KTSP kimia K e l a s XI REVIEW I TUJUAN PEMBELAJARAN Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami teori atom mekanika kuantum dan hubungannya dengan bilangan kuantum. 2. Menuliskan konfigurasi elektron berdasarkan aturan Aufbau, kaidah Hund, dan larangan Pauli. 3. Menentukan bentuk molekul berdasarkan teori domain elektron dan teori hibridisasi. 4. Memahami gaya antarmolekul dan pengaruhnya terhadap sifat fisik senyawa. A. TEORI ATOM MEKANIKA KUANTUM Teori atom Bohr menyatakan bahwa elektron mengelilingi inti atom dalam suatu lintasan atau orbit. Orbit-orbit elektron berbentuk menyerupai lingkaran yang disebut sebagai kulit-kulit atom. Masing-masing orbit memiliki tingkat energi tertentu. Dalam keadaan dasar, elektron menempati kulit atau lintasan atom yang memberikan total energi terendah. Elektron dapat berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi yang lain dengan melepas atau menyerap energi. Menurut Planck, besarnya energi yang dilepas atau diserap tersusun dari satuan terkecil energi yang disebut kuantum. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut. 1
E = hf, dengan f = c λ hc E = λ hc E = E2 E1 = λ λ 2 1 Selain teori-teori atom Bohr di atas, Bohr juga dapat menjelaskan tentang spektrum atom hidrogen yang dijelaskan dengan persamaan Rydberg berikut. 1 1 1 = RH 2 2 λ n1 n2 Keterangan: R H = tetapan Rydberg (1,10 10 7 m 1 ); n 1 = lintasan elektron ke-1; dan n 2 = lintasan elektron ke-2. Spektrum atom hidrogen dibedakan menjadi lima deret berikut. Deret n 1 n 2 Lyman 1 2, 3, 4,... Balmer 2 3, 4, 5,... Paschen 3 4, 5, 6,... Bracket 4 5, 6, 7,... Pfund 5 6, 7, 8,... Meskipun telah memberikan penjelasan mengenai spektrum garis hidrogen dengan baik, teori atom Bohr memiliki kelemahan. Teori atom Bohr tidak dapat menjelaskan teori difraksi yang dapat dijelaskan oleh de Broglie. De Broglie juga telah berhasil menemukan hubungan kuantitatif antara karakteristik gelombang dan partikel. Penemuan De Broglie ini didasarkan pada pendapat Planck bahwa elektron dapat bersifat sebagai partikel dan gelombang. 2
λ = = h mv h p Dengan: λ = panjang gelombang (m); h = tetapan Planck (6,625 10 34 Js); v = kecepatan partikel (m/s); m = massa partikel (kg); dan p = momentum partikel (kg m/s). Selain kelemahan di atas, teori atom Bohr juga bertentangan dengan asas ketidakpastian Heisenberg, yaitu momentum dan posisi dari elektron tidak dapat diketahui secara bersamaan (simultan). Pada perkembangan selanjutnya, Schrödinger menyempurnakan teori atom Bohr melalui teori atom mekanika kuantum. Schrödinger menyatakan bahwa kedudukan elektron dalam suatu atom tidak dapat ditentukan secara pasti, tetapi hanya dapat ditentukan peluangnya. Peluang posisi suatu elektron dalam atom dinyatakan dalam tiga bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut ( ), dan bilangan kuantum magnetik (m). Selain ketiga bilangan kuantum tersebut, masih terdapat satu bilangan kuantum lagi, yaitu bilangan kuantum spin (s). 1. Bilangan kuantum utama (n), menunjukkan kulit atom tempat elektron berada. 2. Bilangan kuantum azimut ( ), menunjukkan subkulit atom tempat elektron berada. 3. Bilangan kuantum magnetik (m), menunjukkan orbital tempat elektron berada. 4. Bilangan kuantum spin (s), menunjukkan arah putar elektron. Jika elektron berputar searah jarum jam maka nilai spinnya adalah +1/2. Jika elektron berputar berlawanan arah dengan jarum jam maka nilai spinnya adalah -1/2. 3
LATIHAN SOAL 1. Deret bilangan kuantum yang benar untuk elektron 4d adalah... A. n = 4, = 1, m = -3, s = +1/2 B. n = 4, = 1, m = -3, s = -1/2 C. n = 4, = 4, m = +2, s = +1/2 D. n = 2, = 0, m = 0, s = -1/2 E. n = 4, = 2, m = -2, s = +1/2 2. Jumlah elektron maksimum yang dapat menempati lintasan elektron dengan bilangan kuantum = 2 adalah... A. 2 B. 6 C. 10 D. 14 E. 18 3. Bilangan kuantum magnetik menentukan... A. bentuk orbital B. kecepatan bergerak elektron C. banyaknya elektron dalam atom D. jari-jari atom E. banyaknya orbital dalam setiap kulit 4. Kedudukan elektron pada saat tertentu tidak dapat ditentukan secara pasti, tetapi hanya dapat ditentukan peluangnya. Hal ini dipelajari dalam... (GUNAKAN PETUNJUK C) 1) Mekanika gelombang 2) Mekanika kuantum 3) Persamaan Schrödinger 4) Postulat Bohr 5. Bilangan kuantum yang tidak mungkin pada suatu elektron adalah... A. n = 1, = 0, m = 0, s = -1/2 B. n = 3, = 2, m = -1, s = +1/2 C. n = 2, = 1, m = 0, s = +1/2 D. n = 4, = 4, m = 0, s = -1/2 E. n = 4, = 3, m = -2, s = +1/2 4
B. KONFIGURASI ELEKTRON Konfigurasi elektron merupakan susunan elektron-elektron pada setiap orbital atom. Konfigurasi elektron didasarkan pada tiga aturan berikut. 1. Aturan Aufbau: elektron menempati orbital atom dari tingkat energi yang lebih rendah menuju tingkat energi yang lebih tinggi. Tingkat energi terendah dimiliki oleh orbital yang paling dekat dengan inti atom. 2. Kaidah Hund: pada saat mengisi orbital-orbital dengan energi setingkat, elektron akan menempati semua orbital yang kosong terlebih dahulu, kemudian membentuk pasangan elektron dengan arah spin berlawanan. 3. Larangan Pauli: tidak ada elektron dalam suatu atom yang memiliki empat bilangan kuantum yang sama. Contoh Soal 1 Konfigurasi elektron unsur O (z = 8): 1s 2 2s 2 2p 4 Konfigurasi elektron unsur Fe (z = 26): [Ar] 4s 2 3d 6 Konfigurasi elektron unsur Cr (z = 24): [Ar] 4s 2 3d 4 [Ar] 4s 1 3d 5 (Subkulit d cenderung terisi setengah penuh atau penuh agar lebih stabil) a. Konfigurasi Ion Jika jumlah elektron bertambah atau berkurang kerena ionisasi, maka jumlah elektron pada konfigurasi juga akan bertambah atau berkurang sesuai dengan muatan ion. Jika atom bermuatan positif (+), maka jumlah elektronnya berkurang. Sebaliknya, jika atom bermuatan negatif (-), maka jumlah elektronnya bertambah. Contoh: Konfigurasi ion O 2- (z = 8): 1s 2 2s 2 2p 6 (kelebihan 2 elektron) Konfigurasi ion Na + (z = 11): 1s 2 2s 2 2p 6 (kekurangan 1 elektron) b. Hubungan Konfigurasi Elektron dengan Sistem Periodik Konfigurasi elektron suatu unsur dapat digunakan untuk menentukan letak unsur tersebut dalam sistem periodik. Periode: letak periode dapat ditentukan dari kulit valensi. Kulit valensi merupakan kulit terluar atau kulit dengan bilangan kuantum utama terbesar. 5
Golongan: letak golongan dapat ditentukan dari jumlah total elektron valensi, yaitu elektron yang menempati kulit terluar. Secara umum golongan dibagi menjadi tiga, yaitu sebagai berikut. 1. Golongan Utama (A) Merupakan unsur dengan orbital terakhir s atau p. Nomor golongan A ditentukan dari jumlah total elektron valensi yang menempati subkulit s dan p. Atom dengan konfigurasi terakhir ns 1 adalah golongan IA. Atom dengan konfigurasi terakhir ns 2 adalah golongan IIA. Atom dengan konfigurasi terakhir ns 2 np 1 adalah golongan (2 + 1) A atau golongan IIIA. 2. Golongan Transisi (B) Merupakan unsur dengan orbital terakhir ns 2 (n-1)d. Nomor golongan B ditentukan dari jumlah total elektron valensi yang menempati subkulit s dan d. Atom dengan konfigurasi terakhir ns 2 (n-1)d 1 adalah golongan (2 + 1) B atau golongan IIIB. Atom dengan konfigurasi terakhir ns 2 (n-1)d 2 adalah golongan (2 + 2 ) B atau golongan IVB. Atom dengan konfigurasi terakhir ns 2 (n-1)d 3 adalah golongan (2 + 3 ) B atau golongan VB. Atom dengan konfigurasi terakhir ns 2 (n-1)d 4 adalah golongan (2 + 4 ) B atau golongan VIB. Atom dengan konfigurasi terakhir ns 2 (n-1)d 5 adalah golongan (2 + 5 ) B atau golongan VIIB. Atom dengan konfigurasi terakhir ns 2 (n-1)d 6 atau ns 2 (n-1)d 7 atau ns 2 (n-1)d 8 adalah golongan VIIIB. Atom dengan konfigurasi terakhir ns 2 (n-1)d 9 dengan konfigurasi stabil menjadi ns 1 (n-1)d 10 adalah golongan IB. Atom dengan konfigurasi terakhir ns 2 (n-1)d 10 adalah golongan IIB. 3. Golongan Transisi Dalam Merupakan unsur dengan orbital terakhir ns 2 (n-2)f 6
Contoh: 1. Konfigurasi elektron unsur O (z = 8): 1s 2 2s 2 2p 4 Oleh karena kulit valensi = 2, maka terletak pada periode 2 dan orbital terakhirnya s dan p, maka termasuk golongan utama (A). Nomor golongan A ditentukan dari jumlah total elektron valensi yang menempati subkulit s dan p, yaitu (2 + 4) = 6. Jadi, unsur O terletak pada golongan VI A. 2. Konfigurasi elektron unsur Fe (z = 26): [Ar] 4s 2 3d 6 Oleh karena kulit valensi = 4, maka terletak pada periode 4 dan orbital terakhirnya ns 2 (n-1)d, maka termasuk golongan transisi (B). Nomor golongan B ditentukan dari jumlah total elektron valensi yang menempati subkulit s dan d, yaitu (2 + 6) = 8. Jadi, unsur Fe terletak pada golongan VIIIB. LATIHAN SOAL 1. Pada atom C (z = 6), jumlah orbital yang memiliki elektron tidak berpasangan adalah... A. 2 B. 3 C. 4 D. 1 E. 0 2. Untuk memenuhi persyaratan konfigurasi elektron, susunan yang benar adalah... A. 1s 2 2s 1 2p 1 B. 1s 2 2s 3 C. 1s 2 2s 2 3s 2 D. [He] 2s 2 2p 2 E. [Ar] 4s 2 4d 8 3. Konfigurasi elektron berikut ini benar, kecuali... A. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 B. [Ar] 4s 2 3d 1 C. [He] 2s 2 2p 1 D. [Ar] 4s 2 3d 4 E. [Ne] 3s 2 7
4. Unsur A dengan nomor atom 45 terletak pada golongan dan periode... A. VIIA/5 B. IIB/5 C. VIIIB/5 D. VIIIA/5 E. IB/5 5. Sebuah unsur membentuk ion dengan muatan +1. Konfigurasi ion tersebut adalah 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6. Unsur tersebut adalah... A. Mg B. Na C. K D. Ca E. Sc C. BENTUK MOLEKUL Bentuk molekul dapat diramalkan dengan teori domain elektron (VSEPR) yang ditentukan oleh jumlah PEI (Pasangan Elektron Ikatan) dan PEB (Pasangan Elektron Bebas) suatu molekul. PE PEI (X) PEB (E) Tipe Bentuk Geometri Molekul Contoh Senyawa 2 2 0 AX 2 Linear BeCl 2 3 3 0 AX 3 Trigonal planar BCl 3 3 2 1 AX 2 E Membentuk sudut SO 2 8
PE PEI (X) PEB (E) Tipe Bentuk Geometri Molekul Contoh Senyawa 4 4 0 AX 4 Tetrahedral CH 4 4 3 1 AX 3 E Trigonal piramida NH 3 4 2 2 AX 2 E 2 Membentuk sudut H 2 O 5 5 0 AX 5 Trigonal bipiramida PCl 5 5 4 1 AX 4 E Tetrahedral terdistorsi (jungkatjungkit) SF 4 5 3 2 AX 3 E 2 Planar T ClF 3 9
PE PEI (X) PEB (E) Tipe Bentuk Geometri Molekul Contoh Senyawa 5 2 3 AX 2 E 3 Linear I 3-6 6 0 AX 6 Oktahedral SF 6 6 5 1 AX 5 E Tetragonal piramida IF 5 6 4 2 AX 4 E 2 Segi empat datar XeF 4 Selain menggunakan teori domain elektron, bentuk molekul juga dapat diramalkan dengan teori hibridisasi. Hibridisasi adalah proses penggabungan orbital-orbital atom membentuk orbital atom baru yang disebut orbital hibrida. PE di sekitar atom pusat Orbital Hibrida PEB Bentuk Molekul Contoh 2 sp 0 Linear BeCl 2, CO 2, C 2 H 2, HgCl 2, CN - 10
PE di sekitar atom pusat Orbital Hibrida PEB Bentuk Molekul Contoh 3 sp 2 0 Segitiga datar (Trigonal Planar) BF 3, C 2 H 4, SO 3, NO 3-0 Tetrahedral CH 4, CCl 4, CH 3 Cl, C 2 H 6, SiH 4, TiCl 4, SiF 4 sp 3 1 Trigonal Piramida NH 3, NCl 3, PCl 3 4 2 Bentuk V (Membentuk sudut) H 2 O, SO 2 dsp 2 0 Segi empat planar [PtCl 4 ] 2-0 Trigonal bipiramida PCl 5 5 sp 3 d atau dsp 3 1 Tetrahedral terdistorsi (jungkatjungkit) SF 4 11
PE di sekitar atom pusat Orbital Hibrida PEB Bentuk Molekul Contoh 2 Planar T CIF 3 5 sp 3 d atau dsp 3 3 Lurus (Linear) XeF 2 0 Oktahedral SF 6 6 d 2 sp 3 atau sp 3 d 2 2 Segi empat datar ICl 4 - LATIHAN SOAL 1. Jumlah pasangan elektron bebas pada molekul NH 3 adalah... A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 E. 0 2. Jumlah pasangan elektron ikatan pada molekul HF adalah... A. 1 B. 2 C. 3 12
D. 4 E. 5 3. Jumlah domain elektron pada molekul XeF 2 adalah... A. 3 B. 4 C. 6 D. 7 E. 8 4. Berdasarkan teori domain elektron, bentuk molekul IF 3 adalah... A. trigonal piramida B. jungkat-jungkit C. planar T D. segiempat datar E. bentuk V 5. Berdasarkan teori VSEPR, tipe molekul dari AlCl 3 adalah... A. trigonal planar B. trigonal piramida C. segiempat planar D. bentuk V E. planar T 6. Berdasarkan teori VSEPR, pasangan molekul berikut yang memiliki bentuk molekul yang sama adalah... A. NH 3 AlCl 3 B. AlCl 3 ClF 3 C. CCl 4 XeF 4 D. NH 3 PCl 3 E. BeCl 2 SO 2 7. Berdasarkan teori domain elektron, molekul dengan bentuk yang sama dengan BF 3 adalah... A. IF 3 B. AlCl 3 C. NH 3 D. ClF 3 E. PCl 3 13
8. Berdasarkan teori domain elektron, pasangan yang tepat antara molekul dan tipe molekulnya adalah... A. H 2 O AX 2 B. XeF 2 AX 2 E 2 C. AlCl 3 AX 3 D. NH 3 AX 3 E 2 E. PCl 5 AX 4 E 9. Berikut ini pasangan-pasangan antara molekul dan bentuknya adalah benar, kecuali... A. NH 3 trigonal planar B. XeF 4 segi empat datar C. AlCl 3 segitiga planar D. PCl 5 bipiramida trigonal E. BeCl 2 linear 10. Pernyataan berikut ini adalah benar, kecuali... A. Bentuk molekul ditentukan oleh jumlah pasangan elektron ikatan dan jumlah pasangan elektron bebas. B. Tipe molekul ditentukan dari jumlah pasangan elektron ikatan dan jumlah pasangan elektron bebas. C. Jenis hibridisasi menentukan bentuk molekul. D. Bentuk molekul NH 3 sama dengan AlCl 3 karena keduanya memiliki tipe molekul yang sama. E. XeF 4 memiliki 4 pasang elektron ikatan dan 2 pasang elektron bebas. D. GAYA ANTARMOLEKUL a. Ikatan Kimia 1. Ikatan Kovalen Merupakan ikatan yang terjadi karena pemakaian bersama elektron antara atomatom yang membentuk ikatan. Ikatan kovalen umumnya terjadi antara unsur nonlogam dan unsur non-logam. Ikatan kovalen dibagi menjadi tiga: Ikatan kovalen polar: ikatan antara dua unsur nonlogam dengan elektronegativitas yang sangat berbeda (ada yang cenderung lebih positif dan ada yang cenderung lebih negatif). Ikatan kovalen semipolar/ikatan kovalen koordinasi: ikatan antara dua unsur nonlogam yang terbentuk dari penggunaan bersama pasangan elektron yang berasal dari salah satu atom yang berikatan. 14
Ikatan kovalen nonpolar: ikatan antara dua unsur nonlogam yang hampir tidak memiliki perbedaan elektronegativitas. 2. Ikatan Ionik Merupakan ikatan yang terjadi karena adanya serah-terima elektron antara atomatom yang membentuk ikatan. Ikatan ionik terjadi antara unsur logam dan unsur nonlogam. b. Gaya Antarmolekul Gaya antarmolekul merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi titik didih dan titik beku suatu senyawa, serta memengaruhi pembentukan kristalnya. Semakin besar gaya antarmolekulnya, semakin tinggi titik didihnya. Semaikin besar massa molekul suatu senyawa, semakin tinggi pula titik didihnya. Gaya antarmolekul dibedakan menjadi 2 yaitu: 1. Gaya van der Waals Dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu: Gaya London/gaya dipol sesaat: gaya antarmolekul kovalen nonpolar.. Gaya dipol terinduksi/dipol terimbas: gaya antarmolekul kovalen polar dan kovalen nonpolar. Gaya dipol-dipol: gaya antarmolekul kovalen polar. 2. Ikatan Hidrogen Merupakan interaksi antara atom H dari suatu molekul dengan atom yang mempunyai elektronegativitas tinggi (N, O, dan F) pada molekul lain. LATIHAN SOAL 1. Senyawa berikut ini yang dapat memiliki gaya dipol-dipol adalah... A. C 2 H 2 B. N 2 C Cl 2 D. PCl 3 E. PCl 5 2. Interaksi dipol sesaat terdapat pada senyawa berikut ini, kecuali... A. N 2 B. H 2 15
C. O 2 D. CH 4 E. NH 3 3. Senyawa berikut ini dapat membentuk ikatan hidrogen dengan sesama molekulnya, kecuali... A. NH 3 B. C 2 H 5 OH C. H 2 O D. HF E. CCl 4 4. Senyawa berikut ini yang memiliki titik didih paling rendah adalah... A. C 5 H 10 B. C 3 H 8 C. C 2 H 5 CH 3 D. C 4 H 10 E. C 2 H 5 5. Perhatikan senyawa berikut. 1) I 2 (Mr = 254) 2) F 2 (Mr = 38) 3) Br 2 (Mr = 160) 4) Cl 2 ( Mr = 71) Urutan kenaikan titik didih yang tepat dari senyawa tersebut adalah... A. 1-2-3-4 B. 2-3-4-1 C. 2-4-3-1 D. 1-3-4-2 E. 3-1-4-2 16