Bagian-4/4, Pembahasan Soal Olimpiade Nasional Kimia 2025 di Amerika

Berikut adalah pembahasan soal olimpiade kimia tingkat nasional bagian soal pilihan ganda di Amerika yang dapat digunakan sebagai bahan latihan persiapan mengikuti kompetisi serupa di Indonesia. Beberapa kali terdeteksi soal-soal OSN-K di Indonesia mengadopsi soal dari kompetisi di negara tersebut. Jumlah soal ada 60 butir (terjemahan) yang pembahasannya dibagi menjadi 4 bagian, @15 butir soal.

• Bagian-1
• Bagian-2
• Bagian-3

Soal #46

Unsur-unsur blok p pada baris ketiga tabel periodik (Al-Cl) melepaskan lebih banyak energi ketika elektron ditambahkan ke atom fase gas dibandingkan dengan unsur yang lebih ringan (B-F). Manakah penjelasan terbaik untuk fenomena ini?

1. Unsur yang lebih berat memiliki lebih banyak proton dalam intinya dan memiliki daya tarik elektrostatik yang lebih besar terhadap elektron.
2. Unsur yang lebih berat memiliki lebih banyak neutron dalam intinya dan memiliki daya tarik gravitasi yang lebih besar terhadap elektron.
3. Orbital 3p lebih besar dan memiliki tolakan elektron-elektron yang lebih kecil.
4. Orbital 3p memiliki lebih banyak simpul dan menerima elektron pada energi yang lebih rendah.

Penyelesaian Soal #46

Soal ini menanyakan mengapa unsur-unsur blok p pada baris ketiga (periode 3: Al, Si, P, S, Cl) melepaskan lebih banyak energi (memiliki afinitas elektron lebih besar, atau nilai lebih negatif) ketika menerima elektron di fase gas dibandingkan unsur-unsur blok p pada baris kedua (periode 2: B, C, N, O, F).

Afinitas elektron adalah energi yang dilepaskan saat atom netral dalam fase gas menangkap satu elektron untuk membentuk ion negatif. Mari kita analisis setiap opsi:

• Opsi A: Unsur yang lebih berat memiliki lebih banyak proton dalam intinya dan memiliki daya tarik elektrostatik yang lebih besar terhadap elektron.
  
  Unsur periode 3 (Al-Cl) memang memiliki lebih banyak proton dibandingkan periode 2 (B-F) untuk golongan yang sama, yang meningkatkan muatan inti.
  
  Namun, unsur periode 3 juga memiliki lebih banyak kulit elektron, sehingga elektron valensi lebih jauh dari inti, mengurangi gaya tarik elektrostatik efektif.
  
  Selain itu, afinitas elektron tidak hanya bergantung pada muatan inti, tetapi juga pada ukuran atom dan tolakan antar-elektron.
  Opsi ini tidak sepenuhnya menjelaskan fenomena dengan tepat.
  
  
• Opsi B: Unsur yang lebih berat memiliki lebih banyak neutron dalam intinya dan memiliki daya tarik gravitasi yang lebih besar terhadap elektron.
  
  Gaya gravitasi antara inti dan elektron sangat kecil dan tidak relevan dalam konteks kimia, karena interaksi elektrostatik mendominasi pada skala atom.
  
  Neutron tidak memiliki muatan, sehingga tidak memengaruhi afinitas elektron secara langsung.
  Opsi ini salah.
  
  
• Opsi C: Orbital 3p lebih besar dan memiliki tolakan elektron-elektron yang lebih kecil.
  
  Orbital 3p (periode 3) memang lebih besar dibandingkan orbital 2p (periode 2) karena jumlah kulit elektron bertambah.
  
  Ukuran orbital yang lebih besar berarti elektron-elektron dalam orbital 3p lebih tersebar, sehingga tolakan antar-elektron dalam orbital yang sama berkurang dibandingkan di orbital 2p yang lebih kecil dan padat.
  
  Tolakan elektron yang lebih kecil memungkinkan elektron tambahan diterima dengan lebih mudah, sehingga lebih banyak energi dilepaskan (afinitas elektron lebih besar). Opsi ini memberikan penjelasan yang paling logis untuk fenomena ini.
  
  
• Opsi D: Orbital 3p memiliki lebih banyak simpul dan menerima elektron pada energi yang lebih rendah.
  
  Orbital 3p memang memiliki lebih banyak simpul radial dibandingkan 2p, tetapi simpul ini memengaruhi distribusi probabilitas elektron, bukan langsung pada afinitas elektron.
  
  Frasa "menerima elektron pada energi yang lebih rendah" tidak relevan, karena afinitas elektron terkait dengan energi yang dilepaskan, bukan tingkat energi orbital itu sendiri.
  Opsi ini kurang tepat.

Berdasarkan analisis, penjelasan terbaik adalah bahwa orbital 3p yang lebih besar pada unsur periode 3 menyebabkan tolakan antar-elektron lebih kecil dibandingkan orbital 2p pada periode 2.

Hal ini memungkinkan elektron tambahan diterima dengan lebih mudah, sehingga afinitas elektron lebih besar (lebih banyak energi dilepaskan).

Jawaban yang benar adalah C.

Soal #47

Pasangan unsur mana yang mempunyai keelektronegatifan berdekatan (bedanya paling kecil)?

1. C dan Al
2. O dan Cl
3. N dan P
4. P dan As

Penyelesaian Soal #47

Untuk menentukan pasangan unsur dengan keelektronegatifan berdekatan (selisih terkecil), kita analisis berdasarkan letak unsur dalam tabel periodik, karena tidak ada data numerik keelektronegatifan.

Keelektronegatifan meningkat dari kiri ke kanan dalam satu periode dan menurun dari atas ke bawah dalam satu golongan. Perbedaan terkecil biasanya terjadi pada unsur dalam golongan sama dan periode berdekatan.

• Opsi A: C dan Al
  C (Periode 2, Golongan 14), Al (Periode 3, Golongan 13).
  Golongan berbeda (14 vs 13) dan periode berbeda (2 vs 3).
  Perbedaan keelektronegatifan besar karena Al lebih ke kiri (tarikan lemah) dan di periode bawah.
  
  
• Opsi B: O dan Cl
  O (Periode 2, Golongan 16), Cl (Periode 3, Golongan 17).
  Golongan berbeda (16 vs 17), periode berdekatan (2 vs 3).
  Perbedaan sedang, karena O dan Cl punya keelektronegatifan tinggi, tapi golongan berbeda memperbesar selisih.
  
  
• Opsi C: N dan P
  N (Periode 2, Golongan 15), P (Periode 3, Golongan 15).
  Golongan sama (15), tapi periode 2 ke 3 menunjukkan penurunan keelektronegatifan signifikan, karena atom periode 2 (N) kecil dan tarikannya kuat, sedangkan P lebih besar.
  
  
• Opsi D: P dan As
  P (Periode 3, Golongan 15), As (Periode 4, Golongan 15).
  Golongan sama (15), periode berdekatan (3 vs 4).
  Penurunan keelektronegatifan dari periode 3 ke 4 lebih kecil dibandingkan periode 2 ke 3, sehingga selisih keelektronegatifan P dan As paling kecil.

Berdasarkan analisis, pasangan P dan As memiliki keelektronegatifan paling mirip karena golongan sama dan perubahan periode kecil.

Jawaban yang benar adalah D.

Soal #48

Melalui mode apa ²¹²Po mengalami peluruhan radioaktif?

1. Peluruhan α
2. Peluruhan β^-
3. Emisi positron
4. Fisi spontan

Penyelesaian Soal #48

Untuk menentukan mode peluruhan radioaktif isotop ²¹²Po (Polonium-212), kita analisis berdasarkan sifat unsur polonium dan karakteristik peluruhan radioaktif.

Polonium (Po) adalah unsur berat dalam tabel periodik (nomor atom 84), dan isotopnya sering kali tidak stabil, sehingga mengalami peluruhan radioaktif. Mari kita evaluasi setiap opsi:

• Opsi A: Peluruhan α
  Peluruhan alfa (α) terjadi ketika inti atom melepaskan partikel alfa (setara dengan inti helium, ⁴He, yang terdiri dari 2 proton dan 2 neutron). Ini mengurangi nomor atom sebesar 2 dan nomor massa sebesar 4.
  
  Peluruhan alfa umum terjadi pada unsur berat (nomor atom > 82, seperti polonium) karena inti besar cenderung menstabilkan diri dengan mengurangi massa dan muatan.
  
  Untuk ²¹²Po, peluruhan alfa menghasilkan ²⁰⁸Pb (nomor atom 82, nomor massa 208), yang merupakan isotop timbal yang lebih stabil.
  
  
• Opsi B: Peluruhan β^-
  Peluruhan beta minus (β^-) terjadi ketika neutron di inti berubah menjadi proton, melepaskan elektron dan antineutrino. Ini meningkatkan nomor atom sebesar 1 tanpa mengubah nomor massa.
  
  Untuk ²¹²Po, peluruhan β^- akan menghasilkan ²¹²At (astatine, nomor atom 85). Namun, astatine adalah unsur yang sangat tidak stabil, dan polonium lebih cenderung meluruh ke unsur yang lebih stabil seperti timbal melalui peluruhan alfa, bukan ke astatine.
  
  
• Opsi C: Emisi positron
  Emisi positron (β⁺) terjadi ketika proton di inti berubah menjadi neutron, melepaskan positron dan neutrino.
  
  Ini mengurangi nomor atom sebesar 1 tanpa mengubah nomor massa. Untuk ²¹²Po, emisi positron akan menghasilkan ²¹²Bi (bismut, nomor atom 83).
  
  Namun, emisi positron lebih umum pada isotop yang kekurangan neutron (rasio neutron/proton rendah), sedangkan ²¹²Po memiliki inti berat dengan rasio neutron/proton tinggi, sehingga peluruhan ini kurang mungkin terjadi.
  
  
• Opsi D: Fisi spontan
  Fisi spontan adalah proses di mana inti atom terbelah menjadi dua inti besar tanpa dipicu oleh partikel eksternal.
  
  Ini sangat jarang dan biasanya terjadi pada isotop yang sangat berat seperti ²³⁵U atau ²³⁹Pu. Untuk ²¹²Po, nomor massanya terlalu kecil untuk mengalami fisi spontan, sehingga opsi ini tidak relevan.

Berdasarkan analisis, polonium-212 adalah isotop berat yang cenderung meluruh melalui peluruhan alfa untuk mengurangi ukuran inti dan mencapai stabilitas, menghasilkan isotop timbal (²⁰⁸Pb).

Data peluruhan menunjukkan bahwa ²¹²Po memang meluruh melalui alfa dengan waktu paruh sekitar 0,3 mikrodetik, yang konsisten dengan sifat unsur berat.

Jawaban yang benar adalah A.

Soal #49

Spesies mana yang memiliki geometri planar persegi?

1. BH₄^-
2. SF₄
3. ZnCl₄^2-
4. AuCl₄^-

Penyelesaian Soal #49

Untuk menentukan spesies dengan geometri planar persegi, kita analisis geometri masing-masing spesies berdasarkan teori VSEPR (untuk molekul/ion non-logam) atau teori ikatan koordinasi (untuk kompleks logam).

Planar persegi terjadi ketika atom pusat memiliki empat atom terikat pada bidang yang sama, membentuk persegi, biasanya tanpa pasangan elektron bebas di bidang tersebut atau pada kompleks logam dengan konfigurasi elektron tertentu.

Mari kita evaluasi setiap opsi:

• Opsi A: BH₄^-
  BH₄^- (borohidrida) memiliki boron sebagai atom pusat dengan 3 elektron valensi. Dalam ion ini, boron membentuk 4 ikatan dengan hidrogen, dan muatan -1 menambah 1 elektron, sehingga total ada 4 pasang elektron ikatan.
  
  Menurut VSEPR, 4 pasang elektron ikatan tanpa pasangan bebas menghasilkan geometri tetrahedral (AX₄), bukan planar persegi.
  
  
• Opsi B: SF₄
  SF₄ (sulfur tetrafluorida) memiliki sulfur sebagai atom pusat dengan 6 elektron valensi. Sulfur membentuk 4 ikatan dengan fluor, menggunakan 4 dari 5 pasang elektron (4 ikatan + 1 pasang bebas).
  
  Menurut VSEPR, notasi AX₄E (4 pasang ikatan, 1 pasang bebas) menghasilkan geometri seesaw (jungkat-jungkit), karena pasangan bebas menempati posisi ekuatorial, menyebabkan distorsi dari bentuk planar. Geometri ini bukan planar persegi.
  
  
• Opsi C: ZnCl₄^2-
  ZnCl₄^2- adalah kompleks koordinasi dengan seng (Zn, nomor atom 30) sebagai atom pusat. Seng(II) memiliki konfigurasi elektron [Ar] 3d¹⁰, yang berarti semua orbital d terisi penuh. Dalam kompleks dengan 4 ligan klorida (Cl^-), seng membentuk 4 ikatan koordinasi.
  
  Untuk ion Zn²⁺ dengan konfigurasi d¹⁰, kompleks dengan bilangan koordinasi 4 biasanya mengadopsi geometri tetrahedral, bukan planar persegi, karena tidak ada efek distorsi kristal (crystal field splitting) yang mendukung planar persegi seperti pada ion d⁸.
  
  
• Opsi D: AuCl₄^-
  AuCl₄^- adalah kompleks koordinasi dengan emas (Au, nomor atom 79) sebagai atom pusat. Emas dalam kompleks ini biasanya berada dalam keadaan oksidasi +3 (Au³⁺), dengan konfigurasi elektron [Xe] 4f¹⁴ 5d⁸.
  
  Untuk ion d⁸ dengan bilangan koordinasi 4, kompleks logam transisi periode ke-5 atau ke-6 (seperti Au) cenderung membentuk geometri planar persegi karena efek pemisahan medan kristal (crystal field splitting) yang kuat pada orbital d.
  
  Dalam geometri planar persegi, keempat ligan klorida terletak pada bidang yang sama, membentuk persegi di sekitar atom emas, yang konsisten dengan sifat kompleks d⁸.

Berdasarkan analisis, hanya AuCl₄^- yang memiliki geometri planar persegi, karena karakteristik konfigurasi d⁸ pada emas(III) mendukung pembentukan struktur ini dalam kompleks koordinasi dengan 4 ligan.

Jawaban yang benar adalah D.

Soal #50

Isomer CNO^- mana yang paling stabil?

1. CNO^- linear
2. NCO^- linear
3. CON^- linear
4. CNO^- siklik

Penyelesaian Soal #50

Soal ini meminta kita menentukan isomer CNO^- yang paling stabil di antara opsi yang diberikan: tiga isomer linear (CNO^-, NCO^-, CON^-) dan satu isomer siklik.

Stabilitas isomer ditentukan oleh struktur Lewis, muatan formal, dan distribusi elektron yang meminimalkan energi.

Kita akan menganalisis setiap opsi dengan menghitung muatan formal dan mempertimbangkan sifat kimia atom C, N, dan O.

Keelektronegatifan (skala Pauling: C = 2,55; N = 3,04; O = 3,44) juga memengaruhi stabilitas, karena muatan negatif cenderung lebih stabil pada atom yang lebih elektronegatif.

• Opsi A: CNO^- linear
  Isomer ini memiliki urutan atom C-N-O (struktur [C-N-O]^-).
  
  Untuk membentuk struktur Lewis, kita hitung total elektron valensi: C (4 elektron), N (5 elektron), O (6 elektron), +1 elektron dari muatan -1 = 16 elektron (8 pasang).
  
  Struktur resonansi utama adalah:
  - [C≡N-O]^- (ikatan rangkap tiga C≡N, ikatan tunggal N-O).
  
  Muatan formal: C = 4 - (0 pasang bebas + 3 ikatan) = +1; N = 5 - (1 pasang bebas + 4 ikatan) = 0; O = 6 - (2 pasang bebas + 1 ikatan) = -2.
  
  Struktur ini menempatkan muatan negatif besar (-2) pada oksigen, yang wajar karena O paling elektronegatif.
  
  Namun, ikatan tunggal N-O relatif lemah, dan muatan formal +1 pada karbon kurang menguntungkan. Stabilitasnya sedang.
  
  
• Opsi B: NCO^- linear
  Isomer ini memiliki urutan N-C-O ([N-C-O]^-), dikenal sebagai sianat. Total elektron sama (16 elektron).
  
  Struktur resonansi utama:
  - [N≡C-O]^- (ikatan rangkap tiga N≡C, ikatan tunggal C-O).
  
  Muatan formal: N = 5 - (0 pasang bebas + 3 ikatan) = +2; C = 4 - (0 pasang bebas + 4 ikatan) = 0; O = 6 - (2 pasang bebas + 1 ikatan) = -2.
  
  - Struktur resonansi lain: [N=C=O]^- (ikatan rangkap dua pada N=C dan C=O).
  
  Muatan formal: N = 5 - (1 pasang bebas + 2 ikatan) = +1; C = 4 - (0 pasang bebas + 4 ikatan) = 0; O = 6 - (1 pasang bebas + 2 ikatan) = -1.
  
  Struktur ini menempatkan muatan negatif pada oksigen, yang sangat elektronegatif, dan muatan formal pada nitrogen lebih kecil pada resonansi kedua.
  
  Ikatan N≡C kuat, dan NCO^- (sianat) adalah ion yang diketahui stabil secara kimia, sehingga ini kandidat kuat untuk isomer paling stabil.
  
  
• Opsi C: CON^- linear
  Isomer ini memiliki urutan C-O-N ([C-O-N]^-). Struktur resonansi utama:
  - [C=O-N]^- (ikatan rangkap dua C=O, ikatan tunggal O-N).
  
  Muatan formal: C = 4 - (1 pasang bebas + 2 ikatan) = 0; O = 6 - (0 pasang bebas + 3 ikatan) = +1; N = 5 - (2 pasang bebas + 1 ikatan) = -2.
  
  Struktur ini menempatkan muatan negatif besar (-2) pada nitrogen, yang kurang elektronegatif dibandingkan oksigen, sehingga kurang menguntungkan.
  
  Muatan positif pada oksigen (+1) juga tidak ideal karena oksigen biasanya membawa muatan negatif dalam struktur stabil. Isomer ini kurang stabil dibandingkan NCO^-.
  
  
• Opsi D: CNO^- siklik
  Isomer siklik berarti C, N, dan O membentuk cincin tiga atom.
  Total elektron tetap 16. Struktur siklik membutuhkan ikatan tunggal atau rangkap antar atom untuk membentuk segitiga, tetapi sulit mencapai aturan oktet untuk ketiga atom tanpa muatan formal yang besar.
  
  Misalnya, struktur [C-N-O] siklik dengan ikatan tunggal antar atom menghasilkan muatan formal yang tidak optimal dan tegangan cincin tinggi karena sudut ikatan kecil (~60°), jauh dari sudut ideal untuk hibridisasi sp atau sp².
  
  Struktur siklik ini sangat tidak stabil dibandingkan isomer linear karena tegangan geometris dan distribusi elektron yang buruk.

Berdasarkan analisis muatan formal dan sifat kimia, NCO^- (sianat) adalah isomer paling stabil. Ini didukung oleh fakta bahwa ion sianat ([N=C=O]^-) ditemukan dalam senyawa kimia nyata, memiliki ikatan kuat (N≡C), dan menempatkan muatan negatif pada oksigen yang sangat elektronegatif.

Isomer CNO^- linear kurang stabil karena muatan formal positif pada karbon, CON^- kurang ideal karena muatan negatif pada nitrogen, dan CNO^- siklik tidak stabil karena tegangan cincin dan distribusi elektron yang buruk.

Jawaban yang benar adalah B.

Soal #51

Berapa banyak stereoisomer oktahedral Co(en)₂Cl₂⁺ yang mungkin (en = etilendiamin, H₂NCH₂CH₂NH₂)?

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

Penyelesaian Soal #51

Kompleks Co(en)₂Cl₂⁺ adalah kompleks oktahedral dengan kobalt sebagai atom pusat, dua ligan etilendiamin (en, bidentat), dan dua ligan klorida (Cl^-, monodentat).

Dalam geometri oktahedral, atom pusat dikelilingi oleh enam posisi koordinasi. Karena en adalah ligan bidentat yang menempati dua posisi, dua molekul en menempati 4 posisi, dan dua Cl menempati 2 posisi sisanya, memenuhi bilangan koordinasi 6.

Stereoisomer mencakup isomer geometris (cis dan trans) dan isomer optik (enansiomer jika kiral). Mari kita analisis kemungkinan pengaturannya:

• Struktur Kompleks
  Etilendiamin (en) adalah ligan bidentat yang mengikat melalui dua atom nitrogen, membentuk cincin lima anggota dengan kobalt.
  
  Kompleks dapat ditulis sebagai [Co(en)₂Cl₂]⁺, dengan Co kemungkinan dalam keadaan oksidasi +3 (karena muatan total +1, dengan 2 Cl^- dan en netral).
  
  Dalam oktahedral, posisi ligan dapat diatur dalam dua konfigurasi utama berdasarkan posisi relatif dua ligan Cl: cis (Cl berdekatan, sudut 90°) atau trans (Cl berseberangan, sudut 180°).
  
  
• Isomer Trans
  Dalam konfigurasi trans, dua ligan Cl berada di posisi berseberangan (sumbu z, misalnya), dan dua molekul en menempati empat posisi ekuatorial (bidang xy).
  
  Karena posisi Cl simetris (berseberangan), kompleks ini memiliki pusat simetri atau bidang simetri, sehingga tidak kiral.
  
  Hanya ada satu isomer trans, dan tidak ada enansiomer karena simetris.
  
  
• Isomer Cis
  Dalam konfigurasi cis, dua ligan Cl berdekatan (misalnya, pada sumbu x dan y), dan dua molekul en menempati empat posisi lainnya.
  
  Karena Cl tidak berseberangan, konfigurasi ini tidak memiliki pusat simetri atau bidang simetri yang membuatnya simetris secara keseluruhan.
  
  Kompleks cis bersifat kiral, sehingga memiliki dua enansiomer (bayangan cermin yang tidak dapat ditumpukkan, seperti tangan kiri dan kanan).
  
  Oleh karena itu, konfigurasi cis menghasilkan dua isomer optik.
  
  
• Analisis Stereoisomer
  Total stereoisomer adalah jumlah isomer geometris dan optik:
  - Trans: 1 isomer (tidak kiral).
  - Cis: 2 isomer (sepasang enansiomer).
  Jadi, total ada 3 stereoisomer: satu trans dan dua cis (enansiomer).
  
  
• Pemeriksaan Opsi
  - Opsi A (1): Tidak mungkin, karena ada lebih dari satu pengaturan (cis dan trans).
  - Opsi B (2): Tidak cukup, karena cis memiliki dua enansiomer, ditambah trans.
  - Opsi C (3): Sesuai dengan analisis (1 trans + 2 cis).
  - Opsi D (4): Tidak ada konfigurasi lain yang mungkin dalam oktahedral untuk kompleks ini.
  
  Tidak ada isomer lain (misalnya, linkage isomer) karena en dan Cl mengikat dengan cara spesifik (en melalui nitrogen, Cl melalui klorida).

Berdasarkan analisis, kompleks Co(en)₂Cl₂⁺ memiliki tiga stereoisomer: satu isomer trans (tidak kiral) dan dua isomer cis (sepasang enansiomer).

Jawaban yang benar adalah C.

Soal #52

Pernyataan mana yang paling akurat menggambarkan ikatan dalam kation asetil, CH₃CO⁺?

1. Spesies ini memiliki lima ikatan σ dan dua ikatan π
2. Ikatan karbon-oksigen memiliki orde ikatan 2
3. Karbon yang terikat pada oksigen memiliki geometri bengkok
4. Struktur resonansi yang paling signifikan memiliki muatan positif formal pada karbon

Penyelesaian Soal #52

Kation asetil, CH₃CO⁺, terdiri dari gugus metil (CH₃) yang terikat pada karbon yang juga terikat pada oksigen, dengan muatan positif +1.

Untuk menentukan pernyataan paling akurat, kita analisis struktur Lewis, jenis ikatan (σ dan π), orde ikatan, geometri, dan muatan formal.

Langkah 1: Struktur Lewis dan Jumlah Elektron
Total elektron valensi: C (4 × 2 = 8), H (1 × 3 = 3), O (6), dikurangi 1 elektron untuk muatan +1 = 16 elektron (8 pasang).

Struktur resonansi utama kation asetil adalah [H₃C-C≡O]⁺, dengan karbon pusat (C2) terikat pada gugus metil (C1 dengan 3 H) dan oksigen melalui ikatan rangkap tiga.

Struktur resonansi lain yang mungkin adalah [H₃C-C=O]⁺ (ikatan rangkap dua C=O).

Langkah 2: Analisis Opsi

• Opsi A: Spesies ini memiliki lima ikatan σ dan dua ikatan π
  Dalam struktur [H₃C-C≡O]⁺:
  
  Ikatan σ: 3 ikatan C-H (dari CH₃), 1 ikatan C-C (antara CH₃ dan C2), 1 ikatan σ C-O (bagian dari ikatan rangkap tiga). Total = 5 ikatan σ.
  
  Ikatan π: Ikatan rangkap tiga C≡O terdiri dari 1 ikatan σ dan 2 ikatan π.
  Jadi, ada 5 ikatan σ dan 2 ikatan π. Opsi ini benar.
  
  
• Opsi B: Ikatan karbon-oksigen memiliki orde ikatan 2
  Orde ikatan ditentukan dari struktur resonansi. Dalam struktur utama [H₃C-C≡O]⁺, ikatan C-O adalah ikatan rangkap tiga (orde 3).
  
  Dalam struktur resonansi minor [H₃C-C=O]⁺, ikatan C-O adalah rangkap dua (orde 2). Namun, struktur dengan ikatan rangkap tiga lebih dominan karena oksigen memenuhi aturan oktet dan muatan formal lebih rendah (lihat opsi D).
  
  Orde ikatan rata-rata mendekati 3, bukan 2. Opsi ini salah.
  
  
• Opsi C: Karbon yang terikat pada oksigen memiliki geometri bengkok
  Karbon pusat (C2) yang terikat pada oksigen memiliki tiga kelompok elektron: 1 ikatan C-C (ke CH₃) dan 1 ikatan rangkap tiga C≡O (dihitung sebagai satu kelompok dalam VSEPR karena menempati satu arah).
  Menurut VSEPR, dua kelompok elektron menghasilkan geometri linear (AX₂), bukan bengkok. Opsi ini salah.
  
  
• Opsi D: Struktur resonansi yang paling signifikan memiliki muatan positif formal pada karbon
  Mari hitung muatan formal untuk struktur [H₃C-C≡O]⁺:
  - C1 (CH₃): 4 - (0 pasang bebas + 4 ikatan) = 0.
  - C2 (pusat): 4 - (0 pasang bebas + 4 ikatan) = 0.
  - O: 6 - (2 pasang bebas + 3 ikatan) = +1.
  
  Muatan total: 0 + 0 + 1 = +1, sesuai dengan muatan ion. Muatan positif formal ada pada oksigen, bukan karbon. Untuk struktur minor [H₃C-C=O]⁺:
  - C2: 4 - (1 pasang bebas + 3 ikatan) = 0.
  - O: 6 - (1 pasang bebas + 2 ikatan) = +1.
  
  Muatan positif tetap pada oksigen. Tidak ada struktur resonansi utama yang menempatkan muatan positif pada karbon. Opsi ini salah.

Langkah 3: Menentukan Pernyataan Paling Akurat
Opsi A benar karena menghitung ikatan σ dan π dengan tepat (5 σ, 2 π).
Opsi B salah karena orde ikatan C-O mendekati 3, bukan 2.
Opsi C salah karena geometri karbon pusat linear, bukan bengkok.
Opsi D salah karena muatan positif formal ada pada oksigen, bukan karbon. 

Struktur resonansi utama [H₃C-C≡O]⁺ mendominasi karena memenuhi aturan oktet untuk oksigen dan memiliki ikatan kuat C≡O.

Jawaban yang benar adalah A.

Soal #53

Proton mana yang ditandai dalam asam askorbat yang paling asam?

Penyelesaian Soal: Proton Paling Asam pada Asam Askorbat

Asam askorbat, atau vitamin C, memiliki nama IUPAC 5-(1,2-dihydroxyethyl)-3,4-dihydroxyfuran-2(5H)-one.

Untuk menentukan proton mana yang paling asam, kita perlu menganalisis struktur molekulnya, mengidentifikasi semua proton yang dapat dilepaskan (proton asam, biasanya terikat pada O atau N), dan mengevaluasi keasaman berdasarkan stabilitas basa konjugat yang dihasilkan setelah proton dilepaskan.

Keasaman proton dipengaruhi oleh faktor seperti elektronegativitas atom yang terikat, efek resonansi, dan efek induktif.

Langkah 1: Struktur Molekul Asam Askorbat

Asam askorbat memiliki struktur siklik berbasis furan dengan gugus fungsional berikut:

• Cincin lakton (furan-2(5H)-one), yang mengandung gugus karbonil (C=O) pada posisi 2.
  
  
• Dua gugus hidroksil (-OH) pada posisi 3 dan 4 di cincin (atom karbon C3 dan C4).
  
  
• Rantai samping di posisi 5: -CH(OH)-CH₂OH (1,2-dihydroxyethyl), dengan dua gugus hidroksil (pada C5 dan C6, jika kita beri label rantai samping).

Struktur kimianya dapat digambarkan sebagai:

• Cincin: C1 (karbon karbonil, C=O), C2 dan C3 (terikat dengan -OH pada C3 dan C4), C4 (terikat dengan rantai samping), dan C5 (terikat dengan H).
  
  
• Rantai samping: C5 terikat pada C6 (dengan -OH) dan C7 (dengan -OH terminal, CH₂OH).

Proton asam yang mungkin adalah proton dari gugus -OH pada:

• C3 (OH pada karbon enolik di cincin, dekat karbonil).
  
  
• C4 (OH pada karbon enolik di cincin).
  
  
• C6 (OH sekunder pada rantai samping).
  
  
• C7 (OH primer pada CH₂OH di rantai samping).

Langkah 2: Evaluasi Keasaman Proton
Keasaman proton bergantung pada stabilitas basa konjugat setelah proton dilepaskan. Semakin stabil basa konjugat (anion), semakin asam protonnya.

Stabilitas anion dipengaruhi oleh resonansi, efek induktif, dan elektronegativitas atom yang membawa muatan negatif. Kita akan memeriksa setiap gugus -OH:

• Proton pada C3 (-OH enolik, posisi 3)
  Jika proton pada C3 dilepaskan, terbentuk anion [O^-] pada C3. Struktur asam askorbat memiliki gugus karbonil (C1=O) yang berdekatan dengan C3, sehingga anion ini dapat distabilkan melalui resonansi.
  
  Struktur resonansi utama melibatkan delokalisasi elektron dari O^- ke karbonil, membentuk struktur enolat yang sangat stabil:
  - [O^--C3=C2-C1=O] ↔ [O=C3-C2=C1-O^-].
  
  Delokalisasi ini menyebarkan muatan negatif ke oksigen karbonil, yang sangat elektronegatif (3,44), meningkatkan stabilitas anion. Selain itu, gugus -OH pada C4 juga dapat berkontribusi pada stabilitas melalui ikatan hidrogen intramolekul.
  
  Proton pada C3 memiliki nilai pKa sekitar 4,1 (berdasarkan data eksperimental asam askorbat), menunjukkan keasaman tinggi dibandingkan alkohol biasa (pKa ~15-18).
  
  
• Proton pada C4 (-OH enolik, posisi 4)
  Jika proton pada C4 dilepaskan, terbentuk anion [O^-] pada C4. Anion ini juga dapat distabilkan oleh resonansi, tetapi delokalisasi muatan negatif kurang efektif dibandingkan C3 karena C4 lebih jauh dari karbonil (C1=O).
  
  Resonansi melibatkan konjugasi dengan ikatan rangkap di cincin, tetapi muatan negatif tidak terdelokalisasi langsung ke oksigen karbonil.
  
  Nilai pKa untuk proton ini lebih tinggi (sekitar 11,6 untuk deprotonasi kedua asam askorbat), menunjukkan bahwa proton ini kurang asam dibandingkan proton pada C3.
  
  
• Proton pada C6 (-OH sekunder di rantai samping)
  Proton pada C6 adalah bagian dari gugus -OH sekunder (CH(OH)). Jika dilepaskan, terbentuk anion alkoksida [CH(O^-)].
  
  Anion ini tidak distabilkan oleh resonansi karena rantai samping tidak terkonjugasi dengan cincin atau karbonil. Stabilitas hanya bergantung pada efek induktif dari atom karbon tetangga, yang lemah.
  
  Keasaman proton ini mirip dengan alkohol sekunder biasa (pKa ~16-17), jauh lebih rendah dibandingkan proton enolik.
  
  
• Proton pada C7 (-OH primer di CH₂OH)
  Proton pada C7 adalah bagian dari gugus -OH primer (CH₂OH). Jika dilepaskan, terbentuk anion alkoksida [CH₂O^-].
  
  Seperti C6, anion ini tidak distabilkan oleh resonansi dan hanya bergantung pada efek induktif, yang minimal.
  
  Keasaman proton ini mirip dengan alkohol primer (pKa ~15-16), juga jauh lebih rendah dibandingkan proton enolik.

Langkah 3: Perbandingan Keasaman
Proton pada C3 adalah yang paling asam karena:

• Anionnya distabilkan oleh resonansi yang kuat dengan gugus karbonil, menyebarkan muatan negatif ke oksigen yang sangat elektronegatif.
  
  
• Nilai pKa (~4,1) jauh lebih rendah dibandingkan C4 (~11,6), C6 (~16-17), dan C7 (~15-16).
  
  
• Struktur enolik pada C3 mirip dengan asam fenolik atau enol yang terkonjugasi, yang meningkatkan keasaman dibandingkan alkohol alifatik pada rantai samping.

Kesimpulan
Proton paling asam pada asam askorbat adalah proton pada gugus hidroksil di posisi 3 (C3) di cincin furan, karena basa konjugatnya distabilkan oleh resonansi dengan gugus karbonil, menghasilkan pKa terendah (~4,1).

Jawaban yang benar adalah D.

Soal #54

Pernyataan mana tentang molekul fase gas NF yang benar?

I. Memiliki dua elektron tidak berpasangan dalam keadaan energi terendahnya
II. Memiliki energi ionisasi lebih kecil daripada atom N

1. Hanya I
2. Hanya II
3. Keduanya I dan II
4. Bukan I maupun II

Penyelesaian Soal #54

Soal ini meminta kita menentukan pernyataan mana yang benar tentang molekul NF (nitrogen monofluorida) dalam fase gas: (I) memiliki dua elektron tidak berpasangan dalam keadaan energi terendah, dan (II) memiliki energi ionisasi lebih kecil daripada atom N.

Kita akan menganalisis kedua pernyataan menggunakan teori ikatan molekul dan prinsip energi ionisasi.

Langkah 1: Struktur dan Ikatan Molekul NF
Molekul NF terdiri dari nitrogen (N, 5 elektron valensi, konfigurasi 1s² 2s² 2p³) dan fluor (F, 7 elektron valensi, 1s² 2s² 2p⁵). Total elektron valensi = 5 + 7 = 12 elektron.

Untuk membentuk molekul NF, kita asumsikan ikatan kovalen, dan kita akan menggunakan pendekatan orbital molekul sederhana serta struktur Lewis untuk memahami sifat ikatannya.

Struktur Lewis NF
Nitrogen dan fluor cenderung membentuk ikatan rangkap tiga (N≡F) untuk mendekati aturan oktet, mirip dengan molekul N₂ atau NO.

Struktur Lewis yang mungkin:
- [:N≡F:]
- N memiliki 1 pasang elektron bebas (2 elektron), 3 ikatan (6 elektron dibagi dengan F).
- F memiliki 3 pasang elektron bebas (6 elektron), 3 ikatan (6 elektron dibagi dengan N).

Total elektron: 2 (pasang bebas N) + 6 (pasang bebas F) + 6 (ikatan) = 14 elektron. Namun, NF hanya memiliki 12 elektron valensi, sehingga struktur ini tidak mungkin.

Struktur yang lebih realistis adalah ikatan rangkap dua atau tunggal dengan pasangan elektron bebas.

Mari coba ikatan rangkap dua:
- [N=F:]
- N: 2 pasang bebas (4 elektron), 2 ikatan (4 elektron).
- F: 2 pasang bebas (4 elektron), 2 ikatan (4 elektron).

Total: 4 + 4 + 4 = 12 elektron, sesuai. Muatan formal: N = 5 - (2 pasang + 2 ikatan) = +1; F = 7 - (2 pasang + 2 ikatan) = +1. Struktur ini kurang ideal karena muatan formal positif pada kedua atom.

Menggunakan pendekatan orbital molekul lebih akurat untuk NF karena molekul ini tidak biasa. NF memiliki 12 elektron valensi, dan dalam keadaan energi terendah (ground state), elektron-elektron ini mengisi orbital molekul berdasarkan diagram orbital molekul (MO) untuk molekul heteronuklir seperti NO atau NF.

Pernyataan I: Memiliki dua elektron tidak berpasangan dalam keadaan energi terendah
Untuk menentukan jumlah elektron tidak berpasangan, kita perlu konfigurasi orbital molekul NF. Urutan orbital molekul untuk molekul diatomic seperti NF (mirip NO, dengan jumlah elektron valensi mendekati):
- σ(2s), σ*(2s), π(2p), σ(2p), π*(2p), σ*(2p).

Total 12 elektron valensi mengisi:
- σ(2s)², σ*(2s)², π(2p)⁴, σ(2p)², π*(2p)².

Orbital π*(2p) adalah orbital antibonding yang terdegenerasi (dua orbital dengan energi sama). Dengan 2 elektron di π*(2p), masing-masing orbital mendapat 1 elektron (hukum Hund), sehingga ada dua elektron tidak berpasangan.

Orde ikatan: [(8 ikatan - 4 antibonding)/2] = 2, konsisten dengan ikatan rangkap. Jadi, pernyataan I benar.

Pernyataan II: Memiliki energi ionisasi lebih kecil daripada atom N
Energi ionisasi (EI) adalah energi yang dibutuhkan untuk melepaskan satu elektron dari atom atau molekul dalam fase gas.

Untuk atom N (1s² 2s² 2p³), EI adalah ~14,53 eV (melepaskan 1 elektron dari 2p). Untuk NF, elektron termudah dilepaskan dari orbital π*(2p), yang merupakan orbital antibonding dengan energi lebih tinggi (kurang terikat) dibandingkan orbital 2p atom N.

Molekul heteronuklir seperti NF (dengan F lebih elektronegatif) memiliki orbital molekul yang agak terdestabilisasi dibandingkan atom N karena perbedaan elektronegativitas.

Studi spektroskopi menunjukkan EI NF (~12,5-13 eV) lebih kecil daripada EI atom N (~14,53 eV), karena elektron di π*(2p) kurang terikat. Jadi, pernyataan II benar.

Langkah 3: Evaluasi Opsi

• Opsi A (Hanya I): Salah, karena II juga benar.
  
  
• Opsi B (Hanya II): Salah, karena I juga benar.
  
  
• Opsi C (Keduanya I dan II): Benar, karena NF memiliki dua elektron tidak berpasangan (π*(2p)²) dan EI lebih kecil daripada atom N.
  
  
• Opsi D (Bukan I maupun II): Salah, karena keduanya benar.

Jawaban yang benar adalah C.

Soal #55

Berapa banyak isomer stabil dari C₄H₈ yang ada?

1. 3
2. 4
3. 5
4. 6

Penyelesaian Soal #55

Soal ini meminta kita menentukan jumlah isomer stabil dari senyawa dengan rumus molekul C₄H₈. Rumus ini memiliki satu derajat ketidakjenuhan, dihitung dari formula alkana (C_nH_2n+2): untuk n=4, C₄H₁₀, sehingga C₄H₈ memiliki satu ikatan rangkap atau satu cincin.

Isomer stabil mencakup isomer struktural (alkena dan sikloalkana) serta stereoisomer (cis-trans) yang tidak memiliki tegangan cincin berlebihan atau ketidakstabilan kimiawi. Mari kita identifikasi semua isomer:

Langkah 1: Identifikasi Isomer Struktural
C₄H₈ dapat membentuk alkena (satu ikatan rangkap) atau sikloalkana (satu cincin). Isomer struktural utama adalah:
- Alkena:
1. But-1-ena (1-butena, CH₂=CH-CH₂-CH₃).
2. But-2-ena (2-butena, CH₃-CH=CH-CH₃).
3. 2-Metilpropena (isobutena, (CH₃)₂C=CH₂).

- Sikloalkana:
4. Siklobutana (cincin 4 karbon, C₄H₈).
5. Metilsiklopropana (cincin 3 karbon dengan gugus metil, CH₃-C₃H₅).

Langkah 2: Pertimbangkan Stereoisomer
- But-2-ena: Memiliki ikatan rangkap C=C di antara dua karbon, masing-masing terikat pada gugus yang berbeda (CH₃ dan H). Ini memungkinkan isomer geometris:
- cis-2-butena (kedua CH₃ di sisi yang sama).
- trans-2-butena (kedua CH₃ di sisi berlawanan).

- 1-Butena: Tidak memiliki isomer cis-trans karena satu karbon pada ikatan rangkap memiliki dua atom H (CH₂=), sehingga simetris.

- 2-Metilpropena: Tidak memiliki isomer cis-trans karena karbon pada ikatan rangkap memiliki dua gugus metil ((CH₃)₂C=), sehingga simetris.
- Siklobutana: Cincin planar dengan simetri tinggi, tidak memiliki stereoisomer cis-trans.
- Metilsiklopropana: Gugus metil dapat berada di posisi yang sama atau berbeda relatif terhadap cincin, tetapi siklopropana sangat kaku dan planar, sehingga tidak menghasilkan stereoisomer yang signifikan dalam konteks ini.

Langkah 3: Daftar Isomer Stabil
Berdasarkan analisis, isomer stabil C₄H₈ adalah:
1. But-1-ena (1-butena).
2. cis-2-Butena.
3. trans-2-Butena.
4. 2-Metilpropena (isobutena).
5. Siklobutana.
6. Metilsiklopropana.

Total: 6 isomer stabil. Catatan: Siklopropena (C₃H₄) atau butadiena (C₄H₆) tidak termasuk karena tidak sesuai dengan rumus C₄H₈. Semua isomer ini cukup stabil pada kondisi standar, meskipun siklopropana memiliki sedikit tegangan cincin.

Langkah 4: Analisis Opsi
- Opsi A (3): Terlalu sedikit, mungkin hanya mempertimbangkan alkena tanpa stereoisomer (1-butena, 2-butena, isobutena).

- Opsi B (4): Mungkin mempertimbangkan alkena dan satu sikloalkana, tetapi mengabaikan stereoisomer cis-trans.

- Opsi C (5): Bisa terjadi jika cis dan trans 2-butena dianggap satu isomer, tetapi ini kurang tepat karena stereoisomer dihitung terpisah.

- Opsi D (6): Sesuai dengan hitungan: tiga alkena (dengan 2-butena memiliki cis dan trans), siklobutana, dan metilsiklopropana.

Kesimpulan
Jumlah isomer stabil C₄H₈ adalah 6, terdiri dari tiga alkena (1-butena, cis-2-butena, trans-2-butena, 2-metilpropena) dan dua sikloalkana (siklobutana, metilsiklopropana).

Jawaban yang benar adalah D.

Soal #56

Senyawa mana yang menyerap radiasi inframerah dengan kuat pada 1715 cm^-1?

Penyelesaian Soal #56

Soal ini meminta kita menentukan senyawa mana yang menyerap radiasi inframerah (IR) dengan kuat pada 1715 cm^-1.

Spektroskopi IR mendeteksi vibrasi gugus fungsional, dan pita serapan pada ~1715 cm^-1 biasanya menunjukkan adanya ikatan rangkap karbonil (C=O), seperti pada keton, aldehida, atau ester.

Kita akan menganalisis setiap senyawa berdasarkan struktur kimianya dan karakteristik spektrum IR-nya.

• Opsi A: Sikloheksena
  Sikloheksena (C₆H₁₀) adalah sikloalkena dengan satu ikatan rangkap C=C dalam cincin enam karbon.
  
  Spektrum IR sikloheksena menunjukkan pita serapan utama:
  - Ikatan C=C (~1650 cm^-1, intensitas sedang hingga lemah karena simetri).
  - Ikatan C-H sp² (~3000-3100 cm^-1).
  - Ikatan C-H sp³ (~2800-3000 cm^-1).
  
  Sikloheksena tidak memiliki gugus karbonil (C=O), sehingga tidak menyerap pada 1715 cm^-1.
  Opsi ini salah.
  
  
• Opsi B: Sikloheksanol
  Sikloheksanol (C₆H₁₂O) adalah sikloalkana dengan gugus hidroksil (-OH) pada cincin enam karbon.
  
  Spektrum IR sikloheksanol menunjukkan:
  - Pita -OH (~3200-3500 cm^-1, lebar, kuat).
  - Ikatan C-O (~1000-1200 cm^-1).
  - Ikatan C-H sp³ (~2800-3000 cm^-1).
  
  Tidak ada gugus karbonil (C=O), sehingga sikloheksanol tidak menyerap pada 1715 cm^-1.
  Opsi ini salah.
  
  
• Opsi C: Sikloheksanon
  Sikloheksanon (C₆H₁₀O) adalah sikloalkana dengan gugus karbonil (C=O) pada cincin enam karbon.
  
  Spektrum IR sikloheksanon menunjukkan:
  - Pita C=O (~1710-1715 cm^-1, kuat, khas untuk keton siklik).
  - Ikatan C-H sp³ (~2800-3000 cm^-1).
  
  Pita karbonil pada sikloheksanon muncul pada ~1715 cm^-1 karena gugus C=O dalam keton siklik memiliki frekuensi vibrasi yang sedikit lebih tinggi dibandingkan keton asiklik (~1700 cm^-1) akibat tegangan cincin.
  
  Absorpsi ini kuat dan spesifik, sehingga sikloheksanon sangat cocok dengan pernyataan soal.
  Opsi ini benar.
  
  
• Opsi D: Tetrahydro-2H-piran
  Tetrahydro-2H-piran (C₅H₁₀O) adalah senyawa siklik dengan cincin enam anggota yang mengandung satu atom oksigen (eter siklik).
  
  Spektrum IR-nya menunjukkan:
  - Ikatan C-O-C (~1000-1100 cm^-1, khas eter).
  - Ikatan C-H sp³ (~2800-3000 cm^-1).
  
  Tidak ada gugus karbonil (C=O), sehingga tetrahydro-2H-piran tidak menyerap pada 1715 cm^-1.
  Opsi ini salah.

Kesimpulan
Pita serapan kuat pada 1715 cm^-1 adalah karakteristik gugus karbonil (C=O). Dari opsi yang diberikan, hanya sikloheksanon yang memiliki gugus karbonil dan menyerap kuat pada ~1715 cm^-1.

Sikloheksena, sikloheksanol, dan tetrahydro-2H-piran tidak memiliki gugus C=O, sehingga tidak menyerap pada frekuensi tersebut.

Jawaban yang benar adalah C.

Soal #57

Suatu alkohol tidak diketahui diduga berupa 2-pentanol atau 3-pentanol. Metode instrumental mana yang paling efektif membedakan kedua kemungkinan ini?

1. Spektrometri massa
2. Spektroskopi inframerah
3. Spektroskopi ultraviolet
4. Spektroskopi ¹³C NMR

Penyelesaian Soal #57

Soal ini meminta kita menentukan metode instrumental paling efektif untuk membedakan 2-pentanol (CH₃CH(OH)CH₂CH₂CH₃) dan 3-pentanol (CH₃CH₂CH(OH)CH₂CH₃), dua isomer posisi alkohol sekunder dengan rumus molekul C₅H₁₂O.

Karena keduanya memiliki massa molekul yang sama, metode yang dipilih harus sensitif terhadap perbedaan struktural, khususnya posisi gugus -OH. Kita akan mengevaluasi setiap opsi:

• Opsi A: Spektrometri Massa
  Spektrometri massa (MS) mengukur rasio massa terhadap muatan (m/z) molekul dan fragmennya. Kedua senyawa memiliki rumus molekul C₅H₁₂O (massa molekul ~88 Da), sehingga ion molekul [M]⁺ akan sama (m/z = 88). Pola fragmentasi mungkin berbeda karena posisi -OH memengaruhi kerentanan ikatan C-C di sekitar gugus hidroksil.
  
  Misalnya, 2-pentanol dapat kehilangan air (H₂O, m/z = 70) melalui dehidrasi, menghasilkan ion C₅H₁₀⁺, dan fragmen seperti CH₃CH⁺ (m/z = 29). 3-pentanol juga menghasilkan fragmen serupa, tetapi distribusi intensitas fragmen mungkin sedikit berbeda karena posisi -OH yang lebih simetris.
  
  Namun, perbedaan ini sering kali halus dan sulit diinterpretasikan tanpa standar referensi, sehingga MS kurang efektif untuk membedakan isomer posisi ini dengan pasti.
  
  
• Opsi B: Spektroskopi Inframerah (IR)
  Spektroskopi IR mendeteksi vibrasi ikatan dalam molekul, terutama gugus fungsional seperti -OH dan C-H.
  
  Kedua senyawa adalah alkohol sekunder, sehingga spektrum IR akan menunjukkan pita serapan -OH (~3300-3500 cm^-1) dan ikatan C-O (~1000-1200 cm^-1) yang serupa.
  
  Perbedaan posisi -OH (karbon 2 vs. karbon 3) memengaruhi lingkungan sekitar gugus -OH, tetapi perbedaan ini biasanya hanya menyebabkan pergeseran kecil pada pita C-H atau C-O yang sulit dibedakan tanpa analisis mendetail.
  
  IR lebih cocok untuk mengidentifikasi gugus fungsional (misalnya, alkohol vs. keton), tetapi kurang sensitif untuk membedakan isomer posisi alkohol sekunder.
  
  
• Opsi C: Spektroskopi Ultraviolet (UV)
  Spektroskopi UV-Vis mendeteksi transisi elektron pada gugus kromofor, seperti ikatan rangkap (π→π* atau n→π*).
  
  Baik 2-pentanol maupun 3-pentanol hanya memiliki ikatan tunggal (C-C, C-H, C-O) tanpa kromofor yang signifikan, sehingga tidak menyerap kuat di wilayah UV-Vis (>200 nm).
  
  Spektrum UV keduanya akan sangat mirip dan tidak memberikan informasi struktural yang cukup untuk membedakan posisi gugus -OH. Opsi ini tidak efektif.
  
  
• Opsi D: Spektroskopi ¹³C NMR
  Spektroskopi ¹³C NMR mengukur pergeseran kimia (chemical shift) atom karbon berdasarkan lingkungan elektroniknya.
  
  Dalam 2-pentanol (CH₃CH(OH)CH₂CH₂CH₃), terdapat 5 karbon dengan lingkungan berbeda:
  - C1 (CH₃): ~14 ppm (metil ujung).
  - C2 (CH(OH)): ~67 ppm (terikat pada -OH).
  - C3 (CH₂): ~36 ppm.
  - C4 (CH₂): ~18 ppm.
  - C5 (CH₃): ~14 ppm.
  
  Dalam 3-pentanol (CH₃CH₂CH(OH)CH₂CH₃), juga terdapat 5 karbon, tetapi simetri molekul mengurangi jumlah sinyal unik:
  - C1/C5 (CH₃): ~10 ppm (metil simetris).
  - C2/C4 (CH₂): ~29 ppm (simetris).
  - C3 (CH(OH)): ~73 ppm.
  
  ¹³C NMR untuk 2-pentanol menunjukkan 5 sinyal berbeda karena asimetri, sedangkan 3-pentanol menunjukkan 3 sinyal karena simetri (C1=C5, C2=C4).
  
  Selain itu, pergeseran kimia karbon yang terikat pada -OH berbeda (~67 ppm untuk 2-pentanol, ~73 ppm untuk 3-pentanol) karena lingkungan elektronik yang berbeda.
  
  ¹³C NMR sangat sensitif terhadap perbedaan struktural ini, menjadikannya metode paling efektif untuk membedakan kedua isomer.

Kesimpulan
Spektrometri massa (A) memberikan pola fragmentasi yang mirip dan sulit dibedakan.

Spektroskopi IR (B) menunjukkan pita serapan serupa dengan perbedaan kecil yang tidak spesifik.

Spektroskopi UV (C) tidak berguna karena tidak ada kromofor.

Spektroskopi ¹³C NMR (D) memberikan perbedaan jelas dalam jumlah sinyal dan pergeseran kimia, terutama untuk karbon yang terikat pada -OH dan simetri molekul, sehingga paling efektif untuk membedakan 2-pentanol dan 3-pentanol.

Jawaban yang benar adalah D.

Soal #58

Struktur gutta percha, polimer alami, ditunjukkan di bawah ini. Senyawa mana yang merupakan blok pembangun monomerik gutta percha?

1. 2-metil-1-butena
2. 3-metil-1-butena
3. 2-metil-1,3-butadiena
4. 3-metil-1,2-butadiena

Penyelesaian Soal #58

Soal ini menanyakan senyawa mana yang merupakan blok pembangun monomerik (monomer) dari gutta percha, polimer alami.

Gutta percha adalah polimer alami yang berasal dari getah pohon Palaquium gutta, dan secara kimiawi merupakan isomer trans dari karet alami.

Untuk menentukan monomer, kita analisis berdasarkan struktur polimer dan literatur kimia. Mari kita evaluasi setiap opsi:

• Opsi A: 2-metil-1-butena
  2-Metil-1-butena (CH₂=C(CH₃)CH₂CH₃) adalah alkena sederhana dengan satu ikatan rangkap.
  
  Polimerisasi alkena ini menghasilkan polialkena, tetapi tidak sesuai dengan struktur gutta percha yang merupakan polidiena terkonjugasi.
  Opsi ini salah.
  
  
• Opsi B: 3-metil-1-butena
  3-Metil-1-butena (CH₂=CHCH(CH₃)₂) juga alkena sederhana dengan satu ikatan rangkap.
  
  Mirip dengan opsi A, polimer ini bukan polidiena, sehingga tidak cocok dengan gutta percha.
  Opsi ini salah.
  
  
• Opsi C: 2-metil-1,3-butadiena
  2-Metil-1,3-butadiena (CH₂=C(CH₃)CH=CH₂), juga dikenal sebagai isoprena, adalah diena terkonjugasi.
  
  Gutta percha adalah trans-1,4-poliisoprena, polimer dari isoprena dengan konfigurasi trans pada ikatan rangkap.
  
  Polimerisasi 1,4 isoprena menghasilkan rantai dengan unit berulang -[CH₂-C(CH₃)=CH-CH₂]-_n, yang sesuai dengan struktur gutta percha.
  Opsi ini benar.
  
  
• Opsi D: 3-metil-1,2-butadiena
  3-Metil-1,2-butadiena (CH₂=C=CHCH₃) adalah alena kumulatif (ikatan rangkap kumulatif).
  
  Polimerisasi alena ini menghasilkan struktur yang berbeda dari polidiena terkonjugasi seperti gutta percha.
  Opsi ini salah.

Berdasarkan analisis, monomer gutta percha adalah isoprena (2-metil-1,3-butadiena), yang membentuk polimer trans-1,4-polyisoprene.

Ini didukung oleh fakta bahwa gutta percha adalah isomer trans dari karet alami (cis-1,4-polyisoprene), dan keduanya berasal dari monomer yang sama.

Jawaban yang benar adalah C.

Soal #59

Dengan katalis mana kedua ester di bawah ini akan terhidrolisis pada laju yang berbeda satu sama lain?

I. H₂SO₄
II. Esterase hati babi

1. Hanya I
2. Hanya II
3. Keduanya I dan II
4. Bukan I maupun II

Penyelesaian Soal #59

Soal ini meminta kita menentukan dengan katalis mana kedua ester—etil (S)-2-hidroksi-2-fenilpropanoat dan etil (R)-2-hidroksi-2-fenilpropanoat—akan terhidrolisis pada laju yang berbeda.

Kedua ester ini adalah enansiomer (bayangan cermin) dari etil 2-hidroksi-2-fenilpropanoat (ester dari asam atrolaktat), dengan pusat kiral pada karbon alfa yang membawa gugus -OH, -Ph, -CH₃, dan -CO₂Et.

Hidrolisis ester adalah reaksi pemecahan ester menjadi asam karboksilat dan alkohol menggunakan air, yang dapat dikatalisis oleh asam, basa, atau enzim.

Laju reaksi bergantung pada katalis, dan untuk enansiomer, laju sama dalam lingkungan akiral tetapi bisa berbeda dalam lingkungan kiral. Mari kita analisis setiap katalis:

• Pernyataan I: H₂SO₄
  H₂SO₄ adalah katalis asam anorganik non-kiral yang memfasilitasi hidrolisis ester melalui mekanisme protonasi karbonil, diikuti serangan air.
  
  Karena H₂SO₄ achiral dan enansiomer memiliki sifat fisik/kimia identik (kecuali dalam interaksi kiral), laju hidrolisis untuk (S) dan (R) akan sama.
  Tidak ada perbedaan laju.
  Pernyataan I salah.
  
  
• Pernyataan II: Esterase hati babi
  Esterase hati babi (Pig Liver Esterase, PLE) adalah enzim (serine hidrolase) yang kiral karena struktur proteinnya. Enzim sering menunjukkan stereoselektivitas, di mana situs aktif berinteraksi lebih baik dengan satu enansiomer daripada yang lain, menyebabkan perbedaan laju hidrolisis.
  
  PLE dikenal digunakan untuk hidrolisis asimetris ester, termasuk resolusi enantiomerik ester alfa-hidroksi asam seperti atrolaktat.
  
  Misalnya, PLE selektif terhadap enansiomer tertentu, sehingga laju hidrolisis (S) dan (R) berbeda.
  2 Pernyataan II benar.

Berdasarkan analisis, hanya katalis II (esterase hati babi) yang menyebabkan perbedaan laju hidrolisis antara kedua enansiomer, karena sifat kiral enzim. Katalis I (H₂SO₄) akiral, sehingga laju sama.

Jawaban yang benar adalah B.

Soal #60

Struktur mana yang tidak mudah menghasilkan D-glukosa ketika dilarutkan dalam larutan asam?

Penyelesaian Soal #60

Soal ini meminta kita menentukan struktur mana yang tidak mudah menghasilkan D-glukosa ketika dilarutkan dalam larutan asam.

D-glukosa adalah monosakarida dengan struktur piranosa (cincin enam anggota, tetrahydro-2H-pyran) dan konfigurasi stereokimia spesifik: (2R,3S,4R,5R,6R) untuk karbon 2, 3, 4, 5, dan 6 (dengan -CH₂OH pada C6).

Dalam larutan asam, monosakarida dapat mengalami mutarotasi (konversi antara bentuk α dan β melalui bentuk rantai terbuka) atau hidrolisis (jika dalam bentuk glikosida).

Kita akan menganalisis setiap opsi untuk memeriksa apakah struktur tersebut adalah D-glukosa atau dapat dengan mudah menjadi D-glukosa, dan mana yang tidak.

Langkah 1: Struktur D-Glukosa
D-glukosa dalam bentuk piranosa memiliki nama IUPAC (2R,3S,4R,5R,6R)-6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-2,3,4,5-tetraol.

Ini berarti:

• Cincin piranosa (6 anggota: 5 karbon + 1 oksigen).
• Karbon 2, 3, 4, 5 masing-masing memiliki gugus -OH.
• Karbon 6 terikat pada -CH₂OH.
• Konfigurasi: C2(R), C3(S), C4(R), C5(R), C6(R).

Dalam larutan asam, D-glukosa (bentuk α atau β) dapat bermutarotasi melalui bentuk rantai terbuka, tetapi tetap D-glukosa. Jika struktur adalah glikosida (misalnya, metil glukosida), hidrolisis asam akan memecah ikatan glikosidik, menghasilkan D-glukosa.

Langkah 2: Analisis Setiap Opsi

• Opsi A: (2S,3S,4R,5S)-6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-2,3,4,5-tetraol
  Struktur ini adalah senyawa piranosa C₆H₁₂O₆ dengan konfigurasi: C2(S), C3(S), C4(R), C5(S). Ini berbeda dari D-glukosa (C2(R), C3(S), C4(R), C5(R)) pada C2 dan C5.
  
  Struktur ini adalah epimer D-glukosa, kemungkinan D-mannosa (epimer pada C2) atau D-idosa (epimer pada C2 dan C5).
  
  Dalam larutan asam, monosakarida seperti ini tidak terhidrolisis (karena bukan glikosida), tetapi hanya bermutarotasi (α↔β melalui rantai terbuka).
  
  Mutarotasi tidak mengubah konfigurasi pada C2-C5, sehingga opsi ini tetap sebagai epimer, bukan D-glukosa.
  
  Opsi ini tidak mudah menghasilkan D-glukosa.
  
  
• Opsi B: (2S,3R,4S,5S,6R)-6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-2,3,4,5-tetraol
  Konfigurasi: C2(S), C3(R), C4(S), C5(S), C6(R). Dibandingkan dengan D-glukosa (C2(R), C3(S), C4(R), C5(R)), ini berbeda pada C2, C3, C4, dan C5, menyerupai D-galaktosa (epimer pada C4) atau epimer lainnya.
  
  Dalam larutan asam, seperti opsi A, ini hanya bermutarotasi tanpa berubah menjadi D-glukosa, karena konfigurasi kiral pada C2-C5 tidak berubah melalui mutarotasi.
  
  Opsi ini juga tidak mudah menghasilkan D-glukosa.
  
  
• Opsi C: (2R,3R,4S,5S,6R)-6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-2,3,4,5-tetraol
  Konfigurasi: C2(R), C3(R), C4(S), C5(S), C6(R). Dibandingkan dengan D-glukosa (C2(R), C3(S), C4(R), C5(R)), ini berbeda pada C3, C4, dan C5.
  
  Ini mungkin D-altrosa atau epimer lainnya. Seperti opsi A dan B, dalam larutan asam, hanya mutarotasi terjadi, tidak menghasilkan D-glukosa karena konfigurasi kiral tidak berubah.
  
  Opsi ini tidak mudah menghasilkan D-glukosa.
  
  
• Opsi D: (2R,3R,4R,5R)-5-((R)-1,2-dihydroxyethyl)tetrahydrofuran-2,3,4-triol
  Struktur ini adalah furanosa (cincin 5 anggota: 4 karbon + 1 oksigen) dengan gugus -CH(OH)-CH₂OH pada C5. Konfigurasi: C2(R), C3(R), C4(R), C5(R), dan C6(R) pada rantai samping.
  
  Ini adalah bentuk furanosa D-glukosa, bukan piranosa seperti D-glukosa standar.
  
  Dalam larutan asam, bentuk furanosa D-glukosa akan bermutarotasi melalui bentuk rantai terbuka (D-glukosa aldehida) dan menyeimbang dengan bentuk piranosa (α- dan β-D-glukosa), yang merupakan D-glukosa.
  
  Proses ini cepat dan mudah, sehingga opsi ini menghasilkan D-glukosa dengan mudah.

Langkah 3: Evaluasi “Tidak Mudah Menghasilkan D-Glukosa”

• Opsi A, B, C adalah monosakarida piranosa (epimer D-glukosa). Dalam larutan asam, mereka hanya bermutarotasi tanpa mengubah konfigurasi kiral pada C2-C5, sehingga tidak menghasilkan D-glukosa.
  
  
• Opsi D adalah D-glukosa dalam bentuk furanosa, yang dengan mudah bermutarotasi menjadi bentuk piranosa D-glukosa dalam larutan asam melalui rantai terbuka.

Karena soal menanyakan struktur yang tidak mudah menghasilkan D-glukosa, opsi A, B, dan C memenuhi syarat, tetapi kita harus pilih satu.

Opsi A (kemungkinan D-mannosa) adalah epimer yang umum dan stabil, yang dalam konteks kimia karbohidrat sering dianggap tidak mudah berubah menjadi D-glukosa dibandingkan furanosa (D).

Kesimpulan
Struktur yang tidak mudah menghasilkan D-glukosa adalah opsi A, karena merupakan epimer (misalnya, D-mannosa) yang tidak berubah menjadi D-glukosa melalui mutarotasi di larutan asam.

Opsi D (furanosa D-glukosa) dengan mudah menghasilkan D-glukosa piranosa.

Jawaban yang benar adalah A.