Halaman
iMEMAHAMIK I M I ASMA/MAUntuk Kelas XISemester 1 dan 2Program Ilmu Pengetahuan AlamIrvan Permana
iiMEMAHAMI KIMIA SMA/MA Kelas XISemester 1 dan 2, Program Ilmu Pengetahuan AlamPenulis : Irvan PermanaEditor Ahli : Hadyan Sugalayudhana, M.Pd.Ilustrator : Tim RedaksiDisain Cover: Iwan Dharmawan540.7IRV IRVAN Permana m Memahami Kimia 2 : SMA/MA Untuk Kelas XI, Semester 1 dan 2 Program Ilmu Pengetahuan Alam / Penulis Irvan Permana ; Editor Hadyan Sugalayudhana ; Ilustrator Tim Redaksi. — Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009.vi, 194 hlm. : ilus ; 25 cm. Bibliografi : hlm. 181 Indeks ISBN 978-979-068-176-7 (No.Jil.lengkap) ISBN 978-979-068-178-11. Kimia-Studi dan Pengajaran I. Judul II. HadyanSugalayudhana III. Tim Redaksi Hak Cipta buku ini di beli oleh Departemen Pendidikan Nasionaldari Penerbit Armico BandungDiterbitkan oleh Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan NasionalTahun 2009Diperbanyak Oleh......Hak Cipta pada Departemen Pendidikan NasionalDilindungi Undang-undang
iiiKATA SAMBUTANPuji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia-Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2008, telah membeli hak cipta buku teks pelajaran ini dari penulis/penerbit untuk disebarluaskan kepada masyarakat melalui situs internet (website) Jaringan Pendidikan Nasional.Buku teks pelajaran ini telah dinilai oleh Badan Standar Nasional Pendidikan dan telah ditetapkan sebagai buku teks pelajaran yang memenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 22 Tahun 2007 tanggal 25 Juni 2007.Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada para penulis/penerbit yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya kepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para siswa dan guru di seluruh Indonesia.Buku-buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada Departemen Pendidikan Nasional ini, dapat diunduh (down load), digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun, untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Diharapkan bahwa buku teks pelajaran ini akan lebih mudah diakses sehingga siswa dan guru di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia yang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini.Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Kepada para siswa kami ucapkan selamat belajar dan manfaatkanlah buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan. Jakarta, Februari 2009 Kepala Pusat Perbukuan
ivKATA PENGANTARPuji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, berkat dan rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan buku pelajaran yang berjudul Memahami Kimia SMA / MA. Buku ini disusun sebagai penunjang proses belajar kimia di SMA / MA, khususnya untuk meningkatkan pemahaman konsep, keterampilan berpikir dan keterampilan proses sains.Isi buku ini memuat materi kimia untuk dua semester, dilengkapi dengan praktikum, tugas, rangkuman dalam bentuk uraian dan peta konsep, glosarium, serta dilengkapi pula dengan gambar-gambar yang relevan sehingga memudahkan siswa memahami materi. Buku yang disusun berdasarkan kurikulum yang berlaku ini berusaha untuk memvariasikan pengalaman belajar siswa melalui penggunaan pendekatan pembelajaran yang bervariasi dan berpusat pada siswa, yang ditampilkan dalam bentuk praktikum, tugas, bahan diskusi dan latihan yang bervariasi.Dalam penulisan buku ini penyusun menyadari masih banyak kekurangan, oleh karena itu penulis menerima saran dan masukan dengan lapang dada.Akhir kata, semoga buku ini dapat memberikan nilai tambah dan bermanfaat bagi siswa dan pembaca pada umumnya.Bandung, Juni 2007 Penulis
vDAFTAR ISIKATA SAMBUTAN ........................................................................................ iiiKATA PENGANTAR ...................................................................................... ivDAFTAR ISI ................................................................................................... vSEMESTER KESATUBAB 1 STRUKTUR ATOM, SISTEM PERIODIK, DAN IKATAN KIMIA ...1A. Struktur Atom dan Sifat Periodik Unsur ................................. 2B. Sistem Periodik Unsur ........................................................... 9C. Bentuk Molekul dan Gaya AntarMolekul ................................ 10D. Penurunan Titik Beku Larutan ................................................ 8 Ringkasan ..................................................................................... 15 Glosarium ...................................................................................... 15Soal-soal Latihan Bab 1 ............................................................... 16BAB 2 TERMOKIMIA .............................................................................. 21A. Entalpi dan Perubahan Entalpi ............................................ 22B. Penentuan Perubahan Entalpi ............................................... 28 C. Energi Ikatan .......................................................................... 33D. Bahan Bakar dan Perubahan Entalpi ..................................... 35 Ringkasan ..................................................................................... 37 Glosarium ...................................................................................... 37Soal-soal Latihan Bab 2 ............................................................... 38BAB 3 LAJU REAKSI ............................................................................. 45A. Konsep Laju Reaksi ............................................................... 46B. Persamaan Laju Reaksi ........................................................ 48C. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi ................... 52D. Peranan Katalis dalam Makhluk Hidup dan Industri ............... 57 Ringkasan ..................................................................................... 58 Glosarium ...................................................................................... 59Soal-soal Latihan Bab 3 ............................................................... 59BAB 4 KESETIMBANGAN KIMIA ............................................................65A. Konsep Kesetimbangan Dinamis ........................................... 66B. Pergeseran Kesetimbangan ................................................. 67 C. Tetapan Keseimbangan .......................................................... 69D. Perhitungan Reaksi Kesetimbangan Dengan Tetapan Kesetim- bangan Kc ............................................................................... 74
viE. Perhitungan Reaksi Kesetimbangan Dengan Tetapan Kesetim-bangan Parsial Gas Kp ........................................................... 76F. Hubungan Kp dengan Kc ........................................................ 77G. Prinsip Kesetimbangan dalam Industri ................................... 78 Ringkasan ..................................................................................... 81 Glosarium ...................................................................................... 82Soal-soal Latihan Bab 4 .............................................................. 82LATIHAN ULANGAN AKHIR SEMESTER 1 ................................................. 87SEMESTER KEDUABAB 5 LARUTAN ASAM BASA ...............................................................95 A. Konsep Asam Basa ................................................................ 96B. Kesetimbangan Ion dalam Larutan ........................................ 99C. Reaksi Asam dengan Basa .................................................... 108 D. Titrasi Asam Basa .................................................................. 111 E. Stoikiometri Larutan ............................................................... 112F. Teori Asam Basa Bronsted-Lowry ........................................... 113G. Teori Asam Basa Lewis ........................................................... 115 Ringkasan ..................................................................................... 116 Glosarium ...................................................................................... 116Soal-soal Latihan Bab 5 .............................................................. 117BAB 6 KESETIMBANGAN DALAM LARUTAN ..................................... 123 A. Larutan Penyangga ................................................................. 124 B. Hidrolisis Garam ..................................................................... 132C. Hasil Kali Kelarutan ................................................................. 141 Ringkasan ..................................................................................... 146 Glosarium ....................................................................................... 147Soal-soal Latihan Bab 6 .............................................................. 147BAB 7 KOLOID ........................................................................................ 155 A. Sistem Dispersi ....................................................................... 156 B. Sifat-sifat Koloid ...................................................................... 158 C. Pembuatan Koloid ................................................................... 164 Ringkasan ...................................................................................... 167 Glosarium ....................................................................................... 168Soal-soal Latihan Bab 7 ................................................................. 168LATIHAN ULANGAN AKHIR SEMESTER 2 ................................................ 173DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 181INDEKS ......................................................................................................... 183KUNCI JAWABAN ......................................................................................... 188
1STRUKTUR ATOM, SISTEM PERIODIK, DAN IKATAN KIMIA1Setelah mempelajari bab ini kamu diharapkan mampu:• Menjelaskan teori atom mekanika kuantum.• Menentukan bilangan kuantum (kemungkinan elektron berada)• Menggambarkan bentuk-bentuk orbital.• Menjelaskan kulit dan sub kulit serta hubungannya dengan bilangan kuantum• Menggunakan prinsip Aufbau, aturan Hund, dan azas larangan Pauli untuk menuliskan konfigurasi elektron dan diagram orbital.• Menghubungkan konfigurasi elektron suatu unsur dengan letaknya dalam sistem periodik• Menentukan bentuk molekul berdasarkan teori pasangan elektron.• Menentukan bentuk molekul berdasarkan teori hibridisasi.• Menjelaskan perbedaan sifat fisik (titik didih, titik beku) berdasarkan perbedaan gaya antar molekul (gaya Van Der Waals, gaya London, dan ikatan hidrogen).
2A. STRUKTUR ATOM DAN SIFAT PERIODIK UNSURatom, elektron, periodik, kuantum, orbital, konfigurasiKata KunciBagaimana partikel-partikel penyusun atom (proton, netron, dan elektron) berada di dalam atom digambarkan dengan struktur atom. Kedudukan elektron di sekitar inti atom atau konfigurasi elektron di sekitar inti atom berpengaruh terhadap sifat fisisdan kimia atom yang bersangkutan.Model atom Ernest Rutherford (1871-1937) tahun 1911 yang menyatakan bahwa atom terdiri dari inti kecil yang bermuatan positif (tempat konsentrasi seluruh massa atom) dan dikelilingi oleh elektron pada permukaannya. Namun teori ini tidak dapat menerangkan kestabilan atom. Sewaktu mengelilingi proton, elektron mengalami percepatan sentripetal akibat pengaruh gaya sentripetal (Gaya Coulomb). Menurut teori mekanika klasik dari Maxwell, yang menyatakan bahwa partikel bermuatan bergerak maka akan memancarkan energi. Maka menurut Maxwell bila elektron bergerak mengelilingi inti juga akan memancarkan energi. Pemancaran energi ini menyebabkan elektron kehilangan energinya, sehingga lintasannya berbentuk spiral dengan jari-jari yang mengecil, laju elektron semakin lambat dan akhirnya dapat tertarik ke inti atom. Jika hal ini terjadi maka atom akan musnah, akan tetapi pada kenyataannya atom stabil. Maka pada tahun 1913, Niels Bohr menggunakan teori kuantum untuk menjelaskan spektrum unsur. Berdasarkan pengamatan, unsur-unsur dapat memancarkan spektrum garis dan tiap unsur mempunyai spektrum yang khas. Menurut Bohr,• Spektrum garis menunjukkan elektron dalam atom hanya dapat beredar pada lintasan-lintasan dengan tingkat energi tertentu. Pada lintasannya elektron dapat beredar tanpa pemancaran atau penyerapan energi. Oleh karena itu, energi elektron tidak berubah sehingga lintasannya tetap. • Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan lain disertai pemancaran atau penyerapan sejumlah energi yang harganya sama dengan selisih kedua tingkat energi tersebut.E = Ef – Ei Keterangan:E = energi yang menyertai perpindahan elektron Ef = tingkat energi akhir Ei = tingkat energi awalNamun teori Bohr ini memiliki kelemahan, yaitu:• Bohr hanya dapat menjelaskan spektrum gas hidrogen, tidak dapat menjelaskan spektrum dari unsur yang jumlah elektronnya lebih dari satu.• Tidak dapat menjelaskan adanya garis-garis halus pada spektrum gas hidrogen.Kelemahan dari model atom Bohr dapat dijelaskan oleh Louis Victor de Broglie
3pada tahun 1924 dengan teori dualisme partikel gelombang. Menurut de Broglie, pada kondisi tertentu, materi yang bergerak memiliki ciri-ciri gelombang. = dengan: = panjang gelombangm = massa partikel = kecepatanh = tetapan PlanckHipotesis tersebut terbukti benar dengan ditemukannya sifat gelombang dari elektron. Elektron mempunyai sifat difraksi, maka lintasan elektron yang dikemukakan Bohr tidak dibenarkan. Gelombang tidak bergerak melalui suatu garis, melainkan menyebar pada daerah tertentu. Pada tahun 1927, Werner Heisenberg mengemukakan bahwa posisi atau lokasi suatu elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti. Yang dapat ditentukan adalah hanya kemungkinan (kebolehjadian) menemukan elektron pada suatu titik pada jarak tertentu dari intinya.1. Model atom mekanika gelombangHipotesis Louis de Broglie dan azas ketidakpastian dari Heisenberg merupakan dasar dari model Mekanika Kuantum (Gelombang) yang dikemukakan oleh ErwinSchrodinger pada tahun1927, mengajukan konsep orbital untuk menyatakan kedudukan elektron dalam atom. Orbital menyatakan suatu daerah dimana elektron paling mungkin (peluang terbesar) untuk ditemukan. Persamaan gelombang (=psi) dari Erwin Schrodinger menghasilkan tiga bilangan gelombang (bilangan kuantum) untuk menyatakan kedudukan (tingkat energi, bentuk, serta orientasi) suatu orbital, yaitu:a. Bilangan kuantum utama (n)Menentukan besarnya tingkat energi suatu elektron yang mencirikan ukuran orbital (menyatakan tingkat energi utama atau kulit atom). Bilangan kuantum utama memiliki harga mulai dari 1, 2, 3, 4,....dst (bilangan bulat positif). Biasanya dinyatakan dengan lambang, misalnya K(n=1), L(n=2), dst.Orbital–orbital dengan bilangan kuantum utama berbeda, mempunyai tingkat energi yang berbeda. Makin besar bilangan kuantum utama, kulit makin jauh dari inti, dan makin besar pula energinya.b. Bilangan kuantum azimut (l )Menyatakan subkulit tempat elektron berada. Nilai bilangan kuantum ini menentukanbentuk ruang orbital dan besarnya momentum sudut elektron. Nilai
4untuk bilangan kuantum azimuth dikaitkan dengan bilangan kuantum utama. Bilangan kuantum azimuth mempunyai harga dari nol sampai (n – 1) untuk setiap n.Setiap subkulit diberi lambang berdasarkan harga bilangan kuantum l.• l = 0 , lambang s (sharp)• l = 1, lambang p (principal)• l = 2, lambang d (diffuse)• l = 3, lambang f (fundamental)(Lambang s, p, d, dan f diambil dari nama spektrum yang dihasilkan oleh logam alkali dari Li sampai dengan Cs).Tabel 1.1Subkulit-subkulit yang diijinkan pada kulit K sampai Nc. Bilangan kuantum magnetik (ml)Menyatakan orbital khusus mana yang ditempati elektron pada suatu subkulit. Selain itu juga dapat menyatakan orientasi khusus dari orbital itu dalam ruang relatif terhadap inti. Nilai bilangan kuantum magnetik bergantung pada bilangan kuantum azimuth, yaitu bilangan bulat dari –l sampai +l.Contoh:l = 0, maka nilai m = 0 berarti hanya terdapat 1 orbitall = 1, maka nilai m = –1, 0, +1, berarti terdapat 3 orbitald. Bilangan kuantum spin (ms atau s)Bilangan kuantum spin terlepas dari pengaruh momentum sudut. Hal ini berarti bilangan kuantum spin tidak berhubungan secara langsung dengan tiga bilangan kuantum yang lain. Bilangan kuantum spin bukan merupakan penyelesaian dari persamaan gelombang, tetapi didasarkan pada pengamatan Otto Stern dan Walter Gerlach terhadap spektrum yang dilewatkan pada medan magnet, ternyata terdapat dua spektrum yang terpisah dengan kerapatan yang sama. Terjadinya pemisahan garis spektrum oleh medan magnet dimungkinkan karena elektron-elektron tersebut selama mengelilingi inti berputar pada sumbunya dengan arah yang berbeda. Berdasarkan hal ini diusulkan adanya bilangan kuantum spin untuk menandai arah putaran (spin) elektron pada sumbunya. Hanya ada dua kemungkinan arah rotasi elektron, yaitu searah jarum jam dan KLMN Kulit Nilai n Nilai l yang diijinkan Subkulit123400, 10, 1, 20, 1, 2, 31s2s, 2p3s, 3p, 3d4s, 4p, 4d, 4f
5berlawanan jarum jam, maka probabilitas elektron berputar searah jarum jam adalah dan berlawanan jarum jam . Untuk membedakan arah putarnya maka diberi tanda positif (+) dan negatif (–). Oleh karena itu dapat dimengerti bahwa satu orbital hanya dapat ditempati maksimum dua elektron.s = + s = –Gambar 1.1 Arah rotasi elektron2. Bentuk dan orientasi orbitalSetiap orbital mempunyai ukuran, bentuk, dan arah orientasi ruang yang ditentukan oleh bilangan kuantum n, l, ml. orbital-orbital bergabung membentuk suatu subkulit, kemudian subkulit bergabung membentuk kulit dan tingkat energi.a. Orbital sOrbital yang paling sederhana. Subkulit s tersusun dari sebuah orbital dengan bilangan kuantum l = 0 dan mempunyai ukuran yang berbeda tergantung harga bilangan kuantum n. Probabilitas (kebolehjadian)untuk menemukan elektron pada orbital s adalah sama untuk ke segala arah, maka bentuk ruang orbital s seperti bola. Orbital 1s Orbital 2sGambar 1.2 Bentuk orbital s
6b. Orbital pOrbital p tersusun dari tiga orbital dengan bilangan kuantum l = 1. Ketiga orbital p tersebut adalah px, py, pz.dengan bentuk ruang orbital p seperti dumbbell dengan probabilitas untuk menemukan elektron semakin kecil bila mendekati inti. 2px 2py 2pzGambar 1.3Bentuk orbital pc. Orbital dSubkulit d tersusun dari lima orbital yang mempunyai bilangan kuantum l = 2. Arah orientasi dari orbital d dapat dibedakan menjadi dua kelompok yaitu:– mempunyai orientasi di antara sumbu, terdiri dari tiga orbital, yaitu dxy, dxz, dan dyz.– mempunyai orientasi pada sumbu, terdiri dari 2 orbital, yaitu: dx2–y2, dan dz2. dxz dyz dxyGambar 1.4 Bentuk orbital d3. Konfigurasi elektronKonfigurasi elektron menggambarkan penataan/susunan elektron dalam atom.
7a. Aturan Aufbau (membangun)Pengisian orbital dimulai dari tingkat energi yang rendah ke tingkat energi yang tinggi. Elektron mempunyai kecenderungan akan menempati dulu subkulit yang energinya rendah. Besarnya tingkat energi dari suatu subkulit dapat diketahui dari bilangan kuantum utama (n) dan bilangan kuantum azimuth ( l ) dari orbital tersebut. Orbital dengan harga (n + l) lebih besar mempunyai tingkat energi yang lebih besar. Jika harga (n + l) sama, maka orbital yang harga n-nya lebih besar mempunyai tingkat energi yang lebih besar.Urutan energi dari yang paling rendah ke yang paling tinggi adalah sebagai berikut:1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d ....Gambar 1.5Diagram urutan pengisian subkulit atomb. Larangan Pauli (Eksklusi Pauli)Tidak boleh terdapat dua elektron dalam satu atom dengan empat bilangan kuantum yang sama. Orbital yang sama akan mempunyai bilangan kuantum n, l, ml yang sama. Yang dapat membedakan hanya bilangan kuantum spin (s). Dengan demikian, setiap orbital hanya dapat berisi 2 elektron dengan spin (arah putar) yang berlawanan.Jadi, satu orbital dapat ditempati maksimum oleh dua elektron, karena jika elektron ketiga dimasukkan maka akan memiliki spin yang sama dengan salah satu elektron sebelumnya.1s2s3s 2p4s 3p5s 4p 3d6s 5p 4d7s 6d 5f
8Maka jumlah elektron pada setiap subkulit sama dengan dua kali jumlah orbitalnya.Contoh:Subkulit s (1 orbital) maksimum 2 elektronSubkulit p (3 orbital) maksimum 6 elektronJumlah maksimum elektron pada kulit ke-n = 2n2Contoh:Jumlah maksimum elektron pada kulit L (n = 2) = 2 (22) = 8c. Aturan HundPada pengisian orbital-orbital dengan energi yang sama, mula-mula elektron menempati orbital sendiri-sendiri dengan spin yang paralel, baru kemudian berpasangan.Contoh:7N : [ He ] 2s22p3Diagram orbitalnya: Konfigurasi elektron dari gas mulia dapat dipergunakan untuk menyingkat konfigurasi elektron dari atom-atom yang mempunyai jumlah elektron (bernomor atom) besar. Berikut contoh peyingkatan konfigurasi elektron :19K : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 disingkat menjadi: [Ar] 4 s11) Penyimpangan dari aturan umumTerdapat beberapa atom yang konfigurasi elektronnya menyimpang dari aturan-aturan umum di atas, seperti:2s2 2px1 2py1 2pz1lebih stabil2s2 2px1 2py1 2pz1kurang stabil
924Cr : [Ar] 4s2 3d4 kurang stabil, maka berubah menjadi [Ar] 4s1 3d529Cu : [Ar] 4s2 3d9 kurang stabil, maka berubah menjadi [Ar] 4s2 3d1046Pd : [Ar] 5s2 4d8 kurang stabil, maka berubah menjadi [Ar] 4d10Penyimpangan ini terjadi karena adanya perbedaan tingkat energi yang sangat kecil antara subkulit 3d dan 4s serta antara 4d dan 5s pada masing-masing atom tersebut. Pengisian orbital penuh atau setengah penuh relatif lebih stabil.2) Cara penulisan urutan subkulit :Contoh:Ada dua cara menuliskan konfigurasi elektron Magnesium1)25Mg : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d52)25Mg : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2periodik, konfigurasiKata KunciMenurut cara 1). Subkulit-subkulit ditulis sesuai dengan urutan tingkat energinya; sedangkan pada cara 2). Subkulit-subkulit dari kulit yang sama dikumpulkan. Pada dasarnya kedua cara di atas sesuai dengan aturan Aufbau (dalam prioritas pengisian orbital, yaitu dimulai dari tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi), hanya berbeda dalam hal penulisannya saja.B. SISTEM PERIODIK UNSURSistem periodik modern disusun berdasarkan kenaikan nomor atom dan kemiripan sifat.Ada keterkaitan antara konfigurasi elektron dengan letak unsur dalam sistem periodik• Letak periode unsur dapat diramalkan dari jumlah kulit elektron dari unsur tersebut.• Letak golongan unsur dalam sistem periodik dapat diramalkan dari subkulit terakhir yang terisi elektron.Tabel 1.2Golongan unsur menurut elektron valensiIAIIAIIIAIVAVAVIAVIIAVIIIAGolonganutamaElektron valensiElektron valensiGolongan tambahanIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIBIBIIBns1ns2ns2 np1ns2 np2ns2 np3ns2 np4ns2np5ns2 np6(n-1) d1 ns2(n-1) d2 ns2(n-1) d3 ns2(n-1) d5 ns1(n-1) d5 ns2(n-1) d6,7,8 ns2(n-1) d10 ns1(n-1) d10 ns2
10Contoh:Tentukan letak unsur 15P, dan 26Fe dalam sistem periodik unsur!Jawab:15P : [Ne] 3s2 3p3 (blok p : antara IIIA sampai VIIIA)berakhir pada kulit ke tiga berarti terletak pada periode ketiga. Elektron bentuk molekul, elektron, gaya antarmolekulKata Kuncivalensinya lima (2+3) VA.25Mn : [Ar] 3d5 4s2 (blok d : antara IB sampai VIIIB)berakhir pada kulit keempat berarti terletak pada periode keempat. Elektron valensi-nya lima, yaitu pada 3d5 4s2, berarti terletak pada golongan (5+2) VIIB.C. BENTUK MOLEKUL DAN GAYA ANTARMOLEKULa. Bentuk molekulBentuk molekul menggambarkan kedudukan atom-atom di dalam suatu molekul, yaitu dalam ruang tiga dimensi dan besarnya sudut-sudut yang dibentuk dalam suatu molekul.Bentuk molekul dapat dijelaskan dengan menggunakan berbagai pendekatan, yaitu teori hibridisasi orbital, teori medan kristal, dan teori tolakan pasangan elektron (Valence Shell Electron Pair Repulsion atau VSEPR).Dalam buku ini hanya akan dijelaskan teori VSEPR. Menurut teori ini, terdapat pola dasar kedudukan pasangan-pasangan elektron akibat adanya gaya tolak-menolak yang terjadi antara pasangan elektron-elektron tersebut. Teori ini tidak menggunakan sama sekali orbital atom.234Jumlah pasangan elektronSusunan ruang (geometri)Sudut ikatanBentuk molekulLinierSegitiga sama sisiTetrahedron180o120o109,5o••A••A••••••A••••••••
11• Pasangan elektron-elektron pada kulit luar atom pusat akan menyusun diri, sehingga tolak-menolak diantaranya menjadi minimum.•Kekuatan tolak-menolak tergantung pada pasangan elektron bebas (PEB) dan pasangan elektro ikatan (PEI)• Urutan kekuatan tolak-menolak diantara pasangan elektron: PEB-PEB > PEB-PEI > PEI-PEI. Adanya gaya tolak yang kuat pada pasangan elektron bebas (PEB) mengakibatkan PEB akan menempati ruang yang lebih luas.Tabel 1.3Susunan ruang pasangan-pasangan elektron pada kulit luar atom pusatLangkah-langkah meramalkan geometri molekul berdasarkan teori VSEPR:1. Membuat rumus Lewis, untuk mengetahui jumlah pasangan elektron pada kulit terluar atom pusat.2. Menyusun pasangan elektron disekitar atom pusat yang memberi tolakan minimum.3. Menetapkan pasangan terikat dengan menuliskan lambang atom yang sesuai.4. Menentukan bentuk molekul setelah mempertimbang kan pasangan elektron bebas.Contoh:Ramalkan bentuk molekul dari IF3!Jawab:56Bipiramida trigonalEkuatorial = 120oAksial = 90o90oA••••••••••••••••••••••AIIIIxxxFFFFFF
12 Langkah 1 Langkah 2 Langkah 3 Langkah 4Pasangan elektron bebas menempati ruang yang lebih besar. Molekul IF3 memiliki bentuk T, bukan segitiga datar karena adanya dua pasang elektron bebas (PEB).Tabel 1.4Kemungkinan bentuk molekul yang atom pusatnya mempunyai 4,5, atau 6 pasang elektronb. Gaya AntarmolekulDalam molekul kovalen, atom-atom terikat satu sama lain karena penggunaan bersama pasangan elektron. Bagaimana interaksi antar molekul dalam senyawa molekul? Adakah ikatan antar molekul zat itu?1) Gaya Van der WaalsGaya yang relatif lemah yang bekerja (tarik-menarik) antarmolekul. Gaya ini sangat lemah dibandingkan gaya antar atom (ikatan ion dan ikatan kovalen). Untuk memutuskan gaya tersebut diperlukan energi sekitar 0,4 – 40 kJ mol-1, sedangkan untuk ikatan kovalen diperlukan 400 kJ mol-1.Gaya Van der Waals bekerja jika jarak antar molekul sudah sangat dekat, tetapi tidak melibatkan terjadinya pembentukan ikatan antar atom.Ada tiga gaya antarmolekul yang berperan dalam terjadinya gaya Van der Waals, yaitu:a) Gaya Orientasi4325432654JumlahPEIJumlahPEBRumusBentuk molekulContoh0120123012AX4AX3EAX2E2AX5AX4EAX3E2AX2E3AX6AX5EAX4E2TetrahedronPiramida trigonalPanar bentuk VBipiramida trigonalBidang empatPlanar bentuk TLinearOktahedronPiramida sisi empatSegiempat planarCH4NH3H2OPCl5SF4IF3XeF2SF6IF5XeF4
13Terjadi pada molekul-molekul yang mempunyai dipol permanen atau molekul polar. Antaraksi antara kutub positif dengan kutub negatif yang lain akan menimbulkan gaya tarik-menarik yang relatif lemah. Gaya ini memberi sumbangan yang sangat lemah kepada gaya van der Waals secara keseluruhan.Gambar 1.6Gaya Orientasib) Gaya imbasTerjadi bila terdapat molekul dengan dipol permanen berantaraksi dengan molekul dengan dipol sesaat. Adanya molekul-molekul polar dengan dipol permanen akan menyebabkan imbasan dari molekul polar kepada molekul nonpolar, sehingga elektron-elektron dari molekul nonpolar tersebut mengumpul pada salah satu sisi molekul (terdorong atau tertarik), yang menyebabkan terjadinya dipol sesaat pada molekul nonpolar.Terjadinya dipol sesaat mengakibatkan adanya tarik-menarik antar dipol yang menghasilkan gaya imbas. Gaya ini juga memberikan sumbangan yang kecil terhadap keseluruhan gaya van der Waals.c) Gaya dispersi (gaya London)Pertama kali dikemukakan oleh Fritz London (1928). Pada molekul nonpolar gaya London ini terjadi akibat adanya elektron-elektron mengelilingi inti secara acak., sehingga pada suatu saat elektron akan mengumpul pada salah satu sisi molekul. Dipol yang terbentuk dengan cara itu disebut dipol sesaat, karena dipol itu dapat berpindah milyaran kali dalam satu detik. Kemudahan suatu molekul untuk membentuk dipol sesaat disebut polarisabilitas.Makin banyak jumlah elektron, makin mudah mengalami polarisasi, maka makin besar Mr makin kuat gaya Londonnya, karena jumlah elektron berkaitan dengan massa molekul relatif. Zat yang molekulnya bertarikan hanya dengan gaya London mempunyai titik leleh dan titik didih yang rendah dibandingkan zat lain yang mempunyai Mr hampir sama.Gaya dispersi merupakan penyumbang terbesar pada gaya Van der Waals. Normal Keadaan sesaatGambar 1.7Dipol sesaatJadi, gaya Van der Waals dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu:1. Kerumitan MolekulGaya antar molekul bekerja pada jarak yang sangat dekat. Semakin dekat jarak
14antarmolekul semakin kuat gaya antar molekul tersebut. Molekul yang bentuknya sederhana (lurus), gaya antar molekulnya lebih kuat daripada yang bentuknya rumit(bercabang). Bentuk rumit Bentuk kompak/lurusGambar 1.8 Struktur molekul mempengaruhi titik didih n-butana (a)lebih tinggi daripada 3–etil–pentana (b)2. Ukuran MolekulMolekul yang berukuran besar lebih mudah membentuk dipol sesaat, karena elektronnya terletak jauh dari inti sehingga pergerakkan elektronnya lebih leluasa daripada molekul yang berukuran kecil.Gaya van der waals tidak memiliki arah yang jelas, terlihat pada bentuk kristal kovalen yang bisa berubah pada suhu tertentu.2) Ikatan hidrogenIkatan hidrogen terjadi antara atom hidrogen dari suatu molekul dengan atom elektronegatif (N, O, F) pada atom lain.Ikatan hidrogen ini lebih kuat daripada ikatan Van der Waals, dan memiliki arah yang jelas. Energi untuk memutuskan ikatan hidrogen adalah 15 – 40 kJ/mol, sedangkan untuk memutuskan gaya Van der Waals adalah sekitar 2 – 20 kJ/mol. Inilah sebabnya zat yang memiliki ikatan hidrogen memiliki titik cair dan titik didih yang relatif tinggi. Ikatan hidrogen yang kuat hanya terjadi antara molekul yang mempunyai ikatan F – H, O”H, atau N”H. Contoh fenomena ini dapat kita lihat pada senyawa NH3, H2O, dan HF.a.b.HHOHOHHHOOHH••••••••••••••••••HHHFFFFH
15Ikatan hidrogen pada air Ikatan antar molekul HFGambar 1.9Ikatan antar Molekul Hidrogen (kiri); Ikatan antar Molekul HF (kanan)Model atom Rutherford menyatakan bahwa atom terdiri dari inti kecil yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron pada permukaannya. Namun teori ini tidak dapat menerangkan kestabilan atom.Niels Bohr menggunakan teori kuantum untuk menjelaskan spektrum unsur. Berdasarkan pengamatan, unsur-unsur dapat memancarkan spektrum garis dan tiap unsur mempunyai spektrum yang khas.Kelemahan dari model atom Bohr dapat dijelaskan oleh de Broglie dengan teori dualisme partikel gelombang. Menurut de Broglie, pada kondisi tertentu, materi yang bergerak memiliki ciri-ciri gelombang. Elektron mempunyai sifat difraksi, maka lintasan elektron yang dikemukakan Bohr tidak dibenarkan. Gelombang tidak bergerak melalui suatu garis, melainkan menyebar pada daerah tertentu.Heisenberg mengemukakan bahwa posisi atau lokasi suatu elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti. Yang dapat ditentukan adalah hanya kemungkinan (kebolehjadian) menemukan elektron pada suatu titik pada jarak tertentu dari intinya. Hipotesis Louis de Broglie dan azas ketidakpastian dari Heisenberg merupakan dasar dari model Mekanika Kuantum (Gelombang) yang dikemukakan olehErwin Schrodinger, mengajukan konsep orbital untuk menyatakan kedudukan elektron dalam atom. Orbital menyatakan suatu daerah dimana elektron paling mungkin (peluang terbesar) untuk ditemukan. Persamaan gelombang Erwin Schrodinger menghasilkan tiga bilangan gelombang (bilangan kuantum), yaitu bilangan kuantum utama (n) yang menyatakan kulit utama, bilangan kuantum azimuth (I) yang menyatakan subkulitnya, bilangan kuantum magnetik (m) yang menyatakan orbitalnya, dan bilangan kuantum spin (s) yang menyatakan spin atau arah rotasi. (bukan dari persamaan gelombang Erwin Schrodinger).Konfigurasi elektron menggambarkan penataan/susunan elektron dalam atom.Bentuk molekul menggambarkan kedudukan atom-atom di dalam suatu molekul. Bentuk molekul dapat dijelaskan dengan menggunakan berbagai pendekatan, salah satunya adalah teori tolakan pasangan elektron (Valence Shell Electron Pair Repulsionatau VSEPR).”Pasangan elektron-elektron pada kulit luar atom pusat akan menyusun diri, sehingga tolak-menolak diantaranya menjadi minimum”. Gaya antar molekul terdiri dari Gaya Van der Waals yang dipengaruhi oleh kerumitan molekul serta ukuran molekul, dan Ikatan Hidrogen. RingkasanGLOSARIUM
16Gaya Dispersi (Gaya London) :terjadi akibat adanya elektron-elektron mengelilingi inti secara acak, sehingga pada suatu saat elektron akan mengumpul pada salah satu sisi molekulGaya Imbas : Terjadi bila terdapat molekul dengan dipol permanen berantaraksi dengan molekul dengan dipol sesaatGaya Orientasi : Terjadi pada molekul-molekul yang mempunyai dipol permanen atau molekul polarGaya Van der Waals : Terjadi jika jarak antar molekul sudah sangat dekat, tetapi tidak melibatkan terjadinya pem-bentukan ikatan antar atomIkatan hidrogen : Ikatan yang terjadi antara atom hidrogen dari suatu molekul dengan atom elektronegatif (N, O, F) pada atom lainI. Pilihan GandaPilihlah salah satu jawaban yang paling benar!1. Teori yang menjadi dasar model atom mekanika gelombang adalah ....A. Thomson, Dalton, dan RutherfordB. Rutherford, Niels Bohr, dan SchrodingerC. Max Planck, de Broglie, dan PauliD. de Broglie, dan HeisenbergE. Aufbau, Hund, dan Pauli2. Kedudukan suatu orbital dalam suatu atom ditentukan oleh bilangan kuantum ....A. n, l , dan m D. s sajaB. n, dan m E. n, l, m, dan s C. l, dan s3. Gambar orbital berikut adalah ....A. dxyB. dyzC. dxzD. dx2-y2E. dz24. Jumlah elektron yang tidak berpasangan dalam atom Mn dengan nomor atom SOAL-SOAL LATIHAN BAB 1
1725 adalah...A. 7 D. 4B. 6 E. 3C. 55. Diketahui unsur X dengan nomor atom 27, jumlah elektron maksimum pada orbital d adalah....A. 2 D. 6B. 4 E. 7C. 56. Harga keempat bilangan kuantum elektron terakhir pada unsur dengan nomor atom 35 adalah ....A. n = 4, I = 1, m = –1, s = –D. n = 4, I = 1, m = 0, s = –B. n = 4, I = 0, m = –1, s = +E. n = 4, I = 1, m = +1, s = +C. n = 4, I = 1, m = 0, s = +7. Unsur dengan nomor atom 25 mempunyai konfigurasi ....A. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 4p5B. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d 7C. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2D. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d4 4s2 4p1E. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s18. Jumlah elektron maksimum yang dapat menempati tingkat energi ketiga adalah ....A. 2 D. 18B. 6 E. 32C. 89. Jika bilangan kuantum azimuth berharga 2, maka builangan kuantum magnetiknya adalah ....A. 0, 1, dan 2 D. –2 dan 2B. –1, 0, dan +1 E. 0, +1, dan +2C. –2, –1, 0, +1, dan +210. Elektron dengan bilangan kuantum m = -2 dapat menempati tingkat energi ....A. 2p D. 3dB. 3s E. 4sC. 3p11. Cara pengisian elektron dalam orbital pada suatu sub tingkat energi adalah bahwa elektron tidak membentuk pasangan lebih dahulu sebelum masing-masing orbital terisi dengan sebuah elektron. Pernyataan ini adalah bunyi dari aturan ....
18A. Rutherford D. BohrB. Aufbau E. PauliC. Hund12. Elektron valensi dari unsur dengan konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3adalah....A. 2 D. 6B. 3 E. 7C. 513. Atom dengan konfigurasi elektron manakah yang mempunyai konfigurasi elektron tidak berpasangan terbanyak...A. [Ar] 3d2 4s2D. [Ar] 3d10 4s2 4p2B. [Ar] 3d9 4s2E. [Ar] 3d10 4s2 4p3C. [Ar] 3d10 4s2 4p114. Suatu atom unsur mempunyai konfigurasi elektron: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d54s1. unsur tersebut dalam sistem periodik terdapat pada ....A. golongan IA, periode ke-4 D. golongan VIIB, periode ke-4B. golongan VIA, periode ke-4 E. golongan VIB, periode ke-3C. golongan IB, periode ke-415. Unsur yang terdapat pada golongan VIB periode keempat dalam sistem periodik mempunyai nomor atom ....A. 7 D. 32B. 15 E. 35C. 2416. Suatu molekul mempunyai 4 pasang elektron di sekitar atom pusat, 2 diantaranya merupakan PEB, maka bentuk molekul yang paling mungkin adalah ....A. segitiga datar D. bentuk TB. segiempat planar E. bentuk VC. tetrahedron17. Sudut ikatan molekul H2O adalah 104,5o lebih kecil dari sudut tetrahedron, hal ini disebabkan oleh ....A. adanya 2 pasangan elektron bebasB. adanya 2 pasangan elektron ikatanC. adanya ikatan hidrogen pada H2OD. adanya dipol permanent pada H2OE. pasangan elektron jauh dari atom pusat18. Titik didih alkohol lebih tinggi daripada titik didih eter. Alasan yang tepat untuk menjelaskan peristiwa tersebut adalah ....A. Antara molekul-molekul alcohol terdapat ikatan hidrogenB. Alkohol mudah larut dalam airC. Massa rumus alkohol lebih besar daripada eter
19D. Massa jenis alkohol lebih besar daripada eterE. Alkohol mudah bereaksi dengan logam-logam alkali19. Gaya dispersi pada molekul-molekul nonpolar terjadi akibat adanya ....A. dipol-dipol permanenB. dipol-dipol sesaatC. imbasan dari dipol permanenD. ikatan hidrogenE. gaya elektrostatis molekul polar20. Dibawah ini adalah pasangan senyawa yang memiliki ikatan hidrogen adalah ....A. H2O dan HCl D. HCl dan HIB. H2O dan HF E. HF dan HIC. H2S dan HFII. Uraian1. Bagaimanakah hubungan antara konfigurasi elektron dengan kedudukan unsur-
20