Cara Membandingkan Kestabilan Senyawa Ion

Jumat, 07 Desember 2018

Membandingkan kestabilan senyawa ion tertentu dengan senyawa ion lainnya sering membuat siswa mati kutu. Hal ini terjadi ketika mereka menghadapi kompetisi sains seperti olimpiade kimia.

Memang pada kurikulum kimia SMA/MA bahasan ini tidak diberikan. Namun dengan sedikit berlogika sebenarnya ini dapat diperkirakan. Harus dipahami dahulu apa yang menyebabkan senyawa ion lebih stabil dibanding senyawa ion lainnya.



Petunjuk awal tentang kestabilan senyawa ion dilihat dari data titik leleh atau titik lebur dan titik didih. Senyawa dengan titik leleh/lebur/didih tinggi berarti ikatan dalam senyawa tersebut sangat kuat, dengan kata lain ia relatif stabil.

Berikut ini faktor-faktor yang mempengaruhi kestabilan senyawa ion
  1. Energi ionisasi
    Energi ionisasi adalah energi minimal yang diperlukan oleh satu atom dalam wujud gas untuk membentuk kation (ion positif) dengan cara melepaskan elektron.

    Biasa yang dilepaskan adalah elektron pada kulit terluar lebih dahulu yang disebut dengan energi ionisasi pertama.

    Stabilitas senyawa ion tergantung pada kemudahan pembentukan kation. Kemudahan pembentukan kation ditentukan oleh energi ionisasi unsur. Unsur dengan energi ionisasi rendah berarti lebih mudah membentuk kation.

    Unsur golongan 1(1A) dan 2(2A) mempunyai energi ionisasi sangat rendah dan oleh karenanya dengan mudah membentuk kation.

  2. Afinitas elektron
    Afinitas elektron adalah energi yang dilepaskan satu atom netral dalam wujud gas ketika menerima satu elektron dari atom lain untuk membentuk anion (ion negatif).

    Stabilitas senyawa ion tergantung pada kemudahan pembentukan anion. Kemudahan pembentukan anion ditentukan oleh afinitas elektron unsur.

    Unsur dengan nilai afinitas tinggi lebih mudah membentuk anion. Unsur golongan 16(6A) dan 17(7A) mempunyai afinitas elektron yang tinggi dan karenanya dapat membentuk ion dengan menerima elektron dari atom logam.

    Bila unsur golongan 1(1A) dan 2(2A) membentuk senyawa ion dengan unsur golongan 16(6A) dan 17(7A) akan menghasilkan senyawa yang relatif stabil.

    Beberapa contoh natrium klorida (NaCl), magnesium oksida (MgO), kalsium klorida (CaCl2), kalium iodida (KI), kalsium oksida (CaO), dan lain-lain.

  3. Energi kisi
    Energi kisi adalah energi yang dilepaskan ketika kation-anion dalam keadaan gas bergabung membentuk satu mol padatan ion (kristal ionik) . Energi kisi ini sifatnya adalah eksoterm.  Contoh reaksi:
    Na+(g) + Cl(g) Na+Cl + energi kisi

    Besarnya energi kisi tergantung pada faktor berikut:
    • Rasio ukuran kation dengan anion.
      Ini merupakan salah satu faktor terbesar karena ukuran kation ini mempengaruhi energi kisi yang merupakan penyumbang utama kestabilan senyawa ion.

      Ingat rumus ini pada bahasan membandingkan energi kisi pada tautan di atas, $E = k \dfrac{Q_1 \times Q_2}{d} $.


    • Muatan ion. Lebih besar muatan pada ion, lebih besar pula energi kisinya. Contoh energi kisi Mg2+O2 (MgO) lebih besar dari Na+F (NaF).

      Lebih banyak muatan berarti akan menghasilkan medan elektrostatik yang lebih kuat, daya tarik menarik antar kation-anion lebih besar, energi kisi lebih besar pula.

      Senyawa
      Ion
      Muatan
      Ion
      Energi Kisi
      (kJ/mol)
      NaCl +1 & –1 787
      NaBr +1 & –1 751
      CaF2 +2 & –1 2635
      MgO +2 & –2 3760

    Semakin besar energi kisi senyawa ion semakin stabil pula strukturnya.
    Tentang perbandingan energi kisi dapat disimak di blog ini di sini beserta contoh soal dan pembahasan.

  4. Susunan (geometri) atom dalam kisi-kisi atau pengepakan.
    Susunan kation dan anion (pengepakan) dalam struktur padatan juga mempengaruhi kestabilan senyawa ion. Tentang ini silakan simak di sini.
Dari keempat faktor yang ditulis di sini biasanya yang dominan untuk dijadikan alasan kestabilan adalah faktor energi kisi senyawa ion.




Contoh Soal #1:
Energi kisi FeCl3, FeCl2, dan Fe2O3 disusun secara acak sebagai berikut: 2.631 kJ/mol, 5.339 kJ/mol, dan 14.744 kJ/mol. Cocokkan rumus kimia yang tepat untuk setiap energi kisi yang diberikan itu!
Sumber soal buku Prinsip Kimia, Zumdahl & DeCosta Edisi 8, halaman 554c.

Pembahasan Soal #1
Energi kisi merupakan energi yang dihasilkan pembentukan kristal senyawa ion (eksotermis).

Karena kation sama, maka faktor yang menentukan adalah banyak muatan pada setiap senyawa. Hasil kali setiap muatan (Q1 × Q2) akan dijadikan petunjuk penentuan energi kisi, bila hasil semakin besar maka energi kisi juga semakin besar.

Susunan pasangan rumus kimia dan energi kisi dapat dibuat seperti tabel berikut.

Senyawa Q1 × Q2 Energi Kisi
FeCl2 (+2)( –1) = –2 –2.631 kJ/mol
FeCl3 (+3)( –1) = –3 –5.339 kJ/mol
Fe2O3 (+3)( –2) = –6 –14.744 kJ/mol

Contoh Soal #2:
Jika diketahui nomor atom Mn 25 dan Fe 26. Dapat membentuk senyawa ion dengan rumus MnCl2, FeCl2 dan FeCl3. Perkirakan urutan kesetabilan senyawanya klorida tersebut!

Pembahasan Soal #2:
Konfigurasi elektron 25Mn = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5
Konfigurasi elektron 25Mn2+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5

Konfigurasi elektron 26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
Konfigurasi elektron 26Fe2+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6
Konfigurasi elektron 26Fe3+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5

Membandingkan jari-jari ion 26Fe2+ dengan 26Fe3+
Jumlah inti (nomor atom): Fe2+ = Fe3+.
Jumlah elektron: Fe2+ > Fe3+.
Maka jari-jari Fe2+ > Fe3+

Membandingkan jari-jari ion 25Mn2+ dengan 26Fe2+
Karena memiliki muatan sama tetapi jumlah proton Fe > Mn maka jari-jari Mn2+ > Fe2+
Jadi urutan jari-jari ion: Mn2+ > Fe2+ > Fe3+.

Perbandingan antara Fe3+ dengan klorida Mn2+ da Fe2+ maka Fe3+ yang akan memiliki energi kisi terbesar karena selain ukuran cari-cari hasil kali muatan Fe3+ dengan Cl adalah –3.

Perbandingan antara FeCl2 dengan MnCl2 hanya melihat jari-jari ion saja karena muatan sama. Dan karena jari-jari Mn2+ > Fe2+ maka energi kisi MnCl2 < FeCl2

Jadi urutan energi kisi adalah MnCl2 < FeCl2 < FeCl3
Dengan demikian urutan kestabilan juga MnCl2 < FeCl2 < FeCl3
Ingat semakin besar energi kisi suatu senyawa ion maka semakin stabil pula strukturnya.

Kesimpulan ini terkonfirmasi berdasarkan data energi kisi untuk senyawaan klorida yang dibandingkan seperti tabel berikut.

Senyawa Q1 × Q2 Data Energi Kisi
MnCl2 (+2)( –1) = –2 –2551 kJ/mol
FeCl2 (+2)( –1) = –2 –2.631 kJ/mol
FeCl3 (+3)( –1) = –3 –5.339 kJ/mol

Referensi data energi kisi dapat dibaca di sini Sumbernya dari Handbook of Chemistry and Physics - 88th Edition, 2007-2008; halaman 12-19 hingga 12-27. Bila ingin mendapatkan buku ini coba ikuti petunjuk di sini.
Bagikan di
 
Copyright © 2015-2018 Urip dot Info | Disain Template Oleh Herdiansyah Hamzah Dimodivikasi Urip.Info