Teori Medan Kristal by ardha

Teori medan Kristal digunakan untuk mendiskribsikan stuktur elektronik dari ion logam dalam kristal, dimana ion logam tersebut dikelilingi ion oksida atau anion lain untuk membentuk medan elektrostatik dengan simetri yang bergantung pada stuktur kristal. Energi dari orbital d pada ion logam mengalami spiltting oleh medan elektrostatik, dan  mendekati harga nilai energi yang dapat dihitung. Teori medan kristal dikembangkan pada tahun 1930 (Miessler, 2003). Teori ini dikembangkan oleh fisikawan yang bernama Hans Bethe dan John Hasbrouck van Vleck. Teori ini pada akhirnya digabungkan dengan teori orbital molekul, membentuk teori medan ligan yang lebih akurat dan menjelaskan proses ikatan kimia pada senyawa kompleks logam transisi (Wikipedia, 2010).

Teori medan kristal berhasil menjelaskan beberapa sifat-sifat magnetik, warna, entalpi hidrasi, dan struktur spinel senyawa kompleks dari logam transisi, namun ia tidak ditujukan untuk menjelaskan ikatan kimia (Wikipedia, 2010).

Apabila orbital d dari ion logam membentuk kompleks okatahedral dengan pasangan elektron dari ligan, beberapa elektron akan terusir oleh medan. Sebagai hasilnya adalah orbital d_x²_-y² dan d_z² yang diarahkan dosekeliling ligan. Orbital d_xy, d_xz dan d_yz, yang diarahkan disekitar ion (Miessler, 2003). Orbital d_x²_-y² dan d_z²keduanya memilki cuping yang sangat terkonsentrasi dalam lingkungan muatan, sedangkan Orbital d_xy, d_xz dan d_yz, memiliki cuping yang terarah diantara muatan yang ditunjukkan dalam gambar 1.

Gamabar1. Rapatan elektron dalam kelima orbital dterhadap set tatanan oktahedra muatan negatif

Orbital  d_x²_-y² dan d_z² mempunyai energi yang sama, orbiatal tersebut disebut orbital e_g dan Orbital d_xy, d_xz dan d_yz disebut orbital t_2g, ketiganya memiliki energi yang sama. Energi t_2g lebih rendah dari pada energi e_g. perbedaan energi antara orbilal eg dan t2g dinyatakan sebagai Δ_o, diamana indeks o menyatakan oktahedra. Tingkat enerhi e_g terletak ∆_o diatas dan tingkat energi t_2g terletak ∆_o dibawah orbital d yang terpisah (Cotton, 2009).

Gambar 2. Pembelahan medan ligan dalam medan oktahedral dan tetrahedral.

(Saito, 1996).

Faktor-faktor yang mempengaruhi ∆_o

·         Sebanding dengan besarnya muatan ion pusat : Fe³⁺ > Fe²⁺

·         Sebanding dengan ukuran orbital d : 5d > 4d > 3d

·         Jumlah dan geometri ligan : 6 ligan oktahedral > 4 ligan tetrahedral/bujur sangkar

·         Berbanding terbalik dengan ukuran ligan

(Suyanta, 2010)

Crystal Field Stabilization Energi (CFSE)

Energi stabilisasi medan kristal (Bahasa Inggris:crystal field stabilization energi), disingkat CFSE, adalah stabilitas yang dihasilkan dari penempatan ion logam pada medan kristal yang dibentuk oleh sekelompok ligan-ligan. Ia muncul karena ketika orbital-d terpisah pada medan ligan, beberapa dari orbital itu akan memiliki energi yang lebih rendah. Sebagai contoh, pada kasus oktahedron, kelompok orbital t_2g memiliki energi yang lebih rendah dari energi orbital pada sentroid. Sehingga, jika terdapat sembarang elektron yang menempati orbital-orbital ini, ion logam akan menjadi lebih stabil pada medan ligan relatif terhadap sentroid dengan nilai yang dikenal sebagai CFSE. Sebaliknya, orbital-orbital e_g (pada kasus oktaheral) memiliki energi yang lebih tinggi daripada sentroid, sehingga menempatkan elektron pada orbital tersebut menurunkan CFSE.

Jika pemisahan orbital-d pada medan oktahedron adalan Δ_oct, tiga orbital t_2g distabilkan relatif terhadap sentroid sebesar ²/₅ Δ_oct, dan orbital-orbital e_g didestabilkan sebesar ³/₅ Δ_oct. Stabilisasi medan kristal dapat digunakan dalam menjelaskan geometri kompleks logam transisi. Alasan mengapa banyak kompleks d⁸ memiliki geometri datar persegi adalah karena banyaknya stabilisasi medan kristal yang dihasilkan struktur geometri ini dengan jumlah elektron 8.

Gambar 3. Oktahedra crystal field stabilization energi.

(Wikipedia, 2010)

Jika splitting antara orbital t2g dan eg besar maka nilai ∆_o besar. Tetapi jika splitting antara t2g dan eg kecil, maka nilai ∆_o kecil.

Pada spin rendah energi pembelahan ∆_o lebih kecil dari pada energi perpasangan (pairing energi =p) sehingga elektron akan mengisi orbital t_2g terlebih dahulu dan memenuhinya dengan berpasangan dan barulah mengisi orbital e_g. sedangkan pada spin tinggi ∆_o lebih besar dari pada energi perpasangan, sehingga elektron akan mengisi orbital terlebih dahulu dan mengisi orbital e_g.

(Miessler, 2003)

CFSE dihitung dengan pedoman,  penambahan CFSE sebesar 0,4∆_o untuk setiap penempatan 1 e pada orbital t_2g dan pengurangan CFSE sebesar 0,6∆_o untuk setiap penempatan 1 e pada orbital e_g.

Sistem	Konfigurasi (spin tinggi)	CFSE	Konfigurasi (spin rendah)	CFSE
d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10	t2g1 t2g2 t2g3 t2g3 eg1 t2g3 eg2 t2g4 eg2 t2g5 eg2 t2g6 eg2 t2g6 eg3 t2g6 eg4	0,4∆o 0,8∆o 1,2∆o 0,6∆o 0 0,4∆o 0,8∆o 1,2∆o 0,6∆o 0	t2g4 t2g5 t2g6 t2g6 eg1	1,6∆o 2,0∆o 2,4∆o 1,8∆o

(Suyanta, 2010)

Warna Kompleks Logam Transisi

Warna-warna cerah yang terlihat pada kebanyakan senyawa koordinasi dapat dijelaskan dengan teori medan kristal ini. Jika orbital-d dari sebuah kompleks berpisah menjadi dua kelompok seperti yang dijelaskan di atas, maka ketika molekul tersebut menyerap foton dari cahaya tampak, satu atau lebih elektron yang berada dalam orbital tersebut akan meloncat dari orbital-d yang berenergi lebih rendah ke orbital-d yang berenergi lebih tinggi, menghasilkan keadaam atom yang tereksitasi. Perbedaan energi antara atom yang berada dalam keadaan dasar dengan yang berada dalam keadaan tereksitasi sama dengan energi foton yang diserap dan berbanding terbalik dengan gelombang cahaya. Karena hanya gelombang-gelombang cahaya (λ) tertentu saja yang dapat diserap (gelombang yang memiliki energi sama dengan energi eksitasi), senyawa-senyawa tersebut akan memperlihatkan warna komplementer (gelombang cahaya yang tidak terserap).

Seperti yang dijelaskan di atas, ligan-ligan yang berbeda akan menghasilkan medan kristal yang energinya berbeda-beda pula, sehingga kita bisa melihat warna-warna yang bervariasi. Untuk sebuah ion logam, medan ligan yang lebih lemah akan membentuk kompleks yang Δ-nya bernilai rendah, sehingga akan menyerap cahaya dengan λ yang lebih panjang dan merendahkan frekuensi ν. Sebaliknya medan ligan yang lebih kuat akan menghasilkan Δ yang lebih besar, menyerap λ yang lebih pendek, dan meningkatkan ν. Sangtalah jarang energi foton yang terserap akan sama persis dengan perbedaan energi Δ; terdapat beberapa faktor-faktor lain seperti tolakan elektron dan efek Jahn-Teller yang akan mempengaruhi perbedaan energi antara keadaan dasar dengan keadaan tereksitasi.

Warna-warna yang terlihat

Gambar 4. Roda warna.

Roda warna mendemonstrasikan warna senyawa yang akan terlihat jika ia hanya menyerap satu gelombang cahaya. Sebagai contoh, jika senyawa tersebut menyerap warna merah, maka ia akan tampak hijau.

l Diserap	Warna Terpantau
Ungu (400 nm)	Hijau-kuning (560nm)
Blue (450 nm)	Kuning (600nm)
Biru-hijau (490nm)	Merah (620nm)
Kuning (580nm)	Ungu (410nm)
Jingga (600nm)	Biru tua (430nm)
Merah (650nm)	Biru (450nm)

(Wikipedia, 2010)

Referensi

Cotton, F. A. dan Wilkinson, Geoffrey, (2009), Kimia Anorganik Dasar, Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia

http://www.wikipedia.org/teori_medan_kristal

Miessler, G. L. and Tarr, D. A. (2003), Inorganic Chemistry 3rd edition, New Jersey: Pearson Prentice Hall

Saito, Taro, (1996), ebook Kimia Anorganik, Tokyo: Iwanami Publishing Company

Suyanta, (2010), BAB II: Ikatan Dalam Senyawa Koordinasi

By ardhana rahmayanti         1408 100 054