Monday, 23 May 2011

KEKUATAN MEDAN LIGAN

I.TUJUAN
1.Memahami teori medan kristal.
2.Mampu membedakan kekuatan medan antara ligan ammonia dengan air.

II.ABSTRAK
Dalam praktikum “Kekuatan Medan Ligan” mempunyai tujuan untuk memahami teori medan kristal yang menjelaskan tentang interaksi antara ligan dan ion logam ketika pembuatan senyawa kompleks dan mampu membedakan kekuatan ligan ammonia dan air yang terjadi.
Kekuatan ligan dapat terlihat dengan menentukan nilai 10 Dq yang terjadi melalui pengukuran panjang gelombang maksimum tiap sampel larutan menggunakan spektrofotometer spektronik 20. Panjang gelombang maksimum diperoleh ketika absorbansi maksimum terjadi pada masing-masing larutan. Dibuat 4 sampel larutan ion kompleks Cu2+ dengan komposisi tertentu yaitu larutan A dengan pelarut air, larutan B dengan pelarut air dan ammonia (75:25), larutan C dengan pelarut air dan ammonia (50:50) dan larutan terakhir D dengan ammonia. Semakin banyak ammonia yang terdapat dalam larutan, warna biru yang muncul semakin pekat sehingga semakin kecil nilai panjang gelombang yang diperoleh tetapi sebaliknya semakin tinggi nilai 10 Dq-nya. Nilai 10 Dq berurutan dari larutan A sampai D adalah 40,845 kkal/mol; 46,872 kkal/mol; 46,116 kkal/mol dan 46,116 kkal/mol.
Kekuatan ligan yang diperoleh dengan melihat nilai 10 Dq yaitu semakin tinggi nilai 10 Dq maka semakin kuat ligan yang terkandung dalam larutan tersebut, sehingga dapat disimpulkan bahwa kekuatan medan ligan ammonia lebih besar dari pada medan ligan air.



III.DASAR TEORI
Teori Medan Ligan
Teori medan ligan adalah satu dari teori yang paling bermanfaat untuk menjelaskan struktur elektronik kompleks. Awalnya teori ini adalah aplikasi teori medan kristal pada sistem kompleks. Setiap ligan, entah itu suatu molekul netral atau ion negatif, menyumbang sepasang elektron untuk membentuk sebuah ikatan dengan ion atau atom pusat. Gaya yang diadakan terhadap ion atau atom pusat oleh electron-elektron ini, dan oleh muatan netto ligan-ligan, disebut medan ligan. (Kleinfelter, 1999)
Teori Medan Kristal
Teori medan kristal ini dikembangkan oleh Bethe dan Van Vieck. Teori ini mengasumsikan bahwa interaksi antara ion pusat dan ligan hanya merupakan interaksi elektrostatik. Ion atau atom pusat dipandang sebagai partikel bermuatan positif, sedangkan ligan sebagai partikel bermuatan negatif, karena pada umumnya ligan bermuatan negatif atau molekul polar. (Nuryono,1999)
Medan listrik yang ditimbulkan oleh ligan akan mempengaruhi elektron-elektron pada ion pusat dan medan listrik yang ditimbulkan ion pusat juga mempengaruhi electron pada ligan-ligan yang mengelilinginya. Electron-elektron pada ion pusat yang paling dipengaruhi oleh medan listrik yang ditimbulkan oleh ligan adalah electron pada orbital d, karena electron d tersebut yang sangat berperan dalam membentuk ion kompleks.(Nuraini S,1994)
Kedua orbital d yang terkonsentrasi sepanjang sumbu-sumbu koordinat yaitu dx2 dan dx2-y2 dan mengarah langsung pada muatan ligan, akan memiliki tenaga lebih tinggi dibandingkan dengan ketiga orbital d yang terkonsentrasi diantara sumbu-sumbu koordinat yaitu dxy,dxz,dyz. Dengan perkataan lain, electron yang menduduki orbital dγ akan mengalami tolakan kebih besar dari pada electron yang menduduki orbital dε, karena yang disebut pertama mengarah langsung pada muatan negatif, sedangkan yang disebut kemudian mengarah pada ruangan diantara muatan-muatan ligan. Dari segi aras tenaga dapat dikatakan bahwa degenerasi asli orbital d dalam ion atau atom bebas medan menjadi lenyap dan terpecah menjadi dua bagian untuk kasus senyawa yang mempunyai bentuk oktahedral.(M. Clyde Day. 1993)
Kelompok dxy,dxz,dyz disebut kelompok t2g dan kelompok dx2 dan dx2-y2 disebut kelompok eg. Pemisahan kelompok orbital t2g dan eg dapat dilihat pada gambar 1. Perbedaan energi kelompok t2g dan eg yang dinyatakan dalam lambang atau 10 Dq disebut energi pemisahan medan kristal yang juga merupakan ukuran kekuatan medan Kristal. Menurut mekanika kuantum,pemisahan kelima orbital d tersebut tidak disertai perubahan energi, sehingga berkurangnya energi orbital pada kelompok yang terdapat pada kelompok yang tingkat yang rendah harus diimbangi dengan kelebihan energy pada kelompok yang terdapat pada tingkat yang lebih tinggi. ( Nuraini S,1994)
eg

6 Dq 10 Dq
Orbital d yang tergeneras 4 Dq t2g


Orbital d dalam ion logam bebas
Gambar.1.
Untuk kasus senyawa yang mempunyai bentuk tetrahedral dan planar segi 4, bila keempat ligan mendekati ion pusat maka arah pendekatan ligan-ligan tersebut tidak searah baik dengan kelompok orbital t2g maupun dengan orbital eg. Pemisahan orbital d dari ion logam pada kompleks tetrahedral menjadi kebalikannya bila dibandingkan dengan pemisahan orbital d pada kompleks oktahedral (orbital eg lebih rendah energinya dari pada orbital t2g). Struktur ion kompleks planar segi empat dapat diperoleh dari struktur octahedral dengan meniadakan ligan yang terdapat di sepanjang sumbu z. Sehingga energi orbital dz2, dxz, dan dyz berkurang karena memperoleh tolakan yang lebih kecil. Serta bertambahnya energy orbital-orbital dx2-y2 dan dxy.( Nuraini S, 1994)
Ligan mempunyai efek medan yang dapat mengubah energi relatif dari orbital d. Jika efek ini cukup kuat, ini akan memaksa electron d untuk berpasangan, sewaktu mereka menempati orbital energi yang lebih rendah. (Kleinfelter, 1999). Dalam pengisian electron aturan Hund tetap berlaku. Elektron tetap tidak membentuk pasangan terlebih dahulu apabila masih ada orbital lain yang tingkat energinya sama belum terisi elektron. Dalam hal d4 ada dua kemungkinan konfigurasi, electron keempat dapat memasuki orbital eg atau orbital t2g dengan membentuk pasangan. Jika elektron menempati orbital eg maka pada kondisi ini dinamakan medan lemah atau komplek spin tinggi. Kondisi itu terjadi apabila harga 10 Dq sedemikian kecil hingga energi yang diperlukan untuk membentuk pasangan electron dalam satu orbital lebih besar daripada 10 Dq.(Nuryono, 1999). Maka electron d mempertahankan konfigurasi spin maksimumnya.(Audrey,1991). Jika pembelahan orbital d sedemikian besar sehingga melebihi energi untuk pembentukan pasangan elektron, elektron keempat cenderung menempati orbital t2g. kondisi semacam ini dinamakan medan kuat dan kompleksnya disebut sebagai kompleks medan kuat atau kompleks spin rendah. (Nuryono, 1999).
Ada dua faktor yang mempengaruhi harga 10 Dq. Pertama adalah muatan ion logam. Makin banyak muatan ion, makin besar pula harga 10 Dq-nya. Kedua adalah sifat ligan. Seiring dengan meningkatnya kekuatan ligan maka meningkat pula harga 10 Dq-nya. Meskipun tidak dapat dibandingkan dengan membuat kompleks dengan satu jenis ion logam, urutan kekuatan medan ligan dapat dinyatakan sebagai berikut
I- < Br- < S2- < SCN- < Cl- < NO3- < F- < OH- < C2O42- < H2O < NCS- < CH3CN < NH3 < en < dpy < phen < NO2- < fos < CN-


Grafik Absorbansi Vs Panjang Gelombang

VI.PEMBAHASAN

Pada praktikum “Kekuatan Medan Ligan” ini bertujuan untuk memahami teori medan kristal yang terjadi pada larutan kompleks Cu2+ dengan ammonia dan air. Sehingga dalam praktikum ini dapat diketahui kekuatan medan ligan ammonia dan air yang terjadi melalui penentuan energi 10 Dq. Dalam penentuan energi 10 Dq terlebih dahulu ditentukan panjang gelombang maksimum yang mempunyai nilai absorbansi maksimum pula dengan menggunakan spektrofotometer spektronik 20. Lalu dengan menggunakan persamaan 1 (lihat di dasar teori) nilai 10 Dq dapat diketahui.
4 sampel larutan kompleks Cu2+ 0,02M dibuat dalam pelarut air dan ammonia dengan perbandingan tertentu. Larutan A merupakan larutan kompleks Cu2+ dengan air. Larutan B merupakan larutan kompleks Cu2+ dengan air dan ammonia yang mempunyai perbandingan 75:25. Larutan C merupakan larutan kompleks Cu2+ dengan air dan ammonia yang mempunyai perbandingan 50:50. Dan larutan D merupakan larutan kompleks Cu2+ dengan amonia. Reaksi yang terjadi pada masing-masing larutan adalah sebagai berikut:
larutan A : (kompleks aquo tembaga(II))
larutan B :
larutan C :
larutan D : (kompleks tembaga(II) ammonia)
Fenomena yang teramati ketika masing-masing larutan tersebut dibuat adalah terbentuknya larutan yang berwarna. Semakin banyak ammonia yang terkandung dalam larutan kompleks Cu2+ maka semakin tua warna biru yang terlihat. Hal ini karena perbedaan tingkat energi orbital atom yang berikatan dalam masing-masing larutan. Warna tersebut merupakan ciri khas dari senyawa kompleks Cu2+. Dan warna tersebut adalah warna komplementer yang merupakan gelombang cahaya yang tidak diserap oleh larutan. Karena hanya gelombang-gelombang cahaya (dengan panjang gelombang) tertentu saja yang dapat diserap. Ketika warna biru violet yang terlihat maka warna yang diserap adalah hijau kekuningan, dan ketika warna biru yang terlihat maka warna yang diserap adalah jingga.
Keempat larutan yang telah dibuat tersebut ditentukan absorbansinya menggunakan spektrofotometer spektronik 20 pada panjang gelombang yang telah ditentukan. Pajang gelombang yang digunakan yaitu 510nm-700nm dengan interval 10 nm. Dipilihnya rentang panjang gelombang tersebut karena kebanyakan ion-ion logam transisi mengabsorb radiasi di daerah spektrum ultra violet atau cahaya tampak yaitu sekitar 400nm-700nm.
Absorbansi maksimum menunjukkan panjang gelombang maksimum yang diserap oleh larutan senyawa kompleks. Dari hasil percobaan terlihat bahwa panjang gelombang maksimum tertinggi ada pada larutan A (pelarut air) yaitu 700nm dan menurun menjadi 610nm pada larutan B (pelarut air dan ammonia, 75:25) serta naik kembali menjadi 620 pada larutan C (pelarut air dan ammonia, 50:50) dan larutan D (pelarut ammonia). Dan dengan menggunakan panjang gelombang yang diperoleh maka ditentukan energi 10 Dq pada masing-masing larutan. Nilai 10 Dq yang diperoleh masing-masing larutan adalah sebagai berikut
larutan A : 40,845 kkal/mol
larutan B : 46,872 kkal/mol
larutan C : 46,116 kkal/mol
larutan D : 46,116 kkal/mol.
Nilai 10 Dq pada larutan yang mengandung ligan ammonia lebih besar dibandingkan dengan larutan yang mengandung ligan air murni. Hal ini menandakan bahwa ligan ammonia mempunyai kekuatan ligan yang lebih kuat. Dan hasil ini sesuai urutan kekuatan ligan atau deret spektrokimia. Tetapi ada fenomena yang terjadi yaitu nilai 10 Dq pada larutan C dan D adalah sama akibat dari panjang gelombang maksimum yang sama. Seharusnya semakin kuat medan ligan (yang ditandai pula dengan makin banyaknya kandungan ammonia) maka semakin kecil panjang gelombang maksimum yang diserap (Hk. Lambert Beer) sehingga semakin besar nilai 10 Dq yang diperoleh, mengingat pada larutan D hanya ada pelarut ammonia sebagai ligan. Hal ini terjadi karena unsur-unsur transisi mempunyai pita absorbsi yang melebar dan sangat dipengaruhi oleh lingkungan. Pelebaran pita absorbsi terlihat pada landainya puncak (tidak mengerucut) yang terbentuk pada grafik masing-masing larutan dapat dilihat pada grafik penentuan panjang gelombang maksimum.
Puncak grafik yang terbentuk landai, tidak mengerucut. Hal ini menandakan bahwa unsur-unsur transisi mempunyai pita absorpsi yang melebar

Telah diketahui bersama, bahwa nilai 10 Dq ini merupakan energi yang dibutuhkan untuk terjadinya spliiting atau pemisahan orbital d atau elektron yang tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi ketika diberi energy cahaya yaitu dari orbital t2g ke orbital eg. Nilai 10 Dq yang lebih tinggi terjadi pada larutan D karena energi pemisahan orbital tersebut tinggi, sedangkan pada larutan A tidak begitu tinggi.. Perbedaan ini juga diakibatkan dari adanya pasangan elektron bebas pada ligan ammonia dan air. Pada ligan ammonia terdapat 1 pasang elektron bebas sedangkan pada ligan air terdapat 2 pasang elektron bebas. Hal ini menyebabkan ikatan antara ligan ammonia dan ion Cu2+ lebih besar sehingga mendapatkan nilai 10 Dq yang besar pula atau dengan kata lain elektron lebih suka berpasangan terlebih dahulu di orbital yang mempunyai energy rendah (t2g) baru menempatkan di orbital eg yang mempunyai energy lebih tinggi. Berikut gambaran tingkat energi yang terjadi pada masing-masing ion kompleks yang terbentuk.

1.Kompleks pada larutan A
Konfigurasi elektron ion Cu2+ :

Cu:
3d 4s 4p 4d


Cu2+:
3d 4s 4p 4d
Kemudian ion Cu2+ berikatan dengan ligan H20 sehingga mengalami hibridisasi

Diperkirakan hibridisasi yang terjadi adalah sp3d2 maka bentuk ion kompleks ini adalah octahedral dengan energy eksitasi elektron dari t2g ke eg sebesar 40,845 kkal/mol. Karena ligan H2O termasuk ligan yang mempunyai kuat ligan sedang mendekati lemah maka tolakan yang terjadi antara energi pada orbital t2g dengan eg tidak terlalu besar. Oleh karenanya nilai perbedaan energy kedua orbital tersebut tidak terlalu tinggi.
Gambaran pembelahan orbital d dengan tingkat energy kompleks tersebut adalah:

2.Kompleks pada larutan B
Konfigurasi ion Cu2+ pada ion kompleks ini sama dengan yang terjadi pada larutan A dengan perkiraan hibridisasi yang terjadi sama yaitu sp3d2 tetapi karena disini terdapat ligan kuat maka perbedaan energi orbital t2g dengan eg menjadi lebih besar yaitu 46,872 kkal/mol akibat dari tolakan yang terjadi antara elektron pada orbital t2g dengan eg. .Dengan energi sebesar itulah warna komplementer muncul yaitu berwarna biru muda.
3.Kompleks pada larutan C
Konfigurasi ion Cu2+ pada ion kompleks ini sama dengan yang terjadi pada larutan A dan B dengan perkiraan hibridisasi yang sama yaitu sp3d2 tetapi karena disini terdapat ligan kuat maka perbedaan energy orbital t2g dengan eg menjadi lebih besar walaupun perbandingannya sama yaitu 46,116 kkal/mol. Energy sebesar inilah yang diserap oleh larutan dan mengeluarkan warna komplementer biru keunguan.
4.Kompleks pada larutan D
Konfigurasi ion Cu2+ pada ion kompleks ini adalah sama dengan yang terjadi pada larutan A, B dan C dengan perkiraan hibridisasi yang sama. Karena dalam larutan ini hanya mengandung amonia saja sebagai ligan maka ikatan antara ligan amonia dengan ion logam Cu2+ menjadi sangat besar mengingat ligan amonia adalah ligan kuat. Sehingga energi perbedaan orbital pun besar yaitu sebesar 46,116 kkal/mol karena adanya tolakan yang terjadi antara elektron pada orbital t2g dengan eg. . Energy sebesar itulah yang diserap oleh larutan dan mengeluarkan warna komplementer biru keunguan.

VII.KESIMPULAN

1.Teori medan kristal menunjukkan interaksi antara ion logam Cu2+ dengan ligan ammonia dan air yang merupakan interaksi elektrostatik
2.Ligan amonia lebih kuat dari pada ligan air sehingga ikatan antara ion Cu2+ dengan ligan amonia kuat dan kekuatan itu ditunjukkan dengan semakin tingginya nilai 10 Dq yang diperoleh seiring dengan banyaknya amonia yang terkandung dalam larutan. Nilai 10 Dq yang diperoleh masing masing larutan adalah
larutan A : 40,845 kkal/mol
larutan B : 46,872 kkal/mol
larutan C : 46,116 kkal/mol
larutan D : 46,116 kkal/mol.

LAMPIRAN
PERHITUNGAN

Energi 10 Dq =1λ×1 kkal/mol349,75 cm-1
λ= Panjang gelombang maksimum (cm)

Larutan A
λ= 700 nm = 700 10-7 cm
Energi 10 dq= 1700 10-7 cm ×1 kkal/mol349,75 cm-1 =40,845 kkal/mol

Larutan B
λ= 610 nm = 610 10-7 cm
Energi 10 dq= 1610 10-7 cm ×1 kkal/mol349,75 cm-1 =46,872 kkal/mol

Larutan C
λ= 620 nm = 620 10-7 cm
Energi 10 dq= 1620 10-7 cm ×1 kkal/mol349,75 cm-1 =46,116 kkal/mol

Larutan D
λ= 620 nm = 620 10-7 cm
Energi 10 dq= 1620 10-7 cm ×1 kkal/mol349,75 cm-1 =46,116 kkal/mol

GAMBAR ALAT PERCOBAAN
SPEKTROFOTOMETER SPEKTRONIK 20
Keterangan Skema Alat:
1.Layar
2.Soft key 1.Tombol berbagai fungsi tergantung layar seperti escape, back up dan clear.
3.Soft key 2. Tombol berbagai fungsi tergantung layar. Seperti enter, accept dan continue.
4.Tombol atas-bawah, digunakan untuk mengatur angka yang diinginkan.
5.Pengaturan panjang gelombang, menaikan atau menurunkan panjang gelombang.
6.0 Abs/100%;T mensetting instrument untuk absorbansi 0.
7.A/T/C: tombol antara absorbansi,&percent, transmitasi dan konsentrasi.
8.Utility (kegunaan): menset-up instrument, mendiagnosis dan lain-lain
9.Print: untuk mengirimkan sinyal ke printer tertentu dan menyetak data yang telah terekam.

3 comments :

  1. nice :)
    kunjungi balik yaa,
    http://mel-rizky.blogspot.com/
    tentang kimia juga :)

    ReplyDelete
  2. menambah ilmu ^_^

    buka punyaku jg y

    cahyaworlds.blogspot.com

    Thx :)

    ReplyDelete