Halo Sobat Zenius! Lo mungkin udah nggak asing lagi dengan kata kristal, benda ini emang familiar banget dalam kehidupan sehari-hari terutama karena penggunaannya sebagai perhiasan.
Nah, kali ini gue akan membahas materi mengenai teori medan kristal, eits ini nggak ada hubungannya sama perhiasan ya, biar tahu lebih dalam yuk simak artikel ini.
Apa Itu Medan Kristal?
Teori Medan Kristal atau dalam bahasa Inggris, Crystal Field Theory, yang biasa disingkat CFT adalah sebuah model yang menjelaskan struktur elektronik dari senyawa logam transisi yang dikategorikan sebagai kompleks koordinasi.
Teori ini berhasil menjelaskan beberapa sifat magnetik, warna, entalpi hidrasi, dan struktur spinel senyawa kompleks dari logam transisisi. Meski begitu, pada awalnya teori ini tidak ditunjukkan untuk menjelaskan ikatan kimia ya.
CFT dikembangkan pada tahun 1930-an oleh seorang fisikawan Hans Bethe dan John Hasbrouck van Vlek. Saat itu teori ini digabungkan dengan teori orbital molekul sehingga membentuk teori medan ligan yang juga menjelaskan proses ikatan kimia pada senyawa kompleks logam transisi. Ligan adalah sebuah ion atau molekul netral yang mampu mengikat koordinasi atom atau ion logam pusat dalam senyawa kompleks. Sedangkan ion kompleks adalah ion yang terbentuk dari satu kation tunggal yang terikat langsung pada anion atau molekul netral.
Tinjauan Analisis Teori Medan Kristal
Menurut CFT, interaksi selang logam transisi dan ligan diakibatkan oleh tarikan selang kation logam yang bermuatan positif dan elektron bukan ikatan ligan yang bermuatan negatif.
Teori ini dikembangkan menurut perubahan energi orbital-d ketika dikelilingi oleh ligan-ligan. Ketika ligan mendekati ion logam, elektron dari ligan akan berdekatan dengan sebagian orbital-d logam dan menjauhi yang lain sehingga menyebabkan terjadinya degeneracy.
Elektron orbital-d dari ligan akan saling tolak menolak sementara elektron-d yang berdekatan dengan ligan akan memiliki energi yang lebih besar dari yang berjauhan dengan ligan. Hal ini pun menyebabkan terjadinya pemisahan energi orbital-d. Nah, pemisahan ini dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut :
Sifat-sifat ion logam
Keadaan oksidasi logam di mana keadaan oksidasi yang lebih besar menyebabkan pemisahan yang lebih besar
Susunan ligan di sekitar ion logam
Sifat-sifat yang mengelilingi ion logam
Struktur kompleks yang paling sering digunakan adalah oktahedron. Dalam struktur ini, enam ligan membentuk oktahedron di sekitar ion logam. Untuk lebih jelasnya elo bisa lihat gambar di bawah ini.
Pada simetri oktahedron, orbital-d akan berpisah menjadi dua kelompok energi dengan perbedaan energi Δoct. Orbital dxy, dxz dan dyz akan memiliki energi yang lebih rendah daripada orbital dz2 and dx2–y2. Hal ini dikarenakan orbital dxy, dxz dan dyz memiliki posisi yang lebih jauh dari ligan-ligan, sehingga mendapatkan gaya tolak yang lebih kecil.
Kompleks tetrahedron juga merupakan struktur yang umum. Dalam struktur ini, empat ligan membentuk tetrahedron di sekitar ion logam. Dalam pemisahan medan kristal tetrahedron, orbital-d kembali berpisah menjadi dua kelompok dengan perbedaan energi Δtet. Orbital dz2 dan dx2–y2 akan memiliki energi orbital yang lebih rendah sementara dxy, dxz dan dyz akan memiliki energi orbital yang lebih tinggi.
Energi Stabilisasi Medan
Energi stabilitasi medan merupakan stabilitas yang dihasilkan dari penempatan ion logam pada medan kristal oleh sekelompok ligan-ligan. Kemunculannya disebabkan karena orbital-d terpisah dari medan ligan.
Stabilisasi medan kristal dapat digunakan untuk menjelaskan geometri kompleks logam transisi. Jawaban dari mengapa banyak kompleks d8 memiliki geometri datar persegi karena banyaknya stabilisasi medan kristal yang dihasilan struktur geometri berjumlah elektron 8.
Warna Kompleks Logam Transisi
Oke sekarang kita bahas kenapa sih senyawa koordinasi memiliki warna-warna cerah? Jawabannya dapat dinyatakan dengan teori medan kristal ini.
Jika orbital-d dari sebuah kompleks berpisah menjadi dua himpunan, maka ketika molekul tersebut menyerap foton cahaya, elektoran di dalam orbital akan loncat ke orbital-d yang berenergi lebih tinggi dan menghasilkan keadaan atom yang tereksitasi alias sebuah keadaan ketika atom menyerap energi untuk berpindah kulit menuju kulit yang tingkat energinya lebih tinggi.
Nah, karena hanya gelombang-gelombang cahaya tertentu saja yang dapat diserap, maka senyawa-senyawa tersebut menunjukkan warna komplementer.
Oke sobat Zenius, itu dia materi mengenai teori medan kristal. Kalau lo pengen materi yang lebih lengkap, boleh banget nih untuk klik banner di bawah ini.
Bareng Zenius, elo nggak akan cuman belajar mereview materi aja, tetapi juga mengerjakan latihan soal yang bisa mengukur pemahaman lo. Ada beberapa paket belajar yang bisa lo coba sesuai kebutuhan lo, Yuk klik banner ini!
Baca Juga :
Larutan Elektrolit dan Non Elektrolit – Materi Kimia Kelas 10
Hai, Sobat Zenius! Elo tahu nggak, sih? Di antara banyaknya unsur-unsur kimia yang tersebar di alam semesta ini, ada satu unsur yang dianggap sebagai unsur paling sederhana dan terbanyak di alam semesta, loh. Unsur tersebut adalah unsur hidrogen. Wih, kenapa tuh? Yuk, langsung kita bahas aja, ya!
Kelimpahan Unsur Hidrogen
Hidrogen (dalam Bahasa Latin: hydrogenium) merupakan salah satu unsur kimia yang keberadaannya dalam tabel periodik disimbolkan dengan huruf H dan memiliki nomor atom 1.
Hidrogen adalah unsur yang jumlahnya paling banyak ditemukan di alam semesta. Jumlah unsur hidrogen mencapai 75%, sedangkan dalam bentuk atom kelimpahan hidrogen mencapai lebih dari 90%.
Kok bisa sebanyak itu? Oke gue jelasin, ya!
Seperti yang kita tahu kalau alam semesta ini tersusun oleh banyak sekali galaksi. Nah, tiap galaksi tersusun oleh bintang-bintang. Elo tahu, kan, kalau seluruh bintang di langit bisa memancarkan cahaya atau energi? Yang jadi pertanyaan adalah cahaya/energi bintang itu dari mana, sih?
Jawabannya adalah dari adanya pembakaran reaksi fusi. Reaksi ini bisa terjadi kalau ada bahan bakarnya, yaitu hidrogen.
Pada pembakaran reaksi fusi, beberapa inti dari hidrogen akan bergabung dan akan menghasilkan helium. Helium ini akan menghasilkan partikel positron yang nantinya akan melepaskan energi. Nah, energi inilah yang membuat bintang memancarkan energi dan cahaya. Oleh karena itu, dibutuhkan hidrogen dengan jumlah yang sangat banyak untuk membantu milyaran bintang memancarkan energi dan cahaya.
Nggak hanya itu aja, loh. Hidrogen juga terdapat di antara bintang-bintang yang ada di langit. Bahkan, di antara galaksi pun tersebar hidrogen meskipun dengan kerapatan yang sangat kecil. Banyak banget, ya?
Tapi ada yang unik nih, Sobat Zenius. Apa, tuh? Ternyata di bumi, kandungan hidrogen dalam keadaan bebas (H2) jumlahnya sangat sedikit, loh. Di bumi, hidrogen lebih sering ditemukan dalam keadaan senyawa, seperti pada air (H2O) dan senyawa karbon. Kenapa, ya?
Hal ini dikarenakan gas hidrogen merupakan gas yang sangat ringan, sehingga gravitasi bumi nggak mampu untuk menarik molekul-molekul hidrogen (H2) dari angkasa dengan jumlah yang banyak. Akibatnya, jumlah gas hidrogen di atmosfer bumi sedikit banget, deh.
Nah, selanjutnya gue akan mengajak elo untuk mengenal hidrogen lebih dalam dengan mengetahui sifat fisik dan kimianya. Ada apa aja, ya?
Baca Juga:
Sifat Unsur Halogen
Sifat Fisik Hidrogen
Arsip Zenius
Sifat fisik merupakan karakteristik dari suatu zat yang dapat elo amati atau ukur tanpa merubah identitas zat tersebut. Hidrogen memiliki beberapa sifat fisik, antara lain:
Berbentuk Gas Pada Suhu Normal
Hidrogen memiliki titik didih -253℃ dan titik leleh -259℃. Titik yang sangat rendah ini menyebabkan hidrogen berbentuk gas pada suhu ruang (normal). Pada wujud gas ini, hidrogen merupakan gas yang tidak berbau, tidak berwarna dan tidak berasa.
Gas yang Paling Ringan
Hidrogen merupakan gas yang paling ringan, bahkan massa jenis gas hidrogen lebih ringan dibandingkan dengan massa jenis udara. Oleh karena itu, kandungan hidrogen di atmosfer sangat kecil, tepatnya yaitu 5 x 10-5 %. Kandungan yang sangat kecil ini juga disebabkan oleh gravitasi bumi yang nggak cukup kuat untuk menarik hidrogen.
Bersifat Non-Polar
Gas Hidrogen merupakan senyawa non-polar, yaitu gas yang tidak larut dalam air. Hal ini dikarenakan gas hidrogen terdiri dari molekul H2 (H – H), di mana molekul ini bersifat non-polar.
Sifat Kimia Hidrogen
Arsip Zenius
Sifat kimia merupakan gambaran dari kemampuan suatu zat dalam melakukan perubahan kimia tertentu. Hidrogen memiliki beberapa sifat kimia, antara lain:
Memiliki Energi Ikatan yang Tinggi
Molekul hidrogen apabila dalam keadaan bebas, maka molekulnya berupa H2. Jika dipisah menjadi dua atom (H – H), tentu membutuhkan energi, seperti yang tertulis di bawah ini.
Arsip Zenius
Energi sebanyak 436 Kj merupakan energi tertinggi yang diperlukan oleh jenis ikatan tunggal. Hidrogen (H2) ketika dipisah menjadi dua atom memerlukan energi sebanyak itu karena molekul ini memiliki energi ikatan yang sangat kuat dan ukuran yang sangat sederhana (kecil).
Baca Juga:
Mengenal Jenis Ikatan Kovalen
Gas Inert dan Gas Reduktor
Seperti yang sudah dijelaskan di atas, hidrogen memiliki energi ikatan yang sangat kuat. Hal ini menyebabkan hidrogen pada suhu ruang (normal) memiliki sifat gas inert, artinya gas yang sukar bereaksi. Akan tetapi, pada suhu yang tinggi, gas hidrogen bisa menjadi gas reduktor (bisa mereduksi berbagai macam unsur ataupun senyawa).
Terurai pada Suhu yang Sangat Tinggi
Pada suhu yang sangat tinggi, yaitu lebih dari 2.000 Kelvin atau 1.726,85°C, molekul-molekul hidrogen akan terdisosiasi menjadi partikel yang lebih kecil. Biasanya, pada suhu 2.000 kelvin, molekul hidrogen yang akan terurai sebanyak 0,081%. Jumlah ini masih terbilang sedikit, tapi semakin tinggi suhunya semakin banyak pula molekul hidrogen yang terurai. Contohnya, yaitu hidrogen yang berada di bintang (matahari) sudah tidak lagi berbentuk molekul H2, melainkan atom-atom yang nggak terikat satu sama lain. Hal ini dikarenakan suhu rata-rata pada permukaan matahari sudah mencapai 5.778 Kelvin atau 5.504,85°C
Atom Hidrogen Memiliki Tiga Cara untuk Menuju Keadaan Stabil
Ketika dalam keadaan atom, hidrogen hanya memiliki satu elektron aja, gais. Hal ini tentu membuat hidrogen ingin menuju keadaan yang stabil. Nah, untuk mencapai keadaan tersebut, hidrogen memiliki tiga cara, yaitu:
Membentuk Ikatan Kovalen Murni
Hidrogen dapat membentuk ikatan kovalen murni (dengan unsur lain). Contohnya seperti di bawah ini.
Arsip Zenius
Hidrogen (H) membentuk ikatan kovalen dengan Fluor (F), dimana hidrogen mengambil satu elektron fluor, begitupun dengan fluor yang mengambil satu elektron hidrogen. Maka, terjadilah pemakaian elektron secara bersamaan agar keduanya mencapai keadaan stabil.
Melepas Elektron
Seperti yang udah gue jelasin di atas, hidrogen hanya memiliki satu elektron dalam keadaan netral. Kalau Hidrogen melepaskan elektronnya itu, maka terbentuklah ion H+ yang sangat suka terhadap pasangan elektron bebas. Sehingga, apabila H+ bertemu dengan pasangan elektron bebas, maka akan saling terikat dan mencapai keadaan stabil. Perhatikan contoh berikut.
Arsip Zenius
Pada contoh ini, ion H+ bertemu dengan H2O, dimana oksigen memiliki dua pasangan elektron bebas. Sehingga terbentuklah ikatan kovalen koordinat dengan keadaan yang stabil.
Menangkap Elektron
Hidrogen yang hanya memiliki satu elektron mencoba untuk menarik elektron dari unsur lain dengan cara bersenyawa agar mencapai keadaan stabil. Tapi, hal ini hanya bisa dilakukan jika hidrogen bersenyawa dengan unsur elektropositif (logam). Contohnya seperti di bawah ini.
Arsip Zenius
Natrium (Na) merupakan unsur logam (elektropositif) yang sangat mudah melepaskan elektronnya. Ketika natrium bersenyawa dengan hidrogen, maka elektron pada natrium akan diberikan kepada hidrogen, sehingga natrium membentuk ion positif dan hidrogen membentuk ion negatif (hidrida). Kemudian keduanya akan membentuk senyawa ionik, yaitu NaH (Natrium Hidrida).
Baca Juga:
Larutan Senyawa Ionik dan Kovalen
Manfaat Hidrogen
Setelah elo mengetahui sifat fisik dan kimia dari hidrogen, gue akan menyebutkan sebenarnya manfaat dari hidrogen itu apa, sih? Oke, yok langsung aja!
Bahan baku pembuatan pupuk urea merupakan amonia. Sedangkan bahan baku pembuatan amonia adalah hidrogen yang diproduksi melalui steam methane reforming. Sehingga, dapat disimpulkan kalau pupuk urea bisa kita dapatkan kalau ada hidrogen.
Proses pembuatan Industri metanol menggunakan gas hidrogen sebagai bahan baku.
Hidrogen peroksida (H2O2) merupakan bahan kimia yang sering digunakan sebagai bleaching agent dalam industri pulp, kertas dan tekstil. Nah, hidrogen peroksida ini juga menggunakan gas hidrogen sebagai bahan baku utama pembuatannya.
Kromatografi Gas (GC) menggunakan gas hidrogen sebagai gas kalibrasi, yaitu untuk proses analisa gas atau campuran gas yang mengandung hidrogen di dalam sampelnya.
Saat ini, hidrogen mulai digunakan oleh industri otomotif sebagai bahan bakar kendaraan. Hal ini sebagai salah satu langkah untuk mengurangi polusi, sebab hidrogen merupakan sumber clean energy yang tidak menghasilkan gas rumah kaca, karbon dioksida dan karbon monoksida.
Hidrogen dimanfaatkan untuk menghilangkan senyawa sulfur dari minyak bumi.
Pada industri metalurgi, hidrogen digunakan pada proses heat treatment, annealing dan sintering pada industri metalurgi.
Pada industri farmasi, hidrogen digunakan pada proses pembuatan vitamin dan produk-produk farmasi lainnya.
Pada proses pembuatan margarin, terdapat satu proses yang disebut hidrogenasi, yaitu pengolahan minyak atau lemak dengan cara menambahkan gas hidrogen pada ikatan rangkap dari asam lemak tak jenuh (nabati dan hewani) dengan bantuan katalis nikel.
Itulah manfaat dari hidrogen yang bisa gue sebutkan di sini, sisanya gue tantang elo untuk cari lagi apa aja manfaat dari hidrogen, oke? Kalau udah ketemu, jangan lupa ditulis di kolom komentar, ya! Selanjutnya, gue akan memberikan contoh soal mengenai materi sifat fisik dan kimia hidrogen.
Contoh Soal
Contoh Soal 1
Perhatikan pernyataan berikut ini:
(1) Memiliki titik didih -253℃
(2) Tidak berbau
(3) Bersifat non polar
(4) Paling banyak terdapat di atmosfer bumi
Manakah pernyataan yang tepat terkait sifat fisik unsur Hidrogen adalah….
(1), (2), dan (3)
(1) dan (3)
(2) dan (4)
(4)
(1), (2), (3), dan (4)
Pembahasan:
Sifat fisik gas hidrogen antara lain:
(1) Memiliki titik didih -253 °C dan titik leleh -259 °C
(2) Tidak berbau, tidak berwarna dan tidak berasa
(3) Bersifat non polar
(4) Kandungan gas hidrogen di atmosfer sangat kecil, yaitu 5 × 10-5 %
Jawaban: A. (1), (2), dan (3)
Contoh Soal 2
Perhatikan pernyataan berikut ini:
(1) Membentuk ikatan kovalen murni
(2) Melepas elektron
(3) Menangkap elektron
(4) Membentuk ikatan ionik
Manakah pernyataan di atas yang merupakan cara hidrogen untuk mencapai kestabilan?
(1), (2), dan (3)
(1) dan (3)
(2) dan (4)
(1), (2), (3), dan (4)
(1) saja
Pembahasan:
Berikut ini cara hidrogen menuju kestabilan yaitu membentuk ikatan kovalen murni, melepas elektron, menangkap elektron, membentuk senyawa hidrida (ionik).
Jawaban: D. (1), (2), (3), dan (4)
Baca Juga:
Contoh Soal Kimia SIMAK UI
Penutup
Oke, Sobat Zenius! Itu tadi pembahasan gue tentang sifat fisik dan kimia hidrogen. Kalau elo ada pertanyaan, jangan segan untuk tulis di kolom komentar, ya! Elo juga bisa belajar materi ini melalui video pembelajaran, loh. Klik banner di bawah ini dan jangan lupa log in untuk bisa nonton video-video dan akses kumpulan soalnya, ya!
Selain itu, Sobat Zenius juga bisa, lho, belajar mata pelajaran lainnya melalui video pembelajaran lewat paket belajar Aktiva Sekolah dari Zenius. Dengan paket belajar ini, elo berkesempatan ikut try out sekolah, sesi live class, serta mendapat akses rekaman dari live class tadi. Klik banner ini untuk informasi lebih lanjut, ya!
