KTSP
kimia 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
K e l a s
XI
E = hf, dengan f =
E=
c λ
hc λ
∆E = E2 − E1 =
hc λ 2 − λ1
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 n2 n1 Keterangan: RH = tetapan Rydberg (1,10 × 107 m–1); n1 = lintasan elektron ke-1; dan n2 = lintasan elektron ke-2. Spektrum atom hidrogen dibedakan menjadi lima deret berikut. Deret
n1
n2
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
h mv h = p
λ=
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): 1s2 2s2 2p4 Konfigurasi elektron unsur Fe (z = 26): [Ar] 4s2 3d6 Konfigurasi elektron unsur Cr (z = 24): [Ar] 4s2 3d4 → [Ar] 4s1 3d5 (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 O2- (z = 8): 1s2 2s2 2p6 (kelebihan 2 elektron) Konfigurasi ion Na+ (z = 11): 1s2 2s2 2p6 (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.
2.
•
Atom dengan konfigurasi terakhir ns1 adalah golongan IA.
•
Atom dengan konfigurasi terakhir ns2 adalah golongan IIA.
•
Atom dengan konfigurasi terakhir ns2 np1 adalah golongan (2 + 1) A atau golongan IIIA.
Golongan Transisi (B) Merupakan unsur dengan orbital terakhir ns2 (n-1)d. Nomor golongan B ditentukan dari jumlah total elektron valensi yang menempati subkulit s dan d.
3.
•
Atom dengan konfigurasi terakhir ns2 (n-1)d1 adalah golongan (2 + 1) B atau golongan IIIB.
•
Atom dengan konfigurasi terakhir ns2 (n-1)d2 adalah golongan (2 + 2 ) B atau golongan IVB.
•
Atom dengan konfigurasi terakhir ns2 (n-1)d3 adalah golongan (2 + 3 ) B atau golongan VB.
•
Atom dengan konfigurasi terakhir ns2 (n-1)d4 adalah golongan (2 + 4 ) B atau golongan VIB.
•
Atom dengan konfigurasi terakhir ns2 (n-1)d5 adalah golongan (2 + 5 ) B atau golongan VIIB.
•
Atom dengan konfigurasi terakhir ns2 (n-1)d6 atau ns2 (n-1)d7 atau ns2 (n-1)d8 adalah golongan VIIIB.
•
Atom dengan konfigurasi terakhir ns2 (n-1)d9 dengan konfigurasi stabil menjadi ns1 (n-1)d10 adalah golongan IB.
•
Atom dengan konfigurasi terakhir ns2 (n-1)d10 adalah golongan IIB.
Golongan Transisi Dalam Merupakan unsur dengan orbital terakhir ns2 (n-2)f
6
Contoh: 1.
Konfigurasi elektron unsur O (z = 8): 1s2 2s2 2p4 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] 4s2 3d6 Oleh karena kulit valensi = 4, maka terletak pada periode 4 dan orbital terakhirnya ns2 (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. 1s2 2s1 2p1 B. 1s2 2s3 C. 1s2 2s2 3s2 D. [He] 2s2 2p2 E. [Ar] 4s2 4d8
3.
Konfigurasi elektron berikut ini benar, kecuali.... A. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 B. [Ar] 4s2 3d1 C. [He] 2s2 2p1 D. [Ar] 4s2 3d4 E. [Ne] 3s2
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 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. 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. Bentuk Geometri Molekul
Contoh Senyawa
PE
PEI (X)
PEB (E)
Tipe
2
2
0
AX2
Linear
BeCl2
3
3
0
AX3
Trigonal planar
BCl3
3
2
1
AX2E
Membentuk sudut
SO2
8
Bentuk Geometri Molekul
Contoh Senyawa
PE
PEI (X)
PEB (E)
Tipe
4
4
0
AX4
Tetrahedral
CH4
4
3
1
AX3E
Trigonal piramida
NH3
4
2
2
AX2E2
Membentuk sudut
H2O
5
5
0
AX5
Trigonal bipiramida
PCl5
5
4
1
AX4E
Tetrahedral terdistorsi (jungkatjungkit)
SF4
5
3
2
AX3E2
Planar T
ClF3
9
PE
PEI (X)
PEB (E)
Tipe
5
2
3
AX2E3
6
6
0
6
5
6
4
Bentuk Geometri Molekul
Contoh Senyawa
Linear
I3-
AX6
Oktahedral
SF6
1
AX5E
Tetragonal piramida
IF5
2
AX4E2
Segi empat datar
XeF4
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
2
sp
0
Bentuk Molekul Linear
10
Contoh BeCl2, CO2, C2H2, HgCl2, CN-
PE di sekitar atom pusat
Orbital Hibrida
PEB
3
sp2
0
Segitiga datar (Trigonal Planar)
BF3, C2H4, SO3, NO3-
0
Tetrahedral
CH4, CCl4, CH3Cl, C2H6, SiH4, TiCl4, SiF4
1
Trigonal Piramida
NH3, NCl3, PCl3
2
Bentuk V H2O, SO2 (Membentuk sudut)
0
Segi empat planar
[PtCl4]2-
0
Trigonal bipiramida
PCl5
1
Tetrahedral terdistorsi (jungkatjungkit)
SF4
Bentuk Molekul
sp3 4
dsp2
5
sp3d atau dsp3
11
Contoh
PE di sekitar atom pusat
5
6
Orbital Hibrida
sp3d atau dsp3
d2sp3 atau sp3d2
PEB
Bentuk Molekul
Contoh
2
Planar T
CIF3
3
Lurus (Linear)
XeF2
0
Oktahedral
SF6
2
Segi empat datar
ICl4-
LATIHAN SOAL 1.
Jumlah pasangan elektron bebas pada molekul NH3 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 XeF2 adalah.... A. 3 B. 4 C. 6 D. 7 E. 8
4.
Berdasarkan teori domain elektron, bentuk molekul IF3 adalah.... A. trigonal piramida B. jungkat-jungkit C. planar T D. segiempat datar E. bentuk V
5.
Berdasarkan teori VSEPR, tipe molekul dari AlCl3 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. NH3 – AlCl3 B. AlCl3 – ClF3 C. CCl4 – XeF4 D. NH3 – PCl3 E. BeCl2 – SO2
7.
Berdasarkan teori domain elektron, molekul dengan bentuk yang sama dengan BF3 adalah.... A. IF3 B. AlCl3 C. NH3 D. ClF3 E. PCl3
13
8.
Berdasarkan teori domain elektron, pasangan yang tepat antara molekul dan tipe molekulnya adalah.... A. H2O – AX2 B. XeF2 – AX2E2 C. AlCl3 – AX3 D. NH3 – AX3E2 E. PCl5 – AX4E
9.
Berikut ini pasangan-pasangan antara molekul dan bentuknya adalah benar, kecuali.... A. NH3 – trigonal planar B. XeF4 – segi empat datar C. AlCl3 – segitiga planar D. PCl5 – bipiramida trigonal E. BeCl2 – 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 NH3 sama dengan AlCl3 karena keduanya memiliki tipe molekul yang sama. E. XeF4 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
• 2.
Ikatan kovalen nonpolar: ikatan antara dua unsur nonlogam yang hampir tidak memiliki perbedaan elektronegativitas.
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:
2.
•
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.
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. C2H2 B. N2 C Cl2 D. PCl3 E. PCl5
2.
Interaksi dipol sesaat terdapat pada senyawa berikut ini, kecuali.... A. N2 B. H2
15
C. O2 D. CH4 E. NH3 3.
Senyawa berikut ini dapat membentuk ikatan hidrogen dengan sesama molekulnya, kecuali.... A. NH3 B. C2H5OH C. H2O D. HF E. CCl4
4.
Senyawa berikut ini yang memiliki titik didih paling rendah adalah .... A. C5H10 B. C3H8 C. C2H5CH3 D. C4H10 E. C2H5
5.
Perhatikan senyawa berikut. 1) I2 (Mr = 254) 2) F2 (Mr = 38) 3) Br2 (Mr = 160) 4) Cl2 ( 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
