Pembentukan Senyawa Kovalen

Untuk mempelajari termodinamika pembentukan senyawa kovalen dapat digunakan diagram atau siklus Born-Haber yang telah digunakan dalam pembentukan senyawa ionik yang telah dibahas sebelumnya, tetapi kedua hal ini memiliki perbedaan dalam penerapannya. Dalam siklus ini tidak hanya melibatkan pembentukan ion, tetapi juga energi ikatan kovalen. Proses ini dapat digambarkan dalam siklus pembentukan nitrogen trifluorida.

1/2N2(g) + 3/2F2(g) --> NF3(g)

Pemutusan Ikatan rangkap tiga dinitrogen. Pemutusan ini membutuhkan ½ energi ikat N≡N:

1/2N2(g) ? N(g) ?Ho = +471 kJ.mol-1

Pemutusan ikatan tunggal diflourin. Membutuhkan 3/2 energi ikat F—F:

3/2F2(g) ? 3F(g) ?Ho = +232 kJ.mol-1

Pembentukan ikatan nitrogen-fluorin:

N(g) + 3F(g) ? NF3 ?Ho = -828 kJ.mol-1

Perubahan entalpi keseluruhan yang dihasilkan untuk reaksi di atas menjadi:

1/2N2(g) + 3/2F2(g) ? NF3(g) ?Ho = -125 kJ.mol-1

Diagram pembentukan nitrogen trifluorida ditampilkan pada gambar.

Gambar 6.7 Siklus entalpi teoritik pembentukan nitrogen trifluorida

Berdasarkan faktor entropi, pembentukan nitrogen trifluorida dari unsur-unsurnya, terdapat pengurangan 1 mol gas. Sehingga, berkurangnya entropi dapat tercapai. Terbukti, dalam kasus ini, perubahan entropi keseluruhan adalah -140 kJ.mol-1.K-1 (dihitung menggunakan data entropi) dan menghasilkan perubahan energi bebas sebesar -83 kJ.mol-1 berdasarkan perhitungan berikut.

??G?_f^o= ??H?_f^o-T??S?_f^o

= (-125 kJ.mol-1) – (298 K)(-0.140 kJ.mol-1.K-1)

= -83 kJ.mol-1

Nilai negatif mengindikasikan senyawa tersebut secara termodinamika cenderung stabil.

Posted in Uncategorize | Leave a comment

Termodinamika Proses Pelarutan Senyawa Ionik

Proses pelarutan senyawa ionik dapat dilakukan dengan cara mendispersi ion-ion dalam kisi kristal kedalam fasa gas kemudian dalam tahap yang berbeda, molekul-molekul air mengelilingi ion-ion gas untuk menghasilkan ion-ion hidrat. Sehingga, interaksi ion-ion (ikatan ion) terputus dan terbentuk interaksi ion-dipol.Jika dalam pembentukan senyawa faktor-faktor termodinamika digunakan untuk menentukan senyawa yang terbentuk berlangsung spontan atau tidak spontan, maka dalam proses pelarutan faktor-faktor termodinamika digunakan untuk menentukan derajat kelarutan.

1. Energi kisi

Untuk memutuskan ion-ion bebas dari kisi membutuhkan energi yang besar. Nilai dari energi kisi bergantung pada kekuatan ikatan ion. Kekuatan ion berkaitan erat dengan ukuran dan muatan ion. Magnesium oksida yang mengandung 2 ion positif akan memiliki energi kisi lebih tinggi dibandingkan dengan natrium flourida yang hanya mengandung 1 ion positif, yaitu masing –masing 3933 kJ.mol-1 dan 915 kJ.mol-1. Sama halnya juga dengan entropi, akan selalu lebih tinggi entropi padatan kristal yang memiliki susunan yang teratur dibandingkan gas yang susunannya tidak teratur. Konsekuensi dari hal ini, perubahan entropi (?S) dan perubahan entalpi (?H) untuk disosiasi kisi selalu positif.

2. Energi hidrasi

Dalam larutan aqua, ion-ion dikelilingi oleh molekul-molekul air polar. Dalam lapisan (rongga) hidrasi pertama molekul-molekul air mengelilingi kation, dimana atom oksigen yang memiliki muatan parsial negatif mengarah pada kation. Begitu juga dengan anion yang dikelilingi molekul-molekul air, atom hidrogen yang memiliki muatan parsial positif akan mengarah pada anion. Jumlah molekul air yang mengelilingi suatu ion disebut bilangan hidrasi.

Gambar 6.4 Lapisan pertama dan kedua hidrasi kation metal

Ion dengan ukuran kecil akan memiliki jumlah molekul air lebih banyak dalam lapisan/rongga hidrasi dibandingkan dengan ion yang ukurannya besar. Akibatnya, ukuran efektif ion yang terhidrasi dalam larutan akan sangat berbeda dengan fasa padatnya. Perbedaan ukuran ini disajikan dalam tabel 6.5 Ukuran ion kalium yang terhidrasi lebih mudah untuk melewati membran biologi karena ukurannya sangat kecil dibandingkan dengan ion natrium terhidrasi karena ukurannya lebih besar.

Tabel 6.5 pengaruh hidrasi terhadap ukuran ion Natrium dan KaliumIon Jari-jari (pm) Ion terhidrasi Jari-jari hidrasi (pm)Na+ 116 Na(OH2)13+ 276K+ 152 K(OH2)7+ 232

Pembentukan interaksi ion-dipol ion-ion terhidrasi bersifat eksotermis. Nilai entalpi hidrasi juga bergantung pada muatan dan ukuran ion serta kerapatan muatan. Tabel 6.6 menunjukkan hubungan antara entalpi hidrasi dengan kerapatan muatan untuk kation-kation yang isoelektronik.

Tabel 6.6 Entalpi hidrasi dan rapat muatan kation isoelekronikIon Entalpi hidrasi (kJ.mol-1) Rapat muatan (C.mm-3)Na+ -406 24Mg2+ -1920 120Al3+ -4610 364

Entropi hidrasi bernilai negatif, penyebabnya adalah molekul-molekul air yang mengelilingi ion memiliki susunan yang lebih teratur dibandingkan molekul air yang bebas. Kation yang berukuran kecil seperti magnesium dan aluminium rongga hidrasinya lebih besar dibandingkan dengan rongga hidrasi natrium. Akibatnya susunan molekul air yang kuat disekitar kation tersebut.

3. Perubahan energi proses pelarutan

Untuk memahami perubahan energi pada proses pelarutan dapat diilustrasikan dengan proses pelarutan natrium klorida yang telah dibahas sebelumnya. Dalam proses ini, tarikan ion dalam kisi dapat diatasi dengan interaksi ion-dipol dengan molekul-molekul air.

Na+Cl-(s) --> Na+(aq) + Cl-(aq)

Proses di atas dibagi menjadi beberapa tahap, pertama kisi diuapkan dengan cara didisosiasi ke dalam ion-ion gas:

NaCl(s) --> Na+(g) + Cl-(g) ??H?_^o = -788 kJ.mol-1

Kemudian, ion dihidrasi:

Na+(g) --> Na+(aq) ??H?_^o = -406 kJ.mol-1

Cl-(g) --> Cl-(aq) ??H?_^o = -378 kJ.mol-1

Maka perubahan entalpi, ??H?_^o, untuk proses pelarutan tersebut adalah

(+788)+(-406)+(-378) = +4 kJ.mol-1

Proses ini ditampilkan pada gambar 6.5.

Gambar 6.5 Siklus entalpi teoritik proses pelarutan natrium klorida

Perubahan entalpi selalu jauh lebih besar dibandingkan dengan perubahan entropi pada suhu normal. Meskipun demikian, dalam kasus ini, perubahan entalpi yang besar secara mendasar saling ‘meniadakan’ satu sama lain. Hal ini menjadikan perubahan entropi kecil sebagai faktor utama dalam menentukan kelarutan natrium klorida. Berikut hasil perhitungan faktor entropi:Pertama kisi diuapkan (didisosiasi ke dalam ion-ion gas):

NaCl(s) --> Na+(g) + Cl-(g) ?T?S?_^o = +68 kJ.mol-1

Kemudian, ion dihidrasi:

Na+(g) --> Na+(aq) ?T?S?_^o = -27 kJ.mol-1

Cl-(g) --> Cl-(aq) ?T?S?_^o = -28 kJ.mol-1Maka perubahan entropi, T??H?_^o, untuk proses pelarutan tersebut adalah(+68)+(-27)+(-28) = +13 kJ.mol-1. Proses ini disajikan pada gambar

Gambar 6.6 Siklus entropi teoritik proses pelarutan natrium klorida

Posted in Uncategorize | Leave a comment

Siklus Born Haber

Siklus Born-Haber menampilkan secara grafik proses pembentukan senyawa ionik dari unsur-unsurnya. Dalam diagram siklus Born-Haber terdapat panah yang mengarah ke atas dan ke bawah. Arah panah yang mengarah ke atas menunjukkan reaksi endoterm, sedangkan arah panah yang mengarah ke bawah menunjukkan reaksi eksoterm. Sebagai contoh adalah pembentukan Natrium Klorida.

Gambar 6.2 Siklus Born-Haber Pembentukan Natrium Klorida

Diagram entalpi ini dapat digunakan untuk dua hal: (1) visualisasi entalpi dalam pembentukan senyawa dan (2) untuk menentukan entalpi unsur atau senyawa yang belum diketahui nilainya.

Sebagian besar proses endoterm dihasilkan dari ionisasi atom logam dan proses eksoterm diturunkan dari pembentukan kisi kristal ionik.Jika energi kisi bertambah sesuai dengan jumlah kation, mengapa MgF2 memiliki energi kisi lebih besar dibandingkan dengan MgF3. Jika kita menghitung entalpi pembentukan MgF3, maka energi kisinya lebih besar dari MgF2, karena tarikan elektrostatik ion Mg3+ lebih besar dibanding Mg2+. Energi kisi sangat bergantung pada muatan, kation monopositif memiliki energi kisi lebih kecil dibanding kation dipositif. Perbandingan ini ditampilkan pada tabel 6.4. Tabel tersebut menunjukkan perbandingan nilai komponen termodinamika dalam siklus Born-Haber pembentukan MgF, MgF2 dan MgF3. Nilai ini menunjukkan pembentukan MgF2 lebih disukai jika ditinjau dari faktor entalpi. Siklus Born-Haber pembentukan MgF, MgF2 dan MgF3 dapat digabungkan dalam satu grafik (gambar 6.3).

Gambar 6.3 grafik perbandingan siklus Born-Haber untuk Magnesium Fluorida

Posted in Uncategorize | Leave a comment

Pembentukan Senyawa Ion

Pembentukan senyawa ionik dari unsur-unsur penyusunnya selalu disertai dengan penurunan entropi. Padatan kristalin memiliki entropi yang sangat rendah dan reaktan non logam, seperti oksigen atau klorin memiliki entropi yang tinggi.

Proses pembentukan senyawa ionik melalui 2 tahap, yaitu, (1) pemutusan ikatan-ikatan pada reaktan; (2) pembentukan produk. Dari tahapan-tahapan ini dapat diketahui faktor-faktor (entalpi) yang paling berpengaruh terhadap spontanitas reaksi. Untuk memahami ini, kita perhatikan kembali reaksi pembentukan natrium klorida:

Na(s) + 1/2Cl2(g) --> NaCl(s) ??H?_f^o= -441 kJ.mol-1

Padatan natrium diubah menjadi atom natrium bebas (gas). Proses ini membutuhkan entalpi atomisasi:

Na(s) --> Na(g) ??H?_^o= +108 kJ.mol-1

Disosiasi molekul gas klorin menjadi atom-atomnya:

1/2Cl2(g) --> Cl(g) ??H?_^o= +121 kJ.mol-1

Ionisasi atom natrium. Proses ini membtuhkan energi ionisasi tingkat pertama:

Na(g)--> Na+(g) + e- ??H?_^o= +502 kJ.mol-1

Atom klorin menagkap elektron. Nilai ini meruapakan afinitas atom klorin.

Cl(g) + e- --> Cl-(g) ??H?_^o= -349 kJ.mol-1

Langkah terakhir adalah menyatukan ion-ion bebas dari natrium dan klorin untuk membentuk senyawa padatan ionik:

Na+(g) + Cl-(g) --> NaCl(s) ??H?_^o= -793 kJ.mol-1

Posted in Uncategorize | Leave a comment

Termodinamika Pembentukan Senyawa

Senyawa merupakan spesi yang diproduksi dari beberapa unsur melalui reaksi kimia. Contohnya, Natrium Klorida yang dikenal sebagai garam dapur, terbentuk melalui perpaduan logam natrium (sodium) yang bersifat reaktif dengan gas klorin yang beracun. Berdasarkan reaksi:

2Na(s) + Cl2(g) --> 2NaCl(s)

Reaksi di atas terjadi tanpa melibatkan ‘bantuan’ dari luar, sehingga disebut sebagai reaksi spontan. Meskipun berlangsung spontan, reaksi ini tidak memperlihatkan tanda-anda seberapa cepat atau lambat reaksi berlangsung. Jika mengalami dekomposisi, reaksi di atas akan berlangsung tidak spontan. Salah satu cara untuk mendapatkan padatan natrium dan gas klorin kembali adalah dengan bantuan energi eksternal berupa arus listrik melalui reaksi dekomposisi atau pelelehan natrium klorida:

2NaCl(l) -->2Na(l) + Cl2(g)

Studi seperti kasus di atas, penyebab terjadinya reaksi kimia merupakan bagian dari termodinamika. Pada bab ini akan dibahas secara sederhana topik yang berkaitan dengan pembentukan senyawa-senyawa anorganik.Untuk memahami materi ini dengan baik, mahasiswa perlu mengenal beberapa istilah yang berkaitan dengan pembentukan senyawa-senyawa anorganik.

1. Entalpi pembentukan

Entalpi pembentukan didefinisikan sebagai perubahan sejumlah panas ketika 1 mol suatu senyawa terbentuk dari unsur-unsurnya pada keadaan standar, 298 K dan 100 kPa. Berdasarkan definisi, entalpi pembentukan standar untuk unsur bebas adalah nol. Simbol untuk entalpi pembentukan pada kondisi standar adalah ??H?_f^o. Jika pada tabel kita menemukan nilai, misalnya ??H?_f^o(CO2(g)) = -394 kJ.mol-1. Hal ini mengindikasikan bahwa terdapat 394 kJ energi yang dilepaskan ketika 1 mol karbon (grafit) bereaksi dengan 1 mol gas oksigen pada 298 K dan tekanan 100 kPa untuk menghasilkan 1 mol gas karbon dioksida.

 

C(s) + O2(g) --> CO2(g) ??H?_f^o= -394 kJ.mol-1Entalpi pembentukan unsur atau senyawa dapat dikombinasikan untuk menghitung perubahan entalpi dalam reaksi kimia. Perubahan entalpi reaksi dapat diketahui melalui persamaan:

??H?^o(reaksi) = ∑??H?_f^o(produk) - = ∑??H?_f^o(reaktan)

2. Energi ikat

Energi ikat adalah energi yang dibutuhkan untuk memutuskan 1 mol ikatan kovalen. Energi akan dilepaskan jika terbentuk ikatan. Sebaliknya, energi akan bertambah jika terjadi pemutusan ikatan. Berikut disajikan tabel energi ikat molekul (diatomik) halogen.Jika diperhatikan, pada tabel 6.1 di atas, nilai energi ikat suatu unsur dalam satu golongan, semakin ke bawah semakin kecil. Hal ini disebabkan oleh bertambahnya ukuran atom dan berkurangnya tumpang tindih orbital.Energi ikat (suatu molekul) bergantung pada keberadaan atom-atom lain yang terdapat dalam molekul. Contohnya energi ikat dari ikatan O—H, dalam air (HO—H) adalah 492 kJ.mol-1 , dalam metanol (CH3O—H) sebesar 435 kJ.mol-1.

Kekuatan ikatan bergantung pada orde ikatan. Semakin banyak orde ikatan maka kekuatan ikatan semakin besar. Contohnya adalah ikatan karbon-nitrogen dalam tabel 6.2.

3. Energi kisi

Energi kisi adalah perubahan energi untuk pembentukan 1 mol padatan ionik dari ion-ion gas penyusunnya. Sebagai contoh adalah energi kisi natrium klorida. Energi kisi natrium klorida berhubungan dengan perubahan energi untuk reaksi,

Na+(g) + Cl-(g) --> Na+Cl-(s)

Energi kisi adalah suatu pengukuran (nyata) dari tarikan atau tolakan elektrostatik ion-ion dalam kisi kristal. Interaksi ini dapat diilustrasikan melalui kisi kristal natrium klorida, sebagaimana disajikan pada gambar 6.1.

Gambat 6.1 Diagram kisi kristal ionik dari struktur natrium klorida

Berdasarkan diagram di atas, tampak kation pusat dikelilingi 6 anion dengan jarak r, dimana r adalah jarak antara cation pusat dengan anion terdekatnya. Adanya 6 anion ini memberikan gaya tarik utama terhadap kisi. Pada jarak (2)1/2r terdapat 12 kation, hal ini akan menyebabkan adanya tolakan terhadap kisi. Pada jarak (3)1/2r terdapat lebih dari 8 anion dan jarak 2r terdapat lebih dari 6 kation. Hal ini akan menyeimbangkan muatan kation dan anion dalam kisi. Setiap tipe kisi memiliki perbedaan susunan kation dan anion, sehingga menghasilkan rangkaian yang konvergen. Nilai dari seri ini disebut Konstanta Madelung. Contoh tipe kisi yang umum diberikan pada tabel 6.3.

4. Entalpi atomisasi

Salah satu variabel pengukuran yang perlu diketahui dalam pembentukan senyawa entalpi atomisasi. Entalpi atomisasi adalah energi yang diperlukan untuk menghasilkan 1 mol atom-atom gas suatu unsur dari unsur tersebut dalam fasa normalnya pada temperatur ruang. Energi ini dapat digunakan untuk melihat pemutusan ikatan logam dalam logam, misalnya tembaga:

Cu(s) --> Cu(g) ??H?_^o= +337 kJ.mol-1

Atau penghilangan ikatan kovalen dan gaya intermolekul dalam senyawa non logam, misalnya diiodin:

I2(s) --> 2I(g) ??H?_^o= +107 kJ.mol-1

Dalam kasus atomisasi diiodin, terdapat dua proses. Pertama, penghilangan gaya dispersi antara molekul. Kedua, pemutusan ikatan kovalen

5. Perubahan entropi

Secara sederhana, entropi selalu dikaitkan dengan derajat ketidakberaturan suatu zat. Akan tetapi, sesungguhnya konsep entropi memiliki bahasan yang cukup luas. Fasa padat memiliki entropi lebih rendah dibandingkan fasa liquid, sedangkan fasa gas memiliki entropi sangat tinggi. Perubahan entropi disimbolkan dengan ?S. Perubahan entropi standar suatu reaksi dapat dihitung dengan persamaan:

??H?^o(reaksi) = ∑??H?_^o(produk) - = ∑??H?_^o(reaktan)

6. Energi bebas

Reaksi yang berlangsung spontan harus memiliki entropi keseluruhan, baik sistem maupun lingkungan bernilai positif. Perubahan entropi lingkungan bersumber dari panas yang dilepas atau diserap oleh suatu reaksi kimia. Entropi cenderung bertambah jika panas berpindah dari sistem ke lingkungan. Sebaliknya, entropi cenderung berkurang jika terjadi penyerapan panas oleh sistem. Energi bebas dirumuskan sebagai:

??G?^o= ??H?_^o – T. ??S?_^o

Secara termodinamika, jika ??G?^o bernilai negatif, maka reaksi berlangsung spontan. Energi bebas juga dapat dihitung menggunakan persamaan:

??G?^o(reaksi) = ∑??G?_f^o(produk) - = ∑??G?_f^o(reaktan)

 

<h4>JUDUL TABEL ANDA</h4>

(kode html di atas ini digunakan untuk membuat judul pada tabel Anda)

<table border=”1″><tbody><tr><th>PERCOBAAN</th><th>KOLOM 1</th><th>KOLOM 2</th><th>KOLOM 3</th><th>KOLOM 4</th><th>KOLOM 5</th></tr>

(kode html di atas ini digunakan untuk membuat rincian paling atas pada tabel)

<tr><th>BARIS 1</th><td>AAA</td><td>BBB</td><td>CCC</td><td>DDD</td><td>EEE</td></tr>

(kode html di atas ini digunakan untukmengisi data pada Baris 1 pada tabel Anda, urutannya dari kiri ke kanan)

<tr><th>BARIS 2</th><td>FFF</td><td>GGG</td><td>HHH</td><td> &nbsp; </td><td>JJJ</td></tr>

(kode html di atas ini digunakan untuk mengisi data pada Baris 2 pada tabel anda, urutannya dari kiri ke kanan. pada Kolom ke 4 diisi &nbsp; untuk mengosongkan cell tsb kalau memang anda mau dikosongkan)

<tr><th>BARIS 3</th><td>KKK</td><td>LLL</td><td>MMM</td><td>NNN</td><td>OOO</td></tr></tbody></table><table border=”1″></table>

Posted in Uncategorize | Leave a comment

« Older posts