Group 2 · ⁨Golongan 2⁩ (A Level) — A-Level Chemistry · ⁨Kimia A-Level⁩ (9701) Revision Notes · ⁨Catatan Revisi Group 2 · ⁨Golongan 2⁩ (A Level) — A-Level Chemistry

27.1

Thermal stability of the nitrates and carbonates · ⁨Stabilitas termal nitrat dan karbonat⁩

Syllabus · ⁨Silabus⁩

English

describe and explain qualitatively the trend in the thermal stability of the nitrates and carbonates including the effect of ionic radius on the polarisation of the large anion
describe and explain qualitatively the variation in solubility and of enthalpy change of solution, $\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}}$, of the hydroxides and sulfates in terms of relative magnitudes of the enthalpy change of hydration and the lattice energy

Bahasa Indonesia

deskripsikan dan jelaskan secara kualitatif tren stabilitas termal nitrat dan karbonat termasuk efek jari-jari ion terhadap polarisasi anion besar
deskripsikan dan jelaskan secara kualitatif variasi kelarutan dan entalpi pelarutan, $\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}}$, hidroksida dan sulfat berdasarkan besaran relatif entalpi hidrasi dan energi kisi

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Sumber: Silabus Cambridge International⁩

English

The thermal stability 热稳定性 of the Group 2 nitrates 硝酸盐 and carbonates 碳酸盐 increases down the group. Here is the reason, in terms of how the ions affect each other.

A small cation 阳离子 with a small ionic radius 离子半径 has a high charge density. It pulls on the electrons of the nearby anion and distorts its shape — this is polarisation 极化. Distorting the large anion 阴离子 (the carbonate or nitrate ion) weakens a bond inside it, so the compound breaks down more easily.

Going down the group, the cation gets larger. Its charge density drops, so it polarises the anion less. The anion is less distorted, so the compound is harder to break down — it is more thermally stable and needs a higher temperature to decompose.

Worked example. Down Group 2 the hydroxides become more soluble while the sulfates become less soluble. Explain why the two trends run in opposite directions. Solubility is a contest between the lattice energy holding the solid together and the hydration energy rewarding the ions for dissolving. Both get less exothermic as the cation grows, so whichever falls faster decides the trend. With the small hydroxide ion, the lattice energy depends strongly on the cation's size, so it falls faster than the hydration energy: the lattice gets relatively easier to break and solubility rises. With the large sulfate ion, the lattice energy is already dominated by that big anion and barely changes down the group, while the cation's hydration energy still falls - so solubility falls. Name both energies and say which one falls faster; simply restating the trends earns no explanation marks.

Bahasa Indonesia

Stabilitas termal Group 2 nitrat dan karbonat meningkat ke bawah grup. Berikut alasannya, dalam hal bagaimana ion-ion mempengaruhi satu sama lain.

Kiln berputar di sebuah kilang kapur — Pemanangan batu kapur (kalsium karbonat) dalam kiln menguraikannya menjadi kalsium oksida — sebuah dekomposisi termal

Kation kecil dengan jari-jari ionik kecil memiliki kerapatan muatan tinggi. Ia menarik elektron anion tetangga dan mendistorsi bentuknya — ini adalah polarisasi. Mendistorsi anion besar (ion karbonat atau nitrat) melemahkan ikatan di dalamnya, sehingga senyawa lebih mudah terurai.

Turun ke bawah dalam golongan, kation menjadi lebih besar. Kerapatan muatannya turun, sehingga ia memolarisasi anion lebih sedikit. Anion kurang terdistorsi, sehingga senyawa lebih sulit diuraikan — lebih stabil secara termal dan memerlukan suhu lebih tinggi untuk terdekomposisi.

Dua skenario: kation magnesium kecil mendistorsi kuat awan elektron anion karbonat menjadi bentuk tetesan air, sementara kation barium besar hampir tidak mendistorsinya — Kation kecil memiliki kerapatan muatan tinggi, sehingga mendistorsi (memolarisasi) anion besar lebih banyak — melemahkannya, sehingga senyawa kurang stabil

Contoh terpecahkan. Turun Group 2, hidroksida menjadi lebih larut sementara sulfat menjadi kurang larut. Jelaskan mengapa dua tren berjalan berlawanan arah. Kelarutan adalah persaingan antara energi kisi yang mengikat padatan dan energi hidrasi yang memberikan imbalan bagi ion untuk melarut. Keduanya menjadi kurang eksotermis saat kation membesar, jadi mana yang turun lebih cepat menentukan tren. Dengan ion hidroksida kecil, energi kisi sangat bergantung pada ukuran kation, sehingga turun lebih cepat daripada energi hidrasi: kisi relatif lebih mudah dipecah dan kelarutan naik. Dengan ion sulfat besar, energi kisi sudah didominasi oleh anion besar tersebut dan hampir tidak berubah turun golongan, sementara energi hidrasi kation tetap turun — sehingga kelarutan turun. Sebutkan kedua energi dan katakan mana yang turun lebih cepat; sekadar mengulang tren tidak mendapat nilai penjelasan.

Explore · ⁨Jelajahi⁩

Group 2 thermal stability ladder · ⁨Tangga kestabilan haba Kumpulan 2⁩

Move down Group 2 and see why carbonates become harder to decompose. · ⁨Turun ke bawah Kumpulan 2 dan lihat mengapa karbonat menjadi lebih sukar untuk terurai.⁩

Explore · ⁨Jelajahi⁩

Group 2 solubility lab · ⁨Makmal kelarutan Kumpulan 2⁩

Classify Group 2 compounds by solubility trend. · ⁨Klasifikasikan sebatian Kumpulan 2 mengikut trend kelarutan.⁩

Vocabulary · ⁨Kosa kata⁩ Train · ⁨Latih⁩

English	Bahasa Indonesia
thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/	kestabilan haba
nitrate/ˈnaɪtreɪt/	nitrat
carbonate/ˈkɑːbəneɪt/	karbonat
cation/ˈkætaɪən/	kation
ionic radius/aɪˈɒnɪk ˈreɪdɪəs/	jejari ionik
polarisation/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/	polarisasi
anion/ˈænaɪən/	anion
enthalpy change of solution/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv səˈluːʃn/	perubahan entalpi pelarutan
lattice energy/ˈlætɪs ˈenədʒi/	energi kisi
enthalpy change of hydration/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv haɪˈdreɪʃn/	perubahan entalpi hidrasi

27.1

Solubility of the hydroxides and sulfates · ⁨Kelarutan hidroksida dan sulfat⁩

English

When an ionic solid dissolves, two energy changes compete. The enthalpy change of solution 溶解焓变 is the sum of them:

$$\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}} = -\Delta H_{\text{latt}} + \Delta H_{\text{hyd}}$$

you must first pull the lattice apart (this needs the lattice energy 晶格能).
then water surrounds the ions (this releases the enthalpy change of hydration 水合焓变).

If the energy released on hydration roughly matches (or beats) the energy needed to break the lattice, the solid dissolves easily.

Going down the group, both the lattice energy and the hydration enthalpy get smaller (less negative), because the cation is larger. But they shrink at different rates, and this explains the opposite trends:

Compound	Trend in solubility 溶解度 down the group	Why
hydroxides 氢氧化物	increases	the $\text{OH}^-$ ion is small, so the lattice energy falls a lot down the group; this change outweighs the fall in hydration energy
sulfates 硫酸盐	decreases	the $\text{SO}_4^{2-}$ ion is large, so the lattice energy stays almost the same; the fall in hydration energy then dominates, so dissolving becomes less favourable

Bahasa Indonesia

Ketika padatan ionik melarut, terjadi dua perubahan energi. Perubahan entalpi pelarutan adalah jumlah keduanya:

Turun Group 2 hidroksida semakin larut tetapi sulfat semakin tidak larut — Turun Golongan 2 hidroksida semakin larut tetapi sulfat semakin tidak larut

$$\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}} = -\Delta H_{\text{latt}} + \Delta H_{\text{hyd}}$$

Anda harus terlebih dahulu memecah kisi (ini membutuhkan energi kisi).
kemudian air mengelilingi ion (ini melepaskan perubahan entalpi hidrasi).

Jika energi yang dilepas pada hidrasi kira-kira sesuai (atau melebihi) energi yang dibutuhkan untuk memecah kisi, padatan akan mudah melarut.

Presipitat hidroksida tembaga(II) berwarna biru muda berbentuk gelatinous — Hidroksida logam yang tidak larut terbentuk sebagai presipitat gelatinosa ketika energi kisinya terlalu besar untuk dikompensasi oleh hidrasi

Turun golongan, baik energi kisi maupun entalpi hidrasi menjadi lebih kecil (kurang negatif), karena kation lebih besar. Namun mereka menyusut dengan laju berbeda, dan ini menjelaskan tren yang berlawanan:

Dua kotak membandingkan hidroksida dan sulfat: untuk hidroksida energi kisi turun banyak, untuk sulfat tetap konstan, menghasilkan tren kelarutan berlawanan — Mengapa trennya berlawanan: energi kisi OH$^-$ yang kecil turun drastis sepanjang golongan (hidroksida semakin larut), tetapi energi kisi SO$_4^{2-}$ yang besar hampir tidak berubah (sulfat semakin sukar larut)

Senyawa	Tren kelarutan turun golongan	Mengapa
hidroksida	meningkat	ion $\text{OH}^-$ kecil, sehingga energi kisi turun drastis sepanjang golongan; perubahan ini melebihi penurunan energi hidrasi
sulfat	menurun	ion $\text{SO}_4^{2-}$ besar, sehingga energi kisi hampir tetap; penurunan energi hidrasi kemudian mendominasi, sehingga pelarutan menjadi kurang menguntungkan

Vocabulary · ⁨Kosa kata⁩ Train · ⁨Latih⁩

English	Bahasa Indonesia
solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/	kebolehlarutan
hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/	hidroksida
sulfate/ˈsʌlfeɪt/	sulfat

27.1

Exam tips · ⁨Tips ujian⁩

English

Thermal stability of carbonates and nitrates increases down the group — larger cations polarise the anion less.
Give the decomposition products: carbonates → oxide + $\text{CO}_2$; nitrates → oxide + $\text{NO}_2$ + $\text{O}_2$ (brown gas).
Hydroxides get more soluble and sulfates less soluble down the group.
Explain trends with cation charge density (polarising power), not just size.

Bahasa Indonesia

Stabilitas termal karbonat dan nitrat meningkat turun golongan — kation yang lebih besar memolarisasi anion lebih sedikit.
Sebutkan produk dekomposisi: karbonat → oksida + $\text{CO}_2$; nitrat → oksida + $\text{NO}_2$ + $\text{O}_2$ (gas cokelat).
Hidroksida menjadi lebih larut dan sulfat kurang larut turun golongan.
Jelaskan tren dengan kerapatan muatan kation (daya polarisasi), bukan hanya ukuran.