Energi ionisasi dan afinitas elektron membantu para ahli kimia memahami jenis reaksi yang dialami unsur dan sifat senyawa unsur tersebut. Pada tingkat konseptual, kedua ukuran ini berhubungan dengan cara yang sederhana: Energi ionisasi mengukur daya tarik atom terhadap elektronnya sendiri, sedangkan afinitas elektron mengekspresikan daya tarik atom untuk elektron tambahan yang berasal dari atom lain. Bersama-sama keduanya memberikan wawasan tentang daya tarik umum atom terhadap elektron. Dengan konsep-konsep ini kita dapat mensurvei sifat kimia unsur-unsur secara sistematis, memberikan perhatian khusus pada hubungan antara sifat kimianya dan konfigurasi elektronnya.
Kita telah melihat bahwa karakter logam unsur-unsur berkurang dari kiri ke kanan melintasi suatu periode dan meningkat dari atas ke bawah dalam suatu golongan. Atas dasar kecenderungan ini dan pengetahuan bahwa logam biasanya memiliki energi ionisasi yang rendah sedangkan nonlogam biasanya memiliki afinitas elektron yang tinggi, kita sering dapat memprediksi hasil reaksi yang melibatkan beberapa unsur ini.
Kecenderungan Umum Dalam Sifat Kimia
Sebelum kita mempelajari unsur-unsur dalam masing-masing golongan, mari kita lihat beberapa kecenderungan secara keseluruhan. Kita telah mengatakan bahwa unsur-unsur dalam golongan yang sama mirip satu sama lain dalam sifat kimia karena mereka memiliki konfigurasi elektron valensi yang sama. Pernyataan ini, meskipun benar dalam arti umum, harus diterapkan dengan hati-hati. Kimiawan telah lama mengetahui bahwa anggota pertama dari masing-masing golongan (unsur dalam periode kedua dari lithium sampai fluor) berbeda dari sisa anggota golongan yang sama. Lithium, misalnya, menunjukkan banyak, tetapi tidak semua, sifat karakteristik logam alkali. Demikian pula, berilium adalah anggota yang agak tipikal dari Golongan 2A, dan seterusnya. Perbedaannya dapat dikaitkan dengan ukuran kecil dari unsur pertama di setiap golongan (lihat Gambar 8.5).
Kecenderungan lain dalam sifat kimia unsur-unsur yang representatif adalah hubungan diagonal. Hubungan diagonal adalah kesamaan antara pasangan unsur dalam golongan 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 diagonal di bawahnya dalam tabel periodik (Gambar 8.13). Alasan untuk fenomena ini adalah kedekatan kepadatan muatan kationnya. (Densitas muatan adalah muatan ion dibagi dengan volumenya.) Kation dengan densitas muatan sebanding bereaksi serupa dengan anion dan karenanya membentuk jenis senyawa yang sama. Jadi, sifat kimia lithium menyerupai magnesium dalam beberapa hal; pegangan yang sama untuk berilium dan aluminium dan untuk boron dan silikon. Masing-masing pasangan ini dikatakan menunjukkan hubungan diagonal. Kita akan melihat sejumlah contoh hubungan ini nanti.
Gambar 8.13 Hubungan diagonal dalam tabel periodik.
Ingatlah bahwa perbandingan sifat-sifat unsur dalam golongan yang sama paling valid jika kita berurusan dengan unsur-unsur dari jenis yang sama sehubungan dengan karakter logamnya. Pedoman ini berlaku untuk unsur-unsur dalam Golongan 1A dan 2A, yang semuanya merupakan logam, dan unsur-unsur dalam Golongan 7A dan 8A, yang semuanya bukan logam. Dalam Golongan 3A sampai 6A, di mana unsur-unsur berubah baik dari bukan logam menjadi logam atau dari bukan logam menjadi metaloid, adalah wajar untuk mengharapkan variasi yang lebih besar dalam sifat kimia meskipun anggota dari golongan yang sama memiliki konfigurasi elektron luar yang sama.
Sekarang mari kita melihat lebih dekat sifat-sifat kimia dari unsur-unsur yang representatif dan gas-gas mulia. (Kita akan mempertimbangkan kimia logam transisi di Bab 22.)
Hidrogen (1s¹)
Tidak ada posisi yang benar-benar cocok untuk hidrogen dalam tabel periodik. Secara tradisional hidrogen diperlihatkan di Golongan 1A, tetapi itu benar-benar bisa menjadi satu kelas dengan sendirinya. Seperti logam alkali, ia memiliki elektron valensi tunggal dan membentuk ion unipositif (H⁺), yang terhidrasi dalam larutan. Di sisi lain, hidrogen juga membentuk ion hidrida (H⁻) dalam senyawa ionik seperti NaH dan CaH₂. Dalam hal ini, hidrogen menyerupai halogen, yang semuanya membentuk ion uninegatif (F₂, Cl₂, Br₂, dan I₂) dalam senyawa ionik. Hidrida ionik bereaksi dengan air menghasilkan gas hidrogen dan hidroksida logam yang sesuai:
2NaH(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g)
CaH₂(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + 2H₂(g)
Tentu saja, senyawa hidrogen yang paling penting adalah air, yang terbentuk ketika hidrogen terbakar di udara:
2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l)
Unsur Golongan IA (ns¹, n ≥ 2)
Gambar 8.14 menunjukkan unsur-unsur Golongan 1A, logam alkali. Semua unsur ini memiliki energi ionisasi yang rendah dan karenanya cenderung kehilangan elektron valensi tunggal. Bahkan, di sebagian besar senyawanya mereka adalah ion unipositif. Logam-logam ini sangat reaktif sehingga tidak pernah ditemukan dalam keadaan murni di alam. Mereka bereaksi dengan air menghasilkan gas hidrogen dan logam hidroksida yang sesuai:
2M(s) + 2H₂O(l) → 2MOH(aq) + H₂(g)
di mana M menunjukkan logam alkali. Ketika terkena udara, mereka secara bertahap kehilangan penampilan mengkilap saat mereka bereaksi dengan gas oksigen membentuk oksida. Lithium membentuk lithium oksida (mengandung ion O²⁻):
4Li(s) + O₂(g) → 2Li₂O(l)
Logam alkali lainnya semuanya membentuk oksida dan peroksida (mengandung ion O₂²⁻). Sebagai contoh,
2Na(s) + O₂(g) → 2Na₂O₂(l)
Kalium, rubidium, dan sesium juga membentuk superoksida (mengandung ion O₂⁻):
K(s) + O₂(g) → KO₂(s)
Alasan mengapa berbagai jenis oksida terbentuk ketika logam alkali bereaksi dengan oksigen berkaitan dengan stabilitas oksida dalam keadaan padat. Karena semua oksida ini adalah senyawa ionik, kestabilannya tergantung pada seberapa kuat kation dan anion menarik satu sama lain. Lithium cenderung membentuk lithium oksida karena senyawa ini lebih stabil daripada lithium peroksida. Pembentukan oksida logam alkali lainnya dapat dijelaskan dengan cara yang sama.
Gambar 8.14 Unsur Golongan 1A: logam alkali. Francium (tidak ditampilkan) bersifat radioaktif.
Unsur Golongan 2A (ns², n ≥ 2)
Gambar 8.15 menunjukkan unsur-unsur Golongan 2A. Sebagai suatu golongan, logam alkali tanah agak kurang reaktif dibandingkan logam alkali. Energi ionisasi pertama dan kedua berkurang dari berilium ke barium. Jadi, kecenderungannya adalah membentuk ion M²⁺ (di mana M menunjukkan atom logam alkali tanah), dan karenanya karakter logam meningkat dari atas ke bawah. Sebagian besar senyawa berilium (BeH₂ dan berilium halida, seperti BeCl₂) dan beberapa senyawa magnesium (MgH₂, misalnya) lebih bersifat molekul daripada bersifat ionik.
Gambar 8.15 Unsur Golongan 2A: logam alkali tanah.
Reaktivitas logam alkali tanah dengan air sangat bervariasi. Berilium tidak bereaksi dengan air; magnesium bereaksi lambat dengan uap air; kalsium, strontium, dan barium cukup reaktif untuk menyerang air dingin:
Ba(s) + H₂O(l) → Ba(OH)₂(aq) + H₂(g)
Reaktivitas logam alkali tanah terhadap oksigen juga meningkat dari Be ke 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 larutan asam dalam air, membebaskan gas hidrogen:
Mg(s) + H⁺(aq) → Mg²⁺(aq) + H₂(g)
Kalsium, strontium, dan barium juga bereaksi dengan larutan asam dalam air menghasilkan gas hidrogen. Namun, karena logam ini juga menyerang air, dua reaksi berbeda akan terjadi secara bersamaan.
Sifat kimia kalsium dan strontium memberikan contoh yang menarik tentang kesamaan golongan periodik. Strontium-90, isotop radioaktif, adalah produk utama dari ledakan bom atom. Jika sebuah bom atom meledak di atmosfer, strontium-90 yang terbentuk pada akhirnya akan mengendap di tanah dan air, dan itu akan mencapai tubuh kita melalui rantai makanan yang relatif pendek. Misalnya, jika sapi makan rumput yang terkontaminasi dan minum air yang terkontaminasi, mereka akan meneruskan strontium-90 dalam susu mereka. Karena kalsium dan strontium secara kimiawi serupa, ion Sr²⁺ dapat menggantikan ion Ca²⁺ dalam tulang kita. Paparan konstan tubuh terhadap radiasi energi tinggi yang dipancarkan oleh isotop strontium-90 dapat menyebabkan anemia, leukemia, dan penyakit kronis lainnya.
Unsur Golongan 3A (ns² np¹, n ≥ 2)
Anggota pertama Golongan 3A, boron, adalah metaloid; sisanya adalah logam (Gambar 8.16). Boron tidak membentuk senyawa ion biner dan tidak reaktif terhadap gas oksigen dan air. Unsur berikutnya, aluminium, dapat membentuk aluminium oksida ketika terkena udara:
4Al(s) + 3O₂(g) → 2Al₂O₃(s)
Aluminium yang memiliki lapisan pelindung aluminium oksida kurang reaktif dibandingkan aluminium unsur. Aluminium hanya membentuk ion tripositif. Bereaksi dengan asam klorida sebagai berikut:
2Al(s) + 6H⁺(aq) → 2Al³⁺(aq) + 3H₂(g)
Unsur logam Golongan 3A lainnya membentuk ion unipositif dan tripositif. Bergerak turun golongan, kita menemukan bahwa ion unipositive menjadi lebih stabil daripada ion tripositif.
Unsur logam dalam Golongan 3A juga membentuk banyak senyawa molekul. Sebagai contoh, aluminium bereaksi dengan hidrogen membentuk AlH₃, yang menyerupai BeH₂ dalam sifat-sifatnya. (Ini adalah contoh hubungan diagonal.) Jadi, dari kiri ke kanan melintasi tabel periodik, kita melihat pergeseran bertahap dari karakter logam ke karakter non logam dalam unsur yang representatif.
Gambar 8.16 Unsur Golongan 3A. Titik leleh rendah gallium (29,8°C) menyebabkannya meleleh saat dipegang.
Unsur Golongan 4A (ns² np², n ≥ 2)
Anggota pertama Golongan 4A, karbon, adalah bukan logam, dan dua anggota berikutnya, silikon dan germanium, adalah metaloid (Gambar 8.17). Unsur logam dari kelompok ini, timah dan timbal, tidak bereaksi dengan air, tetapi mereka bereaksi dengan asam (asam klorida, misalnya) untuk melepaskan gas hidrogen:
Unsur-unsur Golongan 4A membentuk senyawa-senyawa baik dalam keadaan oksidasi +2 dan +4. Untuk karbon dan silikon, oksidasi +4 adalah yang lebih stabil. Sebagai contoh, CO₂ lebih stabil daripada CO, dan SiO₂ adalah senyawa stabil, tetapi SiO tidak ada dalam kondisi normal. Namun, ketika kita bergerak turun dari golongan, kecenderungan stabilitas berbalik. Dalam senyawa timah, oksidasi +4 hanya sedikit lebih stabil daripada oksidasi +2. Dalam senyawa timbal, tingkat oksidasi +2 tidak diragukan lagi yang lebih stabil. Konfigurasi elektron terluar dari timbal adalah 6s² 6p², dan timbal cenderung kehilangan hanya elektron 6p (membentuk Pb²⁺) daripada elektron 6p dan 6s (membentuk Pb⁴⁺).
Gambar 8.17 Unsur Golongan 4A
Unsur Golongan 5A (ns² np³, n ≥ 2)
Unsur nitrogen adalah gas diatomik (N₂). Ini membentuk sejumlah oksida (NO, N₂O, NO₂, N₂O₄, dan N₂O₅), di mana hanya N₂O₅ yang merupakan padatan; yang lain adalah gas. Nitrogen memiliki kecenderungan untuk menerima tiga elektron untuk membentuk ion nitrida, N³⁻ (sehingga mencapai konfigurasi elektron 1s² 2s² 2p⁶, yang isoelektronik dengan neon). Sebagian besar nitrida logam (Li₃N dan Mg₃N₂, misalnya) adalah senyawa ionik. Fosfor ada sebagai molekul P₄. Ini membentuk dua oksida padat dengan rumus P₄O₆ dan P₄O₁₀. Asam okso- penting HNO₃ dan H₃PO₄ terbentuk ketika oksida berikut bereaksi dengan air:
Arsenik, antimon, dan bismut memiliki struktur tiga dimensi yang luas. Bismut adalah logam yang jauh lebih sedikit reaktif daripada logam dalam golongan sebelumnya.
Gambar 8.18 Unsur Golongan 5A. Molekul nitrogen adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau.
Unsur Golongan 6A (ns² np⁴, n ≥ 2)
Tiga anggota pertama Golongan 6A (oksigen, sulfur, dan selenium) adalah bukan logam, dan dua terakhir (telurium dan polonium) adalah metaloid (Gambar 8.19). Oksigen adalah gas diatomik; unsur sulfur dan selenium masing-masing memiliki rumus molekul S₈ dan Se₈; telurium dan polonium memiliki struktur tiga dimensi yang lebih luas. (Polonium, anggota terakhir, adalah unsur radioaktif yang sulit dipelajari di laboratorium.) Oksigen memiliki kecenderungan untuk menerima dua elektron untuk membentuk ion oksida (O²⁻) dalam banyak senyawa ionik. Belerang, selenium, dan telurium juga membentuk anion dinegatif (S²⁻, Se²⁻, dan Te²⁻). Unsur-unsur dalam golongan ini (terutama oksigen) membentuk sejumlah besar senyawa molekul dengan non logam. Senyawa sulfur yang penting adalah SO₂, SO₃, dan H₂S. Senyawa sulfur komersial yang paling penting adalah asam sulfat, yang terbentuk ketika sulfur trioksida bereaksi dengan air:
Gambar 8.19 Unsur Golongan 6A belerang, selenium, dan telurium. Molekul Oksigen adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Polonium (tidak ditampilkan) bersifat radioaktif.
Unsur Golongan 7A (ns² np⁵, n ≥ 2)
Semua halogen adalah non logam dengan rumus umum X₂, di mana X menunjukkan unsur halogen (Gambar 8.20). Karena reaktivitasnya yang kuat, halogen tidak pernah ditemukan dalam bentuk unsur di alam. (Anggota terakhir Golongan 7A, astatin, adalah unsur radioaktif. Sedikit yang diketahui tentang sifat-sifatnya.) Fluor sangat reaktif sehingga menyerang air menghasilkan oksigen:
Sebenarnya reaksi antara molekul fluor dan air cukup kompleks; produk yang terbentuk tergantung pada kondisi reaksi. Reaksi yang ditunjukkan di atas adalah salah satu dari beberapa kemungkinan perubahan.
Halogen memiliki energi ionisasi yang tinggi dan hubungan elektron positif yang besar. Anion yang berasal dari halogen (F₂, Cl₂, Br₂, dan I₂) disebut halida. Semuanya isoelektronik dengan gas mulia di sebelah kanannya dalam tabel periodik. Sebagai contoh, F₂ isoelektronik dengan Ne, Cl₂ dengan Ar, dan seterusnya. Sebagian besar dari halida logam alkali dan halida logam alkali tanah adalah senyawa ionik. Halogen juga membentuk banyak senyawa molekul di antara mereka sendiri (seperti ICl dan BrF₃) dan dengan unsur-unsur non logam dalam golongan lain (seperti NF₃, PCl₅, dan SF₆). Halogen bereaksi dengan hidrogen membentuk hidrogen halida:
Ketika reaksi ini melibatkan florin, ia meledak, tetapi menjadi semakin keras saat kita mengganti klorin, bromin, dan yodium. Hidrogen halida larut dalam air membentuk asam hidrohalat. Asam Hidroflorat atau asam florida (HF) adalah asam lemah (itu adalah elektrolit yang lemah), tetapi asam hidrohalat lainnya (HCl, HBr, dan HI) semuanya adalah asam kuat (elektrolit kuat).
Gambar 8.20 Unsur Golongan 7A, klor, brom, dan yodium. Fluor adalah gas berwarna hijau kehijauan yang menyerang peralatan gelas biasa. Astatin adalah unsur radioaktif.
Unsur Golongan 8A (ns² np⁶, n ≥ 2)
Semua gas mulia ada sebagai spesies monatomik (Gambar 8.21). Atom-atomnya memiliki kulit terluar ns dan np yang benar-benar terisi penuh, yang memberi mereka stabilitas besar. (Helium adalah 1s².) Energi ionisasi Golongan 8A adalah yang tertinggi di antara semua unsur, dan gas-gas ini tidak memiliki kecenderungan untuk menerima elektron tambahan. Selama bertahun-tahun unsur-unsur ini disebut gas inert, dan memang demikian. Sampai tahun 1963 tidak ada yang bisa menyiapkan senyawa yang mengandung unsur-unsur ini. Ahli kimia Inggris, Neil Bartlett, 'telah menghancurkan pandangan para ahli kimia tentang unsur-unsur ini ketika ia mengekspos xenon pada platinum heksaflorida, agen pengoksidasi yang kuat, dan menghasilkan reaksi berikut (Gambar 8.22):
Gambar 8.21 Semua gas mulia tidak berwarna dan tidak berbau. Gambar-gambar ini menunjukkan warna yang dipancarkan oleh gas dari tabung pelepas muatan.
Gambar 8.22 (a) Gas Xenon (tidak berwarna) dan PtF₆ (gas merah) terpisah satu sama lain. (b) Ketika dua gas dibiarkan bercampur, senyawa padat kuning-oranye terbentuk. Perhatikan bahwa produk pada awalnya diberikan rumus yang salah XePtF₆.
Perbandingan Unsur Golongan 1A dan 1B
Ketika kita membandingkan unsur Golongan 1A (logam alkali) dan unsur Golongan 1B (tembaga, perak, dan emas), kita sampai pada kesimpulan yang menarik. Meskipun logam dalam dua golongan ini memiliki konfigurasi elektron terluar yang serupa, dengan satu elektron di orbital terluar, sifat kimianya sangat berbeda.
Energi ionisasi pertama Cu, Ag, dan Au masing-masing adalah 745 kJ/mol, 731 kJ/mol, dan 890 kJ/mol. Karena nilai-nilai ini jauh lebih besar daripada logam alkali (lihat Tabel 8.2), unsur-unsur Golongan 1B jauh lebih kurang reaktif. Energi ionisasi yang lebih tinggi dari unsur-unsur Golongan 1B dihasilkan dari perisai inti yang tidak lengkap oleh elektron-elektron d dalam (dibandingkan dengan perisai yang lebih efektif dari inti gas mulia yang sepenuhnya berlapis). Akibatnya elektron terluar dari unsur-unsur ini lebih kuat tertarik oleh inti. Faktanya, tembaga, perak, dan emas sangat tidak reaktif sehingga biasanya ditemukan dalam keadaan tidak terkombinasi di alam. Kelambanan dan kelangkaan logam ini membuatnya berharga dalam pembuatan koin dan perhiasan. Untuk alasan ini, logam-logam ini juga disebut "logam koin." Perbedaan dalam sifat-sifat kimia antara unsur-unsur Golongan 2A (logam alkali tanah) dan logam-logam Golongan 2B (seng, kadmium, dan merkuri) dapat dijelaskan dengan cara yang sama.
Sifat-sifat Oksida di Suatu Periode
Salah satu cara untuk membandingkan sifat-sifat unsur yang representatif dalam suatu periode adalah dengan memeriksa sifat-sifat serangkaian senyawa yang serupa. Karena oksigen bergabung dengan hampir semua unsur, kita akan membandingkan sifat-sifat oksida dari unsur periode ketiga untuk melihat bagaimana logam berbeda dari metaloid dan nonlogam. Beberapa unsur pada periode ketiga (P, S, dan Cl) membentuk beberapa jenis oksida, tetapi untuk kesederhanaan kita hanya akan mempertimbangkan oksida-oksida yang unsur-unsurnya memiliki bilangan oksidasi tertinggi. Tabel 8.4 mencantumkan beberapa karakteristik umum oksida ini. Kita mengamati sebelumnya bahwa oksigen memiliki kecenderungan membentuk ion oksida. Kecenderungan ini sangat disukai ketika oksigen bergabung dengan logam yang memiliki energi ionisasi rendah, yaitu yang ada di Golongan 1A dan 2A, ditambah aluminium. Jadi, Na₂O, MgO, dan Al₂O₃ adalah senyawa ionik, seperti ditunjukkan oleh titik leleh dan titik didihnya yang tinggi. Mereka memiliki struktur tiga dimensi yang luas di mana setiap kation dikelilingi oleh sejumlah anion tertentu, dan sebaliknya. Ketika energi ionisasi unsur-unsur meningkat dari kiri ke kanan, demikian pula sifat molekul oksida yang terbentuk. Silikon adalah metaloid; oksida (SiO₂) juga memiliki jaringan tiga dimensi yang sangat besar, walaupun tidak ada ion. Oksida fosfor, sulfur, dan klorin adalah senyawa molekul yang tersusun dari unit-unit kecil yang terpisah. Daya tarik yang lemah di antara molekul-molekul ini menghasilkan titik leleh dan titik didih yang relatif rendah.
Sebagian besar oksida dapat diklasifikasikan sebagai asam atau basa tergantung pada apakah mereka menghasilkan asam atau basa ketika dilarutkan dalam air atau bereaksi sebagai asam atau basa dalam proses tertentu. Beberapa oksida bersifat amfoter, yang berarti oksida tersebut menunjukkan sifat asam dan sifat basa. Dua oksida pertama dari periode ketiga, Na₂O dan MgO, adalah oksida basa. Sebagai contoh, Na₂O bereaksi dengan air membentuk basa natrium hidroksida:
Magnesium oksida sangat tidak larut; itu tidak bereaksi dengan air sampai batas tertentu. Namun, ia bereaksi dengan asam dengan cara yang serupa dengan reaksi asam-basa:
Aluminium oksida bahkan lebih jarang larut daripada magnesium oksida; itu juga tidak bereaksi dengan air. Namun, itu menunjukkan sifat basa ketika bereaksi dengan asam:
Dengan demikian, Al₂O₃ diklasifikasikan sebagai oksida amfoter karena memiliki sifat asam dan sifat basa. Oksida amfoter lainnya adalah ZnO, BeO, dan Bi₂O₃.
Silikon dioksida tidak larut dan tidak bereaksi dengan air. Ini memiliki sifat asam, karena bereaksi dengan basa yang sangat pekat:
Untuk alasan ini, larutan pekat basa kuat dalam air seperti NaOH (aq) tidak boleh disimpan dalam gelas Pyrex, yang terbuat dari SiO₂.
Oksida periode ketiga yang tersisa bersifat asam. Mereka bereaksi dengan air membentuk asam fosfat (H₃PO₄), asam sulfat (H₂SO₄), dan asam perklorat (HClO₄):
Oksida tertentu seperti CO dan NO adalah netral; yaitu, keduanya tidak bereaksi dengan air menghasilkan larutan asam atau larutan basa. Secara umum, oksida yang mengandung unsur non logam tidak bersifat basa.
Pemeriksaan singkat oksida unsur periode ketiga ini menunjukkan bahwa karena sifat logam unsur menurun dari kiri ke kanan melintasi periode, oksidanya berubah dari basa menjadi amfoter menjadi asam. Oksida logam biasanya bersifat basa, dan sebagian besar oksida non logam bersifat asam. Sifat-sifat antara oksida (seperti yang ditunjukkan oleh oksida amfoter) ditunjukkan oleh unsur-unsur yang posisinya menengah dalam periode tersebut. Perhatikan juga bahwa karena karakter logam unsur-unsur meningkat dari atas ke bawah dalam golongan unsur yang representatif, kita akan mengharapkan oksida unsur dengan nomor atom yang lebih tinggi lebih mendasar daripada unsur yang lebih ringan. Ini memang masalahnya.
Contoh 8.6
Klasifikasikan oksida berikut sebagai asam, basa, atau amfoter:
(a) Rb₂O, (b) BeO, (c) As₂O₅.
Strategi
Apa jenis unsur yang membentuk oksida asam? oksida basa? oksida amfoter?
Penyelesaian
(a) Karena rubidium adalah logam alkali, kita berharap Rb₂O merupakan oksida basa.
(b) Berilium adalah logam alkali tanah. Namun, karena ini adalah anggota pertama Golongan 2A, kita berharap bahwa itu mungkin agak berbeda dari anggota golongan lainnya. Dalam teks kita melihat bahwa Al₂O₃ adalah amfoter. Karena berilium dan aluminium menunjukkan hubungan diagonal, BeO dapat menyerupai sifat Al₂O₃. Ternyata BeO juga merupakan oksida amfoter.
(c) Karena arsenik adalah non logam, kita berharap As₂O₅ merupakan oksida asam.
Latihan
Klasifikasikan oksida berikut sebagai asam, basa, atau amfoter:
(a) ZnO, (b) P₄O₁₀, (c) CaO.
Anggota pertama Golongan 4A, karbon, adalah bukan logam, dan dua anggota berikutnya, silikon dan germanium, adalah metaloid (Gambar 8.17). Unsur logam dari kelompok ini, timah dan timbal, tidak bereaksi dengan air, tetapi mereka bereaksi dengan asam (asam klorida, misalnya) untuk melepaskan gas hidrogen:
Sn(s) + 2H⁺(aq) → Sn²⁺(aq) + H₂(g)
Pb(s) + 2H⁺(aq) → Pb²⁺(aq) + H₂(g)
Unsur-unsur Golongan 4A membentuk senyawa-senyawa baik dalam keadaan oksidasi +2 dan +4. Untuk karbon dan silikon, oksidasi +4 adalah yang lebih stabil. Sebagai contoh, CO₂ lebih stabil daripada CO, dan SiO₂ adalah senyawa stabil, tetapi SiO tidak ada dalam kondisi normal. Namun, ketika kita bergerak turun dari golongan, kecenderungan stabilitas berbalik. Dalam senyawa timah, oksidasi +4 hanya sedikit lebih stabil daripada oksidasi +2. Dalam senyawa timbal, tingkat oksidasi +2 tidak diragukan lagi yang lebih stabil. Konfigurasi elektron terluar dari timbal adalah 6s² 6p², dan timbal cenderung kehilangan hanya elektron 6p (membentuk Pb²⁺) daripada elektron 6p dan 6s (membentuk Pb⁴⁺).
Unsur Golongan 5A (ns² np³, n ≥ 2)
Dalam Golongan 5A, nitrogen dan fosfor adalah non logam, arsenik dan antimon adalah metaloid, dan bismut adalah logam (Gambar 8.18). Dengan demikian, kita mengharapkan variasi sifat yang lebih besar di dalam golongan.
Unsur nitrogen adalah gas diatomik (N₂). Ini membentuk sejumlah oksida (NO, N₂O, NO₂, N₂O₄, dan N₂O₅), di mana hanya N₂O₅ yang merupakan padatan; yang lain adalah gas. Nitrogen memiliki kecenderungan untuk menerima tiga elektron untuk membentuk ion nitrida, N³⁻ (sehingga mencapai konfigurasi elektron 1s² 2s² 2p⁶, yang isoelektronik dengan neon). Sebagian besar nitrida logam (Li₃N dan Mg₃N₂, misalnya) adalah senyawa ionik. Fosfor ada sebagai molekul P₄. Ini membentuk dua oksida padat dengan rumus P₄O₆ dan P₄O₁₀. Asam okso- penting HNO₃ dan H₃PO₄ terbentuk ketika oksida berikut bereaksi dengan air:
N₂O₅(s) + H₂O(l) → 2H(NO)₃(aq)
P₄O₁₀(s) + 6H₂O(l) → 4H₃PO₄(aq)
Arsenik, antimon, dan bismut memiliki struktur tiga dimensi yang luas. Bismut adalah logam yang jauh lebih sedikit reaktif daripada logam dalam golongan sebelumnya.
Unsur Golongan 6A (ns² np⁴, n ≥ 2)
Tiga anggota pertama Golongan 6A (oksigen, sulfur, dan selenium) adalah bukan logam, dan dua terakhir (telurium dan polonium) adalah metaloid (Gambar 8.19). Oksigen adalah gas diatomik; unsur sulfur dan selenium masing-masing memiliki rumus molekul S₈ dan Se₈; telurium dan polonium memiliki struktur tiga dimensi yang lebih luas. (Polonium, anggota terakhir, adalah unsur radioaktif yang sulit dipelajari di laboratorium.) Oksigen memiliki kecenderungan untuk menerima dua elektron untuk membentuk ion oksida (O²⁻) dalam banyak senyawa ionik. Belerang, selenium, dan telurium juga membentuk anion dinegatif (S²⁻, Se²⁻, dan Te²⁻). Unsur-unsur dalam golongan ini (terutama oksigen) membentuk sejumlah besar senyawa molekul dengan non logam. Senyawa sulfur yang penting adalah SO₂, SO₃, dan H₂S. Senyawa sulfur komersial yang paling penting adalah asam sulfat, yang terbentuk ketika sulfur trioksida bereaksi dengan air:
SO₃(g) + H₂O(l) → H₂SO₄(aq)
Unsur Golongan 7A (ns² np⁵, n ≥ 2)
Semua halogen adalah non logam dengan rumus umum X₂, di mana X menunjukkan unsur halogen (Gambar 8.20). Karena reaktivitasnya yang kuat, halogen tidak pernah ditemukan dalam bentuk unsur di alam. (Anggota terakhir Golongan 7A, astatin, adalah unsur radioaktif. Sedikit yang diketahui tentang sifat-sifatnya.) Fluor sangat reaktif sehingga menyerang air menghasilkan oksigen:
2F₂(g) + 2H₂O(l) → 4HF(aq) + O₂(g)
Halogen memiliki energi ionisasi yang tinggi dan hubungan elektron positif yang besar. Anion yang berasal dari halogen (F₂, Cl₂, Br₂, dan I₂) disebut halida. Semuanya isoelektronik dengan gas mulia di sebelah kanannya dalam tabel periodik. Sebagai contoh, F₂ isoelektronik dengan Ne, Cl₂ dengan Ar, dan seterusnya. Sebagian besar dari halida logam alkali dan halida logam alkali tanah adalah senyawa ionik. Halogen juga membentuk banyak senyawa molekul di antara mereka sendiri (seperti ICl dan BrF₃) dan dengan unsur-unsur non logam dalam golongan lain (seperti NF₃, PCl₅, dan SF₆). Halogen bereaksi dengan hidrogen membentuk hidrogen halida:
H₂(g) + X₂(g) → 2HX(g)
Ketika reaksi ini melibatkan florin, ia meledak, tetapi menjadi semakin keras saat kita mengganti klorin, bromin, dan yodium. Hidrogen halida larut dalam air membentuk asam hidrohalat. Asam Hidroflorat atau asam florida (HF) adalah asam lemah (itu adalah elektrolit yang lemah), tetapi asam hidrohalat lainnya (HCl, HBr, dan HI) semuanya adalah asam kuat (elektrolit kuat).
Unsur Golongan 8A (ns² np⁶, n ≥ 2)
Semua gas mulia ada sebagai spesies monatomik (Gambar 8.21). Atom-atomnya memiliki kulit terluar ns dan np yang benar-benar terisi penuh, yang memberi mereka stabilitas besar. (Helium adalah 1s².) Energi ionisasi Golongan 8A adalah yang tertinggi di antara semua unsur, dan gas-gas ini tidak memiliki kecenderungan untuk menerima elektron tambahan. Selama bertahun-tahun unsur-unsur ini disebut gas inert, dan memang demikian. Sampai tahun 1963 tidak ada yang bisa menyiapkan senyawa yang mengandung unsur-unsur ini. Ahli kimia Inggris, Neil Bartlett, 'telah menghancurkan pandangan para ahli kimia tentang unsur-unsur ini ketika ia mengekspos xenon pada platinum heksaflorida, agen pengoksidasi yang kuat, dan menghasilkan reaksi berikut (Gambar 8.22):
Xe(g) + 2PtF₆(g) → XeF⁺Pt₂F⁻₁₁(s)
Sejak itu, sejumlah senyawa xenon (XeF₄, XeO₃, XeO₄, XeOF₄) dan beberapa senyawa kripton (KrF₂, misalnya) telah disiapkan (Gambar 8.23). Meskipun minat besar dalam kimiawi gas mulia, senyawa mereka tidak memiliki aplikasi komersial utama, dan mereka tidak terlibat dalam proses biologis alami. Tidak ada senyawa helium dan neon yang diketahui.
Perbandingan Unsur Golongan 1A dan 1B
Ketika kita membandingkan unsur Golongan 1A (logam alkali) dan unsur Golongan 1B (tembaga, perak, dan emas), kita sampai pada kesimpulan yang menarik. Meskipun logam dalam dua golongan ini memiliki konfigurasi elektron terluar yang serupa, dengan satu elektron di orbital terluar, sifat kimianya sangat berbeda.
Energi ionisasi pertama Cu, Ag, dan Au masing-masing adalah 745 kJ/mol, 731 kJ/mol, dan 890 kJ/mol. Karena nilai-nilai ini jauh lebih besar daripada logam alkali (lihat Tabel 8.2), unsur-unsur Golongan 1B jauh lebih kurang reaktif. Energi ionisasi yang lebih tinggi dari unsur-unsur Golongan 1B dihasilkan dari perisai inti yang tidak lengkap oleh elektron-elektron d dalam (dibandingkan dengan perisai yang lebih efektif dari inti gas mulia yang sepenuhnya berlapis). Akibatnya elektron terluar dari unsur-unsur ini lebih kuat tertarik oleh inti. Faktanya, tembaga, perak, dan emas sangat tidak reaktif sehingga biasanya ditemukan dalam keadaan tidak terkombinasi di alam. Kelambanan dan kelangkaan logam ini membuatnya berharga dalam pembuatan koin dan perhiasan. Untuk alasan ini, logam-logam ini juga disebut "logam koin." Perbedaan dalam sifat-sifat kimia antara unsur-unsur Golongan 2A (logam alkali tanah) dan logam-logam Golongan 2B (seng, kadmium, dan merkuri) dapat dijelaskan dengan cara yang sama.
Gambar 8.23 Kristal xenon tetraflorida (XeF₄).
Sifat-sifat Oksida di Suatu Periode
Salah satu cara untuk membandingkan sifat-sifat unsur yang representatif dalam suatu periode adalah dengan memeriksa sifat-sifat serangkaian senyawa yang serupa. Karena oksigen bergabung dengan hampir semua unsur, kita akan membandingkan sifat-sifat oksida dari unsur periode ketiga untuk melihat bagaimana logam berbeda dari metaloid dan nonlogam. Beberapa unsur pada periode ketiga (P, S, dan Cl) membentuk beberapa jenis oksida, tetapi untuk kesederhanaan kita hanya akan mempertimbangkan oksida-oksida yang unsur-unsurnya memiliki bilangan oksidasi tertinggi. Tabel 8.4 mencantumkan beberapa karakteristik umum oksida ini. Kita mengamati sebelumnya bahwa oksigen memiliki kecenderungan membentuk ion oksida. Kecenderungan ini sangat disukai ketika oksigen bergabung dengan logam yang memiliki energi ionisasi rendah, yaitu yang ada di Golongan 1A dan 2A, ditambah aluminium. Jadi, Na₂O, MgO, dan Al₂O₃ adalah senyawa ionik, seperti ditunjukkan oleh titik leleh dan titik didihnya yang tinggi. Mereka memiliki struktur tiga dimensi yang luas di mana setiap kation dikelilingi oleh sejumlah anion tertentu, dan sebaliknya. Ketika energi ionisasi unsur-unsur meningkat dari kiri ke kanan, demikian pula sifat molekul oksida yang terbentuk. Silikon adalah metaloid; oksida (SiO₂) juga memiliki jaringan tiga dimensi yang sangat besar, walaupun tidak ada ion. Oksida fosfor, sulfur, dan klorin adalah senyawa molekul yang tersusun dari unit-unit kecil yang terpisah. Daya tarik yang lemah di antara molekul-molekul ini menghasilkan titik leleh dan titik didih yang relatif rendah.
Sebagian besar oksida dapat diklasifikasikan sebagai asam atau basa tergantung pada apakah mereka menghasilkan asam atau basa ketika dilarutkan dalam air atau bereaksi sebagai asam atau basa dalam proses tertentu. Beberapa oksida bersifat amfoter, yang berarti oksida tersebut menunjukkan sifat asam dan sifat basa. Dua oksida pertama dari periode ketiga, Na₂O dan MgO, adalah oksida basa. Sebagai contoh, Na₂O bereaksi dengan air membentuk basa natrium hidroksida:
Na₂O(s) + H₂O(l) → 2NaOH(aq)
Magnesium oksida sangat tidak larut; itu tidak bereaksi dengan air sampai batas tertentu. Namun, ia bereaksi dengan asam dengan cara yang serupa dengan reaksi asam-basa:
MgO(s) + HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂O(l)
Perhatikan bahwa produk dari reaksi ini adalah garam (MgCl₂) dan air, produk yang biasa digunakan untuk netralisasi asam basa.Aluminium oksida bahkan lebih jarang larut daripada magnesium oksida; itu juga tidak bereaksi dengan air. Namun, itu menunjukkan sifat basa ketika bereaksi dengan asam:
Al₂O₃(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl₃(aq) + 3H₂O(l)
Ini juga menunjukkan sifat asam ketika bereaksi dengan basa:
Al₂O₃(s) + 2NaOH(aq) + 3H₂O(l) → 2NaAl(OH)₄(aq)
Dengan demikian, Al₂O₃ diklasifikasikan sebagai oksida amfoter karena memiliki sifat asam dan sifat basa. Oksida amfoter lainnya adalah ZnO, BeO, dan Bi₂O₃.
Silikon dioksida tidak larut dan tidak bereaksi dengan air. Ini memiliki sifat asam, karena bereaksi dengan basa yang sangat pekat:
SiO₂(s) + 2NaOH(aq) → Na₂SiO₃(aq) + H₂O(l)
Untuk alasan ini, larutan pekat basa kuat dalam air seperti NaOH (aq) tidak boleh disimpan dalam gelas Pyrex, yang terbuat dari SiO₂.
Oksida periode ketiga yang tersisa bersifat asam. Mereka bereaksi dengan air membentuk asam fosfat (H₃PO₄), asam sulfat (H₂SO₄), dan asam perklorat (HClO₄):
P₄O₁₀(s) + 6H₂O(l) → 4H₃PO₄(aq)
SO₃(g) + H₂O(l) → H₂SO₄(aq)
Cl₂O₇(g) + H₂O(l) → 2HClO₄(aq)
Pemeriksaan singkat oksida unsur periode ketiga ini menunjukkan bahwa karena sifat logam unsur menurun dari kiri ke kanan melintasi periode, oksidanya berubah dari basa menjadi amfoter menjadi asam. Oksida logam biasanya bersifat basa, dan sebagian besar oksida non logam bersifat asam. Sifat-sifat antara oksida (seperti yang ditunjukkan oleh oksida amfoter) ditunjukkan oleh unsur-unsur yang posisinya menengah dalam periode tersebut. Perhatikan juga bahwa karena karakter logam unsur-unsur meningkat dari atas ke bawah dalam golongan unsur yang representatif, kita akan mengharapkan oksida unsur dengan nomor atom yang lebih tinggi lebih mendasar daripada unsur yang lebih ringan. Ini memang masalahnya.
Contoh 8.6
Klasifikasikan oksida berikut sebagai asam, basa, atau amfoter:
(a) Rb₂O, (b) BeO, (c) As₂O₅.
Strategi
Apa jenis unsur yang membentuk oksida asam? oksida basa? oksida amfoter?
Penyelesaian
(a) Karena rubidium adalah logam alkali, kita berharap Rb₂O merupakan oksida basa.
(b) Berilium adalah logam alkali tanah. Namun, karena ini adalah anggota pertama Golongan 2A, kita berharap bahwa itu mungkin agak berbeda dari anggota golongan lainnya. Dalam teks kita melihat bahwa Al₂O₃ adalah amfoter. Karena berilium dan aluminium menunjukkan hubungan diagonal, BeO dapat menyerupai sifat Al₂O₃. Ternyata BeO juga merupakan oksida amfoter.
(c) Karena arsenik adalah non logam, kita berharap As₂O₅ merupakan oksida asam.
Latihan
Klasifikasikan oksida berikut sebagai asam, basa, atau amfoter:
(a) ZnO, (b) P₄O₁₀, (c) CaO.
No comments:
Post a Comment
Note: Only a member of this blog may post a comment.