Kimia Anorganik

TUGAS 1

BERBAGAI TEKNIK DALAM ANALISIS KUALITATIF

D

I

S

U

S

U

N

OLEH:

                                                                                                            NAMA            : ADE ARIYANI

                                                                                                            NIM                : 4133141001

                                                                                                            KELAS           : Kimia Dik A 2013

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGRI MEDAN

2014

SOAL – SOAL LATIHAN STRUKTUR ATOM

1.1.            Dapatkah model atom Rutherford menjelaskan terjadinya spektrum garis, jelaskan!

JAWAB

Model atom Rutherford sama sekali TIDAK dapat menjelaskan terjadinya spektrum garis, sebab model atom Rutherford sangat sederhana, hanya melukiskan adanya elektron-elektron yang tersebar disekeliling inti dengan adanya ruang kosong sebagai konsekuensi hamburan sinar alpha, sehingga TIDAK mampu melukiskan keadaan stasioner dan adanya tingkat-tingkat energi elektron.

1.2.            Beri batasan ringkas mengenai spektrum emisi, spektrum absorbsi, spektrum kontinu, dan spektrum garis. 

JAWAB

Spektrum emisi suatu atom/spesies adalah rekaman pita perubahan warna dari panjang gelombang cahaya elektromagnetik yang dipancarkan oleh atom/spesies itu oleh karena dipijarkan.

Spektrum emisi bertipe  kontinu bila semua panjang gelombang dari cahaya tampak (visible) yang dipancarkan menyusun secara saling tumpang (overlap), serba terus berkelanjutan.

Spektrum emisi bertipe garis (berwarna) bila yang direkam hanya cahaya dengan panjang gelombang tertentu saja yang dipancarkan oleh atom/spesies yang bersangkutan.

Spektrum absorbsi terjadi bila cahaya dilewatkan melalui suatu senyawa berwarna, beberapa cahaya dengan panjang gelombang tertentu diserap (berupa garis gelap) sedangkan yang lain diteruskan; spektrum yang diperoleh demikian ini termasuk jenis spektrum absorpsi. 

1.3.            Dengan menggunakan rumusan Ritz, hitung panjang gelombang garis ke 3  -  ke 6 untuk deret Balmer, kemudian konsultasikan hasilnya dengan data panjang gelombang menurut hasil pengamatan.

JAWAB

Rumus umum Ritz:

                                     =  1/λ  =  RH ( -  ) cm-1 ; RH          = 109737

Untuk deret Balmer, n₁ = 2.

Garis ke 3 berarti untuk n₂ = 5, maka:

1/λ  =  109737 (1/4 -  1/25) cm-1 = 109737 (21/100) cm-1 = 23044,77 cm-1

            λ = 433,9379…. nm (Lihat Tabel 1.1 B(3) = 434,047 nm)

Garis ke 6 berarti untuk n₂ = 8, maka:

1/λ  =  109737 (1/4 -  1/64) cm-1 = 109737 (15/64) cm-1 = 25719,609375 cm-1

            λ = 388,8083…. nm (Lihat Tabel 1.1 B(6) = 388,905 nm)

1.4.            Seperti pada nomor 3, tetapi untuk deret Lyman, demikian juga untuk deret Paschen.

JAWAB

Untuk deret Lyman, n₁ = 1.

Garis ke 3 berarti untuk n₂ = 4, maka:

1/λ  =  109737 (1 -  1/16) cm-1 = 109737 (15/16) cm-1 = 102878,4375 cm-1

            λ = 97,2020…. nm (Lihat Tabel 1.1 L(3) = 97,254 nm)

Garis ke 6 berarti untuk n₂ = 7, maka:

1/λ  =  109737 (1 -  1/49) cm-1 = 109737 (48/49) cm-1 = 107497,4693877531 cm-1

            λ = 93,0254…. nm (Lihat Tabel 1.1 L(6) = 93,075 nm)

Untuk deret Paschen, n₁ = 3.

Garis ke 3 berarti untuk n₂ = 6, maka:

1/λ  =  109737 (1/9 - 1/36) cm-1 = 109737 (9/108) cm-1 = 9144,75 cm-1

            λ = 1093,5236…. nm (Lihat Tabel 1.1 P(3) = 1093,809nm)

Garis ke 6 berarti untuk n₂ = 9, maka:

1/λ  =  109737 (1/9 - 1/81) cm-1 = 109737 (8/81) cm-1 = 10838,2222222 cm-1

            λ = 922,6605…. nm (Lihat Tabel 1.1 P(6) = 922,902 nm)

1.5.            Lengkapi Tabel 1.1  untuk data bilangan gelombang (kolom 4) dan perbedaan bilangan gelombang tiap dua garis terdekat (kolom 5) dalam satuan cm-1. 

JAWAB

  / (nm)		Deret	 / (nm)	/ cm-1	 / (cm-1)
1 - n	n- (n+1)				(n+1) - n	n - 1
		Deret Lyman
		L(1)	121,567	82259,17
	18,995				15233,33
18,995		L(2)	102,572	97492,49		15233,33
	5,318				5331,04
24,313		L(3)	97,254	102823,53		20564,37
	2,280				2468,44
26,593		L(4)	94,974	105291,97		23032,81
	1,194				1340,57
27,787		L(5)	93,780	106632,54		24373,38
	0,705				807,69
28,492		L(6)	93,075	107440,24		25181,07
		.......
30,392		L(¥)	91,175	109679,00		27419,83
		Deret Balmer
		B(1)	656,278	15237,45
	170,145				5333,06
170,145		B(2)	486,133	20570,50		5333,06
	52,086				2468,48
222,231		B(3)	434,047	23038,98		7801,53
	23,873				1340,92
246,104		B(4)	410,174	24379,90		9142,45
	13,167				808,58
259,271		B(5)	397,007	25188,47		9951,03
	8,102				524,75
267,373		B(6)	388,905	25713,22		10475,78
	5,366				359,75
272,739		B(7)	383,539	26072,97		10835,52
	3,749				257,37
276,488		B(8)	379,790	26330,34		11092,90
		.......
291,674		B(¥)	364,604	27427,00		12189,55
		Deret Paschen
		P(1)	1875,110	5333,02
	593,301				2468,45
593,301		P(2)	1281,805	7801,47		2468,45
	188,000				1340,89
781,301		P(3)	1093,809	9142,36		3809,34
	88,871				808,50
870,172		P(4)	1004,938	9950,86		4617,84
	50,341				524,76
920,513		P(5)	954,597	10475,62		5142,60
	31,695				359,76
952,208		P(6)	922,902	10835,39		5502,37
		.......
1054,766		P(¥)	820,344	12190,00		6856,98

1.6.    Berdasarkan hasil soal nomor (5), tunjukkan berlakunya rumusan berikut :

                        P(n+1)  -  P(n) =          B(n+2)  -  B(n+1)         =          L(n+3)  -  L(n+2),        demikian juga

                        L(n)  -  L(1)     =          B(n-1)              dan                   B(n)  -  B(1)     =          P(n-1) 

JAWAB

Misalnya saja untuk n -1 (Lihat kolom 6)

P(n+1)  -  P(n) =          P(2)  -  P(1)     = 2468,45 (untuk n -1)

B(n+2)  -  B(n+1)         =          B(3)  -  B(2) = 2468,48 (untuk n -1)

L(n+3)  -  L(n+2) = L(4)  -  L(3) = 2468,44 (untuk n -1)

Dst.

Misal untuk n = 3, maka

            L(n)  -  L(1)     =          L(3)  -  L(1)     = 20564,37 (Lihat kolom 7)

B(n-1)                     = B(2) = 20570,50 (Lihat kolom 5)

Dst.

dan                   B(n)  -  B(1)     =          B(3)  -  B(1) = 7801,53 (Lihat kolom 7)

P(n-1)  =  P(2)  = 7801,47 (Lihat kolom 5)Dst.

1.7.    Hitung jari-jari pertama atom hidrogen menurut Bohr (dalam satuan SI). 

JAWAB

Dengan n=1 ; =8,85418x10^-11 c²kg^-1m^-3s² ; π=3,14 ;h=6,62 x 10^-34 js ; e=1,6 x 10^-19 C ; m=1,00797

Maka akan didapatkan harga r adalah 47,889 x 10^-37 m

1.8.      Hitung energi photon dengan panjang gelombang  6500Å. 

JAWAB

λ=6500 R=650 nm . Energi sebagai bilangan gelombang kemudian k J/mol^-1 

1/λ  = 15384,615384615 cm^-1 = 15388,6 x 1,196 x 10^-2 k J / mol^-1 = 184,04 k J/ mol^{-1 .} (1cm^-1 = 1,19627x10^-2 k J / mol^-1)

1.9.    Hitung panjang gelombang elektron yang mempunyai energi kinetik  13,6 eV. 

JAWAB

Energi kinetik elektron 13,6 e V = 13,6 x 8065,73 cm^-1 = 109693,928 cm^-1 = 1/λ. Jadi λ=91,16 nm (bandingkan dengan L_(π)=91,175 nm) . Harga ini mendekati R_H tetapan Ritz. 

1.10. Hitung energi terkecil yang dibebaskan pada transisi emisi

 atom hidrogen untuk deret Lyman, Balmer, dan Paschen. 

JAWAB

Persamaan Ritz

 =  1/λ  =  RH ( -  ) cm-1 ; RH            = 109737

Untuk Lyman n=2 ke n=1

 =  1/λ  =  109737 ( -  ) cm-1 = 82302,75 cm^-1

Untuk Balmer n=3 ke n=2

 =  1/λ  =  109737 ( -  ) cm-1 = 15241,37 cm^-1

Untuk Paschen n=4 ke n=3

 =  1/λ  =  109737 ( -  ) cm-1 = 5334,43 cm^-1

1.11. Garis spektrum atom hidrogen pada 3646 Å merupakan garis

spektrum deret Balmer. Ramalkan kulit elektron mana yang terlibat pada transisi emisi atom hidrogen tersebut. 

JAWAB

Garis spektrum untuk Balmer pada 3646 Å = 364,6 nm setara dengan = 27437,3176 cm^-1 = 109737 (1/2² – 1/n₂²) cm^-1 ; n₂=α . Jadi kulit yang terlibat dalam transisi emisi adalah kulit terluar  n₂=α .

1.12. Beri batasan tentang :  (a) orbital, (b) aturan Hund, (c) prinsip larangan Pauli

JAWAB

a) Orbital

Orbital adalah ruang tertentu pada atom dimana kemungkinan bias ditemui electron yang bergerak bebas. Menurut mekanika kuantum, pada model atom modern tidak dijumpai electron yang terus bergerak pada obat ekplisnya. Ruang tertentu pada atom dimana kemungkinan bias ditemui electron   yang    bergerak   bebas.Volume ruang yang memiliki kebolehjadian terbesar untuk menemukan     electron .

b) Aturan Hund

Aturan yang menyatakan bahwa jika terdapat orbital-orbital dengan energy yang sama, maka electron terlebih dahulu mengisi tiap – tiap orbital , baru kemudian menempati orbital secara berpasangan.

Aturan Hund menyatakan bahwa dalam orbital yang setingkat, electron-elektron tidak boleh berpasangan sebelum seluruh orbital setingkat terisi electron.

c) Prinsip Larangan Pauli

                             Prinsip larangan Pauli adalah aturan yang menyatakan bahwa tidak ada electron di dalam atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama. Jika kedua electron menempati orbital sama (n, l dan m sama) maka bilangan kuantum spinnya (s) berbeda. Menurut Wolfgang Pauli, dalam sebuah atom tidak boleh ada dua electron yang menempati tingkat energy yang sama. Artinya tidak boleh ada dua electron yang memiliki ke empat bilangan kuantum persis sama.Jika ada dua electron menempati satu orbital(mempunyai bilangan kuantum utama, zimuth, dan magnetic yang sama), electron-elektron tersebut harus memiliki spin yang berbeda.

1.13. Tentukan kemungkinan seperangkat bilangan kuantum bagi

                        elektron yang menempati bilangan kuantum utama, n = 4.  

JAWAB

Kemungkinan seperangkat bilangan kuantum bagi electron yang menempati bilangan kuantum utama n=4 adalah sebagai berikut.

a)      4s

·        4s¹       : n=4 , l=0 , m=0 , s=+1/2

·        4s²       : n=4 , l=0 , m=0 , s=-1/2

b)      4p

·        4p¹       : n=4 , l=1 , m=-1 , s=+1/2

·        4p²       : n=4 , l=1 , m=0 , s=+1/2

·        4p³       : n=4 , l=1 , m=+1 , s=+1/2

·        4p⁴       : n=4 , l=1 , m=-1 , s=-1/2

·        4p⁵       : n=4 , l=1 , m=0 , s=-1/2

·        4p⁶       : n=4 , l=1 , m=+1 , s=-1/2

c)      4d

·        4d¹       : n=4 , l=2 , m=-2 , s=+1/2

·        4d²       : n=4 , l=2 , m=-1 , s=+1/2

·        4d³       : n=4 , l=2 , m=0 , s=+1/2

·        4d⁴       : n=4 , l=2 , m=+1 , s=+1/2

·        4d⁵       : n=4 , l=2 , m=+2 , s=+1/2

·        4d⁶       : n=4 , l=2 , m=-2 , s=-1/2

·        4d⁷       : n=4 , l=2 , m=-1 , s=-1/2

·        4d⁸       : n=4 , l=2 , m=0 , s=-1/2

·        4d⁹       : n=4 , l=2 , m=+1 , s=-1/2

·        4d¹⁰      : n=4 , l=2 , m=+2 , s=-1/2

d)      4f

·        4f¹        : n=4 , l=3 , m=-3 , s=+1/2

·        4f²        : n=4 , l=3 , m=-2 , s=+1/2

·        4f³        : n=4 , l=3 , m=-1 , s=+1/2

·        4f⁴        : n=4 , l=3 , m=0 , s=+1/2

·        4f⁵        : n=4 , l=3 , m=+1 , s=+1/2

·        4f⁶        : n=4 , l=3 , m=+2 , s=+1/2

·        4f⁷        : n=4 , l=3 , m=+3 , s=+1/2

·        4f⁸        : n=4 , l=3 , m=-3 , s=-1/2

·        4f⁹        : n=4 , l=3 , m=-2 , s=-1/2

·        4f¹⁰       : n=4 , l=3 , m=-1 , s=-1/2

·        4f¹¹       : n=4 , l=3 , m=0 , s=-1/2

·        4f¹²       : n=4 , l=3 , m=+1 , s=-1/2

·        4p¹³      : n=4 , l=3 , m=+2, s=-1/2

·        4p¹⁴      : n=4 , l=3 , m=+3 , s=-1/2

1.14. Tentukan nilai terendah bilangan kuantum utama (n) untuk

m = +4

JAWAB

Tabel. Kobinasi harga-harga n, l, dan m_l yang diijinkan

n	l Ada n macam		m atau ml , ad (2l+1) macam, dan notasi orbital dalam sumbu Cartes
	Harga	Notasi	0	±1	±2	±3
4	0	s	4s
	1	p	4pz	4px, 4py
	2	d	4dz2	4dxz, 4dyz	4dxy, 4dx2-y2
	3	f	4fz3	4fx3, 4fy3	4fz(x2-y2), 4fxyz	4fx(z2-y2), 4fy(z2-x2)

Sehingga nilai terendah bilangan kuantum utama (n) untuk m_l  =+4 adalah -3

1.15. Identifikasi orbital mana yang mempunyai nilai  n = 5 dan 

 = 1, demikian juga  n = 6 dan  = 0

JAWAB

·        Untuk n = 5 dan l = 1

5p yaitu 5p¹ , 5p² , 5p³ , 5p⁴ , 5p⁵ , 5p⁶

·        Untuk n = 6 dan l = 0

6s yaitu 6s¹ dan 6s²

1.16. Bagaimana hubungan antara masing-masing bilangan

kuantum utama (n) dan  dengan sifat orbital.

JAWAB

Hubungan kulit utama (n) dengan sub-kulit (l)

Kulit Utama (n)	Sub Kulit (l)
	Jumlah macam	Harga 0-(n-1)	Simbol
1	1	0	1s (sharp)
2	2	0	2s
		1	2p (principle)
3	3	0	3s
		1	3p
		2	3d (diffuse)
4	4	0	4s
		1	4p
		2	4d
		3	4f (fundamental)

                        Naiknya energy elektronik yang sesungguhnya adalah energy atom atau energy system, dapat diasosiasikan dengan naiknya energy sub-kulit yang berarti naiknya energy bilangan kuantum sub-kulit atau orbit elip. Namun, karena electron hanya boleh mempunyai harga energy terkuantisasi tertentu, ini berarti bahwa hanya ada sejumlah tertentu pula mengemukakan energy-energi sub-kulit yang tersedia.

1.17.  Kembangkan diagram mnemonic model “papan catur” untuk konfigurasi elektron (Jawaban Anda dapat diklarifikasi dengan referensi (1) Monaghan, P. K., and Coyne, M., Education in Chemistry,1988, September, 139, (2) Carpenter, A. K. “4s, 3d, What?”. Journal of Chemical Education, 1983, Vol. 60, 562, dan (3) Hovland, A. K. “Aufbau on a Chessboard”. Journal of Chemical Education, 1986, Vol. 63, 607.

JAWAB

          Kemungkinan diagram mnemonic model “papan catur” untuk penyusunan konfigurasi elektron:

1s
	2s
2p		3s
	3p		4s
3d		4p		5s
	4d		5p		6s
4f		5d		6p		7s
	5f		6d		7p		8s
Diagram mnemonic pengisian elektron pada orbital (dibaca ke kanan dari atas ke bawah) menurut: Prof. E. Steel (dalam Monaghan & Coyne, 1988)

1s

↓

↓

5f

6d

7p

8s

2s

2p

↓

↓

4f

5d

6p

7s

3s

3p

3d

↓

↓

4d

5p

6s

4s

4p

4d

4f

↓

3d

4p

5s

5s

5p

5d

5f

3p

4s

6s

6p

6d

2p

3s

7s

7p

2s

8s

1s

(a)

(b)

Diagram mnemonic urutan pengisian elektron pada orbital menurut:                                                             (a) Carpenter (dibaca ke bawah dari kiri ke kanan)                                                             (b) Hovland (dibaca ke kanan dari bawah ke atas)

1.18. Jelaskan secara singkat mengapa atom  4Be  mempunyai

konfigurasi elektronik  1s2 2s2, bukan  1s2 2s1 2p1.

JAWAB

                                    Atom ₄Be mempunyai konfigurasi elektronik 1s² 2s² karena hal ini mengikuti aturan Hund dalam konfigurasi electron yaitu jika terdapat orbital-orbital dengan energy yang sama, maka electron terlebih dahulu mengisi tiap-tiap orbital, baru kemudian mengisi orbital secara berpasangan.

1.19. Tulis konfigurasi elektronik spesies-spesies berikut dengan

menggunakan atom gas mulia sebagai konfigurasi elektronik inti-nya :

                        a.         11Na ,  28Ni,  29Cu,  20Ca,  24Cr, dan  82Pb.

                        b.         21Sc3+,  29Cu2+,  19K+,  17Cl-,  27Co2+,  dan  25Mn4+

                        JAWAB

a)         ₁₁Na     = [Ne] 3s¹

                                ₂₈N       = [Ar] 3d⁸ 4s²

                                ₂₉Cu     = [Ar] 3d¹⁰ 4s¹

                                ₂₀Ca     = [Ar] 4s²

                                ₂₄Cr      = [Ar] 3d⁵ 4s¹

                                ₈₂Pb     = [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p²

            b)         ₂₁Sc³⁺   =  [Ar]

                                    ₂₉Cu²⁺  =  [Ar] 4S² 3d⁷

             ₁₉K⁺                =  [Ar]

            ₁₇Cl^-                 =  [Ar]

             ₂₇Co²⁺                 =  [Ar] 4S² 3d⁵

             ₂₅Mn⁴⁺                =  [Ar] 4s² 3d¹

                       

1.20. Apa yang dimaksudkan dengan muatan inti efektif, efek

penetrasi, dan  efek perisai          Bagaimana pula urutan besarnya efek perisai orbital secara umum ?

JAWAB

a) Muatan inti efektif adalah muaran inti yang telah berkurang akibat adanya perisai dari electron yang berada lebih dekat ke inti.

b) Efek penetrasi adalah satu cara alternative lain untuk melukiskan muatan inti efektif yang berlaku bagi suatu electron tertentu.

c) Efek perisai (shielding effect) merupakan efek yang timbul karena gaya tolak menolak antara elektron yang menutupi inti dengan elektron di kulit terluar. Efek shielding ini dapat menjelaskan bagaimana jari-jari atom semakin bernilai besar pada atom yang memiliki periode yang semakin bertambah namun jari-jari atom akan semakin kecil apabila bertambah golongannya.

1.21. Hitung muatan inti efektif (Zef ) terhadap elektron 2p

menurut Slater dalam atom-atom 6C,  7N, dan  8O.   Bandingkan  kenaikan  muatan inti efektif  dari  N  ke  O dengan kenaikan dari  C  ke  N , dan jelaskan mengapa demikian?

JAWAB

Muatan inti efektif 2p dalam ₆C

₆C pengelompokan (1s²)(2s² 2p²) adalah 

Zef=Z-=6-[(2x0,85)+(3x0,35)] = 6-2,75=3,25

Muatan inti efektif 2p dalam ₇N

₇N pengelompokan (1s²)(2s² 2p³) adalah

Zef=Z-=7-[(2x0,85)+(4x0,35)] = 7-3,1=3,9

Muatan inti efektif 2p dalam ₈O

₈O pengelompokan (1s²)(2s² 2p⁴) adalah

Zef=Z-=8-[(2x0,85)+(5x0,35)] = 8-3,45=4,55

Jadi kenaikan muatan inti efektif O lebih besar dari N lebih besar dari C (O>N>C).

1.22. Selidiki kenaikan muatan inti efektif terhadap elektron 2s

untuk atom Li - Be, demikian juga untuk elektron 2p dari atom B - C; mana yang lebih besar kenaikannya, dan jelaskan mengapa demikian.  

                        JAWAB

Muatan inti efektif 2s untuk atom Li

Li pengelompokan (1s²)(2s¹) adalah

Zef=Z-=3-[(3x0,85)] = 3-2,55=0,45

Muatan inti efektif 2s untuk atom Be

Be pengelompokan (1s²)(2s²) adalah

Zef=Z-=4-[(4x0,85)] = 3-3,4=0,6

Muatan inti efektif 2p untuk atom B

B pengelompokan (1s²)(2s²2p¹) adalah

Zef=Z-=5-[(2x0,85)+(2x0,35)] = 5-2,4=2,6

Muatan inti efektif 2p untuk atom C

C pengelompokan (1s²)(2s² 2p²) adalah

Zef=Z-=6-[(2x0,85)+(2x0,35)] = 6-2,75=3,25

Kenaikan yang lebih besar adalah C-B. Kenaikan muatan inti efektif terhadap elektron 2s untuk Atom Li-Be adalah 0,69 sedangkan untuk elektron 2p dari atom B-C adalah 0,62. Kenaikan yang lebih besar adalah untuk elektron 2s untuk atom Li-Be, karena dalam periode jari-jari atom maupun menaiknya nomor atom. Kecenderungan ini di sebabkan oleh muatan inti yang bisa dipahami dengan menerapkan parameter muatan inti efektif Zef=Z- . Dalam periode ukuran atom dibatasi oleh orbital-orbital dalam ukuran volumen kulit yang sama besarnya. Ukuran atom ditentukan oleh besarnya muatan inti efektif yang dirasakan oleh elektron-elektron dalam orbital yang bersangkutan. Naiknya nomor atom berarti juga menandakan naiknya “Zef”, sehingga orbital ini mengalami kontraksi (kearah inti atom) yang semakin besar dan akibatnya atom akan nampak semakin kecil. Dalam satu golongan jari-jari atom akan bertambah besar dengan naiknya nomor atom, naiknya nomor atom berarti bertambahnya kulit elektron (1-7) dan bertambahnya kulit elektron “dalam” dan bertambahnya ukuran orbital terluar sehingga elektron terluar mengalami tamengisasi oleh elektron-elektron “dalam” yang semakin efektif, akibatnya atom akan nampak semakin besar.