Energi Ionisasi Sifat-Sifat Periodisitas

1. 93 periode 2 mempunyai konfigurasi elektronik 1s 2 2s 1 - 2 . Ukuran atom ditentukan oleh besarnya muatan inti efektif yang dirasakan oleh elektron-elektron dalam orbital yang bersangkutan yaitu 1s, 2s, dan 2p. Naiknya nomor atom berarti naiknya Z ef yang dirasakan oleh setiap elektron dalam orbital yang bersangkutan, sehingga orbital-orbital ini mengalami kontraksi ke arah inti atom yang semakin besar dan akibatnya atom akan nampak semakin kecil. Dalam golongan, jari-jari atom bertambah besar dengan naiknya nomor atom. Ukuran atom ditentukan oleh ukuran orbital terluar. Unsur-unsur dalam golongan ditandai dengan elektron valensi yang sama. Golongan utama yaitu s dan p, mempunyai konfigurasi elektronik terluar 1-7s x , dan 1-7s 2 1-7p x . Naiknya nomor atom berarti bertambahnya kulit elektron atau bertambahnya elektron dalam dan bertambahnya ukuran orbital terluar sehingga elektron terluar mengalami “perlindungan” shielding oleh elektron-elektron dalam yang semakin efektif dari pengaruh tarikan inti, dan akibatnya atom akan nampak semakin besar. Perlu diingat bahwa inti atom merupakan bagian atom yang sangat kecil; jari-jari kovalen atom oksigen yang panjangnya ~ 70 pm, jari-jari inti atomnya hanya 0,0015 pm. Jadi dalam hal volume keseluruhan atom, inti atom hanya mewakili sekitar 10 - 11 bagian.

4.3.2 Energi Ionisasi

Pada dasarnya energi ionisasi E i didefinisikan sebagai energi yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron dari tiap mol spesies dalam keadaan gas. Energi untuk mengeluarkan satu elektron pertama dari atom netralnya disebut sebagai energi ionisasi pertama dan untuk mengeluarkan satu elektron kedua disebut energi ionisasi kedua, demikian seterusnya untuk pengeluaran satu elektron berikutnya. Mudah dipahami bahwa mengeluarkan satu elektron pertama dari atom netralnya akan lebih mudah daripada mengeluarkan satu elektron kedua dan seterusnya dari kation yang bersangkutan karena pengaruh muatan inti menjadi semakin lebih efektif terhadap elektron yang semakin berkurang jumlahnya. Perhatikan contoh berikut ini: Li g →  Li + g + e E i 1 = 520 kJ mol - 1 Li + g →  Li 2+ g + e E i 2 = 7298 kJ mol - 1 Li 2+ g →  Li 3+ g + e E i 3 = 11815 kJ mol - 1 1. 94 Jadi pada proses tersebut, E i 1 E i 2 E i n; nilai energi ionisasi pertama atom unsur utama disajikan dalam Tabel 4.5, dan energi ionisasi pertama hingga kedelapan dapat diperiksa pada Tabel 4.6. Tabel 4.5 Energi ionisasi pertama dalam kJ mol - 1 atom-atom unsur utama H : 1312 He : 2372 Li : 520 Be : 899 B : 801 C : 1086 N : 1402 O : 1314 F : 1681 Ne : 2081 Na : 496 Mg : 738 Al : 578 Si : 786 P : 1012 S : 1000 Cl : 1251 Ar : 1521 K : 419 Ca : 590 Ga : 579 Ge : 762 As : 944 Se : 941 Br : 1140 Kr : 1351 Rb : 403 Sr : 550 In : 558 Sn : 709 Sb : 832 Te : 869 I : 1008 Xe : 1170 Cs : 376 Ba : 503 Tl : 589 Pb : 716 Bi : 703 Po : 812 At : - Rn : 1037 Betapapun lemahnya, pasti ada interaksi ikatan antara elektron valensi dengan inti atom, sehingga untuk mengeluarkan selalu diperlukan energi; dengan demikian, energi ionisasi selalu berharga positif. Energi ionisasi ini dapat ditentukan secara eksperimen dengan menempatkan spesies gas di dalam tabung, kemudian tegangan voltase dalam tabung dinaikkan secara perlahan; praktis tidak ada arus listrik sampai dengan harga voltase tertentu pada saat sebuah elektron dilepas oleh spesies yang bersangkutan. Harga voltase pada saat mulai terjadinya arus listrik inilah yang didefinisikan sebagai energi ionisasi; oleh karena itu, energi ionisasi biasanya dinyatakan dengan satuan non SI, elektron Volt, eV 1 eV = 1,60 x 10 - 19 J = 96,485 kJ mol - 1 , dan sering pula disebut sebagai potensial ionisasi. Dengan batasan tersebut berarti bahwa energi ionisasi bergantung pada seberapa kuat elektron terikat oleh atomnya atau seberapa kuat muatan inti efektif Z ef berpengaruh terhadap elektron terluar yang akan dikeluarkan. Dengan demikian, energi ionisasi bervariasi seiring dengn bervariasinya gaya tarik elektrostatik Coulomb, E i = 2 r .e Z ef , yaitu mempunyai harga terendah untuk Z ef terkecil dan r jari-jari atom terbesar. Untuk unsur-unsur dalam satu golongan dalam Tabel Periodik Unsur, pengaruh muatan inti efektif terhadap elektron valensi relatif konstan atau naik sangat sedikit dengan naiknya nomor atom karena bertambahnya muatan inti diimbangi pula dengan bertambahnya fungsi perisai elektron screeningshielding effect; sedangkan jari-jari atom bertambah secara tajam dengan bertambahnya kulit elektron utama. Dengan 1. 95 demikian dapat dipahami bahwa secara umum energi ionisasi menurun dengan bertambahnya nomor atom sebagaimana ditunjukkan oleh contoh berikut. Unsur Konfigurasi E i kJ mol - 1 3 Li 1s 2 2s 1 520 11 Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 496 19 K 1s 2 2s 2 2p 3s 2 3p 6 4s 1 419 Untuk unsur-unsur dalam satu periode dalam Tabel Periodik Unsur, dengan naiknya nomor atom muatan inti efektif semakin membesar secara kontinu, yaitu naik kira-kira sebesar 0,65 satuan untuk setiap tambahan satu elektron, yang berakibat jari- jari atom semakin pendek. Dengan demikian, elektron terluar semakin sukar dikeluarkan yang berarti energi ionisasi semakin besar. Jadi, unsur-unsur alkali mempunyai energi ionisasi terendah sedangkan unsur-unsur gas mulia mempunyai energi ionisasi tertinggi. Perubahan energi ionisasi secara periodik dilukiskan pada Gambar 4. 4. Namun demikian, terdapat beberapa kekecualian yaitu naiknya energi ionisasi unsur-unsur dalam satu periode ternyata tidak menunjukkan alur yang mulus sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 4.5. Atom dengan konfigurasi elektronik penuh atau setengah penuh ternyata mempunyai energi ionisasi relatif lebih tinggi daripada atom-atom terdekatnya. Misalnya, E i Li E i Be E i B, demikian juga E i C E i N E i O. Data ini dapat menyarankan bahwa elektron dalam konfigurasi penuh Nomor Atom 500 1000 1500 2000 2500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 He Ne Xe Rn Kr Ar K Rb Cs Li Na H Energi Ionisasi kJ mol -1 5d Mg Al Si P S Cl 4f 4d 3d Gambar 4.4 Periodisitas nergi ionisasi unsur-unsur 1. 96 Be lebih sukar dilepas daripada konfigurasi setengah atau tidak penuh B; demikian juga elektron dalam konfigurasi setengah penuh .... 2s 2 2p 3 , N, lebih sukar dilepas daripada elektron dalam konfigurasi tidak penuh ...... 2s 2 2p 4 , O. Jadi, spesies dengan konfigurasi elektronik penuh dan setengah penuh yang sering dikatakan mempunyai konfigurasi simetris, lebih stabil daripada spesies dengan konfigurasi kurang simetris. Mengapa demikian? Untuk menjawab pertanyaan ini perlu dipertimbangkan pula peran tolakan antar elektron seperti dijelaskan berikut ini. Rasio muatan inti efektif terhadap elektron terluar antara atom Li dan Be adalah: ] Be [ ] Li [ ef ef Z Z = 191 128 = 23. Berdasarkan rumusan Bohr, energi elektron terluar untuk Be tentulah berkisar [ 2 3 ] 2 lebih besar daripada energi elektron terluar atom Li. Energi ini secara teoritis adalah 4 9 x 520 kJ mol - 1 = 1170 kJ mol - 1 . Kenyataannya, energi ionisasi pertama untuk Be hanyalah 900 kJ mol - 1 . Perbedaan ini sangat mungkin disebabkan oleh adanya tolakan antar elektron khususnya elektron 2 s 2 , sehingga mempermudah untuk mengeluarkan elektron terluar tersebut. Naiknya muatan inti efektif terhadap elektron terluar 2 p 1 untuk atom B ternyata tidak diikuti terus oleh naiknya energi ionisasinya, melainkan E i B E i Be. Hal ini mudah dipahami karena elektron 2 p 1 menempati energi yang relatif lebih tinggi daripada elektron-elektron 2 s 2 . Tambahan elektron-elektron pada kedua unsur berikutnya, C dan N, menempati orbital 2 p yang berbeda, misalnya 2p 1 untuk atom B, 2 p x 1 , 2 p y 1 untuk atom C, dan 2 p x 1 , 2 p y 1 , 2 p z 1 untuk atom N, sehingga tolakan antar elektron 2 p n menjadi serendah mungkin. Oleh karena itu harga E i ketiga atom unsur ini terletak dalam satu garis kecenderungan yang naik secara teratur. Tambahan satu elektron berikutnya yaitu untuk atom unsur O, menghasilkan sepasang elektron pada salah satu orbital 2 p O: 1s 2 2 s 2 2 p z 2 2 p x 1 2 p y 1 . Hal ini tentu mengakibatkan naiknya tolakan antar elektron dalam orbital 2 p yang cukup signifikan sehingga Gambar 4.5 Grafik energi ionisasi pertama H - Na 500 1000 1500 2000 2500 2 4 6 8 10 12 H He Li Ne F O N C B Be Na E i kJ. mol - 1 Nomor Atom 1. 97 elektron ini mudah dilepas. Dengan demikian dapat dimengerti bahwa E i O E i N. Demikianlah seterusnya sehingga rasionalisasi yang sama umumnya dapat diterapkan untuk unsur-unsur berikutnya.

4.3.3 Afinitas elektron atau energi afinitas Definisi Konvensional