Laporan Praktikum "Kekuatan Medan Ligan" PDF

Preview

Summary

1. Nurul Fatimah KA’11 2. Anindia D. Larasati KA’11 Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 1 3. Ika Yulia N. KA’11 “Kekuatan Medan Ligan” A. Judul Percobaan “Kekuatan Medan Ligan” B. Waktu Percobaan Kamis, 31 Oktober 2013 pukul 13.00 – 16.00 WIB C. Tujuan Percobaan 1. Mempelajari perbedaan kekuatan m...

Description

1. Nurul Fatimah KA’11 2. Anindia D. Larasati KA’11 3. Ika Yulia N. KA’11

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 1 Kekuatan Medan Ligan

A. Judul Percobaan “Kekuatan Medan Ligan”

B. Waktu Percobaan Kamis, 31 Oktober 2013 pukul 13.00 – 16.00 WIB

C. Tujuan Percobaan 1. Mempelajari perbedaan kekuatan medan ligan antara ligan ammonium dan air 2. Mengenal cara mencari panjang gelombang pada absorbansi maksimum 3. Mengenal variabel yang mempengaruhi panjang gelombang maksimum

D. Dasar Teori 1. Metode Spektrometri Metode analisis spektrometri adalah metode analisis yang paling banyak dipakai di dalam Kimia analisis, khususnya pada spektra elektromagnetik daerah ultraviolet dan tampak. Aplikasinya meliputi bidang kimia klinik, kimia lingkungan dan bidang-bidang lain. Keuntungan dari metode analisis spektrometri adalah peralatannya yang mudah didapat dan biasanya cukup mudah dioperasikan. Prinsip metode analisis spektrometri adalah larutan sampel menyerap radiasi elektromagnetik dan jumlah intensitas radiasi yang diserap oleh larutan sampel dihubungkan dengan konsentrasi analit (zat/unsur yang akan dianalisis) dalam larutan sampel. Berikut adalah pasangan warna komplenter dari warna larutan yang tampak dilihat oleh mata: λ (nm)

Warna yang Diserap

Komplemen

400 – 435

Ungu

Hijau kekuningan

435 – 480

Biru

Kuning

480 – 490

Biru kehijauan

Jingga

490 – 500

Hijau kebiruan

Merah

500 – 560

Hijau

Ungu kemerahan

560 – 580

Hijau kekuningan

Ungu

580 – 595

Kuning

Biru

595 – 610

Jingga

Biru kehijauan

610 – 800

Merah

Hijau kebiruan

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 2 Kekuatan Medan Ligan

2. Jenis-jenis Kompleks Dalam analisis anorganik kualitatif kompleks-kompleks (ion maupun molekul) sering dijumpai, diantaranya yaitu: a. Akuokompleks Kebanyakan ion yang umum berada dalam larutan air (dan beberapa juga dalam keadaan kristalin) dalam bentuk akuokompleks. Ion-ion demikian adalah: [Ni(H2O)6]2+

heksaakuonikelat (II)

3+

heksaakuoaluminat

[Cu(H2O)4]2+

tetraakuokuprat (II)

[Zn(H2O)4]2+

tetraakuozinkat (II)

[Al(H2O)6]

Beberapa anion, seperti sulfat, membentuk pula akuokompleks: [SO4(H2O)]2-

monoakuosulfat (II) +

Ion hidronium H3O sendiri sebenarnya merupakan suatu akuokompleks, dan dapat ditulis sebagai [H(H2O)]+. Perhatikan, bahwa rumus tembaga sulfat pentahidrat padat misalnya, tepatnya harus ditulis sebagai [Cu(H2O)4] [SO4(H2O)]. Rumus yang biasa CuSO4.5H2O tak menjelaskan fakta, bahwa ada dua jenis molekul air (air-tembaga dan air-sulfat) yang berbeda dalam struktur kristal itu. Ini dapat dibuktikan dengan mudah. Pada pemanasan, mula-mula empat molekul air dilepaskan dari tembaga sulfat kristalin, sekitar 1200C, sedangkan molekul yang ke lima hanya dapat dihilangkan pada suhu yang jauh lebih tinggi, 2400C. Meskipun faktanya semua akuokompleks ini memang benar-benar ada, kita biasanya mengabaikan molekul-molekul air yang terkoordinasi itu dalam rumusrumus, dan persamaan-persamaan.

b. Kompleks Amina Pada jenis kompleks ini, zat-zat yang akan terbentuk apabila ammonia berlebihan ditambahkan pada larutan ion-ion logam tertentu. Kompleks-kompleks demikian adalah: [Ag(NH3)2]+

diaminaargentat (I)

[Cu(NH3)4]2+

tetraaminakuprat (II)

[Co(NH3)6]2+

heksaaminakobaltat (II)

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 3 Kekuatan Medan Ligan

Ion-ion ini hanya ada pada pH tinggi (>8), penambahan asam-asam mineral akan menguraikannya. 3. Pengukuran Harga 10Dq Pengukuran harga 10Dq suatu kompleks adalah cukup rumit, terutama bila orbital d terisi lebih dari satu electron. Pengukuran yang paling mudah adalah bila orbital d hanya terisi sebuah electron seperti yang terdapat pada ion kompleks [Ti(H2O)6]3+, dengan konfigurasi electron pada keadaan dasar atom pusat Ti3+=[Ar]3d14s0. Pada medan octahedral sebuah electron pada orbital 3d akan menempatkan orbital dengan tingkat energy yang terendah, yaitu pada salah satu dari tiga orbital t2g degenerate. eg

10 Dq

t2g

Diagram tingkat energy orbital d ion Ti3+ pada kompleks [Ti(H2O)6] 3+ yang terbentuk oktahedaral

Sebuah electron pada orbital t2g tersebut dapat melakukan transisi ke orbital eg. t2g1eg0 → t2g0eg1 Spectrum absorbsi dari transisi tersebut memiliki sebuah puncak yang lebar pada daerah sinar tampak dengan absorpsi maksimum pada 20300 cm-1. Karena 1 kJ/mol=83.6 cm-1 maka energy transisi tersebut adalah sekitar 243 kJ/mol.

Energi transisi tersebut adalah setara dengan energy dari kebanyakan ikatan tunggal. Pada ion [Ti(H2O)6]3+ harga 10Dq dapat diperoleh dengan mensubtitusikan harga absorpsi maksimum ke dalam persamaan:

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 4 Kekuatan Medan Ligan

Besarnya energy 10Dq adalah 58.04 kkal/mol. Transisi ini terjadi pada daeah sinar tampak, sehingga larutan yang mengandung ion [Ti(H2O)6]3+ berwarna violet.

4. Factor-faktor yang Mepengaruhi Kekuatan Medan Kristal Kekuatan medan kristal suatu kompleks dipengaruhi oleh banyak factor, diantaranya: a. Muatan atom pusat Bertambahnya muatan atom pusat akan menyebabkan gaya tarik elektrostatik antara atom pusat dan ligan-ligan menjadi makin kuat, sehingga ligan-ligan tertari lebih dekat ke atom pusat dan interaksi antara ligan-ligan dengan orbital-orbital d ato pusat semakin kuat pula. Akibatnya pemisahan orbital d atom pusat semakin besar dan medan kristal yang timbul makin kuat. Secara teoritis, peningkatan muatan atom pusat dari 2+ ke 3+ akan meningkatkan kekuatan medan krostal atau harga 10Dq sekitar 50%.

b. Jumlah ligan dan geometri dari kompleks Semakin banyak jumlah ligan yang terkat pada atom pusat maka medan kristal yang timbul makin kuat dan harga 10Dq makin besar. Untuk atom pusat dan jenis ligan yang sama, kekuatan medan kristal kompleks oktahedral adalah lebih dari 2 kali lipat kekuatan medan kristal kompleks tetrahedral.

c. Jenis ligan Ligan-ligan yang berbeda akan menghasilkan kekuatan medan kristal yang berbeda pula. Fajans dan Tschida berhasil membuat urutan relative kekuatan beberapa ligan, yaitu kekuatan ligan: I- < Br- < S2- < SCN- < Cl-< NO3- < F- < urea ~ OH- ~ O2- < C2O42- < H2O < CS- < EDTA4- < NH3~ pyr ~ en < phen < CN- ~ CO. urutan ligan-ligan berdasarkan kekuatannya tersebut disebut deret spektrokimia atau deret Fajans-Tsuchida

d. Jenis ion pusat Dalam satu golongan untuk ion-ion dengan muatan yang sama kekuatan medan yang timbul akibat interaksi antara ion pusat dengan ligan-ligan yangs ama bertambah dengan bertambahnya periode. Hal ini disebabkan karena dalam satu golongan, dari atas ke bawah, terjadi kenaikan muatan inti efektif dengan

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 5 Kekuatan Medan Ligan

bertambahnya periode. Kenaikan ini disebabkan karena efek saringan atau efek pemerisaian orbital 5d 1, dilakukan pengenceran hingga nilai A ≤ Nilai A ≤ 1

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 7 Kekuatan Medan Ligan

3. Larutan Uji 3 2 mL Larutan Cu2+ 0.1M  Dimasukkan ke dalam labu ukur 10 mL  Ditambahkan 2.5 mL larutan ammonium 1M  Ditambahkan akuades sampai tanda batas  2 mL Larutan Ion Cu2+ 0.02M  Diamati serapannya menggunakan spektofotometer UVVIS pada λ=350 – 700 nm Nilai Absorbansi (A)  Jika nilai A > 1, dilakukan pengenceran hingga nilai A ≤ Nilai A ≤ 1

4. Larutan Blanko Akuades  Dimasukkan ke dalam labu ukur 10 mL sampai tanda batas Akuades  Diamati serapannya menggunakan spektofotometer UVVIS pada λ=400 – 600 nm Nilai Absorbansi (A)  Jika nilai A > 1, dilakukan pengenceran hingga nilai A ≤ Nilai A ≤ 1

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 8 Kekuatan Medan Ligan

G. Data Hasil Pengamatan 1. Larutan Uji 1 No.

ALUR KERJA

1. 2 mL larutan Cu2+ 0,1M

 Dimasukkan labu ukur 10 mL  Diencerkan dg akuades sampai tanda batas  Dikocok  Diukur absorbansi pada λ = 700-850 nm

HASIL PENGAMATAN Sebelum o Larutan Cu2+ 0,1 M : larutan biru muda o Akuades : tidak berwarna Sesudah o Larutan Cu2+ + akuades : larutan biru o Hasil uji UV-Vis :

Hasil

Panjang gelombang maks : 810,50 nm Absorbansi : 0,233

SIMPULAN Serapan larutan pertama yang diukur pada panjang gelombang 700-850 nm, memiliki λmaks = 810,50 dengan absorbansi 0,233

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 9 Kekuatan Medan Ligan

2. Larutan Uji 2 No.

ALUR KERJA

2. 2 mL larutan Cu2+ 0,1M

 Dimasukkan labu ukur 10 mL  + 5 mL NH4OH encer  Diencerkan dg akuades sampai tanda batas  Dikocok  Diukur absorbansi pada λ = 350-700 nm

HASIL PENGAMATAN Sebelum o Larutan Cu2+ 0,1 M : larutan biru muda o Akuades : tidak berwarna o NH4OH 1M : tidak berwarna Sesudah o Larutan Cu2+ + akuades + 5 mL NH4OH encer : larutan biru(+) o Hasil uji UV-Vis :

Hasil

Panjang gelombang maks : 609,0 nm Absorbansi : 0,573

SIMPULAN Serapan larutan kedua yang diukur pada panjang gelombang 350-700 nm, memiliki λmaks = 609,00 dengan absorbansi 0,573

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 10 Kekuatan Medan Ligan

3. Larutan Uji 3 No.

ALUR KERJA

3. 2 mL larutan Cu2+ 0,1M

 Dimasukkan labu ukur 10 mL  + 5 mL NH4OH encer  Diencerkan dg akuades sampai tanda batas  Dikocok  Diukur absorbansi pada λ = 350-700 nm

HASIL PENGAMATAN Sebelum o Larutan Cu2+ 0,1 M : larutan biru muda o Akuades : tidak berwarna o NH4OH 1M : tidak berwarna Sesudah o Larutan Cu2+ + akuades + 2,5 mL NH4OH encer : larutan biru(+) o Hasil uji UV-Vis :

Hasil

Panjang gelombang maks : 612,5 nm Absorbansi : 0,971

SIMPULAN Serapan larutan ketiga yang dukur pada panjang gelombang 350-700 nm, memiliki λmaks = 612,50 dengan absorbansi 0,971

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 11 Kekuatan Medan Ligan

4. Larutan Blanko No.

ALUR KERJA

4. Akuades

 Dimasukkan labu ukur 10 mL  Diencerkan dg akuades sampai tanda batas  Dikocok  Diukur absorbansi pada λ = 400-600 nm Hasil

HASIL PENGAMATAN Sebelum o Akuades : larutan tidak berwarna Sesudah o Akuades : larutan tidak berwarna o Hasil uji UV-Vis : absorbansi blanko dianggap 0 (nol)

SIMPULAN

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 12 Kekuatan Medan Ligan

H. Analisis dan Pembahasan Pada percobaan mengenai kekuatan medan ligan bertujuan untuk mengetahui perbedaan kekuatan medan ligan antara ligan ammonium dan air pada Cu sebagai logam pusat. Terdapat 3 variasi pelarut yang digunakan dalam larutan uji. Hal ini bertujuan agar bisa menjelaskan pengaruh panjang gelombang maksimum, baik dilihat dari jenis ligan yang ikat ataupun banyaknya ligan yang akan disubtitusi oleh logam Cu. Untuk mengetahui panjang gelombang maksimum dari masing-masing larutan uji digunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang yang berbeda-beda sesuai warna larutan yang dibentuk dengan warna komplemennya. Selanjutnya, dari nilai maksimum yang diperoleh akan disubtitusikan ke persamaaan:

Menurut teori medan kristal, orbital d yang terurai oleh ligan disebut uraian medan kristal atau splitting. Splitting ini terdiri dari tingkat energi orbital eg dan t2g dengan selisih tingkat energinya sebesar 10 Dq.

Pemecahan orbital d menjadi eg dan t2g akibat pengaruh ligan

Sehingga dari nilai 10 Dq yang diperoleh dari masing-masing larutan uji, bisa mengetahui perbedaan kekuatan medan ligan antara ligan ammonium dan air pada Cu sebagai logam pusat. Secara teori, jika semakin kuat ligannya, maka 10 Dq juga akan semakin besar. Jika 10 Dq kecil, maka ligannya adalah ligan lemah. Ligan yang kuat dapat menggantikan ligan yang lebih lemah. Dan selanjutnya, akan diperiksa antara membaca nilai 10 Dq yang dihasilkan dengan deret spektrokimia. Berikut adalah deret spektrokimia : I-< Br-< SCN-~ Cl-< F-< OH-~ NO-< C2O42-< H2O 609,0 nm < 612,5 nm

 Dq larutan uji pertama < Dq larutan uji kedua < Dq larutan uji ketiga

 = 0.028 kkal/mol < 46,95 kkal/mol < 0.022 kkal/mol

2. Kekuatan medan ligan NH3 lebih besar daripada H2O, karena NH3 memiliki nilai Dq yang besar sehingga mengakibatkan splitting yang besar pula. 3. Semakin banyak ligan NH3 yang tersubstitusi maka pada spektrometri UV-VIS akan terbaca panjang gelombang yang semakin kecil, sehingga nilai Dq akan semakin besar.

J. Jawaban Pertanyaan 1. Jelaskan perbedaan kekuatan medan ligan antara ligan ammonium dan air! Jawab:

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 18 Kekuatan Medan Ligan

H2O merupakan ligan yang bersifat sebagai ligan lemah. Ligan lemah dalam kompleks menyebabkan electron memiliki spin tinggi (high spin) pada tingkat energy eg, karena pada ion Cu(II) elektron di orbital d lebih mudah ditempatkan pada arah energi orbital yang lebih tinggi sebagai electron sunyi (tidak berpasangan) daripada ditempatkan pada kamar orbital yang sama, namun sebagai electron berpasangan. Sebab pada kamar yang sama akan terjadi gaya tolak menolak antara dua electron jika akan berpasangan. Oleh karena energy untuk tolak menolak (P) lebih besar daripada harga 10 Dq, justru ada interaksi tingkat energy atas dengan energy bawah menyebabkan jarak t2g dan eg menjadi lebih pendek sehingga energi 10Dq menjadi lebih kecil.

2. Tuliskan reaksi yang terjadi dalam percobaan tersebut! Jawab:

Cu2+(aq) + 6 H2O(l)  [Cu(H2O)6]2+(aq) [Cu(H2O)6]2+(aq) + 3NH3(aq) → [Cu(H2O)3(NH3)3]2+(aq)

[Cu(H2O)6]2+(aq) + 4 NH3(aq) [Cu(H2O)4(NH3)2]2+(aq) + H2O(l)

3. Faktor-faktor apakah yang mempengaruhi warna ion kompleks logam transisi? Jawab: Perbedaan warna pada logam transisi menjadikan salah satu ciri khusus dari logam-logam ini. Hal ini dapat dapat dijelaskan dengan teori medan kristal. Jika orbitald dari sebuah kompleks berpisah menjadi dua kelompok, maka ketika molekul tersebut menyerap foton dari cahaya tampak, satu atau lebih elektron yang berada dalam orbital tersebut akan meloncat dari orbital-d yang berenergi lebih rendah ke orbital-d yang berenergi lebih tinggi, menghasilkan keadaam atom yang tereksitasi. Perbedaan energy antara atom yang berada dalam keadaan dasar dengan yang berada dalam keadaan tereksitasi sama dengan energy foton yang diserap dan berbanding terbalik dengan gelombang cahaya. Karena hanya gelombang-gelombang cahaya (λ) tertentu saja yang dapat diserap (gelombang yang memiliki energy sama dengan energy eksitasi), senyawa-senyawa tersebut akan memperlihatkan warna komplementer (gelombang cahaya yang tidak terserap). Seperti yang dijelaskan di atas, ligan-ligan yang berbeda akan menghasilkan medan kristal yang energinya berbeda-beda pula, sehingga kita bisa melihat warna-warna yang bervariasi. Untuk sebuah ion logam, medan ligan yang lebih

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 19 Kekuatan Medan Ligan

lemah akan membentuk kompleks yang Δ-nya bernilai rendah, sehingga akan menyerap cahaya dengan λ yang lebih panjang dan merendahkan frekuensi ν. Sebaliknya medan ligan yang lebih kuat akan menghasilkan Δ yang lebih besar, menyerap λ yang lebih pendek, dan meningkatkan ν. 4. Gambarlah grafik panjang gelombang terhadap absorbansi terhadap masing-masing pengamatan anda! Jawab: 1,2

absorbansi

1 0,8 0,6 Series1

0,4

Linear (Series1)

y = -0,002x + 2,401 R² = 0,695

0,2 0 0

500

1000

panjang gelombang

5. Hitunglah besar energi 10 Dq ketiga larutan tersebut (gunakan persamaan 1, buat contoh perhitungan energy kompleks Ti) ! Jawab: Larutan uji pertama:

10dq = 0.028 kkal/mol

Larutan uji kedua:

10dq = 46,95 kkal/mol

Larutan uji ketiga:

10dq = 0.022 kkal/mol

6. Dari hasil percobaan, apa yang dapat anda simpulkan? Jawab: Semakin besar nilai panjang gelombang yang dihasilkan, semakin kecil nilai Dq. Kekuatan medan ligan NH3 lebih besar daripada H2O, karena NH3 memiliki nilai Dq yang besar sehingga mengakibatkan splitting yang besar pula. Semakin banyak ligan NH3 yang tersubstitusi maka pada spektrometri UV-VIS akan terbaca panjang gelombang yang semakin kecil, sehingga nilai Dq akan semakin besar.

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 20 Kekuatan Medan Ligan

K. Daftar Pustaka Amaria, dkk. 2013. Penuntut Praktikum Kimia Anorganik III “Unsur-unsur Golongan Transisi”. Surabaya: Unesa Press. Effendy. 2007. Perspektif Baru Kimia Koordinasi Jilid 1. Malang: Bayumedia Publishing. Svehla, G. 1990. VOGEL Bagian II “Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro” Ediasi ke lima. Terjemahan oleh Ir. L. Setiono dan Dr. A. Hadyana Pudjaatmaka. Jakarta: PT. Kalman Media Pusaka.

Laporan Praktikum Kimia Anorganik III 21 Kekuatan Medan Ligan

LAMPIRAN PERHITUNGAN Diketahui: λmaks larutan uji I λmaks larutan uji II λmaks larutan uji III

= 810,50 nm = 609,0 nm = 612,5 nm

Ditanya: 10Dq larutan uji I 10Dq larutan uji II 10Dq larutan uji III

=…? =…? =…?

Dijawab: 1. Larutan Uji I

10dq =

1 810.5×10 −7

×

1 kkal /mol 349,75 cm −1

10dq = 0.028 kkal/mol 2. Larutan Uji II

10dq =

1 609×10

−7 ×

1 kkal /mol 349,75 cm −1

10dq = 46,95 kkal/mol 3. Larutan Uji III

10dq =

1 621.5×10 −7

×

1 kkal /mol 349,75 cm −1

10dq = 0.022 kkal/mol...