Pelarutan zat dan peranan medium dalam reaksi kimia

Senin, Februari 16, 2015

Interaksi sekunder dalam proses pelarutan.

Interaksi primer biasanya berupa interaksi elektrostatis yang menghasilkan ikatan ionik. Meskipun demikian sebenarnya banyak senyawa yang memiliki karakter kovalen yang didapatkan dari overlapping orbital. Interaksi van der waals memegang peranan dominan pada pembentukan ikatan kovalen.

Ikatan kimia yang dapat berupa ikatan non polar, ikatan kovalen polar, ikatan ionik, kekuatan ikatannya sangat bervariasi. Tak ada batasan eksak antara ikatan kimia dengan ikatan van der waals. Ikatan kimia yang memiliki kekuatan sedang ada diantara keduanya. Senyawa koordinasi merupakan contoh bentuk ikatan yang dapat tergolong sebagai ikatan kovalen dari interaksi van der waals maupun sebagai ikatan ionik dari interaksi ion - dipol.

Interaksi elektrostatik

Interaksi elektrostatik memiliki energi elektrostatik dari atraksi antara dua muatan berlawanan yang terpisah dengan jarak d sebesar:

(1,389. 10⁵ pm.kJ/mol) x (Z⁺) (Z^-)

E =

untuk ion Z berharga 1, 2, 3, dst, sedangkan untuk senyawa polar:

½Z½ = q = m / d

m adalah momen dipol ( Z-unit pm atau D, 1D = 20,82 Z-unit pm)

d adalah jarak antar dua muatan berlawanan (pm)

Z adalah muatan kation atau anion ( Z-unit)

Sebagai contoh adalah molekul Cl-F, senyawa kovalen polar, energi elektrostatik dari atraksi dua muatan berlawanan adalah hanya sebesar 10,3236 kJ/mol. Semakin karakter ioniknya bertambah (harga Z bertambah) maka akan semakin besar energi elektrostatiknya.

Ikatan ionik murni diperoleh dari interaksi elektrostatik. Kristal senyawa ionik saling berpegangan dengan energi yang didapatkan dari interaksi elektrostatis. Terdapat hubungan antara melting point (m.p) dan boiling point (b.p) dengan kekuatan ikatan pada kristal ionik. Bertambahnya muatan ionik akan meningkatkan energi kisi kristal sehingga bertambahnya muatan memiliki hubungan dengan naiknya m.p dan b.p. Contoh: NaF m.p= 997⁰C sedangkan MgO m.p= 2800⁰C., CsF m.p= 684⁰C BaF₂ m.p= 1280⁰C sedangkan CsF b.p= 1250⁰C BaF₂ b.p= 2137⁰C. Pada senyawa kovalen atau senyawa dengan kovalensi tinggi pengaruh penambahan muatan tidak dominan. Contoh: KBr m.p= 730⁰C, CaBr₂ m.p= 765⁰C sedangkan KBr b.p= 1380⁰C, CaBr₂ b.p= 812⁰C.

Interaksi dipol-dipol

Interaksi dipol-dipol dari dua dipol dengan muatan berlawanan merupakan interaksi van der waals pada senyawa kovalen atau kovalen polar. Energi dari interaksi dipol-dipol dari dua dipol dengan muatan berlawanan adalah sebesar:

(1,389. 10⁵ pm.kJ/mol) x (Z⁺) (Z^-)

E =

d adalah jarak antar dua dipol dengan muatan berlawanan (pm)

Z adalah muatan dipol ( Z-unit)

Interaksi elektrostatis dan interaksi dipol-dipol pada Cl-F adalah:

Cl^+0,11F^+0,11: interaksi elektrostatik

Cl^+0,11F^{+0,11 ……………..} Cl^+0,11F^+0,11: interaksi dipol-dipol

Interaksi elektrostatis andalah terjadi pada intramolekuler sedangkan interaksi dipol-dipol terjadi antar molekul. Dari perumusan energi elektrostatik maka semakin dipol-dipol memiliki muatan besar maka semakin tinggi dan jarak antar dipol makin pendek maka energi yang dihasilkan dari interaksi dipol-dipol akan semakin besar. Sebagai contoh energi dari interaksi dipol-dipol pada Cl-F adalah sebesar –5kJ/mol sedangkan pada Li-Cl sebesar –220 kJ/mol (sangat besar; setara dengan energi ikatan kimia).

Interaksi ion-dipol

Energi yang dihasilkan dari interaksi ion-dipol adalah:

- (1,389. 10⁵ pm.kJ/mol) x ½Z⁺½ m

E =

d²

Contoh interaksi ion-dipol adalah interaksi antara ion F- dengan Cl-F:

Cl^+0,11F^+0,11------ F^-: energi ion-dipol sebesar 26 kJ/mol.

Energi ion dipol yang sangat tinggi dapat terjadi jika ion yang mendekat pada dipolar memiliki muatan yang sangat tinggi. Sebagai contoh adalah interaksi antara Ti³⁺ dengan H₂O, memiliki energi interaksi ion-dipol sebesar -260 kJ/mol.; setara dengan energi ikatan kovalen sedang. Sehingga interaksi tersebut menghasilkan ikatan kovalen koordinasi.

Interaksi induksi dipol

Energi yang dihasilkan dari interaksi induksi dipol biasanya sangat rendah karena eksponen jarak, d, yang besar. Energi induksi dipol adalah :

-Z² r

E =

2 d⁴

d adalah jarak antar dua dipol dengan muatan berlawanan (pm)

Z adalah muatan dipol ( Z-unit)

r adalah polarisabilitas (pm³)

Gaya London

Gaya London khusus terjadi pada senyawa non polar karena kemampuan awan elektron untuk mengalami distorsi. Energi yang dihasilkan dari gaya London adalah:

-3 IE_A. IE_B r_Ar_B

E =

2 d⁶ (IE_A + IE_B)

IE_A, IE_B adalah energi ionisasi dari A dan B (kJ/mol)

r_A,r_B adalah polarisabilitas A dan polarisabilitas B (pm³)

Energi london meningkat dengan bertambahnya ukuran partikel. Contoh interaksi London adalah interksi yang terjadi antar atom gas Argon, energi dari gaya London sebesar –68 kJ/mol.

Pelarutan zat dan peranan medium dalam proses pelarutan

Pelarutan senyawa ionik biasanya melibatkan interaksi ion-dipol antara kation maupun anion dari senyawa ionik tersebut dengan dipolar dari pelarut. Pelarutan sering melibatkan mekanisme pembentukan senyawa kompleks dengan pelarutnya meskipun kekuatan ikatannya relatif rendah. Sebagai contoh pelarutan FeCl₃ dalam pelarut air; interaksi antara ion Fe(III) dengan air menyebabkan pelarutan mudah berjalan, karena melepaskan sejumlah energi yang disebut dengan energi pelarutan. Interaksi ion-dipol yang kuat megakibatkan ikatan yang terjadi antara Fe(III) dengan H₂O tidak hanya ikatan van der waals namun setara dengan ikatan kovalen. Namun jika pelarut air digantikan dengan pelarut non polar, misalnya benzena maka interaksi yang terjadi adalah interaksi induksi dipol dengan eksponen d yang tinggi; energi yang dihasilkan akan relatif kecil sehingga kurang mendukung proses pelarutan. Pada proses pelarutan secara empiris berlaku ‘like dissolves like’ ; senyawa polar lebih suka larut pada pelarut polar dan sebaliknya senyawa non polar akan larut pada pelarut non polar.

Interaksi dengan pembentukan ikatan hidrogen dominan terjadi pada pelarut protik polar (pelarut yang memiliki kemampuan melepaskan proton) seperti H₂O, NH₃, CHCl₃ dan H₂SO₄. Contoh: ikatan hidrogen yang terjadi antara pelarut H₂O dengan HCl. Ikatan hidrogen relatif lemah dengan energi ikat sebesar 10-60 kJ/mol, dan termasuk pada interaksi dipol-dipol. Adanya ikatan hidrogen pada penggunaan pelarut air mengakibatkan kelarutan molekul non polar rendah. Ketika air bertindak sebagai pelarut, ikatan hidrogen pada pelarut air harus diputuskan terlebih dulu oleh solut. Jika energi interaksi antara solut dengan solven lebih besar daripada energi interaksi antara spesies zat terlarut atau energi ikatan hidrogen pelarut maka pelarutan akan terjadi, entalpi sistem akan naik atau panas dilepaskan ke sistem.

Tag : Kimia Fisika

Translate