Indeks

A
B
C
D
E
F

Glosarium

A
B
C
D
E
F

Lampiran 4

Operasi Matematika

Lampiran 3

Data Termodinamika pada 1 atm dan 25˚C *

Lampiran 2

Satuan untuk Konstanta Gas

Lampiran 1

Penurunan Nama-Nama Unsur *

Ujian Akhir Semester II

Kerjakan pada laman yang tersedia

Ujian Tengah Semester II

Kerjakan pada laman yang tersedia

Tugas 25

Vinyl chloride, H2CPCHCl, mengalami kopolimerisasi dengan 1,1-dichloroethylene, H2CPCCl2, untuk membentuk polimer yang secara komersial dikenal sebagai Saran. Gambarlah struktur polimer, menunjukkan unit monomer berulang.

Latihan 25

Tetapkan istilah berikut: monomer, polimer, homopolimer, kopolimer.

Kata Kunci

Asam amino, hal. 1068
Kopolimer, hal. 1065
Protein terdenaturasi, hal. 1076
Asam deoksiribonukleat (DNA), hal. 1076
Homopolimer, hal. 1063
Monomer, hlm. 1062

Ringkasan Pengetahuan Faktual dan Konseptual

1. Polimer adalah molekul besar yang terdiri dari unit kecil yang berulang yang disebut monomer

Sidik DNA

Susunan genetik manusia, atau genom, terdiri dari sekitar 3 miliar nukleotida. 3 milyar unit ini menyusun 23 pasang kromosom, yang merupakan untaian DNA kontinu dengan panjang mulai dari 50 juta hingga 500 juta nukleotida. Dikodekan dalam DNA ini dan disimpan dalam unit yang disebut gen adalah instruksi untuk sintesis protein. Masing-masing dari sekitar 100.000 gen bertanggung jawab untuk sintesis protein tertentu. Selain instruksi untuk sintesis protein, setiap gen mengandung urutan basa, diulang beberapa kali, yang tidak memiliki fungsi yang diketahui. Yang menarik dari rangkaian ini, yang disebut minisatellites, adalah bahwa mereka muncul berkali-kali di lokasi yang berbeda, bukan hanya pada gen tertentu. Selain itu, setiap orang memiliki jumlah pengulangan yang unik. Hanya kembar identik yang memiliki jumlah urutan minisatellite yang sama

Sel Sabit Anemia — Molekul Penyakit

Anemia sel sabit adalah penyakit keturunan di mana sel-sel darah merah berbentuk tidak normal membatasi aliran darah ke organ-organ vital dalam tubuh manusia, menyebabkan pembengkakan, rasa sakit yang parah, dan dalam banyak kasus rentang hidup yang pendek. Saat ini tidak ada obat untuk kondisi ini, tetapi gejalanya yang menyakitkan diketahui disebabkan oleh cacat pada hemoglobin, protein pembawa oksigen dalam sel darah merah.

25.4 Asam Nukleat

Asam nukleat adalah polimer massa molar tinggi yang memainkan peran penting dalam sintesis protein. Asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA) adalah dua jenis asam nukleat. Molekul DNA adalah salah satu molekul terbesar yang dikenal; mereka memiliki massa molar hingga puluhan miliar gram. Di sisi lain, molekul RNA sangat bervariasi ukurannya, beberapa memiliki massa mola sekitar 25.000 g. Dibandingkan dengan protein, yang terdiri dari 20 asam amino berbeda, asam nukleat memiliki komposisi yang cukup sederhana. Molekul DNA atau RNA hanya mengandung empat jenis blok bangunan: purin, pirimidin, gula furanosa, dan gugus fosfat (Gambar 25.17). Setiap purin atau pirimidin disebut basa.

25.3 Protein

Protein adalah polimer asam amino; mereka memainkan peran kunci dalam hampir semua proses biologis. Enzim, katalis dari reaksi biokimia, sebagian besar adalah protein. Protein juga memfasilitasi berbagai fungsi lainnya, seperti transportasi dan penyimpanan zat vital, gerakan terkoordinasi, dukungan mekanis, dan perlindungan terhadap penyakit. Tubuh manusia diperkirakan mengandung sekitar 100.000 jenis protein, masing-masing memiliki fungsi fisiologis tertentu. Seperti yang akan kita lihat di bagian ini, komposisi kimia dan struktur polimer alami kompleks ini adalah dasar dari kota spesifik mereka.

25.2 Polimer Organik Buatan

Karena ukurannya, kita mungkin berharap molekul yang mengandung ribuan atom karbon dan hidrogen membentuk sejumlah besar isomer struktural dan geometris (jika ada ikatan BPK). Namun, molekul-molekul ini terdiri dari monomer, unit berulang sederhana, dan jenis komposisi ini sangat membatasi jumlah isomer yang mungkin. Polimer sintetik dibuat dengan menggabungkan monomer bersama, satu per satu, melalui reaksi adisi dan reaksi kondensasi.

25.1 Sifat Polimer

Polimer adalah senyawa molekuler yang dibedakan dengan massa molar tinggi, berkisar ribuan dan jutaan gram, dan terdiri dari banyak unit berulang. Sifat-sifat fisik makromolekul ini sangat berbeda dari molekul kecil, molekul biasa, dan teknik khusus diperlukan untuk mempelajarinya.

25. Polimer Organik Alami dan Buatan

Konsep Penting
• Kita mulai dengan diskusi tentang sifat umum polimer organik. (25.1)
• Kami kemudian mempelajari sintesis polimer organik dengan reaksi adisi dan reaksi kondensasi. Kami memeriksa karet alam dan sintetis dan polimer sintetik lainnya. (25.2)
• Selanjutnya, kita belajar bahwa protein adalah polimer asam amino. Kami memeriksa struktur molekul protein dalam hal struktur primer, sekunder, tersier, dan kuaterner. Kami juga mempelajari stabilitas molekul protein, efek kooperatifitas, dan denaturasi protein. (25.3)
• Bab ini berakhir dengan diskusi singkat tentang struktur dan komposisi bahan genetik asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). (25,4)

Tugas 24

Berapa banyak kloropentana yang berbeda, C5H11Cl, dapat diproduksi dalam klorinasi langsung n-pentana, CH3 (CH2) 3CH3? Gambarkan struktur masing-masing molekul.

Latihan 24

Jelaskan mengapa karbon mampu membentuk lebih banyak senyawa daripada unsur lainnya!

Kata Kunci

Reaksi tambahan, hal. 1035
Alkohol, hal. 1042
Aldehyde, hal. 1044
Hidrokarbon alifatik, hal. 1026
Alkana, hlm. 1026
Alkena, hal. 1033
Alkuna

Ringkasan Pengetahuan Faktual dan Konseptual

1. Karena atom karbon dapat terhubung dengan atom karbon lainnya dalam rantai lurus dan bercabang, karbon dapat membentuk lebih banyak senyawa daripada unsur lainnya.

Industri Minyak Bumi

Pada tahun 2008 diperkirakan 40 persen dari kebutuhan energi Amerika Serikat dipasok oleh minyak atau minyak bumi. Sisanya disediakan oleh gas alam (sekitar 25 persen), batubara (23 persen), tenaga air (4 persen), tenaga nuklir (8 persen), dan sumber lain (0,5 persen). Selain energi, minyak bumi adalah sumber berbagai bahan kimia organik yang digunakan untuk memproduksi obat-obatan, pakaian, dan banyak produk lainnya.

Es Yang Terbakar

Es yang terbakar? Ya, ada hal seperti itu. Ini disebut metana hidrat, dan ada cukup untuk memenuhi kebutuhan energi Amerika selama bertahun-tahun. Tetapi para ilmuwan belum menemukan cara menambangnya tanpa menyebabkan bencana lingkungan.

24.4 Kimia Gugus Fungsi

Kami sekarang memeriksa secara lebih mendalam beberapa gugus fungsi organik, gugus yang bertanggung jawab untuk sebagian besar reaksi senyawa induk. Secara khusus, kami fokus pada senyawa yang mengandung oksigen dan yang mengandung nitrogen.

24.3 Hidrokarbon Aromatik

Benzene, senyawa induk dari keluarga besar zat organik ini, ditemukan oleh Michael Faraday pada tahun 1826. Selama 40 tahun berikutnya, ahli kimia sibuk dengan menentukan struktur molekulnya. Meskipun jumlah atom dalam molekul kecil, ada beberapa cara untuk merepresentasikan struktur benzena tanpa melanggar tetravalensi karbon. Namun, sebagian besar struktur yang diusulkan ditolak karena tidak menjelaskan sifat-sifat benzena yang diketahui. Akhirnya, pada tahun 1865, August Kekulé † menyimpulkan bahwa molekul benzena paling baik diwakili oleh struktur cincin — senyawa siklik yang terdiri dari enam atom karbon:

24.2 Hidrokarbon Alifatik

Hidrokarbon alifatik dibagi menjadi alkana, alkena, dan alkuna, dibahas selanjutnya (Gambar 24.1).

Gambar 24.1 Klasifikasi Hidrokarbon

Alkana

Alkana memiliki rumus umum CnH2n+2, dimana n = 1, 2, . . . . Karakteristik penting dari molekul hidrokarbon alkana adalah bahwa hanya ada ikatan kovalen tunggal. Alkana dikenal sebagai hidrokarbon jenuh karena mengandung jumlah maksimum atom hidrogen yang dapat berikatan dengan jumlah atom karbon yang ada.

Alkana yang paling sederhana (yaitu, dengan n = 1) adalah metana CH4, yang merupakan produk alami dari dekomposisi bakteri anaerob dari bahan nabati di bawah air. Karena pertama kali dikumpulkan di rawa-rawa, metana dikenal sebagai “gas rawa”. Sumber metana yang agak mustahil tetapi terbukti adalah rayap. Saat serangga rakus ini mengkonsumsi kayu, mikroorganisme yang menghuni sistem pencernaannya memecah selulosa (komponen utama kayu) menjadi metana, karbon dioksida, dan senyawa lainnya. Diperkirakan 170 juta ton metana diproduksi setiap tahun oleh rayap! Metana juga diproduksi di beberapa proses pengolahan limbah. Secara komersial, metana diperoleh dari gas alam. 

Gambar 24.2 menunjukkan struktur dari empat alkana pertama (n = 1 sampai n = 4). Gas alam adalah campuran metana, etana, dan sejumlah kecil propana. Kita telah membahas skema ikatan metana di Bab 10. Memang, atom karbon di semua alkana dapat diasumsikan terhibridisasi sp³. Struktur etana dan propana sangat sederhana, karena hanya ada satu cara untuk menggabungkan atom karbon dalam molekul ini. Butana memiliki dua kemungkinan skema ikatan yang menghasilkan isomer struktural n-butana (n singkatan dari normal) dan isobutana, molekul yang memiliki rumus molekul yang sama, tetapi strukturnya berbeda. Alkana seperti isomer struktural butana digambarkan memiliki rantai lurus atau struktur rantai bercabang. n-Butana adalah alkana rantai lurus karena atom karbon bergabung sepanjang satu garis. Dalam alkana rantai cabang seperti isobutana, satu atau lebih atom karbon terikat pada setidaknya tiga atom karbon lainnya.

Gambar 24.2 Struktur empat senyawa alkana pertama. Perhatikan bahwa butana dapat ada dalam dua bentuk struktur yang berbeda, yang disebut isomer struktur.

Dalam deret alkana, dengan bertambahnya jumlah atom karbon, jumlah isomer struktur meningkat dengan cepat. Sebagai contoh, butana (C4H10) memiliki dua isomer; dekana (C10H22), memiliki 75 isomer; dan alkana C30H62 memiliki lebih dari 400 juta isomer, atau 4 x 10⁸ kemungkinan isomer! Jelas, sebagian besar isomer ini tidak ada di alam dan juga tidak disintesis. Namun demikian, angka-angka tersebut membantu menjelaskan mengapa unsur karbon ditemukan dalam jumlah lebih banyak senyawanya daripada unsur lainnya.

Contoh 24.1 berkaitan dengan jumlah isomer struktur alkana.

24.1 Klasifikasi Senyawa Organik

Atom Karbon dapat membentuk lebih banyak senyawa daripada unsur lain karena atom karbon tidak hanya mampu membentuk ikatan karbon-karbon tunggal, rangkap dua, dan rangkap tiga, tetapi juga saling terikat dalam rantai dan struktur cincin. Cabang kimia yang berhubungan dengan senyawa karbon adalah kimia organik.

Golongan senyawa organik dapat dibedakan menurut gugus fungsi yang dikandungnya. Gugus fungsional adalah sekelompok atom yang sebagian besar bertanggung jawab atas perilaku kimia molekul induk. Molekul berbeda yang mengandung gugus fungsi yang sama atau gugus yang mengalami reaksi yang serupa. Jadi, dengan mempelajari sifat-sifat karakteristik beberapa gugus fungsi, kita dapat mempelajari dan memahami sifat-sifat banyak senyawa organik. Pada paruh kedua bab ini, kita akan membahas gugus fungsi yang dikenal sebagai alkohol, eter, aldehida dan keton, asam karboksilat, dan amina.

Sebagian besar senyawa organik berasal dari kelompok senyawa yang dikenal sebagai hidrokarbon karena hanya terdiri dari hidrogen dan karbon. Berdasarkan strukturnya, hidrokarbon dibagi menjadi dua kelas utama—alifatik dan aromatik. Hidrokarbon alifatik tidak mengandung gugus benzena, atau cincin benzena, sedangkan hidrokarbon aromatik mengandung satu atau lebih cincin benzena.

24. Kimia Organik

Konsep apa yang akan kita pelajarai pada BAB ini? 

• Kita akan memulai pelajaran dengan mendefinisikan ruang lingkup dan sifat kimia organik. (24.1)
• Selanjutnya, kita akan memeriksa hidrokarbon alifatik. Pertama-tama kita mempelajari nomenklatur atau tatanama dan reaksi alkana. Kita  akan memeriksa isomerisasi optik dari alkana tersubstitusi dan juga sifat sikloalkana. Kemudian, kita juga akan mempelajari hidrokarbon tak jenuh, molekul yang mengandung ikatan rangkap dua dan ikatan rangkap tiga karbon-karbon. Kita fokus pada tata nama, sifat, dan isomer geometrinya. (24.2)
• Senyawa aromatik semuanya mengandung satu atau lebih cincin benzena. Senyawa-senyawa ini pada umumnya lebih stabil daripada hidrokarbon alifatik. (24.3)
• Pada akhir BAB, kita akan melihat bahwa reaktivitas senyawa organik sebagian besar dapat diperhitungkan dengan adanya gugus fungsi. Kita akan mengklasifikasikan gugus fungsional yang mengandung oksigen dan nitrogen dalam alkohol, eter, aldehida dan keton, asam karboksilat, ester, dan amina. (24.4)

Kimia organik adalah studi tentang senyawa karbon. Kata "organik" awalnya digunakan oleh ahli kimia pada abad kedelapan belas untuk menggambarkan zat yang diperoleh dari sumber makhluk hidup — tumbuhan dan hewan. Ahli kimia pada masa ini percaya bahwa alam memiliki kekuatan vital tertentu dan hanya makhluk hidup yang dapat menghasilkan senyawa organik. Gagasan di era romantisme ini dibantah pada tahun 1828 oleh Friedrich Wohler, seorang ahli kimia Jerman yang mampu menyediakan urea, senyawa organik, dari reaksi antara senyawa anorganik timbal sianat dan amonia cair:

Pb(OCN)2 + 2NH3 + 2H2O → 2(NH2)2CO + Pb(OH)2

                                                                    (Urea)

Saat ini, lebih dari 20 juta senyawa organik sintetik dan alami telah diketahui. Jumlah ini secara signifikan lebih besar dari 100.000 atau lebih senyawa anorganik yang diketahui.

Tugas 23

Selesaikan persamaan nuklir berikut dan identifikasi X dalam setiap kasus: (a) 135 53I ¡135 54Xe 1 X (b) 40 19K ¡0 21b 1 X (c) 59 27Co 1 1 0n ¡56 25Mn 1 X (d) 235 92U 1 1 0n ¡99 40Zr 1 135 52Untuk 1 2X

Latihan 23

Bagaimana reaksi nuklir berbeda dari reaksi kimia biasa?

Kata Kunci

Reaktor pemulia, hal. 1005
Massa kritis, hal. 1002
Cacat massa, hal. 992
Moderator, hlm. 1003
Energi pengikat nuklir

Ringkasan Pengetahuan Faktual dan Konseptual

1. Untuk nukleus stabil dengan nomor atom rendah, rasio neutron-toproton mendekati 1. Untuk nukleus stabil yang lebih berat, nisbahnya menjadi lebih besar dari 1. Semua nukleus dengan 84 atau lebih proton tidak stabil dan radioaktif. Nukleus dengan nomor atom genap cenderung memiliki jumlah isotop stabil yang lebih banyak dibandingkan dengan nomor atom ganjil.

Rumus Penting

E = mc² (23.1) Hubungan kesetaraan massa-energi Einstein ¢
E = (¢ m) c² (23.2) Hubungan antara cacat massa dan energi yang dilepaskan

Terapi Penangkapan Boron Neutron

Setiap tahun lebih dari setengah juta orang di dunia menderita tumor otak dan sekitar 2.000 meninggal akibat penyakit ini. Pengobatan tumor otak adalah salah satu kasus kanker yang paling menantang karena tempat pertumbuhan ganas, yang membuat eksisi bedah sulit dan seringkali tidak mungkin. Demikian juga, terapi radiasi konvensional menggunakan sinar X atau sinar g dari luar tengkorak jarang efektif.

Iradiasi Makanan

Jika Anda makan makanan olahan, Anda mungkin makan bahan yang terpapar sinar radioaktif. Di Amerika Serikat, hingga 10 persen herbal dan rempah-rempah diiradiasi untuk mengendalikan jamur, disemprot dengan sinar X dengan dosis yang sama dengan 60 juta sinar X dada. Meskipun iradiasi makanan telah digunakan dalam satu atau lain cara selama lebih dari 40 tahun, ia menghadapi masa depan yang tidak pasti di negara ini.

Reaktor Fisi Alam Sendiri

Semuanya dimulai dengan analisis rutin pada Mei 1972 di pabrik pemrosesan bahan bakar nuklir di Pierrelatte, Prancis. Seorang anggota staf sedang memeriksa rasio isotop U-235 terhadap U-238 dalam bijih uranium dan memperoleh hasil yang membingungkan. Sudah lama diketahui bahwa kejadian relatif alami U-235 dan U-238 masing-masing adalah 0,7202 persen dan 99,2798 persen. Namun dalam hal ini, jumlah U-235 yang ada hanya 0,7171 persen. Ini mungkin tampak seperti penyimpangan yang sangat kecil, tetapi pengukurannya sangat tepat sehingga perbedaan ini dianggap sangat signifikan. Bijih itu berasal dari tambang Oklo di Republik Gabon, sebuah negara kecil di pantai barat Afrika. Analisis selanjutnya dari sampel lain menunjukkan bahwa beberapa mengandung bahkan lebih sedikit U-235, dalam beberapa kasus hanya 0,44 persen.

23.8 Efek Biologis dari Radiasi

Pada bagian ini, kita akan membahas secara singkat efek radiasi pada sistem biologis. Tetapi pertama-tama marilah kita mendefinisikan ukuran kuantitatif radiasi. Unit dasar dari radioaktivitas adalah curie (Ci); 1 Ci sesuai dengan 3.70 3 1010 disintegrasi nuklir per detik. Laju peluruhan ini setara dengan 1 g radium. Milicurie (mCi) adalah seperseribu curie. Jadi, 10 mCi dari sampel karbon-14 adalah kuantitas yang mengalami

23.7 Penggunaan Isotop

Isotop radioaktif dan stabil juga memiliki banyak aplikasi dalam sains dan kedokteran. Kami sebelumnya telah menggambarkan penggunaan isotop dalam studi mekanisme reaksi (lihat Bagian 13.5) dan dalam penanggalan artefak (hal. 580 dan Bagian 23.3). Pada bagian ini kita akan membahas beberapa contoh lagi.

23.6 Fusi Inti

Berbeda dengan proses fisi nuklir, fusi nuklir, penggabungan inti kecil menjadi inti yang lebih besar, sebagian besar dibebaskan dari masalah pembuangan limbah.

23.5 Fisi Inti

Fisi nuklir adalah proses di mana nukleus berat (jumlah massa. 200) membelah untuk membentuk nuklei yang lebih kecil dari massa menengah dan satu atau lebih neutron. Karena nukleus berat kurang stabil daripada produknya (lihat Gambar 23.2), proses ini melepaskan sejumlah besar energi.

23.4 Transmutasi Inti

Ruang lingkup kimia nuklir akan agak sempit jika studi terbatas pada unsur radioaktif alami. Namun, sebuah percobaan yang dilakukan oleh Rutherford pada tahun 1919, menyarankan kemungkinan memproduksi radioaktivitas secara artifisial. Ketika dia membombardir sampel nitrogen dengan partikel, reaksi berikut terjadi:

23.3 Radioaktifitas Alami

Inti di luar sabuk stabilitas, serta nukleus dengan lebih dari 83 proton, cenderung tidak stabil. Emisi spontan oleh inti partikel yang tidak stabil atau radiasi elektromagnetik, atau keduanya, dikenal sebagai radioaktivitas. Jenis utama radiasi adalah: partikel (atau inti helium bermuatan ganda, He21); b partikel (atau elektron); sinar g, yang merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang sangat pendek (0,1 nm hingga 1024 nm); emisi positron; dan penangkapan elektron. Disintegrasi nukleus radioaktif

23.2 Stabilitas Inti

Inti menempati bagian yang sangat kecil dari total volume atom, tetapi ia mengandung sebagian besar massa atom karena baik proton maupun neutron berada di sana. Dalam mempelajari stabilitas inti atom, akan sangat membantu untuk mengetahui sesuatu tentang kerapatannya, karena ia memberi tahu kita betapa rapatnya partikel-partikel tersebut. Sebagai perhitungan sampel, mari kita asumsikan bahwa sebuah nukleus memiliki jari-jari 5 3 1023 pm dan massa 1 3 10222 g. Angka-angka ini secara kasar sesuai dengan nukleus yang mengandung 30 proton dan 30 neutron. Kepadatan adalah massa / volume, dan kita dapat menghitung volume dari jari-jari yang diketahui (volume bola adalah 4 3pr3, di mana r adalah jari-jari bola). Pertama, kami mengonversi satuan pm ke cm. Lalu kami menghitung kepadatan dalam g / cm3:

23.1 Sifat Reaksi Inti

Dengan pengecualian hidrogen (1 1H), semua inti mengandung dua jenis partikel fundamental, yang disebut proton dan neutron. Beberapa nukleus tidak stabil; mereka memancarkan partikel dan / atau radiasi elektromagnetik secara spontan (lihat Bagian 2.2). Nama untuk fenomena ini adalah radioaktivitas. Semua elemen yang memiliki nomor atom lebih besar dari 83 adalah radioaktif. Misalnya, isotop polonium, polonium-210 (210 84Po), meluruh secara spontan hingga 206 82Pb dengan memancarkan partikel.

23. Kimia Inti

Konsep Penting
• Kita mulai dengan membandingkan reaksi nuklir dengan reaksi kimia biasa. Kita belajar untuk menyeimbangkan persamaan nuklir dalam hal partikel elementer seperti elektron, proton, neutron, dan partikel alfa. (23.1)
• Selanjutnya, kami menguji stabilitas nukleus dalam hal rasio neutron-ke-proton. Kami menggunakan persamaan energi massa Einstein untuk menghitung energi ikatan nuklir. (23.2)
• Kami kemudian mempelajari peluruhan 238U sebagai contoh radioaktivitas alami. Kita juga melihat bagaimana peluruhan radioaktif, yang semuanya merupakan proses tingkat pemesanan pertama, digunakan untuk objek tanggal. (23.3)
• Transmutasi nuklir adalah reaksi nuklir yang diinduksi oleh bombardir nukleus oleh partikel seperti neutron, partikel alfa, atau inti kecil lainnya. Semua elemen transuranium dibuat dengan cara ini dalam akselerator partikel. (23.4)
• Dalam ruang nuklir, sebuah nukleus yang besar terbelah menjadi dua nuklei yang lebih kecil ketika dibombardir dengan sebuah neutron. Proses melepaskan sejumlah besar energi dan neutron tambahan, yang dapat menyebabkan reaksi berantai jika ada massa kritis. Reaksi reaksi nuklir digunakan dalam bom atom dan reaktor nuklir. (23.5)
• Dalam fusi nuklir, dua nukleus kecil berfusi untuk menghasilkan nukleus yang lebih besar dengan melepaskan sejumlah besar energi. Reaksi fusi nuklir digunakan dalam hidrogen atau bom termonuklir, tetapi reaktor fusi nuklir untuk pembangkit energi masih belum tersedia secara komersial. (23.6)
• Isotop, terutama isotop radioaktif, menemukan banyak aplikasi dalam penentuan struktural dan studi mekanistik serta dalam kedokteran. (23.7)
• Bab ini diakhiri dengan diskusi tentang efek biologis radiasi. (23.8)

Tugas 22

Lengkapi pernyataan berikut untuk ion kompleks [Cr (C2O4) 2 (H2O) 2] 2. (a) Jumlah oksidasi Cr adalah. (B) Jumlah koordinasi Cr adalah. (c) adalah ligan bidentat.

Latihan 22

22.1 Apa yang membedakan logam transisi dari logam representatif?

Kata Kunci

Agen chelating, hal. 961
Chiral, hlm. 966
Senyawa koordinasi, hal. 959
Nomor koordinasi, hal. 960

Ringkasan Pengetahuan Faktual dan Konseptual

1. Logam transisi biasanya memiliki subkulit yang tidak lengkap dan kecenderungan untuk membentuk kompleks. Senyawa yang mengandung ion kompleks disebut

Rumus Penting

D 5 hn (22.1) Perhitungan pemisahan bidang kristal

Cisplatin — Obat Antikanker

Keberuntungan sering memainkan peran dalam terobosan-terobosan ilmiah besar, tetapi dibutuhkan orang yang waspada dan terlatih untuk mengenali signifikansi penemuan yang tidak disengaja dan memanfaatkannya sepenuhnya. Seperti halnya ketika, pada tahun 1964, ahli biofisika Barnett Rosenberg dan kelompok penelitiannya di Michigan State University sedang mempelajari efek medan listrik terhadap pertumbuhan bakteri. Mereka menghentikan kultur bakteri antara dua platinum

Senyawa Koordinasi dalam Sistem Kehidupan

Senyawa koordinasi memainkan banyak peran penting pada hewan dan tumbuhan. Mereka sangat penting dalam penyimpanan dan transportasi oksigen, sebagai agen transfer elektron, sebagai katalis, dan dalam fotosintesis. Di sini kami fokus pada senyawa koordinasi yang mengandung zat besi dan magnesium.

22.7 Aplikasi Senyawa Koordinasi

Senyawa koordinasi ditemukan dalam sistem kehidupan dan memiliki banyak kegunaan di rumah, di industri, dan dalam pengobatan. Kami menjelaskan beberapa contoh di sini dan dalam esai Chemistry in Action pada hal. 976.

22.6 Reaksi Senyawa Koordinasi

Ion kompleks mengalami reaksi pertukaran ligan (atau substitusi) dalam larutan. Laju reaksi ini sangat bervariasi, tergantung pada sifat ion logam dan ligan.

22.5 Ikatan dalam Senyawa Koordinasi: Teori Bidang Kristal

Teori ikatan yang memuaskan dalam senyawa koordinasi harus memperhitungkan sifat-sifat seperti warna dan magnet, serta stereokimia dan kekuatan ikatan. Tidak ada satu teori pun yang melakukan semua ini untuk kita. Sebaliknya, beberapa pendekatan berbeda telah diterapkan pada kompleks logam transisi. Kita akan mempertimbangkan hanya satu di antaranya di sini — teori bidang kristal — karena teori ini menjelaskan sifat warna dan sifat magnetik dari banyak koordinasi

22.4 Struktur Senyawa Koordinasi

Dalam mempelajari geometri senyawa koordinasi, kita sering menemukan bahwa ada lebih dari satu cara untuk mengatur ligan di sekitar atom pusat. Senyawa yang disusun kembali dengan cara ini memiliki sifat fisik dan kimia yang sangat berbeda. Gambar 22.9 menunjukkan empat susunan geometris yang berbeda untuk atom logam dengan ligan monodentate. Dalam diagram ini, kita melihat bahwa jumlah struktur dan koordinasi atom logam saling berhubungan sebagai berikut:

22.3 Senyawa Koordinasi

Gambar 22.4 pada hal. 958 menunjukkan logam transisi baris pertama. Pada bagian ini kita akan secara singkat mensurvei kimia dari dua elemen ini — besi dan tembaga — memberi perhatian khusus pada kemunculannya, persiapan, penggunaan, dan senyawa-senyawa penting.

22.2 Kimia Besi dan Tembaga

Gambar 22.4 pada hal. 958 menunjukkan logam transisi baris pertama. Pada bagian ini kita akan secara singkat mensurvei kimia dari dua elemen ini — besi dan tembaga — memberi perhatian khusus pada kemunculannya, persiapan, penggunaan, dan senyawa-senyawa penting.

22.1 Sifat Logam Transisi

Logam transisi biasanya memiliki subkulit d yang tidak lengkap atau mudah menghasilkan ion dengan subkulit d yang tidak lengkap (Gambar 22.1). (Logam Grup 2B — Zn, Cd, dan Hg — tidak memiliki konfigurasi elektron karakteristik ini dan karenanya, meskipun kadang-kadang disebut logam transisi, mereka benar-benar tidak termasuk dalam kategori ini.) Atribut ini bertanggung jawab atas beberapa sifat penting , termasuk pewarnaan khusus, pembentukan senyawa paramagnetik, aktivitas katalitik, dan terutama kecenderungan besar untuk membentuk ion kompleks. Dalam bab ini kami fokus pada elemen baris pertama dari skandium menjadi tembaga, logam transisi yang paling umum. Tabel 22.1 mencantumkan beberapa propertinya.

22. Kimia Logam Transisi dan Senyawa Koordinasi

Konsep Penting
• Kami pertama-tama mensurvei sifat-sifat umum logam transisi, dengan fokus pada konfigurasi elektron dan keadaan oksidasi. (22.1)
• Selanjutnya, kami mempelajari kimia dari dua logam transisi yang representatif — besi dan tembaga. (22.2)
• Kami kemudian mempertimbangkan karakteristik umum senyawa koordinasi dalam hal sifat ligan dan juga mencakup nomenklatur senyawa ini. (22.3)
• Kita melihat bahwa struktur senyawa koordinasi dapat menimbulkan isomer geometri dan / atau optik. Kami berkenalan dengan penggunaan polarimeter dalam mempelajari isomer optik. (22,4)
• Teori bidang kristal dapat dengan memuaskan menjelaskan asal mula warna dan sifat magnetik dari kompleks oktahedral, tetrahedral, dan bujur sangkar. (22.5)
• Kami memeriksa reaktivitas senyawa koordinasi dan mengetahui bahwa senyawa itu dapat diklasifikasikan sebagai labil atau lembam terkait reaksi pertukaran ligan. (22.6)
• Bab ini diakhiri dengan diskusi tentang beberapa aplikasi senyawa koordinasi. (22.7)

Tugas 21

Berikan contoh hidrogen sebagai (a) zat pengoksidasi dan (b) zat pereduksi.

Latihan 21

Tanpa merujuk pada Gambar 21.1, nyatakan apakah masing-masing unsur berikut adalah logam, metaloid, atau bukan logam: (a) Cs, (b) Ge, (c) I, (d) Kr, (e) W, (f) Ga , (g) Te, (h) Bi.

Kata Kunci

Karbida, hal. 921
Catenation, hlm. 920
Proses klor-alkali, hal. 941
Sianida, hal. 921
Hidrogenasi, hlm. 918

Ringkasan Pengetahuan Faktual dan Konseptual

1. Atom hidrogen mengandung satu proton dan satu elektron. Mereka adalah atom yang paling sederhana. Hidrogen bergabung dengan banyak logam dan bukan logam untuk membentuk hidrida; beberapa hidrida bersifat ionik dan beberapa bersifat kovalen.

Amonium Nitrat - Pupuk Peledak

Amonium nitrat adalah pupuk paling penting di dunia (lihat hal. 108). Ini peringkat kelima belas di antara bahan kimia industri yang diproduksi di Amerika Serikat pada tahun 2005 (8 juta ton). Sayangnya, ini juga merupakan peledak yang kuat. Pada tahun 1947 terjadi ledakan di atas kapal yang dimuat dengan pupuk di Texas. Pupuk itu ada di kantong kertas dan tampaknya meledak setelah pelaut mencoba menghentikan api di palka kapal dengan menutup lubang palka, sehingga menciptakan kompresi dan panas yang diperlukan untuk ledakan. Lebih dari enam ratus orang tewas akibat kecelakaan itu. Bencana yang lebih baru yang melibatkan ammonium nitrat terjadi di World Trade Center di Kota New York pada tahun 1993 dan di Gedung Federal Alfred P. Murrah di Kota Oklahoma pada tahun 1995.

Gas Sintetis dari Batubara

Keberadaan masyarakat teknologi kita sangat bergantung pada pasokan energi yang berlimpah. Meskipun Amerika Serikat hanya memiliki 5 persen dari populasi dunia, kami mengonsumsi sekitar 20 persen energi dunia! Saat ini, dua sumber energi utama adalah ruang nuklir dan bahan bakar fosil (masing-masing dibahas dalam Bab 23 dan 24). Batubara, minyak (yang juga dikenal sebagai minyak bumi), dan gas alam (kebanyakan metana) secara kolektif disebut bahan bakar fosil karena merupakan hasil akhir dari penguraian tanaman dan hewan selama puluhan atau ratusan juta tahun. Minyak dan gas alam adalah pembakaran yang lebih bersih dan bahan bakar lebih efisien daripada batubara, sehingga lebih disukai untuk sebagian besar keperluan. Namun, pasokan minyak dan gas alam sedang menipis pada tingkat yang mengkhawatirkan, dan penelitian sedang dilakukan untuk menjadikan batu bara sebagai sumber energi yang lebih fleksibel.

Logam Hidrogen

Para ilmuwan telah lama tertarik pada bagaimana zat nonlogam, termasuk hidrogen, berperilaku di bawah tekanan yang sangat tinggi. Diperkirakan bahwa ketika atom atau molekul dikompresi, elektron ikatannya mungkin terdelokalisasi, menghasilkan keadaan logam. Pada tahun 1996, fisikawan di Laboratorium Lawrence Livermore menggunakan senjata sepanjang 60 kaki untuk menghasilkan kompresi kejut ke lapisan tipis hidrogen cair (0,5 mm). Untuk sesaat, pada tekanan antara 0,9 dan 1,4 juta atm, mereka dapat mengukur konduktivitas listrik sampel hidrogen dan menemukan bahwa itu sebanding dengan logam cesium pada 2000 K. (Suhu sampel hidrogen naik sebagai hasil kompresi, meskipun tetap dalam bentuk molekul.) Ketika tekanan turun dengan cepat, keadaan logam hidrogen menghilang.

21.6 Halogen

Halogen — fluor, klor, brom, dan yodium — adalah nonlogam reaktif (lihat Gambar 8.20). Tabel 21.4 mencantumkan beberapa properti dari elemen-elemen ini. Meskipun semua halogen sangat reaktif dan beracun, besarnya reaktifitas dan toksisitas umumnya menurun dari florin menjadi iodin. Kimia florin berbeda dari kimia halogen lainnya dengan cara berikut:

21.5 Oksigen dan Belerang

Oksigen
Oksigen sejauh ini merupakan unsur paling melimpah di kerak bumi, yang merupakan sekitar 46 persen massanya. Selain itu, atmosfer mengandung sekitar 21 persen molekul oksigen berdasarkan volume (23 persen massa). Seperti nitrogen, oksigen dalam keadaan bebas adalah molekul diatomik (O2). Di laboratorium, gas oksigen dapat diperoleh dengan memanaskan kalium klorat (lihat Gambar 5.15):

21.4 Nitrogen dan Fosfor

Nitrogen
Sekitar 78 persen volume udara adalah nitrogen. Sumber mineral nitrogen yang paling penting adalah sendawa (KNO3) dan sendawa Chili (NaNO3). Nitrogen adalah elemen penting kehidupan; itu adalah komponen protein dan asam nukleat.

21.3 Karbon

Meskipun hanya membentuk sekitar 0,09 persen massa kerak bumi, karbon adalah elemen penting dari makhluk hidup. Ia ditemukan bebas dalam bentuk intan dan grafit (lihat Gambar 8.17), dan juga merupakan komponen gas alam, minyak bumi, dan batu bara. (Batu bara adalah benda padat berwarna coklat ke hitam yang digunakan sebagai bahan bakar; batu bara terbentuk dari fosil tanaman dan terdiri dari karbon amorf dengan berbagai senyawa organik dan beberapa senyawa anorganik.) Karbon menggabungkan dengan oksigen untuk membentuk karbon dioksida di atmosfer dan terjadi sebagai karbonat di batu kapur dan kapur.

21.2 Hidrogen

Hidrogen adalah unsur paling sederhana yang dikenal — bentuk atomnya yang paling umum hanya mengandung satu proton dan satu elektron. Namun, bentuk atom hidrogen hanya ada pada suhu yang sangat tinggi. Biasanya, unsur hidrogen adalah molekul diatomik, produk dari reaksi eksoterm antara atom H:

21.1 Sifat Umum Nonlogam

Sifat bukan logam lebih bervariasi daripada logam. Sejumlah bukan logam adalah gas-gas dalam keadaan unsur: hidrogen, oksigen, nitrogen, florin, klorin, dan gas-gas mulia. Hanya satu, bromin, yang berbentuk cair. Semua bukan logam yang tersisa adalah padatan pada suhu kamar. Tidak seperti logam, elemen bukan logam adalah konduktor panas dan listrik yang buruk; mereka menunjukkan bilangan oksidasi positif dan negatif.

21. Unsur Nonlogam dan Senyawanya

Konsep Penting
• Bab ini dimulai dengan memeriksa sifat umum dari bukan logam. (21.1)
• Kita melihat bahwa hidrogen tidak memiliki posisi unik dalam tabel periodik. Kami mempelajari persiapan hidrogen dan mempelajari beberapa jenis senyawa yang mengandung hidrogen. Kami juga membahas reaksi hidrogenasi dan peran hidrogen dalam produksi energi. (21.2)
• Selanjutnya, kami mempertimbangkan dunia karbon anorganik dalam hal karbida, sianida, dan karbon monoksida dan karbon dioksida. (21.3)
• Nitrogen adalah unsur paling berlimpah di atmosfer. Senyawa utamanya adalah amonia, hidrazin, dan beberapa oksida. Asam nitrat, zat pengoksidasi kuat, adalah bahan kimia industri utama. Fosfor adalah elemen penting lainnya dalam Grup 5A. Ini adalah komponen utama gigi dan tulang dan dalam bahan genetik seperti asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). Senyawa fosfor meliputi hidrida dan oksida. Asam fosfat memiliki banyak aplikasi komersial. (21.4)
• Oksigen adalah unsur paling melimpah di kerak bumi. Ini membentuk senyawa dengan sebagian besar unsur lain seperti oksida, peroksida, dan superoksida. Bentuk alotropiknya, ozon, adalah zat pengoksidasi kuat. Belerang, anggota kedua Grup 6A, juga membentuk banyak senyawa dengan logam dan bukan logam. Asam sulfat adalah bahan kimia industri paling penting di dunia. (21.5)
• Halogen adalah yang paling elektronegatif dan paling reaktif dari bukan logam. Kami mempelajari persiapan, sifat, reaksi, dan aplikasi senyawa mereka. (21.6)

Tugas 20

Tembaga dimurnikan dengan elektrolisis (lihat Gambar 20.6). Anoda 5,00 kg digunakan dalam sel di mana arusnya 37,8 A. Berapa lama (dalam jam) haruskah arus berjalan untuk menyelesaikan anoda ini dan melapisinya ke katoda?

Latihan 20

Definisikan mineral, bijih, dan metalurgi.

Kata Kunci

Pengotor akseptor, hal. 896
Paduan, hal. 886
Amalgam, hlm. 887
Teori band, hal. 894

Ringkasan Pengetahuan Faktual dan Konseptual

1. Bergantung pada reaktivitasnya, logam ada di alam baik dalam keadaan bebas atau gabungan.
2. Memulihkan logam dari bijihnya adalah proses tiga tahap. Pertama, bijih harus disiapkan. Logam kemudian dipisahkan, biasanya dengan proses reduksi, dan akhirnya, dimurnikan.
3. Metode yang biasa digunakan untuk pemurnian logam adalah distilasi, elektrolisis, dan pemurnian zona.

Daur Ulang Aluminium

Kaleng minuman aluminium hampir tidak dikenal pada tahun 1960; namun pada awal 1970-an lebih dari 1,3 miliar pon aluminium telah digunakan untuk wadah ini. Alasan aluminium
popularitas di industri minuman adalah tidak beracun, tidak berbau, tidak berasa, dan ringan. Selain itu, konduktivitas termal, sehingga cairan di dalam wadah dapat didinginkan dengan cepat.

20.7 Aluminium

Aluminium (lihat Gambar 8.16) adalah logam yang paling berlimpah dan unsur paling berlimpah ketiga di kerak bumi (7,5 persen massa). Bentuk unsur tidak terjadi di alam; bijih utamanya adalah bauksit (Al2O3? 2H2O). Mineral lain yang mengandung aluminium adalah orthoclase (KAlSi3O8), beryl (Be3Al2Si6O18), cryolite (Na3AlF6), dan korundum (Al2O3) (Gambar 20.17).

20.6 Logam Alkali Tanah

Logam alkali tanah agak kurang elektropositif dan kurang reaktif dibandingkan logam alkali. Kecuali untuk anggota keluarga pertama, berilium, yang menyerupai aluminium (logam Grup 3A) dalam beberapa hal, logam alkali tanah memiliki sifat kimia yang serupa. Karena ion M21 mereka mencapai konfigurasi elektron yang stabil dari gas mulia sebelumnya, jumlah oksidasi logam alkali tanah dalam bentuk gabungan hampir selalu 12. Tabel 20.5 mencantumkan beberapa sifat umum dari logam ini. Radium tidak termasuk dalam tabel karena semua isotop radium adalah radioaktif dan sulit dan mahal untuk mempelajari kimia unsur Grup 2A ini.

20.5 Logam Alkali

Sebagai suatu kelompok, logam alkali (unsur-unsur Grup 1A) adalah unsur yang paling elektropositif (atau paling tidak elektronegatif) yang diketahui. Mereka menunjukkan banyak sifat yang serupa, beberapa di antaranya tercantum dalam Tabel 20.4. Dari konfigurasi elektron mereka, kami berharap jumlah oksidasi unsur-unsur ini dalam senyawa mereka menjadi 11 karena kation akan isoelektronik dengan gas mulia. Ini memang masalahnya.

20.4 Kecenderungan Periodik Sifat Logam

Logam berkilau dalam penampilan, padat pada suhu kamar (dengan pengecualian merkuri), konduktor panas dan listrik yang baik, mudah dibentuk (dapat ditempa pada saat itu), dan ulet (dapat ditarik ke dalam kawat). Gambar 20.12 menunjukkan posisi logam yang representatif dan logam Grup 2B dalam tabel periodik. (Logam transisi dibahas pada Bab 22.) Seperti yang kita lihat pada Gambar 9.5, elektronegativitas elemen meningkat dari kiri ke kanan melintasi suatu periode dan dari bawah ke atas dalam sebuah kelompok. Karakter logam dari logam meningkat hanya di arah yang berlawanan, yaitu, dari kanan ke kiri melintasi suatu periode dan dari atas ke bawah dalam suatu kelompok. Karena logam umumnya memiliki keelektronegatifan yang rendah, mereka cenderung membentuk kation dan hampir selalu memiliki bilangan oksidasi positif dalam senyawanya. Namun, berilium dan magnesium dalam Grup 2A dan logam dalam Grup 3A dan selanjutnya juga membentuk senyawa kovalen.

20.3 Teori Pita Konduktivitas Listrik

Dalam Bagian 11.6 kita melihat bahwa kemampuan logam untuk melakukan panas dan listrik dapat dijelaskan dengan teori orbital molekul. Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang sifat konduktivitas logam kita juga harus menerapkan pengetahuan kita tentang mekanika kuantum. Model yang akan kita gunakan untuk mempelajari ikatan logam adalah teori pita, disebut demikian karena menyatakan bahwa elektron yang terdelokalisasi bergerak bebas melalui "pita" yang dibentuk oleh orbital molekul yang tumpang tindih. Kami juga akan menerapkan teori pita pada elemen tertentu yang merupakan semikonduktor.

20.2 Proses Metalurgi

Metalurgi adalah ilmu dan teknologi yang memisahkan logam dari bijihnya dan campuran logam campuran. Paduan adalah larutan padat baik dari dua atau lebih logam, atau dari logam atau logam dengan satu atau lebih bukan logam.

20.1 Kejadian Logam

Sebagian besar logam berasal dari mineral. Mineral adalah zat yang terbentuk secara alami dengan berbagai komposisi kimia. Deposit mineral yang cukup terkonsentrasi untuk memungkinkan pemulihan ekonomis dari logam yang diinginkan dikenal sebagai bijih. Tabel 20.1 mencantumkan jenis mineral utama, dan Gambar 20.1 menunjukkan klasifikasi logam menurut mineral mereka.
Logam yang paling banyak, yang ada sebagai mineral di kerak bumi, adalah aluminium, besi, kalsium, magnesium, natrium, kalium, titanium, dan mangan (lihat hal. 52). Air laut adalah sumber yang kaya akan beberapa ion logam, termasuk Na1, Mg21, dan Ca21. Lebih jauh, area luas dari samudera ditutupi oleh nodul mangan, yang sebagian besar terdiri dari mangan, bersama dengan besi, nikel, tembaga, dan kobalt dalam keadaan gabungan kimia (Gambar 20.2).

20. Metaurgi dan Kimia Logam

Konsep Penting
• Kami pertama-tama mensurvei keberadaan bijih yang mengandung berbagai logam. (20.1)
• Kami kemudian mempelajari urutan langkah-langkah dari persiapan bijih hingga produksi logam. Kami fokus terutama pada metalurgi besi dan pembuatan baja. Kami juga memeriksa beberapa metode pemurnian logam. (20.2)
• Selanjutnya, kami mempelajari sifat-sifat padatan dan melihat bagaimana teori pita menjelaskan perbedaan antara konduktor (logam) dan isolator. Kami mempelajari sifat-sifat khusus semikonduktor. (20.3)
• Kami secara singkat memeriksa tren periodik dalam sifat logam. (20,4)
• Untuk logam alkali kami membahas natrium dan kalium dan fokus pada persiapan, sifat, senyawa, dan penggunaannya. (20.5)
• Untuk logam alkali tanah, kami membahas magnesium dan kalsium dan fokus pada persiapan, sifat, senyawa, dan penggunaannya. (20.6)
• Terakhir, kami mempelajari persiapan, sifat, senyawa, dan penggunaan logam Grup 3A — aluminium. (20.7).

Tugas 19

Seimbangkan persamaan redoks berikut dengan metode ionelektron: (a) Mn21 1 H2O2 ¡MnO2 1 H2O (dalam larutan dasar) (b) Bi1OH23 1 SnO22 2 ¡SnO22 3 1 Bi (dalam larutan dasar) (c) Cr2O22 7 1 C2O22 4 ¡Cr31 1 CO2 (dalam larutan asam) (d) ClO2 3 1 Cl2 ¡Cl2 1 ClO2 (dalam larutan asam)

Latihan 19

Seimbangkan persamaan redoks berikut dengan metode ionelektron:

Kata Kunci

Anode, hlm. 842
Baterai, hal. 857
Cathode, hlm. 842
Tegangan sel, hal. 843
Korosi, hal. 862

Ringkasan Pengetahuan Faktual dan Konseptual

1. Reaksi redoks melibatkan transfer elektron. Persamaan yang mewakili proses redoks dapat diseimbangkan menggunakan metode ion-elektron

Rumus Penting

E°sel = E°katoda - E°anoda (19.1) Menghitung Emf standar sel galvani.

Ketidaknyamanan Menambal Gigi

Dalam kedokteran gigi modern, bahan yang paling sering digunakan untuk memperbaiki gigi yang rusak dikenal sebagai amalgam gigi. (An amalgam adalah zat yang dibuat dengan menggabungkan merkuri dengan logam atau logam lain.) Amalgam gigi sebenarnya terdiri dari tiga fase padat yang memiliki stoikiometri kira-kira sesuai dengan Ag2Hg3, Ag3Sn, dan Sn8Hg. Potensi reduksi standar untuk fase padat ini adalah: Hg2 21 / Ag2Hg3, 0,85 V; Sn21 / Ag3Sn, 20,05 V; dan Sn21 / Sn8Hg, 20.13 V.

Tenaga Bakteri

Listrik yang dapat digunakan dihasilkan dari bakteri? Ya itu mungkin. Sejak 1987, para ilmuwan di Universitas Massachusetts di Amherst telah menemukan organisme yang dikenal sebagai spesies Geobacter yang melakukan hal itu. Bakteri Geobacter yang ada di mana-mana biasanya tumbuh di dasar sungai atau danau. Mereka mendapatkan energi mereka dengan mengoksidasi bahan organik yang membusuk untuk menghasilkan karbon dioksida. Bakteri memiliki tentakel 10 kali panjang ukurannya sendiri untuk mencapai akseptor elektron [kebanyakan besi (III) oksida] dalam proses redoks anaerob keseluruhan.

19.8 Elektrolisis

Berbeda dengan reaksi redoks spontan, yang menghasilkan konversi energi kimia menjadi energi listrik, elektrolisis adalah proses di mana energi listrik digunakan untuk menyebabkan reaksi kimia non spontan terjadi. Sel elektrolit adalah alat untuk melakukan elektrolisis. Prinsip yang sama mendasari elektrolisis dan proses yang terjadi dalam sel galvani. Di sini kita akan membahas tiga contoh elektrolisis berdasarkan prinsip-prinsip tersebut. Kemudian kita akan melihat aspek kuantitatif elektrolisis.

Elektrolisis Sodium Klorida Cair
Dalam keadaan cairnya, natrium klorida, senyawa ionik, dapat dielektrolisis membentuk logam natrium dan klorin. Gambar 19.17 (a) adalah diagram sel Downs, yang digunakan untuk elektrolisis NaCl skala besar. Dalam NaCl cair, kation dan anion masing-masing adalah ion Na⁺ dan Cl⁻. Gambar 19.17 (b) adalah diagram sederhana yang menunjukkan reaksi yang terjadi pada elektroda. Sel elektrolit mengandung sepasang elektroda yang terhubung ke baterai. Baterai berfungsi sebagai "pompa elektron," yang mengarahkan elektron ke katoda, tempat reduksi terjadi, dan menarik elektron dari anoda, tempat terjadi oksidasi. Reaksi pada elektroda adalah

Proses ini merupakan sumber utama logam natrium murni dan gas klor.

Perkiraan teoritis menunjukkan bahwa nilai E ° untuk keseluruhan proses adalah sekitar -4 V, yang berarti bahwa ini adalah proses yang tidak spontan. Karena itu, minimal 4 V harus disuplai oleh baterai untuk melakukan reaksi. Dalam prakteknya, tegangan yang lebih tinggi diperlukan karena ketidakefisienan dalam proses elektrolitik dan karena kelebihan tegangan, akan dibahas segera.

Gambar 19.17 (a) Pengaturan praktis yang disebut sel Downs untuk elektrolisis NaCl cair (m.5801°C) Logam natrium yang terbentuk di katoda berada dalam keadaan cair. Karena logam natrium cair lebih ringan daripada NaCl cair, maka natrium akan melayang ke permukaan, seperti yang ditunjukkan, dan dikumpulkan. Gas klor terbentuk di anoda dan dikumpulkan di bagian atas. (b) Gambar yang disederhanakan menunjukkan reaksi elektroda selama elektrolisis NaCl cair. Baterai diperlukan untuk menggerakkan reaksi spontan.

Elektrolisis Air
Air dalam gelas pada tekanan atmosfer (1 atm dan 25°C) tidak akan secara spontan terurai menjadi hidrogen dan gas oksigen karena perubahan energi bebas standar untuk reaksi adalah jumlah positif yang besar:

Namun, reaksi ini dapat diinduksi dalam sel seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.18. Sel elektrolitik ini terdiri dari sepasang elektroda yang terbuat dari logam yang tidak reaktif, seperti platinum, direndam dalam air. Ketika elektroda terhubung ke baterai, tidak ada yang terjadi karena tidak ada cukup ion dalam air murni untuk membawa banyak arus listrik. (Ingat bahwa pada suhu 25 ° C, air murni hanya memiliki 1 x 10⁻⁷ M ion H⁺ dan 1 x 10⁻⁷ M ion OH⁻.) Di sisi lain, reaksi mudah terjadi dalam larutan 0,1 M H₂SO₄ karena ada jumlah yang cukup dari ion untuk menghantarkan listrik. Segera, gelembung gas mulai muncul di kedua elektroda.

Gambar 19.18 Peralatan untuk elektrolisis air skala kecil. Volume gas hidrogen yang dihasilkan di katoda adalah dua kali lipat dari gas oksigen yang dihasilkan di anoda.

Gambar 19.19 menunjukkan reaksi elektroda. Proses di anoda adalah

2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻

sementara di katoda yang kita miliki

H⁺(aq) + e⁻ → ½H₂(g)

Reaksi keseluruhan diberikan oleh

Perhatikan bahwa tidak ada H₂SO₄ bersih yang dikonsumsi.

19.7 Korosi

Korosi adalah istilah yang biasanya diterapkan pada kerusakan logam oleh proses elektrokimia. Kita melihat banyak contoh korosi di sekitar kita. Karat pada besi, menodai perak, dan patina hijau terbentuk pada tembaga dan kuningan adalah beberapa di antaranya (Gambar 19.13). Korosi menyebabkan kerusakan besar pada bangunan, jembatan, kapal, dan mobil. Biaya korosi logam pada ekonomi AS diperkirakan lebih dari 100 miliar dolar setahun! Bagian ini membahas beberapa proses mendasar yang terjadi pada korosi dan metode yang digunakan untuk melindungi logam terhadapnya.

19.6 Baterai

Baterai adalah sel galvanik, atau serangkaian sel galvanik gabungan, yang dapat digunakan sebagai sumber arus listrik langsung pada tegangan konstan. Meskipun operasi baterai pada prinsipnya mirip dengan sel galvanik yang dijelaskan dalam Bagian 19.2, baterai memiliki keuntungan menjadi serba lengkap dan tidak memerlukan komponen tambahan seperti jembatan garam. Di sini kita akan membahas beberapa jenis baterai yang sedang digunakan secara luas.

19.5 Pengaruh Konsentrasi Terhadap Sel Emf

Sejauh ini kami telah berfokus pada reaksi redoks di mana reaktan dan produk berada dalam keadaan standarnya, tetapi kondisi keadaan standar seringkali sulit, dan kadang-kadang tidak mungkin, untuk dipertahankan. Namun, ada hubungan matematis antara ggl sel galvanik dan konsentrasi reaktan dan produk dalam reaksi redoks dalam kondisi tidak standar. Persamaan ini diturunkan selanjutnya.

19.4 Termodinamika Reaksi Redoks

Langkah kami selanjutnya adalah untuk melihat bagaimana sel E ° terkait dengan jumlah termodinamika seperti DG ° dan K. Dalam sel galvanik, energi kimia dikonversi menjadi energi listrik untuk melakukan pekerjaan listrik seperti menjalankan motor listrik. Energi listrik, dalam hal ini, adalah produk dari ggl sel dan muatan listrik total (dalam coulomb) yang melewati sel:

19.3 Potensial Reduksi Standar

Ketika konsentrasi ion Cu21 dan Zn21 keduanya 1,0 M, kami menemukan bahwa tegangan atau ggl sel Daniell adalah 1,10 V pada 25 ° C (lihat Gambar 19.2). Tegangan ini harus terkait langsung dengan reaksi redoks, tetapi bagaimana caranya? Sama seperti reaksi sel secara keseluruhan dapat dianggap sebagai jumlah dari dua reaksi setengah sel, ggl sel yang diukur dapat diperlakukan sebagai jumlah dari potensi listrik pada elektroda Zn dan Cu. Mengetahui salah satu dari potensi elektroda ini, kita dapat memperoleh yang lain dengan mengurangi (dari 1,10 V). Tidak mungkin untuk mengukur potensi hanya satu elektroda, tetapi jika kita secara sewenang-wenang menetapkan nilai potensial dari elektroda tertentu pada nol, kita dapat menggunakannya untuk menentukan potensi relatif dari elektroda lain. Elektroda hidrogen, ditunjukkan pada Gambar 19.3, berfungsi sebagai referensi untuk tujuan ini. Gas hidrogen dimasukkan ke dalam larutan asam klorida pada suhu 25 ° C. Elektroda platinum memiliki dua fungsi. Pertama, ia menyediakan permukaan tempat pemisahan molekul hidrogen dapat terjadi:

19.2 Sel Galvani

Pada Bagian 4.4 kita melihat bahwa ketika sepotong logam seng ditempatkan dalam larutan CuSO4, Zn dioksidasi menjadi ion Zn21 sementara ion Cu21 direduksi menjadi tembaga logam (lihat Gambar 4.10):

19.1 Reaksi Redoks

Elektrokimia adalah cabang kimia yang berurusan dengan interkonversi energi listrik dan energi kimia. Proses elektrokimia adalah reaksi redoks (reduksi oksidasi) di mana energi yang dilepaskan oleh reaksi spontan diubah menjadi listrik atau di mana energi listrik digunakan untuk menyebabkan reaksi nontontursi terjadi. Meskipun reaksi redoks dibahas dalam Bab 4, akan sangat membantu untuk meninjau beberapa konsep dasar yang akan muncul lagi dalam bab ini.

19. Elektrokimia

Konsep Penting
• Kita mulai dengan ulasan reaksi redoks dan belajar bagaimana menyeimbangkan persamaan yang menggambarkan proses ini. (19.1)
• Selanjutnya, kami memeriksa esensi sel galvanik. (19.2)
• Kita belajar untuk menentukan potensial reduksi standar berdasarkan referensi elektroda hidrogen standar dan menggunakannya untuk menghitung gf suatu sel dan karenanya spontanitas suatu reaksi sel. Ada hubungan antara ggl sel, perubahan energi bebas Gibbs standar, dan konstanta kesetimbangan untuk reaksi sel. (19.3 dan 19.4)
• Kita melihat bahwa ggl sel dalam kondisi tidak standar dapat dihitung menggunakan persamaan Nernst. (19.5)
• Kami memeriksa beberapa jenis baterai umum dan pengoperasian sel bahan bakar. (19.6)
• Kami kemudian mempelajari proses elektrokimia spontan — korosi — dan mempelajari cara untuk mencegahnya. (19.7)
• Akhirnya, kami mengeksplorasi proses elektrokimia non-spontan - elektrolisis - dan mempelajari aspek kuantitatif dari proses elektrolitik. (19.8)

Tugas 18

Pertimbangkan pengaturan pada Gambar 18.1. Karena volume kedua bohlam itu sama, probabilitas untuk menemukan molekul di bohlam manapun adalah 1 2. Hitung probabilitas semua molekul berakhir di bohlam yang sama jika jumlahnya adalah (a) 2, (b) 100, dan (c) 6 3 1023. Berdasarkan hasil Anda, jelaskan mengapa situasi yang ditunjukkan pada Gambar 18.1 (b) tidak akan diobservasi untuk sistem makroskopik.

Latihan 18

18.1 Jelaskan apa yang dimaksud dengan proses spontan. Berikan dua contoh masing-masing proses spontan dan non-spontan.

Kata Kunci

Entropy (S), hlm. 803
Energi bebas (G), hlm. 815
Energi bebas Gibbs

Ringkasan Pengetahuan Faktual dan Konseptual

1. Entropi dideskripsikan sebagai ukuran berbagai cara sistem dapat menyebarkan energinya. Setiap proses spontan harus mengarah pada peningkatan total entropi di alam semesta (hukum kedua termodinamika).