Energi Ikatan
Nama Kelompok :
Ika Devi Intan Sari 210603110068
Ulvie Triana Tasyadani 210603110096
Dian Putri Sefia Hartiani 210603110097
Marsannada 210603110098
Energi Ikatan
Pada dasarnya reaksi kimia terdiri dari dua proses yaitu:
Pemutusan ikatan antar atom-atom dari senyawa yang bereaksi proses yang memerlukan energi
Penggabungan ikatan kembali dari atom-atom yang terlibat reaksi sehingga membentuk susunan baru proses yang membebaskan energi. Perubahan entalpi reaksi dapat dihitung dengan menggunakan data energi ikatan. Energi ikatan adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan oleh satu molekul gas menjadi atom-atom dalam keadaan gas. Energi ikatan adalah jumlah energi yang harus diserap untuk memutuskan jenis ikatan kimia tertentu. Jumlah itu sama dengan energi yang dilepaskan ikatan ketika terbentuk. Ini juga dapat didefinisikan sebagai jumlah energi yang diperlukan untuk memutus satu mol ikatan dari jenis tertentu yaitu fasa gas. Harga energi ikatan selalu positif dengan satuan kj atau kkal serta diukur pada kondisi gas
Penentuan energi ikatan dilakukan dengan cara menguraikan molekul senyawa dalam fase gas menjadi atom-atomnya mengukur berapa kalor yang diperlukan untuk pemutusan ikatan tersebut pada keadaan standar pada suhu kamar dan tekanan 1 atm.
Energi Disosiasi Ikatan
Energi disosiasi ikatan merupakan energi yang diperlukan untuk memutuskan salah satu ikatan 1 mol suatu molekul gas menjadi gugus-gugus molekul gas.
Energi disosiasi ikatan merupakan energi yang diperlukan untuk memutuskan salah satu ikatan 1 mol suatu molekul gas menjadi gugus-gugus molekul gas. Energi disosiasi ini juga bisa diartikan juga dengan perubahan entalpi dalam proses pemutusan ikatan, dengan pereaksi dan hasil reaksi dalam keadaan gas.
Contohnya:
CH4 (g) CH3 (g) + H (g) ∆H = +425 kJ/mol
CH3 (g) CH2 (g) + H (g) ∆H = +480 kJ/mol
Pada tahap ini atom berfasa gas berubah menjadi atom-atom tetap dalam fasa gas. Energi yang menyertai tahap ini disebut energi atomiasai atau energi disosiasi ikatan, ∆HD. tahap ini berlangsung secara endotermi karena diperlukan sejumlah energi untuk memutuskan ikatan kovalen.
Tabel 1.1
Energi yang diperlukan pada pemutusan senyawaa menjadi atom-atomnya (energi disosiasi ikatan)
Contoh soal :
1. Diketahui energi ikatan:
N – H : 315 kJ/mol
N ≡ N : 945 kJ/mol
H – H : 433 kJ/mol
Kalor penguraian NH3 menurut reaksi 2NH3 → N2 + H2 adalah …. kJ/mol.
Jawab : Reaksi Setara:
2NH3 → N2 + 3H2
∆HR = ∑E reaktan – ∑E produk
∆HR = (2 x 3 x N – H) – (N≡N + (3 x H – H))
∆HR = (6 x 351) – (945 + (3 x 433))
∆HR = 2106 – 1378 = -138 kJ/mol
Contoh:
CH4(g) → CH3(g) + H(g) △H=+425 kJ/mol
CH3(g) → CH2(g) + H(g) △H=+480 kJ/mol
CHCH+He AH +480 kJ/mol Reaksi tersebut menunjukkan bahwa untuk memutuskan suatu ikatan C-H dari molekul CH, menjadi gugus CH, dan atom gas H diperlukan energi sebesar 425 kJ/mol, tetapi pada pemutusan C-H pada gugus CH, menjadi gugus CH₂ dan sebuah atom gas H diperlukan energi yang lebih besar yaitu 480 kJ/mol. Jadi meskipun jenis ikatannya sama tetapi dari gugus yang berbeda diperlukan energi yang berbeda pula.
Energi Ikatan Rata-Rata
Energi ikatan rata-rata merupakan energi rata-rata yang diperlukan memutuskan sebuah ikatan dari seluruh ikatan suatu molekul gas menjadi atom-atom gas. Untuk lebih jelasnya, perhatikan data energi ikatan pada tabel energi disosiasi ikatan. Selain dapat digunakan sebagai informasi kestabilan suatu molekul nilai energi ikatan rata-rata atau energi disosiasi ikatan dapat digunakan untuk memperkirakan nilai perubahan entalpi suatu reaksi. Perubahan entalpi merupakan selisih dari energi ang digunakan untuk memutuskan ikatan dengan energi yang terjadi dari penggabungan ikatan.
Contoh Soal:
Dengan menggunakan data energi ikatan rata-rata pada tabel diiatas hitunglah perubahan entalpi △H reaksi berikut:
CH 4(g) + Cl2(g) → CH3Cl(g) + HCl(g)
Jawab:
Reaksi diatas dapat digambarkan strukturnya sebagai berikut:
Perubahan entalpinya dapat dihitung sebagai berikut:
Ikatan Terputus:
4 Ikatan C-H = 4 x 415 = 1660
1 ikatan Cl-Cl = 1 x 242
Ikatan Terbentuk: 1902 - 2004 = -102 kJ/mol
3 Ikatan C-H = 3 x 415 = 1245
1 Ikatan C-Cl = 1 x 328 = 328
1 Ikatan H-Cl = 1 x 431 = 431
∆HReaksi = ∑E terputus – ∑E terbentuk
∆HReaksi = (1660 + 242) - (1245 + 328 + 431)
= 1902 - 2004 = -102 kJ/mol
Energi Kisi
Energi kisi (Uo) merupakan energi yang dibebaskan apabila sejumlah mol kation dan anion dalam fasa gas didekatkan dari jarak tak terhingga sampai ke kedudukan setimbang dalam suatu kisi kristal 1 mol senyawa ionik pada suhu 0 K atau energi yang diperlukan pada peruraian1 mol senyawa ionik menjadi ion-ionnya dalam fase gas pada suhu 0 K.
Sehingga Uo = - Ecryst
Energi kisi kristal senyawa ionik cukup jika dijelaskan oleh gaya elektrostatik antara ion-ion dalam kisi kristal. Model ini dapat menjelaskan sekitar 90% energi senyawa ionik. Energi lain terkait dengan interaksi lain, seperti tolakan antara elektron dalam kulit dekat, gaya dispersi, dan energi tingkat nol. Misalkan ion M+ dan X- dalam fasa gas didekati hingga tak terhingga di mana posisi kesetimbangan senyawa ionik MX berada fasa gas.
Faktor – faktor yang mempengaruhi besarnya energi kisi
1. Jari – jari atau ukuran ion → Semakin besar ion, maka semakin sulit ion disusun atau ditata menjadi kristal sehingga semakin kecil energi kisi dan sebaliknya
2. Muatan ion → Semakin besar muatan ion,maka semakin besar gaya elektrostatik sehingga semakin mudah ion bergabung maka semakin besar energi kisi dan sebaliknya
Energi kisi dapat ditentukan dengan eksperimen dan simulasi atomistik, masing-masing melalui eksperimen kalorimetri (termokimia) dan perhitungan menggunakan hukum Coulomb. Berdasakan hasil eksperimen kalorimetri, energi kisi dapat ditentukan melalui siklus Born-Haber, sedangkan berdasarkan penurunan Hukum Coulomb dapat dihitung melalui pendekatan persamaan energi kisi yang berlaku untuk senyawa ionik, diantaranya yakni persamaan Born-Lande, kapustinski
Persamaan Born-Lande
Apabila struktur kristal senyawa ionic dan jarak antar kation dan anion telah diketahui dengan persamaan berikut :
Secara umum, nilai Uo yang diperoleh dari persamaan Born-Landé mencakup sekitar 98% dari total energi kisi yang terdapat dalam kristal senyawa ionik. Agar nilai Uo mendekati nilai percobaan, sekurang-kurangnya harus dimasukkan tiga besaran lain, yaitu energi akibat gaya van der Waals, energi titik nol dan koreksi terkait kapasitas kalor sejak nilai Uo diterapkan pada 0 K. Diterapkannya koreksi-koreksi tersebut akan menghasilkan energi kisi yang mencakup sekitar 99% dari energi kisi total yang dimiliki oleh suatu kristal senyawa ionik.
Contoh soal :
Berapakah energi senyawa ionik NaF apabila diketahui r dari Na+ adalah 101 pm, dan r dari F adalah 130 pm. Konstanta Madelung NaCI adalah 1,74756 serta eksponen born untuk [Ne] = 7 dan untuk [Ar] = 9 ?
Diketahui :
A = 1,74756
N = 6,022 x 1023
Z+ = +1 (muatan ion Na+)
Z = -1 (muatan ion F-)
e2 =1,6022 x 1023
E = 8,854185 x 10-12 C2 J-1 m-1
r Na+ = 101 pm
r F- = 130 pm
n (harga rata-rata dari eksponen born ion Na+ dan ion F-) = 8
-note: harga eksponen born Ne = Na+ sedangkan Ar = F-
Persamaan Kapustinkii
Kapustinskii menemukan bahwa konstanta Madelung (A), jarak antara kation dan anion, dan rumus empiris senyawa ionik saling berhubungan. Persamaan ini menunjukkan bahwa energi kisi senyawa ionik yang struktur kristalnya tidak diketahui dapat diperkirakan dengan persamaan berikut :
Z+ = muatan kation
Z- = muatan anion
v = jumlah ion per molekul senyawa ionik
r0 = jumlah jari - jari kation dan anion (pm) = r+ + r-
Dimana ν adalah jumlah ion per "spesies" senyawa ionik dan jumlah jari-jari kation dan anion dalam pm. Jari-jari ionik yang digunakan sesuai dengan bilangan koordinasi ion-ion tersebut.
Contoh soal :
Struktur Kristal CaO adalah sama dengan struktur Kristal NaCL bilangan koordinasi dan adalah 6, sehingga jari jari ion – ion tersebut harus di ambil untuk bilangan koordinasi 6. r = 114 pm, r = 126 pm, r tot 240 pm. Hitung energi kisi menggunakan persamaan kapustinkii!
Persamaan Born–Haber
Siklus Born-Haber digunakan untuk menghitung energi kisi, yang tidak dapat diukur secara langsung atau secara eksperimental. Entalpi kisi adalah perubahan entalpi yang terkait dengan pembentukan senyawa ionik dari ion gas (proses eksotermik), atau kadang-kadang didefinisikan sebagai energi yang diperlukan untuk memisahkan senyawa ionik menjadi ion gas (proses endotermik). Siklus Born-Haber menerapkan hukum Hess untuk menghitung entalpi kisi dengan membandingkan perubahan entalpi standar pembentukan senyawa ionik (unsur) dengan entalpi yang diperlukan untuk membentuk ion gas dari unsur bebas.
Siklus Born-Haber hanya berlaku untuk padatan yang sepenuhnya ionik seperti halida alkali tertentu. Sebagian besar senyawa ini mengandung ikatan kovalen dan ionik pada ikatan kimia dan energi kisi yang diwakili oleh siklus termodinamika Born-Haber.
Contoh : Pembentukan LiF
Contoh soal :
Buatlah siklus Born-Haber untuk pembentukan CaF2 dari unsur-unsurnya. Gunakan data berikut ini :
Energi lkatan F2, BE F2 = –158 kJ.mol–1.
Energi ionisasi pertama: Ca(g) → Ca+(g) + e, IE1 = 590 kJ.mol–1
Energi ionisasi kedua: Ca+(g) → Ca2+(g) + e, IE2 = 1150 kJ.mol–1
Entalpi Atomisasi Ca: Ca(s) → Ca(g), ∆Hat = +178 kJ.mol–1
Afinitas elektron, AE: F(g) + e → F–(g), ∆H = –328 kJ.mol–1
Entalpi pembentukan: ∆Hf (CaF2) = –1220 kJ.mol–1.
Penyelesaian/jawaban:
Hitunglah energi kisi CaF2(s)
Penyelesaian/jawaban:
ΔHf(CaF2) = ΔHat(Ca) + BE(F-F) + IE1(Ca) + IE2(Ca) + 2xEA1(F) + LE(CaF2)
–1220 = +178 + 158 + 590 + 1150 + 2(–328) + LE(CaF2)
LE(CaF2) = –2640 kJ/mol
Daftar Pustaka
Atkins, Peter; De Paula, Julio, 2006, Physical Chemistry (8th ed.), W. H. Freeman and Company
Chang, Raymond.2005.kimia dasar konsep konsep inti. Jakarta erlangga
Prof Efeendy, 2016. Perspektif baru ikatan ionic edisi 3. Malang umpress
e.House. 2012. Inorganic chemistry.academic press
Komentar
Posting Komentar