Pembahasan Soal Olimpiade Kimia Tingkat Lokal USA 2026 (Bagian 5/6)

Berikut adalah pembahasan soal olimpiade kimia tingkat lokal 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 6 bagian, @10 butir soal.

Bagian-1, Bagian-2, Bagian-3, Bagian-4, Bagian-5, Bagian-6

41. Asam hipofosfit (H₃PO₂) mengalami disproporsionasi dalam larutan asam menghasilkan fosfin (PH₃) dan asam fosfit (H₃PO₃). Berapakah rasio PH₃ : H₃PO₃ yang dihasilkan?
    1. 1 : 1
    2. 1 : 2
    3. 2 : 3
    4. 3 : 2
Tentukan bilangan oksidasi P dalam setiap senyawa:

• H₃PO₂: (3×+1) + P + (2×-2) = 0 → 3 + P – 4 = 0 → P = +1.
• PH₃: P + (3×+1) = 0 → P = –3.
• H₃PO₃: (3×+1) + P + (3×-2) = 0 → 3 + P – 6 = 0 → P = +3.

Reaksi disproporsionasi: P(+1) tereduksi menjadi P(–3) dan teroksidasi menjadi P(+3).

Setengah reaksi:
Reduksi: P(+1) + 4e⁻ → P(–3)
Oksidasi: P(+1) → P(+3) + 2e⁻

Samakan elektron: kalikan oksidasi dengan 2 → 2P(+1) → 2P(+3) + 4e⁻.
Jumlahkan: 3P(+1) → P(–3) + 2P(+3)

Jadi, perbandingan mol PH₃ (mengandung P(–3)) : H₃PO₃ (mengandung P(+3)) = 1 : 2.

Jawaban yang tepat adalah B.

---

42. Larutan yang mengandung 0,0100 mol perak nitrat dan 0,0100 mol tembaga(II) nitrat dielektrolisis dengan arus 0,170 A selama 152 menit. Berapa massa logam yang diendapkan pada katode?
    1. 1,12 g
    2. 1,27 g
    3. 1,38 g
    4. 1,73 g
Elektrolisis larutan AgNO₃ 0,0100 mol dan Cu(NO₃)₂ 0,0100 mol dengan arus 0,170 A selama 152 menit. Katode: reduksi kation.
Potensial reduksi standar:
Ag⁺ + e⁻ → Ag(s) E° = +0,80 V;
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu(s) E° = +0,34 V.
Ag⁺ lebih mudah direduksi, sehingga mengendap terlebih dahulu.

Hitung muatan total:

\[ \begin{aligned} t &= 152\ \text{menit} = 152 \times 60 = 9120\ \text{s} \\ Q &= I \times t = 0,170\ \text{A} \times 9120\ \text{s} = 1550,4\ \text{C} \\ \text{n elektron} &= \dfrac{Q}{F} = \dfrac{1550,4}{96485} \approx 0,01607\ \text{mol e}^- \end{aligned} \]

Reduksi Ag⁺: Ag⁺ + e⁻ → Ag, n Ag⁺ awal = 0,0100 mol → memerlukan 0,0100 mol e⁻. Sisa elektron untuk reduksi Cu²⁺:

\[ \text{n e}^-_{\text{sisa}} = 0,01607 - 0,0100 = 0,00607\ \text{mol} \]

Reaksi Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu, n Cu yang mengendap = 0,00607 mol / 2 = 0,003035 mol.

Massa logam terendap:

\[ \begin{aligned} m_{\text{Ag}} &= 0,0100 \times 107,87 = 1,0787\ \text{g} \\ m_{\text{Cu}} &= 0,003035 \times 63,55 \approx 0,1929\ \text{g} \\ m_{\text{total}} &= 1,0787 + 0,1929 = 1,2716\ \text{g} \approx 1,27\ \text{g} \end{aligned} \]

Jadi, jawaban yang tepat adalah B.

---

43. Spesies manakah yang memiliki jari-jari ionik terbesar?
    1. F⁻
    2. Na⁺
    3. Mg²⁺
    4. Al³⁺
Keempat ion memiliki konfigurasi elektron yang sama dengan gas mulia Ne (10 elektron), yaitu isoelektronik. Jari-jari ionik untuk ion isoelektronik berbanding terbalik dengan muatan inti (jumlah proton). Semakin besar muatan inti, semakin kuat tarikan terhadap elektron, sehingga jari-jari semakin kecil.

• F⁻: 9 proton, 10 elektron → jari-jari terbesar
• Na⁺: 11 proton, 10 elektron
• Mg²⁺: 12 proton, 10 elektron
• Al³⁺: 13 proton, 10 elektron → jari-jari terkecil

Jadi, ion F⁻ memiliki jari-jari ionik terbesar.

Jawaban yang tepat adalah A.

---

44. Set bilangan kuantum manakah yang tidak mungkin untuk suatu elektron?
    1. n = 1, l = 1, m_l = 0, m_s = +1/2
    2. n = 2, l = 1, m_l = 1, m_s = −1/2
    3. n = 3, l = 2, m_l = −2, m_s = +1/2
    4. n = 4, l = 0, m_l = 0, m_s = +1/2
Aturan bilangan kuantum:

• n = 1, 2, 3, ... (bilangan kuantum utama)
• l = 0, 1, 2, ..., n-1 (bilangan kuantum azimut)
• m_l = -l, ..., 0, ..., +l (bilangan kuantum magnetik)
• m_s = +½ atau –½ (bilangan kuantum spin)

Periksa setiap opsi:

• A: n = 1, l = 1 → tidak mungkin karena l maksimum = n-1 = 0. ❌
• B: n = 2, l = 1 (mungkin), m_l = 1 (mungkin), m_s = –½ → mungkin ✅
• C: n = 3, l = 2 (mungkin), m_l = –2 (mungkin), m_s = +½ → mungkin ✅
• D: n = 4, l = 0 (mungkin), m_l = 0, m_s = +½ → mungkin ✅

Jadi, set bilangan kuantum yang tidak mungkin adalah A.

Jawaban yang tepat adalah A.

---

45. Untuk atom dalam fase gas manakah orbital 4s memiliki energi lebih rendah daripada orbital 3d?
    I. H
    II. K

    1. Hanya I
    2. Hanya II
    3. Baik I maupun II
    4. Bukan I maupun II
Urutan energi orbital untuk atom hidrogen (satu elektron) hanya bergantung pada bilangan kuantum utama n, sehingga orbital 3d (n=3) memiliki energi lebih rendah daripada orbital 4s (n=4). Jadi pada atom H, 4s lebih tinggi dari 3d.

Untuk atom multi-elektron seperti kalium (K, Z=19), terjadi efek perisai dan penetrasi orbital. Orbital 4s memiliki penetrasi ke inti lebih besar daripada 3d, sehingga energinya lebih rendah. Konfigurasi elektron K adalah [Ar] 4s¹, membuktikan bahwa 4s terisi lebih dulu sebelum 3d.

Maka:

• I. H: energi 4s > 3d (salah)
• II. K: energi 4s < 3d (benar)

Jadi, hanya II yang memenuhi.

Jawaban yang tepat adalah B.

---

46. Unsur manakah yang memiliki energi ionisasi pertama terbesar?

    1. F
    2. Ne
    3. Cl
    4. Ar
Energi ionisasi pertama adalah energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron terluar dari atom netral dalam fase gas. Dalam satu periode, energi ionisasi cenderung meningkat dari kiri ke kanan karena muatan inti efektif meningkat. Dalam satu golongan, energi ionisasi menurun dari atas ke bawah karena jari-jari atom membesar dan efek perisai bertambah.

Data energi ionisasi pertama (kJ/mol) kira-kira:

• F (golongan 17, periode 2): 1681
• Ne (golongan 18, periode 2): 2080
• Cl (golongan 17, periode 3): 1251
• Ar (golongan 18, periode 3): 1520

Ne memiliki konfigurasi elektron stabil (kulit penuh 2p⁶), sehingga energi ionisasinya paling besar di antara keempat unsur tersebut.

Jadi, jawaban yang tepat adalah B.

---

47. Manakah yang paling tepat menggambarkan distribusi elektron di antara orbital-orbital 3d dalam Fe(H₂O)₆²⁺ pada keadaan paling stabilnya?

    
Ion Fe²⁺ memiliki konfigurasi elektron [Ar] 3d⁶. Dalam kompleks oktahedral Fe(H₂O)₆²⁺, air (H₂O) adalah ligan medan lemah, sehingga splitting energi orbital d kecil. Akibatnya, elektron mengikuti aturan Hund (high spin).

Untuk high spin d⁶: tiga orbital t_2g (energi rendah) diisi dengan 4 elektron (satu orbital berisi sepasang elektron, dua orbital masing-masing satu elektron spin ↑), dan dua orbital e_g (energi tinggi) diisi dengan 2 elektron (masing-masing satu elektron spin ↑).

Deskripsi yang tepat: 3 orbital energi rendah (1 orbital terisi elektron berpasangan, 2 orbital terisi elektron tunggal spin up) dan 2 orbital energi lebih tinggi masing-masing terisi 1 elektron spin up.

Jadi, jawaban yang tepat adalah C.

---

48. Suatu isotop fosforus meluruh melalui peluruhan β⁻ menghasilkan inti turunan (nuklida hasil) manakah?
    1. ²⁷Al
    2. ²⁹Si
    3. ³¹P
    4. ³³S
Peluruhan β⁻ terjadi ketika neutron dalam inti berubah menjadi proton dan elektron (serta antineutrino), sehingga nomor atom (Z) bertambah 1, tetapi nomor massa (A) tetap. Untuk isotop fosforus, misalnya ³³P (nomor atom 15), reaksi peluruhannya:

\[ ^{33}_{15}P ~\rightarrow ~^{33}_{16}S + \beta^- \]

Hasil peluruhan adalah inti belerang (S) dengan nomor massa sama, yaitu ³³S. Di antara pilihan, hanya ³³S yang memiliki nomor atom 16.

Jadi, inti turunan yang dihasilkan adalah ³³S.

Jawaban yang tepat adalah D.

---

49. Pada pilihan manakah spesies-spesies disusun dalam urutan panjang ikatan N−O yang semakin besar?
    1. NO⁺ < NO < NO₃⁻
    2. NO⁺ < NO₃⁻ < NO
    3. NO < NO⁺ < NO₃⁻
    4. NO₃⁻ < NO⁺ < NO
Panjang ikatan N–O berbanding terbalik dengan orde ikatan. Semakin tinggi orde ikatan, semakin pendek ikatannya.

• NO⁺: Konfigurasi elektron (dari teori orbital molekul) memiliki orde ikatan 3 (ikatan rangkap tiga), sehingga ikatan sangat pendek.
• NO: Orde ikatan 2,5 (satu elektron tak berpasangan pada orbital π*), panjang ikatan menengah.
• NO₃⁻: Ion nitrat memiliki struktur resonansi dengan tiga bentuk setara. Setiap ikatan N–O memiliki orde ikatan rata-rata 4/3 ≈ 1,33, sehingga ikatan paling panjang di antara ketiganya.

Urutan panjang ikatan N–O dari yang terkecil ke terbesar: NO⁺ < NO < NO₃⁻.

Jadi, jawaban yang tepat adalah A.

---

50. Pernyataan manakah yang tidak secara akurat menggambarkan ikatan σ dan π?
    1. Ikatan σ tidak memiliki simpul yang mengandung sumbu antar inti, sedangkan ikatan π memiliki satu simpul yang mengandung sumbu antar inti.
    2. Ikatan σ dan π memiliki kekuatan yang serupa dalam molekul homodiatomik yang mengandung unsur periode kedua dan ketiga.
    3. Ikatan rangkap tiga dalam molekul heterodiatomik unsur periode kedua dan ketiga terdiri dari satu ikatan σ dan dua ikatan π.
    4. Formaldehida, H₂CO, memiliki tiga ikatan σ dan satu ikatan π.
Periksa setiap pernyataan:

• A: Ikatan σ memiliki kerapatan elektron di sepanjang sumbu antar inti tanpa simpul bidang yang mengandung sumbu; ikatan π memiliki satu bidang simpul yang mengandung sumbu antar inti. ✅ Benar.
• B: Ikatan σ umumnya lebih kuat daripada ikatan π karena tumpang tindih orbital frontal lebih efektif dibandingkan tumpang tindih samping. Pada molekul homodiatomik periode kedua, perbedaan kekuatan cukup signifikan (misal pada N₂, ikatan σ jauh lebih kuat). Pernyataan "kekuatan serupa" tidak akurat. ❌ Tidak benar.
• C: Ikatan rangkap tiga (seperti pada N₂ atau C₂H₂) terdiri dari satu ikatan σ dan dua ikatan π. ✅ Benar.
• D: Formaldehida (H₂C=O) memiliki dua ikatan C–H (σ), satu ikatan C–O σ, dan satu ikatan C–O π. Total tiga ikatan σ dan satu ikatan π. ✅ Benar.

Jadi, pernyataan yang tidak akurat adalah B.

Jawaban yang tepat adalah B.

---

Soal asli dan kunci jawaban dapat diunduh dari sini.