… ………..4. Fe2+ / Fe …………. …………… …………Gambar 4.9 Rangkaian Sel VoltaHasil Pembahasan(7) Tulislah diagram (notasi) sel, serta reaksi pada masing-masing elektode untukpasangan sel (2 - A), (3 – A), (4 – A), (1 – B), (3 – B), (4 – B) dan seterusnya !(8) Hitunglah potensial sel dari masing-masing pasangan setengah sel pada hasilpengamatan, berdasarkan tabel potensial reduksi standar, dan bandingkan hasilperhitungan itu dengan hasil pengukuran yang tercantum dalam tabelpengamatan. Berikan penjelasan !SimpulanBerikan simpulan berdasarkan data hasil percobaan yang kamu lakukan bersamakelompok saudara.33

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaDaftar PustakaBard AJ, and Faulkner LR, 1980, Electrochemical Methods, John Wiley and Sons,New York.Bryann Hibbert D, 1993, Introduction to Electrochemistry, The Macmillan Press Ltd,London.Diana, Murzil Arif, dan Nana Sutresna, 1997, Kimia untuk SMU Kelas 3, GrafindoMedia Pratama, Jakarta.Evan Alum and James AM, 1987, Potentiometry and Ion selective Electrode, JohnWiley and Sons, New York.Suyanta dan Buchari, 2003, Potensiometri, Seri Analisis Elektrokimia, Jurdik KimiaFMIPA UNY.34

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaSOAL-SOAL PENILAIAN (ASSESMENT)Soal Set 1:Mujiyah seorang ibu rumah tangga ingin meyepuhkan cincin pernikahan seberat 3 gramyang terbuat dari emas muda 14 karat. Maka Mujiyah datang ke Pasar Beringharjo diUD. Maryono Plating. Pak Maryono sebagai pemilik Toko mulai menyepuh cincintersebut dengan menyediakan larutan AuCl 3 0,1 M. Kemudian memasang elektrode(tersedia elektrode logam platina sebagai anode dan kawat inert), serta rangkaian kabeldan sumber arus listrik 0,5 amper.a. Gambarkan skema proses penyepuhan tersebut!b. Tuliskan reaksi redoks yang terjadi selama elektrolisisc. Jika E o Au 3+ /Au = 1,50 volt, E o O 2 /H 2 O = 1,23 volt dan, berapa potensial standarminimal yang diperlukan untuk elektrolisis tersebut!d. Bagaimana cara membuat larutan AuCl 3 0,1 M sebanyak 100 mL dengan tepatdan benar, jika tersedia bahan logam emas batangan murni, HCl dan HNO 3pekat serta bahan dan alat pendukung lain yang tersedia.e. Bila Ar Au=197, bilangan Faraday=96500 dan elektrolisis dilakukan selama 10menit, berapa berat cincin setelah dikeringkan.Jawab :a. Gambar rangkaian sistem elektrolisis+ -Anode(Pt)Katode (Cincin)Larutan AuCl 3Nilai = 235

Redoks dan ElektrokimiaDr. Suyantab. Reaksi yang terjadi :Katoda : Au 3+ + 3e ⇄ Au x 4Anoda : 2 H 2 O ⇄ O 2 + 4H + + 4e x 3---------------------------------------------------------- +Nilai = 2c. E o sell = E o Au 3+ /Au - E o O 2 /H 2 ONilai = 2d. Perhitungan:4 Au 3+ + 6 H 2 O ⇄ 4 Au + 3 O 2 + 12 H += 1,50 volt - 1,23 volt= 0,27 volt (Nilai potensial diatas 0,27 volt akan terjadi elektrolisis)- dalam larutan AuCl 3 0,1 M terdapat 0,1 mol AuCl 3 dalam setiap liter- dalam 100 mL larutan terdapat 0,01 mol = 0,01 x 179 gram = 1,79 gramCara membuat larutan AuCl 3 :- menimbang 1,79 gram emas batangan murni- tambahkan beberapa tetes aquaregia (campuran HCl dan HNO 3 pekatdengan perbandingan 3:1), hingga semua emas larut- masukkan dalam labu takar 100 mL dan bilas larutan emasnya denganakuades- tambahkan akuades hingga tanda.Nilai = 2e. Massa cincin setelah elektrolisis sebagai berikut:Z . i . t 179/3 x 0,5 x 10 x 60m = ------------ = ----------------------------- = 0,185 gramF 96500Jadi massa cincin adalah 3,185 gram.Nilai = 236

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaSoal Set 2:Poniyah seorang ibu rumah tangga ingin meyepuhkan cincin imitasi seberat 3 gramyang terbuat dari perak. Maka Poniyah datang ke Pasar Beringharjo di UD. MaryonoPlating. Pak Maryono sebagai pemilik Toko mulai menyepuh cincin tersebut denganmenyediakan larutan AgNO 3 0,1 M. Kemudian memasang elektrode (tersedia elektrodekawat perak), serta rangkaian kabel dan sumber arus listrik 0,5 amper.a. Gambarkan skema proses penyepuhan tersebut!b. Tuliskan reaksi redoks yang terjadi selama elektrolisisc. Jika E o Ag + /Ag = 0,80 volt, berapa potensial standar minimal yang diperlukanuntuk elektrolisis tersebut!d. Bagaimana cara membuat larutan AgNO 3 0,1 M sebanyak 100 mL dengan tepatdan benar, jika tersedia bahan garam AgNO 3 serta bahan dan alat pendukunglain yang tersedia.e. Bila Ar Ag=108, bilangan Faraday=96500 dan elektrolisis dilakukan selama 10menit, berapa berat cincin setelah dikeringkan.Jawab :a. Gambar rangkaian sistem elektrolisisAnode(Ag)Katode (Cincin)Larutan AgNO 3Nilai = 2b. Reaksi yang terjadi :Katoda : Ag + + e ⇄ AgAnoda : Ag ⇄ Ag + + e---------------------------------- +Ag + + Ag ⇄ Ag + Ag +37

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaNilai = 2c. E o sell = E o Ag + /Ag - E o Ag + /AgNilai = 2d. Perhitungan:= 0,80 volt - 0,80 volt= 0,00 volt (Nilai potensial positif akan terjadi elektrolisis)- dalam larutan AgNO 3 0,1 M terdapat 0,1 mol AgNO 3 dalam setiap liter- dalam 100 mL larutan terdapat 0,01 mol = 0,01 x 108 gram = 1,08 gramCara membuat larutan AgNO 3 :- menimbang 1,08 gram garam AgNO 3- tambahkan beberapa mL akuades bebas mineral hingga semua garamAgNO 3 larut- masukkan dalam labu takar 100 mL dan bilas larutan dengan akuades bebasmineral- tambahkan akuades bebas mineral hingga tanda.Nilai = 2e. Masa cincin setelah elektrolisis sebagai berikut:Z . i . t 108/1 x 0,5 x 10 x 60m = ------------ = ----------------------------- = 0,336 gramF 96500Jadi massa cincin adalah 3,336 gram.Nilai = 238

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaSoal Set 3:Ponirah seorang ibu rumah tangga ingin meyepuhkan cincin imitasi seberat 3 gram yangterbuat dari tembaga. Maka Ponirah datang ke Pasar Beringharjo di UD. MaryonoPlating. Pak Maryono sebagai pemilik Toko mulai menyepuh cincin tersebut denganmenyediakan larutan CuSO 4 0,1 M. Kemudian memasang elektrode (tersedia elektrodekawat tembaga murni), serta rangkaian kabel dan sumber arus listrik 0,5 amper.a. Gambarkan skema proses penyepuhan tersebut!b. Tuliskan reaksi redoks yang terjadi selama elektrolisisc. Jika E o Cu 2+ /Cu = 0,34 volt, berapa potensial standar minimal yang diperlukanuntuk elektrolisis tersebut!d. Bagaimana cara membuat larutan CuSO 4 0,1 M sebanyak 100 mL dengan tepatdan benar, jika tersedia bahan garam CuSO 4 serta bahan dan alat pendukung lainyang tersedia.e. Bila Ar Cu=63,5, bilangan Faraday=96500 dan elektrolisis dilakukan selama 10menit, berapa berat cincin setelah dikeringkan.Jawab :a. Gambar rangkaian sistem elektrolisisAnode(Cu)Katode (Cincin)Larutan CuSO 4Nilai = 2b. Reaksi yang terjadi :Katoda :Cu 2+ + 2e ⇄ CuAnoda : Cu ⇄ Cu 2+ + 2e---------------------------------- +Cu 2+ + Cu ⇄ Cu + Cu 2+39

Redoks dan ElektrokimiaDr. SuyantaNilai = 2c. E o sell = E o Cu 2+ /Cu - E o Cu 2+ /CuNilai = 2d. Perhitungan:= 0,34 volt - 0,34 volt= 0,00 volt (Nilai potensial positif akan terjadi elektrolisis)- dalam larutan CuSO 4 0,1 M terdapat 0,1 mol CuSO 4 dalam setiap liter- dalam 100 mL larutan terdapat 0,01 mol = 0,01 x 63,5 gram = 0,635 gramCara membuat larutan CuSO 4 :- menimbang 0,635 gram garam CuSO 4- tambahkan beberapa mL akuades hingga semua garam CuSO 4 larut- masukkan dalam labu takar 100 mL dan bilas larutan dengan akuades- tambahkan akuades hingga tanda.Nilai = 2e. Masa cincin setelah elektrolisis sebagai berikut:Z . i . t 63,5/2 x 0,5 x 10 x 60m = ------------ = ----------------------------- = 0,099 gramF 96500Jadi masa cincin adalah 3,099 gram.Nilai = 240

Modul 5. Kimia OrganikMODUL 5KIMIA ORGANIKOleh:PROF. DR. SRI ATUNKONSORSIUM SERTIFIKASI GURU20131

Modul 5. Kimia OrganikKATA PENGANTARModul ini disusun sebagai salah satu rujukan bahan ajar untuk pesertamahasiswa atau guru yang mengikuti pendidikan PPG atau PLPG, maupun paramahasiswa lain yang membutuhkan pemahaman tentang sifat-sifat senyawaorganik atas dasar gugus fungsi dan reaksinya, benzena dan turunannya.Kompetensi yang diharapkan adalah peserta dapat memahami, menggambarkanstruktur dan memberi nama, serta dapat menuliskan reaksi-reaksi dasar daribeberapa golongan senyawa organik atas dasar gugus fungsinya, benzena danturunannya. Peserta juga mampu mengembangkan perangkat pembelajaran darimateri tersebut serta implementasinya. Kompetensi dasar yang diharapkan antaralain:1. Mendeskripsikan struktur, cara penulisan, tata nama, sifat, kegunaan, danidentifikasi senyawa karbon (haloalkana, alkanol, alkoksi alkana, alkanal,alkanon, asam alkanoat, dan alkil alkanoat).2. Mendiskripsikan struktur, cara penulisan, tata nama, sifat, dan kegunaanbenzene dan turunannya.2

Modul 5. Kimia OrganikDAFTAR ISIHalamanHALAMAN JUDUL 1KATA PENGANTAR 2DAFTAR ISI 3BAB I PENDAHULUAN 4A. Diskripsi Singkat Bab-Bab Cakupan Bahan Ajar 4B. kompetensi Yang Diharapkan 4BAB II DEFENISI DAN KLASIFIKASI SENYAWA ORGANIK 5BAB IIIHIDROKARBON(ALKANA, ALKENA, DAN ALKUNA)20BAB IV ALKOHOL DAN ETER 31BAB V ALDEHID DAN KETON 38BAB VI ASAM KARBOKSILAT DAN ESTER 51BAB VII BENZENA DAN TURUNANNYA 64DAFTAR BACAAN 823

Modul 5. Kimia OrganikBAB IPENDAHULUANA. Deskripsi Singkat Cakupan bahan ajarPemantapan dan pengembangan perangkat pembelajaran kimia sertaimplementasi dari standar kompetensi memahami sifat-sifat senyawa organikatas dasar gugus fungsi dan reaksinya, benzena dan turunannyaB. PrasyaratAgar dapat secara mudah mempelajari isi modul ini peserta harus sudahmemahami struktur atom, ikatan kimia, maupun bentuk molekul yang dapatdipelajari dari kegiatan belajar sebelumnya.C. Petunjuk Penggunaan ModulModul ini terdiri dari 6 kegiatan belajar, yang disusun dari konsep yangsederhana ke konsep yang lebih lanjut. Setiap kegiatan belajar diakhiri denganlatihan soal, diharapkan Saudara sudah menguasi lebih dari 80% sebelummempelajari kegiatan belajar berikutnya.D. Tujuan AkhirSetelah mempelajari modul ini peserta diharapkan dapat memahami,menggambarkan struktur dan memberi nama, serta dapat menuliskan reaksireaksidasar dari beberapa golongan senyawa organik atas dasar gugusfungsinya, benzena dan turunannya. Peserta juga mampu mengembangkanperangkat pembelajaran dari materi tersebut serta implementasinya. Kompetensidasar yang diharapkan antara lain:1. Mendeskripsikan struktur, cara penulisan, tata nama, sifat, kegunaan, danidentifikasi senyawa karbon (haloalkana, alkanol, alkoksi alkana, alkanal,alkanon, asam alkanoat, dan alkil alkanoat).2. Mendiskripsikan struktur, cara penulisan, tata nama, sifat, dan kegunaanbenzene dan turunannya.4

Modul 5. Kimia OrganikKegiatan Belajar 1BAB IIDEFENISI DAN KLASIFIKASI SENYAWA ORGANIKA. Tujuan AntaraDalam kegiatan belajar ini Anda akan mempelajari gambaran umumtentang defenisi, struktur molekul, dan klasifikasi dari senyawa organik. Andadiharapkan dapat:1. Menjelaskan defenisi senyawa organik2. Menjelaskan perbedaan senyawa organik3. Menjelaskan terjadinya ikatan kimia dalam senyawa organik4. Menjelaskan bentuk struktur molekul senyawa organik5. Menjelaskan klasifikasi senyawa organik berdasarkan gugus fungsiB. Uraian Materi1. Defenisi Senyawa organikKimia organik adalah studi ilmiah mengenai struktur, sifat, komposisi,reaksi, dan sintesis senyawa organik. Senyawa organik dibangun oleh karbondan hidrogen, dan dapat mengandung unsur-unsur lain seperti nitrogen, oksigen,fosfor, dan belerang. Senyawa organik adalah senyawa kimia yang molekulnyamengandung karbon, kecuali karbida, karbonat, dan oksida karbon. Beberapasenyawa organik seperti karbohidrat, protein, dan lemak merupakan komponenpenting dalam biokimia.Senyawa organik dibangun terutama oleh karbon dan hidrogen, dan dapatmengandung unsur-unsur lain seperti nitrogen, oksigen, fosfor, halogen danbelerang. Sebutan kimia organik ini berasal dari kesalah pahaman bahwa semuasenyawa organik pasti berasal dari organisme hidup, namun telah dibuktikanbahwa ada beberapa perkecualian. Bahkan sebenarnya, kehidupan juga sangatbergantung pada kimia anorganik; sebagai contoh, banyak enzim yangmendasarkan kerjanya pada logam transisi seperti besi dan tembaga, juga gigi5

Modul 5. Kimia Organikdan tulang yang komposisinya merupakan campuran dari senyawa organikmaupun anorganik. Contoh lainnya adalah larutan HCl, larutan ini berperanbesar dalam proses pencernaan makanan yang hampir seluruh organisme(terutama organisme tingkat tinggi) memakai larutan HCl untuk mencernamakanannya, yang juga digolongkan dalam senyawa anorganik. Mengenai unsurkarbon, kimia anorganik biasanya berkaitan dengan senyawa karbon yangsederhana yang tidak mengandung ikatan antar karbon misalnya oksida, garam,asam, karbid, dan mineral. Namun hal ini tidak berarti bahwa tidak ada senyawakarbon tunggal dalam senyawa organik misalnya metan dan turunannya.Pembeda antara kimia organik dan anorganik adalah ada/tidaknya ikatankarbon-hidrogen. Sehingga, asam karbonat termasuk anorganik, sedangkan asamformat, asam lemak termasuk senyawa organik. Pada tahun 1828, FriedrichWohler mendapatkan bahwa senyawa organik urea (suatu komponen urin) dapatdibuat dengan menguapkan larutan yang berisi senyawa anorganik amoniumsianat.panasNH +- 4 OCNH 2 N C NH 2Oamonium sianatureaMeskipun jelas bahwa senyawa organik tidak harus berasal dari sumber yanghidup (dapat dibuat dalam laboratorium), namun sampai sekarang kata organikmasih dipakai untuk menerangkan senyawa-senyawa karbon tersebut atau yangmirip dengannya.Keistimewaan karbon dibanding unsur lain adalah mempunyaikemampuan untuk berikatan dengan karbon lainnya membentuk rantai yangpanjang atau cincin dari molekul karbon yang sederhana hingga molekul-molekulyang sangat besar dan kompleks.6

Modul 5. Kimia Organik2. Teori pembentukan molekul organikTeori ikatan valensiSalah satu pendekatan yang penting untuk mengetahui cara pembentukanikatan kimia adalah teori ikatan valensi. Dasar dari teori ikatan valensi adalah :1. Bila dua atom membentuk ikatan kovalen, orbital dari atom yang satutumpang tindih (overlap) dengan orbital dari atom yang lainnya.2. Dua elektron yang berputar berpasangan dapat dibagi di antara keduaorbital yang overlap dengan kepadatan elektron terkonsentrasi di antarainti atom yang membentuk ikatan.3. Kekuatan ikatan kovalen (yang diukur dalam bentuk sejumlah energi biladipecah), sebanding dengan derajat tumpang tindih kedua orbitaltersebut. Semakin besar derajat tumpang tindihnya, semakin kuatikatannya, dan semakin sedikit energi potensial atom bila ikatan tersebutterbentuk.Contoh : pembentukan molekul H21s 1s molekul H 2Selanjutnya dalam molekul tersebut panjang ikatan didefinisikan sebagai jarakantar ini pada titik energi yang paling rendah, sedangkan kekuatan ikatan adalahenergi yang dilepaskan bila suatu ikatan terbentuk atau energi yang diperlukanuntuk memutuskan ikatan. Besarnya energi yang diperlukan atau dilepaskandalam pembentukan atau peruraian molekul hidrogen adalah 436 KJ/mol.Ikatan sigma dan ikatan piIkatan sigma () : Ikatan yang terjadi antara 2 atom melalui tumpang tindih(overlapping) orbital kedua atom, sehingga kepadatan elektronnya berada diantara kedua inti tersebut.7

Modul 5. Kimia OrganikContoh :‣ Antara orbital s dengan sH-H‣ Antara orbital p dengan sPenampangmelingkarH-F‣ Antara orbital p dengan p (secara aksial = head-on)Ikatan pi () : Ikatan yang terbentuk dari tumpang tindih 2 orbital p yangberdampingan (secara lateral = sideways), menyebabkan kepadatan elektron diatas dan di bawah bidang yang berisi kedua inti tersebut. Kekuatan ikatan ikatan lebih besar dari ikatan .Orbital p orbital p ikatan pi (π)8

Modul 5. Kimia OrganikHibridisasi sp 3 pada atom CStruktur konfigurasi elektron keadaan dasar atom karbon (6 elektron) danatom hidrogen (1 elektron) dapat digambarkan sebagai berikut:2p2sC1sH1sApabila dilihat dari struktur konfigurasi atom karbon tersebut maka seharusnyadapat ditemukan senyawa CH2, namun senyawa yang paling sederhana dikenaldi alam adalah CH4 (metana). Bentuk molekul metana adalah tetrahedral yangdapat digambarkan sebagai berikut:Struktur tetrahedral memiliki sudut H-C-Hikatan dan kekuatan ikatan keempat ikatan C-H ekivalen.sebesar 10928, dengan panjang9

Modul 5. Kimia OrganikUntuk menjelaskan bentuk struktur tetrahedaral dari metana CH4 dapatdilakukan dengan hibridisasi. Hibridisasi 1 orbital 2s dengan 3 orbital 2pmenghasilkan 4 orbital hibrid sp 3 yang energinya sama (lebih tinggi dari energiorbital 2s dan lebih rendah dari energi orbital 2p) dan masing-masing baru terisi1 e - atom C dapat mengikat 4 atom H dan membentuk CH4 (4 ikatan ).2pC2s1seksitasi96 kkal/mol1sHibridisasi1sbentuk hibridisasi sp 3Bentuk orbital hibrid sp 3 dapat digambarkan sebagai berikut:hibridisasiOrbital porbital s(25% s dan 75% p)=s + 3 pD:\rw32b2a.exe4 sp 3 orbitalsOrbital 4 sp 31-2410

Modul 5. Kimia OrganikPerubahan bentuk orbital C pada hibridisasi sp 3 dapat digambarkan sebagaiberikut:Bentuk molekul, sudut ikatan H-C-H serta panjang dan kekuatan ikatan C-Hdalam metana dapat digambarkan sebagai berikut:Sudut ikatan ideal 10928 hanya diperoleh bila keempat gugus atom yang terikatpada C adalah identik. Bila substituen tidak identik sudutnya dapat mengalamideformasi, seperti pada senyawa (CH3)2CH2 yang menunjukkan sudut H-C-H107 0 .Contoh :H3CH3CCH107 oH11

Modul 5. Kimia OrganikHibridisasi sp 3 pada atom NPembentukan hibridisasi sp 3 dari atom N (7 elektron) dapat digambarkansebagai berikut:2p2seksitasiHibridisasiN1s1s1sbentuk hibridisasi sp 3Hasil hibridisasi 1 orbital 2s dengan 3 orbital 2p dari N menghasilkan 4orbital hibrid sp 3 yang energinya sama (lebih tinggi dari energi orbital 2s danlebih rendah dari energi orbital 2p). Satu orbital hibrid sp 3 sudah terisi 2 e - sedang3 orbital hibrid 2sp 3 yang lain masing-masing baru terisi 1 e - atom N dapatmengikat 3 atom H dan membentuk NH3 (ada 3 ikatan ). Adanya orbital yangsudah terisi 2 elekton menyebabkan sudut ikatan H-N-H dari NH3 lebih kecilH-C-H dari CH4.Atom nitrogen dalamkeadaan dasarHibridisasi sp 3Amonia12

Modul 5. Kimia OrganikHibridisasi sp 3 pada atom OSeperti halnya atom karbon, atom O (jumlah elektron 8) juga mengalamihibridisasi sp 3 yang dapat digambarkan sebagai berikut:2p2seksitasiHibridisasiO1s1s1sbentuk hibridisasi sp 3Hasil hibridisasi 1 orbital 2s dengan 3 orbital 2p dari O menghasilkan 4orbital hibrid sp 3 yang energinya sama (lebih tinggi dari energi orbital 2s danlebih rendah dari energi orbital 2p). Dua orbital hibrid 2sp 3 sudah terisi 2 e -dengan spin berlawanan, sedang 2 orbital hibrid 2sp 3 yang lain masing-masingbaru terisi 1 e - atom O dapat mengikat 2 atom H dan membentuk H2O (ada 2ikatan ).ElektronbebasHibridisasi sp3Atom karbon, nitrogen, dan oksigen dalam molekul CH4, NH3, dan H2O masingmasingmembentuk orbital hibrid sp 3 , namun sudut ikatan H-O-H air H-N-Hamoniak H-C-H metana.13

Modul 5. Kimia OrganikHibridisasi sp 2 pada atom CBila suatu karbon berikatan rangkap dua dengan atom lain, makahibridisasi yang terjadi adalah 2sp 2 , dimana orbital 2s dihibridkan dengan 2orbital 2p menghasilkan 3 orbital hibrid sp 2 .Contoh : dalam etena (C2H4)Pembentukan hibridisasi sp 2 dariberikut:Etilenaatom karbon dapat digambarkan sebagai2p2seksitasiHibridisasiC1s1s1sbentuk hibridisasi sp 2Hibridisasi sp 2sp 2 HybridizationTrigonal planar=s + 2 pThere is one p orbital left over,(33,3% and it would be along s dan the z axis. 66,7%)p)3 sp 2 orbitals1-2114sp 2 Hybridization

Modul 5. Kimia OrganikOverlapping antara orbital hibrid sp 2 dari atom C dengan orbital sp 2 dari atomC yang lain atau dengan orbital sp 3 dari atom lain, atau dengan orbital s darihidrogen atau orbital p dari atom halogen, misalnya, akan menghasilkan ikatansigma (), sedang overlapping (secara lateral) antara orbital 2p yang takterhibridisasi pada masing-masing C yang mengalami hibridisasi sp 2 akanmenghasilkan ikatan pi ().Bagaimana bentuk molekul etena (C2H4) ?Bentuk molekul etena adalah planar, dengan sudut H-C-H dan H-C-C kira-kira120 o , dengan awan elektron terletak di atas dan di bawah bidang planar.H HC CH H121.7 o116.6 oHibridisasi sp pada atom CBila atom C terikat secara ikatan rangkap tiga dengan atom lain, atom Ctersebut mengalami hibridisasi 2sp / sp, yaitu orbital s dihibridkan dengan satuorbital 2p menghasilkan 2 orbital hibrid 2sp yang energinya sama dan membentuksudut 180 o (linier).15

Modul 5. Kimia Organik2p2seksitasiHibridisasiC1s1s1sbentuk hibridisasi spPerubahan orbital C pada hibridisasi spDua orbital sp (masing-masing terisi 1 e - ) terpisah 180 o (linier) dan 2 orbitalp yang tak terhibridisasi (masing-masing terisi 1 e - ) tegak lurus padanya.Overlapping antar orbital sp atau dengan orbital lain menghasilkan ikatan ,sedang overlapping orbital py-py dan pz-pz menghasilkan 2 buah ikatan .16

Modul 5. Kimia OrganikPerbandingan energi ikatan dan panjang ikatankarbon-karbon dan karbonhidrogenpada metan, etana, etena, dan etuna terdapat pada Tabel 1.Tabel 1. Perbandingan energi ikatan dan panjang ikatan karbon-karbon dankarbon-hidrogen pada metan, etana, etena, dan etunaMolekul ikatan Energi ikatan (kcal/mol) Panjang ikatan(A o )Metana, CH4 Csp 3 -H1s 104 1,10Etana, CH3CH3 Csp 3 -Csp 3Csp 3 -H1s88981,541,10Etena, CH2=CH2 Csp 2 = Csp 2 1521,331031,076Etuna, HCΞCHCsp 2 -H1sCsp Ξ CspCsp – H1s200125Dari Tabel 1 tersebut menunjukkan bahwa :Elektronegativitas : Csp > Csp2 > Csp3Panjang ikatan : Csp < Csp2 < Csp3Kekuatan ikatan : Csp > Csp2 > Csp31,201,062. Klasifikasi Senyawa OrganikPenggolongan senyawa organik didasarkan pada jenis gugus fungsi yangdimiliki oleh suatu senyawa. Gugus fungsi akan menentukan kereaktifan kimiadalam molekul. Senyawa dengan gugus fungsi yang sama cenderung mengalamireaksi kimia yang sama. Beberapa gugus fungsi dan golongan senyawa organikdapat dilihat pada Tabel 2.17

Modul 5. Kimia OrganikTabel 2. Beberapa gugus fungsi dan golongan senyawa organikGugus fungsiGolongan senyawa organikC-C ikatan tunggalC=C ikatan rangkapC C ikatan ganda tigaR3-CH2-CR3 alkana (R = H/ alkil)R2C = CR2 alkenaRC CR alkuna-X ikatan halide (X= F, Cl, Br, I) R-X haloalkanaOH gugus hidroksilOR gugus alkoksil-C=O gugus karbonil-COH gugus aldehid-COOH gugus karboksilat-COOR’ gugus esterNH2 gugus aminoR-OH alkoholR-O-R’ eterR-CO-R’ ketonR-COH aldehidR-COOH asam karboksilatR-COOR’ esterRNH2 amina18

Modul 5. Kimia OrganikLatihan :1. Terangkan bagaimana terbentuknya etana (C2H6) berikut ini dari atom C(no. atom = 6) dan H (no. atom 1).2. Terangkan juga bagaimana terbentuknya metilamina (CH3NH2).3. Terangkan terbentuknya molekul BeCl2 dan bagaimana bentuk molekulnya?(No. atom Be = 4)19

Modul 5. Kimia OrganikKegiatan Belajar 2BAB IIIHIDROKARBON (ALKANA, ALKENA, DAN ALKUNA)A. Tujuan AntaraDalam kegiatan belajar ini Anda akan mempelajari gambaran umumtentang defenisi, struktur molekul, dan sifat-sifat senyawa hidrokarbon yangmeliputialkana, alkena, dan alkuna. Anda diharapkan dapat:1. Menjelaskan defenisi senyawa hidrokarbon2. Menjelaskan perbedaan senyawa alkana, alkena, dan alkuna3. Memberi nama alkana, alkena, dan alkuna sesuai aturan IUPAC4. Menjelaskan perbedaan sifat-sifat alkana, alkena, dan alkuna5. Menuliskan reaksi-reaksi yang spesifik dari alkana, alkena, dan alkuna6. Menjelaskan kegunaan alkana dalam kehidupan sehari-hariB. Uraian MateriSenyawa hidrokarbon merupakan senyawa yang disusun oleh atomhidrogen (H) dan karbon (C). Mempunyai rumus umum CnH2n+2, alkenamempunyai rumus umum CnH2n , sedangkan alkuna mempunyai rumus umumCnH2n-2. Tata nama berdasarkan IUPAC (International Union of Pure and AppliedChemistry ) di dasarkan atas urutan nama yang berasal dari bahasa Yunani,seperti berikut :NamametanaetanapropanabutanapentanahexanaStruktur termanpatkanCH4CH3CH3CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3CH3(CH2)4CH320

Modul 5. Kimia OrganikheptanaCH3(CH2)5CH3oktana CH 3 (CH 2 ) 6 CH 3nonana CH 3 (CH 2 ) 7 CH 3dekana CH 3 (CH 2 ) 8 CH 3undekana CH 3 (CH 2 ) 9 CH 3dodekana CH 3 (CH 2 ) 10 CH 3Hidrokarbon mempunyai strutur rantai lurus maupun bercabang, membentukisomer struktural, sebagai contoh beberapa isomer dari pentana (C5H12) dapatdigambarkan sebagai berikutGambar tersebut menunjukkan beberapa isomer pentana adalah sebagai berikut :CH 3CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 3 -CH 2 -CH-CH 3CH 3CH 3 -C-CH 3CH 3Tatanama alkanaUntuk memberi nama alkana digunakan aturan IUPAC sebagai berikut :1. Menggunakan awalan (met. .. et.. prop ... ..., dll) yang menunjukkan jumlahcarbons pada kerangka induk dari rantai molekul, dan dan akhiran anauntuk menunjukkan bahwa molekul merupakan alkana.21

Modul 5. Kimia Organik2. Kelompok yang melekat pada rantai induk disebut substituents dan diberinama menggunakan awalan untuk jumlah carbons dalam rantai substituendan akhiran il, misalnya, metil, etil, propil, dodekil, dan diberi nomor sesuinomor atom karbon rantai induk dimana substituen tersebut terikat.3. Pemberian nomor dimulai dari ujung rantai yang paling dekat denganletak substituenBerdasar aturan tersebut ,nama isomer pentana adalahCH 3CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 3 -CH 2 -CH-CH 3CH 3CH 3 -C-CH 3CH 3n- pentana 2-metilpentana 2,2-dimetilpropanaatau isopentanaBeberapa nama khusus dari substituenpropil-CH2CH2CH3isopropil-CHCH(CH3)2butil-CH2CH2CH3isobutil-CH2CHCH(CH3)2sec-butil-CH(CH3)CH2CH3tert-butil-C(CH3)3Dalam senyawa hidrokarbon dikenal adanya atom karbon primer, jikaatom karbon tersebut mengikat satu atom karbon yang lain, atom karbonsekunder, jika mengikat dua atom karbon yang lain, atom karbon tersier, jikamengikat tiga atom karbon yang lain, dan atom karbon quarterner jika mengikatempat atom karbon yang lain. Empat jenis atom karbon tersebut diberi simbol : 1 o ,2 o , 3 o dan 4 o .2 o 3 o 2 o 4 o1 o 1 o22

Modul 5. Kimia OrganikSikloalkanaBeberapa senyawa hidrokarbon di alam dapat membentuk cincin denganukuran jumlah ataom karbon 3-30, namun yang paling banyak dijumpai adalahcincin dengan jumlah atom karbon 5 dan 6. Senyawa tersebut dikenal dengannama sikloalkana, dan diberi nama sesuai dengan jumlah atom karbon, berturutturutuntuk cincin 3, 4, 5, 6, dan 7 adalah siklopropana, siklobutana, siklopentana,sikloheksana, dan sikloheptana, masing-masing dapat digambarkan sebagaiberikut :Tatanama senyawa sikloalkanaNama sistematik sikloalkana didasarkan pada nama alkana diawali namasiklo, jika ada substituent, nama substituent diberi nomor seperti penamaanalkana bercabang. Beberapa contoh senyawa sikloalkana antara lain :23

Modul 5. Kimia OrganikCH 3metilsiklopropana1,2-dimetilsiklopentanaCH 31,1-dimetilsikloheksana1-etil-4-metilsikloheksana4-etil-1,1-dimetilsikloheksana1-etil-1-metilsikloheptana1-siklopropil-1-metilsikoheksanaAlkena dan AlkunaAlkena dan alkuna merupakan senyawa hidrokarbon yang mengandungikatan rangkap dua dan tiga. Berdasar aturan IUPAC hidrokarbon yangmempunyai ikatan rangkap dua diberi nama alkena, sedangkan yang mempunyaiikatan rangkap tiga disebut alkuna.CH3CH3 CH2=CH2 HCΞCHEtana etena etunaBila rantai induknya mengandung empat karbon atau lebih, harus digunakansebuah nomor untuk menunjukkan posisi ikatan rangkap atau ganda tiga. Rantaiitu diberi nomor sedemikian sehingga ikatan rangkap dua atau tiga memperolehnomor serendah mungkin.CH 3CH2=CH-CH2-CH3CH 3 -CH-CH 2 -CH 2 -CH=CH 2H 3 CC C-CH 2 -CH 31-butena 5-metil-1-heksena 2-pentuna24

Modul 5. Kimia OrganikSifat-sifat hidrokarbonAlkana bersifat non polar, sehingga tidak larut dalam air, mempunyaiberat jenis yang lebih ringan dari air, sehingga terapung di atas air. Alkanamempunyai titik didih yang rendah dibandingkan dengan senyawa organik laindengan berat molekul yang sama. Hal ini disebabkan karena tarik menarik diantara molekul non polar yang lemah, sehingga proses pemisahan molekul darifase cair menjadi fase gas relatif memerlukan sedikit energi. Titik didih alkanameningkat seiring dengan bertambahnya jumlah atom karbon. Senyawa denganempat atom karbon atau lebih kecil berupa gas tak berwarna, sedangkan senyawadengan lima karbon dan deret homolog yang lebih tinggi merupakan cairan yangmudah menguap.Reaksi-reaksi alkanaIkatan pada alkana merupakan ikatan sigma, kovalen , dan non polar,sehingga alkana relatif tidak reaktif. Alkana relative tidak bereaksi dengan asam,basa, pengoksidasi dan pereduksi, sehingga dalam penggunaannya alkanabanyak digunakan sebagai pelarut, seperti heksana atau butana. Namun alkanadapat bereaksi dengan oksigen dan halogen.1. Oksidasi dan pembakaran alkanaPenggunaan alkana yang terpenting adalah sebagai bahan bakar, alkanaterbakar dalam keadaan oksigen yang berlebihan membentuk karbon dioksidadan air, dengan melepaskan sejumlah kalor (reaksi eksoterm).CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O + 212,8 kkal/ molC 4 H 10 + 13/2 O 24 CO 2 + 5 H 2 O + 688,0 kkal/ molReaksi pembakaran alkana tersebut diperlukan inisiasi, yaitu pengapian,sekali diawali, rekasi selanjutnya spontan dan eksoterm. Jika oksigen tidakmencukupi untuk kelangsungan reaksi sempurna, akan terbentuk karbonmonoksida atau karbon saja. Dampak pembakaran tak sempurna ialah25

Modul 5. Kimia Organikpenumpukan karbon pada piston mesin dan pelepasan karbon monoksida keudara yang akan menimbulkan pencemaran lingkungan.2 CH 4 + 3 O 2 2 CO + 4 H 2 OCH 4 + O 2 C + 2 H 2 O2. Halogenasi alkanaAlkana dapat bereaksi dengan gas klor jika terkena sinar atau suhu tinggi.Reaksinya merupakan reaksi eksoterm. Satu atau lebih atom hydrogen akandisubstitusi oleh atom klor. Raksi halogenasi terjadi dalam beberapa tahap,melalui mekanisme radikal bebas. Tahap-tahap dalam reaksi halogenasi adalah :Tahap awal atau inisiasiDalam tahap ini terjadi pemecahan molekul halogen menjadi dua atomhalogen dengan adanya sinar atau suhu tinggi. Ikatan halogen-halogen lebihlemah dibandingkan ikatan C-H atau C-C, sehingga bukan alkana, tetapihalogenlah yang menyerap panas, sehingga reaksi dimulai.Tahap perpanjangan rantai atau pembiakanRadikal halogen yang terbentuk selanjutnya bertumbukan dengan molekulalkana, dapat mengambil atom hidrogennya membentuk hidrogen halida danradikal alkil. Radikal alkil bersifat reaktif akan bertumbukan dengan molekulhalogen membentuk alkil halida. Radikal yang terbentuk dapat meneruskanrekasi ini sampai semua pereaksi habis.Tahap penghentianReaksi akan terhenti apabila dua radikal bergabung, pada tahap ini tidakterbentuk radikal baru, sehingga reaksi berantai berhenti.26

Modul 5. Kimia OrganikinisasiasiClClSinar/ kalor2ClPerpanjangan /pembiakan R H + Cl R + HClradikal alkilR + Cl Cl R Cl + Clalkil kloridaPenghentianCl 2 Cl Cl2 R R RR+ ClR ClReaksi-reaksi pada alkena1. Reaksi adisi pada alkena simetrisAdanya ikatan π (pi) pada alkena menyebabkan mudah mengalami reaksiadisi. Pada alkena simetris dengan pereaksi simetris seperti halogen atauhidrogen, hanya akan diperoleh satu hasil adisi. Pada reaksi adisi ikatan π padaalkena dipecah sedangkan ikatan σ tidak berubah. Sebaliknya ikatan σ padapereaksi terpecah, dan dua ikatan σ yang baru terbentuk. Reaksi adisi padaalkena dapat dilakukan dengan menambah klor atau brom. Biasanya halogendilarutkan dalam pelarut inert seperti karbon tetraklorida atau kloroform. Reaksiini akan berlangsung secara spontan pada suhu kamar. Adisi brom biasadigunakan untuk uji kualitatif ketidakjenuhan dalam senyawa organik. Larutanbrom dalam karbon tetraklorida berwarna coklat gelap, sedangkan senyawa takjenuh dan hasil reaksinya tidak berwarna, sehingga apabila larutan bromditambahkan kepada alkena warna brom akan menghilang. Reaksi yang terjadidapat dituliskan sebagai berikut:H HHH 3 C C C CH 3+ Br H2 H 3 C C C CH 32- butena 2,3-dibromobutanaBrBr27

Modul 5. Kimia OrganikAdisi alkena juga dapat dilakukan dengan gas hidrogen, namun dalamreaksi ini diperlukan katalis, reaksinya disebut hidrogenasi. Katalis yang biasadigunakan adalah logam nikel, platina, atau paladium. Logam-logam tersebutmenyerap gas hidrogen pada permukaan dan mengaktifkan ikatan hidrogenhidrogen.Kedua atom H biasanya beradisi pada sisi yang sama, misalnya 1,2-dimetilsiklopentana menghasilkan cis 1,2-dimetilsiklopentana. Hidrogenasidengan katalis pada alkena secara komersial digunakan untuk mengubah minyakmenjadi margarin.H 2PtH 3 CCH 3H 3 C CH 3H H1,2-dimetilsiklopentenacis-1,2-dimetilsiklopentana2. Reasi adisi pada alkena tidak simetrisReaksi adisi pada alkena tidak simetris akan mengikuti hukumMarkovnikov, yaitu adisi pereaksi tak simetris pada alkena tidak simetrisberlangsung pada arah yang melibatkan perantara ion karbonium yang palingstabil. Ion karbonium digolongkan menjadi tersier, sekunder, atau primer, urutankestabilan dari masing-masing ion karbonium adalah sebagai berikut:RHHRC> R C> R C> CH 3RRHTersier sekunder primer metilDengan demikian reaksi adisi 1-butena hanya akan menghasilkan 2-klorobutana,reaksi yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut:28

Modul 5. Kimia OrganikH 3 CH 2CHCCH+ HClH 3 CH 2CHC CH 3Cl2-klorobutana3. Reaksi adisi-1,4 pada alkenaReaksi adisi HBr pada 1,3-butadiena akan diperoleh dua senyawa, yaitu 3-bromo-1-butena (80%) dan 1-bromo-2-butena (20%), sebagai berikut:H 3 CHCHC CH 2H 2 CHCHCCH+ HBrBr3-bromo-1-butena(adisi-1,2) 80%H 3 CHCHC CH 21-bromo-2-butena(adisi-1,4) 20%BrReaksi adisi-1,4 terjadi karena terjadi resonansi setelah proton beradisi pada atomkarbon di ujung. Muatan positif disebar pada karbon 2 dan karbon 4, sehinggaion bromide dapat bereaksi pada karbon 2 dan 4. Reaksi yang terjadi dapatdijelaskan sebagai berikut :H 2 CHCHCCH+ HH 2 CHCHC CH 3H 2 CHCHC CH 3H 2 CHCHC CH 3Br -H 2 CHCHC CH 3+H 2 CHCHC CH 3BrBr3-bromo-1-butena (80%) 1-bromo-2-butena (20%)29

Modul 5. Kimia OrganikLatihan1. Tuliskan rumus struktur untuk :a. 2,4-dimetil-2-pentena b. 2-heksunac. 1,2-dibromosiklobutena d. 2-kloro-1,3-butadiena2. Berilah nama senyawa berikut menurut system IUPACa. CH3CH2CH=CHCH3 b. (CH3)2C=CHCH3c. CH2=CCl-CH=CH2 d. CH3CΞCCH2CH33. Tuliskan persamaan reaksi untuk :a. 2-butena + HIb. siklopentena + HBrc. 1-butena + HCld. 2-metil-2-butena + H2O (katalis H + )4. Jika propilena direaksikan dengan larutan brom dalam metanol (CH3OH),terdapat dua hasil dengan rumus struktur C3H6Br2 dan C4H9BrO. Bagaimanakahstrukturnya dan jelaskan persamaan reaksi pembentukan dua senyawa tersebut.30

Modul 5. Kimia OrganikKegiatan Belajar 3BAB IVALKOHOL DAN ETERA. Tujuan AntaraDalam kegiatan belajar ini Anda akan mempelajari gambaran umumtentang defenisi, tatanama, struktur molekul, dan sifat-sifat alkohol dan eter.Anda diharapkan dapat:1. Menjelaskan defenisi senyawa alkohol2. Memberi nama alkohol dan eter sesuai aturan IUPAC4. Menjelaskan perbedaan sifat-sifat alkohol dan eter5. Menuliskan reaksi-reaksi yang spesifik dari alkohol dan eter6. Menjelaskan kegunaan alkohol dan eter dalam kehidupan sehari-hariB. Uraian MateriAlkohol dan eter merupakan senyawa organik yang mengandung atomoksigen yang berikatan tunggal. Kedudukan atom oksigen dalam molekulalkohol dan eter mirip dengan kedudukan atom oksigen yang terikat padamolekul air.R = alkil/arilH-O-H R-OH R-O-R’Alkohol dan eter merupakan isomer fungsional, memiliki rumus struktur:CnH2n+2O CH3-CH2-OH CH3-O-CH3Etanoldimetil eter31

Modul 5. Kimia OrganikTatanama alkoholTatanama alohol berdasarkan aturan IUPAC adalah:1. Pemberian nama alkohol sesuai dengan nama alkana, dengan menggantiakhiran a dengan olCH 3 -CH 2 -CH 2 -CH-CH 3OH2-pentanol2. Pemberian nomor harus dimulai dari salah satu ujung rantai induk yang palingdekat dengan posisi gugus hidroksil.CH 3CH 3OHCH 3OHCH 3 -CH-CH - CH 2 -CH 3CH 3 -CH-CH-CH-CH 32-metil-3-pentanol3,4-dimetil-2-pentanol3. Alkohol siklik diberi nama dengan awalan siklo dengan posisi gugus hidroksilpada C-1CH 3HOCH 2 CH 3OH2-metilsikloheksanol1-etilsikopropanolTatanama EterNama IUPAC , digunakan OR = gugus alkoksi, penamaan eter denganmenyebutkan nama gugus alkoksiyang diikat, diikuti oleh nama rantai utamanya.Nama Trivial, nama eter didasarkan pada nama gugus alkil (aril) yang terikatpada oksigen sesuai dengan abjad, dan diakhiri dengan kata eter.32

Modul 5. Kimia OrganikCH 3 -O-CH 3Nama trivial : dimetil eterNama IUPAC : metoksi metanaCH 3 -O-CH 2 -CH 3Nama trivial : etil metil eterNama IUPAC : metoksi etanaCH 3 -CH-CH 2 -CH 2 -CH 3O-CH 2 -CH 3Nama trivial : etil pentil eterNama IUPAC : 2-etoksi pentanaSifat fisika alkohol dan eter1. Titik didih alkohol jauh lebih tinggi dari pada titik didih eter padasenyawa dengan jumlah atom karbon yang sama, misalnya etanol memilikititik didih 78 o C, sedangkan dimetil eter titik didihnya 30 o C. Hal inidiakibatkan oleh adanya ikatan hidrogen pada alkohol, sedangakan etertidak ada.2. Bau eter lebih menyengat / tajam dibanding alkohol3. Kelarutan alkohol dalam air lebih tinggi dibanding eter.Sifat-sifat kimia alkoholAlkohol bersifat lebih reaktif dibanding eter, alkohol dapat mengalami reaksireaksiseperti di bawah sedangkan eter tidak. Beberapa reaksi dari alkohol antaralain :1. Bereaksi dengan logam Na menghasilkan garam2 CH3OH + Na CH3ONa + H2 (g)33

Modul 5. Kimia Organik2. Bereaksi dengan asam karboksilat membentuk esterH + R-CCH 3 CH 2 OH + CH 3 -C O OHCH 3 -C O OCH 2 CH 3+ H 2 O3. Alkohol dapat bereaksi dengan HCl menghasilkan alkil halida(CH3)3-C-OH + HCl (CH3)3-C-Cl + H2O4. Alkohol dapat mengalami reaksi oksidasiReaksi ini dapat digunakan untuk membedakan alkohol primer, sekunder, dantersierR-CH 2 OH [O] O[O]HR-COOHR' -CH-OHR''[O]R' -C=OR''R'''R' -C-OHR''[O]Tidak terjadi reaksi oksidasi5. Reaksi eliminasi alkohol akan menghasilkan alkena(CH3)3-C-OH H2SO4 pekat (CH3)2-C=CH2 + H2Oalkohol tersier60 o C(CH3)2-CH-OH H2SO4 pekat CH3-CH=CH2 + H2Oalkohol sekunder100 o C34

Modul 5. Kimia OrganikCH3-CH2-OH H2SO4 pekat CH2=CH2 + H2Oalkohol primer180 o CData tersebut menunjukkan bahwa reaktifitas pembentukan alkena pada alkoholprimer < sekunder < tersier, hal ini disebabkan oleh kestabilan karbokation,dimana C 3 > C 2 > C 1 > C- metil.Beberapa alkohol yang bernilai komersialMetanolMetanol (metil alkohol) pada mulanya dibuat dari pembakaran kayu tanpaudara, sehingga disebut alkohol kayu (wood alcohol). Metanol dikenal sangat toxic,menyebabkan kebutaan, dan kematian. Metanol umumnya digunakan sebagaipelarut, bahan bakar, maupun bahan dasar sistesis senyawa organik yanglainnya.Saat ini metanol dibuat dari reaksi katalitik dari gas karbon monoksidadengan hidrogen. Dalam reaksi ini diperlukan suhu 300 -400 o C, tekanan 200-300atm, menggunakan katalis ZnO-Cr2O3.CO + 2 H2CH3OHEtanolEtanol pertama kali dikenal sebagai hasil fermentasi buah-buahan,sehingga etanol banyak digunakan sebagai bahan dasar pembuatan minuman.Etanol bersifat kurang toxik dibandingkan dengan metanol, tetapi jika digunakanberlebihan dapat mengakibatkan kerusakan saraf. Etanol banyak dibuat denganmengfermentasikan bahan-bahan yang mengandung glukosa dengan ragi, yangakan mengubah glukosa dalam keadaan an aerob membentuk etanol. Dalamproses fermentasi tersebut dapat dihasilkan 12-15 persen alkohol. Untukmeningkatkan konsentrasi alkohol selanjutnya dilakukan destilasi, sehinggadiperoleh alkohol dengan konsentrasi 40-50 persen.C6H12O62 C2H5OH + 2 CO235

Modul 5. Kimia OrganikCampuran etanol 95% dan 5 % air disebut azeotrop, yang memiliki titik didikyang lebih rendah dari etanol (78,15 o C), etanol murni mempunyai titik didih 78,3o C. Etanol absolut (100 %) dapat diperoleh dengan menambahkan kalsium oksida(CaO) pada campuran azeotrop.Secara komersial etanol dibuat di industri dari gas etilen dengan air padatekanan tinggi (100-300atm), suhu tinggi (300 o C), dan katalis P2O5.CH2=CH2 + H2OCH3CH2OH36

Modul 5. Kimia OrganikLatihan1. Tuliskan rumus struktur untuk :a. 2-pentanol b. 1-feniletanolc. siklopentil pentanol d. 3-penten-2-ole. 3-metil-heksanol f. 3-metoksiheksanag. p-bromofenil etil eter h. t-butil metil eteri. etilen glikol dimetil eter j. etiloksirana2. Berilah nama senyawa berikut menurut system IUPACa. ClCH2CH2OH b. CH2=CH-CH2OHc. (CH3)2CHOCH(CH3)2 d. (CH3)2CHCH2OCH3e. CH3OCH2CH2OH f. CH3CH(OCH2CH3)CH2CH2CH33. Tuliskan persamaan reaksi dari :a. 2-metil-2-butanol + HClb. siklopentanol + PBr3c. 1-butanol + H2SO4 pekat, dingind. 1-pentanol + larutan NaOHe. 2-pentanol + CrO3, H +4. Reaksi 3-buten-2-ol dengan asam hidroklorida pekat memberikan campurandua hasil, 3-kloro-1-butena dengan 1-kloro-2-butena. Tuliskan mekanismereaksi yang mengakibatkan terbentuknya kedua hasil tersebut.37

Modul 5. Kimia OrganikKegiatan Belajar 4BAB VALDEHID DAN KETONA. Tujuan AntaraDalam kegiatan belajar ini Anda akan mempelajari gambaran umumtentang defenisi, struktur molekul, tatanama dan sifat-sifat senyawa aldehid danketon. Anda diharapkan dapat:1. Menjelaskan defenisi senyawa aldehid dan keton2. Menjelaskan perbedaan senyawa aldehid dan keton3. Memberi nama aldehid dan keton sesuai aturan IUPAC4. Menjelaskan perbedaan sifat-sifat aldehid dan keton5. Menuliskan reaksi-reaksi yang spesifik dari aldehid dan ketonB. Uraian MateriSenyawa aldehid dan keton merupakan senyawa yang mengandung guguskarbonil, senyawa ini banyak dijumpai di alam. Beberapa kelompok aldehidantara lain :H-CHOR-CHOAr-CHOFormaldehida aldehid alifatik aldehid aromatik38

Modul 5. Kimia OrganikBeberapa kelompok ketonR-CR'OR-CArOAr-CBrOH 2C(CH 2 ) nCH 2Keton alifatik alkil aril keton keton aromatik halida keton siklikC=OBeberapa senyawa aldehid dan keton di alamCOHCOHCH=CH-COHOCH 3Benzaldehid sinamaldehid vanillin(minyak badam) (kayu manis) (biji vanili)OHOOCH 3OCH 3CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH 3OCH 2 -CH=C-CH 2 -C 15 H 31CH 3Karvon vitamin K Jasmon(minyak permen)(dari minyak bunga melati)Tatanama aldehid dan ketonIUPAC diturunkan dari alkana diganti akhiran nal (aldehid) atau on (keton),kadang-kadang digunakan juga nama trivial (perdagangan).OH-C-HOCH 3 -C-HOCH 3 -CH 2 -C-HIUPAC Metanal etanal propanalTrivial : formaldehida asetaldehida propionaldehid39

Modul 5. Kimia OrganikOOCH 3 -C-CH 3OCH 3 -C-CH 2 -CH 3IUPAC : propanon 2-butanon sikloheksanonTrivial : asetonetil metil ketonCOOCH 3C-IUPAC : metil fenil ketonTrivial : asetofenondifenil ketonbenzofenonBeberapa sifat fisika senyawa karbonil• Metanal berupa gas, senyawa aldehid dan keton dengan jumlah atom Crendah berupa cair.• Benzaldehid berupa cairan tak berwarna dengan rasa seperti buah almond.• Etanal dan propanone larut dalam air dengan membentuk ikatan hidrogendengan air, sedangkan benzaldehid tdk larut dalam air.Reaksi pembuatan senyawa karbonil1. OzonolisisOOCCO 3ice-coldchloroformCCOH 2O / H +Zn dustC O O C40

Modul 5. Kimia Organik2. Oksidasi alkoholRHCOHMnO-4/ H+RCOAlkohol primer akan menghasilkan aldehid, alkohol sekunder akanmenghasilkan keton3. Asilasi benzena+RClCORCO+ HCl4. Hidrasi alkenaC C + H 2O dil. H 2 SO 4HgSO 4C CHHOHOTautomerisation TautomerisasiCCHAkan terbentuk senyawa keton5. Reaksi dekarboksilasi(RCOO) 2Ca O CRR+ CaCO 36. Dari acil klorida (metode yang baik untuk pembuatan aldehid)RClCOR+ H 2Pd / BaSO 4C OH+ HCl41

Modul 5. Kimia OrganikBeberapa sifat kimia senyawa karbonil1. Reduksi ( menghasilkan alkohol)OHOCR.A.CHR.A.: 1. H2 / Pt, Ni atau Pd(dapat juga utk reduksi C=C dan CC)2. Na/ Hg dalam etanol(dapat juga utk reduksi RX)3. LiAlH4, NaBH4(LiAlH4, dapat juga utk reduksi asam & turunannya)2. Reduksi (menghasilkan alkana)Clemmensen Reduction / Wolff-Kishner ReductionO C CHHa. Clemmensen reduction: Zn / Hg in conc.HClb. Wolff-Kishner reduction: NH2NH2 in NaOH3. OksidasiReaksi spesifik untuk aldehid, untuk membedakan dengan keton(These are very important tests)a. Dengan Reagen Fehling+ +RCHO + Cu(OH) 2+ NaOH RCOONa Cu 2O OH 2Terbentuk endapan merah bata42

Modul 5. Kimia Organikb. Reagent Tollen’sRCHO + Ag 2O + NH 3RCOONH 4+ Ag + H 2OAg(NH 3) 2OH(Tollen's reagent)Reagent Tollen’s dibuat dari larutan perak nitrat dan amonia. Disebut jugareaksi pembentuk cermin perak.a. Oksidasi dengan KMnO4 menghasilkan asam karboksilatRHCOMnO-4/ H+ ,(or Cr 2O2- +7/ H , )RHOCOb. Oksidasi keton membentuk asam karboksilatOCH 3C CH 2CH 3excess O.A.reflux for long timedireflukRC OHO(bond breaking)Reaksi oksidasi ini bukan cara yang baik, oleh karena ikatan yang putus tidakdapat terkontrol.4. Reaksi pembentukan IodoformOC H 3CI 2, NaOHI 3COCI 2, NaOHCHI 3+yellow ppt.End.kuningOC-O Na+Cocok digunakan untuk membuktikan adanya Gugus :OOHC H 3C, H 3CCH43

Modul 5. Kimia Organik4. Reaksi adisi nukleofilikNuCONuCOH + OH 2Nu COHReaktivitas reaksi adisi nukleofilikHHCORHCORRCOArHCOArArCOFaktor yang mempengaruhi:1. Faktor elektronik akibat pengaruh induksi positif dari gugus alkilmenyebabkan karbon karbonil kurang elektro positif.2. Faktor elektronik akibat adanya resonansiContoh : benzaldehid kurang reaktif akibat adanya resonansiCHONuNuCHO+CHO3. Faktor sterikPada reaksi adisi nukleofil karbon karbonil mengalami perubahanhibridisasi dari sp 2 menjadi sp 3 sehingga meningkatkan halangan sterik disekitarkarbon karbonil. Jika gugus R semakin meruah bentuk intermedietnya jugamenjadi semakin kurang stabil.44

Modul 5. Kimia Organika. Reaksi adisi nukleofilik dengan HCN (or KCN / H + )HCN +CONC C OH H 2 O / H+ HOOC COHcyanohydrinsianohidrinMekanisme:CNCONCCOH + OH 2NC COHCO+ H + CN C+OHNCCOHSianohidrin merupakan zat antara sintetik yang berguna, gugus CN dapatdihidrolisis menjadi gugus karboksil atau esterContoh :CH 3 COCH 3HCNCN -OHCH 3 -C-CNCH 3CH 3 OHH 2 SO 4CH 2 CCH 3COCH 3OMetil metakrilatOCH 3 CHNaCNNH 4 ClOHCH 3 -C-CNHNH 3CH 3 CHCNNH 2HClH 2 OCH 3 CHCOHNH 2OAlanin (60%)b. Reaksi adisi nukleofilik dengan NaHSO3OOHC + NaHSO 3CSO 3Na45

Modul 5. Kimia OrganikDalam keadaan dingin senyawa bisulfit yang terbentuk dapat mengkristal.Reaksi ini digunakan untuk pemisahan dan identifikasi senyawa karbonil.Senyawa karbonil dapat terbentuk kembali dengan penambahan alkali.OOHC + NaHSO 3CSO 3NaNaOHOCc. Adisi nukleofilik dengan ROH (Pembentukan Ketal / Acetal)R'OCHROHdry HClOHR'CHORhemiasetalhemiacetalROHdry HClORR'CHORacetalasetalR'OCR''ROHdry HClOHR'CORR''hemiketalROHdry HClR'ORCORketalR''Senyawa karbonil dapat terbentuk kembali jika ditambahkan H + / air. Acetal danketal biasa digunakan sebagai cara proteksi gugus fungsi dalam sintesis.O COOC 2H 5 OH Odry HClOH OHC C(not possible)Tdk mungkinOH 2COO+ C 2H 5OHOOCOOC 2H 5OHOOCOO+ C 2H 5OH46

Modul 5. Kimia Organik5. Reaksi kondensasiOC + :NH 2GN GC+ H 2OMekanismenya sebagai berikut:OC :NH 2GN GC + H 2O-OC+HNHGHOHCNproton shiftGPergeseranprotona. Reaksi kondensasi dengan hidroksilaminOC :NH 2OHN OHC+ H 2OoximeAldehid akan membentuk aldoxim, keton akan menghasilkan ketoxim, yangberupa padatan putih. Reaksi ini dapat digunakan untuk identifikasi adanyasenyawa karbonil.b. Reaksi kondensasi dengan hidrazinON NH 2C :NH 2NH 2 C + H 2Ohydrazinehidrazinhydrazonehidrazond. Reaksi kondensasi dengan 2,4-dinitropenilhidrazin (identifikasi gugus karbonilyang banyak dilakukan)OHC :NH 2NNO 2HN NCO 2NNO 2+ H 2ONO 2orange ppt.endapan oranye47

Modul 5. Kimia Organik6. Dengan PCl5H OC CH Cl+ PCl 5C C+ POCl 3HHCClalcoholic KOHrefluxKOH alkoholik, direflukC7. Aldol kondensasiHHCHOCHHHCHOCHKOHpekatconc. KOHC H 3HCOHHCHOCHwarming dipanaskanHHOH 2O +C H 3CCCHMekanismenya :OOOCHCHCCHCOCHhidrogen HOCCHHOHOCCOHCCHOH 2CCOCCHDalam reaksi aldol kondensasi, senyawa karbonil harus mempunyai hidrogen yang bersifat lebih asam dan karbanion yang terbentuk distabilkan olehresonansi.OOCCHCCH48

Modul 5. Kimia OrganikHHCHHCHHCHOCHKOHpekatconc. KOHHHCHHCHHHCCOCHCHHCHCHOHHHHHHHOwarmingdipanaskanHCHCHCHCHCCCH 2CH 3HContoh reaksi kondensasi aldol silangCOH+ CH 3CHOconc.NaOHNaOHpktOHCHCH 2CHO8. Reaksi CannizaroOCOH conc. NaOH NaOH pktCH OH C 2+ONaDalam reaksi tersebut terjadi peristiwa reaksi dismutase atau disproportionasi,dimana benzaldehid (yang tidak memilik H-) mengalami reaksi oksidasisekaligus reduksi.49

Modul 5. Kimia OrganikLatihan1. Tuliskan struktur senyawa berikut :a. pentanalb. 2-pentanonc. p-bromobenzaldehidad. t-butilmetilketone. 2-oktanonf. benzilfenilketong. 3-metilsikloheksanon2. Tuliskan nama sesuai aturan IUPACa. (CH3)2CHCH2CH=Ob. CH3CH=CH-CH=Oc. (CH3)2CHCH2COCH3d. CH2BrCOCH33. Tuliskan persamaan reaksi berikut :a. sikloheksanon + NaCΞCHb. siklopentanon + HCNc. 2-butanon + NH2OH/ H +d. p-tolualdehid + benzilamine. propanal + fenilhidrazin50

Modul 5. Kimia OrganikKegiatan Belajar 6BAB VIIASAM KARBOKSILAT DAN ESTERA. Tujuan AntaraDalam kegiatan belajar ini Anda akan mempelajari gambaran umumtentang defenisi, struktur molekul, tatanama dan sifat-sifat senyawa asamkarboksilat dan ester. Anda diharapkan dapat:1. Menjelaskan defenisi senyawa asam karboksilat dan ester2. Menjelaskan perbedaan senyawa asam karboksilat dan ester3. Memberi nama asam karboksilat dan ester sesuai aturan IUPAC4. Menjelaskan perbedaan sifat-sifat asam karboksilat dan ester5. Menuliskan reaksi-reaksi yang spesifik dari asam karboksilat dan ester6. Menjelaskan kegunaan asam karboksilat dan ester dalam kehidupansehari-hariB. Uraian MateriAsam karboksilat memiliki rumus umumR-COOHAr-COOHR = alkilAr = aril51

Modul 5. Kimia OrganikTatanamaAsam karboksilat diberi nama sesuai nama alkana induknya dengan akhiranoat dan ditambah kata asam di depan. Cara pemberian nama sesuai IUPACadalah sebagai berikut:1. Tentukan rantai karbon terpanjang yang mengikat gugus karboksilat danturunkan nama alkananya dengan mengganti akhiran a menjadi oatditambah awalan asam2. Rantai karbon diberi nomor dimulai dari atom karbon yang paling dekatmengikat gugus karboksilat3. Jika ada substituen, tentukan posisi, tuliskan namanya dan diurutkansesuai alfabet4. Asam karboksilat yang membentuk cincin diberi nama dengan awalansiklo diikuti dengan jenis cincinnyaBeberapa contoh asam karboksilat antara lain :Asam 2-etilpentanoatAsam 3-bromo-2-etilbutanoatAsam 2-sikloheksenakarboksilatAsam 5-bromo-2-metilbenzoatSifat keasaman dari asam karboksilatAsam karboksilat termasuk asam organik, yang bersifat asam lemah. Asampada larutan memiliki kesetimbangan sebagai berikut:AH + H2O A - + H3O52

Modul 5. Kimia OrganikSebuah atom hidroksinium dibentuk bersama-sama dengan anion (ion negatif)dari asam. Persamaan ini kadang-kadang disederhanakan dengan menghilangkanair untuk menekankan ionisasi dari asam.AH (aq)A - (aq) + H + (aq)Asam organik merupakan asam lemah karena ionisasi sangat tidak lengkap. Padasuatu waktu sebagian besar dari asam berada di larutan sebagai molekul yangtidak terionisasi. Sebagai contoh pada kasus asam asetat, larutan mengandung99% molekul asam asetat dan hanya 1 persen yang benar benar terionisasi. Posisidari kesetimbangan menjadi bergeser ke arah kiri.Kekuatan asam lemah diukur dengan skala pKa. Semakin kecil semakinkuat tingkat keasamannya. Dibawah ini merupakan 3 buah senyawa dan nilai pKamereka.Asam etanoatfenoletanol 16Asam asetat (asam etanoat)Asam asetat memiliki struktur:H 3 CCOOH53

Modul 5. Kimia OrganikHidrogen yang mengakibatkan sifat asam adalah hidrogen yang terikat denganoksigen. Pada saat asam asetat terionisasi terbentuklah ion asetat, CH3COO - .Kalau dilihat dari strukturnya menunjukkan adanya dua jenis ikatan tunggal danrangkap pada ikatan antara karbon dan oksigen, namun dari pengukuranpanjang ikatan menunjukkan bahwa ikatan karbon dengan kedua oksigenmemiliki panjang yang sama. Dengan panjang berkisar antara panjang ikatantunggal dan ikatan rangkap.Pada ion etanoat, salah satu dari elektron bebas dari oksigen yang negatifberada pada keadaan hampir paralel dengan orbtal p, dan mengakibatkan overlapantara atom oksigen dan atom karbon, sehingga terjadi delokalisasi sistem pi darikeseluruhan -COO - namun tak seperti yang terjadi pada benzena.Karena hidrogen lebih elektronegatif dari karbon, delokalisasi sistem terjadisehingga elektron lebih lama berada pada daerah atom oksigen. Muatan negatifdari keseluruhan molekul adalah tersebar di antara keseluruhan molekul -COO -,namun dengan kemungkinan terbesar menemukannya pada daerah antarakedua atom oksigen. Ion etanoat dapat digambarkan secara sederhana sebagai:Garis putus-putus mewakili delokalisasi. Muatan negatif ditulis ditengah untukmenggambarkan bahwa muatan tersebut tidak terlokalisasi pada salah satu atomoksigen. Kenyataan menunjukkan bahwa asam karboksilik memiliki berbagaivariasi keasaman, seperti berikut:54

Modul 5. Kimia OrganikpKaHCOOH 3.75CH3COOH 4.76CH3CH2COOH 4.87CH3CH2CH2COOH 4.82Perlu diingat bahwa semakin tinggi pKa, semakin lemah sebuah asam. Mengapaasam asetat lebih lemah dari asam metanoat? Semuanya tergantung padastabilitas dari anion yang terbentuk. Kemungkinan untuk mendislokalisasikanmuatan negatif. Semakin terdislokalisasi, semakin stabil ion tersebut dan semakinkuat sebuah asam. Struktur ion metanoat adalah sebagai berikut:Satu-satunya perbedaan antara ion metanoat dan ion etanoat adalah kehadiranCH3 pada etanoat. Alkil mempunyai kecenderungan mendorong elektronmenjauh sehingga betambahnya muatan negatif pada -COO - . Penambahanmuatan membuat ion lebih tidak stabil karena membuatnya lebih mudah terikatdengan hidrogen. Sehingga asam etanoat lebih lemah daripada asam metanoat.Alkil yang lain juga memiliki efek "mendorong elektron" sama seperti pada metilsehingga kekuatan asam propanoat dan asam butanoat mirip dengan asametanoat. Asam dapat diperkuat dengan menarik muatan dari -COO - . Sebagaicontoh dengan menambahkan atom elektronegatif seperti klorida pada rantai,menunjukkan semakin banyak jumlah klorin semakin asam molekul tersebut. Halini dapat kita lihat harga pKa dari beberapa jenis asam karboksilat sebagaiberikut:55

Modul 5. Kimia OrganikpKaCH3COOH 4.76CH2ClCOOH 2.86CHCl2COOH 1.29CCl3COOH 0.65Mengikatkan halogen yang berbeda juga membuat perbedaan. Florin merupakanatom paling elektronegatif sehingga semakin tinggi tingkat keasaman.pKaCH2FCOOH 2.66CH2ClCOOH 2.86CH2BrCOOH 2.90CH2ICOOH 3.17Dan yang terakhir perhatikan juga efek yang terjadi dengan semakin menjauhnyahalogen dari -COO - .pKaCH3CH2CH2COOH 4.82CH3CH2CHClCOOH 2.84CH3CHClCH2COOH 4.06CH2ClCH2CH2COOH 4.52Atom klorin efektif saat berdekatan dengan -COO - dan efeknya berkurangdengan semakin jauhnya atom klorin.56

Modul 5. Kimia OrganikBeberapa reaksi yang menghasilkan asam karboksilatOksidasi dari beberapa senyawa aromatik yang mengandung substituentalkali menggunakan kalium permanganat dalam suasana netral akanmenghasilkan asam karboksilat.Reaksi oksidasi senyawa aromatik tersubstitusi alkil dengan ion permanganatnetral tersebut dapat terjadi jika terdapat atom hidrogen benzilik yang mengikatgugus karboksilat. Reaksi pembentukan asam karboksilat dapat juga terjadi padaalkohol primer dengan pereaksi CrO3/H2SO4 or sodium dikromat.Ion MnO4 - dalam asam dapat mengoksidasi alkena yang mengikat satu alkil atauaril membentuk asam karboksilat.57

Modul 5. Kimia OrganikAldehid mudah teroksidasi oleh oksidator lemah membentuk asam karboksilat,sedangkan keton tak mengalami oksidasi dengan reagent Ag2O dalam amonia.Keton dapat dioksidasi oleh ion MnO4 membentuk asam karboksilat.Terbentuk endapan hitampada dinding tabungAsam heksandioatBeberapa sifat kimia asam karboksilat1. Asam karboksilat dapat direduksi oleh LiAlH4 membentuk alkohol primer.58

Modul 5. Kimia Organik2. Asam karboksilat dapat mengalami reaksi dekarboksilasi pada pemanasandengan HgO dan Br2 membentuk alkil bromide (reaksi Hunsdiecker).3. Asam karboksilat dapat membentuk alkil halide dengan penambahanreagen seperti SOCl2, phosgene, or PBr3.4. Asam karboksilat dapat bereaksi dengan alkohol membentuk ester, denganadanya katalis asam (Fischerdiazometane.esterification), alkilasi, maupun dengan59

Modul 5. Kimia OrganikEsterEster merupakan salah satu turunan asam karboksilat. Suatu ester serupadengan asam karboksilat, hanya saja hidrogen asamnya telah digantikan olehsebuah gugus alkil. Tatanama ester hampir sama dengan tata nama asamkarboksilat, tetapi nama asam diganti dengan nama alkil.CH 3 -COOHCH 3 -COOCH 3Asam etanoatmetil etanoatDalam kehidupan sehari-hari ester banyak dimanfaatkan sebagai essenceatau pemberi aroma buah-buahan pada makanan atau minuman. Beberapa jenisester memberikan bau atau aroma yang khas, seperti amil asetat bearoma pisang,isopentil asetat beraroma buah pir, oktil asetat beraroma jeruk manis, metilbutirat beraroma apel, dan etil butirat beraroma nanas.OH 3 C CC 5 H 11amil asetatH 3 COCO CH 2 CH 2 CHisopentil asetatCH 3CH 3OH 3 C CC 9 H 19oktil asetatCOCH 3C 3 H 7COC 3 H 7metil butiratC 2 H 5etil butirat60

Modul 5. Kimia OrganikReaksi esterifikasi dan penyabunanReaksi esterifikasi terjadi antara asam karboksilat dan alkohol, dengankatalis asam sulfat pekat. Reaksi esterifikasi merupakan reaksi yang reversible.Sebagai contoh reaksi esterifikasi antara asam asetat dan amil alkohol dengankatalis asam sulfat pekat terjadi sebagai berikut :OH 3 C COHasam asetat+ C 5 H 11 OHamil alkoholH 2 SO 4OH 3 C CC 5 H 11amil asetat+ H 2 OLaju esterifikasi suatu asam karboksilat tergantung pada halangan sterik padaalkohol dan asam karboksilatnya. Kuat asam dari asam karboksilat hanyamempunyai pengaruh yang kecil dalam laju pembentukan ester. Urutankereaktifan alkohol terhadap esterifikasi adalah alkohol tersier < alkoholsekunder < alkohol primer < metanol. Sedangkan urutan kereaktifan asamkarboksilat terhadap esterifikasi adalah R3CCOOH < R2CHCOOH < RCH2COOH< CH3COOH < HCOOHMekanisme reaksi esterifikasi dimulai dari protonasi karbon karbonil dariasam karboksilat, diikuti oleh penyerangan gugus hidroksil dari alkohol. Dalamreaksi esterifikasi ikatan yang terputus adalah ikatan C-O dari asam karboksilat,bukan ikatan O-H dari asam atau ikatan C-O dari alkohol. Tahap-tahapmekanisme reaksi esterifikasi dapat digambarkan sebagai berikut:H 3 COCOHH +H 3 COHCOHR-OHH 3 CROHCOOHHOH-H + H 3 C C OH 2-H 2 OH 3 COHCH 3 COHCROROROO-H + H 3 C C OR61

Modul 5. Kimia OrganikReaksi esterifikasi bersifat reversibel, sehingga untuk memperolehrendemen tinggi kesetimbangan harus di geser ke arah ester atau produk. Salahsatu teknik untuk mencapai ini adalah dengan menggunakan salah satu pereaksisecara berlebihan. Reaksi kebalikan dari esterifikasi disebut penyabunan, karenabiasanya digunakan untuk hidrolisis lemak menghasilkan sabun. Dalam reaksipenyabunan biasanya dikatalisis oleh basa. Reaksi penyabunan tidak bersifatreversibel, karena pada tahap akhir ion alkoksida yang merupakan basa kuatmelepaskan proton dari asam dan membentuk ion karboksilat dan alkohol.Mekanisme reaksi penyabunan adalah sebagai berikut :OOOHO + H 3 C C OR H 3 C CORH 3 CCOH + OROHOH 3 C C O _ + ROH62

Modul 5. Kimia OrganikLatihan1. Tuliskan rumus struktur dari senyawa berikut:a. asam 3-metilpentanoatb. asam siklobutanakarboksilatc. asam fenilasetatd. asam 2-klorobutanoate. metil etanoatf. etil butanoat2. Berilah nama senyawa berikut sesuai aturan IUPAC:a. CH2=CHCOOHb. CH3COOCH3c. CH3CF2COOHd.dCOOHeOCOOH3. Tuliskan reaksi dari:a. hidrolisis asetil kloridab. reaksi benzoil klorida dengan metanolc. esterifikasi 1-pentanol dengan anhidrida asetatd. esterifikasi asam valerat dengan etanol63

Modul 5. Kimia OrganikKegiatan Belajar 7BAB VIIIBENZENA DAN TURUNANNYAA. Tujuan AntaraDalam kegiatan belajar ini Anda akan mempelajari gambaran umumtentang defenisi, struktur molekul, dan sifat-sifat senyawa benzena danturunannya. Anda diharapkan dapat:1. Menjelaskan defenisi senyawa aromatik2. Menjelaskan sifat-sifat senyawa aromatik3. Menjelaskan perbedaan sifat-sifat alkana, alkena, dan alkuna4. Menuliskan salah satu contoh reaksi pembentukan turunan benzena5. Menjelaskan kegunaan senyawa benzena dan turunannya dalamkehidupan sehari-hariB. Uraian MateriStruktur benzenaNama “benzena” berasal dari kata benzoin, yang menurut sejarahnyaberasal dari kata “luban jawi” sebutan untuk kemenyan Sumatera (Styraxsumatrana L) menjadi “benjui” atau “benjoin”. Pada abad ke-17 para ilmuanberhasil mengisolasi suatu asam dari kemenyan tersebut, yang diberinama acidium benzoicum (asam benzoat). Selanjutnya, pada tahun 1834, EilhartMitscherlich dari Jerman mengeluarkan atom-atom oksigen dari molekul asambenzoat sehingga ia memperoleh senyawa baru berwujud cair yang hanyamengandung atom-atom C dan H. Mitscherlich menamai senyawa itu benzol.Senyawa “benzol” itu sama dengan senyawa yang disintesis oleh MichaelFaraday dari Inggris pada tahun 1825. Faraday membuat senyawa tersebut darigas asetilena yang saat itu dipakai untuk lampu penerangan. Setelah diketahui64

Modul 5. Kimia Organikbahwa senyawa tersebut memiliki rumus molekul C6H6 dan mengandung ikatantak jenuh, maka sejak tahun 1845 nama benzol diubah menjadi benzena, sebabakhiran –ena lebih tepat untuk senyawa-senyawa tak jenuh, sedangkan akhiran –ol hanya lazim untuk alkohol-alkohol.Perbandingan karbon-hidrogen dalam rumus molekulnya, C6H6,menunjukkan bahwa senyawa tersebut memiliki ikatan tak jenuh, dibandingkandengan heksana C6H14, sehingga diusulkan beberapa rumus struktur benzenaseperti:Namun demikian, struktur senyawa benzene yang diusulkan tersebuttidak sesuai dengan kenyataan, oleh karena benzene tidak dapat mengalamireasksi sebagaimana senyawa tak jenuh, misalnya tidak menghilangkan warnabrom seperti pada alkena dan alkuna, atau tidak teroksidasi dengan kaliumpermanganate, maupun reaksi-reaksi adisi lainnya.Benzena justru dapatmengalami reaksi substitusi jika direaksikan dengan brom dan katalis feribromide, menghasilkan bromobenzena. Jika bromobenzena direaksikan denganbrom yang setara untuk kedua kalinya dengan katalis feri bromida diperoleh tigasenyawa isomer dibromobenzena.C 6 H 6 + Br 2FeBr 3C 6 H 5 Br + HBrbenzenabromobenzenaFeBr 3C 6 H 5 Br+Br 2C 6 H 4 Br 2 + HBrbenzenadibromobenzena(tiga isomer)65

Modul 5. Kimia OrganikPada tahun 1865, Friedich August Kekule dari Jerman berhasilmenerangkan struktur benzena. Keenam atom karbon pada benzena tersebutmelingkar berupa segi enam beraturan dengan sudut ikatan 120 derajat.HHHHHHHHHHHHModel Kekule untuk struktur benzene tidak sepenuhnya benar, rumusKekule menggambarkan dua struktur penyumbang yang identik pada strukturhibrida resonansi pada benzene, sehingga kadang digambarkan dalam bentukheksagon dengan lingkaran ditengahnya, yang menggambarkan adanyadelokalisasi elektron π.Struktur Kekule merupakan struktur benzena yang dapat diterima, namunternyata terdapat beberapa kelemahan dalam struktur tersebut. Kelemahan itudiantaranya:1. Pada struktur Kekule, benzena digambarkan memiliki 3 ikatan rangkapyang seharusnya mudah mengalami adisi seperti etena, heksena dansenyawa dengan ikatan karbon rangkap dua lainnya. Tetapi padakenyataanya benzena sukar diadisi dan lebih mudah disubstitusi.2. Bentuk benzene adalah molekul planar (semua atom berada pada satubidang datar), dan hal itu sesuai dengan struktur Kekule. Yang menjadimasalah adalah ikatan tunggal dan rangkap dari karbon memiliki panjangyang berbeda. Panjang ikatan C-C : 0,154 nm, sedangkan C=C = 0,134 nm,sehingga bentuk heksagon akan menjadi tidak beraturan jikamenggunakan struktur Kekule, dengan sisi yang panjang dan pendek66

Modul 5. Kimia Organiksecara bergantian. Pada benzene yang sebenarnya semua ikatan memilikipanjang yang sama yaitu diantara panjang C-C dan C=C disekitar 0.139nm. Benzen yang sebenarnya berbentuk segienam sama sisi.3. Benzena yang sebenarnya lebih stabil dari benzena dengan struktur yangdiperkirakan Kekule. Kestabilan ini dapat dijelaskan berdasarkanperubahan entalpi pada hidrogenasi.Hidrogenasi adalah reaksi adisi hidrogen pada ikatan rangkap. Untukmendapatkan perbandingan yang baik dengan benzene, maka benzena akandibandingkan dengan sikloheksen C6H10. Sikloheksen adalah senyawa siklikheksena yang mengadung satu ikatan rangkap 2.Saat hirogen ditambahkan pada siklohesena mana akan terbentuk sikloheksana,C6H12. Bagian "CH" menjadi CH2 dan ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal.Persamaan hidrogenasi dari siklohesen dapat ditulis sebagai berikut:Perubahan entalpi pada reaksi ini -120 kJ/mol. Dengan kata lain setiap 1 molsikloheksen bereaksi, energi sebesar 120 kJ dilepaskan.Jika cincin memiliki dua ikatan rangkap (1,3-sikloheksadiena), dua kalilipat ikatan yang harus diputuskan dan dibentuk. Dengan kata lain Perubahanentalpi pada hidrogenasi 1,3-sikloheksadiena akan menjadi 2 kali lipat dariperubahan entalpi pada sikloheksen yaitu, -240 kJ/mol.67

Modul 5. Kimia OrganikNamun perubahan entalpi ternyata sebesar -232 kJ/mol yang jauh berbeda dariyang diprediksikan.Bila hal yang sama diterapkan pada struktur Kekule dari benzen (yangjuga disebut 1,3,5-sikloheksatriena), perubahan entalpi dapat diprediksi sebesar -360 kJ/mol, karena 3 kali lipat ikatan pada kasus sikloheksen yang diputuskandan dibentuk.Namun ternyata hasil yang benar adalah sekitar -208 kJ/mol, sangat jauh dariprediksi. Benzena yang sebenarnya memiliki struktur yang lebih stabil dariprediksi yang dibentuk oleh struktur Kekule, sehingga perubahan entalpihidrogenasinya lebih rendah dibanding dari perubahan entalpi dari hidrogenasistruktur kekule. Benzena yang sebenarnya lebih stabil sekitar 150 kJ/ moldibandingkan dengan perkiraan perubahan entalpi dari struktur benzena yangdiperkirakan Kekule. Peningkatan stabilisasi ini disebut juga sebagai delokalisasienergi atau resonansi energi dari benzena.Sifat kearomatikan benzenaBenzena dengan rumus molekul C6H6 merupakan salah satu senyawasiklik yang bersifat aromatik, oleh karena keenam atom karbon terhibridisasi sp 2dan membentuk cincin planar, dan setiap atom karbon juga mempunyai orbital ptak terhibridisasi tegak lurus terhadap bidang ikatan sigma dan cincin. Jumlahelektron pi juga sesuai dengan aturan Huckel (terdapat (4n+2) elektron pi dalamsistem cincin). Masing-masing dari keenam orbital p ini dapat menyumbangkansatu elektron untuk ikatan pi seperti pada gambar berikut.68

Modul 5. Kimia OrganikTata nama senyawa turunan benzeneTatanama senyawa turunan benzena dan juga senyawa aromatik padaumumnya tidak begitu sistematis, oleh karena kimiawi senyawa aromatik telahberkembang secara tak beraturan jauh sebelum metode bersistem dikembangkan,nama perdagangan atau trivial lebih banyak dipakai. Beberapa contoh senyawaturunan benzena antara lain:CH 3 CH=CH 2 OHbenzena toluena stirena fenolBr Cl NO 2 NH 2bromobenzenaklorobenzena nitrobenzena anilinH CH CHCH 2 CH 3 C33etilbenzenaisopropil benzena (kumena)69

Modul 5. Kimia OrganikJika terdapat dua jenis substituent, maka posisi substituent dapatdinyatakan dengan awalan o (orto), m- (meta), atau p- (para), seperti pada contohberikut:ClClClClClClClNH 2OHClo-diklorobenzena m-diklorobenzena p-diklorobenzenam-kloroanilin m-klorofenolJIka terdapat tiga substituent atau lebih pada cincin benzene, maka systemo-.m-, dan p- tidak dapat digunakan, sehingga digunakan sistem penomoran.Cincin benzene diberi nomor, sedemikian sehingga nomor satu diberikan padagugus yang berprioritas tata nama tertinggi. Urutan prioritas penomoran untukberbagai substituen adalah sebagai berikut:-COOH > -SO3H >-CHO > -CN > -OH > -NH2 > -R> -NO2 > -XOHClClCl2,4-dikorofenolClCH 3NH 2ClNO 23,5-dikloroanilin 3-kloro,4-nitro-toluenaSifat-sifat benzenaBenzena merupakan zat cair yang tidak berwarna, memiliki aroma yangkhas, bersifat non polar, tidak larut dalam air, larut dalam pelarut nonpolar,seperti eter, mempunyai titk didih 80,1 o C. Benzena biasa digunakan sebagai70

Modul 5. Kimia Organikpelarut, mudah terbakar dan menghasilkan jelaga. Benzena bersifat karsinogenik,sehingga sebaiknya diminimalkan penggunaannya di laboratorium.Secara kimia benzena bersifat kurang reaktif, namun dapat mengalamireaksi substitusi pada cincin benzena. Sifat aromatisitas pada benzenemenyebabkan kestabilan pada ikatan pi, sehingga benzene tidak mengalamireaksi adisi seperti halnya pada alkena. Reaksi substitusi pada benzenamerupakan reaksi substitusi elektrofilik, yaitu terjadi penggantian satu atomhidrogen dengan gugus atau atom yang bersifat elektrofil pada cincin benzena.Suatu elektrofil dapat menyerang electron pi dari cincin benzene menghasilkankarbokation yang terstabilkan oleh resonansi yang disebut ion benzenonium.Selanjutnya ion benzenonium akan bereaksi lebih lanjut dengan melepaskan ionhidrogen untuk menghasilkan produk substitusi. Secara singakat mekanismereaksi substitusi yang terjadi adalah sebagai berikut:HHHHHHHE-H +HEHHlambatHHcepatHHHHion benzenoniumHprodukBeberapa reaksi substitusi pada cincin benzena antara lain:a. NitrasiDalam reaksi nitrasi digunakan katalis asam sulfat pekat, yang dapatmengikat gugus hidroksil dari asam nitrat, sehingga menghasilkan ion nitronium+ NO2 yang bersifat elektrofil, yang akan mensubstitusi satu atom H dari cincinbenzena.71

Modul 5. Kimia OrganikHO-NO 2-HSO 4-+ H 2 SO 4 H 2 O-NO 2 H2 O + + NO 2Benzena bereaksi dengan asam nitrat pekat, HNO3 dengan katalisator asam sulfatpekat membentuk nitrobenzena. Reaksi nitrasi juga dapat terjadi pada senyawaturunan benzena , seperti toluena membentuk trinitrotoluena (TNT), yangmerupakan bahan peledak.NO 2H 2 SO 4+ HONO 3+ H 2 OnitrobenzenaCH 3 CH 3O 2 N+ HONO 3H 2 SO 4NO 2+ H 2 ONO 2trinitrotoluenab. HalogenasiBenzena bereaksi dengan halogen menggunakan katalis besi(III) halida.Salah satu contoh adalah reaksi brominasi benzena, menggunakan katalis FeBr3.Peranan katalis adalah menghasilkan elektrofil Br + melalui reaksi pembelahanikatan Br-Br. Elektrofil Br + selanjutnya menyerang ikatan pi dalam cincin benzenedan mensubstitusi satu atom hidrogennya. Secara singkat reaksi yang terjadiadalah :+ Br 2FeBr 3Br+ HBrbromobenzena72

Modul 5. Kimia Organikc. AlkilasiAlkilasi benzene dengan alkil halide menggunakan katalis ALCl3membentul alkil benzene, sering disebut alkilasi Friedel-Crafts, menurut namaahli kimia Perancis Charles Friedel dan James Crafts, ahli kimia Amerika, yangmengembangkan reaksi ini pada tahun 1877. Slah satu contoh reaksi ini adalahsebagai berikut:+ (CH 3 ) 2 CHClAlCl 3CH(CH 3 ) 2+ HClisopropilbenzena (kumena)d. AsilasiOOArCReaksi substitusi dengan gugus asil ( atau ) pada cincinbenzena dengan halida asam disebut reaksi asilasi aromatik atau asilasi Friedel-Crafts. Mekanisme reaksi Friedel- Crafts serupa dengan reaksi substitusielektrofilik yang lainnya, nukleofil yang menyerang adalah ion asilium (R- + C =O)yang terbentuk karena katalis ALCl3 mengambil ion Cl membentul ALCl4 - .RCOO+H 3 CCClAlCl 3CCH 3+ HClasetofenon (97%)73

Modul 5. Kimia Organikf. SulfonasiSulfonasi benzena menggunakan asam sulfat berasap (H2SO4 + SO3)menghasilkan asam benzena sulfonat.+ HOSO 3 HAlCl 3SO 3 H+ H 2 Oasam benzena sulfonatKegunaan benzena dan turunannyaKegunaan benzena yang terpenting adalah sebagai pelarut dan sebagaibahan baku pembuatan senyawa-senyawa aromatik lainnya yang merupakansenyawa turunan benzena. Masing-masing senyawa turunan benzene tersebutmempunyai kegunaan yang beragam bagi kehidupan manusia. Beberapasenyawa turunan benzena yang berguna antara lain:1. Toluena, digunakan sebagai pelarut dan bahan dasar untuk pembuatanTNT (trinitrotoulena), senyawa yang digunakan sebagai bahan peledak.CH 3+ 3 HNO 3H 2 SO 4 pekatCH 3NO 2O 2 N+ H 2 ONO 2Trinitrotoluena (TNT)2. Stirena, digunakan sebagai bahan dasar pembuatan polimer sintetik,polistiren yang banyak digunakan sebagai bahan membuat isolator listrikmaupun peralatan rumah tangga.74

Modul 5. Kimia OrganikCH-CHn3. Benzaldehida, banyak digunakan sebagai bahan pengawet dan pembuatanparfum. Dapat juga digunakan sebagai bahan baku sintesis sinamaldehid.OCHHCHCOCHO+H 3 CCH+ H 2 Osinamaldehida4. Anilina, banyak digunakan sebagai bahan dasar pembuatan zat warnadiazo dengan direaksikan menggunakan asam nitrit dan asam klorida.NH 2NH 2 HClNNClHClHNO 2+ H 2 OGaram diazonium5. Fenol, dalam kehidupan sehari-hari banyak digunakan sebagaidesinfektan.6. Asam benzoat, banyak digunakan sebagai bahan pengawet seperti natriumbenzoat serta digunakan sebagai bahan dasar sintesis senyawa lainnya,seperti asam asetil salisilat (aspirin), maupun metil salisilat.75

Modul 5. Kimia OrganikLatihan1. Tuliskan rumus struktur senyawa berikut:a. 1,3,5-tribromo benzeneb. o-dietilbenzenac. m-klorotoluenad. isopropil benzenee. benzil bromidef. 2,3-difenilbutanag. asam p-bromobenzoath. p-klorofenol2. Berilah nama senyawa berikut:CH 2 CH 2 CH 3 Cla b cCldCH 3ClCH 3BrCleCH=CH 2fCH 2 CH 3OHBrBr76

Modul 5. Kimia OrganikLEMBAR ASESMEN---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Berilah tanda silang (X) huruf A, B, C, D, atau E pada jawaban yang palingbenar!1. Senyawa alkohol di bawah ini yang tidak dapat dioksidasi adalah … .A. etanol D. 3–metil–2–butanolB. 2–propanol E. 3–metil–1–butanolC. 2–metil–2–propanol2. Suatu senyawa dengan rumus molekul C2H6O jika direaksikan dengan logamnatrium akan menghasilkan gas hidrogen, sedangkan dengan asam karboksilatakan menghasilkan ester. Senyawa tersebut adalah … .A. eter D. asam karboksilatB. aldehid E. alkoholC. keton3. Oksidasi 2–propanol akan menghasilkan … .A. CH3–CH2–COOH D. CH3COOHB. CH3–O–CH3 E. CH3–CHOC. CH3–CO–CH34. Senyawa yang merupakan isomer fungsional dari butanol adalah … .A. CH3–CH2–CH(OH)–CH3 D. CH3–CO–CH2–CH3B. C2H5–O–C2H5 E. CH3–CH2–CHOC. C3H7–COOH5. Jika suatu alkohol dengan rumus molekul C4H8O dioksidasi dengan kaliumdikromat dalam asam menghasilkan butanon, maka alkohol tersebut adalah ….A. n–butanol D. 2–metil–1–propanolB. 2–butanol E. 2–metil–2–propanolC. t–butil alkohol6. Senyawa organik dengan rumus molekul C5H12O yang merupakan alkoholtersier adalah … .A. 3–pentanol D. 3–metil–2–butanolB. 2–metil–2–butanol E. trimetil karbinolC. 2–metil–3–butanol7. Senyawa alkohol yang jika dioksidasi menghasilkan alkanon adalah … .A. 2–metil–1–butanol D. 2,3–dimetil–2–butanolB. 2–metil–2–propanol E. 2,3,3–trimetil–1–butanolC. 3–metil–2–butanol8. Senyawa yang bukan merupakan alkohol sekunder adalah … .A. 2–pentanol D. 3–metil–2–pentanolB. 3–pentanol E. 3–metil–3–pentanolC. 2–metil–3–pentanol9. Senyawa alkohol berikut ini yang bersifat optis aktif adalah … .A. 2–propanol D. 3–pentanolB. 2–metil–2–propanol E. 2–metil–2–butanolC. 2–butanol77

Modul 5. Kimia Organik10. Butil alkohol isomerik dengan … .A. C3H7COCH3 D. C2H5OC2H5B. C2H5COC2H5 E. C2H5COOC2H5C. CH3COOC2H511. Senyawa dengan rumus C3H8O mempunyai isomer posisi sebanyak … .A. 6 D. 3B. 5 E. 2C. 412. Senyawa dengan rumus molekul C5H12O termasuk kelompok senyawa … .A. aldehida D. alkanonB. ester E. asam karboksilatC. eter13. Etil alkohol dan dimetil eter adalah sepasang isomer. Akan tetapi etermendidih pada suhu yang jauh lebih rendah karena … .A. berat jenis eter lebih kecil daripada alkoholB. panas jenis alkohol lebih besar daripada eterC. eter mengandung dua gugus metilD. berat molekul alkohol dan eter tidak samaE. antara molekul-molekul alkohol terjadi ikatan melalui ikatan hidrogen14. Suatu senyawa A (C4H10O) tidak bereaksi dengan logam Na. Senyawa tersebutdengan larutan HI berlebih menghasilkan senyawa B, C, dan H2O. Hidrolisissenyawa B menghasilkan 2–propanol. Senyawa A tersebut adalah … .A. metil isopropil eter D. metil–n–propil eterB. tersier butil alkohol E. s–butil alkoholC. isobutil alkohol15. Untuk membedakan aldehida dengan keton digunakan pereaksi … .A. Tollens D. alkil halidaB. Molish E. xantoproteinC. biuret16. Oksidasi lanjut dari propanol akan menghasilkan … .A. asam propanoat D. propanonB. asam asetat E. asetonC. propanal17. Suatu senyawa dengan rumus molekul C5H10O menghasilkan endapan merahbata dengan pereaksi Fehling. Banyaknya kemungkinan rumus struktursenyawa di atas adalah … .A. 1 D. 4B. 2 E. 5C. 318. Hasil reaksi antara larutan asam propionat dengan etanol adalah ... .A. CH3COOCH3 D. C2H5COOC3H7B. C2H5COOC2H5 E. C3H7COOCH3C. C3H7COOC2H519. Lemak adalah campuran ester-ester gliserol dengan asam-asam lemak. Prosesatau reaksi mana yang dapat digunakan untuk memperoleh gliserol dari78

Modul 5. Kimia Organiklemak?A. oksidasi lemak D. pirolisa lemakB. penyabunan lemak E. distilasi lemakC. esterifikasi lemak20. Senyawa organik yang termasuk golongan senyawa ester adalah ... .A. metil asetat D. metil aminaB. 3–metil butanon E. 2–metil butanonC. metil–etil eter21. Hasil reaksi CH3–CH2–COOH dengan CH3–CH2–OH adalah ... .A. etil propil eter D. propil etanoatB. etil etanoat E. dietil eterC. etil propanoat22. Proses pengolahan margarin dari minyak nabati adalah ... .A. adisi dengan hidrogen D. esterifikasi dengan gliserolB. hidrolisis dengan NaOH E. oksidasi dengan oksigenC. reaksi dengan logam Na23. Reaksi 2–propanol dengan asam bromida menghasilkan 2–bromopropanamerupakan reaksi ... .A. adisi D. redoksB. substitusi E. polimerisasiC. eliminasi24. Untuk mengetahui banyaknya ikatan rangkap yang terdapat dalam minyak,dilakukan pengukuran ... .A. bilangan asam D. bilangan esterB. bilangan penyabunan E. bilangan oksidasiC. bilangan iodin25. Hasil sampingan yang diperoleh dalam industri sabun adalah ... .A. alkohol D. gliserolB. ester E. asam karbon tinggiC. glikol26. Jika benzaldehida dioksidasi akan terbentuk ... .A. fenol D. toluenaB. asam benzoat E. stirenaC. asam benzena sulfonat27. Oksidasi kuat dari p-dimetilbenzena akan menghasilkan ... .A. asam benzoat D. asam salisilatB. fenol E. p-dihidroksibenzenaC. asam tereftalat28. Oksidasi sempurna senyawa toluena akan menghasilkan ... .A. fenol D. asam benzoatB. anilin E. nitrobenzenaC. benzaldehida29. Benzena dan toluena dikenal sebagai senyawa golongan ... .A. alkena D. sikloalkanaB. aromatik E. parafin79

Modul 5. Kimia OrganikC. alkana30. Hidrogenasi benzena menghasilkan senyawa ... .A. siklobutana D. sikloheptanaB. siklopentana E. sikloheksatrienaC. sikloheksana80

Modul 5. Kimia OrganikKUNCI JAWABAN1.C 11. E 21. C2. E 12. C 22. A3. C 13. E 23. B4. B 14. A 24. C5. B 15. A 25. D6. C 16. A 26. B7. C 17. A 27. C8. E 18. C 28. D9. E 19. B 29. B10. D 20. A 30. C81

Modul 5. Kimia OrganikDAFTAR BACAAN1. LG Wade JR, 1999, Organic Chemistry 4 th ed., Prentice Hall International INC,USA2. Paula Yurhanis Bruice, 2007, Organic Chemistry, 5 th ed., Pearson EducationInternational, London3. Fessenden, R.J. dan Fessenden J.S., 1986, Kimia Organik, Edisi kedua, Alihbahasa A.H. Pudjaatmaka, Erlangga, Surabaya.4 Harold Hart, 1983, Kimia Organik suatu kuliah singkat, Alih bahasa SuminarAchmadi, Erlangga, Surabaya5 McMurry, J., 2007, Organic Chemistry, Brooks / Cole Publishing Company,Monterey, California.6 Solomons, T.W.G., 2009, Fundamentals of Organic Chemistry, John Wiley &Sons, Inc., New York.82