tugas kimia anorganik

of 62 /62
MAKALAH KIMIA ANORGANIK III "TEORI IKATAN DALAM SENYAWA KOMPLEKS " Disusun oleh : Kelompok 3 Magdalena Normalina Sitio F1C111053 Novita Sari Simamora F1C111049 Hanna Laily Syarifa F1C111010 Dwi Sari Ningsih F1C111012 Bambang Pamungkas F1C111009 Diyah Tri Utami F1C111052 Carolin Fitriyani Ramadhan F1C111050 Program Studi: S1 Kimia Dosen Pengampu: Drs. Nofrizal Jhon, M.Si. FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

Author: vieta-sweet

Post on 23-Oct-2015

252 views

Category:

Documents


6 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

MAKALAH KIMIA ANORGANIK III"TEORI IKATAN DALAM SENYAWA KOMPLEKS "

Disusun oleh :Kelompok 3Magdalena Normalina Sitio F1C111053Novita Sari Simamora F1C111049Hanna Laily Syarifa F1C111010Dwi Sari Ningsih F1C111012Bambang Pamungkas F1C111009Diyah Tri Utami F1C111052Carolin Fitriyani RamadhanF1C111050

Program Studi: S1 KimiaDosen Pengampu:Drs. Nofrizal Jhon, M.Si.

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGIUNIVERSITAS JAMBITahun 2013-2014

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami ucapkan kepada Tuhan yang Maha Esa karna dengan rahmat dan karunia-Nya, penyusunan makalah ini dapat kami selesaikan. Makalah ini berjudul Teori Orbital Molekul dalam Senyawa Kompleks Penyusunan dari makalah ini merupakan salah satu dari tugas kami sebagai mahasiswa untuk menyelesaikan tugas kimia anorganik III.Seperti ada pepatah yang mengatakan tak ada gading yang tak retak, maka kami ingin mengucapkan permohonan maaf apabila terdapat kesalahan dalam penulisan kata dan adanya pernyataan-pernyataan yang kami tulis didalam makalah ini tidak berkenan dihati saudara.Kami mengharapkan kritik dan saran dari pembaca kepada kami mengenai makalah yang kami buat sehingga untuk kedepannya kami dapat memperbaiki kesalahan kami dan kedepannya menjadi lebih baik dari sebelumnya.

Jambi, Desember 2013Penyusun

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR2DAFTAR ISI3

BAB I PENDAHULUAN1. Latar belakang masalah41. Rumusan masalah51. Tujuan51. Manfaat penulisan makalah5

BAB II PEMBAHASAN1. Teori Ikatan Valensi1. Teori Medan Kristal1. Teori Orbital Molekul71. Diagram korelasi orbital molekul HCl81. Orbital molekul101. Teori orbital molekul bagi diatomik mononuklir pada umumnya111. Molekul-molekul diatom heteronuklir121. Teori orbital molekul bagi molekul poliatom141. Pendekatan ikatan terlokalisasi181. Pembentukan Orbital molekul22

BAB III PENUTU P

1. Kesimpulan45Daftar Pustaka46

BAB I PENDAHULUAN

1. Latar Belakang Masalah Struktur atom dan metoda mekanika gelombang memungkinkan untuk memecahkan persoalan pokok dalam ilmu kimia, yaitu apa yang menyebabkan atom dapat saling berikatan menjadi molekul. Ada beberapa teori yang memberikan postulat.Postulatnya tentang bagaimana bentuk dari suatu senyawa antara lain, teori Valence-Shell Elektron Pair Repulsion (VSEPR), teori IkatanValensi, teori Orbital Molekul, teori Lewis, dan sebagainya. Mengenai ikatan kovalen, dikenal dua jenis pendekatan yaitu teori Orbital Molekul (teori MO) dan teori ikatan valensi (teori VB). Berdasarkan teori ikatan valensi, ikatan kovalen dapat terbentuk jika terjadi tumpang tindih orbital valensi dari atom yang berikatan. Teori Ikatan Valensi mampu secara kualitatif menjelaskan kestabilan ikatan kovalen sebagai akibat tumpang-tindih orbital-orbital atom. Dengan konsep hibridisasi pun dapat dijelaskan geometri molekul sebagaimana yang diramalkan dalam teori VSEPR, tetapi sayangnya dalam beberapa kasus, teori ikatan valensitidak dapat menjelaskan sifat-sifat molekul yang teramati secara memuaskan. Contohnya adalah molekul oksigen, yang struktur Lewisnya sebagai berikut. Menurut gambaran struktur Lewis Oksigen di atas, semua elektron pada O berpasangan dan molekulnya seharusnya bersifat diamagnetik, namun kenyataanya, menurut hasil percobaan diketahui bahwa Oksigen bersifat paramagnetik dengan dua elektron tidak berpasangan. Temuan ini membuktikan adanya kekurangan mendasar dalam teori ikatan valensi, sesuatu yang mendorong pencarian alternatif pendekatan ikatan yang lain yang dapat menjelaskan sifat-sifatO2 dan molekul-molekul lain yang tidak cocok dengan ramalan teori ikatanvalensi. Untuk menjawab hal tersebut diperlukan teori lain yang dapat mendukung kelemahan teori ikatan valensi ini yaitu teori Orbital molekul.Sifat magnet dan sifat-sifat molekul yang lain dapat dijelaskan lebih baik dengan menggunakan pendekatan mekanika kuantum yang lain yang disebut sebagai teori orbital molekul (OM), yang menggambarkan ikatan kovalenmelalui istilah orbital molekul yang dihasilkan dari interaksi orbital-orbital atomdari atom-atom yang berikatan dan yang terkait dengan molekul secara keseluruhan. Perbedaan antara orbital molekul dan orbital atom adalah bahwa orbital atom terkait hanya dengan satu atom. Teori OM menjelaskan bahwa atom-atom individu tidak lagi terdapat dalam molekul. Menurut Bird, T (1987), atom-atom telah melebur menjadi satu kesatuan yaitu molekul itu sendiri. Pendekatan dimulai dengan inti-inti atom yang terdapat dalam molekul pada posisi-posisi tertentu sebagai suatu kesatuan, baru kemudian satu per satu elektron ditempatkanke dalam sistem tersebut. Kebalikannya, teori ikatan valensi lebih mendasarkan pendekatannya pada sudut pandangan kimia dalam arti bahwa atom-atom secara individu dianggap memang terdapat dalam molekul. Struktur molekul dianggapsebagai ikatan-ikatan yang terbentuk karena pertumpangtindihan orbital-orbital atom-atom yang terdapat dalam molekul tersebut.

1. Rumusan MasalahRumusan masalah makalah ini adalah:1. Bagaimana isi teori orbital molekul? 1. Bagaimana proses pembentukan orbital molekul pada senyawa homointi dan heterointi?1. Bagaimana hubungan orde ikatan dengan kestabilan molekul

1. Tujuan Penulisan Penulisan makalah ini bertujuan untuk:1. Mengetahui isi teori orbital molekul.1. Mengetahui proses pembentukan orbital molekul pada senyawa homointi dan heterointi.1. Mengetahui hubungan orde ikatan dengan kestabilan molekul.

1. Manfaat Penulisan Makalah Diharapkan makalah ini dapat bermanfaat untuk:1. Memahami isi teori orbital molekul.1. Memahami proses pembentukan orbital molekul pada senyawa homointi dan heterointi.1. Memahami hubungan orde ikatan dengan kestabilan molekul.

BAB IIPEMBAHASAN

2.1 Teori Ikatan Valensi (Valence Bond Theory)Teori ini dikemukakan oleh Linus Pauling sekitar tahun 1931. Teori ini menyatakan bahwa ikatan antara ligan dengan logam merupakan ikatan kovalen koordinasi, dengan pasangan elektron bebas yang disumbangkan oleh ligan. Logam pusat menyediakan orbital-orbital kosong yang telah mengalami hibridisasi untuk ditempati oleh PEB dari ligan. Jenis hibridisasi orbital menentukan bentuk geometris senyawa kompleks yang terbentuk. Pembentukan ikatan dalam senyawa kompleks juga dapat ditinjau sebagai reaksi Asam-Basa Lewis, dimana ligan merupakan Basa Lewis yang memberikan PEB.HibridisasiGeometrisContoh

sp2Trigonal planar[HgI3]-

sp3Tetrahedral[Zn(NH3)4]2+

d2sp3Oktahedral[Fe(CN)6]3-

dsp2Segi empat planar[Ni(CN)4]2-

dsp3Bipiramida trigonal[Fe(CO)5]2+

sp3d2Oktahedral[FeF6]3-

Pembentukan ikatan melibatkan beberapa tahapan, meliputi promosi elektron; pembentukan orbital hibrida; dan pembentukan ikatan antara logam dengan ligan melalui overlap antara orbital hibrida logam yang kosong dengan orbital ligan yang berisi pasangan elektron bebas.Pada hibridisasi yang melibatkan orbital d, ada dua macam kemungkinan hibridisasi. Jika dalam hibridisasi orbital d yang dilibatkan adalah orbital d yang berada di luar kulit dari orbital s dan p yang berhibridisasi, maka kompleks yang terbentuk disebut sebagai kompleks orbital luar, atau outer orbital complex. Sebaliknya, jika dalam hibridisasi yang dilibatkan adalah orbital d di dalam kulit orbital s dan p yang berhibridisasi, maka kompleks tersebut dinamakan kompleks orbital dalam atau inner orbital complex. Umumnya kompleks orbital dalam lebih stabil dibandingkan kompleks orbital luar, karena energi yang dilibatkan dalam pembentukan kompleks orbital dalam lebih kecil dibandingkan energi yang terlibat dalam pembentukan kompleks orbital luar. Untuk menghibridisasi orbital d yang berada di dalam orbital s dan p diperlukan energi yang lebih kecil, karena tingkat energinya tidak terlalu jauh.Contoh : [Ni(CO)4]; memiliki struktur geometris tetrahedralNi28: [Ar] 3d8 4s23d84s2 4p0 Elektron pada orbital 4s mengalami promosi ke orbital 3d, sehingga orbital 4s kosong dan dapat mengalami hibridisasi dengan orbital 4p membentuk orbital hibrida sp3.

Ni28: [Ar]

hibridisasi sp3 3d8 4s 4p

Orbital hibrida sp3 yang telah terbentuk kemudian digunakan untuk berikatan dengan 4 ligan CO yang masing-masing menyumbangkan pasangan elektron bebas

[Ni(CO)4]: [Ar]3d10 sp3 Karena semua elektron berpasangan, maka senyawa bersifat diamagnetic

[Fe(CN)6]3-; memiliki bentuk geometris oktahedralFe26: [Ar] 3d6 4s2Fe3+: [Ar] 3d5 4s0: [ Ar] 3d5 4s1 4p0 Dua buah elektron pada orbital d yang semula tidak berpasangan dipasangkan dengan elektron lain yang ada pada orbital d tersebut, sehingga 2 orbital d yang semula ditempati oleh kedua elektron tersebut kosong dan dapat digunakan untuk membentuk orbital hibridal d2sp3

Fe3+: [Ar]

hibridisasi d2sp3 Karena orbital d yang digunakan dalam hibridisasi ini berasal dari orbital d yang berada disebelah dalam orbital s dan p, maka kompleks dengan orbital hibrida semacam ini disebut sebagai kompleks orbital dalam (inner orbital complex)

[Fe(CN)6]3-: [Ar] 3d6 d2sp3 Orbital hibrida d2sp3 yang terbentuk diisi oleh pasangan elektron bebas dari ligan CN- Dalam kompleks terdapat satu elektron yang tidak berpasangan, sehingga kompleks bersifat paramagnetik.

[Ni(CN)4]2-, memiliki bentuk geometris segiempat planarNi28: [Ar] 3d8 4s2: [Ar]3d84s2 4p0

membentuk orbital hibrida dsp3Ni2+: [Ar]

Salah satu elektron pada orbital d yang tidak berpasangan dipasangkan dengan elektron lain, sehingga salah satu orbital d kosong dan dapat digunakan untuk membentuk orbital hibrida dsp3.

[Ni(CN4)]2-: [Ar] 3d8dsp3 Semua elektron dalam kompleks ini berpasangan sehingga kompleks bersifat diamagnetic

Elektronetralitas dan BackbondingDalam TIV, reaksi pembentukan kompleks merupakan reaksi Asam Basa Lewis. Atom logam sebagai asam Lewis mendapatkan elektron dari ligan yang bertindak sebagai basa Lewis, sehingga mendapatkan tambahan muatan negatif. Dengan demikian densitas elektron pada atom logam akan menjadi semakin besar sehingga kompleks menjadi semakin tidak stabil. Pada kenyataannya senyawa kompleks merupakan senyawa yang stabil, sehingga diasumsikan walaupun mendapatkan tambahan muatan negatif dari PEB yang didonorkan oleh ligan, atom pusat memiliki muatan yang mendekati nol atau hampir netral. Ada dua pendekatan yang dapat digunakan untuk menerangkan hal ini :(1) ElektronetralitasLigan donor umumnya merupakan atom dengan elektronegativitas yang tinggi, sehingga atom ligan tidak memberikan keseluruhan muatan negatifnya, sehingga elektron ikatan tidak terdistribusi secara merata antara logam dengan ligan.(2) BackbondingPada atom logam dengan tingkat oksidasi yang rendah, kerapatan elektron diturunkan melalui pembentukan ikatan balik (backbonding) atau resonansi ikatan partial. Ion pusat memberikan kembali pasangan elektron kepada ligan melalui pembentukan ikatan phi ().Teori Ikatan Valensi cukup mudah untuk dipahami, dapat meramalkan bentuk geometris dari sebagian besar kompleks, dan berkesesuaian dengan sifat kemagnetan dari sebagian besar kompleks.Meskipun demikian, ada beberapa kelemahan dari Teori Ikatan Valensi ini. Sebagian besar senyawa kompleks merupakan senyawa berwarna, TIV tidak dapat menjelaskan warna dan spektra elektronik dari senyawa kompleks. Selain itu, meskipun berkesesuaian dengan sifat kemagnetan senyawa, TIV tidak dapat menjelaskan mengapa kemagnetan senyawa dapat berubah dengan kenaikan suhu. Teori Ikatan Valensi tidak dapat memberikan penjelasan yang memuaskan mengapa sejumlah kompleks berada dalam bentuk kompleks orbital luar. Kelemahan-kelemahan dari TIV ini dapat dijelaskan dengan lebih baik oleh Teori Medan Kristal (Crystal Field Theory).

2.2 Teori Medan KristalTeori ini mula-mula diajukan oleh Bethe (1929) dan Vleck (1931 1935), dan mulai berkembang sekitar tahun 1951. Teori ini merupakan usaha untuk menjelaskan hal-hal yang menjadi kelemahan dari Teori Ikatan Valensi.Dalam Teori Medan Kristal (TMK), interaksi yang terjadi antara logam dengan ligan adalah murni interaksi elektrostatik. Logam yang menjadi pusat dari kompleks dianggap sebagai suatu ion positif yang muatannya sama dengan tingkat oksidasi dari logam tersebut. Logam pusat ini dikelilingi oleh ligan-ligan bermuatan negatif atau ligan netral yang memiliki pasangan elektron bebas (PEB). Jika ligan merupakan suatau spesi netral/tidak bermuatan, maka sisi dipol negatif dari ligan terarah pada logam pusat. Medan listrik pada logam akan saling mempengaruhi dengan medan listrik ligan. Dalam Teori Medan Kristal, berlaku beberapa anggapan berikut :a. ligan dianggap sebagai suatu titik muatanb. tidak ada interaksi antara orbital logam dengan orbital liganc. orbital d dari logam kesemuanya terdegenerasi dan memiliki energi yang sama, akan tetapi, jika terbentuk kompleks, maka akan terjadi pemecahan tingkat energi orbital d tersebut akibat adanya tolakan dari elektron pada ligan, pemecahan tingkat energi orbital d ini tergantung orientasi arah orbital logam dengan arah datangnya ligan.

Bentuk Orbital-dKarena orbital d seringkali digunakan pada pembentukan ikatan dalam kompleks, terutama dalam teori TMK, maka adalah penting untuk mempelajari bentuk dan orientasi ruang orbital d. Kelima orbital d tidak identik, dan dapat dibagi menjadi dua kelompok; orbital t2g dan eg. Orbital-orbital t2g dxy; dxz; dan dyz memiliki bentuk yang sama dan memiliki orientasi arah di antara sumbu x, y, dan z. Orbital-orbital eg dx2-y2 dan dz2 memiliki bentuk yang berbeda dan terletak di sepanjang sumbu.

xxy

yzz

dyzdxzdxy

xx

yy

dz2dx2-y2

Kompleks OktahedralPada kompleks oktahedral, logam berada di pusat oktahedron dengan ligan di setiap sudutnya. Arah mendekatnya ligan adalah sepanjang sumbu x, y dan z. Karena orientasi arah orbital dx2-y2 dan dz2 adalah sepanjang sumbu x; y; z, dan menghadap langsung ke arah mendekatnya ligan, maka kedua orbital tersebut mengami tolakan yang lebih besar dari ligan dibandingkan orbital dxy; dxz dan dyz yang berada di antara sumbu-sumbu x; y; dan z. Dengan demikian orbital d pada kompleks oktahedral mengalami pemecahan (splitting) tingkat energi dimana orbital-orbital eg memiliki tingkat energi yang lebih besar dibandingkan orbital t2g.

0,6o

dxy

0,4oo

(a) (b)Gambar a. kompleks oktahedralGambar b. pemecahan energi yang terjadi pada orbital d menjadi orbital eg dan t2gJarak antara kedua tingkat energi ini diberi simbol 0 atau 10Dq. Setiap orbital pada orbital t2g menurunkan energi kompleks sebesar 0,40, dan sebaliknya setiap orbital pada orbital eg menaikkan energi kompleks sebesar 0,60. Tingkat energi rata-rata dari kedua tingkat energi orbital t2g dan eg merupakan energi hipotetik dari orbital d yang terdegenerasi. Besarnya harga o terutama ditentukan oleh kuat atau lemahnya suatu ligan. Semakin kuat medan suatu ligan, makin besar pula pemecahan tingkat energi yang disebabkan, sehingga harga 0 juga semakin besar. Harga 0 dalam suatu kompleks dapat ditentukan melalui pengukuran spektra UV-Vis dari kompleks. Kompleks akan menyerap energi pada panjang gelombang yang sesuai untuk mempromosikan elektron dari tingkat energi t2g ke tingkat eg. Panjang gelombang yang diserap dapat ditentukan berdasarkan puncak serapan dari spektrum serapan UV-Vis.Karena setiap orbital t2g menurunkan energi sebesar 0,40 dari tingkat energi hipotetis, setiap elektron yang menempati orbital t2g akan meningkatkan kestabilan kompleks dengan menurunkan energi kompleks sebesar 0,40. Besarnya penurunan energi ini disebut sebagai Energi Stabilisasi Medan Kristal (CFSE, Crystal Field Stabilization Energy). Sebaliknya, setiap elektron di orbital eg akan menurunkan kestabilan kompleks dengan menaikkan energi kompleks sebesar 0,60. Tabel menunjukkan besarnya CFSE untuk kompleks dengan konfigurasi d0 d10.Jumlah elektron dKonfigurasiCFSE

t2geg

1-0,40

2-0,80

3-1,20

4 (kompleks high spin)-0,60

4 (kompleks low spin)-1,60

5 (kompleks high spin)0

5 (kompleks low spin)-2,00

6 (kompleks high spin)-0,40

6 (kompleks low spin)-2,40

7 (kompleks high spin)-0,80

7 (kompleks low spin)-1,80

8-1,20

9-0,60

100

Besarnya harga 0 ditentukan oleh jenis ligan yang terikat dengan logam pusat. Untuk ligan medan lemah (weak field ligand), perbedaan selisih energi antara orbital t2g dan eg yang terjadi dalam splitting sangat kecil, dengan demikian elektron-elektron akan mengisi kelima orbital tanpa berpasangan terlebih dahulu. Kompleks dengan ligan medan lemah semacam ini disebut sebagai kompleks spin tinggi (high spin complex).Ligan medan kuat (strong field ligand) menyebabkan perbedaan energi yang besar antara orbital t2g dengan orbital eg. Karena energi yang diperlukan untuk menempatkan elektron ke orbital eg yang tingkat energinya lebih tinggi lebih besar dibandingkan energi yang diperlukan untuk memasangkan elektron, elektron akan mengisi orbital t2g terlebih dahulu hingga penuh sebelum mengisi orbital eg.Besarnya harga o dapat ditentukan secara Spektrofotometri UV-Vis. Kompleks akan menyerap cahaya dengan frekuensi yang berkesesuaian dengan energi yang diperlukan untuk mengeksitasikan elektron dari orbital t2g ke orbital eg (v = 0/h, h= konstanta Planck). Dari pita serapan ini dapat dilihat intensitas maksimum dari serapan oleh kompleks terletak pada frekuensi berapa.Menurut hasil studi eksperimen dari spektra sejumlah kompleks dengan berbagai macam jenis logam pusat dan ligan, ternyata ligan-ligan dapat diurutkan sesuai kemampuannya untuk menyebabkan pemecahan tingkat energi pada orbital d. Deretan ligan ini disebut Deret Spektrokimia.I-< Br- < Cl- < F- < OH- < C2O42- < H2O < NCS- < py < NH3 < en < bipy