diperlukan untuk menghilangkan elektron lain dari ion bermuatan positif. Jadi, energi ionisasi selalu meningkat dengan urutan sebagai berikut:
IE1 < IE2 < IE3 <. . .
Tabel 8.2 mencantumkan energi ionisasi dari 20 elemen pertama. Ionisasi selalu merupakan proses endotermik. Secara konvensi, energi yang diserap oleh atom (atau ion) dalam proses ionisasi memiliki nilai positif. Jadi, semua energi ionisasi adalah besaran positif. Gambar 8.11 menunjukkan variasi energi ionisasi pertama dengan nomor atom. Plotnya jelas menunjukkan periodisitas dalam stabilitas alat elektronik yang paling longgar dipegang. Perhatikan bahwa, terlepas dari ketidakteraturan kecil, energi ionisasi pertama unsur-unsur dalam suatu periode meningkat dengan meningkatnya nomor atom. Kecenderungan ini disebabkan oleh peningkatan muatan inti efektif dari kiri ke kanan (seperti dalam kasus variasi jari-jari atom). Muatan inti efektif yang lebih besar berarti elektron valensi yang dipegang erat, dan karenanya energi ionisasi pertama lebih tinggi. Fitur penting dari Gambar 8.11 adalah puncaknya, yang berhubungan dengan gas mulia. Kita cenderung mengasosiasikan konfigurasi elektron kulit valensi penuh dengan tingkat stabilitas kimiawi yang melekat. Energi ionisasi yang tinggi dari gas mulia, yang berasal dari muatan inti efektifnya yang besar, menjadi salah satu alasan stabilitas ini. Faktanya, helium (1s2) memiliki energi ionisasi pertama tertinggi dari semua elemen.
Di bagian bawah grafik pada Gambar 8.11 adalah unsur Golongan 1A (logam alkali), yang memiliki energi ionisasi pertama paling rendah. Masing-masing logam ini memiliki satu elektron valensi (konfigurasi elektron terluar adalah ns1), yang secara efektif dilindungi oleh kulit dalam yang terisi penuh. Akibatnya, sangat mudah untuk melepaskan elektron dari atom logam alkali untuk membentuk sebuah
Gambar 8.11
ion unipositif (Li1, Na1, K1,..). Secara signifikan, konfigurasi elektron dari kation-kation ini adalah isoelektronik dengan gas mulia yang mendahuluinya dalam tabel periodik.
Unsur-unsur Golongan 2A (logam alkali tanah) memiliki energi ionisasi pertama yang lebih tinggi daripada logam alkali. Logam alkali tanah memiliki dua elektron valensi (konfigurasi elektron terluar adalah ns2). Karena dua elektron ini tidak melindungi satu sama lain dengan baik, muatan inti efektif untuk atom logam alkali tanah lebih besar daripada logam alkali sebelumnya. Kebanyakan senyawa alkali tanah mengandung ion dipositif (Mg21, Ca21, Sr21, Ba21). Ion Be21 adalah isoelektronik dengan Li1 dan dengan He, Mg21 adalah isoelektronik dengan Na1 dan dengan Ne, dan seterusnya.
Seperti yang ditunjukkan Gambar 8.11, logam memiliki energi ionisasi yang relatif rendah dibandingkan dengan bukan logam. Energi ionisasi metaloid umumnya berada di antara energi logam dan bukan logam. Perbedaan energi ionisasi menunjukkan mengapa logam selalu membentuk kation dan non logam membentuk anion dalam senyawa ionik. (Satu-satunya kation non logam yang penting adalah ion amonium, NH1.) Untuk gugus tertentu, energi ionisasi berkurang dengan bertambahnya nomor atom (yaitu, saat kita bergerak ke bawah gugus). Unsur-unsur dalam golongan yang sama memiliki konfigurasi elektron terluar yang serupa. Namun, ketika bilangan kuantum utama n meningkat, begitu pula jarak rata-rata elektron valensi dari nukleus. Pemisahan yang lebih besar antara elektron dan inti berarti tarikan yang lebih lemah, sehingga menjadi lebih mudah untuk melepaskan elektron pertama saat kita berpindah dari satu unsur ke unsur lain ke bawah suatu golongan meskipun muatan inti efektif juga meningkat ke arah yang sama. Jadi, karakter logam dari unsur-unsur dalam suatu kelompok meningkat dari atas ke bawah. Tren ini terutama terlihat untuk elemen di Grup 3A hingga 7A. Misalnya, dalam Golongan 4A, karbon adalah bukan logam, silikon dan germanium adalah metaloid, dan timah serta timbal adalah logam.
Meskipun kecenderungan umum dalam tabel periodik adalah energi ionisasi pertama meningkat dari kiri ke kanan, beberapa penyimpangan tetap ada. Pengecualian pertama terjadi antara elemen Grup 2A dan 3A dalam periode yang sama (misalnya, antara Be dan B dan antara Mg dan Al). Unsur-unsur Golongan 3A memiliki energi ionisasi pertama yang lebih rendah daripada unsur 2A karena mereka semua memiliki satu elektron di subkulit p terluar (ns2np1), yang terlindung dengan baik oleh elektron dalam dan elektron ns2. Oleh karena itu, lebih sedikit energi yang dibutuhkan untuk melepaskan satu elektron p daripada untuk melepaskan elektron s dari tingkat energi utama yang sama. Ketidakteraturan kedua terjadi antara Grup 5A dan 6A (misalnya, antara N dan O dan antara P dan S). Dalam unsur Golongan 5A (ns2np3), elektron p berada di tiga orbital terpisah menurut aturan Hund. Dalam Golongan 6A (ns2np4), elektron tambahan harus dipasangkan dengan salah satu dari tiga elektron p. Kedekatan dua elektron dalam orbital yang sama menghasilkan tolakan elektrostatis yang lebih besar, yang membuatnya lebih mudah untuk mengionisasi atom unsur Golongan 6A, meskipun muatan inti meningkat satu unit. Jadi, energi ionisasi untuk unsur Golongan 6A lebih rendah daripada energi ionisasi unsur Golongan 5A pada periode yang sama.
Review Konsep
Beri label plot yang ditunjukkan di sini untuk energi ionisasi pertama, kedua, dan ketiga untuk Mg, Al, dan K.
8.5 Afinitas Elektron
Sifat lain yang sangat mempengaruhi perilaku kimia atom adalah kemampuannya untuk menerima satu atau lebih elektron. Properti ini disebut afinitas elektron (EA), yang merupakan perubahan energi negatif yang terjadi ketika elektron diterima oleh atom dalam keadaan gas untuk membentuk anion.
Pertimbangkan proses di mana atom fluor berbentuk gas menerima sebuah elektron:
Afinitas elektron fluor karena itu diberi nilai 1328 kJ / mol. Semakin positif afinitas elektron suatu unsur, semakin besar afinitas suatu atom unsur tersebut untuk menerima elektron. Cara lain untuk melihat afinitas elektron adalah dengan menganggapnya sebagai energi yang harus disuplai untuk melepaskan elektron dari anion. Untuk fluor, kami menulis
Jadi, afinitas elektron positif yang besar berarti bahwa ion negatif sangat stabil (yaitu, atom memiliki kecenderungan besar untuk menerima elektron), seperti halnya energi ionisasi yang tinggi dari sebuah atom berarti bahwa elektron dalam atom sangat stabil .
Secara eksperimental, afinitas elektron ditentukan dengan menghilangkan elektron tambahan dari anion. Berbeda dengan energi ionisasi, afinitas elektron sulit diukur karena anion dari banyak unsur tidak stabil. Tabel 8.3 menunjukkan afinitas elektron dari beberapa unsur perwakilan dan gas mulia, dan Gambar 8.12 menggambarkan afinitas elektron dari 56 unsur pertama versus nomor atom. Kecenderungan keseluruhan adalah peningkatan kecenderungan untuk menerima elektron (nilai afinitas elektron menjadi lebih positif) dari kiri ke kanan dalam suatu periode. Afinitas elektron logam umumnya lebih rendah daripada nonlogam. Nilainya sedikit berbeda dalam kelompok tertentu. Halogen (Golongan 7A) memiliki nilai afinitas elektron tertinggi
Tabel 8.3
1A
|
2A
|
3A
|
4A
|
5A
|
6A
|
7A
|
8A
|
H
|
|
|
|
|
|
|
He
|
73
|
|
|
|
|
|
|
, 0
|
Li
|
Be
|
B
|
C
|
N
|
O
|
F
|
Ne
|
60
|
# 0
|
27
|
122
|
0
|
141
|
328
|
, 0
|
Na
|
Mg
|
Al
|
Si
|
P
|
S
|
Cl
|
Ar
|
53
|
# 0
|
44
|
134
|
72
|
200
|
349
|
, 0
|
K
|
Ca
|
Ga
|
Ge
|
As
|
Se
|
Br
|
Kr
|
48
|
2.4
|
29
|
118
|
77
|
195
|
325
|
, 0
|
Rb
|
Sr
|
In
|
Sn
|
Sb
|
Te
|
I
|
Xe
|
47
|
4.7
|
29
|
121
|
101
|
190
|
295
|
, 0
|
Cs
|
Ba
|
Tl
|
Pb
|
Bi
|
Po
|
At
|
Rn
|
45
|
14
|
30
|
110
|
110
|
?
|
?
|
, 0
|
Ada korelasi umum antara afinitas elektron dan muatan inti efektif, yang juga meningkat dari kiri ke kanan dalam periode tertentu (lihat halaman 334). Akan tetapi, seperti dalam kasus energi ionisasi, ada beberapa ketidakteraturan. Misalnya, afinitas elektron suatu unsur Golongan 2A lebih rendah daripada afinitas elektron golongan 1A yang bersesuaian, dan afinitas elektron unsur Golongan 5A lebih rendah daripada afinitas elektron golongan 4A yang bersesuaian. Pengecualian ini disebabkan oleh konfigurasi elektron valensi dari unsur-unsur yang terlibat. Sebuah elektron ditambahkan ke sebuah
Unsur golongan 2A harus berakhir di orbital np berenergi lebih tinggi, di mana ia secara efektif terlindung oleh elektron ns2 dan oleh karena itu mengalami tarikan yang lebih lemah ke inti. Oleh karena itu, ia memiliki afinitas elektron yang lebih rendah daripada unsur Golongan 1A yang sesuai. Demikian juga, lebih sulit untuk menambahkan elektron ke unsur Golongan 5A (ns2np3) daripada unsur Golongan 4A yang sesuai (ns2np2) karena elektron yang ditambahkan ke unsur Golongan 5A harus ditempatkan di orbital np yang sudah mengandung elektron dan karena itu akan mengalami tolakan elektrostatis yang lebih besar. Akhirnya, terlepas dari fakta bahwa gas mulia memiliki muatan inti efektif yang tinggi, mereka memiliki afinitas elektron yang sangat rendah (nilai nol atau negatif). Alasannya adalah bahwa elektron yang ditambahkan ke atom dengan konfigurasi ns2np6 harus memasuki orbital (n 1 1) s, yang terlindung dengan baik oleh elektron inti dan hanya akan tertarik dengan sangat lemah oleh nukleus. Analisis ini juga menjelaskan mengapa spesies dengan cangkang valensi lengkap cenderung stabil secara kimiawi.
Review Konsep
Mengapa mungkin untuk mengukur energi ionisasi berturut-turut suatu atom sampai semua elektron dilepaskan, tetapi menjadi semakin sulit dan seringkali tidak mungkin untuk mengukur afinitas elektron suatu atom di luar tahap pertama?
8.6 Variasi Sifat Kimia dari Unsur Representatif
Energi ionisasi dan afinitas elektron membantu ahli kimia memahami jenis reaksi yang dialami unsur dan sifat senyawa unsur. Pada tingkat konseptual, kedua ukuran ini terkait dengan cara yang sederhana: Energi ionisasi mengukur tarikan sebuah atom untuk elektronnya sendiri, sedangkan afinitas elektron menyatakan daya tarik atom untuk elektron tambahan dari beberapa sumber lain. Bersama-sama mereka memberi kita wawasan tentang daya tarik umum atom untuk elektron. Dengan konsep ini kita dapat mensurvei perilaku kimia dari unsur-unsur secara sistematis, memberikan perhatian khusus pada hubungan antara sifat kimianya dan konfigurasi elektronnya.
Kita telah melihat bahwa karakter logam dari unsur-unsur tersebut menurun dari kiri ke kanan sepanjang suatu periode dan meningkat dari atas ke bawah dalam suatu kelompok. Berdasarkan tren ini dan pengetahuan bahwa logam biasanya memiliki energi ionisasi rendah sedangkan nonlogam biasanya memiliki afinitas elektron yang tinggi, kita sering dapat memprediksi hasil reaksi yang melibatkan beberapa elemen ini.
*Tren Umum Properti Kimia
Sebelum kita mempelajari elemen dalam kelompok individu, mari kita lihat beberapa tren secara keseluruhan. Kita telah mengatakan bahwa unsur-unsur dalam kelompok yang sama memiliki kemiripan satu sama lain dalam perilaku kimia karena mereka memiliki konfigurasi elektron valensi yang serupa. Pernyataan ini, meskipun benar dalam pengertian umum, harus diterapkan dengan hati-hati. Ahli kimia telah lama mengetahui bahwa anggota pertama dari setiap kelompok (unsur pada periode kedua dari litium menjadi fluor) berbeda dari anggota lain dalam kelompok yang sama. Litium, misalnya, menunjukkan banyak, tetapi tidak semua, dari sifat-sifat karakteristik logam alkali. Demikian pula, berilium adalah anggota Grup 2A yang agak atipikal, dan seterusnya. Perbedaan tersebut dapat dikaitkan dengan ukuran elemen pertama yang sangat kecil di setiap kelompok (lihat Gambar 8.5).
Kecenderungan lain dalam perilaku kimia dari unsur-unsur perwakilan adalah hubungan diagonal. Hubungan diagonal adalah kesamaan antara pasangan elemen dalam kelompok yang berbeda dan periode tabel periodik. Secara khusus, tiga anggota pertama dari periode kedua (Li, Be, dan B) menunjukkan banyak kesamaan dengan unsur-unsur yang terletak secara diagonal di bawahnya dalam tabel periodik (Gambar 8.13). Penyebab fenomena ini adalah kedekatan densitas muatan kationnya. (Kerapatan muatan adalah muatan ion dibagi volumenya.) Kation dengan kerapatan muatan yang sebanding bereaksi serupa dengan anion dan karenanya membentuk jenis senyawa yang sama. Jadi, kimia litium mirip dengan magnesium dalam beberapa hal; hal yang sama berlaku untuk berilium dan aluminium serta untuk boron dan silikon. Masing-masing pasangan ini dikatakan menunjukkan hubungan diagonal. Kita akan melihat beberapa contoh hubungan ini nanti.
Ingatlah bahwa perbandingan properti elemen dalam kelompok yang sama paling valid jika kita berurusan dengan elemen dari jenis yang sama sehubungan dengan karakter metalik mereka. Pedoman ini berlaku untuk elemen dalam Grup 1A dan 2A, yang semuanya logam, dan elemen dalam Grup 7A dan 8A, yang semuanya bukan logam. Dalam Grup 3A hingga 6A, di mana unsur-unsur berubah baik dari bukan logam menjadi logam atau dari bukan logam menjadi metaloid, wajar untuk mengharapkan variasi yang lebih besar dalam sifat kimianya meskipun anggota kelompok yang sama memiliki konfigurasi elektron terluar yang serupa.
Sekarang mari kita lihat lebih dekat sifat kimia dari unsur-unsur perwakilan dan gas mulia. (Kita akan membahas kimia logam transisi dalam Bab 23.)
*Hidrogen (1s1)
Tidak ada posisi yang benar-benar cocok untuk hidrogen dalam tabel periodik. Secara tradisional, hidrogen ditampilkan dalam Grup 1A, tetapi sebenarnya hidrogen dapat menjadi kelas dengan sendirinya. Seperti logam alkali, ia memiliki satu elektron valensi dan membentuk ion unipositif (H1), yang terhidrasi dalam larutan. Di sisi lain, hidrogen juga membentuk ion hidrida (H2) dalam senyawa ionik seperti NaH dan CaH2. Dalam hal ini, hidrogen menyerupai halogen, yang semuanya membentuk ion tak negatif (F2, Cl2, Br2, dan I2
dalam senyawa ionik. Hidrida ionik bereaksi dengan air menghasilkan gas hidrogen dan logam hidroksida yang sesuai:
Tentu saja, senyawa hidrogen yang paling penting adalah air, yang terbentuk saat hidrogen terbakar di udara:
-Elemen Grup 1A (ns1, n $ 2)
Gambar 8.14 menunjukkan unsur Golongan 1A, logam alkali. Semua elemen ini memiliki energi ionisasi yang rendah dan oleh karena itu memiliki kecenderungan besar untuk kehilangan elektron valensi tunggal. Faktanya, dalam sebagian besar senyawanya, mereka adalah ion uni-positif. Logam-logam ini sangat reaktif sehingga tidak pernah ditemukan dalam keadaan murni di alam. Mereka bereaksi dengan air untuk menghasilkan gas hidrogen dan logam hidroksida yang sesuai:
di mana M menunjukkan logam alkali. Saat terkena udara, mereka secara bertahap kehilangan penampilan mengkilapnya saat bergabung dengan gas oksigen untuk membentuk oksida. Litium membentuk litium oksida (mengandung ion O22):
Logam alkali lainnya semuanya membentuk oksida dan peroksida (mengandung ion O22). Untuk contoh,
Kalium, rubidium, dan sesium juga membentuk superoksida (mengandung ion O2):
Alasan bahwa berbagai jenis oksida terbentuk ketika logam alkali bereaksi dengan oksigen berkaitan dengan stabilitas oksida dalam bentuk padat. Karena semua oksida ini adalah senyawa ionik, stabilitasnya bergantung pada seberapa kuat kation dan anion menarik satu sama lain. Litium cenderung membentuk sebagian besar litium oksida karena senyawa ini lebih stabil dibandingkan litium peroksida. Pembentukan oksida logam alkali lainnya dapat dijelaskan dengan cara yang sama.
-Elemen Grup 2A (ns2, n $ 2)
Gambar 8.15 menunjukkan elemen-elemen Grup 2A. Sebagai satu kelompok, logam alkali tanah agak kurang reaktif dibandingkan logam alkali. Baik energi ionisasi pertama dan kedua menurun dari berilium menjadi barium. Dengan demikian, kecenderungannya adalah untuk membentuk ion M21 (di mana M menunjukkan atom logam alkali tanah), dan karenanya karakter logam meningkat dari atas ke bawah. Kebanyakan senyawa berilium (BeH2 dan berilium halida, seperti BeCl2) dan beberapa senyawa magnesium (misalnya MgH2) bersifat molekuler daripada ionik.
Reaktivitas logam alkali tanah dengan air sangat bervariasi. Berilium tidak bereaksi dengan air; magnesium bereaksi perlahan dengan uap; kalsium, strontium, dan barium cukup reaktif untuk menyerang air dingin:
Reaktivitas logam alkali tanah terhadap oksigen juga meningkat dari Be menjadi Ba. Berilium dan magnesium membentuk oksida (BeO dan MgO) hanya pada suhu tinggi, sedangkan CaO, SrO, dan BaO terbentuk pada suhu kamar. Magnesium bereaksi dengan asam dalam larutan air, melepaskan gas hidrogen:
Kalsium, strontium, dan barium juga bereaksi dengan larutan asam encer untuk menghasilkan gas hidrogen. Namun karena logam ini juga menyerang air, dua reaksi berbeda akan terjadi secara bersamaan.
Sifat kimiawi kalsium dan strontium memberikan contoh menarik dari kesamaan kelompok periodik. Strontium-90, isotop radioaktif, adalah produk utama ledakan bom atom. Jika bom atom meledak di atmosfer, strontium-90 yang terbentuk pada akhirnya akan mengendap di darat dan air, dan akan mencapai tubuh kita melalui rantai makanan yang relatif pendek. Misalnya, jika sapi makan rumput yang tercemar dan meminum air yang tercemar, mereka akan menyebarkan strontium-90 dalam susu mereka. Karena kalsium dan strontium secara kimiawi serupa, ion Sr21 bisamengganti ion Ca21 di tulang kita. Eksposur tubuh secara konstan terhadap energi tinggi radiasi yang dipancarkan oleh isotop strontium-90 dapat menyebabkan anemia, leukemia, dan penyakit kronis lainnya.
-Elemen Grup 3A (ns2np1, n $ 2) 1A
Anggota pertama Grup 3A, boron, adalah metaloid; sisanya adalah logam (Gambar 8.16). Boron tidak membentuk senyawa ionik biner dan tidak reaktif terhadap gas oksigen dan air. Unsur berikutnya, aluminium, dengan mudah membentuk aluminium oksida saat terkena udara:
Aluminium yang memiliki lapisan pelindung aluminium oksida kurang reaktif dibandingkan dengan elemen aluminium. Aluminium hanya membentuk ion tripositif. Bereaksi dengan asam klorida sebagai berikut:
Unsur-unsur logam Golongan 3A lainnya membentuk ion unipositif dan tripositif. Menuruni golongan tersebut, kita menemukan bahwa ion unipositif menjadi lebih stabil daripada ion tripositif.
Unsur logam dalam Golongan 3A juga membentuk banyak senyawa molekuler. Misalnya, aluminium bereaksi dengan hidrogen membentuk AlH3, yang sifatnya menyerupai BeH2. (Berikut adalah contoh hubungan diagonal.) Jadi, dari kiri ke kanan melintasi tabel periodik, kita melihat pergeseran bertahap dari karakter logam ke non logam dalam elemen perwakilan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar