Mengapa Warna Ion Kompleks Berbeda-beda?

Sabtu, 03 Desember 2016

Beberapa soal pada olimpiade sains nasional beberapa kali ditanyakan soal tentang kemungkinan warna dari larutan atau ion atau senyawa kompleks. Mengapa ion berbeda memberikan respon warna berbeda pula ketika suatu cahaya mengenai larutan ion tersebut? Secara prinsip terjadinya perpindahan elektron ke orbital dengan tingkat energi yang lebih tinggi akibat terpapar cahaya (baca energi) maka ada warna tertentu yang diserap oleh larutan ion tersebut. Ingat bahwa setiap cahaya memiliki panjang gelombang tertentu, panjang gelombang tertentu ini dapat identik dengan suatu energi yang menyebabkan perpindahan elektron antartingkat energi. Ingat bahwa panjang gelombang itu  berbanding terbalik dengan energi $E~=\dfrac{h.c}{\lambda}$, $E$= Energi, h = tetapan Planck, c = kecepatan cahaya, $\lambda$= panjang gelombang.

Jika cahaya yang diserap adalah cahaya merah maka yang tampak oleh mata adalah warna komplementer dari warna  merah  yaitu warna  hijau.  Jika yang diserap adalah warna kuning  maka yang tampak oleh pengamat adalah warna  violet .

Tabel serapan cahaya, rentang panjang gelombang, dan warna pantulan (tampak)
Warna
Cahaya
Diserap
Rentang
Panjang
Gelombang
(nm)
Warna
Cahaya
Dipantulkan
Merah700-620Hijau
Oranye620-580Biru
Kuning580-560Violet
Hijau560-490Merah
Biru490-430Oranye
Violet430-380Kuning


Dari mana kita tahu bahwa cahaya dengan warna tertentu itu diserap atau tidak? Yah sebagai pengamat kita hanya dapat melihat cahaya komplementer yang terpantul ke mata kita.

Bahasan lebih detil dapat dibaca di http://chemwiki.ucdavis.edu/Core/Inorganic_Chemistry/Coordination_Chemistry/Complex_Ion_Chemistry/Origin_of_Color_in_Complex_Ions.

Untuk level soal SMA bahasan ini dapat disederhanakan dengan hanya mengamati keter-isi-an elektron dalam orbital atom pusat. Berikut ini contoh soal dan pembahasannya.

Contoh soal #1:
Ion kompleks koordinasi berikut ini, manakah yang diharapkan tidak berwarna?
  1. [Fe(H2O)6]3+
  2. [Co(NH3)6]2+
  3. [Mn(CN)6]3–
  4. [CrCl3(SCN)3]3–
  5. [Ag(NO2)2]
Pembahasan contoh soal #1:
Meskipun ada beberapa faktor yang dapat menentukan apakah suatu ion kompleks itu berwarna atau tidak namun tinjauan berdasarkan ada tidaknya elektron tidak berpasangan pada atom pusat dari ion kompleks tersebut dapat dijadikan pijakan awal.

[Fe(H2O)6]3+ → Fe3+ + 6H2O
26Fe konfigurasi elektron = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2
26Fe3+ konfigurasi elektron = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s0
↿  ↿  ↿  ↿  ↿      
      3d5       4s0
Dengan demikian diharapkan ion ini akan memiliki warna tertentu karena adanya 5 elektron tidak berpasangan pada orbital 3d-nya.

[Co(NH3)6]2+→ Co2+ + 6NH3
27Co konfigurasi elektron = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2
27Co2+ konfigurasi elektron = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s0
↿⇂ ↿⇂ ↿  ↿  ↿        
      3d7         4s0
Dengan demikian diharapkan ion ini akan memiliki warna tertentu karena adanya 3 elektron tidak berpasangan pada orbital 3d-nya.

[Mn(CN)6]3–→ Mn3+ + 6CN 
25Mn konfigurasi elektron = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2
25Mn3+ konfigurasi elektron = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d4 4s0
↿  ↿  ↿  ↿           
      3d4        4s0
Dengan demikian diharapkan ion ini akan memiliki warna tertentu karena adanya 4 elektron tidak berpasangan pada orbital 3d-nya.

[CrCl3(SCN)3]3–→ Cr3+ + 3Cl + 3SCN
24Cr konfigurasi elektron = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1
24Cr3+ konfigurasi elektron = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s0 
↿  ↿  ↿               
      3d3        4s0
Dengan demikian diharapkan ion ini akan memiliki warna tertentu karena adanya 3 elektron tidak berpasangan pada orbital 3d-nya.

[Ag(NO2)2] →Ag+ + 2NO2
47Ag konfigurasi elektron = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s1
47Ag+ konfigurasi elektron = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s0
↿⇂ ↿⇂ ↿⇂ ↿⇂ ↿⇂       
        4d10       5s0
Dengan demikian diharapkan ion ini tidak berwarna karena semua orbital 3d-nya terisi penuh.

Untuk soal tadi alternatif yang tepat adalah E.

Warna beberapa ion kompleks dalam pelarut air

Bacaan lebih lanjut : http://www.learnnext.com/nextgurukul/wiki/concept/Uttar-Pradesh/XII/Chemistry/Colour-in-Coordination-Compounds-and-Limitations-of-Crystal-Field-Theory.htm

Lalu bagaimana dapat menjelaskan fenomena pada suatu ion dengan atom pusat yang sama, mengapa pada ion kompleks tersebut berbeda-beda seperti ilustrasi gambar beberapa ion dalam air di atas? Hal ini tidak dapat dijelaskan dengan menggunakan dasar alasan ada-tidaknya elektron tidak berpasangan pada orbital d saja. Pengaruh ligan dan atau bentuk geometri akan memberikan argumen. Ligan yang bagaimanakah yang dapat menyebabkan warna pada berbeda-beda tersebut?

Ligan yang berbeda memiliki pengaruh yang berbeda pada energi dari orbital d ion pusat. Beberapa ligan memiliki medan listrik yang kuat yang menyebabkan pembelahan (splitting) energi yang besar ketika d orbital dibagi menjadi dua kelompok, seperti pada ilustri di bawah. Ligan yang lainnya memiliki energi jauh lebih lemah untuk membuat pembelahan energi yang jauh lebih kecil. Ingat bahwa ukuran pembelahan menentukan panjang-pendek gelombang cahaya akan diserap. Berikut ini adalah daftar beberapa ligan umum, yang di atas menghasilkan pembelahan relatif kecil (ligan medan lemah) sedangkan  yang di bawah pembelahan energi terbesar (ligan medan kuat).

Pembelahan kecil
Cl
F
OH
H2O
SCN
NH3
CN
Pembelahan besar

Contoh soal #2:
Terdapat ion kompleks [Cr(NH3)6]3+, [CrF6]3–, [Cr(CN)6]3– dan  [Cr(H2O)6]3+?
Masing-masing senyawa ion tersebut memunculkan spektrum yang terlihat dengan panjang gelombang 460 nm,740 nm, 400 nm, dan 575 nm. Prediksi warna masing-masing kompleks dengan argumen yang logis kemudian urutkan tiga ligan berdasar peningkatan kekuatan medan.

Pembahasan contoh soal #2:
Berdasarkan data panjang gelombang yang disajikan dapat dibuat urutan
[CrF6]3– = 740 nm warna hijau, ligan F daya belah terhadap orbital d energi paling lemah
[Cr(H2O)6]3+ = 575 nm warna violet, ligan H2O daya belah terhadap orbital d energi sedang
[Cr(NH3)6]3+ = 460 nm warna oranye, ligan NH3 daya belah terhadap orbital d energi  kuat.
[Cr(CN)6]3– =  400 nm warna kuning, ligan CN daya belah terhadap orbital d energi paling kuat.
𝚫E (selisih energi) berturut-turut [CrF6]3– < [Cr(H2O)6]3+ < [Cr(NH3)6]3+ < [Cr(CN)6]3–

Ilustrasi Pembelahan (Splitting) Orbital d pada ion Cr3+
Demikian pembahasan yang disederhanakan semoga dapat memberikan sedikit gambaran bagaimana warna-warna pada ion kompleks ini terjadi.


Bagikan di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

 
Copyright © 2015-2016 Urip dot Info | Disain Template Oleh Herdiansyah Hamzah Dimodivikasi Urip.Info