Soal-soal Kimia-BelajarKimia.com Seorang siswa melakukan praktikum kimia untuk menentukan entalpi pembakaran standart parafin. Dia mencoba untuk melakukan percobaannya denga menggunakan kalorimeter. Setelah melakukan percobaan di laboratorium, siswa tersebut memperoleh data sebagai berikut: massa kalorimetr = 16,0 gr massa air dan kalorimeter = 410 gr temperatur awal air = 200C temperatur akhir = 35,50C massa awal parafin = 25,7 g massa akhir parafin = 23,5 g Jika diketahui rumus kimia parafin adalah C25H52 dan kita asumsikan bahwa yang menyerap panas hanya air dalam kalorimeter , maka bantulah siswa tersebut untuk menghitung berapa besar entalpi pembakaran standart parafin berdasarkan percobaan dari siswa diatas. Jawaban Soal-soal Kimia Dengan kalorimeter maka kita bisa mengukur panas yang dihasilkan oleh suatu reaksi. Untuk soal diatas panas yang dihasilkan oleh pembakaran parafin diterima oleh air sehingga panas ini bisa dikonversikan untuk memperoleh enthalpi standart pembakaran parafin massa air dalam kalorimeter = massa total kalorimeter - massa total air = 410 gr - 16,0 gr = 394 gr kenaikan suhu = T akhir - T awal = 35,5 - 20 = 15,5 0C massa parafin yang terbakar = 25,7 - 23,5 = 2,2 gr energi panas yang diterima air = m.c.^T = 394 gr x 4.184 J/gC x 15.50C = 25,552 J mole parafin
= gr/Mr = 2,2 / 677 = 0,00325 mol energi yang dilepaskan untuk membakar 1 mol parafin = 1/0,00325 x 25,552 J = 7862,15 KJ Jadi enthalpy pembakaran parafin standart sesuai percobaan siswa diatas adalah ^Hc= -7862,15 KJ/mol
1) Berapa banyak atom O dalam 5 mol MgSO4? a. 1,20. 1025 atom b. 3,01. 1024 atom c. 1,20. 1025 atom d. 6,02. 1023 atom Jawaban : 5 mol MgSO4 = 20 mol O Jumlah atom O = 20 x 6,02.1023 = 1,20. 1025 atom 2) Pada reaksi BaCl2 + XSO4 1. Larutan Serium (IV). 32,0000 gram Ce(SO4)2. 2(NH4)2 SO4. 2H2O dilarutkan dalam 500 ml larutan. Hitunglah a. Normalitas larutan b. Titer Na2C2O4 Jawab :
a. b.
1. Larutan Serium (IV). 41,1 gram garam Ce(NO3)4 . 2(NH4)2NO3 dilarutkan dalam 750 ml 0,2 M H2SO4 . Hitunglah jumlah garam As2O3 yang akan diperlukan untuk bereaksi dengan 50 ml larutan ini Jawab:
Bagian I:
(50 poin)
Pilihlah jawaban yang tepat. (25 Soal) 1.
Ion yang manakah yang dapat mengalami oksidasi dan reduksi:
A.
OCl- D.
B.
S2- E.
C.
NO3-
Cr2O72Cl-
2. Persen massa C, H dan O dalam suatu senyawa berturut turut 57,48; 4,22; dan 32,29 %. Rumus empiris senyawa ini adalah: A.
C2H2O
B.
C4H3O2 E. C9H6O3
C.
C5H4O2
D.
C8H7O4
3. Manakah yang akan memberikan perubahan volume terbesar bila ditambahkan ke dalam air dalam gelas silinder 50 mL: A.
7,42 g Al (ρ = 2,7 g/mL)
B.
5,09 g besi pirit (ρ = 4,9 g/mL)
C.
2,68 g senyawa organik (ρ = 0,7 g/mL).
D.
1 g NaOH 1 M (ρ = 1,01 g/mL)
E.
10,0 g Hg (ρ = 13,6 g/mL)
4.
Diboran, B2H6 disintesis dengan reaksi:
3 NaBH4 + 4 BF3 → 3 NaBF4 + 2 B2H6. Bila reaksi ini memiliki 70 % yield, berapa mol NaBH4 harus direaksikan dengan BF3 berlebih agar didapatkan 0,400 mol B2H6: A.
0,4
D.
0,858
B.
0,42
E.
0,98
C.
0,6
5.
Dari data energi ikatan rata-rata berikut ini:
C-H = 414,2 kJ mol-1 ; N-N = 945,6 kJ mol-1 H-H = 436,0 kJ mol-1 ; C-N = 878,6 kJ mol-1 dan kalor sublimasi karbon, C(s) → C(g)
ΔH = 719,7 kJ mol-1
Dapat diperkirakan perubahan entalpi pembentukan standar hidrogen sianida (HCN) sebesar: A.
1978,5 kJ mol-1 D.
-598,3 kJ mol-1
B.
598,3 kJ mol-1 E.
-824,8 kJ mol-1
C.
117,7 kJ mol-1
6. Manakah dari pasangan molekul berikut ini yang merupakan kombinasi POLAR-NONPOLAR: A.
HCl - BrF
D.
CO2 - H2
B.
CH3Cl - CHCl3 E. CH4 - CCl4
C.
NF3 - BF3
7.
Fungsi yang akan menghasilkan grafik linear untuk gas ideal adalah:
A.
p terhadap V, pada n dan T tetap
B.
T terhadap p, pada n dan V
C.
1/V terhadap 1/p, pada n dan T tetap
D. E. 8.
1/n terhadap p, pada V dan T tetap V terhadap 1/n, pada p dan T tetap Pasangan manakah di bawah ini yang memiliki jumlah netron yang sama
A.
dan
B.
dan
C.
D. E.
dan dan
dan
9. Ge memiliki konfigurasi elektron [Ar] 3d104s24p2. Sewaktu membentuk Ge4+ elekron akan dikeluarkan menurut urutan: I
II
III
IV
A.
4p
4p
4s
4s
B.
4p
4p
3d
3d
C.
4s
4s
4p
4p
D.
4s
4s
3d
3d
E.
3d
4s
4p
3d
10. Dalam suatu percobaan, sebanyak a mol A ditempatkan dalam tabung dan kemudian terjadi reaksi menghasilkan B: A (g) → 2 B (g). Pada kesetimbangan, x mol A telah bereaksi dan tekanan total dalam wadah adalah P. Tekanan B dalam kesetimbangan adalah: A.
D.
B.
E.
C. ONTOH SOAL 1 Hitung potensial titik ekivalen suatu elektroda platina terhadap elektrode kalomel jenuh dalam titrasi Fe2+ terhadap Cr2O72- dalam larutan asam 1,0 M Fe3+ + e Fe2+ dan E0 = 0,74 V. Cr2O72- + 14H- + 6e
→
2Cr3+ + 7H2O dan E0 = 1,00 V.
Jawaban Reaksi oksidasi Fe2+ menjadi Fe2+ dengan koefisien stoikiometri yang benar adalah Cr2O72- + 14H- + 6Fe2+ → 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O kondisi awal
6a
-
-
-
penambahan pada titik ekivalen
-
a
-
-
kondisi kesetimbangan
(6a-6x)
(a-x)
6x
2x
Dengan demikian, pada titik ekivalen
dan
Eek terhadap EHS =
………persamaan A
Dan
Eek terhadap EHS = Jika H+ = 1, maka
6 x Eek terhadap EHS =
………..persamaan B
penjumlahan persamaan A dan B akan menghasilkan
7x Eek terhadap EHS = sehingga Eek terhadap EHS =
………persamaan C
Dalam persamaan C suku-suku log tidak saling menghilangkan. Meskipun demikian, pada tingkat konsentrasi yang biasanya digunakan uuntuk titrimetri, suku loag (4x) biasanya kecil dan dapat diabaikan. Sehingga Eek terhadap EHS = Dan jika pada potensial elektrode kalomel jenuh terhadap elektrode hidrogen standar adalah +0,24 V, maka Eek terhadap EKJ = (0,96-0,24)V = 0,72 V Catatan 1. Dianggap bahwa spesies yang ada dalam larutan 1,0 M hanyalah Cr 3+ dan Cr2O72- . konsentrasi spesies-spesies lain seperti HCrO4- dianggap sangat kecil dan dapat diabaikan 2. Elektroda platina inert dianggap memberi tanggapan secara reversibel terhadap nisbah konsentrasi [Cr3+ ] / [Cr2O72- ] dan terhadap nisbah konsentrasi [Fe2+ ] / [Fe3+ ]. Akan tetrapi, pada kebanyakan titrasi redoks elektrode inert mempunyai potensial campuran sehingga kurva titrasi eksperimental dan kurva titrasi hasil perhitungan tidak identik. • • • • • •
Beranda Tentang Situs Kontributor Bergabung Mitra Kami Kontak
Nama: Password: Daftar Lupa kata kunci?
•
Artikel o o o o o o o o o o
•
Berita Biokimia Kimia Analisis Kimia Anorganik Kimia Fisika Kimia Lingkungan Kimia Material Kimia Pangan Teknologi Tepat Guna Tips dan Opini
Info Beasiswa Karir Event IChO Redaksi Latihan o Soal IChO o Soal Materi Kimia o Soal OSN Tanya Pakar Tokoh Kimia Materi Belajar Tabel Periodik Reaksi Organik Forum Diskusi o o o o o
•
• • • • • •
Wednesday, June 10, 2009 19:42 Cari Artikel • •
RSS Artikel RSS Komentar
Beri Rating: (2 votes, average: 4.00 out of 5) Loading ...
Sebarkan:
• • •
Cetak Artikel ini Email Artikel ini
Elektrolisis Ditulis oleh Yoshito Takeuchi pada 11-08-2008
a. Sel dan elektrolisis Dalam sel, reaksi oksidasi reduksi berlangsung dengan spontan, dan energi kimia yang menyertai reaksi kimia diubah menjadi energi listrik. Bila potensial diberikan pada sel dalam arah kebalikan dengan arah potensial sel, reaksi sel yang berkaitan dengan negatif potensial sel akan diinduksi. Dengan kata lain, reaksi yang tidak berlangsung spontan kini diinduksi dengan energi listrik. Proses ini disebut elektrolisis. Pengecasan baterai timbal adalah contoh elektrolisis. Reaksi total sel Daniell adalah Zn + Cu2+(aq) –> Zn2+(aq) + Cu (10.36) Andaikan potensial lebih tinggi dari 1,1 V diberikan pada sel dengan arah kebalikan dari potensial yang dihasilkan sel, reaksi sebaliknya akan berlangsung. Jadi, zink akan mengendap dan tembaga akan mulai larut. Zn2+(aq) + Cu –> Zn + Cu2+(aq) (10.37) Gambar 10.6 menunjukkan representasi skematik reaksi kimia yang terjadi bila potensial balik diberikan pada sel Daniell. Bandingkan dengan Gambar 10.2.
Gambar 10.6 Electrolisis. Reaksi kebalikan dengan yang terjadi pada sel Daniell akan berlangsung. Zink mengendap sementara tembaga akan melarut.
b. Hukum elektrolisis Faraday Di awal abad ke-19, Faraday menyelidiki hubungan antara jumlah listrik yang mengalir dalam sel dan kuantitas kimia yang berubah di elektroda saat elektrolisis. Ia merangkumkan hasil pengamatannya dalam dua hukum di tahun 1833. Hukum elektrolisis Faraday 1. Jumlah zat yang dihasilkan di elektroda sebanding dengan jumlah arus listrik yang melalui sel. 2. Bila sejumlah tertentu arus listrik melalui sel, jumlah mol zat yang berubah di elektroda adalah konstan tidak bergantung jenis zat. Misalnya, kuantitas listrik yang diperlukan untuk mengendapkan 1 mol logam monovalen adalah 96 485 C(Coulomb) tidak bergantung pada jenis logamnya. C (Coulomb) adalah satuan muatan listrik, dan 1 C adalah muatan yang dihasilkan bila arus 1 A (Ampere) mengalir selama 1 s. Tetapan fundamental listrik adalah konstanta Faraday F, 9,65 x104 C, yang didefinisikan sebgai kuantitas listrik yang dibawa oleh 1 mol elektron. Dimungkinkan untuk menghitung kuantitas mol perubahan kimia yang disebabkan oleh aliran arus listrik yang tetap mengalir untuk rentang waktu tertentu. Contoh soal 10.7 hukum elektrolisis Faraday Arus sebesar 0,200 A mengalir melalui potensiometer yang dihubungkan secara seri selama 20 menit. Satu potensiometer memiliki elektrode Cu/CuSO4 dan satunya adalah elektrode Pt/ H2SO4 encer. Anggap Ar Cu = 63,5. Tentukan 1. jumlah Cu yang mengendap di potensiometer pertama. 2. Volume hidrogen pada S. T. P. yang dihasilkan di potensiometer kedua. Jawab Jumlah muatan listrik yang lewat adalah 0,200 x 20 x 60 = 240, 0 C． 1. Reaksi yang terlibat adalah Cu2+ + 2e-–> Cu, maka massa (w) Cu yang diendapkan adalah. w (g) = [63,5 (g mol-1)/2] x [240,0 (C)/96500(C mol-1)] = 0,079 g 2. Karena reaksinya 2H+ + 2e-–> H2, volume hidrogen yang dihasilkan v (cm3) adalah. v (cm3) = [22400 (cm3mol-1)/2] x [240,0(C)/96500(C mol-1)] = 27,85 cm3
c. Elektrolisis penting di industri
Elektrolisis yang pertama dicoba adalah elektrolisis air (1800). Davy segera mengikuti dan dengan sukses mengisolasi logam alkali dan alkali tanah. Bahkan hingga kini elektrolisis digunakan untuk menghasilkan berbagai logam. Elektrolisis khususnya bermanfaat untuk produksi logam dengan kecenderungan ionisasi tinggi (misalnya aluminum). Produksi aluminum di industri dengan elektrolisis dicapai tahun 1886 secara independen oleh penemu Amerika Charles Martin Hall (1863-1914) dan penemu Perancis Paul Louis Toussaint Héroult (1863-1914) pada waktu yang sama. Sukses elektrolisis ini karena penggunaan lelehan Na3AlF6 sebagai pelarut bijih (aluminum oksida; alumina Al2O3)． Sebagai syarat berlangsungnya elektrolisis, ion harus dapat bermigrasi ke elektroda. Salah satu cara yang paling jelas agar ion mempunyai mobilitas adalah dengan menggunakan larutan dalam air. Namun, dalam kasus elektrolisis alumina, larutan dalam air jelas tidak tepat sebab air lebih mudah direduksi daripada ion aluminum sebagaimana ditunjukkan di bawah ini. Al3+ + 3e-–> Al potensial elektroda normal = -1,662 V (10.38) 2H2O +2e-–> H2 + 2OH- potensial elektroda normal = -0,828 V (10.39) Metoda lain adalah dengan menggunakan lelehan garam. Masalahnya Al2O3 meleleh pada suhu sangat tinggi 2050 °C, dan elektrolisis pada suhu setinggi ini jelas tidak realistik. Namun, titik leleh campuran Al2O3 dan Na3AlF6 adalah sekitar 1000 °C, dan suhu ini mudah dicapai. Prosedur detailnya adalah: bijih aluminum, bauksit mengandung berbagai oksida logam sebagai pengotor. Bijih ini diolah dengan alkali, dan hanya oksida aluminum yang amfoter yang larut. Bahan yang tak larut disaring, dan karbon dioksida dialirkan ke filtratnya untuk menghasilkan hidrolisis garamnya. Alumina akan diendapkan. Al2O3(s) + 2OH-(aq)–> 2AlO2- (aq) + H2O(l) (10.40) 2CO2 + 2AlO2 -(aq) + (n+1)H2O(l) –> 2HCO3- (aq) + Al2O3·nH2O(s) (10.41) Alumina yang didapatkan dicampur dengan Na3AlF6 dan kemudian garam lelehnya dielektrolisis. Reaksi dalam sel elektrolisi rumit. Kemungkinan besar awalnya alumina bereaksi dengan Na3AlF6 dan kemudian reaksi elektrolisis berlangsung. Al2O3 + 4AlF63-–> 3Al2OF62- + 6F- (10.42) Reaksi elektrodanya adalah sebagai berikut. Elektroda negatif: 2Al2OF62- + 12F- + C –> 4AlF63- + CO2 + 4e- (10.43) Elektroda positif: AlF63- + 3e-–> Al + 6F- (10.44)
Reaksi total: 2Al2O3 + 3C –> 4Al + 3CO2 (10.45) Kemurnian aluminum yang didapatkan dengan prosedur ini kira-kira 99,55 %. Aluminum digunakan dalam kemurnian ini atau sebagai paduan dengan logam lain. Sifat aluminum sangat baik dan, selain itu, harganya juga tidak terlalu mahal. Namun, harus diingat bahwa produksi aluminum membutuhkan listrik dalam jumlah sangat besar. Latihan 10.1 Bilangan oksidasi Tentukan bilangan oksidasi setiap unsur yang ditandai dengan hurugf tebal dalam senyawa berikut. (a) HBr (b) LiH (c) CCl4 (d) CO (e) ClO- (f) Cl2O7 (g) H2O2 (h) CrO3 (i) CrO42- (j) Cr2O7210.1 Jawab (a) +1 (b) -1 (c) +4 (d) +2 (e) +1 (f) +7 (g) -1 (h) +6 (i) +6 (j) +6 10.2 Reaksi oksidasi reduksi Untuk tiap reaksi berikut, tentukan bilangan oksidasi atom berhuruf tebal. Tentukan oksidan dan reduktan dan tentukan perubahan bilangan oksidasinya. (a) PbO2 + 4H+ + Sn2+ –> Pb2+ + Sn4+ + 2H2O (b) 5As2O3 + 4MnO4- + 12H+ –> 5As2O5 + 4Mn2+ + 6H2O 10.2 Jawab (a) Pb: +4 –> +2 direduksi． Sn: +2 –> +4 dioksidasi (b) As: +3 –> +5 dioksidasi． Mn: +7 –> +2 direduksi 10.3 Titrasi oksidasi reduksi 0,2756 g kawat besi dilarutkan dalam asam sedemikian sehingga Fe3+ direduksi menjadi Fe2+. Larutan kemudian dititrasi dengan K2Cr2O7 0,0200 mol.dm-3 dan diperlukan 40,8 cm3 larutan oksidan untuk mencapai titik akhir. Tentukan kemurnian (%) besinya. 10.3 Jawab 99,5 % 10.4 Potensial sel
Tentukan potensial sel (pada 25°C) yang reaksi totalnya diberikan dalam persamaan berikut. Manakah yang akan merupakan sel yang efektif? 1. Mg + 2H+ –> Mg2+ + H2 2. Cu2+ + 2Ag –> Cu + 2Ag+ 3. 2Zn2+ + 4OH-–> 2Zn + O2 + 2H2O 10.4 Jawab 1. Mg –> Mg2+ +2e-, +2,37 V． 2H+ + 2e-–> H2, 0,00 V; potensial sel: +2,37 V，efektif． 2. Cu2+ + 2e-–> Cu, 0,337 V． Ag–> Ag+ + e-, -0,799 V, potensial sel: -0,46 V，tidak efektif． 3. Zn2+ + 2e-–> Zn, -0,763 V． 4OH-–> 4e- + O2 + 2H2O, -0.401 V potensial sel: -1,16 V， tidak efektif． 10.5 Persamaan Nernst Hitung potensial sel (pada 25°C) yang reaksi selnya diberikan di bawah ini. Cd + Pb2+ –> Cd2+ + Pb [Cd2+] = 0,010 mol dm-3; [Pb2+] = 0,100 mol dm-3 10.5 Jawab 0,30 V 10.6 Hukum Faraday Bismut dihasilkan dengan elektrolisis bijih sesuai dengan persamaan berikut. 5,60 A arus listrik dialirkan selama 28,3 menit dalam larutan yang mengandung BiO+. Hitung massa bismut yang didapatkan. BiO+ + 2H+ + 3e- –> Bi + H2O 10.6 Jawab 6,86 g
Tetapan Avogadro (L) = 6,02×1023 partikel/mol Lambang L menyatakan huruf pertama dari Loschmidt, seorang ilmuwan austria yang pada tahun 1865 dapat menentukan besarnya tetapan Avogadro dengan tepat. Sehingga,
1 mol emas
= 6,02×1023 atom emas
1 mol air
= 6,02×1023 atom air
1 mol gula
= 6,02×1023 molekul gula
1 mol zat X
= L buah partikel zat X
Hubungan Mol dengan Jumlah Partikel Telah diketahui bahwa 1mol zat X = l buah partikel zat X, maka 2 mol zat X
= 2 x L partikel zat X
5 mol zat X
= 5 x L partikel zat X
n mol zat X
= n x L partikel zat X
Jumlah partikel = n x L Contoh soal: Berapa mol atom timbal dan oksigen yang dibutuhkan untuk membuat 5 mol timbal dioksida (PbO2). Jawab : 1 mol timbal dioksida tersusun oleh 1 mol timbal dan 2 mol atom oksigen (atau 1 mol molekul oksigen, O2). Sehingga terdapat Atom timbal
= 1 x 5 mol = 5 mol
Atom oksigen
= 2 x 5 mol = 10 mol (atau 5 mol molekul oksigen, O2)
Contoh soal Berapa jumlah atom besi (Ar Fe = 56 g/mol) dalam besi seberat 0,001 gram. Jawab
Massa Molar
Telah diketahui bahwa satu mol adalah jumlah zat yang mengandung partikel (atom, molekul, ion) sebanyak atom yang terdapat dalam 12 gram karbon dengan nomor massa 12 (karbon-12, C-12). Sehingga terlihat bahwa massa 1 mol C-12 adalah 12 gram. Massa 1 mol zat disebut massa molar. Massa molar sama dengan massa molekul relatif (Mr) atau massa atom relatif (Ar) suatu zat yang dinyatakan dalam gram. Massa molar = Mr atau Ar suatu zat (gram) Contoh:
Massa dan Jumlah Mol Atom/Moleku Hubungan mol dan massa dengan massa molekul relatif (Mr) atau massa atom relatif (Ar) suatu zat dapat dicari dengan Gram = mol x Mr atau Ar Contoh soal: Berapa mol besi seberat 20 gram jika diketahui Ar Fe = 56 g/mol Jawab : Besi tersusun oleh atom-atom besi, maka jumlah mol besi
Contoh soal : Berapa gram propana C3H8 dalam 0,21 mol jika diketahui Ar C = 12 dan H = 1 Jawab: Mr Propana = (3 x 12) + (8 x 1) = 33 g/mol, sehingga, gram propana = mol x Mr = 0,21 mol x 33 g/mol = 9,23 gram Volume Molar
Avogadro mendapatkan hasil dari percobaannya bahwa pada suhu 0°C (273 K) dan tekanan 1 atmosfir (76cmHg) didapatkan tepat 1 liter oksigen dengan massa 1,3286 gram. Maka,
Karena volume gas oksigen (O2) = 1 liter,
Pengukuran dengan kondisi 0°C (273 K) dan tekanan 1 atmosfir (76cmHg) disebut juga keadaan STP(Standard Temperature and Pressure). Pada keadaan STP, 1 mol gas oksigen sama dengan 22,3 liter. Avogadro yang menyata-kan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang bervolume sama mengandung jumlah molekul yang sama. Apabila jumlah molekul sama maka jumlah molnya akan sma. Sehingga, pada suhu dan tekanan yang sama, apabila jumlah mol gas sama maka volumenyapun akan sama. Keadaan standar pada suhu dan tekanan yang sma (STP) maka volume 1 mol gas apasaja/sembarang berharga sama yaitu 22,3 liter. Volume 1 mol gas disebut sebagai volume molar gas (STP) yaitu 22,3 liter/mol. Volume Gas Tidak Standar
Persamaan gas ideal Persamaan gas ideal dinyatakan dengan: PV=nRT keterangan: P; tekanan gas (atm) V; volume gas (liter) N; jumlah mol gas R; tetapan gas ideal (0,082 liter atm/mol K) T; temperatur mutlak (Kelvin)
Gas Pada Suhu dan Tekanan Sama Avogadro melalui percobaannya menyatakan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang bervolume sama mengandung jumlah molekul yang sama. Apabila
jumlah molekulnya sama maka jumlah molnya sama. Jadi pada suhu dan tekanan yang sama perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume gas. Maka,
Molaritas Larutan merupakan campuran antara pelarut dan zat terlarut. Jumlah zat terlarut dalam larutan dinyatakan dalam konsentrasi. Salah satu cara untuk menyatakan konsentrasi dan umumnya digunakan adlah dengan molaritas (M). molaritas merupakan ukuran banyaknya mol zat terlarut dalam 1 liter larutan.
pengenceran dilakukan apabila larutan terlalu pekat. Pengenceran dilakukan dengan penambahan air. Pengenceran tidak merubah jumlah mol zat terlarut. Sehingga, V1M1 = V2M2 keterangan: V1 = volume sebelum pengenceran M1 = molaritas sebelum pengenceran V2 = volume sesudah pengenceran M2 = molaritas sesudah pengenceran
Pembuatan Larutan Halaman ini menjelaskan berbagai cara agar molekul organik dapet diperlihatkan pada kertas atau layar -termasuk formula molekular dan berbagai bentuk formula struktur. Formula molekular Formula molekular dapat dengan sederhana memeberi tahu jumlah dan jenis atom pada suatu molekul, namun tidak menjelaskan bagaimana mereka bergabung. Sebagai contoh, formula molekular dari butan adalah C4H10, dan formula molekular dari etanol adalah C2H6O. Formula molekular sangat jarang digunakan dalam kimia organik, karena tidak bisa menginformasikan tentang ikatan dalam molekul. Satu-satunya tempat anda dapat menemuinya adalah dalam persamaan reaksi dari hidrokarbon sederhana. Sebagai contoh:
Dalam kasus seperti ini, ikatan dalam molekul organik tidak begitu penting.
Formula Struktur Formula Struktur menjelaskan bagaimana berbagai atom berikatan. Ada banyak cara dalalm penulisannya dan anda perlu untuk mengenalnya. Formula gambar Formula gambar memperlihatkan semua ikatan pada molekul sebagai garis. Anda harus ingat bahwa tiap garis mewakili sepasang elektron bagian (shared elektron).
Sebagai contoh, di bawah ini adalah model dari metan dan formula gambarnya:
Perhatikan cara metan digambar tidak sama sedikitpun dengan bentuk aslinya. Metan tidak datar dengan sudut 90°. Kesalahpahaman antara yang anda gambar dan bentuk sebenarnya ini bisa membawa ke masalah jika anda tidak berhati-hati. Sebagai contoh, pikirkan molekul sederhana dengan formula molekul CH2Cl2. Anda mungkin berpikir ada dua cara untuk mengatur struktur atom ini jika anda menggambar formula gamba-nya.
Klorin bisa saling berhadapan atau saling membentuk sudut 90°. Tapi sebenarnya kedua struktur ini adalah sama dan serupa. Lihat struktur mereka dalam bentuk model berikut.
Struktur yang satu hanya merupakan rotasi dari struktur yang lain. Pikirkan struktur yang lebih kompleks seperti C2H5Cl. Formula gambarnya dapat ditulis sebagai berikutT:
Namun sekali lagi keduanya adalah sama dan serupa. Lihat model berikut.
Cara umum untuk menggambar formula struktur Untuk semua selain molekul yang paling sederhana, menggambar formula struktur sangat merepotkan -terutama pada ikatan karbon-hidrogen. Anda dapat menyederhanakan bagian dari formula tersebut dengan CH3 or CH2 daripada menggambar seluruh ikatan. Sebagai contoh, asam etanoik dapat digambarkan dalam bentuk penuh dan bentuk sederhana sebagai:
Anda bahkan dapat menyederhanakan sampai dengan CH3COOH, dan mungkin anda akan memerlukannya saat menuliskan reaksi kimia yang berhubungan dengan sama etanoik. Tentu saja anda akan kehilangan sesuatu jika menggunakan cara ini, anda tidak dapat melihat secara langsung semua ikatan dan kerjanya. Anda harus tetap berhati-hati menggambarkan struktur dengan cara ini. Ingat bahwa kedua struktur ini melambangkan molekul yang sama.
Ketiga struktur ini melambangkan butan.
Kesemuanya hanyalah versi lain dari karbon yang berikatan pada satu garis. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa terjadi rotasi disebagian ikatan karbon. Anda dapat melihatnya dalam model berikut.
Tidak ada satupun yang dapat mewakili bentuk butan secara tepat. Bentuk butan menurut konvensi adalah pada satu garis lurus, seperti bagian pertama dari struktur diatas. Hal ini menjadi lebih penting saat anda membuat cabang rantai karbon. Struktur berikut sekalai lagi semuanya mewakili molekul yang sama 2-metilbutan.
Kedua struktur pada sebelah kiri jelas-jelas sama. Hanya diputar. Dan yang satu lagi tidak begitu jelas bila anda tidak melihat struktur tersebut secara detail. Ada 4 karbon yang terikat dalam satu baris, dengan grup CH3 terikat pada daerah dekat ujung. Jika anda mempunyai model atom, persamaan diantara keduanya dapat dilihat bila anda memutar sebagian dari ikatan dan memuatar seluruh model kimia itu sedikit. Untuk mengatasi hal yang membingungkan ini, konvensi menyarankan anda untuk selalu melihat rantai karbon terpanjang dan menggambarkannya secara horisontal. Dan yang lainnya diikatkan pada rantai tersebut. Tidak penting jika anda mengambarnya menghadap atas atau bawah. Semuanya ewakili molekul yang sama.
Jika anda menbuat model atom darinya, anda dapat melihat bahwa hal itu terjadi hanya dengan memutar satu atau lebih rantai-rantai karbon. Bagaimana menggambar struktur formula dalam 3 Dimensi Ada saat dimana sangat peting untuk menggambar struktur 3D dari bagian sebuah molekul. Untuk melakukan hal ini Ikatan ditampilkan menggunakan simbol-simbol konvensional:
Sebagai contoh, anda mungkin ingin untuk menampilkan bentuk 3D dari grup sekitar karbon yang merupakan group -OH pada butan-2-ol. Butan-2-ol mempunyai formula struktur:
Dengan memakai Notasi ikatan konvensional, anda dapat menggambarnya, sebagai contoh:
Satu-satunya perbedaan antara keduanya hanyalah sedikit rotasi di ikatan antara pertengahan dua karbon. Hal ini diperlihatkan dalam dua model dibawah. Perhatikan dengan seksama-terutama pada apa yang telah terjadi pada taom hidrogen tunggal. Pada model tangan kiri, berada dibelakang karbon. pada model tangan kanan pada bidang datar yang sama. perbedaannya hanya sedikit.
Bukan masalah gambar mana yang harus anda gambar. Bahkan anda bia menciptakan satu lagi dengan mudahnya. Pilih salah satu dan biasakan menggambar struktur tiga dimensi dengan cara seperti itu. Kebiasaan yang digunakan dalam website ini yaitu menggambar dua ikatan yang menjauhi kertas dan satu ikatan yang keluar dari kertas seperti pada diagram tangan kiri diatas. Perhatikan bahwa tidak ada usaha untuk menampilkan seluruh molekul dalam bentuk 3D pada formula strukur diatas. Group CH2CH3 ditinggalkan dalam bentuk sederhana.Tetap buat gambar sederhana -terlalu banyak detail membuat keseluruhan menjadi sulit untuk dimengerti! Formula Skeletal (formula rangka) Pada formula skeletal, semua atom hidrogen dihilangkan dari rantai karbon, meninggalkan rangka karbon dengan Group Fungsional terikat padanya. Sebagai contoh yang baru saja kita bicarakan butan-2-ol. Struktur normal dan struktur rangka terlihat seperti ini:
Dalam gambar kerangka di jenis ini: • •
ada atom karbon pada setiap persimpangan antara ikatan pada rantai dan ujung dari setiap ikatan (kecuali bila ada yang lain seperti -OH pada contoh). Jumlah hidrogen yang teikat pada tiap karbon cukup untuk membuat jumlah ikatan oleh karbon sama dengan 4.
Waspadai! Gambar dalam jenis ini memerlukan latihan untuk dapat dimengerti -mungkin tidak akan diterima oleh pemeriksa anda. Namun ada contoh dimana gambar seperti ini sering dipakai. Termasuk Cincin cincin atom yang secara mengejutkan sulit untuk digambar dingan rapih dengan struktur formula normal. Cyclohexane, C6H12, is a ring of carbon atoms each with two hydrogens attached. This is what it looks like in both a structural formula and a skeletal formula.
Dan ini adalah sikloheksen yang sama sama tapi mengandung ikatan rangkap:
Yang paling umum adalah benzen yang mempunyai simbol tersendiri.
Memutuskan jenis formula untuk dipakai Semuanya tergantung hanya kepada pengalaman -feeling adalah cara terbaik untuk menemukan jenis formula pada situasi yang anda hadapi. Jangan khawatir tentang hal ini- semakin anda membaca tentang kimia organik anda akan mengerti secara natural. Dan anda akan terbiasa menulis formula dalam mekanisme reaksi, atau struktur dari isomer, atau dalam persamaan reaksi kimia sederhana anda mungkin tidak memikirkannya sama sekali. Namun ada beberapa petunjuk yang harus anda ikuti. Apa yang silabus anda katakan? Lain guru/dosen mempunyai referensi yang berbeda. Lihat terlebih dahulu silabus anda. Anda juga harus memeriksa soal-soal teraktual dan terutama jawaban soal untuk memeriksa jenis formula kimia yang diinginkan. Anda juga bisa memeriksa dari buku yang diterbitkan oleh guru/dosen anda. Bagaimana jika anda tetap tidak yakin?
Gambar formula yang paling detail yang muat pada tempat yang disediakan. Jika raguragu Gambar formula yang dapat dilihat secara penuh. Anda tidak akan kehilangan banyak nilai karena kurang detail. Terlepas dari kasus yang paling sulit (seperti pembakaran hidrokarbon), jangan pernah gunakan formula molekuler. Selalu tunjukkan detail pada bagian yang penting. Sebagai contoh bagian terpenting dari eten adalah ikatan rangkapnya - jadi tulis kurang lebihCH2=CH2 dan jangan C2H4. Pengertian Bilangan Oksidasi Dengan bilangan oksidasi akan mempermudah dalam pengerjaan reduksi atau oksidasi dalam suatu reaksi redoks. Kita akan membuat contoh dari Vanadium. Vanadium membentuk beberapa ion, V2+ dan V3+. Bagaimana ini bisa terjadi? Ion V2+ akan terbentuk dengan mengoksidasi logam, dengan memindahkan 2 elektron:
Vanadium kini disebut mempunyai biloks +2. Pemindahan satu elektron lagi membentuk ion V3+:
Vanadium kini mempunyai biloks +3. Pemindahan elektron sekali lagi membentuk bentuk ion tidak biasa, VO2+.
Biloks vanadium kini adalah +4. Perhatikan bahwa biloks tidak didapat hanya dengan menghitung muatan ion (tapi pada kasus pertama dan kedua tadi memang benar). Bilangan oksidasi positif dihitung dari total elektron yang harus dipindahkan-mulai dari bentuk unsur bebasnya. Vanadium biloks +5 juga bisa saja dibentuk dengan memindahkan elektron kelima dan membentuk ion baru.
Setiap kali vanadium dioksidasi dengan memindahkan satu elektronnya, biloks vanadium bertambah 1.
Sebaliknya, jika elektron ditambahkan pada ion, biloksnya akan turun. Bahkan dapat didapat lagi bentuk awal atau bentuk bebas vanadium yang memiliki biloks nol. Bagaimana jika pada suatu unsur ditambahkan elektron? Ini tidak dapat dilakukan pada vanadium, tapi dapat pada unsur seperti sulfur.
Ion sulfur memiliki biloks -2. Kesimpulan Biloks menunjukkan total elektron yang dipindahkan dari unsur bebas (biloks positif) atau ditambahkan pada suatu unsur (biloks negatif) untuk mencapai keadaan atau bentuknya yang baru. Oksidasi
melibatkan
kenaikan
bilangan
oksidasi
Reduksi melibatkan penurunan bilangan oksidasi Dengan memahami pola sederhana ini akan mempermudah pemahaman tentang konsep bilangan oksidasi. Jika anda mengerti bagaimana bilangan oksidasi berubah selama reaksi, anda dapat segera tahu apakah zat dioksidasi atau direduksi tanpa harus mengerjakan setengah-reaksi dan transfer elektron. Mengerjakan
bilangan
oksidasi
Biloks tidak didapat dengan menghitung jumlah elektron yang ditransfer. Karena itu membutuhkan langkah yang panjang. Sebaliknya cukup dengan langkah yang sederhana, dan perhitungan sederhana. E Biloks dari unsur bebas adalah nol. Itu karena unsur bebas belum mengalami oksidasi atau reduksi. Ini berlaku untuk semua unsur, baik unsur dengan struktur sederhana seperti Cl2 atau S8, atau unsur dengan struktur besar seperti karbon atau silikon. * Jumlah biloks dari semua atom atau ion dalam suatu senyawa netral adalah nol. * Jumlah biloks dari semua atom dalam suatu senyawa ion sama dengan jumlah muatan ion tersebut. * Unsur dalam senyawa yang lebih elektronegatif diberi biloks negatif. Yang kurang elektronegatif diberi biloks positif. Ingat, Fluorin adalah unsur paling elektronegatif, kemudian oksigen. * Beberapa unsur hampir selalu mempunyai biloks sama dalam senyawanya:
unsur
Bilangan Oksidasi
Logam golongan I
selalu +1
Group 2 metals
selalu +2
Oksigen
biasanya -2
Kecuali dalam peroksida dan F2O (lihat dibawah)
Hidrogen
biasanya +1
Kecuali dalam hidrida logam, yaitu -1 (lihat dibawah)
Fluorin
selalu -1
Klorin
biasanya -1
Pengecualian
Kecuali dalam persenyawaan dengan O atau F (lihat dibawah)
Alasan pengecualian Hidrogen dalam hidrida logam Yang termasuk hidrida logam antara lain natrium hidrida, NaH. Dalam senyawa ini, hidrogen ada dalam bentuk ion hidrida, H-. Biloks dari ion seperti hidrida adalah sama dengan muatan ion, dalam contoh ini, -1. Dengan penjelasan lain, biloks senyawa netral adalah nol, dan biloks logam golongan I dalam senyawa selalu +1, jadi biloks hidrogen haruslah -1 (+1-1=0). Oksigen dalam peroksida Yang termasuk peroksida antara lain, H2O2. Senyawa ini adalah senyawa netral, jadi jumlah biloks hidrogen dan oksigen harus nol. Karena tiap hidrogen memiliki biloks +1, biloks tiap oksigen harus -1, untuk mengimbangi biloks hidrogen. Oksigen dalam F2O Permasalahan disini adalah oksigen bukanlah unsur paling elektronegatif. Fluorin yang paling elektronegatif dan memiliki biloks -1. Jadi biloks oksigen adalah +2. Klorin dalam persenyawaan dengan fluorin atau oksigen
Klorin memiliki banyak biloks dalam persenyawaan ini. Tetapi harus diingat, klorin tidak memiliki biloks -1 dalam persenyawaan ini. Contoh
soal
bilangan
oksidasi
Apakah bilangan oksidasi dari kromium dalam Cr2+? Untuk ion sederhana seperti ini, biloks adalah jumlah muatan ion, yaitu +2 (jangan lupa tanda +) Apakah
bilangan
oksidasi
dari
kromium
dalam
CrCl3?
CrCl3 adalah senyawa netral, jadi jumlah biloksnya adalah nol. Klorin memiliki biloks -1. Misalkan biloks kromium adalah n: n + 3 (-1) = 0 n = +3 Apakah bilangan oksidasi dari kromium dalam Cr(H2O)63+? Senyawa ini merupakan senyawa ion, jumlah biloksnya sama dengan muatan ion. Ada keterbatasan dalam mengerjakan biloks dalam ion kompleks seperti ini dimana ion logam dikelilingi oleh molekul-molekul netral seperti air atau amonia. Jumlah biloks dari molekul netral yang terikat pada logam harus nol. Berarti molekulmolekul tersebut dapat diabaikan dalam mengerjakan soal ini. Jadi bentuknya sama seperti ion kromium yang tak terikat molekul, Cr3+. Biloksnya adalah +3. Apakah bilangan oksidasi dari kromium dalam ion dikromat, Cr2O72-? Biloks oksigen adalah -2, dan jumlah biloks sama dengan jumlah muatan ion. Jangan lupa bahwa ada 2 atom kromium. 2n n = +6
+
7(-2)
=
-2
Apakah bilangan oksidasi dari tembaga dalam CuSO4? Dalam mengerjakan soal oksidasi tidak selalu dapat memakai cara sederhana seperti diatas. Permasalahan dalam soal ini adalah dalam senyawa terdapat dua unsur (tembaga dan sulfur) yang biloks keduanyadapat berubah. Ada dua cara dalam memecahkan soal ini:
E Senyawa ini merupakan senyawa ionik, terbentuk dari ion tembaga dan ion sulfat, SO42-, untuk membentuk senyawa netral, ion tembaga harus dalam bentuk ion 2+. Jadi biloks tembaga adalah +2. E Senyawa ini juga dapat ditulis tembaga(II)sulfat. Tanda (II) menunjukkan biloksnya adalah 2. Kita dapat mengetahui bahwa biloksnya adalah +2 dari logam tembaga membentuk ion positif, dan biloks adalah muatan ion. Menggunakan bilangan oksidasi Dalam penamaan senyawa Anda pasti pernah tahu nama-nama ion seperti besi(II)sulfat dan besi(III)klorida. Tanda (II) dan (III) merupakan biloks dari besi dalam kedua senyawa tersebut: yaitu +2 dan +3. Ini menjelaskan bahwa senyawa mengandung ion Fe2+ dan Fe3+. Besi(II)sulfat adalah FeSO4. Ada juga senyawa FeSO3 dengan nama klasik besi(II)sulfit. Nama modern menunjukkan biloks sulfur dalam kedua senyawa. 2Ion sulfat yaitu SO4 . Biloks sulfur adalah +6. Ion tersebut sering disebut ion sulfat(VI). Ion sulfit yaitu SO32-. Biloks sulfur adalah +4. Ion ini sering disebut ion sulfat(IV). Akhiran -at menunjukkan sulfur merupakan ion negatif. Jadi lengkapnya FeSO4 disebut besi(II)sulfat(VI), dan FeSO3 disebut besi(II)sulfat(IV). Tetapi karena kerancuan pada nama-nama tersebut, nama klasik sulfat dan sulfit masih digunakan. Menggunakan bilangan oksidasi untuk menentukan yang dioksidasi dan yang direduksi. Ini merupakan aplikasi bilangan oksidasi yang paling umum. Seperti telah dijelaskan: Oksidasi melibatkan kenaikan bilangan oksidasi Reduksi melibatkan penurunan bilangan oksidasi Pada contoh berikut ini, kita harus menentukan apakah reaksi adalah reaksi redoks, dan jika ya apa yang dioksidasi dan apa yang direduksi. Contoh 1: Reaksi antara magnesium dengan asam hidroklorida:
Apakah ada biloks yang berubah? Ya, ada dua unsur yang berupa senyawa pada satu sisi reaksi dan bentuk bebas pada sisi lainnya. Periksa semua biloks agar lebih yakin.
Biloks magnesium naik, jadi magnesium teroksidasi. Biloks hidrogen turun, jadi hidrogen tereduksi. Klorin memiliki biloks yang sama pada kedua sisi persamaan reaksi, jadi klorin tidak teroksidasi ataupun tereduksi. Contoh
2:
Reaksi antara natrium hidroksidsa dengan asam hidroklorida:
Semua bilangan oksidasi diperiksa:
Ternyata tidak ada biloks yang berubah. Jadi, reaksi ini bukanlah reaksi redoks. Contoh 3: Reaksi antara klorin dan natrium hidroksida encer dingin:
Jelas terlihat, biloks klorin berubah karena berubah dari undur bebas menjadi dalam persenyawaan. Bilangan oksidasi diperiksa:
Klorin ternyata satu-satunya unsur yang mengalami perubahan biloks. Lalu, klorin mengalami reduksi atau oksidasi? Jawabannya adalah keduanya. Satu atom klorin mengalami reduksi karena biloksnya turun, atom klorin lainnya teroksidasi. Peristiwa seperti ini disebut reaksi disproporsionasi. Reaksi disproporsionasi yaitu reaksi dimana satu unsur mengalami oksidasi maupun reduksi. Menggunakan
bilangan
oksidasi
untuk
mengerjakan
proporsi
reaksi
Bilangan oksidasi dapat berguna dalam membuat proporsi reaksi dalam reaksi titrasi, dimana tidak terdapat informasi yang cukup untuk menyelesaikan persamaan reaksi yang lengkap. Ingat, setiap perubahan 1 nilai biloks menunjukkan bahwa satu elektron telah ditransfer. Jika biloks suatu unsur dalam reaksi turun 2 nilai, berarti unsur tersebut memperoleh 2 elektron. Unsur lain dalam reaksi pastilah kehilangan 2 elektron tadi. Setiap biloks yang turun, pasti diikuti dengan kenaikan yang setara biloks unsur lain. Ion yang mengandung cerium dengan biloks +4 adalah zat pengoksidasi (rumus molekul rumit, tidak sekedar Ce4+). Zat tersebut dapat mengoksidasi ion yang mngandung molybdenum dari biloks +2 menjadi +6. Biloks cerium menjadi +3 ( Ce4+). Lalu, bagaimana proporsi reaksinya? Biloks molybdenum naik sebanyak 4 nilai. Berarti biloks cerium harus turun sebanyak 4 nilai juga. Tetapi biloks cerium dalam tiap ionnya hanya turun 1 nilai, dari +4 menjadi +3. Jadi jelas setidaknya harus ada 4 ion cerium yang terlibat dalam setiap reaksi dengan molybdenum ini. Proporsi reaksinya adalah 4 ion yang mengandung cerium dengan 1 ion molybdenum.
Reaksi adisi siklik dan pertukaran ikatan kimia Ditulis oleh Koichi Ohno pada 04-01-2009 Dalam bagian ini, reaksi adisi siklik akan dipelajari sebagai sebuah contoh dari mekanisme pertukaran ikatan untuk reaksi antara spesies yang tidak memiliki elektron yang tidak berpasangan.
a. Reaksi Diels-Alder
Adisi sebuah senyawa yang memiliki sebuah ikatan CC tidak jenuh seperti pada etilen dan akrolen pada sebuah diena seperti pada butadiena akan menghasilkan sebuah kerangka siklik yang terdiri dari enam atom karbon. Reaksi tipe ini disebut sebagai reaksi Diels-Alder. Contoh tipikal adalah reaksi antara butadien dan etilen yang menghasilkan sikloheksen sebagaimana ditunjukkan dalam diagram (a) berikut ini di mana reaksi tersebut mudah terjadi. Di sisi lainnya, reaksi penambahan (b) yang melibatkan dua molekul etilen tidak dapat berlangsung tanpa panas atau radiasi cahaya. Untuk memahami mekanisme reaksi adisi (a), marilah kita mempelajari orbital molekul dan tingkat energi untuk etilen dan butadien.
Orbita molekul dan tingkat-tingkat energi untuk etilen C2H4 Sebagaimana telah dipelajari pada bagian 5.6 dan dalam contoh 5.3, kerangka molekular untuk etilen terletak pada sebuah bidang dan sudut ikatannya adalah sebesar 120o. HOMO dan LUMO dari etilen adalah sebuah ikatan π orbital &pu;b dan anti ikatan orbital πa yang terdiri dari tipe π yang merupakan tumpang tindih dari orbital p pada posisi vertikal terhadap bidang molekul sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 6.3 dan Contoh 6.1. Dalam usaha untuk menjelaskan reaksi Diels-Alder , sifat-sifat dari HOMO dan LUMO adalah sangat penting. Contoh 6.1 Bangun orbital molekul dan tingkat-tingkat energinya dari dua buah CH 2 (sebuah penerapan dari molekul AH2 dalam Bagian 5.4). (Jawaban) Tempatkan dua unit dari CH2 yang bengkok dengan sebuah sumbu pusat umum yang memotong kedua unit dan kemudian didekatkan satu dengan lainnya (Gambar 6.4). Orbital energi terendah dari setiap unit C2H2 adalah orbital 1σ yang hampir murni terdiri dari sebuah orbital C1s dan sebuah interaksi antara sebuah pasangan orbital 1σ menghasilkan sebuah orbital σ (1) disebabkan oleh kesamaan campuran fasa dan orbital σ lainnya (2) yang disebabkan oleh campuran fasa yang berlawanan. Tingkattingkat energi menjadi (1) < (2). Perbedaan ini kecil disebabkan oleh tumpang tindih antara orbital C2s yang sangat kecil dikarenakan distribusi elektron yang terbatas di sekitar ini dalam orbital kulit terdalam meski perbedaan energinya nol.
Gambar 1.1 Gambar 6.3 HOMO dan LUMO dari etilen C2H4. Berikutnya, marilah kita memperhatikan interaksi antara orbital 2s yang terdiri dari C2s. Interaksi ini akan menghasilkan sebuah ikatan orbital σ C2sCC (3) disebabkan oleh campuran fasa sama dan sebuah C2sCC orbital σ anti ikatan (4) disebabkan oleh campuran fasa yang berlawanan dan tingkat energi menjadi (3)<(4). Dalam kasus ini, perbedaan energi antara (3) dan (4) cukup besar disebabkan oleh tumpang tindih yang besar. Kopling paralel dari orbital 3σ dengan karakter ikatan CH yang kuat akan menghasilkan sebuah orbital (5) dengan sebuah karakter ikatan π bersama dengan sebuah orbital (7) dengan sebuah tipe anti ikatan dan susunan tingkat energinya menjadi (5) < (7). Di sini, harus dicatat bahwa interaksi fasa yang sama pada daerah ikatan CC antara orbital 4σ dengan karakter ikatan HH menghasilkan sebuah tingkat (6) yang terletak di antara tingkat (5) dan (7). Interaksi antara 4σ sangatlah kuat disebabkan oleh hibridisasi dari orbital 2s dan 2p pada ato m C. Ini akan menyebabkan bahwa sebuah orbital anti ikatan yang dibuat oleh interaksi ini menjadi tingkat energi yang lebih tinggi dari dua orbital π berikutnya, (8) dan (9). Karena orbital 1π terdiri dari sebuah orbital dengan posisi vertikal terhadap bidang C2H2, sebuah orbital ikatan π (8) dan anti ikatan π (9) dihasilkan secara sederhana oleh interaksi-interaksi tipe π antara orbital p. Sebuah molekul C2H4 memiliki 16 elektron dan dua elektron diakomodasi pada setiap orbital dari (1)-(8). Dengan demikian orbital π ikatan (8) adalah HOMO dan orbital ??? anti ikatan adalah LUMO.
Orbital molekular dan tingkat-tingkat energi untuk butadien C4H6 Sebuah molekul butadien dapat dibangun dengan sebuah ikatan pasangan elektron antara dua radikal yang memiliki sebuah elektron yang tidak berpasangan pada setiap unit yang dihasilkan dari etilen dengan mengambil sebuah atom H dari sebuah ikatan CH. Ikatan CC yang baru dengan demikian memiliki sebuah karakter ikatan ganda dengan sedikit
alasan yang diberikan di bawah ini dan mengakibatkan bahwa sebuah molekul butadien memiliki sebuah struktur planar di mana 10 atom diletakkan pada bidang molekul. Karenanya butadien memiliki dua isomer, bentuk cis dan trans (Gambar 6.5). Di antara keduanya, bentuk trans adalah bentuk yang lebih stabil. Reaksi Diels-Alder dari butadiena menghasilkan bentuk cis, karena bentuk ini lebih cocok dengan mekanisme reaksi yang akan didiskusikan di bawah ini. Contoh 6.2 Bangun orbital π dan tingkat-tingkat energinya dari butadien dari orbital p dari empat atom C, dimulai dari dua himpunan orbital π dari jenis etilen (Gambar 6.6). (Jawaban) Marilah kita mengandaikan bahwa orbital π dari butadien dihasilkan dari interaksi tipe π dari sebuah pasangan orbital p pada setiap ujung dari setiap unit etilen. Berdasarkan pada diskusi tentang pembentukan molekul tipe A2 dalam bagian 5.5, marilah kita meninjau interaksi antara orbital πb ikatan dan antara orbital πa anti ikatan dalam interaksi fasa antara orbital πb akan menghasilkan orbital (1) yang seluruhnya membentuk ikatan untuk tiga ikatan CC dan diekspresikan sebagai bbb dan orbital yang lainnya (2) memiliki karakter anti ikatan di tengah yang diekspresikan dengan bab. Urutan energi dari orbital-orbital ini menjadi (1)<(2) sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 6.6(a). Hal yang sama, interaksi yang sama antara orbital ???a akan menghasilkan orbital dengan tipe aba (3) dan sebuah orbital tipe aaa (4). Dengan demikian urutan tingkat energi menjadi (1)<(2)<(3)<(4). Dalam langkah berikut, marilah kita meninjau interaksi dari sepasang orbital (1)(3) yang memiliki sebuah noda dan (2)(4) yang tidak memiliki noda pada pusat ikatan CC. Kemudian kita mendapatkan orbital-orbital baru yang dimodifikasi oleh efek pencampuran yang ditunjukkan dalam (b) pada gambar. Dari atas ke bawah, karakter ikatan secara relatif semakin kuat dan dari bawah ke atas karakter ikatan secara relatif melemah. Tingkat energi diberi nomer dari yang terendah sebagai π1, π2, π3, π4 di mana jumlah dari nodanya satu lebih kecil dari nomer tingkat energinya. Kecenderungan ini adalah sama dengan jumlah noda dalam fungsi gelombang untuk sebuah partikel dalam kotak. Kesamaan ini disebabkan oleh struktur rangka C-C-C-C yang merupakan sebuah ruang satu dimensi tempat elektron diakomodasi. Dengan mencatat kesamaan ini maka karakteristik orbital π dalam butadien juga dapat diturunkan. Karena satu elektron diberikan dari sebuah orbital p dari setiap atom C, terdapat empat elektron ??? dalam butadien yang menempati orbital π1 dan π2 sebagai pasanganpasangan elektron. Dengan demikian π2 adalah HOMO dan π3 adalah LUMO. Pada ikatan pusat CC, kontribusi ikatan dari π1 lebih besar dibandingkan dengan kontribusi anti ikatan dari π2 dan ka renanya ikatan ini memiliki sedikit karakter ikatan ganda (panjang ikatan dari ikatan CC pusat dalam butadiena adalah 1.483 Å, yang lebih pendek dari sebuah ikatan CC tunggal murni pada etana (1.536 Å) dan lebih panjang dari ikatan ganda murni pada etilena (1.338 Å))
Gambar 6.4 Orbital molekul dari etilen.
Gambar 6.5 Bentuk cis dan trans dari butadien.
Gambar 6.6 Orbital molekul dari butadien.
b. Interaksi HOMO-LUMO dan simetri orbital Berdasarkan orbital-orbital etilen dan butadien di atas, marilah kita memperhatikan interaksi HOMO-LUMO dari orbital-orbital tersebut. Jika molekul etilen dan butadien ditempatkan dalam bidang yang sama, atom H akan menghindari overlap bersama dari orbital π dan mengakibatkan interaksi yang tidak cukup. Dengan demikian dua molekul harus ditempatkan pada pasangan bidang yang paralel, di atas dan di bawahnya, dan kita meninjau interaksi antara dua orbital, satu berasal dari bidang yang di atas kebawah dan yang lainnya dari bidang yang di bawah ke atas. Dalam Gambar 6.7, etilen ditempatkan pada bidang yang lebih rendah dan butadien ditempatkan pada bidang yang lebih tinggi. Dalam situasi seperti ini, masing-masing atom C 1 dan 4 dapat berinteraksi dengan atom C 6 dan 5. Ketika kita menempatkan HOMO dari etilen dan LUMO dari butadien agar berada pada kopling yang sefasa pada posisi 1 dan 6 sebagaimana tergambar dalam Gambar 6.7(a), sisi seberangnya pada 4 dan 5 juga dapat saling tumpang tindih dalam fasa yang sama. Hal ini akan menghasilkan bahwa sebuah ikatan secara simultan dibentuk pada 1-6 dan 5-4. Sekarang, marilah kita mempelajari efek interaksi di atas dalam bentuk perubahan pada karakter ikatan yang berkaitan dengan transfer elektron. Elektron dalam pasangan elektron dari etilen mengalir menuju butadien dan kemudian elektron-elektron ikatan di sekitar 5 dan 6 akan pergi hingga dapat mengakibatkan penurunan ikatan antara 5 dan 6. Efek yang mereduksi ikatan ini dapat dinyatakan sebagai (-) sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 6.8. Sebagaimana telah disebutkan, elektron mengalir menuju daerah ikatan 1-6 dan 4-5, di mana tidak terdapat ikatan sebelum reaksi terjadi. Dengan demikian, peningkatan ikatan dalam daerah ini dinyatakan sebagai (+). Demikian juga, elektron mengalir menuju daerah anti ikatan 1-2 dan 3-4 dalam LUMO dan daerah ini
memiliki efek (-) pada ikatan. Aliran elektron menuju daerah ikatan 2-3 dalam LUMO memberikan efek (+). Sebagaimana diringkaskan di tengah Gambar 6.8, efek di atas berubah bergantian pada perimeter heksagon sebagai +-+-+- dan menuju pada perubahan orde ikatan ±1 membentuk sebuah kerangka dari sikloheksen sebagaimana ditunjukkan pada bagian kanan pada Gambar 6.8.
Gambar 6.7 Interaksi HOMO-LUMO antara etilena dan butadiena.
Gambar 6.8 Perubahan orde ikatan dalam reaksi Diels-Alder. Sementara itu, kita harus memperhatikan interaksi antara LUMO dari etilen dan HOMO dari butadien sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 6.7(b). Meskipun kombinasi interaksi orbital ini memiliki arah yang berlawanan dengan arah aliran elektron, perubahan pada karakter ikatan yang berkaitan adalah sama sebagaimana pada Gambar 6.8. Ini akan mengakibatkan bahwa efek interaksi HOMO-LUMO antara etilen dan butadien terjadi dalam cara yang terorganisasi pada perubahan orde ikatan untuk melengkapi proses pembentukan dan penghancuran ikatan. Harus dicatat dalam dua jenis interaksi HOMO-LUMO yang salah satunya mengandung interaksi antara orbital simetrik dan yang lainnya mengandung interaksi antara orbital yang anti simetrik. Reaksi demikian dengan kombinasi simetrik yang baik disebut sebagai reaksi yang dibolehkan secara simetrik. Dalam kasus dua molekul etilen, reaksi penambahan siklik tidak dapat berlangsung dalam sebuah cara yang terorganisasi disebabkan oleh kecocokan simetri pada satu sisi tidak kompatibel dengan kecocokan simetri pada sisi yang lain sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 6.9. Reaksi yang demikian tanpa kombinasi yang baik disebut sebagai reaksi yang dilarang secara simetri. Contoh 6.3 Prediksikan struktur stereo kimia dari diklorosikloheksan yang dibuat oleh penambahan siklik dari cis-dikloroetilen dan butadien.
(Jawaban) Karena atom Cl pada cis-dikloroetilen pada sisi yang sama berada pada bidang dari dua atom C dalam entilen selama proses reaksi berlangsung, dua atom Cl juga pada sisi yang sama dalam produk cincin sikloheksen terhadap atom C 5 dan 6 dalam Gambar 6.7, sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 6.10.
Gambar 6.9 Interaksi HOMO-LUMO antara dua molekul etilena.
