Kestabilan senyawa ion

Senyawa-senyawa ionik dari unsure-unsur logam golongan utama pada periode tiga (Na, Mg, dan Al) dengan unsure-unsur nonlogam pada periode dua (F, O, dan N), seperti NaF, Na₂O, Na₃N, MgF₂, MgO, Mg₃N₂, AlF₃, Al₂O₃ dan AlN, adalah memiliki kation dan anion dengan konfigurasi Is², 2s² 2p⁶ analog dengan konfigurasi electron dari atom neon, Ne. dengan kata lain, kation dan anion tersebut memenuhi aturan octet. Senyawa-senyawa tersebut adalah bersifat stabil. Diperolehnya fakta bahwa dalam NaF, Na₂O, Na₃N, MgF₂, MgO, Mg₃N₂, AlF₃, Al₂O_3, dan AlN kation dan anionnya memenuhi aturan aturan octet dan senyawa-senyawa tersebut bersifat stabil dapat menimbulkan anggapan bahwa kestabilan senyawa-senyawa tersebut akibat dipenuhinya aturan octet.

Perbandingan energi yang diperlukan pada pembentukan kation dan anion yang memenuhi aturan octet (DH) dan energi yang dilepaskan pada pembentukan kisi kristal (U) pada pembentukan senyawa-senyawa ionik NaF, Na₃N, MgF₂, MgO, Mg₃N₂, AlF₃, Al₂O₃, dan AlNdiberikan pada table berikut:

Tabel 01. Harga Perubahan Entalphi Dan Energi Kisi Beberapa Senyawa Ionik

Senyawa	DH (kJ/mol)	U (kJ/mol)
NaF Na2O Na3N MgF2 MgO Mg2N3 AlF3 Al2O3 AlN	167,4 1593,8 3222,2 1532,4 2791,4 10037,2 4155,1 12087,2 6875,1	-885 -2564 -5058 -2764 -3817 -14745 -6383 -15438 -9514

Sumber : Effendy (2004)

Dari tabel di atas menunjukkan bahwa sumber kestabilan dari senyawa-senyawa ionik NaF, Na₂O, Na₃N, MgF₂, MgO, Mg₃N₂, AlF₃, Al₂O₃, dan AlN bukannya kearena dipenuhinya aturan octet oleh ion-ion yang ada di dalamnya. Kestabilan dari senyawa-senyawa ionik tersebut bersumberpada energi kisi Kristal yang dilepaskan pada pembentukan Kristal senyawa-senyawa tersebut dari ion-ionnya dalam fase gas. Energi kisi kristal tersebut dapat mengatasi energi yang diperlukan untuk membentuk ion-ion yang memenuhi aturan oktet dari atom-atom netralnya (Effendy, 2004). Penjelasan lebih dalam mengenai energi kisi kristal akan dijelaskan di belakang dalam subbab tersendiri

IKATAN KIMIA

Ikatan ion adalah ikatan antara ion positif dengan ion negatif dengan gaya ikat elektrostatis (gaya Coulomb). Ion positif dan negatif terbentuk melalui transfer elektron antara atom. Atom yang melepaskan elektron menjadi ion positif sedangkan yang menerima elektron menjadi ion negatif. Terbentuknya sepasang ion diilustrasikan sebagai berikut.

Aº + B….A⁺.Bº^- → AB

                                                Gaya elektrostatis

                                                 r = Jarak dua inti ion dalam kesetimbangan.

Pada kenyataannya, padatan kristal senyawa ion tidak berupa pasangan-pasangan ion yang bisa terbedakan atau terpisah satu dengan yang lain, melainkan berupa suatu ikatan elektrostatik antara keseluruhan ion, baik antara muatan yang berlawanan maupun antara muatan yang sama, antara ion tetangga mauapun yang bukan tetangga. Gaya elektrostatik antara ion yang bukan tetangga lebih lemah dari yang bertetangga (Kirna, 2004).

I.         Terbentuknya Senyawa Ion 

            Ion-ion terbentuk akibat perpindahan sempurna dari elektron antara atom-atom. Pembentukan ion positif dari atom netral dinyatakan oleh energi ionisasi, sedangkan pembentukan ion negatif didasarkan oleh afinitas elektron, yaitu energi yang dilepaskan bila atom netral menarik elektron dan membentuk ion negatif yang stabil.dalam kristal yang tersusun atas ion-ion akan terjadi tarik menarik antara ion yang berlawanan muatan dan tolak menolak antara ion yang sejenis, atau terjadi gaya antaraksi Coulomb. Keseimbangan antara tarik menarik dan tolak menolak ini menghasilkan energi kisi kristal yang dapat dicari lewat siklus Haber Born(Effendy, 2004).

Kecenderungan atom berubah menjadi ion berhubungan dengan konfigurasi elektron. Konfigurasi elektron dengan tingkat energi utama atau kulit penuh (konfigurasi elektron gas mulia) adalah konfigurasi elektron yang stabil, sehingga atom-atom yang mempunyai konfigurasi yang dekat dengan gas mulia dapat melepaskan atau menerima elektron agar tercapai konfigurasi gas mulia. Berdasarkan teori ini, kita temui ion-ion stabil dengan konfigurasi gas mulia, utamanya dari golongan IA, IIA, VIA, dan VIIA dan juga dari beberapa unsur-unsur yang lain.

H^-                                            : 1s²

F^-                                             : 1s² 2s² 2p⁶

Cl^-                                            :1s² 2s² 2p 3s² 3p⁶

Br^{-                                           :} (………..) 4s² 3d¹⁰ 4p⁶

N^3-:                                          1s² 2s² 2p⁶

P^3-                                            : 1s² 2s² 2p 3s² 3p⁶

O^2-:                                          1s² 2s² 2p⁶  

S^2-                                            : 1s² 2s² 2p 3s² 3p⁶

Li⁺, Be²⁺                                  : 1s²

Na⁺,mg²⁺,Al³⁺                         : 1s² 2s² 2p⁶   

K⁺,Ca²⁺ Sc³⁺, 6a³⁺                   : 1s² 2s² 2p 3s² 3p⁶

Rb⁺, Sr², Y³⁺,Zr⁴⁺                    : 1s² 2s² 2p 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶

Cs⁺, Ba²⁺, La³⁺, Ce⁴⁺               : 1s² 2s² 2p 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s²⁺ 4d¹⁰ 5p⁶

            Disamping konfigurasi elektron gas mulia, ditemukan pula beberapa ion cukup stabil dengan konfigurasi elektron orbital terluar yang penuh (kestabilan orbital penuh).

Cu⁺, 2n²⁺, 6a³⁺             : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶  3d¹⁰

Ag⁺, Cd²⁺, In³⁺, Sn⁴⁺   : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 4d¹⁰

Au^{+ ,}Hg²⁺,Tl³⁺,Pb⁴⁺:    : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰

In^+, Sn2+                     : 1s² 2s² 2p 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 4d¹⁰ 5s²

Tl⁺, Pb²⁺                      1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s²

Atom yang tidak mempunyai kedekatan konfigurasi elektron dengan gas mulia ataupun tidak mempunyai kedekatan dengan konfigurasi stabil orbital penuh dapat membentuk ion stabil dengan konfigurasi yang tidak sesuai dengan kecenderungan yang telah diuraikan di atas. Beberapa logam transisi dalam termasuk kelompok ini.

Fe²⁺ Co³⁺                                 : [Ne] 3s², 3d⁶

Mn²⁺, Fe³⁺                               : [Ne] 3s², 3d⁵

Cr²⁺                                         : [Ne] 3s², 3d⁵, 4s¹

Secara kualitatif, Fajans membuat aturan tentang kemudahan membentuk ion, yang sering disebut dengan hukum Fajans , dimana  iIon akan terbentuk dengan mudah apabila :

·         struktur ion (konfigurasi elektronnya) stabil

·         untuk struktur ion yang sama, ion semakin mudah terbentuk bila  muatanya kecil, serta atom yang membentuk anion kecil atau atom yang membentuk kation besar .

Secara kuantitatif kemudahan membentuk ion ditentukan oleh potensial ionisasi dan afinitas elektron. Potensial ionisasi adalah energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari atom dalam wujud gas. Untuk melepaskan satu elektron yang pertama disebut potensial ionisasi pertama (I₁), untuk melepaskan elektron ke dua disebut potensial ionisasi ke dua (I₂), dst. dimana I₁< I₂ . Semakin kecil potensial ionisasi suatu atom, semakin mudah terbentuk ion positif. Besarnya potensial ionisasi ditentukan oleh ; konfigurasi elektron, ukuran atom, dimana semakin besar ukuran atom maka potensial ionisasi semakin kecil, dan muatan ion, dimana melepaskan satu elektron memerlukan energi lebih kecil, sehingga potensial ionisasinya kecil. Afinitas elektron (A) adalah besarnya energi yang dilepaskan apabila atom menangkap elektron (atom yang keberadaannya dalam wujud gas). Semakin kecil ukuran atom, semakin besar Afinitas elektron, semakin besar muatan negatifnya semakin kecil afinitas elektronnya. Penjelasan ini sama dengan yang telah diuraikan pada hukum Fajans.

Atom_(g)+ e → Atom_(g)+Energi (A).

Afinitas elektron bisa berharga negatif artinya diperlukan energi bila atom menerima elektron. Hal ini terjadi pada atom yang menerima lebih dari satu elektron karena ada tolakan elektron yang ke dua oleh elektron yang pertama. Baik potensial ionisasi maupun Afinitas elektron dihitung dalam satuan elektron volt/atom atau kkal/mol. Kedua besaran ini dapat ditentukan secara spektroskopi (Kirna, 2004).

Senyawa ionik sederhana hanya terbentuk antara unsur-unsur logam dan nonlogam yang sangat aktif. Tiga persyaratan penting agar senyawa ionik dapat terbentuk adalah :

1.      Energi ionisasi untuk pembentukan kation.

2.      Afinitas elektron dalam pembentukan anion.

3.      Energi kisi pada pembentukan kisi kristal dari kation-kation dan anion-anion adalah menguntungkan secara energetik. Senyawa ionik sederhana dapat terbentuk antara logam-logam golongan 1 (IA), 2(IIA), sebagian golongan 13 (IIIA), dan beberapa logam-logam transisi yang bilangan oksidasinya rendah dengan unsur-unsur nonlogam aktif dari golongan 17 (VIIA), 16(IVA) dan nitrogen. Senyawa ionik biner terbentuk apabila perbedaan keelektronegatifan dari atom logam dan atom nonlogam sedikitnya 1,7.