Cft: Crystal Field Theory

Admin yang budiman kembali dengan bahan yang biar sanggup membantu kalian semua berguru untuk persiapan OSN 🙂 Kali ini pembahasan kita ialah seputar bahan yang bekerjsama sederhana, yaitu teori medan kristal atau CFT. Teori CFT ini sangat berkhasiat dalam menjelaskan sifat magnet dan warna-warna ion kompleks. Teori medan kristal ialah teori yang bekerjsama sederhana, gampang dipahami. Menurut teori ini, ikatan kimia pada senyawa kompleks logam transisi diperlakukan sebagai tarikan elektrostatik antara ion sentra sebagai muatan positif dan elektron dari ligan. Dalam pembentukan ikatannya, terjadi interaksi tolakan antara elektron ligan dan elektron pada orbital d ion pusat.

Bentuk Orbital d

Sebelum ke pembahasan mengenai CFT, terlebih dahulu kita harus mengerti bentuk-bentuk orbital d. Source gambar: Wikipedia.

CFT: Kompleks Oktahedral

Untuk kompleks oktahedral, ligan-ligan akan berikatan dengan ion sentra sempurna pada sumbu x, y, dan z. Apabila kita perhatikan bentuk orbital d, maka tolakan antar pasangan elektron dalam orbital akan terjadi paling besar pada orbital d_x2_-y2 dan d_z2, sebab arah orbitalnya eksklusif ke arah datangnya ligan, sehingga kelima orbital d tidak terdegenerasi (tingkat energinya tidak sama).

Hal ini akan menciptakan energi pada orbital d_x2_-y2 dan d_z2 lebih tinggi dari tiga orbital lainnya, sehingga menghasilkan splitting menyerupai gambar paling atas (featured image). Perbedaan energi pada orbital tersebut sering diberi nilai sebagai Δ_oct atau 10 Dq (biasanya Δ_oct lebih umum). Dari teori simetri (yang agak rumit!), orbital d_x2_-y2 dan d_z2 kita beri label e_g, sedangkan 3 orbital lainnya berlabel t_2g.

Karena energi tidak sanggup diciptakan atau dimusnahkan, maka tingkat energi dalam orbital pun akan turun dan naik dalam jumlah yang sama. Maksudnya adalah, untuk 3 orbital berlabel t_2g energinya akan turun sebanyak 0.4 Δ_oct sedangkan 2 orbital lainnya energinya naik sebanyak 0.6 Δ_oct. Besarnya nilai Δ_oct bergantung pada tingkat oksidasi ion logam, golongan, kekuatan medan ligan (dari deret spektrokimia), dan parameter-parameter lainnya. Apabila nilai Δ_oct besar, elektron dalam orbital d akan cenderung mengisi penuh orbital berlabel t_2g terlebih dahulu (disebut juga low-spin), sedangkan apabila nilai Δ_oct tidak terlalu besar, elektron orbital d akan mengisi orbital berlabel t_2g dan e_g secara tunggal, kemudian gres diisi penuh (high-spin). Berikut ini rujukan kompleks low-spin dan high-spin, yang mengilustrasikan efek kekuatan ligan terhadap jenis kompleks (sumber: Housecroft):

Deret Spektrokimia

Data deret spektrokimia berikut diperoleh dari Wikipedia:

O₂²⁻< I⁻ < Br⁻ < S²⁻ < SCN⁻ (S–bonded) < Cl⁻ < N₃⁻ < F⁻< NCO⁻ < OH⁻ < C₂O₄²⁻ < H₂O < NCS⁻ (N–bonded) < CH₃CN < gly (glycine) < py (pyridine) < NH₃ < en (ethylenediamine) < bipy (2,2′-bipyridine) < phen (1,10-phenanthroline) < NO₂⁻ < PPh₃ < CN⁻ < CO < CH₂

Semakin ke kanan, medan ligan semakin kuat, sehingga nilai Δ_oct semakin besar. Akibatnya, semakin jenis ligannya ke kanan maka suatu kompleks dengan ligan tersebut akan semakin cenderung membentuk kompleks low-spin.

CFSE

Parameter yang penting anda tahu adalah energi penstabilan medan kristal (CFSE – Crystal Field Stabilization Energy), seringkali ditanyakan di soal. Bagaimana cara menghitung CFSE? Sederhana! Untuk kompleks high spin, cukup dengan cara berikut:

CFSE = Jumlah elektron t_2g (-0.4 Δ_oct) + Jumlah elektron e_g (-0.6 Δ_oct)

Sedangkan, untuk kompleks low spin anda perlu memperhatikan jumlah pasangan elektron awal dan akhir. Misal, untuk kompleks Fe(CN)₆^3- menyerupai gambar di atas tadi, ion gasnya tidak mempunyai elektron berpasangan. Ketika sudah splitting, ternyata ada 2 pasangan elektron di orbital berlabel t_2g. Oleh sebab itu, CFSE nya menjadi -2.0 Δ_oct + 2P, di mana P ialah energi yang diharapkan untuk memasangkan elektron. Mengapa perlu energi? Karena 2 elektron dalam 1 orbital kan mengalami tolakan 🙂 Nilai CFSE tiap kompleks dirangkum di tabel berikut:

Nah, apa yang menciptakan kompleks berligan lemah menentukan high-spin sedangkan yang ligannya besar lengan berkuasa menentukan low-spin? Untuk kompleks ligan lemah, nilai P lebih besar dari Δ_oct sehingga akan lebih rendah energinya kalau high-spin. Sebaliknya, untuk ligan besar lengan berkuasa nilai P lebih kecil dari Δ_oct sehingga penurunan energinya pun akan lebih besar kalau low-spin.

CFT: Warna Kompleks dan Momen Magnet

Kebanyakan kompleks pada orbital d mempunyai warna dan sifat magnet. Kedua sifat ini sanggup dijelaskan dengan CFT. Warna-warna kompleks kalau dijelaskan secara sederhana saja, terjadi sebab kompleks menyerap energi cahaya untuk memindahkan elektron pada t_2g ke e_g. Sebenarnya tidak hanya ini saja, namun untuk bahan CFT pembahasan mengenai warna kompleks akan dibatasi dulu 🙂 Sedangkan, sifat magnet pada kompleks logam transisi ditentukan oleh jumlah elektron tunggal pada splitting orbital d. Secara sederhana, seberapa besar “kemagnetan” kompleks sanggup diperkirakan dengan menghitung momen magnet spin-only:

$\ {\mu = \sqrt{n(n+2)}}$

Dimana n ialah jumlah elektron tunggal. Misal untuk kompleks Fe(H₂O)₆³⁺ yang mempunyai 5 elektron tunggal, momen magnet spin-only-nya kira-kira sebesar $\ {\sqrt{(5 . 7)} = \sqrt{35}}$. Apabila nilai momen magnet 0, kompleks tersebut dikatakan diamagnetik, sedangkan bila tidak 0 sifatnya paramagnetik.

Efek Distorsi Jahn-Teller

Terkhusus untuk kompleks d₄ high spin dan d₉, biasanya terjadi imbas Jahn-Teller, yaitu panjang ikatan kompleks oktahedral tidak semuanya sama sebab terjadi distorsi. Distorsi ini terjadi sebab elektron pada orbital d sanggup menentukan untuk mengisi orbital d_x2-_y2 atau d_z2. Lebih tepatnya, perhatikan gambar berikut yang diambil dari Wikipedia:

Efek distorsi ini akan menyebabkan elongasi atau kompresi pada struktur kompleks oktahedral.

CFT: Kompleks Tetrahedral

Berbeda dengan kompleks oktahedral, ligan pada kompleks tetrahedral justru lebih mengarah eksklusif ke orbital d_xy, d_yz, dan d_xz. Akibatnya, kompleks tetrahedral ialah kebalikan dari kompleks oktahedral, yaitu ketiga orbital tersebut berenergi lebih tinggi dari 2 orbital lainnya.

Perbedaan tingkat energi, yang kita sebut juga Δ_tet, nilainya jauh lebih kecil dari Δ_oct. Kira-kira, Δ_tet = 4/9 Δ_oct. Tidak ada ligan yang cukup besar lengan berkuasa yang sanggup membesarkan nilai Δ_tet sampai lebih besar dari P, sehingga semua kompleks tetrahedral ialah high-spin.

CFT: Kompleks Lainnya

Tabel ini didapat dari Housecroft:

Splitting untuk kompleks selain tetrahedral dan oktahedral seharusnya sanggup kalian perkirakan sendiri dari bentuknya. Cukup diperkirakan, orbital yang eksklusif mengarah pada ligan tentu energinya akan lebih tinggi daripada yang hanya mengarah sebagian.

Sekian

Sumber https://olimpiadekimia.com

Share this post