| Spektra Serapan UV-Tampak
Bagian ini menjelaskan tentang apa yang terjadi ketika senyawa organik menyerap sinar UV atau tampak, dan mengapa panjang gelombang sinar yang terserap berbeda-beda untuk tiap senyawa. Apa yang terjadi ketika sinar diserap oleh molekul? Promosi elektron Ketika kita membicarakan urutan orbital-orbital yang ada pada senyawa organik pada bagian pendahuluan (lihat di atas), anda akan melihat bahwa diagram tersebut menunjukan energi relatif tiap orbital:
ngat bahwa diagram tersebut tidak menunjukan skala sebenarnya – hanya menunjukan kedudukan relatifnya terhadap orbital lain. Ketika sinar melewati suatu senyawa, energi dari sinar digunakan untuk mendorong perpindahan elektron dari orbital ikatan atau orbital non-ikatan ke salah satu orbital anti-ikatan yang kosong. Perpindahan/lompatan elektron yang mungkin terjadi akibat adanya sinar adalah:
Pada tiap kemungkinan, suatu elektron tereksitasi dari orbital yang terisi penuh ke orbital anti-ikatan yang kosong. Tiap lompatan elektron memerlukan energi dari sinar, dan lompatan yang besar pasti membutuhkan energi yang lebih besar dari pada lompatan yang kecil. Tiap panjang gelombang sinar mempunyai energi yang khas. Jika besarnya energi tersebut cukup untuk membuat suatu lompatan, maka panjang gelombang akan diserap – energinya akan digunakan untuk promosi satu elektron. Kita perlu mengetahui hubungan antara perbedaan energi dan panjang gelombang yang diserap. Apakah dengan perbedaan energi yang lebih besar sinar yang panjang gelombangnya lebih rendah akan diserap – atau bagaimana? Akan lebih mudah jika diawali dengan melihat hubungan antara frekuensi sinar yang diserap dan energinya:
Anda dapat melihat bahwa jika anda menginginkan lompatan energi yang tinggi, anda akan menyerap sinar dengan frekuensi yang lebih tinggi. Frekuensi yang lebih tinggi, berarti energinya lebih tinggi. Hal itu mudah – tetapi sayangnya spektra serapan UV-tampak selalu menggunakan panjang gelombang bukan frekuensi. Ini artinya bahwa anda perlu mengetahui hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi.
Anda dapat melihat dari persamaan ini bahwa frekuensi yang lebih tinggi akan mempunyai panjang gelombang yang lebih rendah. Jadi . . . jika anda mempunyai lompatan energi yang lebih besar, anda akan menyerap sinar dengan frekuensi yang lebih tinggi – dapat dikatakan juga bahwa anda akan menyerap sinar dengan panjang gelombang yang lebih rendah. Ringkasan penting Lompatan energi yang lebih besar akan menyerap sinar dengan panjang gelombang yang lebih rendah. Beberapa lompatan yang penting dalam spektrometri serapan Suatu spektrometer serapan bekerja pada daerah panjang gelombang sekitar 200 nm (pada ultra-violet dekat) sampai sekitar 800 nm (pada infra-merah sangat dekat). Lompatan elektron yang mungkin menyerap sinar pada daerah itu jumlahnya terbatas. Lihat kembali pada lompatan yang mungkin terjadi. Sekarang, lompatan yang penting ditunjukan dengan panah hitam, dan yang tidak mungkin dengan warna abu-abu. Panah dengan titik-titik abu-abu menunjukan lompatan yang menyerap sinar di luar daerah spektrum yang kita amati.
Ingat bahwa lompatan yang lebih besar membutuhkan enrgi yang lebih besar dan menyerap sinar dengan panjang gelombang yang lebih pendek. Lompatan yang ditunjukan dengan tanda panah abu-abu menyerap sinar UV dengan panjang gelombang yang lebih rendah dari 200 nm. Lompatan yang penting diantaranya:
Artinya untuk menyerap sinar pada daerah antara 200 – 800 nm (pada daerah dimana spektra diukur), molekul harus mengandung ikatan pi atau terdapat atom dengan orbital non-ikatan. Ingat bahwa orbital non-ikatan adalah pasangan elektron bebas, misalnya pada oksigen, nitrogen, atau halogen. Bagian molekul yang dapat menyerap sinar disebut sebagai gugus kromofor. Seperti apakah spektrum serapan Diagram berikut menunjukan spektrum serapan sederhana buta-1,3-diena – molekul yang telah kita bahas sebelumnya. Absorbansi (pada sumbu tegak) adalah ukuran banyaknya sinar yang diserap. Nilai yang lebih tinggi, berarti lebih banyak panjang gelombang khas yang diserap.
Anda akan melihat puncak serapan pada 217 nm. Ini berada pada daerah ultra-violet dan tidak ada tanda yang menunjukan penyerapan pada daerah sinar tampak – buta-1,3-diena tidak berwarna. Anda mendapatkan puncak pada grafik dengan simbol “lambda-max”. Pada buta-1,3-diena, CH2=CH-CH=CH2, tidak ada elektron non-ikatan. Artinya lompatan elektron yang terjadi hanya (dalam kisaran yang dapat diukur oleh spektrometer) dari orbital pi ikatan ke orbital pi anti-ikatan. Satu kromofor yang menghasilkan dua puncak Suatu kromofor seperti pada ikatan rangkap dua karbon-oksigen pada etanal, sebagai contoh, jelas memiliki elektron pi sebagai bagian dari ikatan rangkap dua, dan juga mempunyai pasangan elektron bebas pada atom oksigen. Artinya bahwa dimungkinkan terjadi dua penyerapan yang penting dari diagram energi terakhir. Anda akan mendapatkan satu elektron tereksitasi dari orbital pi ikatan ke orbital pi anti-ikatan, atau eksitasi elektron pasangan bebas pada oksigen (orbital non-ikatan) ke orbital pi anti-ikatan.
Orbital non-ikatan memiliki energi yang lebih tinggi daripada orbital pi ikatan. Artinya, lompatan elektron dari pasangan bebas pada oksigen ke orbital pi anti-ikatan memerlukan energi yang lebih rendah. Dapat diartikan juga elektron dari pasangan bebas pada oksigen menyerap sinar dengan frekuensi yang lebih rendah dan karena itu panjang gelombangnya lebih tinggi. Karena itu etanal menyerap sinar dari dua panjang gelombang yang berbeda:
Kedua serapan ini berada pada daerah ultra-violet, tetapi sebagian besar spektrometer tidak dapat membaca serapan pada 180 nm karena spektrometer tersebut bekerja pada kisaran 200 800 nm. Pentingnya konjugasi dan delokalisasi terhadap panjang gelombang yang diserap Perhatikan tiga molekul berikut:
Etena mempunyai ikatan rangkap dua karbon-karbon yang terisolasi, tetapi dua senyawa lainnya mempunyai ikatan rangkap dua yang terkonjugasi. Pada contoh ini, ada delokalisasi dari orbital pi ikatan pada semua molekul. Sekarang lihat pada panjang gelombang sinar yang diserap oleh masing-masing molekul.
Semua molekul memberikan spektra serapan UV-tampak yang sama – perbedaannya hanya panjang gelombang serapannya makin tinggi dengan meningkatnya delokalisasi pada molekul. Mengapa? Anda dapat memikirkan apa yang terjadi.
. . . dan dari hal itu apakah yang terjadi. Bandingkan etena dengan buta-1,3-diena. Pada etena satu orbital pi ikatan dan satu orbital pi anti-ikatan. Pada buta-1,3-diena, ada dua orbital pi ikatan dan dua orbital pi anti ikatan. Hal ini telah dibahas secara detail pada bagian pendahuluan yang seharusnya sudah anda baca.
Orbital molekul berpasangan yang tertinggi (the highest occupied molecular orbital) sering disingkat HOMO – pada contoh ini adalah orbital pi ikatan. Orbital molekul tak berpasangan yang terendah (the lowest unoccupied molecular orbital, LUMO) adalah orbital pi anti-ikatan. Perhatikan bahwa perbedaan energi antara orbital-orbital tersebut HOMO dan LUMO) makin kecil. Perbedaan ini menyebabkan energi yang diperlukan untuk mengeksitasi elektron pada buta-1,3-diena lebih rendah daripada etena. Pada heksa-1,3,5-triena, lebih rendah lagi.
Jika anda memperdalam hal ini untuk senyawa-senyawa dengan delokalisasi yang sangat besar, panjang gelombang yang terserap akan cukup tinggi dalam daerah spektrum sinar tampak, dan senyawa akan terlihat berwarna. Contoh yang baik adalah pigmen tanaman yang berwarna orange, beta-karoten – yang ada pada wortel, sebagai contoh. Mengapa beta-karoten berwarna orange? Beta-karoten mempunyai deretan delokalisasi seperti yang telah kita lihat, tetapi pada skala yang lebih besar dengan 11 ikatan rangkap dua karbon-karbon terkonjugasi bersama-sama. Gambar berikut menunjukan struktur beta-karoten dengan ikatan rangkap dua dan ikatan tunggal yang berselang-seling yang ditunjukan dengan warna merah.
Yang lebih terdelokalisasi, perbedaan energi antara energi tertinggi orbital pi ikatan dan energi terendah orbital pi anti-ikatan lebih kecil. Karena itu untuk mendorong elektron pada beta-karoten dibutuhkan energi yang lebih kecil daripada contoh-contoh molekul sebelumnya – karena perbedaan tingkat energinya lebih rendah. Ingat bahwa energi yang rendah artinya sinar yang diserap frekuensinya lebih rendah – dan hal itu ekivalen dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Beta-karoten menyerap sinar pada daerah ultra-violet sampai violet tetapi lebih kuat pada daerah tampak antara 400 dan 500 nm dengan puncak 470 nm. Jika anda membaca bahasan tentang radiasi elektromegnetik, anda mungkin ingat bahwa panjang gelombang berhubungan dengan warna:
Jadi jika serapan paling kuat adalah dari violet ke sian, warna apakah yang dapat anda lihat? Hal ini menarik, anda tentu memikirkan warna yang ada di sebelah kiri. Sayangnya, ini tidaklah sesederhana itu! Kadang-kadang apa yang anda lihat tidak seperti yang anda harapkan. Pencampuran panjang gelombang sinar tidak memberikan hasil yang sama seperti jika anda mencampurkan warna-warna cat. Anda akan mendapatkan bahwa warna yang anda lihat adalah warna-warna komplementer.. Warna-warna komplementer Jika anda menyusun beberapa warna dalam suatu lingkaran, anda mendapatkan suatu “roda warna”. Diagram berikut menunjukan salah satu versi yang mungkin diperoleh. Pencarian dengan internet akan mendapatkan beberapa versi yang berbeda!
Warna-warna yang saling berlawanan satu sama lain pada roda warna dikatakan sebagai warna-warna komplementer. Biru dan kuning adalah warna komplementer; merah dan sian adalah komplementer; demikian juga hijau dan magenta (merah muda). Pencampuran dua warna komplementer akan menghasilkan sinar putih. Apakah ini artinya jika sinar putih diserap, yang ditangkap oleh mata kita adalah hasil pencampuran suatu panjang gelombang sinar dengan warna komplementernya. Pada beta-karoten lebih membingungkan, karena anda menyerap suatu daerah panjang gelombang. Jika puncak serapan bergerak dari biru ke sian, warna yang anda lihat adalah lawannya, yaitu kuning kemerahan – atau orange. Anda akan mendapatkan perubahan warna yang lebih jelas pada dua contoh yang akan kita bahas berikut. Penerapanya pada perubahan warna dari dua indikator Fenolftalin Anda pernah memakai fenolftalin sebagai indikator asam-basa, dan mengetahui bahwa fenolftalin tak berwarna dalam suasana asam dan berwarna merah muda pada larutan basa. Bagaimana hubungan perubahan warna ini dengan perubahan dalam molekul? Struktur dari dua molekul yang berbeda warna adalah:
Keduanya menyerap sinar ultra-violet, selain itu struktur di sebelah kanan juga menyerap sinar tampak dengan puncak 553 nm. Molekul dalam larutan asam tak berwarna karena mata kita tidak dapat mendeteksi fakta adanya penyerapan beberapa sinar ultra-violet. Akan tetapi, mata kita mampu mendeteksi penyerapan pada 553 nm yang dihasilkan oleh pembentukan molekul dalam larutan basa. 553 nm merupakan daerah hijau pada spektrum sinar tampak. Jika anda melihat kembali roda warna, anda akan menemukan bahwa warna komplementer hijau adalah merah muda – dan itulah warna yang dapat kita lihat. Lalu mengapa perubahan struktur menyebabkan perubahan warna? Yang terjadi adalah pergeseran serapan ke panjang gelombang yang lebih tinggi pada larutan basa. Seperti yang telah kita ketahui, pergeseran ke panjang gelombang yang lebih tinggi terkait dengan derajat delokalisasi yang lebih besar. Berikut adalah struktrur pada larutan asam yang telah dimodifikasi – bentuk tak berwarna. Jangkauan delokalisasi ditunjukan dengan warna merah.
Perlu diketahui bahwa delokalisasi terjadi pada ketiga cincin – melebar hingga ikatan rangkap dua karbon-oksigen, dan ke atom-atom oksigen karena adanya pasangan elektron bebas. Tetapi delokalisasi tidak meluas ke seluruh molekul. Atom karbon di tengah dengan empat ikatan tunggal menghalangi tiap daerah delokalisasi berhubungan satu sama lain. Sekarang bandingkan dengan bentuk yang berwarna merah muda;
Penataan-ulang menyebabkan delokalisasi melebar ke seluruh ion. Delokalisasi yang lebih besar ini menurunkan beda energi antara orbital molekul berpasangan yang tertinggi dan orbital pi anti-ikatan tak berpasangan yang paling rendah. Energi yang dibutuhkan untuk melompat lebih rendah dan panjang gelombang sinar yang diserap lebih panjang. Ingat: kenaikan delokalisasi menggeser puncak serapan ke panjang gelombang yang lebih tinggi. Metil oranye Anda mengetahui bahwa metil oranye berwarna kuning dalam larutan basa dan berwarna merah dalam larutan asam. Struktur dalam larutan basa:
Dalam larutan asam, ion hidrogen (barangkali tidak diharapkan) menempel pada salah satu nitrogen pada ikatan rangkap dua nitrogen-nitrogen.
Sekarang lebih rumit! Muatan positif pada nitrogen terdelokalisasi (menyebar ke seluruh struktur) – khususnya ke bagian molekul sebelah kiri. Umumnya penggambaran struktur untuk metil oranye yang berwarna merah adalah . . .
Tetapi ini dapat menyebabkan kebingungan karena banyaknya delokalisasi dalam struktur, akan dibahas nanti (setelah kotak warna merah) jika anda tertarik. Struktur manakah yang lebih terdelokalisasi – merah atau kuning? Mari lihat ke belakang pada bagian spektra serapan untuk melihat apakah hal tersebut dapat membantu. Bentuk kuning mempunyai serapan sekitar 440 nm. Ini berada di daerah biru dari spektrum, dan warna komplementer biru adalah kuning. Ini seperti yang anda harapkan. Bentuk merah mempunyai puncak serapan sekitar 520 nm. Ini terdapat pada ujung daerah sian dari spektrum, dan warna komplementer sian adalah merah. Sekali lagi sesuai harapan kita. Perlu diingat bahwa perubahan dari bentuk kuning ke merah menghasilkan peningkatan panjang gelombang serapan. Peningkatan panjang gelombang menunjukan kenaikan delokalisasi. Itu artinya bahwa harus ada delokalisasi yang lebih besar pada bentuk merah daripada bentuk kuning. Mengapa? Untuk tingkat A di Inggris (dan yang setara), hal ini mungkin tidak dapat dijelaskan. Akan tetapi , jika anda tertarik, berikut ada kemungkinan jawaban . . . Berikut sekali lagi untuk struktur bentuk kuning:
Delokalisasi akan melebar ke seluruh struktur – hingga pasangan elektron bebas di sebelah kiri atom nitrogen. Jika anda menuliskan struktur yang umum untuk bentuk merah, delokalisasi rusak di bagian tengah – pola selang-seling ikatan tunggal dan rangkap dua hilang.
Tapi itu jika kita tidak memahami apa yang ditunjukkan oleh struktur terakhir ini. Bentuk yang diterima Jika anda menggambarkan dua strktur Kekulé yang mungkin untuk benzena, anda akan tahu bahwa struktur benzena sebenarnya tidaklah seperti itu. Struktur yang sebenarnya adalah diantara keduanya – semua ikatan adalah identik dan berada diantara karakter ikatan tunggal dan rangkap dua. Hal ini karena adanya delokalisasi pada benzena.
Dua struktur itu disebut sebagai struktur yang diterima, dan keduanya dapat dipakai untuk menggambarkan struktur yang sebenarnya. Sebagai contoh, penggambaran ikatan pada sisi kanan atas molekul tidak benar-benar tunggal atau rangkap dua, tetapi diantara keduanya. Demikian juga untuk semua ikatan yang ada. Dua struktur yang kita miliki sebelumnya yang menggambarkan bentuk merah dari metil oranye juga merupakan bentuk yang dapat diterima – struktur metil oranye dapat digambarkan dalam dua bentuk. Kita dapat menunjukan struktur terdelokalisasinya:
Dua bentuk ini merupakan hasil pergerakan elektron dalam struktur, tanda panah bergelombang dipakai untuk menunjukan bagaimana struktur tersebut berubah.
Dalam kenyataannya, elektron tidak bergeser penuh. Hanya dalam kasus benzena, struktur yang sebenarnya berada diantaranya. Anda dapat juga memahami bahwa penggambaran bentuk yang dapat diterima tidak berpengaruh pada geometri struktur. Jenis, panjang dan sudut ikatan tidak berubah pada struktur sebenarnya. Sebagai contoh, pasangan elektron bebas pada atom nitrogen yang ditunjukan dalam gambar terakhir keduanya terlibat delokalisasi. Untuk terjadinya hal ini semua ikatan di sekitar nitrogen harus berada dalam sisi yang sama dengan pasangan elektron bebas sehingga dapat terjadi tumpang-tindih dengan orbital atom tetangga pada sisi-sisinya. Kenyataannya pada masing-masing bentuk yang dapat diterima satu dari nitrogen ini ditunjukan berlaku seperti pada amonia – seperti terjadi kesalahan pengaturan ikatan – dan terlihat jika delokalisasi dirusak. Masalahnya adalah tidak mudah menggambarkan struktur delokalisasi yang rumit dengan gambar sederhana. Hal ini cukup sulit untuk benzena – untuk metil oranye ada metode yang memberikan kemungkinan kekeliruan jika anda tidak menggunakan bentuk yang dapat diterima. Akan lebih rumit! Jika anda melakukan hal ini dengan hati-hati akan ada bentuk lain yang dapat diterima dengan penataan ikatan tunggal dan rangkap yang berbeda dan dengan posisi muatan positif pada berbagai tempat di sekitar cincin dan pada atom nitrogen lain. Struktur yang sebenarnya tak dapat ditunjukan dengan salah satu dari bentuk-bentuk yang mungkin, tetapi masing-masing memberikan petunjuk bagaimana terjadinya delokalisasi. Jika kita mengambil dua bentuk dan menuliskan kemungkinan yang paling besar, ini menunjukan bahwa ada delokalisasi elektron di seluruh struktur, tetapi kerapatan elektron yang sedikit agak rendah di sekitar dua nitrogen menyebabkan muatan positif muncul pada salah satu bentuk yang diterima atau lainnya. Lalu mengapa bentuk merah lebih terdelokalisasi daripada bentuk kuning? Akhirnya, kita menerima penjelasan mengapa delokalisasi lebih besar pada bentuk merah metil oranye dalam larutan asam daripada bentuk kuning dalam larutan basa. Jawaban dapat didasarkan pada fakta bahwa pasangan elektron bebas terlibat penuh dalam delokalisasi bentuk merah sebagaimana yang kita gambarkan. Bentuk yang dapat diterima dengan muatan positif pada nitrogen menunjukan gerakan yang signifikan bahwa pasangan elektron bebas bergerak ke seluruh molekul. Bukankah hal yang sama juga terjadi pada pasangan elektron bebas nitrogen yang sama dalam bentuk kuning metil oranye? Secara keseluruhan tidak sama Bentuk yang dapat diterima yang anda gambar menghasilkan atom bermuatan negatif lain pada seluruh struktur. Pemisahan muatan negatif dan positif secara energetika tidak disukai. Pada bentuk merah, tidak ada pemisahan muatan yang baru – hanya menggeser muatan positif di sekitar struktur. |
|||||||||||||||||||||||||
Desember 18, 2008
Spektra Serapan UV-Tampak
Teori Ikatan yang Penting Untuk Spektrometri Serapan UV-tampak (Visible)
| Teori Ikatan yang Penting Untuk Spektrometri Serapan UV-tampak (Visible)
Bagian ini merupakan pengenalan dua teori ikatan yang diperlukan untuk mengetahui bagaimana senyawa-senyawa organik dapat menyerap sinar UV dan tampak yang melewatinya. Secara sederhana, membahas apa yang dimaksud dengan orbital anti-ikatan, dan konjugasi dalam suatu senyawa dan bagaimana perannya pada delokalisasi elektron. Mungkin bagian ini akan menjelaskan lebih detail dari yang diharapkan oleh silabus anda, namun hal ini tidaklah sulit dan anda tidak akan mampu memahaminya tanpa penjelasan bagian ini. Mungkin anda perlu melihat silabus untuk mengetahui sebanyak apakah yang perlu anda ingat. Orbital anti-ikatan Orbital ikatan dan anti-ikatan dalam molekul hidrogen sederhana Pada pembahasan ini diasumsikan bahwa anda telah memahami bagaimana terbentuknya ikatan kovalen sederhana diantara dua atom. Orbital atom setengah isi pada tiap atom mengalami tumpang-tindih (overlap) untuk membentuk orbital baru (orbital molekul) yang berisi dua elektron dari kedua atom. Pada kasus dua atom hidrogen, masing-masing atom mempunyai satu elektron dalam orbital 1s. Atom-atom hidrogen ini akan membentuk orbital baru di sekitar kedua inti hidrogen.
Adalah penting mengetahui secara pasti apakah arti dari orbital molekul ini. Kedua elektron sangat mungkin ditemukan di orbital molekul ini – dan tempat yang paling mungkin untuk menemukan elektron adalah di daerah yang berada diantara garis dua inti. Molekul dapat terbentuk karena kedua inti atom tarik-menarik dengan kuat dengan pasangan elektron. Ikatan yang paling sederhana ini disebut ikatan sigma – suatu ikatan sigma adalah ikatan dimana pasangan elektron paling mungkin ditemukan pada garis diantara dua inti. Akan tetapi . . . Semua ini adalah hasil penyederhanaan! Pada teori orbital molekul jika anda memulai dengan dua orbital atom, maka anda harus mendapatkan dua orbital molekul – dan rupanya kita baru memperoleh satu orbital molekul. Orbital molekul kedua terbentuk, tetapi dalam banyak kasus (termasuk molekul hidrogen) orbital ini kosong, tidak terisi elektron. Orbital ini disebut sebagai orbital anti-ikatan. Orbital anti-ikatan mempunyai bentuk dan energi yang sedikit berbeda dari orbital ikatan. Diagram berikut menunjukkan bentuk-bentuk dan tingkat energi relatif dari berbagai orbital atom dan orbital molekul ketika dua atom hidrogen dikombinasikan.
Orbital anti-ikatan selalu ditunjukan dengan tanda bintang pada simbolnya. Perhatikan, ketika orbital ikatan terbentuk, energinya menjadi lebih rendah daripada energi orbital atom asalnya (sebelum berikatan). Energi dilepaskan ketika orbital ikatan terbentuk, dan molekul hidrogen lebih stabil secara energetika daripada atom-atom asalnya. Sedangkan, suatu orbital anti-ikatan adalah kurang stabil secara energetika dibanding atom asalnya. Stabilnya orbital ikatan adalah karena adanya daya tarik-menarik antara inti dan elektron. Dalam orbital anti-ikatan daya tarik-menarik yang ada tidak ekuivalen – sebaliknya, anda akan mendapatkan tolakan. Sehingga peluang menemukan elektron diantara dua inti sangat kecil – bahkan ada bagian yang tidak mungkin ditemukan elektron diantara dua inti tersebut. Sehingga tak ada yang menghalangi dua inti untuk saling menolak satu sama lain. Jadi dalam kasus hidrogen, kedua elektron membentuk orbital ikatan, karena menghasilkan stabilitas yang paling besar – lebih stabil daripada yang dimiliki oleh atom yang terpisah/tak berikatan, dan lebih stabil dari elektron dalam orbital anti-ikatan. Mengapa helium tidak membentuk molekul He2? Bagian ini merupakan tambahan dari bahasan di atas. Anda dapat memberikan penjelasan yang masuk akal bahwa helium tak dapat membentuk molekul He2 karena helium tidak memiliki elektron tak berpasangan untuk dipakai bersama. Baik! Tetapi marilah kita lihat juga dari sudut pandang teori orbital molekul. Diagram untuk helium merupakan sedikit modifikasi dari diagram hidrogen.
Sekarang kita mempunyai 4 elektron dalam orbital atom mula-mula. Dua orbital atom akan membentuk dua orbital molekul. Ini artinya, kita akan menggunakan orbital molekul ikatan dan anti-ikatan untuk mengakomodasi keduanya. etapi ada sesuatu yang perlu diperhatikan karena stabilitas energetika dari pembentukan orbital ikatan akan berkurangnya dengan adanya orbital anti-ikatan. Pada kasus ini, pembentukan He2 tak ada manfaatnya secara energetika – jadi He2 tak dapat terbentuk. Orbital anti-ikatan dalam ikatan rangkap dua Anda mungkin sudah tidak asing dengan gambar ikatan rangkap dua pada etena berikut:
Catatan: ikatan digambarkan dengan berbagai cara untuk menunjukan bagaimana atom diatur dalam 3 dimensi. Suatu ikatan ditunjukan dengan garis normal yang tak terpotong pada bidang gambar (layar). Garis putus-putus menunjukan ikatan yang menjauhi anda. Garis tebal menunjukan ikatan yang mengarah keluar bidang (mendekati permbaca). Ikatan pi ditunjukan dengan warna merah, tentu, merupakan suatu orbital ikatan normal. Ikatan ini dibentuk oleh tumpang-tindih diantara sisi-sisi orbital-p masing-masing atom karbon yang setengah isi. Ingat bahwa dua bentuk merah yang ditunjukan pada diagram adalah bagian dari orbital ikatan pi yangsama. Menurut teori orbital molekul, jika terjadi tumpang-tindih diantara dua orbital atom, pasti diperoleh dua orbital molekul. Orbital yang kedua adalah orbital pi anti-ikatan – dan kita tak pernah mendapatkannya pada keadaan normal. Orbital pi anti-ikatan (seperti orbital sigma anti-ikatan) berada pada tingkat energi yang lebih tinggi daripada orbital ikatan. Kedua elektron pada ikatan pi ditemukan dalam orbital pi ikatan. Merangkuman energi relatif dari berbagai macam orbital Diagram berikut memberikan gambaran umum bagaimana energi dari berbagai jenis orbital saling berhubungan satu sama lain dalam beberapa senyawa. Kita akan melihatnya untuk menerangkan penyerapan cahaya. Diagram ini hanya menunjukan skala relatif. Anda akan melihat daftar orbital baru dalam diagram – yang ditandai “n” (untuk non-ikatan). Orbital non-ikatan yang menjadi perhatian kita mengandung elektron pasangan bebas, contohnya pada atom oksigen, nitrogen, dan halogen. Jadi . . . orbital non-ikatan adalah orbital yang mengandung pasangan elektron bebas pada tingkat ikatan. Catatan: hati-hati, jangan bingung membedakan non-ikatan dengan anti-ikatan – keduanya sangatlah berbeda. Orbital non-ikatan terjadi oleh adanya pasangan elektron bebas – sangat stabil, mengisi orbital. Orbital anti-ikatan kosong dan stabilitasnya lebih rendah dari suatu senyawa jika senyawa tersebut mengandung elektron. Jika ragu-ragu, kembalilah dan baca kembali materi mengenai orbital anti-ikatan, dan yakinlah anda dapat mengetahui bahwa orbital anti ikatan tidak mengandung pasangan elektron bebas.
Pada saat sinar melewati suatu senyawa, sebagian energi dalam sinar mendorong salah satu elektron dari orbital ikatan atau non-ikatan ke salah satu orbital anti-ikatan. erbedaan energi diantara tingkat-tingkat energi ini menentukan frekuensi (atau panjang gelombang) sinar yang diserap, dan perbedaan energi itu akan berbeda pada tiap senyawa. Hal ini akan dijelaskan lebih lanjut pada bagian lain. Konjugasi Kita akan melewatkan sejenak penjelasan tentang konjugasi – adalah penting untuk melihat terlebih dahulu beberapa jenis ikatan yang lain. Ikatan rangkap dua pada etena Untuk memahami ikatan rangkap dua terkonjugasi – pertama-tama anda harus yakin bahwa anda telah memahami ikatan rangkap dua yang sederhana. Etena mengandung ikatan rangkap dua sederhana antara dua atom karbon, tetapi dua bagian ikatan ini berbeda. Bagian pertama adalah ikatan sigma sederhana yang terbentuk dari tumpang-tindih antar ujung-ujung orbital pada tiap atom karbon, dan bagian lain disebabkan oleh tumpang-tindih sisi-sisi orbital-p masing-masing karbon. Diagram menjelaskan pembentukan ikatan pi – dimana dua orbital-p bertumpang-tindih pada sisi-sisinya:
. . . menghasilkan ikatan pi yang umum.
Ikatan rangkap dua terkonjugasi pada buta-1,3-diena Ikatan pada buta-1,3-diena Buta-1,3-diena mempunyai struktur sebagai berikut:
Sekarang gambarkan pembentukan orbital molekul seperti anda membayangkan dua molekul etena yang digabung menjadi satu. Anda akan mendapatkan ikatan sigma yang terbentuk oleh tumpang-tindih pada ujung-ujung orbital atom karbon dan hidrogen. Akan tersisa orbital-p pada tiap atom karbon.
Orbital-p itu akan saling tumpang-tindih pada sisi-sisinya – semuanya! Suatu sistem delokalisasi ikatan pi terbentuk, sama dengan kasus benzena yang mungkin sudah tak asing lagi bagi anda. Diagram menunjukan salah satu dari orbital molekul.
Untuk menekankan kembali – diagram hanya menunjukan satu orbital molekul yang terdelokalisasi. Ingat bahwa warna merah (atas dan bawah) pada gambar menunjukan bagian dari orbital yang sama. Interaksi dari dua ikatan rangkap dua untuk menghasilkan sistem delokalisasi elektron pi pada keempat atom disebut sebagai konjugasi. Konjugasi dalam konteks ini dapat diartikan “bergabung bersama”. Pada kenyataannya, jika anda memulai dengan tumpang-tindih empat orbital atom, anda akan mendapatkan empat orbital molekul. Empat elektron akan menempati dua tingkat energi terendah – masing-masing dua. Itu artinya anda akan mendapatkan dua orbital ikatan pi. Kita hanya menggambarkan salah satunya untuk penyederhanaan – lainnya mempunyai bentuk yang berbeda. Ada juga dua orbital pi anti-ikatan, tetapi kosong. Untuk beberapa alasan, kita mengabaikan hal ini – meskipun tidak untuk topik ini, karena energi dari sinar dapat mendorong elektron dari orbital pi ikatan ke orbital anti-ikatan (sebagaimana akan anda lihat pada bagian berikutnya). Pengenalan ikatan rangkap dua terkonjugasi dalam suatu molekul Ikatan rangkap dua terkonjugasi dapat anda jumpai pada molekul yang mengandung lebih dari satu ikatan rangkap dua, yaitu dengan adanya ikatan rangkap dua dan ikatan tunggal yang berselang-seling. Ikatan rangkap dua tidak selalu terbentuk dari atom-atom karbon. Molekul-molekul berikut mengandung ikatan rangkap dua terkonjugasi, meskipun untuk contoh terakhir, konjugasinya tidak terdapat pada seluruh bagian molekul:
Selanjutnya, molekul berikut mengandung dua ikatan rangkap dua, tetapi tidak terkonjugasi. Ikatan rangkapnya terpisah oleh dua ikatan tunggal.
Alasan mengapa harus ada ikatan rangkap dua dan ikatan tunggal yang berselang-seling adalah bahwa dengan cara ini dapat diperoleh semua orbital-pi bertumpang-tindih pada sisi-sisinya. Pada contoh terakhir, anda akan mendapatkan tumpang-tindih pada sisi-sisi tiap ujung molekul untuk mendapatkan dua ikatan pi. Tetapi ikatan tunggal tambahan di tengah menghentikan interaksi mereka satu sama lain. Perluasan Delokalisasi ikatan rangkap dua terkonjugasi Cincin benzena Anda pasti tidak asing lagi dengan delokalisasi pada cincin benzena. Jika anda membayangkan benzena dengan struktur Kelulé, anda mempunyai sistem yang sempurna dengan ikatan tunggal dan ikatan rangkap dua yang berselang-seling di seluruh bagian molekul.
Konjugasi ini memberikan sistem pi yang terdelokalisasi.
Sekali lagi, ingatlah bahwa ini hanyalah menunjukan satu orbital molekul yang terbentuk. Sebenarnya ada tiga orbitan pi ikatan dan tiga orbital pi anti-ikatan – karena mereka terbentuk dari kombinasi enam orbital atom. Orbital ikatan tambahan tidak tergambarkan. Fenilamin dan fenol Delokalisasi juga dapat meluas di luar ikatan pi, yang melibatkan pasangan elektron bebas seperti pada atom nitrogen atau oksigen. Dua contoh sederhana adalah fenilamin (anilin) dan fenol. Digambarkan dengan struktur Kekulé:
Anda dapat melihat ikatan tunggal dan ikatan rangkap dua berselang-seling sepanjang cincin benzena. Konjugasi ini menyebabkan sistem delokalisasi elektron seperti dalam benzena yang dapat ditunjukkan sebagai berikut:
Tetapi delokalisasi tidak terhenti pada cincin saja. Delokalisasi meluas ke atom nitrogen dan oksigen. ada fenilamin, ada satu pasangan elektron bebas pada atom nitrogen yang dapat bertumpang-tindih dengan elektron cincin . . .
. . . akibatnya terjadi delokalisasi yang melibatkan cincin dan nitrogen.
Hal yang sama terjadi pada fenol. Satu pasangan elektron bebas dari oksigen bertumpang-tindih dengan elektron cincin. Pasangan elektron bebas yang lain tidak terlibat karena arahnya berbeda.
Jadi, jika anda mencoba untuk memperkirakan sejauh mana delokalisasi dapat meluas dalam suatu molekul, jangan lupa untuk melihat atom-atom dengan pasangan elektron bebas yang dapat dilibatkan dalam delokalisasi. Gugus-gugus lain sebagai tambahan Lihatlah secara khusus cincin benzena dengan gugus samping yang mengandung ikatan rangkap dua. Sekarang mulailah dengan salah satu pasangan yang sederhana – feniletena (stirena) dan benzaldehida.
Pada masing-masing contoh, anda mendapatkan delokalisasi di seluruh cincin. Apakah delokalisasinya meluas ke gugus samping? Apakah anda mendapatkan ikatan tunggal dan ikatan rangkap dua yang berselang-seling? Ya. Anda mempunyai ikatan rangkap dua dalam gugus samping, kemudian suatu ikatan tunggal, dan cincin yang terdelokalisasi. Lihatlah pada feniletena, dan bayangkanlah pengaturan orbital sebelum terjadi delokalisasi pada gugus samping:
Anda dapat melihat bahwa ikatan rangkap dua dan elektron cincin akan bertumpang-tindih untuk membentuk sistem delokalisasi seperti ini:
Benzaldehida sangat mirip, kecuali bahwa kali bukan gugus CH2 yagn berada di ujung, ada sebuah oksigen dengan dua pasangan elektron bebas. Delokalisasinya sama persis.
Hati-hatilah, ingat bahwa untuk mendapatkan perluasan delokalisasi, ikatan rangkap dua pada rantai samping harus dapat berkonjugasi dengan elektron cincin – dua bagian ini harus mampu bergabung bersama. Molekul seperti dalam diagram berikut tidak mempunyai delokalisasi yang meluas ke rantai cabang. Gugus CH2 tambahan mencegah terjadinya tumpang-tindih pada sisi-sisi antara orbital p dari ikatan rangkap dua dengan elektron cincin.
Gugus samping lain yang dapat diamati adalah gugus nitro, NO2 – contohnya nitrobenzena. Ikatan dalam gugus nitro cukup sulit. Ikatannya sering ditunjukan dengan ikatan rangkap dua antara nitrogen dengan salah satu oksigen, dan satu ikatan koordinasi (ikatan kovalen dative).
Struktur ini kurang tepat. Kedua ikatan nitrogen-oksigen adalah identik dan gugus tersebut terdelokalisasi. Sering digambarkan sebagai berikut:
Setengah lingkaran yang terputus-putus menunjukan delokalisasi. Bayangkan ini seperti lingkaran yang anda gambarkan di tengah-tengah heksagon benzena. Delokalisasi ini hanyalah ikatan tunggal. Anda dapatkan dua konjugasi, dan delokalisasi terjadi di seluruh molekul. Contoh untuk diperhatikan Contoh lain, kita perlu melihat (karena ini terjadi dalam molekul yang akan kita bahas pada bagian berikutnya) gugus SO3- yang menempel pada cincin benzena.
Tampaknya ikatan rangkap dua berada pada posisi yang benar relatif terhadap cincin untuk terjadinya delokalisasi pada gugus ini. Bagaimanapun, saya telah menyampaikan bahwa delokalisasi tak dapat diperluas dari gugus samping ke dalam cincin. Saya tak dapat menemukan referensi tentang hal ini di web ataupun textbook yang saya dapatkan. Ikatan pada gugus sulfonat ini tidak semuanya dapat diterangkan dengan mudah dari sudut pandang orbital. Pada kenyataannya, hal ini lebih mudah diterangkan melalui ikatan koordinasi (ikatan dative), tetapi akhirnya penjelasan kita menjadi tidak terfokus. Saya berharap, sekarang anda tidak akan menanyakan mengenai delokalisasi yang melibatkan gugus ini. Ini muncul juga pada metil orange (dibahas pada bagian berikutnya), tetapi keberadaanya di sini tidaklah penting dan dapat diabaikan. Ringkasan Jika anda akan mempelajari sampai sejauhmana delokalisasi dapat meluas dalam suatu molekul, perhatikanlah:
Dan terakhir, ada apa dengan semua itu? Panjang gelombang sinar UV atau tampak yang diserap oleh senyawa organik tergantung pada besarnya jangkauan delokalisasi dalam molekul. Ini artinya bahwa jika anda menemukan suatu molekul yang tidak umum, anda dapat memperkirakan apakah suatu molekul terdelokalisasi ataukah tidak. Cukup untuk tingkatan ini, dan tak perlu terlalu khawatir dengan materi ini! |
Basa Kuat dan Basa Lemah
| Basa Kuat dan Basa Lemah
Halaman ini menjelaskan istilah kuat dan lemah yang diterapkan pada basa. Sebagai bagian dari penjelasan, halaman ini juga mendefinisikan dan menjelaskan Kb dan pKb. Kita akan menggunakan definisi Bronsted-Lowry mengenai basa yaitu zat yang menerima ion hidrogen (proton). Cara yang biasa untuk membandingkan kekuatan basa adalah melihat sejauh mana basa tersebut menghasilkan ion hidroksida dalam larutan. Hal ini mungkin terjadi karena basa tersebut mengandung ion hidroksida, atau karena basa tersebut mengambil ion hidrogen dari molekul air untuk menghasikan ion hidroksida. Basa kuatPenjelasan istilah “basa kuat” Basa kuat adalah sesuatu seperti natrium hidroksida atau kalium hidroksida yang bersifat ionik. Kamu dapat memperkirakan senyawa tersebut terpisah 100% menjadi ion logam dan ion hidroksida dalam larutan. Tiap mol natrium hidroksida larut untuk menghasilkan satu mol ion hidroksida dalam larutan.
Beberapa basa kuat seperti kalsium hidroksida sangat tidak larut dalam air. Hal itu bukan suatu masalah – kalsium hidroksida tetap terionisasi 100% menjadi ion kalsium dan ion hidroksida. Kalsium hidroksida tetap dihitung sebagai basa kuat karena kalsium hidroksida 100% terionisasi. Penentuan pH basa kuat Ingat bahwa:
Karena pH merupakan pengukuran konsentrasi ion hidrogen, bagaimana suatu larutan yang mengandung ion hidroksida dapat memiliki harga pH? Untuk memahami hal ini, kamu perlu mengetahui tentang hasil kali ion air. Apapun itu jika merupakan air, dapat disusun suatu kesetimbangan. Dengan menggunakan versi kesetimbangan yang disederhanakan:
Melalui adanya kelebihan ion hidroksida dari, katakanlah, natrium hidroksida, masih terdapat kesetimbangan, akan tetapi posisi kesetimbangan telah bergeser ke arah kiri menurut Prinsip Le Chatelier. Terdapat ion hidrogen yang jauh lebih sedikit dibandingkan dalam air murni, akan tetapi masih terdapat ion hidrogen. pH ditentukan melalui konsentrasi ion hidrogen tersebut. Skema metode penentuan pH basa kuat
Contoh Untuk menentukan pH 0.500 mol dm-3 arutan natrium hidroksida: Karena natrium hidroksida bersifat ionik, tiap mol natrium hidroksida memberikan jumlah mol ion hidroksida yang sama dalam larutan.
Sekarang anda dapat menggunakan harga Kw pada temperatur larutan. Biasanya menggunakan 1.00 x 10-14 mol2 dm-6.
Hal ini benar apakah air tersebut murni atau tidak. Pada kasus ini anda memiliki harga konsentrasi ion hidroksida. Substitusi konsentrasi ion hidroksida memberikan:
Jika anda memecahkan harga untuk [H+], dan kemudian mengubahmya pada pH, anda memperoleh pH 13.7. Basa lemahPenjelasan istilah “basa lemah” Amonia adalah basa lemah yang khas. Sudah sangat jelas amonia tidak mengandung ion hidroksida, tetapi amonia bereaksi dengan air untuk menghasilkan ion amonium dan ion hidroksida.
Akan tetapi, reaksi berlangsung reversibel, dan pada setiap saat sekitar 99% amonia tetap ada sebagai molekul amonia. Hanya sekitar 1% yang menghasilkan ion hidroksida. Basa lemah adalah salah satu yang tidak berubah seluruhnya menjadi ion hidroksida dalam larutan. Membandingkan kekuatan basa dalam larutan: Kb Ketika basa lemah bereaksi dengan air, posisi kesetimbangan bervariasi antara basa yang satu dengan basa yang lain. Selanjutnya bergeser ke kiri, ke basa yang lebih lemah.
anda dapat memperoleh pengukuran posisi kesetimbangan melalui penulisan tetapan kesetimbangan untuk reaksi. Harga tetapan yang lebih rendah, kesetimbangan lebih bergeser ke arah kiri. Pada kasus ini tetapan kesetimbangan disebut dengan Kb. Kb didefinisikan sebagai:
pKb Hubungan antara Kb dan pKb persis sama seperti istilah “p” yang lain pada topik ini:
Tabel menunjukkan beberapa harga Kb dan pKb untuk beberapa basa lemah.
Seiring dengan menurunnya posisi basa pada tabel, harga Kb naik. Hal ini berarti bahwa basa menjadi lebih kuat. Seiring dengan didapatkannya Kb yang lebih besar, pKb menjadi lebih kecil. Harga pKb yang lebih rendah, basa lebih kuat. Hal ini persis sejalan dengan hubungan untuk asam, pKa - harga yang lebih kecil, asam lebih kuat. |
||||||||||||||||
Tetapan Hasil Kali Ion Air, Kw
| Tetapan Hasil Kali Ion Air, Kw
Halaman ini menjelaskan apa yang dimaksud dengan tetapan hasil kali ion air. Penjelasan tersebut meninjau pada sisi bagaimana tetapan ion bervariasi terhadap temperatur, dan bagaimana cara menentukan pH air murni pada temperatur yang berbeda. Kw dan pKwPentingnya kesetimbangan dalam air Molekul air dapat berfungsi sebagai asam ataupun basa. Salah satu molekul air (berperilaku sebagai basa) dapat menerima ion hidrogen dari yang lainnya (berperilaku sebagai asam). Hal ini akan terjadi dimana saja pada air – air menjadi tidak murni. Terbentuk ion hidroksonium dan ion hidroksida.
Akibat yang menguntungkan adalah dapat disusun suatu bentuk kesetimbangan.
Setiap saat, terdapat sejumlah kecil ion hidroksonium dan ion hidroksida yang luar biasa. Pada bagian bawah halaman ini selanjutnya, kita dapat menghitung konsentrasi ion hidroksonium yang ada dalam air murni. Hasil perhitungan menghasilkan konsentrasi 1.00 x 10-7 mol dm-3 pada temperatur kamar. Kamu dapat menemukan kesetimbangan ini dituliskan dalam bentuk yang disederhanakan:
Hal ini baik untuk mengingatkan anda bahwa H+(aq) ebenarnya mengacu pada ion hidroksonium. Pendefinisian tetapan hasil kali ion air, Kw Kw pada dasarnya hanya tetapan untuk reaksi yang telah ditunjukan di atas. Kamu mendapatkannya dalam dua bentuk: Berdasarkan pada kesetimbangan yang ditulis penuh . . .
. . . atau kesetimbangan yang disederhanakan:
Kamu dapat menemukan keduanya dengan atau tanpa simbol yang menunjukkan keadaan. Apapun versi yang anda ikuti, keduanya memiliki arti yang sama! Kamu barangkali heran kenapa air tidak dituliskan pada bagian bawah ungkapan tetapan kesetimbangan tersebut. Terlalu sedikitnya jumlah air yang terionisasi pada setiap saat, maka konsentrasi air sisanya dianggap tidak berubah – tetap. Kw didefinisikan untuk menghindari pembuatan ungkapan rumit yang tidak berguna melalui pencantuman tetapan yang lain pada ungkapan tersebut. Harga Kw Seperti halnya tetapan kesetimbangan yang lainnya, harga Kw ervariasi menurut temperatur. Harga Kw selalu 1.00 x 10-14 mol2 dm-6 pada temperatur ruangan. Pada faktanya, harga Kw ini sedikit lebih kecil dibandingkan pada 25°C. Satuan Kw: Kw ditemukan melalui pengkalian dua konsentrasi secara bersamaan. Keduanya memiliki satuan mol dm-3.Perkalian mol dm-3 x mol dm-3 memberikan anda suatu satuan seperti yang dituliskan di atas. pKw Hubungan antara Kw dan pKw sama persis seperti hubungan antara Ka dan pKa, atau [H+] dan pH.
pH air murniMengapa air murni memiliki pH 7? Pertanyaan tersebut benar-benar menyesatkan! Pada faktanya, air murni hanya memiliki pH sama dengan 7 pada temperatur tertentu – temperatur yang memberikan harga Kw sebesar 1.00 x 10-14 mol2 dm-6. Berikut ini ditunjukkan asal muasal hal tersebut terjadi: Untuk menentukan harga pH, yang anda perlukan untuk pertama kalinya adalah menemukan konsentrasi ion hidrogen (atau konsentrasi ion hidroksonium – hal ini sama saja). Kemudian mengubahnya menjadi pH. Dalam air murni pada temperatur ruangan harga Kw menunjukkan pada anda bahwa:
Akan tetapi pada air murni, konsentrasi ion hidrogen (ion hidroksonium) harus sebanding dengan konsentrasi ion hidroksida. Untuk setiap pembentukan ion hidrogen, juga terjadi pembentukan ion hidroksida sama halnya seperti pembentukan ion hidrogen. Hal itu berarti bahwa anda dapat menggantikan [OH-] pada ungkapan Kwdengan [H+].
Dengan mengakarkan harga di atas maka dihasilkan:
Ubah harga [H+] ke bentuk pH:
Itulah awal dari harga pH 7. Variasi pH air murni pada berbagai temperatur Pembentukan ion hidrogen (ion hidroksonium) dan ion hidroksida dari air merupakan proses endoterm. Dengan menggunakan versi kesetimbangan yang lebih sederhana:
Reaksi sebaliknya menyerap kalor. Menurut Prinsip Le Chatelier, jika anda melakukan perubahan pada kondisi reaksi kesetimbangan dinamis, posisi kesetimbangan bergerak melawan perubahan yang anda lakukan. Menurut Le Chatelier, jika anda menaikkan temperatur air, kesetimbangan akan bergeser lagi ke arah temperatur yang lebih rendah. Hal ini akan terjadi melalui penyerapan kelebihan kalor. Hal ini berarti bahwa reaksi ke depan akan lebih disukai, dan akan terbentuk lebih banyak ion hidrogen dan ion hidroksida. Akibatnya harga Kw meningkat seiring dengan peningkatan temperatur. Tabel di bawah ini menunjukkan pengaruh temperatur pada harga Kw. Untuk setiap harga Kw, harga pH yang baru dihitung dengan menggunakan metode yang sama seperti yag terdapat di atas. Hal ini akan berguna jika anda mengecek sendiri harga pH tersebut.
anda dapat melihat bahwa harga pH air murni menurun seiring dengan kenaikan temperatur. Peringatan! Jika harga pH menurun seiring dengan kenaikan temperatur, apakah hal ini berarti bahwa air menjadi lebih asam pada temperatur yang lebih tinggi?TIDAK! Larutan akan bersifat asam jika kelebihan ion hidrogen dibandingkan ion hidroksida. Pada kasus air murni, keduanya selalu memiliki jumlah yang sama antara ion hidrogen dan ion hidroksida. Hal ini berarti bahwa air tetap netral – kecuali jika pH-nya berubah. Masalahnya adalah kita sudah sangat akrab dengan pH 7 air murni, yang lainnya terasa sedikit aneh. Harus di ingat bahwa anda menghitung harga pH netral dari Kw. Jika pH berubah, maka harga pH netral juga berubah secara beriringan. Pada temperatur 100°C, pH air murni adalah 6.14. Harga tersebut merupakan titik netral pada temperatur tinggi. Larutan dengan pH 7 pada temperatur ini sedikit bersifat basa karena memiliki harga pH sedikit lebih tinggi daripada harga netral 6.14. Hal yang sama, anda dapat membantah bahwa larutan dengan pH 7 pada 0°C adalah sedikit asam, karena harga pH-nya sedikit lebih rendah dibandingkan harga netral 7.47 pada temperatur tersebut. |
||||||||||||||||||||||||||||
Asam Kuat dan Asam Lemah
Asam Kuat dan Asam Lemah
Halaman ini menjelaskan istilah kuat dan lemah yang digunakan pada asam. Sebagai bagian dari penjelasan, halaman ini juga memberikan definisi dan menerangkan apa yang dimaksud dengan pH, Ka dan pKa.
Adalah penting bahwa kamu jangan keliru memahami kata kuat dan lemahdengan istilah pekat dan encer.
Seperti yang akan anda lihat di bawah ini, kekuatan asam berhubungan dengan perbandingan asam yang dapat bereaksi dengan air untuk menghasilkan ion. Konsentrasi menjelaskan kepada anda mengenai seberapa banyak jumlah asam semula yang terlarut dalam air.
Adalah suatu kemungkinan yang sangat sempurna untuk memiliki larutan pekat dari asam lemah, atau larutan encer dari asam kuat.
Asam kuat
Penjelasan istilah “asam kuat”
Kita akan menggunakan definisi Bronsted-Lowry mengenai asam.
Ketika asam dilarutkan dalam air, sebuah proton (ion hidrogen) ditransferkan ke molekul air untuk menghasilkan ion hidroksonium dan sebuah ion negatif tergantung pada asam yang anda pakai.
Pada kasus yang umum
Reaksi tersebut reversibel, tetapi pada beberapa kasus, asam sangat baik pada saat memberikan ion hidrogen yang dapat kita fikirkan bahwa reaksi berjalan satu arah. Asam 100% terionisasi.
Sebagai contoh, ketika hidrogen klorida dilarutkan dalam air untuk menghasilkan hidrogen klorida, sangat sedikit sekali terjadi reaksi kebalikan yang dapat kita tulis:
Pada tiap saat, sebenarnya 100% hidrogen klorida akan bereaksi untuk menghasilkan ion hidroksonium dan ion klorida. Hidrogen klorida digambarkan sebagai asam kuat.
Asam kuat adalah asam yang terionisasi 100% dalam larutan.
Asam kuat lain yang biasa diperoleh adalah asam sulfat dan asam nitrat.
Anda barangkali menemukan suatu persamaan untuk ionisasi yang dituliskan melalui sebuah bentuk yang disederhanakan:
Persamaan ini menunjukkan hidrogen klorida terlarut dalam air yang terpisah untuk memberikan ion hidrogen dalam larutan dan ion klorida dalam larutan.
Versi ini sering digunakan dalam pekerjaan ini hanya untuk menjadikan sesuatu terlihat lebih mudah. Jika anda menggunakannya, harus diingat bahwa air memang benar-benar terlibat, dan ketika anda menuliskan H+(aq) yang anda maksudkan sebenarnya adalah ion hidroksonium, H3O+.
Asam kuat dan pH
pH adalah ukuran konsentrasi ion hidrogen dalam larutan. Asam kuat seperti asam hidroklorida pada konsentrasi seperti yang sering anda gunakan di lab memiliki pH berkisar antara 0 sampai 1. pH yang lebih rendah, konsentrasi ion hidrogen lebih tinggi dalam larutan.
Penentuan pH
Penentuan pH asam kuat
Jika anda menentukan pH dari 0.1 mol dm-3 asam klorida. Yang anda perlukan untuk melakukannya adalah menentukan konsentrasi ion hidrogen dalam larutan terlebih dahulu, dan kemudian mengubahnya menjadi bentuk pH dengan menggunakan kalkulator.
Dengan menggunakan asam kuat hal ini sangatlah mudah.
Asam hidroklorida adalah asam kuat – terionisasi 100%. Tiap mol HCl bereaksi dengan air untuk menghasilkan 1 mol ion hidrogen dan 1 mol ion klorida.
Hal ini berarti bahwa jika konsentrasi asam adalah 0.1 mol dm-3, maka konsentrasi ion hidrogen juga 0.1 mol dm-3.
Gunakan kalkulator untuk mengubahnya ke dalam bentuk pH. Kalkulator menginginkan untuk menekan 0.1, dam kemudian tekan tombol “log”. Anda mungkin melakukannya dalam bentuk yang berbeda. anda harus menemukannya!
log10 [0.1] = -1
Tetapi pH = – log10 [0.1]
- (-1) = 1
pH asam adalah 1.
Asam lemah
Penjelasan istilah “asam lemah”
Asam lemah adalah salah satu yang tidak terionisasi seluruhnya ketika asam lemah tersebut dilarutkan dalam air.
Asam etanoat (asam asetat) adalah asam lemah yang khas. Asam etanoat bereaksi dengan air untuk menghasilkan ion hidroksonium dan ion etanoat, tetapi reaksi kebalikannya lebih baik dibandingkan dengan reaksi ke arah depan. Ion bereaksi dengan sangat mudah untuk membentuk kembali asam dan air.
Pada setiap saat, hanya sekitar 1% molekul asam etanoat yang diubah ke dalam bentuk ion. Sisanya tetap sebagai molekul asam etanoat yang sederhana.
Sebagaian besar asam organik adalah asam lemah. Hidrogen fluorida (dilarutkan dalam air untuk menghasilkan asam hidrofluorida) adalah asam anorganik lemah.
Membandingkan kekuatan asam lemah
Posisi kesetimbangan reaksi antara asam dan air bervariasi antara asam lemah yang satu dengan asam lemah yang lainnya. Selanjutnya bergeser ke arah kiri, ke sisi asam yang lebih lemah.
Tetapan disosiasi asam, Ka
anda dapat memperoleh ukuran posisi kesetimbangan dengan menuliskan tetapan kesetimbangan untuk reaksi. Tetapan yang memiliki harga lebih rendah, kesetimbangan bergeser ke arah kiri.
Disosiasi (ionisasi) asam adalah contoh reaksi homogen. Semuanya berada pada fasa yang sama – pada kasus ini, pada larutan dalam air. Karena itu anda dapat menuliskan ungkapan yang sederhana untuk tetapan kesetimbangan, Kc.
Berikut adalah kesetimbangan lagi:
anda mungkin ingin menuliskan tetapan kesetimbangan dengan:
Akan tetapi, jika anda berfikir dengan lebih hati-hati, terdapat sesuatu hal yang ganjil.
Pada bagian bawah ungkapan, anda memiliki hubungan untuk konsentrasi air dalam larutan. Hal itu bukanlah suatu masalah – kecuali jumlah tersebut sangatlah besar untuk dibandingkan dengan jumlah yang lain.
Dalam 1 dm3 larutan, terdapat sekitar 55 mol air.
Catatan: Berat 1 mol air adalah 18 g. 1 dm3 larutan mengandung kurang lebih 1000 g air. Dengan membagi angka 1000 dengan 18 diperoleh kurang lebih 55.
Jika anda memiliki asam lemah dengan konsentrasi sekitar 1 mol dm-3, dan hanya sekitar 1% asam lemah tesebut bereaksi dengan air, jumlah mol air hanya turun sekitar 0.01. Dengan kata lain, jika asam adalah lemah maka konsentrasi air tetap.
Pada kasus tersebut, tidak terdapat batasan yang luas dalam memasukan hubungan konsentrasi air ke dalam ungkapan tersebut jika hubungan konsentrasi air itu merupakan suatu variabel. Malahan, tetapan kesetimbangan yang baru didefinisikan tanpa menyertakannya. Tetapan kesetimbangan yang baru ini disebut dengan Ka.
Catatan: Istilah untuk konsentrasi air telah diabaikan. Apa yang terjadi adalah pernyataan pertama telah disusun untuk mnghasilkan Kc sebuah konstanta) yang menyatakan konsentrasi air (konstanta yang lain) pada bagian sebelah kiri. Hasil kali ionnya kemudian diberi nama Ka.
anda mungkin menemukan ungkapan Ka ditulis berbeda jika anda menuliskannya dari versi reaksi kesetimbangan yang disederhanakan:
Ungkapan ini mungkin ditulis dengan atau tanpa simbol yang menunjukkan keadaan.
Hal ini sebenarnya persis sama dengan ungkapan sebelumnya untuk Ka! Ingatlah bahwa meskipun kita sering menulis H+ untuk ion hidrogen dalam larutan, sebenarnya kita membicarakan ion hidroksonium.
Ungkapan Ka versi yang kedua tidak persis sama dengan ungkapan yang pertama, tetapi penguji anda mungkin akan menyetujuinya. Ketahuilah!
Untuk mengambil contoh tertentu, tetapan untuk disosiasi asam etanoat tepatnya ditulis sebagai:
Ungkapan Ka adalah:
Jika anda menggunakan kesetimbangan dengan versi yang lebih sederhana
ungkapan Ka adalah:
Tabel menunjukkan beberapa harga Ka untuk beberapa asam yang sederhana:
| asam | Ka (mol dm-3) |
|---|---|
| asam hidrofluorida | 5.6 x 10-4 |
| asam metanoat | 1.6 x 10-4 |
| asam etanoat | 1.7 x 10-5 |
| hidrogen sulfida | 8.9 x 10-8 |
Semuanya adalah asam lemah karena harga Ka sangat kecil. Asam-asam tersebut diurutkan seiring dengan penurunan kekuatan asam – harga Ka yang diperoleh lebih kecil seiring dengan menurunnya urutan pada tabel.
Meskipun demikian, jika anda sangat tidak menyukai bilangannya, bilangan tersebut tidaklah nyata. Karena bilangan terdiri dari dua bagian, terlalu banyak untuk membicarakannya dengan cepat!
Untuk menghindari hal ini, bilangan tersebut seringkali diubah ke dalam sesuatu yang baru, bentuk yang lebih mudah, disebut pKa.
Pengantar untuk pKa
pKa memuat dengan tepat hubungan yang sama untuk Ka sebagaimana pH digunakan untuk menunjukkan konsentrasi ion hidrogen:
Jika anda menggunakan kalkuator anda pada seluruh harga Ka pada tabel di atas dan mengubahnya menjadi harga pKa anda akan memperoleh:
| asam | Ka (mol dm-3) | pKa |
|---|---|---|
| asam hidrofluorida | 5.6 x 10-4 | 3.3 |
| asam metanoat | 1.6 x 10-4 | 3.8 |
| asam etanoat | 1.7 x 10-5 | 4.8 |
| hidrogen sulfida | 8.9 x 10-8 | 7.1 |
Dengan catatan bahwa asam yang lebih lemah, memiliki harga pKa yang lebih besar. Sekarang sangat mudah untuk melihat bahwa kecenderungan mengarah pada asam yang lebih lemah seiring dengan menurunya posisi asam pada tabel.
ngatlah:
- Harga pKa lebih rendah, asam lebih kuat.
- Harga pKa lebih tinggi, asam lebih lemah.
Tembaga
Tembaga
Reaksi ion tembaga(II) dalam larutan
Ion yang paling sederhana dalam bentuk tembaga dalam larutan adalah ion berwarna biru heksaaquotembaga(II) – [Cu(H2O)6]2+.
Reaksi ion hekasaquotembaga(II) dengan ion hidroksida
Ion hidroksida (dari, katakanlah, larutan natrium hidroksida) menggantikan ion hidrogen dari ligan air dan kemudian melekat pada ion tembaga.
Setalah ion hidrogen dihilangkan dari dua molekul air, kamu akan memperoleh kompleks tidak bermuatan – kompleks netral. Kompleks ini tidak larut dalam air dan terbentuk endapan.
Pada tabung reaksi, perubahan warna yang terjadi adalah:
Reaksi ion heksaaquotembaga(II) dengan larutan amonia
Amonia dapat berperan sebagai basa maupun ligan. Dengan jumlah amonia yang sedikit, ion hidrogen dihilangkan dengan pasti seperti pada kasus ion hidrogen menghasilkan kompleks netral.
Endapan yang terbentuk akan melarut jika kamu menambahkan amonia berlebih.
Amonia menggantikan air sebagai ligan untuk menghasilkan ion tetraamindiaquotembaga(II). Dengan catatan hanya empat dari enam molekul air yang digantikan.
Perubahan warna yang terjadi adalah:
Reaksi ion heksaaquotembaga(II) dengan ion karbonat
Kamu akan memperoleh dengan mudah endapan tembaga(II) karbonat seperti yang kamu pikirkan
Reaksi pertukaran ligan yang melibatkan ion klorida
Jika kamu menambahakan asam klorida pekat ke dalam larutan yang mengandung ion heksaaquotembaga(II), enam molekul air digantikan oleh empat ion klorida.
Reaksi yang terjadi berlangsung reversibel.
Karena reaksi berlangsung secara reversibel, kamu dapat memperoleh campuran warna dari kedua ion kompleks.
Kamu mungkin dapat menemukan beraneka warna ion tetraklorokuprat(II) mulai dari hijau minyak zaitun atau kuning. Jika kamu menambahkan air ke dalam larutan yang berwarna hijau, maka larutan tersebut akan kembali berwarna biru.
Reaksi ion heksaaquotembaga(II) dengan ion iodida
Reaksi sederhana
Ion tembaga(II) akan mengoksidasi ion iodida menjadi iodium, dan selama berlangsungnya proses reaksi ion tembaga(II) mereduksi dengan sendirinya menjadi tembaga(I) iodida.
Campuran coklat yang merupakan pengotor dipisahkan terlebih dahulu sehingg tinggal endapan putih tembaga(I) iodida dalam larutan iodium.
Penggunaan reaksi tersebut untuk menentukan konsentrasi ion tembaga(II) dalam larutan
Jika kamu mempipet sejumlah volume tertentu suatu larutan yang mengandung ion tembaga(II) ke dalam labu, dan kemudian menembahkan larutan kalium iodida berlebih, kamu memperoleh reaksi yang mana kita hanya dapat menulisnya.
Kamu dapat menentukan sejumlah iodium yang dibebaskan dengan menggunakan titrasi dengan larutan natrium tiosulfat.
Selama larutan natrium tiosulfat diteteskan dari buret, warna iodium menjadi pudar. Ketika warna akan menghilang, kamu tambahakan larutan kanji secukupnya. Reaksi ini berlangsung secara reversibel dengan iodium menghasilkan kompleks iodium-kanji yang berwarna biru tua yang lebih mudah untuk dilihat.
Kamu tambahkan tetes-tetes terakhir larutan natrium tiosulfat secara perlahan sampai warna biru menghilang.
Jika kamu mengurutkan perbandingan reaksi dari awal sampai akhir dari dua persamaan tersebut, kamu akan menemukan bahwa setiap dua mol ion tembaga(II), kamu memerlukan dua mol larutan natrium tiosulfat.
Jika kamu mengetahui konsentrasi larutan narium tiosulfat, hal itu memudahkan untuk menghitung konsentrasi ion tembaga(II).
Beberapa sifat kimia tembaga(I)
Disproporsionasi ion tembaga(I) dalam larutan
Sifat kimia tembaga(I) terbatas pada reaksi yang melibatkan ion tembaga(I) yang sederhana dalam larutan. Berikut adalah satu contoh yang baik mengenaidisproporsionasi - suatu reaksi dimana sesuatu mengalami oksidasi dan reduksi sendiri.
Ion tembaga(I) dalam larutan terdisproporsi menghasilkan ion tembaga(II) dan endapan tembaga.
Reaksinya adalah:
Semua percobaan untuk menghasilkan senyawa tembaga(I) yang sederhana dalam larutan dapat dilakukan.
Sebagai contoh, jika kamu mereaksikan tembaga(I) oksida dengan asam sulfat encer panas, kamu mungkin akan mengira akan memperoleh larutan tembaga(I) sulfat dan dihasilkan air. Pada faktanya kamu akan memperoleh endapan coklat tembaga dan larutan biru tembaga(II) sulfat karena reaksi disproporsionasi.
Kestabilan tingkat oksidasi tembaga(I)
Senyawa tembaga(I) yang tidak larut
Kita akan melihat bahwa tembaga(I) iodida yang dihasilkan berupa endapan berwarna putih jika kamu menambahkan larutan kalium iodida ke dalam larutan yang mengandung ion tembaga(II). Tembaga(I) iodida sebenarnya tidak larut adalam air, dan karena itu reaksi disproporsionasi tidak terjadi.
Tembaga(I) klorida dapat dihasilkan sebagai endapan putih (reaksi dituliskan dibawah). Asalkan pemisahan endapan dari larutan dilakukan secepat mungkin dan dikeringkan secepat mungkin pula, endapan akan tetap berwarna putih. Pada saat kontak dengan air, endapan ini akan berubah manjadi biru dengan terbentuknya ion tembaga(II).
Reaksi disproporsionasi hanya terjadi pada ion tembaga(I) yang sederhana dalam larutan.
Kompleks-kompleks tembaga(I)
Pembentukan kompleks-kompleks tembaga(I) (bisa juga dengan air sebagai ligannya) juga menstabilkan tingkat oksidasi tembaga(I).
Sebagai contoh, antara [Cu(NH3)2]+ and [CuCl2]- merupakan kompleks tembaga(I) yang tidak terjadi disproporsionasi.
Kompleks yang mengandung klor terbentuk jika tembaga(I) oksida dilarutkan dalam asam klorida pekat.
Kamu dapat menduga bahwa hal ini terjadi dalam dua tahap. Pertama, kamu akan memperoleh tembaga(I) klorida yang terbentuk:
Tetapi dengan adanya ion klorida yang berelebih dari HCl, reaksi ini memberikan kestabilan, kompleks tembaga(I) terlarut.
Kamu dapat memperoleh endapan putih tembaga(I) klorida (seperti yang disebutkan diatas) dengan menambahkan air ke dalam larutan. Reaksi ini merupakan kebalikan dari reaksi tanpa kelebihan ion klorida.
Besi
| Besi
Besi dan ion-nya sebagai katalis Besi sebagai katalis pada Proses Haber Proses Haber menggabungkan nitrogen dan hidrogen ke dalam amonia. Nitrogen berasal dari udara dan hidrogen sebagian besar diperoleh dari gas alam (metan). Besi digunakan sebagai katalis. |
|
| Ion besi sebagai katalis pada reaksi antara ion persulfat dan ion iodida
Reaksi antara ion persulfat (ion peroxodisulfat), S2O82-, dan ion iodida dalam larutan dapat dikatalisis dengan ion besi(II) maupun ion besi(III). Persamaan keseluruhan untuk reaksinya adalah:
Untuk penjelasannya, kita akan mengunakan katalis besi(II). Reaksi terjadi dalam dua tahap.
Jika kamu menggunakan ion besi(III), reaksi kedua yang terjadi diatas akan menjadi reaksi yang pertama. Besi merupakan sebuah contoh yang baik dalam hal penggunaan senyawa logam transisi sebagai katalis karena kemampuan senyawa logam transisi tersebut untuk mengubah tingkat oksidasi. |
|
| Reaksi ion besi dalam larutan
Ion-ion yang paling sederhana dalam larutan adalah:
Kedua-duanya bersifat asam, tetapi ion besi(III) lebih kuat sifat asamnya. |
|
| Reaksi ion besi dengan ion hidroksida
Ion hidroksida (dari, katakanlah, larutan natrium hidroksda) dapat menghilangkan ion hidrogen dari ligan air dan kemudian melekat pada ion besi. Setelah ion hidrogen dihilangkan, kamu memperoleh kompleks tidak muatan – kompleks netral. Kompleks netral ini tidak larut dalam air dan terbentuk endapan. Pada kasus besi(II):
Pada kasus besi(III):
|
|
| Pada tabung reaksi, perubahan warna yang terjadi adalah:
Pada kasus besi(II):
Besi sangat mudah di oksidasi pada kondisi yang bersifat basa. Oksigen di udara mengoksidasi endapan besi(II) hidroksida menjadi besi(III) hidroksida terutama pada bagian atas tabung reaksi. Warna endapan yang menjadi gelap berasal dari efek yang sama. Pada kasus besi(III):
|
|
| Reaksi ion besi dengan larutan amonia
Amonia dapat berperan sebagai basa atau ligan. Pada kasus ini, amonia berperan sebagai basa – menghilangkan ion hidrogen dari kompleks aquo. Pada kasus besi(II):
Kejadian yang sama terjadi ketika kamu menambahkan larutan natrium hidroksida. Endapan kembali berubah warna yang menunjukkan kompleks besi(II) hidroksida teroksidasi oleh udara menjadi besi(III) hidroksida. Pada kasus besi(III):
Reaksi yang sama ketika kamu menambahkan larutan natrium hidroksida. |
|
| Reaksi-reaksi ion besi dengan ion karbonat
Berikut ini merupakan perbedaan yang penting antara sifat ion besi(II) dan ion besi(III). Ion besi(II) dan ion karbonat Kamu dapat memperoleh dengan mudah endapan besi(II) karbonat sesuai dengan yang kamu pikirkan.
|
|
| Ion besi(III) dan ion karbonat Ion heksaaquobesi(III) cukup asam untuk bereaksi dengan ion karbonat yang bersifat basa lemah. Jika kamu menambahkan larutan natrium karbonat ke larutan yang mengandung ion heksaaquobesi(III), dengan pasti kamu akan memperoleh endapan seperti jika kamu menambahkan larutan natrium hidroksida atau larutan amonia. Saat ini, ion karbonat yang menghilangkan ion hidrogen dari ion heksaaquo dan menghasilkan kompleks netral. Berdasarkan pada perbandingan ion karbonat dengan ion heksaaquo, kamu akan memperoleh ion hidrogen karbonat maupun gas karbon dioksida dari reaksi antara ion hidrogen dengan ion karbonat. Persamaan reaksi menunjukkan pembentukan karbon dioksida.
Selain karbon dioksida, tidak terdapat sesuatu yang baru pada reaksi ini:
|
|
| Pengujian untuk ion besi(III) dengan ion tiosianat
Pengujian ini merupakan tes yang sangat sensitif untuk ion besi(III) dalam larutan. Jika kamu menambahkan ion tiosianat, SCN-, (dari, katakanlah, larutan natrium atau kalium atau amonium tiosianat) ke dalam larutan yang mengandung ion besi(II), kamu akan memperoleh larutan berwarna merah darah kuat yang mengandung ion [Fe(SCN)(H2O)5]2+.
|
|
| Penentuan konsentrasi ion besi(II) dalam larutan dengan cara titrasi
Kamu dapat menentukan konsentrasi ion besi(II) dalam larutan melalui cara titrasi dengan menggunakan larutan kalium manganat(VII) atau larutan kalium dikromat(VI). Reaksi berlangsung dengan adanya asam sulfat encer. Pada kasus yang lain, kamu dapat mempipet larutan yang mengandung ion besi(II) yang sudah diketahui volumenya ke dalam labu, dan kemudian menambahkan asam sulfat encer secukupnya. Apa yang akan terjadi kemudian tergantung pada penggunaan larutan kalium manganat(VII) atau larutan kalium dikromat(VI). Menggunakan larutan kalium manganat(VII) Larutan kalium manganat(VII) diteteskan melalui buret. Pada awalnya, larutan tersebut menjadi tidak berwarna yang menunjukkan larutan tersebut bereaksi. Pada titik akhir titrasi warna merah muda permanen dalam larutan menunjukkan ion manganat(VII) sedikit berlebih. Ion manganat(VII) mengoksidasi ion besi(II) menjadi ion besi(III). Dua persamaan setengah-reaksinya adalah:
Penggabungan keduanya memberikan persamaaan ion untuk reaksi:
|
|
| Persamaan yang lengkap menunjukkan bahwa 1 mol ion manganat(VII) bereaksi dengan 5 mol ion besi(II). Melalui informasi tersebut, perhitungan titrasi sama seperti yang lainnya. | |
| Menggunakan larutan kalium dikromat(VI) Larutan kalium dikromat(VI) berubah menjadi hijau menunjukkan larutan tersebut bereaksi dengan ion besi(II), dan kamu tidak akan bisa mendeteksi perubahan warna ketika kamu meneteskan larutan jingga berlebih ke dalam larutan berwarna hijau kuat. Dengan larutan kalium dikromat(VI) kamu harus menggunakan inndikator tertentu, dikenal dengan indikator redoks. Perubahan warna menunjukkan keberadaan agen pengoksidasi. Berikut adalah beberapa indikator – seperti difenilamin sulfonat. Indikator ini memberikan warna ungu-biru yang menandakan adanya kelebihan larutan kalium dikromat(VI). Dua persamaan setengah-reaksinya adalah:
Penggabungan keduanya memberikan:
Kamu dapat melihat bahwa perbandingan reaksi antara 1 mol ion dikromat(VI) dengan 6 mol ion besi(II). Sekali lagi kamu tidak dapat memungkiri, perhitungan titirasi sekali lagi dilakukan seperti yang lainnya. |
MANGAN
| MANGAN
Halaman ini terdiri dari: dua reaksi sederhana ion mangan(II) dalam larutan (hasil ringkasan dari bagian lain situs), dan kegunaan kalium manganat(VII) (kalium permanganat) sebagai agen pengoksidasi – termasuk kegunaannya dalam titrasi. Reaksi ion mangan(II) dalam larutan |
|
| Reaksi ion heksaaquomangan(II) dengan ion hidroksida Ion hidroksida (dari, katakanlah, larutan natrium hidroksida) dapat menghilangkan ion hidrogen dari ligan air dan kemudian melekat pada ion mangan. Setelah ion hidrogen dihilangkan dari dua molekul air, kamu akan memperoleh kompleks tidak bermuatan – kompleks netral. Kompleks netral ini tidak larut dalam air dan terbentuk endapan.
|
|
| Dalam tabung reaksi, perubahan warna yang terjadi adalah:
Saya dapat menunjukkan bahwa larutan aslinya berwarna merah muda yang pucat sekali (warna merah muda paling pucat yang bisa saya hasilkan!), tetapi pada faktanya larutan tersebut sebenarnya tidak berwarna. Endapan coklat pucat di oksidasi menjadi mangan(II) oksida yang berwarna coklat lebih gelap pada saat bersentuhan dengan oksigen dari udara. |
|
| Reaksi ion heksaaquomangan(II) dengan larutan amonia Amonia dapat berperan sebagai basa maupun sebagai ligan. Pada kasus ini, pada konsentrasi laboratorium yang biasa, amonia berperan sebagai basa – dapat menghilangkan ion hidrogen dari kompleks aquo. 
Sekali lagi, saya dapat menunjukkan larutan asli sebagai larutan berwarna merah muda paling pucat yang dapat saya hasilkan, tetapi pada faktanya larutan tersebut sebenarnya tidak berwarna. Endapan coklat pucat di oksidasi menjadi mangan(II) oksida yang berwarna coklat lebih gelap ketika bersentuhan dengan oksigen dari udara. Tidak terlihat perbedaan bentuk reaksi antara reaksi tersebut dengan reaksi yang terakhir. |
|
| Beberapa sifat kimia kalium manganat(VII)
Kalium manganat(VII) (kalium permanganat) merupakan agen pengoksidasi yang kuat. Penggunaan kalium manganat(VII) sebagai agen pengoksidasi dalam kimia organik Larutan kalium manganat(VII) biasa dibuat sedikit basa dengan larutan natrium karbonat, dan perubahan warna yang khas adalah sebagai berikut:
Pada pengujian untuk ikatan rangkap C=C Etana, sebagai contoh, di oksidasi menjadi etana-1,2-diol.
Oksigen dalam tanda kurung persegi berarti ”oksigen dari agen pengoksidasi”. Ini merupakan singkatan dari persamaan yang banyak digunakan dalam kimia organik. Kamu pasti sangat tidak menyukai untuk menulis persamaan ion yang lengkap untuk reaksi tersebut pada tingkatan ini. Sejujurnya, pengujian ini bukanlah suatu tes yang baik untuk ikatan rangkap karbon-karbon, karena semua yang mengalami reduksi dapat memiliki efek yang sama pada larutan kalium manganat(VII). Akan tetapi, kamu dapat menggunakan reaksi sederhana ini sebagai cara untuk membuat diol. Pada oksidasi rantai cabang aromatik Larutan kalium menganat(VII) yang bersifat basa mengoksidasi semua rantai cabang yang melekat pada pada cincin benzen menjadi satu grup -COOH. Pemanasan yang lama sangat diperlukan pada tahap ini. Sebagai contoh:
Pada kasus rantai cabang etil, kamu juga akan memperoleh karbon dioksida. Dengan rantai cabang yang lebih panjang, kamu dapat memilah campuran produk yang lain – tetapi pada tiap kasus, produk utama adalah asam benzoat. Penggunaan kalium manganat(VII) sebagai agen pengoksidasi dalam titrasi Sebagai contoh, kalium manganat(VII) mengoksidasi
Pada setiap kasus, persamaan setengah reaksi untuk ion manganat(VII) daalm larutan asam adalah:
Persamaan tersebut dapat digabungkan untuk memberikan kamu persamaan ion secara keseluruhan untuk setiap kemungkinan reaksi. Hal ini, tentunya, juga memberikan kepada kamu suatu perbandingan reaksi. Sebagai contoh, ketika persamaan digabungkan, kamu menemukan bahwa 1 mol ion MnO4- bereaksi dengan 5 mol ion Fe2+. Melalui informasi yang diperoleh tersebut, perhitungan titrasi sama seperti yang lain. |
|
| Melakukan titrasi Larutan kalium manganat(VII) selalu dimasukkan ke dalam buret, dan larutan yang lain ditempatkan dalam labu yang diasamkan dengan asam sulfat encer terlebih dahulu. Larutan kalium manganat(VII) menetes kedalam labu dan menjadikannya tidak berwarna. Titik akhir adalah warna merah muda permanen yang muncul pertama kali dalam larutan yang menunjukkan adanya sedikit ion manganat(VII) berlebih. Permasalahan pada penggunaan larutan kalium manganat(VII)
|
Krom
| Krom
Reaksi ion krom(III) dalam larutan |
|
| Keasaman ion heksaaquo
Biasanya dengan ion 3+, ion heksaaquokrom(III) agak asam ? dengan pH pada larutan tertentu antara 2 -3. Ion bereaksi dengan molekul air dalam larutan. Ion hidrogen terlepas dari salah satu ligan molekul air: Ion kompleks berperan sebagai asam dengan memberikan ion hidrogen kepada molekul air dalam larutan. Air, sudah tentu, berperan sebagai basa yang menerima ion hidrogen. Karena keberadaan air ada berasal dari dua sumber yang berbeda cukup membingungkan (dari ligan dan larutan), maka lebih mudah menyederhanakannya seperti berikut ini:
Akan tetapi, jika kamu menuliskannya seperti ini, harus diingat bahwa ion hidrogen tidak terletak pada ion kompleks. Ion hidrogen tertarik oleh molekul air dalam larutan. Sewaktu-waktu kamu dapat menulis “H+(aq)” yang dimaksud sebenarnya adalah ion hidroksonium, H3O+. |
|
| Reaksi pertukaran ligan yang melibatkan ion klorida dan ion sulfat Warna ion heksaaquokrom(III) sulit ”untuk dilukiskan” karena berwarna ungu-biru-abu. Akan tetapi, ketika diproduksi melalui reaksi dalam tabung reaksi, ion ini berwarna hijau. Kita selalu menggambarkan ion hijau sebagai Cr3+(aq) - secara tidak langsung ion heksaaquokrom(III). Hal ini sebenarnya adalah suatu penyederhanaan. Penggantian air oleh ion sulfat
Satu molekul air digantikan oleh ion sulfat. Perhatikan perubahan muatan pada ion. Dua muatan positif dibatalkan oleh keberadaan dua muatan negatif pada ion sulfat. Penggantian air oleh ion klorida Pada saat adanya ion klorida (sebagai contoh dengan krom(III) klorida), warna yang biasanya dapat dilihat adalah hijau. Hal ini terjadi ketika dua molekul air digantikan oleh ion klorida untuk menghasilkan ion tetraaquodiklorokrom(III) – [Cr(H2O)4Cl2]+. Sekali lagi, perhatikan bahwa penggantian molekul air oleh ion klorida mengubah muatan pada ion. |
|
| Reaksi ion heksaaquokrom(III) dengan ion hidroksida Ion hidroksida (dari, katakanlah, larutan natrium hidroksida, NaOH) dapat menghilangkan ion hidrogen dari ligan air kemudian didempetkan pada ion krom. Sekali waktu ion hidrogen dapat dihilangkan dari tiga molekul air, kamu akan memperoleh kompleks yang tidak bermuatan – komplek netral. Kompleks netral ini tidak larut dalam air dan endapan terbentuk. |
|
| Tetapi proses tidak berhenti sampai disini. Ion hidrogen yang lebih benyak akan dihilangkan untuk menghasilkan ion seperti [Cr(H2O)2(OH)4]- dan [Cr(OH)6]3-.
Sebagai contoh:
Endapan larut kembali karena ion tersebut larut dalam air. Pada tabung reaksi, perubahan warna yang terjadi adalah:
|
|
| Reaksi ion heksaaquokrom(III) dengan larutan amonia Amonia dapat berperan sebagai basa maupun sebagai ligan. Dengan jumlah amonia yang sedikit, ion hidrogen tertarik oleh ion heksaaquo seperti pada kasus ion hidroksida untuk menghasilkan kompleks netral yang sama. 
Endapan tersebut larut secara luas jika kamu menambahkan amonia berlebih (terutama jika amonianya pekat). Amonia menggantikan air sebagai ligan untuk menghasilkan ion heksaaminkrom(III).
|
|
| Perubahan warna yang terjadi adalah:
Reaksi ion heksaaquokrom(III) dengan ion karbonat Jika kamu menambahkan larutan natrium karbonat pada larutan ion heksaaquokrom(III), kamu akan memperoleh endapan yang sama jika kamu menambahkan larutan natrium hidroksida atau larutan amonia. Pada saat seperti ini, ion karbonat ion yang menghilangkan ion hidrogen dari ion heksaaquo dan menghasilkan kompleks netral. Berdasarkan pada proporsi ion karbonat dan ion heksaaqua, kamu akan memperoleh salah satu diantara ion hidrogenkarbonat atau gas karbon dioksida dari reaksi antara ion hidrogen dan ion karbonat. Persamaan hasil bagi menunjukkan lebih memungkinkan terjadinya pembentukan karbon dioksida:
Selain karbon dioksida, tidak terjadi sesuatu yang baru pada reaksi ini:
|
|
| Oksidasi krom(III) menjadi krom(VI)
Sebagai akibat dari penambahan larutan natrium hidroksida pada ion heksaaquokrom(III) menghasilkan larutan ion heksahidroksokromat(III) yang berwarna hijau.
Larutan ion heksahidroksokromat(III) yang berwarna hijau kemudian di oksidasi dengan memanaskan larutan tersebut dengan larutan hidrogen peroksida. Setelah itu kamu akan memperoleh larutan berwarna kuning terang yang mengandung ion kromat(VI).
Persamaan untuk tahap oksidasi adalah:
|
|
| Beberapa sifat kimia krom(VI) Kesetimbangan kromat(VI)-dikromat(VI) Kamu mungkin lebih terbiasa dengan ion dikromat(VI) yang berwarna jingga, Cr2O72-, dibandingkan dengan ion kromat(VI) yang berwarna kuning, CrO42-.Perubahan antara keduanya adalah sesuatu hal yang mudah: Jika kamu menambahkan asam sulfat encer pada larutan yang berwarna kuning maka larutan tersebut akan berubah menjadi berwarna jingga. Jika kamu menambahkan natrium hidroksida ke dalam larutan jingga maka larutan tersebut berubah menjadi kuning.
|
|
| Reaksi kesetimbangan pada pusat interkonversi adalah:
Jika kamu menambahkan ion hidrogen berlebih, kesetimbangan bergeser ke kanan. Hal ini sesuai dengan prinsip Le Chatelier.
|
|
| Jika kamu menambahkan ion hidroksida, maka ion hidroksida akan bereaksi dengan ion hidrogen. Kesetimbangan cenderung ke arah kiri untuk menggantikannya.
Pembuatan kristal dikromat(VI) Kristal kalium dikromat dapat dibuat dengan mengkombinasikan reaksi yang akan kita lihat pada halaman ini. Berawal dari sumber ion kromium(III) seperti larutan kromium klorida: Kamu tambahakan larutan kalium hidroksida untuk menghasilkan endapan hijau-biru dan kemudian larutan hijau tua yang mengandung ion [Cr(OH)6]3- Hal ini akan dijelaskan dengan lebih mendalam pada halaman berikutnya. Harap diperhatikan bahwa kamu harus menggunakan kalium hidroksida. Jka kamu menggunakan natrium hidroksida, maka akan berakhir dengan pembentukan natrium dikromat(VI). Sekarang kamu oksidasi larutan ini dengan cara memanaskannya dengan menggunakan larutan hidrogen peroksida. Larutan berubah menjadi kuning menunjukkan pembentukan kalium kromat(VI). Reaksi ini juga dijelaskan secara lebih mendalam pada halaman berikutnya. Semua yang berada pada bagian sebelah kiri mengubah larutan kalium kromat(VI berwarna kuning menjadi larutan kalium dikromat(VI) yang berwarna jingga. Kamu dapat mengingatnya bahwa hal ini terjadi dengan penambahan asam. Hal ini untuk mengingatkan bagian yang telah disebut di atas jika kamu melupakannya. Sayangnya terdapat sebuah masalah. Kalium dikromat akan bereaksi dengan kelebihan hidrogen peroksida kemudian selanjutnya memberikan prakarsa pada pembentukan larutan biru tua yang tidak stabil dan sejak itu terbentuk ion kromium(III) lagi! Untuk memecahkan masalah ini, kamu terlebih dahulu harus menghilangkan kelebihan hidrogen peroksida. Hal ini dapat dilakukan dengan mendidihkan larutan. Hidrogen peroksida terdekomposisi pada pemanasan dengan menghasilkan air dan oksigen. Larutan dididihkan sampai tidak terbentuk lagi gelembung gas oksigen yang dihasilkan. Larutan dipanaskan lebih lanjut untuk memekatkannya, dan kemudian asam etanoat pekat ditambahkan untuk mengasamkannya. Kristal kalium dikromat yang berwarna jingga terbentuk melalui proses pendinginan. Reduksi ion dikromat(VI) dengan seng dan asam Hidrogen dihasilkan dari reaksi antara seng dengan asam. Hidrogen harus dibiarkan keluar, tetapi kamu perlu untuk tetap menjaga agar udara tidak terlibat dalam reaksi. Oksigen di udara me-re-oksidasi krom(II) menjadi krom(III) dengan cepat. Suatu hal yang mudah untuk meletakkan sedikit kapas mentah pada bagian atas labu (atau tabung reaksi) selama kamu mengunakannya. Hal ini dilakukan untuk menyediakan jalan keluar bagi hidrogen, tetapi menghentikan udara yang mengalir berlawanan dengan aliran hidrogen.
Alasan untuk membubuhkan tanda kutip pada ion krom(III) adalah untuk penyederhanaan. Khuluk yang pasti yang dimiliki oleh ion kompleks akan tergantung pada asam yang kamu gunakan pada proses reduksi. Hal ini sudah didiskusikan pada bagian awal halaman ini. |
|
| Persamaan untuk dua tahap reaksi adalah:
Untuk reduksi dari +6 menjadi +3:
Untuk reduksi dari +3 menjadi +2:
|
|
| Penggunaan kalium dikromat(VI) sebagai agen pengoksidasi pada kimia organik Larutan Kalium dikromat(VI) yang diasamkan dengan asam sulfat encer biasa digunakan sebagai agen pengoksidasi pada kimia organik. Hal ini beralasan karena larutan kalium dikromat(VI) yang diasamkan dengan asam sulfat encer merupakan agen pengoksidasi yang kuat disamping memiliki kekuatan yang mampu menjadikan senyawa organik menjadi terpotong-potong! (larutan kalium manganat(VII) juga memberikan kecenderungan yang sama). Larutan Kalium dikromat(VI) yang diasamkan dengan asam sulfat encer digunakan untuk:
Sebagai contoh, dengan etanol (alkohol promer), kamu dapat memperoleh salah satu antara etanal (aldehid) atau asam etanoat (asam karboksilat) tergantung pada kondisinya.
Dalam kimia organik, persamaan tersebut sering kali disederhanakan untuk proses pemekatan yang terjadi pada molekul organik. Sebagai contoh, dua yang terakhir dapat ditulis:
Oksigen ditulis dengan kurung kuadrat hanya memberikan arti ”oksigen berasal dari agen pengoksidasi” |
|
| Penggunaan reaksi yang sama untuk membuat kristal krom alum Kamu dapat menemukan krom alum dalam berbagai nama yang berbeda
…dan beragai variasi yang lain! Kamu juga akan menemukan berbagai variasi rumus kimia krom alum. Sebagai contoh:
Rumus yang pertama hanya salah satu bentuk penulisan dan dapat disusun kembali. Secara pribadi, saya lebih suka yang kedua karena sangat mudah untuk dimengerti tentang apa yang terjadi. Krom alum dikenal dengan double salt (garam ganda). Jika kamu mencampurkan larutan kalium sulfat dan krom(III) sulfat yang memiliki konsentrasi molar yang sama, larutan akan dikira hanya seperti sebuah campuran. Pencampuran ini memberikan reaksi ion krom(III), ion kalium, dan ion sulfat. Akan tetapi, jika kamu mengkristalkannya, untuk memperoleh campuran kristal kalium sulfat dan krom(III) sulfat, larutan akan mengkristal sebagai kristal yang berwarna ungu tua. Itulah ”krom alum”. Kristal krom alum dapat dibuat dengan mereduksi larutan kalium dikromat(VI) yang telah diasamkan dengan menggunakan etanol, dan kemudian kristalisasi larutan yang dihasilkan. Dengan asumsi kamu dapat mengunakan kelebihan etanol, produk organik utama yang akan diperoleh adalah etanal – dan kita perhatikan persamaan di bawah ini:
Persamaan ionik jelas tidak mengandung ion spektator, kalium dan sulfat. Lihat kembali melalui persamaan lengkap:
Jika kamu memperhatikan baris paling atas pada sisi kanan persamaan, kamu akan melihat bahwa krom(III) sulfat dan kalium sulfat diproduksi secara pasti pada proporsi bagian kanan untuk memperolah double salt. Apa yang kamu lakukan, kemudian, adalah: |
|
| Kamu awali dengan larutan kalium dikromat(VI) yang telah ditambahkan sedikit asam sulfat pekat. Larutan kemudian didinginkan dengan meletakkannya dalam es.
Kelebihan etanol ditambahkan secara perlahan sambil diaduk dengan kenaikan suhu yang tidak terlalu tinggi. |
|
| Ketika semua etanol telah ditambahkan, larutan dibiarkan sepanjang malam, lebih baik dalam lemari pendingin, untuk kristalisasi. Kristal dipisahkan dari larutan sisa, dicuci dengan sedikit air murni dan kemudian dikeringkan dengan kertas saring.
Penggunaaan kalium dikromat(VI) sebagai agen pengoksidasi dalam titrasi |
|
| Pada prakteknya
Berikut ini keuntungan dan kerugian dalam penggunaan kalium dikromat(VI). Keuntungan:
Kerugian:
Perhitungan …dan untuk ion besi(II) adalah:
Penggabungan keduanya memberikan:
Kamu dapat melihat bahwa proporsi reaksi adalah 1 mol ion dikromat(VI) berbanding 6 mol ion besi(II). Sekali lagi kamu tidak dapat memungkiri bahwa, perhitungan titrasi sama seperti halnya yang lain. |
|
| Tes untuk ion kromat(VI) dalam larutan Secara khusus, kamu dapat perhatikan pada larutan yang mengandung natrium, kalium atau amonium kromat(VI). Sebagian besar kromat sangat larut; beberapa diantaranya dapat kita golongkan tidak larut. Warna larutan kuning terang menunjukkan bahwa larutan tersebut bermanfaat untuk tes ion kromat. Tes dengan penambahan asam
Kamu tidak dapat dapat menggunakan tes ini sebagai tes untuk ion kromat(VI), walau bagaimanapun. Ini mungkin terjadi bahwa kamu memiliki larutan yang mengandung indikator asam-basa yang memiliki perubahan warna yang sama! Tes dengan penambahan larutan klorida (atau nitrat)
|
|
| Tes dengan penambahan larutan klorida (atau nitrat) Ion kromat(VI) dapat memberikan endapan kuning barium kromat(VI). 
|
VANADIUM
| VANADIUM
Halaman ini memperhatikan beberapa aspek tentang kimia vanadium. Termasuk didalamnya penggunaan vanadium(V) oksida sebagai katalis pada Proses Contact, dan perubahan berbagai tingkat oksidasi vanadium. Vanadium(V) oksida sebagai katalis Proses Contact Reaksi keseluruhan Selama berlangsungnya proses kontak untuk membuat asam sulfat, belerang dioksida diubah menjadi belerang trioksida. Hal ini dilakukan dengan cara melewatkan belerang dioksida dan oksigen diatas padatan katalis vanadium(V) oksida.
|
||
| Bagaimana jalannya reaksi Hal ini merupakan contoh yang baik untuk melihat kemampuan logam transisi dan persenyawaannya untuk digunakan sebagai katalis karena kemampuan yang dimiliki oleh logam transisi dan persenyawaannya untuk mengubah tingkat oksidasinya (bilangan oksidasi). |
||
| Belerang dioksida di oksidasi menjadi belerang trioksida dengan vanadium(V) oksida. Pada saat proses berlangsung, vanadium(V) oksida di reduksi menjadi vanadium(IV) oksida.
Vanadium(IV) dioksida kemudian di oksidasi kembali oleh oksigen.
Meskipun katalis berubah-ubah selama proses reaksi berlangsung, pada akhir proses reaksi sifat kimia dari katalis tersebut sama dengan pada awal proses reaksi. |
||
| Tingkat oksidasi vanadium
Vanadium memiliki berbagai tingkat oksidasi pada persenyawaannya yang terdiri dari +5, +4, +3, dan +2. Bagian ini menunjukkan perubahannya. Pembahasan dapat dimulai dengan sedikit gambaran, dan kemudian memperhatikan proses reaksi pada saat potensial redoks standar (potensial elektroda standar). Pengamatan perubahan di laboratorium Reduksi tingkat vanadium(V) menjadi vanadium(II) Sumber vanadium yang biasa pada tingkat oksidasi +5 adalah amonium metavanadat, NH4VO3. Zat ini sangat tidak larut dalam air dan biasanya larut dengan mudah dalam larutan natrium hidroksida. Larutan dapat di reduksi dengan menggunakan seng dan asam – baik itu asam klorida maupun asam sulfat, biasanya dengan konsentrasi asam yang sedang. Keberadaan ion vanadium yang tepat dalam larutan sangatlah rumit, dan berubah-ubah sesuai dengan pH larutan. Reaksi terjadi dalam kondisi asam ketika ion yang paling utama dalam larutan adalah VO2+ - disebut ion dioksovanadium(V). Catatan: Ion biasanya ditulis sebagai VO2+ tetapi penulisan yang lebih akurat adalah [VO2(H2O)4]+. |
||
| Jika kamu melakukan reaksi pada labu yang kecil, pada keadaan normal biasanya labu disumbat dengan kapas mentah. Hal ini dilakukan untuk menyediakan jalan keluar buat hidrogen (yang dihasilkan dari reaksi antara seng dengan asam). Pada saat yang bersamaan penyumbatan ini dilakukan untuk membatasi terlalu banyaknya udara yang masuk pada labu. Penyumbatan dilakukan untuk mencegah re-oksidasi vanadium yang memiliki tingkat oksidasi yang lebih rendah (khususnya tingkat +2) oleh oksigen di udara.
Reaksi biasanya dipanaskan sehingga perubahan yang terjadi berada pada rentang waktu yang memungkinkan. Reduksi ditunjukkan oleh dua tahap. Satu hal yang penting adalah penampakan warna, tetapi proses perubahan terus berlanjut dari awal sampai akhir. Reduksi dari +5 ke +4
Suatu hal yang penting untuk memperhatikan bahwa warna hijau yang kamu lihat tidak benar-benar menunjukkan tingkat oksidasi yang sebenarnya. Warna ini hanyalah campuran warna kuning tingkat +5 dan warna biru tingkat +4. Hati-hatilah dengan kedua rumus ion vanadium – kedua-duanya sangatlah membingungkan! Catatan: Sepeti halnya ion VO2+, ion VO2+ juga memiliki molekul air yang melekat dengan baik – [VO(H2O)5]2+. |
||
| The reduction from +4 to +2
Perubahan warna terus berlangsung.
Alasan untuk membubuhkan tanda kutip pada ion vanadium(III) adalah bertujuan untuk sebuah penyederhanaan. Khuluk yang pasti yang dimiliki oleh ion kompleks akan tergantung pada asam yang kamu gunakan pada proses reduksi. Penyederhanaan sangat beralasan pada bagian ini. |
||
| Re-oksidasi vanadium(II) Ion vanadium(II) sangat mudah teroksidasi. Jika kamu mencabut kapas mentah dari labu dan menuangkan sebagaian larutan pada tabung reaksi, maka warna akan kembali hijau karena larutan ini bersentuhan dengan oksigen di udara. Larutan kembali teroksidasi menjadi vanadium(III). |
||
| Jika larutan dibiarkan untuk jangka waktu yang lama, larutan akan kembali menjadi biru sebagai pengaruh oksidasi udara dan kembali lagi menjadi tingkat vanadium(IV) – ion VO2+.
Penambahan asam nitrat (agen pengoksidasi yang sangat kuat) pada larutan vanadium(II) juga dapat menghasilkan ion VO2+ yang berwarna biru. Vanadium(II) kembali teroksidasi menjadi vanadium(IV). |
||
| Penjelasan perubahan potensial redoks (potensial elektroda) Penggunaan seng sebagai agen pereduksi Tingkat pertama dari rangkaian reduksi Coba perhatikan pada reduksi tingkat pertama – dari VO2+ ke VO2+. Potensial redoks setengah reaksi untuk vanadium diberikan oleh:
Kesetimbangan yang berkaitan untuk seng adalah:
|
||
| Jadi… jika kamu mencampurkan seng dengan ion VO2+ dengan keberadaan asam adalah untuk menyediakan ion H+:
Konversi dua kesetimbangan menjadi satu jalan reaksi. Jika kamu menginginkannya, kamu dapat menulis hal itu berurutan ke bawah dan menggabungkannya untuk menghasilkan persamaan ionik untuk reaksi.
|
||
| Tingkat reaksi yang lain Berikut ini adalah harga-harga Eo untuk seluruh tahap reduksi dari vanadium(V) menjadi vanadium(II):
… dan berikut adalah harga untuk seng:
Harus diingat bahwa supaya reaksi vanadium bergerak ke arah kanan (sesuai dengan yang kita inginkan), harga Eo-nya harus lebih positif apapun yang kamu reaksikan dengannya. Dengan kata lain, supaya reaksi dapat berlangsung, seng harus selalu memiliki harga lebih negatif – pada kasus ini. Seng dapat mereduksi vanadium melalui tiap tahap dari tahapan-tahapan tersebut untuk menghasilkan ion vanadium(II). Penggunaan agen reduksi yang lain Berikut adalah beberapa harga E° :
. . . dan berikut harga untuk timah:
Supaya setiap reaksi dapat terjadi, reaksi vanadium harus memiliki harga Eolebih positif karena kita menginginkannya supaya reaksi tersebut bergeser kearah kanan. Hal ini berarti bahwa timah harus memiliki harga yang lebih negatif. Pada persamaan vanadium yang pertama (dari +5 ke +4), harga untuk timah lebih negatif. Ini akan bekerja dengan baik. Pada persamaan vanadium yang kedua (dari +4 ke +3), harga untuk timah lebih negatif juga. Ini juga akan bekerja dengan baik. Tetapi pada reaksi vanadium yang terakhir (dari +3 ke +2), timah tidak lagi memiliki harga Eo yang lebih negatif. Timah tidak akan mereduksi vanadium(III) manjadi vanadium(II) |
||
| Re-oksidasi vanadium(II) Tingkat oksidasi vanadium(II) lebih mudah teroksidasi kembali menjadi vanadium(III) – atau lebih tinggi. Oksidasi oleh ion hidrogen Larutan vanadium(II) hanya akan tetap stabil selama kamu menjaganya supaya udara tetap diluar dan dengan adanya seng. Seng dibutuhkan untuk menjaga supaya vanadium tereduksi. Apa yang ajkan terjadi jika seng tidak ada disana? Lihatlah harga Eo berikut:
Reaksi dengan harga E° yang lebih negatif akan bergeser ke kiri; reaksi dengan harga lebih positif (atau kurang negatif) akan bergeser ke kanan. Hal itu berarti bahwa ion vanadium (II) akan teroksidasi menjadi ion vanadium(III), dan ion hidrogen tereduksi menjadi hidrogen. Akankah reaksi oksidasi berlanjut – sebagai contoh, ke tingkat vanadium(IV)? Perhatikan beberapa harga E° dan tentukan:
Supaya kesetimbangan vanadium bergerak ke kiri, maka harus memiliki harga Eo yang lebih negatif. Kesetimbangan di atas tidak memiliki harga Eo yang lebih negatif dan karena itu reaksi tidak akan terjadi. Oksidasi dengan asam nitrat Berikut adalah tahap pertama:
Reaksi vanadium memiliki harga Eo yang lebih negatif dan jkarena itu reaksi akan bergerak ke kiri; reaksi asam nitrat bergerak ke kanan. Asam nitrat akan mengoksidasi vanadium(II) menjadi vanadium(III). Tahap yang kedua meliputi harga Eo:
Asam nitrat lagi-lagi memiliki harga Eo yang lebih positif dan karena itu bergerak ke kanan. Reaksi vanadium yang lebih negatif (kurang positif) bergerak ke kiri. Asam nitrat tentu saja akan mengoksidasi vanadium(III) menjadi vanadium(IV). Akankah hal ini akan terjadi untuk vanadium(V)?:
Tidak, itu tidak akan terjadi! Untuk reaksi vanadium supaya bergerak ke kiri untuk membentuk ion dioksovanadium(V), harus memiliki harga Eo yang lebih negatif (kurang positif). Reaksi kesetimbangan di atas tidak memiliki harga yang kurang positif, dan oleh karena itu reaksi tidak akan terjadi. |
||
| Catatan: Berikut adalah beberapa kemungkinan setengah-reaksi yang mungkin terjadi yang melibatkan asam nitrat dengan berbagai harga Eo. Dua diantaranya benar-benar memiliki harga Eo lebih positif di atas +1,00 dan karena itu, secara prinsip, asam nitrat dapat mengoksidasi vanadium(IV) menjadi vanadium(V) – tetapi membutuhkan produk asam nitrat dalam bentuk yang lain.
Pada prakteknya, jika kamu melakukan reaksi ini di laboratorium, larutan membiru ? menghasilkan tingkat vanadium (IV). Hanya karena harga Eo yang menunjukkan pada kamu bahwa kemungkinan reaksi dapat terjadi, kamu tidak dapat mengasumsikan bahwa hal itu akan benar-benar terjadi. Reaksi itu mungkin melibatkan rintangan energi aktivasi yang sangat besar, yang menyebabkan reaksi akan berjalan dengan sangat-sangat lambat! |
||
