Menerka Logam dengan Membandingkan Data Warna Nyala yang DIberikan

Selasa, 30 Oktober 2018

Pada pokok bahasan kimia unsur di kelas 12 saya bereksperimen mengajar memulai dari latihan soal. Tanpa menyimak materi kimia unsur lebih dahulu . Saya tahu bahasan kimia unsur ini adalah penerapan materi pelajaran sejak kelas 10 hingga bab reaksi redoks dan elektrokimia. Beberapa soal tentang deskripsi unsur sengaja saya lewati, tidak membahasnya. Ini akan dibahas setelah semua latihan soal yang diperkirakan dapat dinalar siswa terselesaikan. Sampai pada suatu soal yang menarik perhatian saya. Siswa saya minta mengaitkan segala pengetahuan yang ia miliki untuk  menjelaskan soal tersebut hingga pada kesimpulan sebagaimana pertanyaan.


Soal ini menurut saya cukup menarik karena mengajarkan kemampuan menghubungkan beberapa hal. Siswa saya minta menjawab dengan pengetahuan awal yang ia miliki. Saya pancing lebih dahulu tentang warna beserta komplementernya. Saya pikir mereka juga sudah tahu informasi tentang warna dari pelajaran fisika. Beberapa siswa bisa menyebut warna-warna komplementer. Lumayan ini bisa jadi bekal untuk “menyibak tabir” soal menarik tadi.

Setiap warna yang tampak sesungguhnya adalah warna komplementer dari warna yang diserap suatu benda. Misal ketika kita melihat benda warna biru, berarti warna yang diserap benda itu adalah warna oranye, benda yang tampak hijau berarti benda tersebut menyerap warna merah, dan seterusnya. Untuk warna dengan model merah-kuning-biru, maka diperoleh warna komplementer merah dan hijau; kuning dan violet  biru dan jingga/oranye.

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

Bila dikaitkan dengan panjang gelombang dan energi ini bisa sampai pada jembatan untuk berlogika untuk menjawab soal. Sekali lagi hanya memanfaatkan pengetahuan siswa yang sudah dimiliki. Hampir semua siswa tahu “mejikuhibiniu” ketika belajar di SD/SMP, singkatan urutan warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu. Tinggal memberi informasi bahwa warna merah memiliki panjang gelombang paling panjang dan ungu memiliki panjang gelombang paling pendek.

Kaitan panjang gelombang (λ) dengan energi (E) dapat diperoleh rumus energi E = h.c/λ, h adalah tetapan Planck (6,626×1034 Joule.detik) dan c adalah kecepatan cahaya (3×108 meter/detik). Karena h dan c adalah suatu tetapan, maka besarnya energi (Joule) berbanding terbalik dengan panjang gelombang (meter).

Energi sebagai pancaran warna bisa dihubungkan dengan energi ionisasi. Energi ionisasi ini sejalan atau berbanding lurus dengan energi eksitasi dan de-eksitasi. Atau kalau mau mudah hubungkan langsung dengan jari-jari atom. Energi eksitasi dan de-eksitasi ini berbanding terbalik dengan nilai jari-jari atom. Jari-jari atom semakin besar, energi eksitasi de-eksitasi semakin kecil, energi yang diserap adalah energi rendah atau warna dengan panjang gelombang panjang. Warna yang tampak adalah warna dengan yang panjang gelombang pendek. Kalimat singkatnya ukuran jari-jari semakin besar warna yang dipancarkan semakin mendekati warna ungu, ingat mejikuhibiniu. Hal ini cukup logis dikaitkan warna tampak ketika uji nyala logam seperti pada soal tadi, terutama untuk beberapa senyawaan klorida dari logam alkali.

Ketika dipanaskan, elektron pada ion logam menerima energi dan dapat loncat ke tingkat energi yang lebih tinggi (disebut tereksitasi). Karena ini secara energitika tidak stabil, elektron cenderung jatuh kembali ke tempat sebelumnya (disebut de-eksitasi), dan ada energi yang dilepaskan kembali. Energi ini dilepaskan sebagai energi cahaya. Setiap ion logam memiliki kekhasan sendiri-sendiri dan transisi ini sangat bervariasi, ia bergantung pada karakterisitik warna yang diberikan oleh masing-masing ion logam.

Be dan Mg tidak memberikan warna pada uji nyala, sementara logam alkali tanah lain memberikan warna tertentu. Dalam kasus Be dan Mg energi yang dibutuhkan untuk eksitasi elektron sangat tinggi sehingga mereka tidak memberikan warna pada uji nyala,

Baiklah mari menganalisis soal berikut.
Suatu batuan memerlukan uji nyala sebagai tahap pendahuluan untuk memprediksi secara keseluruhan kandungan kationnya. Bantuan itu ternyata memberikan warna nyala biru dan merah orange. Berdasarkan data tersebut, kemungkinan batuan berturut-turut mengandung kation....
  1. K dan Ba
  2. Ba dan Cs
  3. Cs dan Ca
  4. Na dan Ca
  5. Sr dan K
Terlepas dari warna-warna uji nyala yang ada, siswa dan saya, anggaplah belum tahu informasi tetang warna itu, modalnya hanya perkiraan energi ionisasi atau boleh juga berdasar besarnya jari-jari atom dan urutan warna mejikuhibiniu itu serta sedikit rumus energi yang didapat siswa dari pelajaran fisika.

Pertama kami buat skema posisi masing-masing unsur yang disediakan sebagaimana dalam tabel periodik unsur. Golongan 1A: Na, K, Cs. Golongan 2A: Ca, Sr, Ba.


Di antara unsur yang berkemungkinan untuk memberikan warna biru adalah Cs, Cs adalah unsur yang energi ionisasinya paling kecil atau jari-jari paling besar. Cs membutuhkan energi yang kecil untuk bisa tereksitasi. Diasumsikan energi ionisasi sejalan dengan energi yang diserap untuk eksitasi/de-eksitas atau berbanding terbalik dengan jari-jari atom.

Analisis lebih detil untuk setiap opsi yang diberikan dengan urutan biru kemudian merah-oranye, pilihannya hanya ada 2 warna saja:
  1. K dan Ba
    Posisi K (periode-4) di atas Ba (periode-6), jari-jari K lebih kecil dibanding Ba, yang paling mungkin K akan menyerap warna dengan panjang gelombang pendek dan memantulkan warna berpanjang gelombang panjang. K akan lebih cocok memberi warna merah-oranye dan Ba akan sebaliknya berwarna biru.
  2. Ba dan Cs
    Keduanya seperiode, secara perkiraan jari-jari Ba lebih kecil dibanding Cs, seharusnya Ba menyerap warna dengan panjang gelombang pendek dan akan memancarkan warna merah dan sebaliknya Cs berwarna biru.
  3. Cs dan Ca,
    Cs di bawah Ca walau beda golongan dan berselang satu unsur, perkiraan jari-jari Cs lebih besar dibanding Ca. Cs akan memantulkan warna dengan panjang gelombang pendek, dalam soal ini berarti Cs akan berwarna biru dan Ca akan lebih tepat berwarna merah.
  4. Na dan Ca,
    Posisi Na (periode 3) di atas Ca (periode 4), secara perkiraan jari-jari Na lebih kecil dari Ca. Yang paling mungkin Na pada soal ini akan berwarna merah-oranye karena ia menyerap warna dengan panjang gelombang pendek dan Ca akan berwarna biru.
  5. Sr dan K,
    Memang Sr di bawah K, perkiraan jari-jari Sr lebih besar dibanding K. Sr akan berwarna biru dan K akan lebih tepat berwarna merah. Namun ada pertimbangan lain, keduanya tidak beda jauh ukuran jari-jari atomnya, seharusnya beda spektrum warna tidak akan beda jauh juga, faktanya pilihan data warnanya merah-orang ke biru itu menunjukkan spektrum yang besar.
Jawaban yang mendekati benar dan terkonfirmasi dengan data hasil uji nyala adalah opsi C.

Andai asumsi pada analisis di atas keliru namun ternyata hasil kesimpulan benar, anggap saja hanya sekadar kecocokan belaka, atau sekadar trik.  Trik itu kadang memang tidak masuk akal namun jitu.

Apakah semua warna nyala logam bisa diperkirakan? Tidak bisa kecuali dihafal atau tahu daftar warna hasil uji nyala. Mengapa bisa memprediksi seperti soal di atas? Yah itu karena bermain logika atau sekadar kebetulan belaka. Apakah teknik terkaan tadi bisa diaplikasikan untuk logam transisi atau logam lain? Jawabnya tidak, hanya berlaku untuk logam golongan 1A dan bebrapa golongan 2A saja.😀
Bagikan di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

 
Copyright © 2015-2018 Urip dot Info | Disain Template Oleh Herdiansyah Hamzah Dimodivikasi Urip.Info