I.
I. Judul Judul PercobaPercobaan an :: KEKUATAN MEDAN LIGANKEKUATAN MEDAN LIGAN II.
II. Hari Hari dan dan Tanggal Tanggal Percobaan Percobaan :: Selasa, 25 April 2016 pukul 07.00 WIB III.
III.Selesai Selesai Percobaan Percobaan :: Selasa, 25 April 2016 pukul 10.00 WIB IV.
IV. Tujuan Tujuan Percobaan Percobaan ::
a. Mempelajari perbedaan kekuatan medan ligan antara ligan ammonium dan air b. Mengenal cara mencari panjang gelombang pada absorbansi maksimum
c. Mengenal variabel yang mempengaruhi panjang gelombang maksimum V.
V. Tinjauan Tinjauan Pustaka Pustaka ::
Senyawa koordinasi merupakan senyawa yang tersusun atas atom pusat dan ligan (sejumlah anion atau molekul netral yang mengelilingi atom atau kelompok atom pusat tersebut) dimana keduanya diikat dengan ikatan koordinasi. Ditinjau dari konsep basa Lewis, atom pusat dalam senyawa koordinasi berperan sebagai asam Lewis (akseptor penerima pasangan elektron), sedangkan ligan sebagai basa Lewis (donor pasangan elektron).
Kemagnetan senyawa kompleks misalnya, ditentukan dari banyaknya elektron tak berapsangan pada orbital d atom pusat, akibat dari kekuatan ligan yang mendesaknya, apakah ligan tersebut kuat atau lemah. Jika ligan tsb kuat elektron cenderung untuk berpasangan (spin rendah), jika ligan tsb lemah elekton lebih suka untuk tidak berpasangan (spin tinggi).
Senyawa kompleks dapat berupa non-ion, kation atau anion, bergantung pada muatan penyusunnya. Muatan senyawa kompleks merupakan penjumlahan muatan ion pusat dan ligannya. Jika senyawa kompleks bermuatan disebut ion kompleks/spesies kompleks. Bilangan koordinasi pada senyawa kompleks menyatakan banyaknya ligan yang mengelilingi atom atau sekelompok atom pusat sehingga membentuk kompleks yang stabil.
Teori medan kristal menyediakan satu cara penentuan, dengan bahan pertimbangan elekrostatik sederhana, bagaimana energi dari orbital ion logam akan terpengaruh dari atom sekitar atau ligan. Itu bekerja dengan baik ketika simeterinya tinggi tapi dengan upaya tambahan, dapat diterpakan lebih umu lagi, teori medan kristal adalah suatu model dan tak satupun uaraian ayang realistis tentang kekuatan sebenarnya dalam bereaksi (Cotto, 1995).
Bilangan koordinasi 6, berarti banyaknya ligan yang mengelilingi berjumlah 6. Bilangan koordinasi setiap atom pusat bersifat khas dan karateristik bergantung pada sifat alamiah logam, keadaan oksidasi, dan ligan-ligan lain dalam molekul. Antara atom
pusat dengan ligannya terhubung oleh ikatan koordinasi, hanya salah satu pihak yaitu ligan yang menyumbangkan pasangan elektron untuk digunakan bersama, perpindahan kerapatan elektron pun terjadi dari ligan ke atom pusat. Namun, jika kerapatan elektron tersebar merata diaantara keduanya, maka ikatan kovalen sejatipun akan terbentuk.
Reaksi pembentukan senyawa kompleks dapat dirumuskan sebagai berikut:
M
M + + nL nL MLnMLn dimana,
M = ion logam
L = ligan yang mempunyai pasangan elektron bebas
n = bilangan koordinasi senyawa kompleks yang terbentuk (biasanya 2, 4, dan 6). Berdasarkan banyaknya pasangan elektron yang didonorkan, ligan dapat dikelompokkan menjadi,
a. Ligan Monodentat yaitu ligan yang hanya mampu memberikan satu pasang elektron kepada satu ion logam pusat dalam senyawa koordinasi. Misalnya : ion halida, H2O
dan NH3.
b. Ligan Bidentat yaitu ligan yang mempunyai dua atom donor sehingga mampu
memberikan dua pasang elektron. Dalam pembentukan ikatan koordinasi, ligan bidentat akan menghasilkan struktur cincin dengan ion logamnya (sering disebut cincin kelat). Ligan bidentat dapat berupa molekul netral (seperti diamin, difosfin, disulfit) atau anion (C2O42-, SO42-, O22-).
c. Ligan Polidentat yaitu ligan-ligan yang memiliki lebih dari dua atom donor. Ligan ini dapat disebut tri, tetra, penta, atau heksadentat, bergantung pada jumlah atom donor yang ada. Ligan polidentat tidak selalu menggunakan semua atom donornya untuk membentuk ikatan koordinasi. Misalnya : EDTA sebagai heksadentat mungkin hanya menggunakan 4 atau 5 atom donornya bergantung pada ukuran dan stereokimia kompleks.
Berdasarkan jenis ikatan koordinasi yang terbentuk, ligan dapat dikelompokkan sebagai berikut.
a. Ligan yang tidak mempunyai elektron sesuai untuk ikatan dan orbital kosong sehingga ikatan yang terbentuk hanya ikatan ,seperti H-, NH
3, SO32-, atau RNH2.
b. Ligan yang mempunyai dua atau tiga pasang elektron bebas yang selain membentuk ikatan , juga dapat membentuk ikatan dengan ion logam, seperti N3-, O2-, OH-, S
2-, NH2-, R
c. Ligan yang memiliki orbital -antiikatan kosong dengan tingkatan benzen rendah yang dapat menerima elektron yang orientasinya sesuai dari logam, seperti CO, R 3P,
CN-, py, dan acac.
d. Ligan yang tidak ada pasangan elektron bebasnya, tetapi memiliki elektron ikatan-π, seperti alkena, alkuna, benzena, dan anion siklopentadienil.
e. Ligan yang membentuk dua ikatan σ dengan dua atom logam terpisah dan kemudian membentuk jembatan. Sebagai contoh, OH-, O2-, CO. (Nuryono, 2003)
Berdasarkan ligan yang diikat oleh atom pusat dalam ion kompleks, maka ada 2 macam ion kompleks:
1. Ion kompleks positif
Terbentuk apabila ion logam transisi (atom pusat) berikatan dengan aligan yang merupakan molekul netral seperti2 atau3 sehingga ion kompleks yang terbentuk bermuatan positif.
2. Ion kompleks negatif
Terbentuk apabila ion atom pusat berikatan dengan ligan yang merupakan ion negatif.(Sukarti. 1989)
Bila pada ion kompleks diberikan energi dalam bentuk cahaya, maka elektron pada orbital yang lebih rendah energinya dapat tereksitasi ke orbital yang lebih tinggi energinya. Dengan menyerap cahaya yang energinya sama dengan hargaA0. Makin kecil energi yang diperlukan pada eksitasi tersebut seperti telah diketahui energi cahaya bergantung pada λnya. Yaitu makin pendek λ makin tinggi energinya. Cahaya tampak terdiri dari cahaya radiasi dengan yaitu 400-700 nm. Suatu larutan/zat padat memiliki warna tertentu karena menyerap sebagian dari komponen sinar tampak. Makin kecil cahaya yang diserap (makin besar energinya) makin besar harga A0 atau makin kuat ikatan antara ion pusat dan ligan. Urutan kekuatan ligan sebagai berikut:
− < <− < <− < <<<<<− (Vogel. 1990)
Teori medan kristal mengganggap bahwa ikatan antar ion logam dan ligan adalah sepenuhnya ionik. Dengan kata lain, interaksi antara ligan dan ion logam adalah interaksi elektrostatik. Ion logam dianggap bermuatan positif sedangkan ligan merupakan partikel bermuatan negatif.
Gambar B.1 Kelima orbital d Gambar B.1 Kelima orbital d
Jika ligan (yang diasumsikan bermuatan negatif) mendekat, maka akan terjadi kenaikan tingkat energi orbital d ion logam akibat tolakan antara medan negatif ligan dan elektron orbital d, tetapi tingkat energi kelima orbital d masih degenerate. Karena orientasi ligan terhadap logam berbeda beda (seperti orientasi ke arah oktahedral, tetrahedral), maka gaya yang dialami oleh tiap orbital tidak selalu sama. Hal inilah yang menyebabkan pola pembelahan tingkat energi orbital d yang berbeda-beda untuk tiap bentuk geometri.
Oktahedral
Pada oktahedral, orbital dan berhadapan langsung dengan ligan,
sedangkan orbital tidak berhadapan langsung. Akibatnya, energi
potensial dan akan naik akibat tolakan dengan ligan dan energi
akan berkurang karena kurangnua tolakan dengan ligan. Orbital
dan yang berada pada tingkat yang lebih tinggi dinamakan orbital eg
sedangkan orbital yang memiliki energi yang lebih rendah dinamakan orbital t2g.
Gambar B.2.(a) orientasi orbital d dan ligan pada kompleks oktahedral; (b) pola pembelahan pada octahedral.
Tetrahedral
Pada tetrahedral, orbital lebih berinteraksi langsung
dibandingkan dengan dan sehingga energi orbital akan
naik sedangkan energi dan akan turun.
Gambar B.3.(a) orientasi orbital d dan ligan pada kompleks tetrahedral; (b) pola pembelahan pada tetrahedral
Bujur sangkar
Gambar B.4.(a) orientasi orbital d dan ligan pada kompleks bujur sangkar; (b) pola pembelahan pada bujur sangkar (Kunarti,2007)
Harga 10 Dq dapat besar atau kecil. Jika 10 Dq kecil, maka dibutuhkan sedikit energi untuk mengisi elektron ke orbital eg. Akibatnya elektron cenderung mengisi orbital eg dibandingkan berpasangan terlebih dahulu. Kondisi ini dinamakan medan lemah. Jika 10 Dq besar, maka selisih energi juga besar atau dibutuhkan banyak energi untuk mengisi elektron
ke orbital eg. Elektron cenderung berpasangan terlebih dahulu sebelum mengisi orbital eg. Kondisi seperti ini dinamakan meda kuat.
Harga 10 dq dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya.
Muatan ion logam
Makin banyak muatan ion,makin besar pula harga 10 Dq nya,karena makin banyak muatan ion logam maka makin besar pula untuk menarik ligan lebih dekat.
Akibatnya pengaruh ligan makin kuat sehingga pembelahan orbital makin besar.
Jenis Ion pusat
Logam logam yang terletak pada satu periode, harga 10 dqnya tidak terlalu berbeda. Untuk satu golongan, Semakin kebawah, harganya akan semakin besar.
Mn2+< Ni2+< Co2+< Fe2+< V2+< Fe3+< Co3+< Mn3+< Co3+< Rh3+< Ru3+< Pd4+<
Ligan
Berikut adalah deret spektrokimia.
I-< Br -< SCN-~ Cl-< F-< OH-~ NO-< C
2O42-< H2O<CS-< EDTA4-< NH3~ pyr~
en< phen < CN- ~ CO
Semakin kuat ligannya, maka 10 dq juga akan semakin besar. Jika 10 dq kecil, maka ligannya adalah ligan lemah. Ligan yang kuat dapat menggantikan ligan yang lebih lemah.
Harga 10 dq dapat memberikan beberapa informasi mengenai warna kompleks, serta sifat kemagnetan kompleks. Untuk mengeksitasi elektron dari tingkat dasar ke tingkat yang lebih atas, diperlukan energi. Energi yang diserap memiliki panjang gelombang tertentu. Sedangkan, warna kompleks yang tampak adalah warna komplementer yang panjang gelombangnya diserap untuk eksitasi elektron.
Gambar B.5. eksitasi elektron dari keadaan dasar ke tingkat yang lebih tinggi
Jika ligan yang digunakan adalah ligan kuat, maka harga 10 dq cukup besar atau
panjang gelombang sinar yang diserap kecil ( c h E
). Jika ligan lemah, maka panjang gelombang sinar yang diserap akan besar.
Spektrofotometer
Metode analisis spektrometri adalah metode analisis yang paling banyak dipakai di dalam Kimia analisis, khususnya pada spektra elektromagnetik daerah ultraviolet dan tampak. Aplikasinya meliputi bidang kimia klinik, kimia lingkungan dan bidang-bidang lain. Keuntungan dari metode analisis spektrometri adalah peralatannya yang mudah didapat dan biasanya cukup mudah dioperasikan. Prinsip metode analisis spektrometri adalah larutan sampel menyerap radiasi elektromagnetik dan jumlah intensitas radiasi yang diserap oleh larutan sampel dihubungkan dengan konsentrasi analit (zat/unsur yang
akan dianalisis) dalam larutan sampel. Berikut adalah pasangan warna komplenter dari warna larutan yang tampak dilihat oleh mata:
(NM) WARNA YANG DISERAP KOMPLEMEN
400-435
400-435 Ungu Hijau kekuningan
435-480
435-480 Biru Kuning
480-490
480-490 Biru kehijauan Jingga
490-500
490-500 Hijau kebiruan Merah
500-560
500-560 Hijau Ungu kemerahan
560-580
560-580 Hijau kekuningan Ungu
580-595
580-595 Kuning Biru
595-610
595-610 Jingga Biru kehijauan
610-800
610-800 Merah Hijau kebiruan
Spektrofotometer merupakan instrumen untuk mengukur absorbansi yang menggunakan monokromator untuk memilih panjang gelombang. Panjang gelombang pada daerah tertentu dibutuhkan untuk mengeksitasikan elektron dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi. Spektrofotometer UV-Vis dapat digunakan untuk analisis senyawa kompleks karena senyawa kompleks dapat menyerap radiasi sinar UV-Vis.
Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitans atau absorbans suatu contoh sebagai fungsi panjang gelombang; pengukuran terhadap suatu deretan contoh pada suatu panjang gelombang tunggal mungkin juga dapat dilakukan. Alat-alat demikian dapat dikelompokkan baik sebagai manual atau perekam, maupun sebagai sinar-tunggal atau sinar-rangkap.
Kesalahan dalam pengukuran secara spektrofotometer dapat timbul dari banyak
sekali sebab, beberapa di antaranya telah diketahui sebelum ini dalam pembicaraan tentang peralatan di atas. Banyak dapat dicegah dengan memperhatikan dan dengan pikiran sehat. Sel-sel contoh harus bersih. Beberapa zat (misalnya protein) kadang-kadang melekat sangat kuat pada sel dan dapat dicuci bersih hanya dengan kesukaran. Sidik jari dapat menyerap radiasi ultraungu. Penempatan sel dalam sinar harus dapat ditiru kembali. Gelembung gas tidak boleh ada dalam lintasan optik. Peneraan panjang
gelombang dari alat harus diteliti kadang-kadang, dan penyimpangan atau ketidakstabilan di dalam sirkuit harus diperbaiki.
Contoh dari ikatan kompleks yang ditemui dalam studi ilmu kimia pada umumnya berisi hanya satu ion logam, yang mana dikombinasikan dengan satu atau lebih ligan anionik. Ikatan kompleks yang anionik ligan meliputi ion hexacyanoferrate (II) dan hexacyanoferrate (III), [Fe(CN)6]4-dan [Fe(CN)6]3- berturut-turut dan nikel (II)
dimetilglyoximale, [Ni(CH3C(=NO)C(=NOH)CH3)2], pembentukan yang bersifat alkali adalah suatu tes untuk nikel. [Ag(NH3)2]+ dan [Co(H2 NCH2CH2 NH2)3]3+ kompleks tidak
berisi ligan. Kompleks berisi kation lebih dari satu garam magnesium secara parsial hidrolisis sebagai contoh berisi ion seperti [Mg2(OH)3]+.
F actor-F aktor Yang Mempengaruhi Kekuatan Medan Kristal
Kekuatan medan kristal suatu kompleks dipengaruhi oleh banyak faktor, diantaranya:
a. Muatan atom pusat
Bertambahnya muatan atom pusat akan menyebabkan gaya tarik elektrostatik antara atom pusat dan ligan-ligan menjadi makin kuat, sehingga ligan-ligan tertari lebih dekat ke atom pusat dan interaksi antara ligan-ligan dengan orbital-orbitald ato pusat semakin kuat pula. Akibatnya pemisahan orbitald atom pusat semakin besar dan medan kristal yang timbul makin kuat. Secara teoritis, peningkatan muatan atom pusat dari 2+ ke 3+ akan meningkatkan kekuatan medan krostal atau harga 10Dq sekitar 50%.
b. Jumlah ligan dan geometri dari kompleks
Semakin banyak jumlah ligan yang terkat pada atom pusat maka medan kristal yang timbul makin kuat dan harga 10Dq makin besar. Untuk atom pusat dan jenis ligan yang sama, kekuatan medan kristal kompleks oktahedral adalah lebih dari 2 kali lipat kekuatan medan kristal kompleks tetrahedral.
c. Jenis ligan
Ligan-ligan yang berbeda akan menghasilkan kekuatan medan kristal yang berbeda pula. Fajans dan Tschida berhasil membuat urutan relative kekuatan beberapa ligan, yaitu kekuatan ligan: I- < Br- < S2- < SCN- < Cl-< NO3- < F- < urea ~
OH-~ O2- < C2O42- < H2O < CS- < EDTA4- < NH3OH-~ pyr OH-~ en < phen < CN- OH-~ CO. urutan ligan-ligan berdasarkan kekuatannya tersebut disebut deret spektrokimia atau deret Fajans-Tsuchida.
d. Jenis ion pusat
Dalam satu golongan untuk ion-ion dengan muatan yang sama kekuatan medan yang timbul akibat interaksi antara ion pusat dengan ligan-ligan yangs ama bertambah dengan bertambahnya periode. Hal ini disebabkan karena dalam satu golongan, dari atas ke bawah, terjadi kenaikan muatan inti efektif dengan
bertambahnya periode. Kenaikan ini disebabkan karena efek saringan atau efek pemerisaian orbital 5d <4d <3d . kenaikan muatan inti efektif menyebabkan ligan-ligan tertarik lebih dekat ke ion pusat. Interaksi antara ligan-ligan dengan electron-elektron pada orbitald ion pusat semakin kuat, pemisahan orbital d semakin besar. Medan kristal yang dihasilkan makin kuat, demikian pula dengan harga 10Dq yang ada. Kontribusi empat faktor di atas menyebabkan kompleks memiliki medan kristal dengan kekuatan yang berbeda.
VI.
VI. Alat dan BahanAlat dan Bahan AlatAlat
- Labu ukur 10 mL 2 buah
- Pipet gondok 5 mL 1 buah
- Gelas kimia 100 mL 1 buah
- Pipet gondok 2 mL 1 buah
- Tabung reaksi 4 buah
Bahan
- Larutan ammonium 1 M - Larutan ion Cu2+ 0,1 M
VII.
VII.Alur kerjaAlur kerja VIII.
VIII. Hasil pengamatanHasil pengamatan IX.
IX. Analisis dan PembahasanAnalisis dan Pembahasan X.
XI.
XI. Jawaban pertanyaanJawaban pertanyaan
1. Jelaskan perbedaan kekuatan medan ligan antara ligan ammonium dengan air ? Jawaban :
Jawaban :
Ligan air memiliki energi 40,85 kkal/mol yang lebih rendah daripada amonia, yaitu 46,87 kkal/mol. Hal ini disebabkan oleh ligan H2O yang bersifat sebagai ligan
lemah. Ligan lemah dalam kompleks menyebabkan elektron memiliki spin tinggi (high spin) pada tingkat energi eg, karena pada ion Cu(II) elektron di orbital d lebih
mudah ditempatkan pada arah energi orbital yang lebih tinggi sebagai elektron sunyi (tidak berpasangan) daripada ditempatkan pada kamar orbital yang sama, namun sebagai elektron berpasangan. Sebab pada kamar yang sama akan terjadi gaya tolak menolak antara dua elektron jika akan berpasangan. Oleh karena energi untuk tolak menolak (P) lebih besar daripada harga 10 Dq, justru ada interaksi tingkat energi atas dengan energi bawah menyebabkan jarak t2g dan eg menjadi lebih pendek
sehingga energi 10 Dq menjadi lebih kecil.
2. Tuliskan reaksi yang terjadi pada percoaan tersebut! Jawaban :
Jawaban : Cu2+ + 6H
2O → [Cu(H2O)6]2+ ( percobaan 1)
Cu2+ +6H
2O → [Cu(H2O)6]2+ + 4NH3→ [Cu(H2O)3(NH3)4]2+. ( percobaan 2 dan 3 )
3. Faktor-faktor apakah yang mempengaruhi warna ion kompleks logam transisi? Jawaban :
Jawaban :
Warna Kompleks Logam Transisi Warna Kompleks Logam Transisi
Warna-warna cerah yang terlihat pada kebanyakan senyawa koordinasi dapat dijelaskan dengan teori medan kristal ini. Jika orbital-d dari sebuah kompleks berpisah menjadi dua kelompok seperti yang dijelaskan di atas, maka ketika molekul tersebut menyerap foton dari cahaya tampak, satu atau lebih elektron yang berada dalam orbital tersebut akan meloncat dari orbital-d yang berenergi lebih rendah ke orbital-d yang berenergi lebih tinggi, menghasilkan keadaam atom yang tereksitasi. Perbedaan energi antara atom yang berada dalam keadaan dasar dengan yang berada dalam keadaan tereksitasi sama dengan energi foton yang diserap dan berbanding terbalik dengan gelombang cahaya. Karena hanya gelombang-gelombang cahaya ( ) tertentu saja yang dapat diserap (gelombang yang memiliki energi sama dengan
energi eksitasi), senyawa-senyawa tersebut akan memperlihatkan warna komplementer (gelombang cahaya yang tidak terserap). Seperti yang dijelaskan di atas, ligan-ligan yang berbeda akan menghasilkan medan kristal yang energinya berbeda-beda pula, sehingga kita bisa melihat warna-warna yang bervariasi. Untuk sebuah ion logam, medan ligan yang lebih lemah akan membentuk kompleks yang Δ-nya bernilai rendah, sehingga akan menyerap cahaya dengan λ yang lebih panjang dan merendahkan frekuensi Sebaliknya medan ligan yang lebih kuat akan menghasilkan Δ yang lebih besar, menyerap λ yang lebih pendek, dan meningkatkan ν.
4. Hitunglah besar energy 10 Dq ketiga larutan tersebut! Jawaban :
Jawaban :
5. Dari hasil percobaan apa yang dapat anda simpulkan? Jawaban :
Jawaban :
XII.
XII.Daftar PustakaDaftar Pustaka
Effendy. 2007. Perspektif Baru Kimia Koordinasi Jilid 1. Malang: Bayumedia Publishing
Lee, J. D. 1991.Consice Inorganic Chemistry Fourth Edition. London: Champ & Hall.
Svehla, G. 1979. Vogel : Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro. London: Longman Group Limited.
Tim Dosen Kimia Anorganik. 2016. Penuntun Praktikum Kimia Anorganik III . Surabaya:UNESA Press
Yunita. 2014. Kekuatan Medan Ligan. (onine). http://yunitaparerombe.
blogspot.co.id/2014/09/v-behaviorurldefaultvmlo_23.html diakses pada tanggal
