TUGAS TERSTRUKTUR 1

Tugas terstruktur 1

1.      Menurut Louis de Broglie bahwa elektron mempunyai sifat gelombang sekaligus juga partikel. Jelaskan keterkaitannya dengan teori mekanika kuantum  dan Teori Orbital Molekul.

JAWAB :

Louis de Broglie (1924) menjelaskan bahwa cahaya dapat berada dalam suasana tertentu yang terdiri dari partikel-partikel, kemungkinan berbentuk partikel pada suatu waktu, yang memperlihatkan sifat-sifat seperti gelombang. Berikut pendapat Louis de Broglie :

Einstein : E = mc²

Max Planck : E = h · ʋ

sehingga untuk menghitung panjang gelombang satu partikel diperoleh :

                                              λ = h / (m . ʋ)

dengan: 

λ = panjang gelombang (m)

m = massa partikel (kg)

ʋ = kecepatan partikel (m/s)

h = tetapan Planck (6,626 × 10^–34 Joule s).

Elektron bersifat dualisme yang artinya elektron memiliki sifat sebagai partikel dan gelombang. Pernyataan ini didasarkan pada eksperimen difraksi berkas elektron yang dikemukakan oleh Louis de Broglie. Sifat partikel dan gelombang suatu materi ini tidak tampak sekaligus,sifat yang tampak  jelas  hal ini bergantung pada perbandingan panjang  gelombang  de Broglie dengan dimensinya serta dimensi sesuatu yang berinteraksi dengannya. Dalam kehidupan nyata asas de Broglie ini bisa di lihat pada momentum petir dan kilat. Dimana kilat akan terjadi terlebih dahulu kemudian akan terdengar sura petir. Dari  peristiwa tersebut dapat diketahui bahwa kilat merupak sifat  gelombang berwujud cahaya sedangkan petir merupakan sifat partikel yang berupa suara.

Peristiwa tersebut menjadi salah satu fakta  yang mendukung konsep De Broghlie. Hal inilah yang menjadi dasar dari teori mekanika kuantum yang merupakan teori atom modern yang saat ini digunakan. Teori mekanika kuantum ini dikemukakan oleh Erwin Schrodinger, selain itu ada pula seorang  ahli fiska jerman Werner Heseinberg ,dimana dia menyatakan bahwa “elektron tidak dapat ditentukan keberadaannya secara pasti “. Keberadaan elektron hanya merupakan kebolehjadian menemukan elektron pada suatu area tertentu. Bisa saja elektron bergerak dari kulit satu ke kekulit terakhir.  Hal ini disebabkan tidak mungkin dapat ditentukan posisi sekaligus momentum dari suatu benda bergerak.  Dari pernyataan yang diungkapkan oleh Heseinberg ini muncul prinsip ketidakpastian , dimana prinsip tersebut menunjukkan keterbatasan pengetahuan manusia.

Berdasarkan hipotesis De Broghlie dan Heseinberg sifat atom dalam hal ini dapat dijelaskan dengan lebih baik berdasarkan sifat gelombangnya. Scrodinger mengungkapkan melalui persamaan fungsi gelombang bahwa kebolehjadian menemukan elektron pada area tertentu dikenal dengan konsep orbital yaitu area dimana elektron berpeluang besar ditemukan. Menurut persamaan fungsi gelombang , distribusi elektron dalam orbital dapat ditentukan melalui 3 bilangan kuantum yaitu :

a)      Bilangan kuantum utama (n = nomor lintasan electron atau kulit)

b)      Bilangan kuantum azimuth (l = menunjukkan sub-lintasan atau sub-kulit

c)      Bilangan kuantum magnetic (m = harga orbital).

Dalam teori mekanika kuantum , posisi electron tidak dipastikan. Hal yang dapat dikatakan tentang posisi electron adalah peluang menemukan electron pada setiap titik dalam ruang disekitar inti. Seperti telah disebutkan bahwa peluang tersebut ditentukan oleh kuadrat fungsi gelombangnya. Istilah untuk menyatakan peluang menemukan electron adalah Densitas Elektron . Daerah dengan peluang besar menemukan electron bararti mempunyai densitas electron yang tinggi dan sebaliknya.

2.      Bila absorpsi  sinar UV  oleh ikatan rangkap menghasilkan promosi elektron ke orbital yang berenergi lebih tinggi. Transisi elektron manakah memerlukan energi terkecil bila sikloheksena berpindah ke tingkat tereksitasi.

JAWAB :

Adanya perpindahan elektron dalam atom atau molekul ke tingkat energi yang lebih tinggi merupakan akibat dari antaraksi antara materi dengan sinar elektromagnetik. Besarnya perpindahan elektron sama dengan energi radiasi yang berineraksi dengan molekul. Eksitasi elektron ketingkat energi yang lebih tinggi tergantung pada senyawa penyerapnya (kromofor penyerap). Eksitasi elektron dari tingkat energi dasar ketingkat ketingkat energi yang lebih tinggi melelui dua tahap, yaitu Absorpsi dan Relaksasi. Serapan pada daerah ultraviolet mengakibatkan eksitasi elektron ikatan.Ikatan-ikatan yang ada dalam spesies dapat dihubungkan dengan puncak absobsi atau panjang gelombang maksimum.

Zat pengabsorbsi terjadi pada molekul-molekul organik dan sedikit anion anorganik. Senyawa tersebut memiliki elektron valensi yang dapat dieksitasi ketingkat energi yang lebih tinggi sehingga senyawa ini dapat menyerap cahaya yang dipancarkan. nergi yang dimiliki sinar UV mampu menyebabkan perpindahan elektron (promosi elektron) atau yang disebut transisi elektronik. Transisi elektronik dapat diartikan sebagai perpindahan elektron dari satu orbital ke orbital yang lain.  Disebut transisi elektronik karena elektron yang menempati satu orbital dengan energi terendahdapat berpindah ke orbital lain yang memiliki energi lebih tinggi jika menyerap energi, Begitupun sebaliknya elektron dapat berpindah dari orbital yang memiliki energi lebih rendah jika melepaskan energi. Energi yang diterima atau diserap berupa radiasi elektromagnetik.

Dalam satu molekul terdapat dua jenis orbital yakni Orbital Ikatan (bonding orbital) dan Orbital Anti-ikatan (antibonding orbital). Orbital ikatan di bagi menjadi beberapa jenis yakni orbital ikatan sigma (σ, = ikatan tunggal) dan orbital phi (π, = ikatan rangkap), sedangkan orbital nonikatan berupa elektron bebas yang biasanya dilambangkan dengan n. Orbital nonikatan umumnya terdapat pada molekul-molekul yang mengandung atom nitrogen, oksigen, sulfur dan halogen.

Orbital ikatan sigam (σ) dan orbital phi (π) terbentuk karena terjadinya tumpang tindih dua orbital atom atau orbital-orbital hibrida. Dari dua orbital atom dapat dibentuk dua orbital molekul yakni orbital ikatan dan orbital anti ikatan.

Dengan demikian jika suatu molekul mempunyai orbital ikatan maka molekul tersebut mempunyai orbital anti ikatan. Orbital anti-ikatan biasanya diberi notasi atau tanda asterisk atau bintang (*) pada setiap orbital yang sesuai. Orbital ikatan α orbital anti-ikatannya adalah α*, sedangkan orbital ikatan π orbital anti-ikatannya adalah π*.

Transisi elektronik atau perpindahan elektron dapat terjadi dari orbital ikatan ke orbital anti-ikatan atau dari orbital non-ikatan (nonbonding orbital) ke orbital anti-ikatan. Terjadinya transisi elektronik atau promosi elektron dari orbital ikatan ke orbital antiikatan tidak menyebabkan terjadinya disosiasi atau pemutusan ikatan, karena transisi elektronik terjadi dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi dari pada vibrasi inti.

Pada transisi elektronik inti-inti atom dapat dianggap berada pada posisi yang tepat. Hal ini dikenal dengan prinsip Franck-Condon. Disamping itu dalam proses transisi ini tidak semua elektron ikatan terpromosikan ke orbital antiikatan.

Berdasarkan jenis orbital tersebut maka, jenis-jenis transisi elektronik dibedakan menjadi empat macam, yakni:

a)      Transisi σ → σ*

b)      Transisi π → π*

c)      Transisi n → π*

d)      Transisi n → σ*

Keterangan :

σ : senyawa-senyawa yang memiliki ikatan tunggal

π : senyawa-senyawa yang memiliki ikatan rangkap

n : menyatakan orbital non-ikatan: untuk senyawa-senyawa yang memiliki elektron bebas.

σ* dan π* :  merupakan orbital yang kosong (tanpa elektron), orbital ini akan terisi elektron ketika telah atau bila terjadi eksitasi elektron atau perpindahan elektron atau promosi elektron dari orbital ikatan.

Energi yang diperlukan untuk menyebabkan terjadinya transisi berbeda antara transisi satu dengan transisi yang lain. Transisi σ ke σ* memerlukan energi paling besar, sedangkan energi terkecil diperlukan untuk transisi dari n ke π.

Untuk memberikan gambaran dan memudahkan pemahaman tentang jenis transisi beserta perbandingan energi yang diperlukan dapat dilihat pada gambar berikut:

Pada gambar di atas transisi dari σ ke π* sebenarnya tidak ada. Transisi demikian dapat pula terjadi tapi sangat kecil sehingga tidak dapat diamati pada spektrum atau spektra. Karena bertolak belakang dengan kaidah seleksi.

Pada setiap jenis transisi elektronik yang terjadi, terdapat karakter dan melibatkan energi yang berbeda. Suatu kromofor dengan pasangan elektron bebas (n) dapat menjalani transisi dari orbital non-ikatan (n) ke orbital anti-ikatan, baik pada obital sigma bintang (α*) maupun phi bintang(π*). Sedangkan, kromofor dengan elektron ikatan rangap (menghuni orbital phi) akan menjalani transisi dari orbital π ke orbital π*. Demikian seterusnya untuk jenis transisi yang lain.

Dalam penentuan struktur molekul, tansisi σ → σ* tidak begitu penting karena puncak absorbsi berada pada daerah ultraviolet vakum yang berarti tidak terukur oleh peralatan atau instrumen pada umumnya.

Walaupun transisi π→π* pada ikatan ganda terisolasi mempunyai puncak absorbsi di daerah UV vakum tetapi transisi π→π* tergantung pada konjugasi ikatan ganda dengan suatu gugus fungsi substituen. Akibatnya transisi π→π* pada ikatan ganda terkonjugasi mempunyai puncak absorbsi pada daerah ultraviolet dekat, dengan panjang gelombang lebih besar dari 200 nm. Dengan demikian transisi yang penting dalam penentuan struktur molekul adalah transisi π→π* serta beberapa transisi n→π* dan n→σ*.  

Absorpsi radiasi UV-v mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi elektron-elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah keorbital keadaan tereksitasi yang berenergi lebih tinggi. Transisi ini memerlukan energi 40 – 150 kkal/mol. Panjang gelombang dimana absorpsi itu terjadi bergantung pada kekuatan elektron itu terikat dalam molekul. Elektron dalam suatu ikatan kovalen tunggal terikat dengan kuat sehingga diperlukan radiasi berenergi tinggi atau panjang gelombang pendek untuk eksitasinya, sedangkan elektron dalam ikatan rangkap dan ganda tiga lebih mudah dieksitasikan keorbital yang lebih tinggi sehingga memerlukan radiasi berenergi lebih rendah.