International Baccalaureate · IB Diploma · Chemistry · SL · Topik 6
Lembar kerja ini mengajarkan Struktur 2.1, Model ionik, untuk mata pelajaran yang pertama kali diujikan pada 2025. Seluruh materi termasuk SL dan HL.
Prasyarat: konfigurasi elektron dan kelompok tabel periodik dari Struktur 1.3. Anda akan menggunakan nilai entalpi kisi dari buku data.
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| ionic model/aɪˈɒnɪk ˈmɒdl/ | model ionik |
| ion/ˈaɪɒn/ | Ion |
| cation/ˈkætaɪən/ | Kation |
Dua elektroda dimasukkan ke dalam garam meja padat dan tidak ada arus yang mengalir. Lelehkan garam tersebut, atau larutkan dalam air, dan ia akan menghantarkan listrik seketika. Tidak ada zat yang ditambahkan: partikel-partikel yang sama masih ada. Model ionik menjelaskan fenomena ini dengan satu gagasan: garam terdiri dari partikel bermuatan yang terkunci pada tempatnya dalam bentuk padat dan bebas bergerak dalam bentuk cair.
Ion adalah atom atau kelompok atom yang memiliki muatan listrik. Atom membentuk ion dengan melepaskan atau menerima elektron hingga mencapai konfigurasi stabil, biasanya sesuai dengan konfigurasi gas mulia.
Dalam senyawa ionik, elektron yang dilepas oleh logam adalah elektron yang diterima oleh non-logam, sehingga total muatannya nol.
Untuk unsur golongan utama, nomor golongan menunjukkan muatan:
| Kumpulan | 1 | 2 | 13 | 15 | 16 | 17 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Elektron dilepas atau diterima | melepas 1 | melepas 2 | melepas 3 | menerima 3 | menerima 2 | menerima 1 |
| Muatan ion | $+1$ | $+2$ | $+3$ | $-3$ | $-2$ | $-1$ |
| Contoh | $\text{Li}^{+}$ | $\text{Mg}^{2+}$ | $\text{Al}^{3+}$ | $\text{N}^{3-}$ | $\text{O}^{2-}$ | $\text{F}^{-}$ |
Unsur transisi dapat membentuk ion dengan berbagai muatan, sehingga nama memberikan muatan dalam angka Romawi: besi(II) adalah $\text{Fe}^{2+}$ dan besi(III) adalah $\text{Fe}^{3+}$; tembaga(I) adalah $\text{Cu}^{+}$ dan tembaga(II) adalah $\text{Cu}^{2+}$.
Ion poliatomik adalah kelompok atom yang terikat kovalen dan membawa muatan keseluruhan. Hafalkan ion-ion berikut:
| Ion | Rumus | Ion | Rumus |
|---|---|---|---|
| amonium | $\text{NH}_4^{+}$ | karbonat | $\text{CO}_3^{2-}$ |
| hidroksida | $\text{OH}^{-}$ | hidrokarbonat | $\text{HCO}_3^{-}$ |
| nitrat | $\text{NO}_3^{-}$ | sulfat | $\text{SO}_4^{2-}$ |
| fosfat | $\text{PO}_4^{3-}$ |
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| anion/ˈænaɪən/ | Anion |
| transition element/trænˈsɪʃn ˈelɪmənt/ | unsur transisi |
| polyatomic ion | Ion poliatomik |
| ionic bond/aɪˈɒnɪk bɒnd/ | ikatan ion |
| electrostatic attraction/ɪˌlektrəʊˈstætɪk əˈtrækʃn/ | Tarikan elektrostatik |
| electronegativity/ɪˌlektrəʊŋɡəˈtɪvɪti/ | Kelektronegatifan |
Ikatan ion adalah tarik-menarik elektrostatik antara ion-ion yang bermuatan berlawanan. Tarikan ini bekerja ke segala arah, sehingga setiap ion menarik semua ion bermuatan berlawanan di sekitarnya, bukan hanya satu pasangan.
Pembentukan ikatan ion terjadi antara unsur dengan perbedaan elektronegatifitas yang besar: biasanya logam di sisi kiri tabel periodik dan non-logam di sisi kanan. Semakin besar perbedaannya, semakin bersifat ionik ikatan tersebut. (Struktur 2.4 menunjukkan ikatan sebagai skala, bukan tiga kotak terpisah.)
Rumus kimia menunjukkan rasio terendah ion-ion yang menghasilkan total muatan nol.
| Ion | Keseimbangan Muatan | Rumus Kimia | Nama |
|---|---|---|---|
| $\text{Na}^{+}$, $\text{Cl}^{-}$ | $1 \times (+1) + 1 \times (-1) = 0$ | NaCl | natrium klorida |
| $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Cl}^{-}$ | $1 \times (+2) + 2 \times (-1) = 0$ | $\text{MgCl}_2$ | magnesium klorida |
| $\text{Al}^{3+}$, $\text{O}^{2-}$ | $2 \times (+3) + 3 \times (-2) = 0$ | $\text{Al}_2\text{O}_3$ | aluminium oksida |
| $\text{Ca}^{2+}$, $\text{NO}_3^{-}$ | $1 \times (+2) + 2 \times (-1) = 0$ | $\text{Ca(NO}_3)_2$ | kalsium nitrat |
| $\text{NH}_4^{+}$, $\text{SO}_4^{2-}$ | $2 \times (+1) + 1 \times (-2) = 0$ | $(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$ | amonium sulfat |
Sebutkan kation terlebih dahulu, kemudian anion. Anion sederhana diakhiri dengan -ide: klorida, oksida, nitrida, sulfida. Ion poliatomik mempertahankan namanya sendiri: sulfat, nitrat. Berikan muatan logam transisi dalam angka Romawi: $\text{FeCl}_3$ adalah besi(III) klorida.
Senyawa ion tidak membentuk molekul. Ion-ion tersusun dalam susunan tiga dimensi yang teratur dan berulang yang disebut kisi. Rumus NaCl hanya memberikan rasio ion, yaitu 1 : 1, bukan sebuah molekul.
Dalam natrium klorida, setiap ion $\text{Na}^{+}$ dikelilingi oleh enam ion $\text{Cl}^{-}$, dan setiap ion $\text{Cl}^{-}$ dikelilingi oleh enam ion $\text{Na}^{+}$.
*Setiap ion dikelilingi oleh ion bermuatan berlawanan: ikatan ionik bekerja ke segala arah
Entalpi kisi adalah perubahan entalpi ketika satu mol senyawa ionik padat dipisahkan menjadi ion-ion gas:
Memecah daya tarik selalu memerlukan energi, sehingga entalpi kisi selalu positif (endoterm). Nilai yang lebih besar berarti ikatan ionik lebih kuat.
Dua faktor menentukan besarnya nilai ini, karena daya tarik antara dua ion lebih kuat ketika muatannya lebih besar dan ion-ion berada lebih dekat:
| Senyawa | Ion | Entalpi kisi / $\text{kJ mol}^{-1}$ | Alasan |
|---|---|---|---|
| KCl | $\text{K}^{+}$, $\text{Cl}^{-}$ | 720 | $\text{K}^{+}$ lebih besar daripada $\text{Na}^{+}$ |
| NaCl | $\text{Na}^{+}$, $\text{Cl}^{-}$ | 790 | referensi |
| NaF | $\text{Na}^{+}$, $\text{F}^{-}$ | 930 | $\text{F}^{-}$ lebih kecil daripada $\text{Cl}^{-}$ |
| MgO | $\text{Mg}^{2+}$, $\text{O}^{2-}$ | 3791 | kedua muatan digandakan |
*Menggandakan kedua muatan memberikan efek jauh lebih besar daripada mengubah jari-jari
Contoh terpecahkan. Jelaskan mengapa magnesium oksida melebur pada suhu $2852\ ^{\circ}\text{C}$ tetapi natrium klorida melebur pada suhu $801\ ^{\circ}\text{C}$.
Keduanya merupakan kisi ionik raksasa, sehingga melebur berarti mengatasi daya tarik elektrostatik antar ion. $\text{Mg}^{2+}$ dan $\text{O}^{2-}$ membawa muatan dua kali lipatnya $\text{Na}^{+}$ dan $\text{Cl}^{-}$, dan juga ukurannya lebih kecil. Jadi daya tarik antar ion jauh lebih kuat, entalpi kisi jauh lebih besar (3791 berbanding $790\ \text{kJ mol}^{-1}$), dan diperlukan lebih banyak energi untuk memisahkan ion-ion tersebut.
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| lattice/ˈlætɪs/ | kisi-kisi |
| lattice enthalpy | Entalpi kisi |
| volatility/ˌvɒləˈtɪlɪti/ | Volatilitas |
Untuk menjelaskan sifat apa pun, sebutkan struktur, partikel, gaya di antaranya, dan apakah terdapat partikel bermuatan bebas.
| Sifat | Perilaku Umum | Penjelasan |
|---|---|---|
| titik lebur dan didih | tinggi; volatilitas rendah | banyak ikatan elektrostatik kuat dalam kisi raksasa harus diatasi |
| konduktivitas listrik | tidak ada sebagai padatan; menghantarkan saat cair atau dalam larutan | ion terikat tetap pada padatan; mereka dapat bergerak dan membawa muatan saat cair atau larut |
| kelarutan | sering larut dalam air, tidak larut dalam pelarut non-polar seperti heksana | molekul air yang polar menarik dan mengelilingi ion; molekul non-polar tidak dapat melakukannya |
| rapuh | hancur saat dipukul | pukulan menggeser lapisan sehingga muatan sejenis berbaris dan tolak-menolak |
Perhatikan bahwa senyawa ionik menghantarkan listrik melalui pergerakan ion, bukan pergerakan elektron. Elektroisis garam cair menunjukkan hal ini: ion bergerak ke elektroda dan dilepaskan di sana.
Satu sifat saja jarang membuktikan struktur. Padatan kovalen raksasa seperti silikon dioksida juga memiliki titik lebur sangat tinggi, dan beberapa zat molekuler sederhana larut dalam air. carilah pola lengkap: titik lebur tinggi, dan tidak menghantarkan sebagai padatan, dan menghantarkan saat cair.
Contoh terpecahkan. Zat X melebur pada $801\ ^{\circ}\text{C}$, tidak menghantarkan sebagai padatan, menghantarkan saat cair, dan larut dalam air. Zat Y melebur pada $60\ ^{\circ}\text{C}$ dan tidak menghantarkan sebagai padatan maupun cairan. Manakah yang bersifat ionik?
X sesuai setiap bagian dari pola ionik: titik lebur tinggi karena tarikan kuat dalam kisi, dan konduksi hanya ketika ion bebas bergerak. Y tidak: titik leburnya rendah dan ketiadaan konduksi menunjukkan zat molekuler sederhana dengan gaya lemah antara molekul netral.
Compare solid, molten and dissolved NaCl. The same ions can be held at lattice sites or mobile; reversing the field changes their drift, not their charge.
Jawaban.
Memuat mata pelajaran…