Soal 1:
Seorang ilmuwan sedang mengembangkan baterai litium-ion dengan elektroda berbasis logam alkali. Dalam memilih logam pengganti litium (Li), ia mempertimbangkan natrium (Na) dan kalium (K). Berdasarkan sifat periodik unsur, bandingkan energi ionisasi pertama ketiga unsur tersebut dan jelaskan dampaknya terhadap efisiensi baterai!
Energi ionisasi pertama menunjukkan energi yang dibutuhkan untuk melepaskan satu elektron dari atom netral. Dalam golongan IA (logam alkali), energi ionisasi menurun dari atas ke bawah: Li > Na > K. Konfigurasi elektronnya: Li (1s² 2s¹), Na (1s² 2s² 2p⁶ 3s¹), K (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹).
Jari-jari atom meningkat (Li: 152 pm, Na: 186 pm, K: 227 pm) sehingga elektron terluar semakin jauh dari inti, mengurangi gaya tarik-menarik. Akibatnya, Li memiliki energi ionisasi tertinggi (~520 kJ/mol), diikuti Na (~496 kJ/mol), dan K (~419 kJ/mol).
Dalam baterai, logam dengan energi ionisasi lebih rendah (K) lebih mudah melepaskan elektron, meningkatkan efisiensi pelepasan muatan. Namun, Li lebih sering dipilih karena massa atomnya kecil, meningkatkan kapasitas energi per satuan massa.
Soal 2:
Dalam pengolahan air, kalsium (Ca) sering digunakan untuk mengendapkan kotoran. Bandingkan reaktivitas Ca dengan magnesium (Mg) dan barium (Ba) dalam golongan IIA, lalu prediksi unsur mana yang paling efektif untuk proses ini!
Reaktivitas logam alkali tanah (golongan IIA) meningkat dari atas ke bawah: Mg < Ca < Ba. Ini terkait dengan penurunan energi ionisasi (Mg: 738 kJ/mol, Ca: 590 kJ/mol, Ba: 503 kJ/mol) dan peningkatan jari-jari atom (Mg: 160 pm, Ca: 197 pm, Ba: 222 pm).
Konfigurasi elektron: Mg (1s² 2s² 2p⁶ 3s²), Ca (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²), Ba (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 5s² 5p⁶ 6s²). Ba paling reaktif karena elektron 6s²-nya paling mudah dilepaskan.
Untuk pengolahan air, Ba berpotensi lebih efektif mengendapkan kotoran, tetapi Ca lebih sering digunakan karena lebih melimpah dan aman (Ba beracun).
Soal 3:
Dalam desain lampu neon, gas mulia seperti neon (Ne), argon (Ar), dan kripton (Kr) digunakan. Jelaskan hubungan jari-jari atom gas mulia ini dengan energi eksitasi elektronnya, serta pilih gas yang paling hemat energi!
Dalam golongan VIIIA, jari-jari atom meningkat dari atas ke bawah: Ne (38 pm), Ar (71 pm), Kr (88 pm). Energi eksitasi (energi untuk memindahkan elektron ke kulit yang lebih tinggi) berkurang seiring bertambahnya jari-jari atom karena elektron terluar lebih jauh dari inti, misalnya Ne (~16.6 eV), Ar (~11.6 eV), Kr (~10.0 eV).
Konfigurasi: Ne (1s² 2s² 2p⁶), Ar (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶), Kr (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶). Kr paling hemat energi karena membutuhkan energi eksitasi terendah, tetapi Ar sering dipilih karena keseimbangan antara efisiensi dan biaya.
Soal 4:
Dalam industri kimia, logam transisi seperti besi (Fe), nikel (Ni), dan tembaga (Cu) digunakan sebagai katalis. Analisis keelektronegatifan ketiga unsur ini dan hubungannya dengan efektivitas katalis!
Keelektronegatifan dalam periode (kiri ke kanan) meningkat: Fe (1.83), Ni (1.91), Cu (1.90). Konfigurasi: Fe (3d⁶ 4s²), Ni (3d⁸ 4s²), Cu (3d¹⁰ 4s¹).
Cu memiliki subkulit d penuh, membuatnya kurang reaktif dibanding Fe dan Ni yang memiliki elektron d tak penuh, ideal untuk katalis.
Ni sedikit lebih elektronegatif daripada Cu, tetapi Fe sering lebih efektif karena kemampuan oksidasinya yang tinggi dan biayanya rendah.
Soal 5:
Kalsium (Ca) penting untuk tulang, tetapi strontium (Sr) dapat menggantikannya dalam kondisi tertentu. Bandingkan afinitas elektron Ca dan Sr, lalu jelaskan dampaknya pada penyakit tulang!
Afinitas elektron (energi saat menerima elektron) pada golongan IIA kecil dan sedikit meningkat ke bawah: Ca (~2.37 kJ/mol), Sr (~5.03 kJ/mol). Jari-jari atom: Ca (197 pm), Sr (215 pm). Sr lebih mudah menarik elektron, mirip Ca dalam struktur tulang, tetapi akumulasi Sr (dari paparan lingkungan) dapat menggantikan Ca dan menyebabkan kelainan tulang karena perbedaan kimiawi.
Soal 6:
Silikon (Si) dan germanium (Ge) dari golongan IVA digunakan dalam kaca khusus. Bandingkan energi ionisasi dan prediksi mana yang lebih cocok untuk kaca tahan panas!
Energi ionisasi menurun ke bawah: Si (786 kJ/mol), Ge (762 kJ/mol). Konfigurasi: Si (3s² 3p²), Ge (4s² 4p²). Si lebih sulit kehilangan elektron, membuat ikatannya lebih kuat dan stabil pada suhu tinggi, sehingga lebih cocok untuk kaca tahan panas.
Soal 7:
Dalam penyulingan minyak, sulfur (S) dan selenium (Se) memengaruhi kualitas bahan bakar. Analisis keelektronegatifan dan dampaknya pada pengolahan!
Keelektronegatifan menurun ke bawah: S (2.58), Se (2.55). Konfigurasi: S (3s² 3p⁴), Se (4s² 4p⁴). S lebih elektronegatif, membentuk senyawa (H₂S) yang lebih mudah dihilangkan dibandingkan Se, sehingga mengurangi polusi bahan bakar.
Soal 8:
Fluor (F) dan klor (Cl) dari golongan VIIA digunakan dalam senyawa kesehatan. Bandingkan jari-jari atom dan reaktivitasnya, lalu tentukan mana yang lebih aman untuk pasta gigi!
Jari-jari atom meningkat ke bawah: F (72 pm), Cl (99 pm). Reaktivitas menurun: F > Cl. Konfigurasi: F (2s² 2p⁵), Cl (3s² 3p⁵). F sangat reaktif karena elektronegatifitasnya tinggi (3.98), cocok untuk membentuk fluorida yang melindungi gigi, sementara Cl terlalu besar dan kurang reaktif untuk aplikasi ini.
Soal 9:
Dalam pembuatan sabun, natrium hidroksida (NaOH) sering digunakan. Bandingkan reaktivitas natrium (Na) dengan rubidium (Rb) dalam golongan IA untuk membentuk basa kuat, dan prediksi mana yang lebih efisien dalam proses saponifikasi!
Reaktivitas logam alkali (golongan IA) meningkat ke bawah: Na < Rb. Ini karena energi ionisasi menurun (Na: 496 kJ/mol, Rb: 403 kJ/mol) dan jari-jari atom meningkat (Na: 186 pm, Rb: 248 pm).
Konfigurasi elektron: Na (1s² 2s² 2p⁶ 3s¹), Rb (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 5s¹). Rb lebih reaktif, menghasilkan RbOH yang lebih cepat bereaksi dengan lemak dalam saponifikasi. Namun, NaOH lebih sering digunakan karena lebih murah dan melimpah.
Soal 10:
Dalam pengelasan logam, magnesium (Mg) digunakan untuk menghasilkan cahaya terang. Bandingkan afinitas elektron Mg dengan beryllium (Be) dalam golongan IIA, lalu jelaskan pengaruhnya pada intensitas cahaya yang dihasilkan!
Afinitas elektron golongan IIA kecil, tetapi meningkat ke bawah: Be (~0 kJ/mol), Mg (~0 kJ/mol, hampir nol). Jari-jari atom: Be (112 pm), Mg (160 pm).
Konfigurasi: Be (1s² 2s²), Mg (1s² 2s² 2p⁶ 3s²).
Mg lebih mudah membentuk ion Mg²⁺, menghasilkan reaksi eksotermik yang lebih kuat saat terbakar, sehingga menghasilkan cahaya lebih terang dibandingkan Be yang kurang reaktif.
Soal 11:
Helium (He) digunakan dalam balon udara ilmiah, sedangkan xenon (Xe) digunakan dalam lampu sorot. Analisis hubungan jari-jari atom He dan Xe dengan gaya antarmolekulnya, lalu tentukan mana yang lebih aman untuk balon udara!
Jari-jari atom gas mulia meningkat ke bawah: He (31 pm), Xe (108 pm). Gaya antarmolekul (gaya London) lebih kuat pada Xe karena lebih banyak elektron (54 vs. 2 pada He).
Konfigurasi: He (1s²), Xe (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 5s² 5p⁶).
He lebih aman untuk balon udara karena lebih ringan (massa molar 4 g/mol vs. 131 g/mol untuk Xe) dan inert, sedangkan Xe terlalu berat.
Soal 12:
Dalam sintesis obat, logam transisi seperti kobalt (Co) dan mangan (Mn) digunakan sebagai katalis. Bandingkan energi ionisasi Co dan Mn, lalu prediksi mana yang lebih efektif sebagai katalis dalam reaksi redoks!
Energi ionisasi: Mn (717 kJ/mol), Co (760 kJ/mol). Konfigurasi: Mn (3d⁵ 4s²), Co (3d⁷ 4s²). Mn lebih mudah kehilangan elektron karena energi ionisasinya lebih rendah, membuatnya lebih cocok untuk reaksi redoks.
Selain itu, Mn memiliki lebih banyak bilangan oksidasi (+2, +4, +7) dibanding Co (+2, +3), meningkatkan fleksibilitas katalitiknya.
Soal 13:
Dalam pengolahan limbah nuklir, cesium (Cs) sering menjadi polutan radioaktif. Bandingkan keelektronegatifan Cs dengan litium (Li) dalam golongan IA, lalu jelaskan pengaruhnya pada kemampuan penyerapan oleh tanah!
Keelektronegatifan menurun ke bawah: Li (0.98), Cs (0.79). Konfigurasi: Li (1s² 2s¹), Cs (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 5s² 5p⁶ 6s¹). Cs kurang elektronegatif, lebih mudah membentuk ion Cs⁺ yang lebih besar (jari-jari 167 pm vs. 76 pm untuk Li⁺), sehingga lebih mudah diserap tanah berpartikel bermuatan negatif, menyulitkan pembersihan limbah.
Soal 14:
Dalam pembuatan semikonduktor, karbon (C) dan timah (Sn) dari golongan IVA dipertimbangkan. Bandingkan jari-jari atom C dan Sn, lalu prediksi mana yang lebih cocok untuk konduktivitas tinggi!
Jari-jari atom meningkat ke bawah: C (77 pm), Sn (140 pm). Konfigurasi: C (2s² 2p²), Sn (5s² 5p²). Sn memiliki elektron valensi lebih jauh dari inti, sehingga lebih mudah bergerak dan menghantarkan listrik, membuatnya lebih cocok untuk semikonduktor dengan konduktivitas tinggi dibandingkan C yang lebih kovalen.
Soal 15:
Dalam pembuatan pupuk, nitrogen (N) dan fosfor (P) dari golongan VA sangat penting. Analisis afinitas elektron N dan P, lalu jelaskan pengaruhnya pada kemampuan pembentukan senyawa dengan kation logam!
Afinitas elektron: N (-7 kJ/mol, kecil karena stabilitas 2p³), P (72 kJ/mol). Konfigurasi: N (2s² 2p³), P (3s² 3p³). P lebih mudah menarik elektron, membentuk ion fosfat (PO₄³⁻) yang stabil dengan kation logam seperti Ca²⁺ dalam pupuk, sedangkan N cenderung membentuk senyawa kovalen seperti amonia.
Soal 16:
Dalam disinfektan, iodin (I) lebih sering digunakan dibandingkan bromin (Br) dari golongan VIIA. Bandingkan energi ionisasi I dan Br, lalu tentukan mana yang lebih aman untuk aplikasi medis!
Energi ionisasi menurun ke bawah: Br (1140 kJ/mol), I (1008 kJ/mol). Konfigurasi: Br (4s² 4p⁵), I (5s² 5p⁵). I lebih mudah kehilangan elektron, tetapi keduanya sangat reaktif. I lebih aman untuk medis karena kurang volatil dan lebih stabil dalam senyawa seperti iodofor dibandingkan Br yang lebih korosif.
Soal 17:
Dalam pembuatan kembang api, litium (Li) digunakan untuk warna merah. Bandingkan jari-jari atom Li dengan fransium (Fr) dalam golongan IA, lalu prediksi mana yang menghasilkan warna lebih intens!
Jari-jari atom meningkat ke bawah: Li (152 pm), Fr (270 pm). Konfigurasi: Li (1s² 2s¹), Fr (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶ 7s¹).
Fr memiliki elektron valensi lebih jauh dari inti, lebih mudah tereksitasi, menghasilkan emisi energi lebih rendah (mendekati inframerah).
Li menghasilkan warna merah lebih intens karena transisi elektronnya lebih cocok untuk spektrum cahaya tampak.
Soal 18:
Dalam konstruksi pesawat, magnesium (Mg) dipilih karena ringan. Bandingkan energi ionisasi Mg dengan radium (Ra) dalam golongan IIA, lalu jelaskan pengaruhnya pada ketahanan korosi!
Energi ionisasi menurun ke bawah: Mg (738 kJ/mol), Ra (509 kJ/mol). Konfigurasi: Mg (1s² 2s² 2p⁶ 3s²), Ra (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶ 7s²).
Ra lebih mudah kehilangan elektron, meningkatkan reaktivitas dan kerentanan terhadap korosi. Mg lebih tahan korosi karena energi ionisasinya lebih tinggi, cocok untuk pesawat.
Soal 19:
Dalam detektor asap, radon (Rn) harus dihindari karena radioaktif, sedangkan argon (Ar) aman. Bandingkan keelektronegatifan Rn dan Ar, lalu prediksi pengaruhnya pada stabilitas kimia!
Keelektronegatifan gas mulia sangat rendah, tetapi meningkat sedikit ke atas: Ar (~0), Rn (~0, sedikit lebih tinggi).
Konfigurasi: Ar (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶), Rn (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶).
Ar lebih stabil karena tidak radioaktif dan inert, sedangkan Rn tidak stabil karena peluruhan radioaktif, meskipun keduanya hampir tidak bereaksi kimiawi.
Soal 20:
Dalam pengolahan bijih logam, titanium (Ti) dan zirkonium (Zr) dari golongan IVB digunakan. Analisis hubungan jari-jari atom Ti dan Zr dengan kekuatan ikatan logamnya, lalu pilih yang lebih tahan terhadap suhu tinggi!
Jari-jari atom meningkat ke bawah: Ti (147 pm), Zr (160 pm). Konfigurasi: Ti (3d² 4s²), Zr (4d² 5s²). Ti memiliki ikatan logam lebih kuat karena elektron valensinya lebih dekat ke inti, memberikan titik leleh lebih tinggi (1668°C vs. 1855°C untuk Zr, tetapi Ti lebih tahan oksidasi). Ti lebih cocok untuk suhu tinggi.
Soal 21:
Dalam pengobatan kanker, radium (Ra) pernah digunakan karena sifat radioaktifnya. Bandingkan afinitas elektron Ra dengan barium (Ba) dalam golongan IIA, lalu jelaskan pengaruhnya pada interaksi dengan jaringan tubuh!
Afinitas elektron kecil, meningkat ke bawah: Ba (~13.95 kJ/mol), Ra (~10-15 kJ/mol, perkiraan). Konfigurasi: Ba (5s² 5p⁶ 6s²), Ra (6s² 6p⁶ 7s²). Ra sedikit lebih mudah menerima elektron, tetapi keduanya mirip Ca dalam jaringan tulang. Ra lebih berbahaya karena radioaktivitasnya, bukan afinitas elektron.
Soal 22:
Dalam panel surya, galium (Ga) lebih sering digunakan dibandingkan aluminium (Al) dari golongan IIIA. Bandingkan energi ionisasi Ga dan Al, lalu prediksi mana yang lebih efisien untuk konduksi listrik!
Energi ionisasi: Al (577 kJ/mol), Ga (579 kJ/mol, sedikit lebih tinggi karena kontraksi d). Konfigurasi: Al (3s² 3p¹), Ga (4s² 4p¹). Ga lebih efisien dalam semikonduktor karena pita energi yang lebih sesuai, meskipun energi ionisasinya mirip dengan Al.
Soal 23:
Dalam pemurnian air, oksigen (O) membentuk senyawa dengan logam. Bandingkan keelektronegatifan O dengan tellurium (Te) dalam golongan VIA, lalu jelaskan pengaruhnya pada kemampuan oksidasi!
Keelektronegatifan menurun ke bawah: O (3.44), Te (2.1). Konfigurasi: O (2s² 2p⁴), Te (5s² 5p⁴). O jauh lebih elektronegatif, membuatnya kuat sebagai oksidator (mengikat elektron dari logam), sedangkan Te kurang reaktif dan lebih metaloid.
Soal 24:
Dalam pengawet kayu, arsen (As) digunakan karena toksisitasnya. Bandingkan jari-jari atom As dengan antimon (Sb) dalam golongan VA, lalu prediksi mana yang lebih mudah membentuk senyawa stabil!
Jari-jari atom meningkat ke bawah: As (121 pm), Sb (141 pm). Konfigurasi: As (4s² 4p³), Sb (5s² 5p³). As lebih kecil, membentuk ikatan kovalen lebih kuat (misalnya As₂O₃), sehingga lebih stabil sebagai pengawet dibandingkan Sb yang lebih metalik.
Soal 25:
Dalam pelapis anti-karat, kromium (Cr) lebih sering digunakan dibandingkan vanadium (V) dari golongan VB. Bandingkan keelektronegatifan Cr dan V, lalu tentukan mana yang lebih tahan terhadap oksidasi!
Keelektronegatifan meningkat ke kanan: V (1.63), Cr (1.66). Konfigurasi: V (3d³ 4s²), Cr (3d⁵ 4s¹). Cr sedikit lebih elektronegatif, membentuk lapisan oksida (Cr₂O₃) yang lebih padat dan tahan oksidasi dibandingkan V, yang lebih rentan teroksidasi.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar