KIMIA FISIK III ATURAN FAJAN’S
Dosen Pengampu
Oleh
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS KHAIRUN TERNATE 2016
ATURAN FAJANS
Pada dasarnya tidak ada senyawa ionik yang ikatannya merupakan ikatan ionik sempurna atau 100 % ionik. Para ahli kimia mempunyai gagasan bahwa setiap ikatan hetero nuklir mengandung campuran karakter kovalen dan ionik. Di dalam senyawa ionik selalu terdapat karakter kovalen yang besarnya tergantung pada kekuatan polarisasi kation dan polarisabilitas anion yang ada dalam senyawa tersebut. Kation dan anion terdiri atas inti atom dan awan elektron. Inti atom dari kation dapat mempengaruhi atau menarik awan elektron dari anion dan inti atom dari anion dapat mempengaruhi atau menarik awan elektron dari kation. Fenomena ini dikenal sebagai polarisasi. Aturan yang dikemukakan oleh Kasimir Fajans tentang polarisasi yaitu sebagai berikut. 1.
Kation dengan ukuran semakin kecil dan muatan positif semakin besar akan mempunyai daya mempolarisasi semakin tinggi. Karena memiliki muatan yang besar maka radius dan titik leleh semakin rendah.
2.
Ukuran/jarak (radius) yang kecil Peningkatan muatan dan apabila inti atom semakin padat maka kekuatan polarisasi meningkat. Oleh karena itu jarak/radius kecil maka ia cenderung ke kovalen.
3.
Anion dengan ukuran semakin besar dan muatan negatif semakin besar akan semakin mudah terpolarisasi.
4.
Kation yang mempunyai konfigurasi elektron bukan konfigurasi elektron gas mulia mempunyai daya mempolarisasi lebih kuat (kation dengan 18 elektron memberikan kekuatan polarisasi lebih besar dari 8 elektron dengan ukuran dan muatan yang sama) Berdasarkan kaidah Fajan, unsur-unsur yang mudah membentuk kation adalah
unsur-unsur golongan IA dan IIA, sedangkan unsur-unsur yang paling mudah
membentuk anion adalah unsur-unsur golongan VIIA dan VIA. Di antara unsur itu, yang paling mudah membentuk kation adalah unsur Cesium sebab memiliki keelektronegatifan paling kecil. Salah satu cara yang paling mudah untuk membedakan sifat ionik dari sifat kovalen suatu spesies yaitu dengan membandingkan titik lelehnya; senyawa ionik cenderung mempunyai titik leleh tinggi, dan senyawa kovalen sederhana mempunyai titk leleh rendah. Sebagai contoh, senyawa AlF3 dan AlI3, masing-masing mempunyai titik leleh yang sangat berbeda yaitu secara berurutan 12900C dan 1900C. Ion fluorida mempunyai jari-jari ionik 117 pm, jauh lebih kecil daripada jari-jari ionik iodida, 206. Data jari-jari ini menghasilkan ukuran volume anion iodida sebesar kira-kira 5 ½ atau 2063/1173 kali volume ion fluorida. Tingginya titik leleh aluminium fluorida menyarankan bahwa senyawa ini lebih bersifat ionik, dan ini berarti bahwa ion fluorida karena kecilnya ukuran tidak atau sukar terpolarisasi oleh ion Al3+, sehingga senyawa yang terbentuk, yaitu AlI3, lebih bersifat kovalen dengan titik leleh yang jauh lebih rendah. Karena jari-jari ionik dengan sendirinya bergantung pada muatan ionnya, maka besarnya muatan kation merupakan petunjuk yang baik untuk menentukan derajat kovalensi spesies (sederhana) yang bersangkutan. Kation dengan muatan +1 dan +2, biasanya mendominasi sifat ionik, sedangkan kation dengan muatan +3 membentuk senyawa ionik hanya dengan anion yang sangat sukar terpolarisasi seperti ion fluorida. Kation dengan muatan teoritik +4 atau yang lebih tinggi sesungguhnya tidak dikenal sebagai ion, dan senyawanya sering diperhitungkan sebagai senyawa yang didominasi oleh sifat kovalen. Sebagai contoh, MnO mempunyai titik leleh 17850C tetapi MnO, berupa cair pada temperatur kamar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Mn(II) membentuk kisi kristal ionik dalam MnO, tetapi Mn(VII) membentuk molekul kovalen dalam Mn2O7. Perhitungan rapatan muatan menghasilkan harga 84 C mm-3 untuk ion Mn2+ dan 1240 C mm-3 untuk ion Mn7+ (andaikata ion ini ada). Ion ini (Mn7+) sangat tinggi (rapatan) muatan positifnya, demikian juga ukurannya tentu jauh lebih kecil daripada ukuran ion Mn2+, sehingga mempunyai daya mempolarisasi yang
sangat kuat terhadap anion oksida; akibatnya, senyawaan yang terbentuk bersifat kovalen sebagaimana ditunjukkan oleh rendahnya titik leleh. Menurut teori polarisasi yang dikembangkan oleh Fajan, bila dua ion saling berdekatan bentuk awan elektron dari anion akan dipengaruhi oleh tarikan kation dan pada saat yang sama kedua inti anion dan inti kation akan saling tolak menolak. Hal ini menyebabkan terjadinya deformasi atau polarisasi pada anion. Pada umumnya kation jauh lebih kecil daripada anion, oleh karena itu sifat polarisasi kation juga jauh lebih kecil daripada polarisasi anion. Hal yang terpenting untuk. diketahui adalah bahwa pengaruh polarisasi ini mengakibatkan elektronelektron khususnya elektron valensi tidak lagi sepenuhnya dipengaruhi oleh salah satu ion atau atom saja melainkan terdistribusi sedemikian sehingga di bawah pengaruh kedua ion atau atom yang bersangkutan. Semakin besar derajat pengaruh kedua atom secara bersamaan, semakin kecil derajat ionic dan semakin besar derajat sifat kovalen spesies yang bersangkutan. Efek ini dapat dirumuskan sebagai berikut: 1.
Besarnya muatan
Naiknya muatan ion mengakibatkan naiknya sifat terpolarisasi ion lawan, sehingga menurunkan sifat ionic dan menaikkan sifat kovalen spesies yang bersangkutan, sebagaimana ditunjukkan oleh data untuk senyawa klorida berikut ini: Kation
Titik leleh klorida anhidrat (0C)
Konduktifitas ekivalen leburan klorida
Na+
800
133
Mg2+
715
29
Al3+
Menyublim pada 180
1,5 x 10-5
Contoh pada tabel tersebut menunjukkan bahwa sifat ionic menurut dari NaCl ke MgCl2, dan AlCl3, bukan lagi bersifat ionic melainkan kovalen.
2.
Ukuran ion
Semakiin kecil ukuran kation semakin terkonsentrasi muatan positifnya sehingga semakin efektif pengaruh polarisasi terhadap anion; akibatnya semakin rendah sifat ionic spesies yang bersangkutan sebagaimana ditunjukkan oleh data senyawa klorida berikut: Kation
Titik Leleh Klorida (0C)
Konduktifitas ekivalen leburan klorida
Be2+
404
0,086
Mg2+
715
29
Ca2+
774
52
Sr 2+
870
56
Ba2+
955
65
Contoh di atas sangat jelas menunjukkan adanya hubungan antara kenaikan ukuran kation dengan kenaikan sifat ioniknya. Sebaliknya, semakin besar ukuran anion semakin mudah awan elektronnya terpolarisasi oleh kation; akibatnya semakin lemah sifat ionik atau semakin kuat sifat kovalensi spesies yang bersangkutan, sebagaimana ditunjukkan oleh data untuk senyawa halide berikut:
Spesies
Ukuran anion
Titik leleh
NaF
1,36
990
NaCl
1,81
801
NaBr
1,95
755
NaI
2,16
651
Jadi, data tersebut menyarankan bahwa sifat ionik terkuat ditunjukkan oleh natrium florida dan terlemah oleh natrium iodide. 3.
Kation yang mempunyai konfigurasi elektronik bukan gas mulia.
Aturan Fajans yang ke tiga, berkaitan dengan kation yang mempunyai konfigurasi elektronik bukan gas mulia. Sebagai contoh yaitu kation Ag+ (dengan konfigurasi [Ar] 4d10), demikian juga Cu+, Sn2+, dan Pb2+. Senyawaan perak halida, AgF, AgCl, AgBr, dan AgI, masing-masing mempunyai titik leleh 435, 455, 430, dan 5580C, yang secara berurutan lebih rendah kira-kira 3000C dari pada titik leleh kalium halida. Dengan demikian, kation perak mempunyai daya mempolarisasi yang lebih kuat daripada kation K +, sehingga senyawaan perak halida lebih bersifat kovalen dari pada senyawaan kalium halida. Petunjuk lain perihal sifat kovalensi halida perak yaitu kenyataannya bahwa halida perak (kecuali fluorida) sukar larut dalam air. Proses pelarutan dalam pelarut polar disebabkan adanya interaksi antara molekul air (polar) dengan muatan ion; menurunnya sifat ionik atau naiknya sifat kovalen halida perak mengakibatkan melemahnya interaksi tersebut hingga cenderung sukar larut. Untuk perak fluorida, kecilnya ukuran ion fluorida menyebabkan kurangnya sifat terpolarisasi oleh kation perak hingga senyawa ini paling bersifsat ionik daripada halida perak yang lain, dan akibatnyad mudah larut dalam air. Contoh lain yaitu perbandingan sifat oksida dan sulfida natrium dengan tembaga (I). Kedua kation ini mempunyai jari-jari yang hampir sama. Oksida maupun
sulfida natrium bersifat ionik dan larut bereaksi dengan air, tetapi oksida dan sulfida tembaga (I) tidak larut dalam air. Menurut aturan Fajans ke tiga, kation Cu(I) dengan konfigurasi elektronik bukan gas mulia mempunyai daya daya mempolarisasi yang lebih kuat hingga mempunyai kecenderungan lebih kovalen. Hal ini paralel dengan besarnya perbedaan elektronegativitas yaitu ~2,5 untuk natrium oksida yang berarti lebih bersifat ionik, dan ~1,5 untuk tembaga (I) oksida yang berarti lebih bersifat kovalen.
