BAB I-Dapus

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teori yang berkaitan dengan senyawa kompleks adalah Teori Medan Kristal. Teori medan kristal ini hampir selama 20 tahun semenjak ditemukan hanya digunakan dalam bidang fisika zat padat. Teori medan kristal digunakan oleh pakar fisika zat padat untuk menjelaskan warna dan sifat magnetik garam-garam logam transisi terhidrat,khususnya yang memiliki atom pusat ion logam transisi dengan orbital d yang belum sepenuhnya terisi elektro seperti CuSO4.5H2O. Teori medan kristal dikembangkan oleh dua

orang ahli fisika H.Bethe (1929) dan J.H. Van Vlekck (1923) dan digunakan pertama kali oleh mereka dan para pakar fisika lainnya untuk menjelaskan warna dan sifat magnetik garam-garam logam transisi terhidrat. Khususnya yang memiliki ion logam dengan orbital d yang belum terisi sepenuhnya.

Teori ini kurang dikenal oleh para pakar kimia anorganik sampai kira-kira tahun 1950 karena pada waktu itu mereka cukup puas dengan teori ikatan valensi. Para pakar kimia anorganik memanfaatkan teori medan kristal dalam menjelaskan fakta-fakta yang ada tentang senyawa koordinasi.Teori medan kristal ini digunakan untuk menjelaskan energi kompleks koordinasi. Hal ini didasarkan pada deskripsi ionik pada ikatan logam ligan.Teori medan kristal menyediakan cara penentuan melalui tinjauan elektrostatik yang sederhana, bagaimana energi dari orbital-orbital ion logam akan dipengaruhi oleh set atom atau ligan sekelilingnya.

1.2 Rumusan Masalah

Penulisan makalah ini memiliki rumusan masalah sebagai berikut : 1.2.1 Apa yang dimaksud dengan teori medan kristal?

1.2.2 Apa saja faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan medan kristal? 1.2.3 Bagaimana sifat kemagnetan dan warna kompleks berdasarkan teori

medan kristal?

1.3 Tujuan Penulisan

Penulisan makalah dengan judul Kelebihan dan Kekurangan Teori Medan Kristal inibertujuan :

1.3.1 Untuk memahami teori medan kristal

1.3.2 Untuk mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan medan kristal

1.3.3 Untuk mempelajari sifat kemagnetan dan warna kompleks berdasarkan teori medan kristal

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Teori Medan Kristal

Teori medan Kristal (Crystal Field Theory) dikemukakan oleh Hans Bethe, seorang pakar fisika, pada tahun 1929, menurut teori ini ikatan antara logam/atom pusat dengan ligan dalam kompleks adalah murni elektrostatik. Logam transisi sebagai atom pusat dianggap sebagai ion positif yang dikelilingi oleh ligan yang bermuatan negatif atau molekul netral yang mempunyai pasangan elektron bebas. Medan listrik yang ditimbulkan oleh ligan akan mempengaruhi elektron-elektron pada ion pusat dan medan listrik yang ditimbulkan oleh ion pusat juga mempengaruhi electron pada ligan-ligan yang mengelilinginya. Elektron-elektron pada ion pusat yang paling dipengaruhi oleh medan listrik yang ditimbulkan oleh ligan adalah elektron pada orbital d, karena elektron d tersebut yang sangat berperan dalam membentuk ion kompleks (Cotton dan Wilkinson,1989).

Orbital d ada 5 macam yaitu dxy, dxz, dyz, dx2-y2dan dz2.Orbital dx2 -y2terkonsentrasi sepanjang sumbu x dan y, sedangkan orbital dz2terkonsentrasi

sepanjang sumbu z. Ketiga orbital d yang lain yaitu dxy, dxz, dyz terkonsentrasi

di antara sumbu x, y dan z serta membentuk sudut sebesar 45º( Huheey and Keitter, 1993).

Gambar 1. Kontur orbital d ( Huheey and Keitter, 1993).

Pada ion bebas tanpa pengaruh ligan (dxy, dxz, dyz, dx2-y2dan dz2)

mempunyai energi yang sama ( terdegenerasi ). Terdapatnya muatan negatif ligan yang di tempatkan di sekitar ion logam, mengakibatkan orbital akan

tetap terdegenerasi tetapi energinya kan meningkat. Hal ini terjadi karen adanya gaya tolak menolak antar medan negatif dari ligan dengan elektron pada ion logam. Medan listrik yang dihasilkan oleh ligan tergantung pada letak ligan tersebut di sekeliling ion pusat. Jadi medan ligan dalam struktur oktahedral maupun tetra hedral akan berbeda satu sama lain.

Pada kompleks oktahedral logam berada pada pusat oktahedron dan ligan-ligan berada pada enam sudut oktahedron. Arah sumbuh x, y dan z terhadap tiga titik yang berdekatan pada oktahedron ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2. Arah Sumbu x, y, dan z pada Kompleks Oktahedral

Orbital dz2, dx2-y2yang berada pada sumbu oktahedral mengalami

tolakan lebih besar dari pada dxy, dxz, dyz, yang berada diantara sumbu

oktahedral karena adanya tolakan dari ligan. Hal ini mengakibatkan pemisahan (splitting)orbital d, dimana orbital dz2 dan dx2-y2(orbital eg)

mengalami kenaikan energi sedangkan orbital dxy, dxz, dyz, (orbital

t2g)mengalami penurunan energi (Huheey and Keither, 1993).

Perbedaan energi kelompok t2g dan eg yang dinyatakan dengan lambang Δo atau 10 Dq disebut energi pemisahan medan kristal yang juga merupakan ukuran kekuatan medan kristal. Diagram pemisahan kelompok orbital t2g dan eg pada medan oktahedral ditunjukkan oleh Gambar 3.

Gambar 1. Diagram Pemisahan Orbital ddalam Medan Oktahedral (Lee, 1991)

Koordinasi tetrahedral memiliki kesamaan dengan koordinasi kubus. Pada sistem kubus empat ligan tidak secara langsung mendekati orbital d dari logam, akan tetapi ligan-ligan ini lebih mendekat pada orbital-orbital yang berada searah dengan sisi kubusdxy, dxz, dyz, (orbital t2g) daripada

orbital yang searah dengan pusat kubus dz2 dan dx2-y2(orbital eg) Orbital t2g

akan berada pada tingkat energi yang lebih tinggi sementara orbital egakan stabil pada tingkat energi di bawahnya, sehingga akan membentuk diagram energi yang berkebalikan dengan medan oktahedral (Huheey and Keither, 1993). Diagram pemisahan orbital d dan bidang kubik orbital d medan tetrahedral ditunjukkan oleh Gambar 4.

Gambar 4. Diagram Pemisahan dan Bidang Kubik Orbital d dalam Medan Tetrahedral (Huheey and Keither, 1993)

2.2 . Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Medan Kristal

Kekuatan medan kristal atau harga 10 Δq dipengaruhi oleh banyak faktor. Empat faktor dintaranya adalah ion pusat, jumlah ligan dan geometri kompleks, jenis ligan dan jenis ion pusat.

a. Muatan Ion Pusat

Bertambah muatan ion pusat akan menyebabkan ligan-ligan tertarik lebih dekat ke ion pusat sehingga interaksi antara ligan-ligan dengan orbital-orbital d ion pusat bertambah kuat akibatnya pemisahan orbital d makin besar dan medan kristal yang timbul makin kuat. Secara teoritik penambahan muatan ion pusat dari 2+ ke 3+ akan meningkatkan harga 10 Δq sekitar 50 %. Sebagai contoh adalah

[Fe(H2O)6]2+ memiliki 10Δq sebesar 10000 cm–1 sedangkan ion [Fe(H2O)6]3+

memiliki 10 Δq sebesar 14000 cm-1_.

b. Jumlah dan Geometri dari Ligan

Semakin banyak jumlah ligan yang terikat pada ion pusat medan yang timbul makin kuat dan harga 10 Δq makin besar. Kekuatan medan oktahedral lebih dari 2 kali lipat kekuatan medan tetrahedral untuk ion pusat dan jenis ligan yang sama. Sebagai contoh ion [Ti(H2O)4]3+ memiliki 10 Δq sebesar 9000 cm –1

sedangkan ion [Ti(H2O)6]3+ memiliki 10 Δq sebesar 20300 cm –1. secara umum

dianggap bahwa:

ΔTd=4Δoatau 10 ΔqTd=4Dqo

Dalam hal ini ada dua faktor yang mempengaruhi harga 10 Δq. Pada kedua kompleks tersebut yaitu:

a). Interaksi anatara ligan-ligan dengan orbital-orbital d dari ion pusat pada medan oktahedral lebih kuat dibandingkan pada medan tetrahedral.

b). Bertambahnya jumlah ligan akan memperbesar kekuatan interaksi dan pemisahan orbital-orbital d.

c. Jenis Ligan

Ligan yang berbeda akan mengahsilkan kekuatan medan yang berbeda pula. Sebagai contoh adalah harga 10Δq untuk [CrCl6]3-, [Cr(NH3)6]3+ dan [Cr(CN)6]

3-secara berturut-turut adalah 163 kJ. Mol-1 _{, 259 kJ.mol}-1 _{dan 314 kJ.mol}-1_{. urutan}

kekuatan beberapa ligan ditunjukan dalam deret spektrokimia(spectrochemical series) sebagai berikut: I-_{< Br}-_{< S}2-_{< SCN}-_{< Cl}-_{< NO}

3-< F-< OH-< ox2-< H2O <

NCS-_{< CH}

3CN-< NH3< py < en < dipy < phen < NO2-< fosfina < CN- < CO. Deret

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 yang sama bertambah dengan bertambahnya periode. Hal ini disebabkan karena pada satu golongan dari atas ke bawah terjadi kenaikan muatan inti efaktif dengan bertambahnya periode. Kenaikan ini disebabkan karena efek saringan (shielding) orbital 5d< 4d< 3d. Kenaikan muatan inti efektif menyebabkan ligan-ligan tertarik lebih dekat ke ion pusat. Interaksi antara ligan-ligan dengan elektron-elektron pada orbital d ion pusat semakin kuat, pemisahan orbital d semakin besar demikian pula dengan harga 10Δq yang ada. Sebagai contoh harga 10Δq untuk ion-ion [Co(NH3)6]3+, [Rh(NH3)6]3+ dan [Ir(NH3)6]3+ secara berturut-turut adalah

296 kJ.mol-1 _{dan 490 kJ.mol}-1 _{(Effendi, 1998).}

e. Energi Penstabilan Medan Kristal

Pada kompleks oktahedral perbedaan energi antara orbital t2g dan

eg dinyatakan harga dengan 10Dq atau ∆o. Pada simetri oktakhdral bila elektron

mengisi orbital t2g akan terjadi penstabilan dan bila mengisi orbital egakan terjadi

pentidakstabilan.Pentidakstabilan juga terjadi bila elektron-elektron dipasangkan pada suatu orbital.Energi yang terlibat pada penstabilan suatu kompleks disebut energi penstabilan medan kristal (Crystal Field Stabilization Energy = CFSE).

Pada kompleks oktahdral dengan medan lemah harga 10Dq adalah lebih kecil dari pada energi yang diperlukan untuk memasangkan spin (P). Dengan demikian elektron ke empat lebih menguntungkan apabila mengisi orbital eg dari pada bila dipasangkan dengan elektron yang dapat terdapat pada orbital t2g. Hal yang sebaliknya terjadi pada medan kuat.

Teori medan kristal dapat menjelaskan tentang pembentukan senyawa kompleks, sifat magnetik dan perubahannya karena pengaruh temperatur serta kestabilan dari senyawa kompleks

2.3.1 keunggulan Teori Medan Kristal

Banyak sifat-sifat yang dapat dijelaskan dengan teori medan kristal atau crystal field theory. Diantaranya:



Pengaruh medan ligan pada warna

Hal ini dikarenakan enrgi sinar didaerah tampak cocok untuk promosi elektron yang ada di orbital d, dari energi rendah ke energi tinggi. Misalnya untuk kompleks oktahedral dari orbital t2g atau d € keorbital eg

atau dj. Besarnya energi untuk promosi, yaitu ∆ tergantung dari ion

pusatnya dantergantung dari jenis ligan. Karena itu senyawa kompleks mempunyai warna berbeda-beda, misalnya [Ti(OH2)6]3+ berwarna ungu

sedangkan [Cu(OH2)6] berwarna biru muda. Untuk satu ion pusat

warnanya berbeda bila ligannya berbeda, misalnya [Cn(OH2)]2+ berwarna

biru muda, tetapi [Cu(NH3)4 (OH2)]2+ berwarna biru tua.



Harga CFSE untuk kompleks oktahedral, tetrahedral dan planar segiempat Crystal field st Hans Bethe abilization energy berubah – ubah sesuai dengan struktur dan jenis ion kompleks. perbedaan energi orbital t2g

dan eg Hans Bethe untuk kompleks tetrahedral ~4/9 kali untuk kompleks

oktahedral.orbital t2g mempunyai energi 0,27 ∆ lebih rendah dari pada˳

kompleks hipotesis, bila ∆ adalah ∆ .untuk kompleks tetrahedra: CFSE =˳ ˳

(0,27y – 0,18x) ∆ y = jumlah elektron di orbital e˳ g dan x = jumlah

elektron di orbital t2g.

Untuk planar segiempat, orbital dx²-y² energinya naik 1,22∆ , orbital d˳ xy

naik 0,23∆ , orbital d˳ x² turun 0,43∆ dan orbital d˳ xz serta dyz turun 0,51∆ .˳

Semua ini dibandingkan dengan komplek ipotesis (Ramlawati, 2005).

. Kekurangan teori ini adalah berkenaan dengan asumsi yang mendasarinya yaitu interaksi antara ion pusat dan ligan-ligan dianggap sebagai interaksi elektrostatik. Berdasarkan asumsi ini maka.

a. Medan yang ditimbulkan oleh ligan negatif seharusnya lebih kuat

dibandingkan medan yang dihasilkan oleh ligan netral. Misalnya untuk ligan OH- _{dan H}

2O. Seharusnya medan yang ditimbulkan oleh OH- adalah

lebih kuat dibandingkan medan yang ditimbulkan oleh H2O. Dalam

kenyataan terjadi pada keadaan yang sebaliknya.

b. Ligan yang memiliki momen dipol lebih besar seharusnya menimbulkan medan yang lebih kuat dibandingkan ligan yang momen dipolnya lebih kecil. Misalnya untuk ligan NH3 dengan μ = 4,90.10-30 cm dan ligan H2O μ

= 6,17.10-30 _{cm seharusnya medan yang ditimbulkan oleh H}

2O adalah lebih

kuat dibandingkan medan yang ditimbulkan oleh NH3. dalam

kenyataannya terjadi keadaan sebaliknya.

c. Senyawa kompleks dengan atom pusat memiliki bilangan oksidasi nol dan

ligan yang netral seperti [Ni(CO)4] seharusnya tidak mungkin terbentuk

karena tidak terdapat gaya elektrostatik antara atom pusat dengan ligan-ligan pada kenyataannya senyawa tersebut dapat terbentuk dan stabil (Ramlawati, 2005).

BAB III

PENUTUP

3.1 Simpulan

Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa :

1. Teori medan kristal ini digunakan untuk menjelaskan energi kompleks koordinasi

2. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kekuatan medan kristal

dintaranya adalah ion pusat, jumlah ligan dan geometri kompleks, jenis ligan dan jenis ion pusat.

3. Kelebihan teori medan kristal ini adalah pengaruh medan ligan pada warna serta harga CFSE untuk kompleks oktahedral, tetrahedral dan planar segiempat

4. Kekurangan teori medan kristal ini adalah berkenaan dengan asumsi yang mendasarinya yaitu interaksi antara ion pusat dan ligan-ligan dianggap sebagai interaksi elektrostatik

Teori medan kristal ini banyak sekali kelebihan dan kekurangannya, apabila penjelasan dari makalah ini kurang lengkap dan jelas, kami mengharapkan kritik dan saran dari pembaca untuk menambah wawasan.

Daftar Pustaka

Cotton dan Wilkinson. 1989. Kimia Anorganik Dasar. Erlangga, Jakarta. Effendi. 1998. Kimia Koordinasi. FMIPA IKIP Malang, Malang.

Huheey, J.E., keither, E.A., R. L. 1993. Inorganic Chemistry Principles of Structure and Reactivity. Harper Collins College Publisher, New York. Lee, J. D. 1991. Concise Inorganic Chemistry Fourth Edition. Chapman and Hall.

Oxfort.

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 yang sama bertambah dengan bertambahnya periode. Hal ini disebabkan karena pada satu golongan dari atas ke bawah terjadi kenaikan muatan inti efaktif dengan bertambahnya periode. Kenaikan ini disebabkan karena efek saringan (shielding) orbital 5d< 4d< 3d. Kenaikan muatan inti efektif menyebabkan ligan-ligan tertarik lebih dekat ke ion pusat. Interaksi antara ligan-ligan dengan elektron-elektron pada orbital d ion pusat semakin kuat, pemisahan orbital d semakin besar demikian pula dengan harga 10Δq yang ada. Sebagai contoh harga 10Δq untuk ion-ion [Co(NH3)6]3+, [Rh(NH3)6]3+ dan [Ir(NH3)6]3+ secara berturut-turut adalah

296 kJ.mol-1 _{dan 490 kJ.mol}-1 _{(Effendi, 1998).}

e. Energi Penstabilan Medan Kristal

Pada kompleks oktahedral perbedaan energi antara orbital t2g dan

eg dinyatakan harga dengan 10Dq atau ∆o. Pada simetri oktakhdral bila elektron

mengisi orbital t2g akan terjadi penstabilan dan bila mengisi orbital egakan terjadi

pentidakstabilan.Pentidakstabilan juga terjadi bila elektron-elektron dipasangkan pada suatu orbital.Energi yang terlibat pada penstabilan suatu kompleks disebut energi penstabilan medan kristal (Crystal Field Stabilization Energy = CFSE).

Pada kompleks oktahdral dengan medan lemah harga 10Dq adalah lebih kecil dari pada energi yang diperlukan untuk memasangkan spin (P). Dengan demikian elektron ke empat lebih menguntungkan apabila mengisi orbital eg dari pada bila dipasangkan dengan elektron yang dapat terdapat pada orbital t2g. Hal yang sebaliknya terjadi pada medan kuat.

Teori medan kristal dapat menjelaskan tentang pembentukan senyawa kompleks, sifat magnetik dan perubahannya karena pengaruh temperatur serta kestabilan dari senyawa kompleks

2.3.1 keunggulan Teori Medan Kristal

Banyak sifat-sifat yang dapat dijelaskan dengan teori medan kristal atau crystal field theory. Diantaranya:



Pengaruh medan ligan pada warna

Hal ini dikarenakan enrgi sinar didaerah tampak cocok untuk promosi elektron yang ada di orbital d, dari energi rendah ke energi tinggi. Misalnya untuk kompleks oktahedral dari orbital t2g atau d € keorbital eg

atau dj. Besarnya energi untuk promosi, yaitu ∆ tergantung dari ion

pusatnya dantergantung dari jenis ligan. Karena itu senyawa kompleks mempunyai warna berbeda-beda, misalnya [Ti(OH2)6]3+ berwarna ungu

sedangkan [Cu(OH2)6] berwarna biru muda. Untuk satu ion pusat

warnanya berbeda bila ligannya berbeda, misalnya [Cn(OH2)]2+ berwarna

biru muda, tetapi [Cu(NH3)4 (OH2)]2+ berwarna biru tua.



Harga CFSE untuk kompleks oktahedral, tetrahedral dan planar segiempat Crystal field st Hans Bethe abilization energy berubah – ubah sesuai dengan struktur dan jenis ion kompleks. perbedaan energi orbital t2g

dan eg Hans Bethe untuk kompleks tetrahedral ~4/9 kali untuk kompleks

oktahedral.orbital t2g mempunyai energi 0,27 ∆ lebih rendah dari pada˳

kompleks hipotesis, bila ∆ adalah ∆ .untuk kompleks tetrahedra: CFSE =˳ ˳

(0,27y – 0,18x) ∆ y = jumlah elektron di orbital e˳ g dan x = jumlah

elektron di orbital t2g.

Untuk planar segiempat, orbital dx²-y² energinya naik 1,22∆ , orbital d˳ xy

. Kekurangan teori ini adalah berkenaan dengan asumsi yang mendasarinya yaitu interaksi antara ion pusat dan ligan-ligan dianggap sebagai interaksi elektrostatik. Berdasarkan asumsi ini maka.

a. Medan yang ditimbulkan oleh ligan negatif seharusnya lebih kuat

dibandingkan medan yang dihasilkan oleh ligan netral. Misalnya untuk ligan OH- _{dan H}

2O. Seharusnya medan yang ditimbulkan oleh OH- adalah

lebih kuat dibandingkan medan yang ditimbulkan oleh H2O. Dalam

kenyataan terjadi pada keadaan yang sebaliknya.

b. Ligan yang memiliki momen dipol lebih besar seharusnya menimbulkan medan yang lebih kuat dibandingkan ligan yang momen dipolnya lebih kecil. Misalnya untuk ligan NH3 dengan μ = 4,90.10-30 cm dan ligan H2O μ

= 6,17.10-30 _{cm seharusnya medan yang ditimbulkan oleh H}

2O adalah lebih

kuat dibandingkan medan yang ditimbulkan oleh NH3. dalam

kenyataannya terjadi keadaan sebaliknya.

c. Senyawa kompleks dengan atom pusat memiliki bilangan oksidasi nol dan

ligan yang netral seperti [Ni(CO)4] seharusnya tidak mungkin terbentuk

karena tidak terdapat gaya elektrostatik antara atom pusat dengan ligan-ligan pada kenyataannya senyawa tersebut dapat terbentuk dan stabil (Ramlawati, 2005).

BAB III

PENUTUP

3.1 Simpulan

Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa :

1. Teori medan kristal ini digunakan untuk menjelaskan energi kompleks koordinasi

2. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kekuatan medan kristal

dintaranya adalah ion pusat, jumlah ligan dan geometri kompleks, jenis ligan dan jenis ion pusat.

3. Kelebihan teori medan kristal ini adalah pengaruh medan ligan pada warna serta harga CFSE untuk kompleks oktahedral, tetrahedral dan planar segiempat

Teori medan kristal ini banyak sekali kelebihan dan kekurangannya, apabila penjelasan dari makalah ini kurang lengkap dan jelas, kami mengharapkan kritik dan saran dari pembaca untuk menambah wawasan.

Daftar Pustaka

Cotton dan Wilkinson. 1989. Kimia Anorganik Dasar. Erlangga, Jakarta. Effendi. 1998. Kimia Koordinasi. FMIPA IKIP Malang, Malang.

Huheey, J.E., keither, E.A., R. L. 1993. Inorganic Chemistry Principles of Structure and Reactivity. Harper Collins College Publisher, New York. Lee, J. D. 1991. Concise Inorganic Chemistry Fourth Edition. Chapman and Hall.

Oxfort.