modul dan pr struktur dan kereaktifan kimia...

Modul dan PR Struktur dan Kereaktifan Kimia Anorganik

Dr. Ismunandar

Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2006

Menggambarkan Fungsi Radial dengan Excel Dr. Ismunandar

Departemen Kimia FMIPA ITB KI3231

1 Menggambarkan Fungsi Radial dengan Excel

Pendahuluan

Microsoft Excel dapat digunakan untuk menyajikan data-data saintifik dalam bentuk tabel dan grafik. Dalam tugas ini Anda diminta untuk mencari fungsi radial dari orbital atom H dan melukiskannya. Diberikan contoh cara melukiskan fungsi gelombang dan Fungsi distribusi radial (kuadrat fungsi gelombang dikalikan dengan luas permukaan bolanya) untuk orbital 2s.

Contoh

Didapat fungsi radial orbital 2s adalah r2

2s1 (2 r)e

4 2−ψ = −

π

Pertama dalam workbook dibuat satu kolom, yang akan digunakan sebagai nilai sumbu r. Misalkan Anda dapat pilih rentang r dari 0 sampai 22, dengan step katakan 0,01 (bisa dipilih step yang lebih halus, untuk menghasilkan grafik yang lebih mulus). Maka dapat diisikan di sel A1 nilai awal 0, kemudian dalam menu Edit ªFill ª Series isikan step dan nilai akhir (stop) yang dikehendaki.

Kemudian di sel B1, ketikkan =(1/(4*SQRT(2*3.14)))*(2-A1)*EXP(-A1/2), kemudian copy-kan ke sel B2 sampai ke bawah.

Kemudian di sel C1, ketikkan =4*3.14*A1^2*B1^2, kemudian copy-kan ke sel B2 sampai ke bawah.

Setelah itu plotkan dengan mengklik tombol graph dan pilihlah type scatter.

Gambar berikut menunjukkan sebagian isi workbook dan grafik yang dihasilkan.

0 0 00.01 0.197534 4.9E-050.02 0.195561 0.0001920.03 0.193603 0.0004240.04 0.19166 0.0007380.05 0.189731 0.001130.06 0.187816 0.0015950.07 0.185916 0.0021270.08 0.18403 0.0027220.09 0.182159 0.0033760.1 0.180301 0.004083

0.11 0.178458 0.004840.12 0.176628 0.0056430.13 0.174813 0.0064870.14 0.173011 0.0073690.15 0.171222 0.0082850.16 0.169447 0.0092320.17 0.167686 0.0102070.18 0.165938 0.0112050.19 0.164203 0.0122250.2 0.162481 0.013263

0.21 0.160773 0.0143170.22 0.159077 0.015383

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 5 10 15 20 25

r

Fung

si ra

dial

, FDR

Tugas Lihat tugas di akhir Modul 2.

Menggambarkan Orbital Atom dengan Orbital Viewer (OV) Dr. Ismunandar


2 Menggambarkan Orbital Atom dengan Orbital Viewer (OV)

Pendahuluan

OV (Orbital Viewer) adalah perangkat lunak gratis untuk menggambarkan orbital atom dan molekul, membuat animasi maupun untuk melihat penampang lintang (struktur dalam) orbital. Dapat pula dibuat gambar 3D (yang dapat dilihat dengan kacamata 3D sperti yang digunakan untuk melihat sinetron 3D). Gambar dengan berbagai format yang dapat disalin ke clipboard dan ditempelkan (paste) di dokumen pengolah kata (Word misalnya) juga dengan mudah dihasilkan.

Men-download, Meng-Install & Menjalankan OV

Men-download: Versi terbaru perangkat lunak OV dapat didownload di http://www.orbitals.com/orb/ov.htm atau Anda dapat memperolehnya di \\Dept\public\OV\

Meng-install: Komputer di Ruang Komputer (baik yang di gedung lama maupun di gedung baru) sudah diinstall, petunjuk ini digunakan kalau Anda berminat menginstall program ini di komputer Anda pribadi di rumah.

1. Klik dua kali setupov 2. Ikuti proses selanjutnya.

Mejalankan BS: Klik dua kali ov.

Sekilas tentang Orbital Atom

Seperti telah dibahas pada kuliah KF III Struktur, dengan menyelesaikan persamaan Schrodinger bagi atom Hidrogen akan didapat fungsi gelombang yang mengandung informasi semua sifat-sifat fisiknya. Kuadrat fungsi gelombang menurut tafsiran Born mengandung informasi kebolehjadian menemukan elektron. Fungsi gelombang itu sering dianggap sebagai hasil kali dua fungsi, yakni fungsi radial dan fungsi sudut.

Beberapa Cara Menampilkan Orbital

(nomor merujuk pada gambar: dari kiri ke kanan). Dalam gambar yang dihasilkan perangkat lunak ini, warna biru atau secara umum warna yang lebih muda menggambarkan daerah fungsi gelombang bernilai negatif dan warna kuning (atau yang lebih tua) adalah daerah dengan nilai fungsi positif.

1. Kerapatan Titik 2. Kontur 3. Permukaan yang melingkupi nilai kebolehjadian tertentu



Contoh

Berikut akan diberikan contoh menggambarkan orbital 5dz2. Ikuti prosedur berikut:

1. Klik dua kali bs.exe

2. Pilih "File | New" di menu.

3. Pilih "Display| Orbital" di menu.

4. Masukkan nilai 5 untuk n dan d

untuk l dan 0 untuk m. Untuk

sementara biarkan nilai default

untuk tempat-tempat yang lain.

5. Kemudian tekan Done.

Memilih Model Tampilan Orbital 6. Anda dapat mengubah tampilan orbital Anda dalam modus kerapatan titik, poligon

maupun raytracing (permukaan yang melingkupi kebolehjadian tertentu) dengan cara

memilih “"Display| X". Dengan X = Point Option, Polygon Option atau Raytracing

Option. Sebenarnya masih ada pilihan lain, yakni: Render dan Asymptote option (silakan

Anda dibaca di manual bagi Anda yang berminat mengetahui lebih jauh).

Menggambarkan orbital 3D



7. Tampilan 3D dapat Anda buat dengan warna merah biru (sedemikian sehingga bila

Anda lihat dengan kacamata 3D akan terlihat efek 3d-nya) dengan cara memilih:

"Display| Stereo" kemudian

memilih Red/Blue.

Menggambarkan potongan Orbital 8. Anda dapat mencoba

menggambarkan orbital sehinga

struktur dalamnya terlihat dengan

menggunakan pilihan: "Display|

Cutaway". Selanjutnya Anda

dapat mencoba berbagai pilihan potongan yang dapat Anda buat di situ dan perhatikan

efeknya.

Eksplorasi lebih jauh: 9. Anda dapat mencoba untuk mengeksplorasi lebih jauh dengan mencoba-coba menekan

tombol-tombol di toolbar, melihat-lihat menu, dan yang sangat dianjurkan mempelajari

help dan manual-nya.

10. Selamat mencoba.

Tugas Gambarkan fungsi radial (dengan menggunakan Microsoft Excel), dan fungsi total dan irisannya di bidang tertentu (dengan orbital Viewer). Perhatikan tugas spesifik Anda: v pada 105xy0zv (NIM Anda) v fungsi radial dari fungsi sudut irisannya di bidang 0 3s 3s xy 1 3d 3dx2-y2 xy 2 3p 3pz xz 3 3d 3dxz xz 4 3d 3dz2 xz 5 4d 4dx2-y2 xy 6 5d 5dxy xy 7 4p 4px xy 8 3s 3s xy 9 4d 4dxy xy Mahasiswa dengan NIM 10503001, 10503011, 10503021, 10503031, dst mengerjakan fungsi radial dan sudut 3s serta irisan fungsi sudut di bidang 3s.

Aturan Slater …………….(RALAT)Dr. Ismunandar


3 Aturan Slater …………….(RALAT)

Pendahuluan

Tujuan modul ini adalah mengenalkan penggunaan aturan Slater untuk menghitung muatan efektif. Aturan Slater sangat bermanfaat untuk menentukan muatan inti efektif (Zef), yakni dengan menentukan tetapan perisai (shielding constant), σ. Keduanya dihubungkan dengan persamaan Zef = Z – σ, dengan Z adalah muatan inti.

Menggunakan aturan Slater

Konfigurasi elektron atom yang akan ditentukan Zef dituliskan terlebih dahulu. Kemudian elektron dikelompokkan berdasarkan urutan sebagai berikut: (1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)(5d)(5f)...

1. Elektron di sebelah kanan dari elektron yang akan ditentukan Zef-nya, tidak memberikan kontribusi pada σ, sebab tidak memberikan efek perisai.

2. Elektron dalam kelompok yang sama (dalam tanda kurung yang sama) masing-masing elektron memperisai sebesar 0,35. Kecuali elektron 1s yang memperisai sebesar 0,3.

3. Bila elektron yang ditentukan Zef adalah kelompok ns,np: (a) Setiap elektron tepat di kulit (n-1) kelompok elektron yang ditentukan Zef nya memperisai sebesar 0,85. (b) stiap elektron di kelompok n-2 dst, memperisai 1,00.

4. Bila elektron yang akan ditentukan σ-nya berada di kelompok (nd) atau (nf): semua elektron di sebelah kiri akan memperisai sebesar 1,0.

5. untuk n > 3, n* adalah (n, n*): (4,3.7); (5,4); (6,4.2). {untuk perhitungan energi dan jari-jari, dsb).

Koreksi Contoh 2, σ dari elektron 3d di As. Konfigurasi elektron yang telah disusun berdasarkan kelompok: (1s)2(2s,2p)8(3s,3p)8(3d)10(4s,4p)5. Sehingga σ = 5 x (0.0) + 9 x (.35) + 18 (1.0) = 21.3. Jadi Zef = 33 – 21.3 = 11.7.

Tambahan untuk Jawaban pertanyaan di kelas, kenaikan jari-jari (r) Ge terhadap Si tidak

sebesar dari C ke Si, karena 2

0a (n*)r Z *= (a0 = 0,529 Ü). Dari periode Si ke Ge n* naik seperti biasa

(lihat aturan 5 di atas), tetapi kenaikan Z* (Zef) mengimbangi sebagian kenaikan n* tersebut, untuk elektron valensi kenaikan Zef dari Si ke Ge adalah 1,5 [Anda harap hitung sendiri], dibandingkan dengan kenaikan sebesar 0,9 dari C ke Si. Ini disebabkan ke-efektifan efek perisai dari elektron 3d. Kalimat yang tertulis tebal di atas dapat Anda buktikan dengan Anda coba menghitung Zef elektron 4s dari Sc sampai Zn, Anda akan dapatkan Zef = 2,85 + 0,15 n (n adalah jumlah elektron di 3d). Namun bila Anda menghitung Zef unsur Ga s.d. Kr, (1s2)(2s,2p)n Zef = 5,0 + 0,65 n. Sekali lagi hal ini karena orbital 3d yang terisi dari Sc-Zn adalah orbital di dalam 4s, sedang orbital 4p yang terisi ketika pengisian dari Ga – Kr tidak di dalam 4s (justru satu kelompok). Jadi orbital 3d dalam hal ini memperisai dengan baik. {Kalau untuk n yang sama ns, np dan nd tentu efek perisainya nd <np<ns, tapi dalam kontraksi skandida yang dibandingkan ns,np dan (n-1)d}.

Aturan Slater …………….(RALAT)Dr. Ismunandar


Aturan Slater …………….(RALAT)


Contoh 1, σ dari elektron 4s di Sc. Konfigurasi elektron yang telah disusun berdasarkan kelompok: (1s)2(2s,2p)8(3s,3p)8(3d)1(4s)2. Sehingga σ = 1 x (0.35) + 9 x 0.85 + 10 x 1.0 = 18. Jadi Zef = 21 – 18 = 3.

Contoh 2, σ dari elektron 3d di As. Konfigurasi elektron yang telah disusun berdasarkan kelompok: (1s)2(2s,2p)8(3s,3p)8(3d)10(4s,4p)5. Sehingga σ = 5 x (0.0) + 9 x (.35) + 8 x (.85) + 10 x (1.0) = 20.3. Jadi Zef = 33 – 20.3 = 12.7.

Soal. 1. Tentukan Zef sebuah elektron 3p di Mn.

Soal. 2. Tentukan Zef sebuah elektron 5s di Te.

Soal 3. Gunakan aturan Slater untuk menghitung Zef elektron valensi Li, Be, B, C, N, O, F, Ne. Bagaimana kaitan antara kecenderungan Zef dan energi ionisasi unsur-unsur tersebut?

Soal 4. Gunakan aturan Slater untuk menghitung Zef elektron terluar Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Bagaimana kaitan antara kecenderungan Zef dan energi ionisasi unsur-unsur tersebut?

Soal 5. Gunakan aturan Slater untuk menentukan Zef elektron terluar K, Rb, Cs dan bandingkan dengan Zef elektron terluar Cu, Ag, Au.

Soal 6. Ulangi soal 5, untuk elektron terluar Sr, Ba, Ra dan bandingkan dengan elektron terluar Zn, Cd, Hg.

Tugas

Hitung Zef untuk masing-masing elektron dalam semua sub-sub kulit yang ada dalam unsur tertentu. Misalkan untuk atom C dengan konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p2, maka perlu ditentukan Zef untuk elektron di 1s, 2s dan 2p. Untuk atom Kr dengan konfigurasi 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6, maka harus ditentukan Zef untuk elektron di 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p. Setiap Anda memperoleh tugas yang berbeda.

No urut Z Unsur No urut Z Unsur No Z No Z 1 27 42 15 21 75 62 32 2 69 43 30 22 43 63 44 3 27 44 79 23 54 64 12 4 53 45 33 24 56 65 22 5 86 46 21 25 49 66 66 6 68 47 45 26 46 67 46 7 71 48 33 27 62 68 53 8 38 49 43 28 76 69 54 9 12 50 21 29 53 70 92 10 48 51 24 30 58 71 23 11 29 52 59 31 49 72 20 12 17 53 69 32 55 73 48 13 68 54 87 33 71 74 33 14 41 55 65 34 85 75 53 15 48 56 32 35 44 76 53 16 69 57 72 36 91 77 75 17 75 58 79 37 60 78 54 18 49 59 74 38 77 79 55 19 69 60 83 39 45 80 15

Aturan Slater …………….(RALAT)


20 42 61 88 40 51 81 41

Menggambarkan struktur kristal dengan Balls & Sticks (BS)


4 Menggambarkan struktur kristal dengan Balls & Sticks (BS)

Pendahuluan

BS (Balls & Sticks) adalah perangkat lunak gratis untuk menggambarkan struktur kimia, terutama kristal, dalam 3D dan dapat menghasilkan gambar bitmap yang dapat disalin ke clipboard dan ditempelkan (paste) di dokumen pengolah kata (Word misalnya).

Men-download, Meng-Install & Menjalankan BS

Men-download: Versi terbaru perangkat lunak BS (bsxxxx.zip)* dapat didownload di http://www.toycrate.org atau Anda dapat memperolehnya di \\Dept\public\BS\

Meng-install: Komputer di Ruang Komputer (baik yang di gedung lama maupun di gedung baru) sudah diinstall, petunjuk ini digunakan kalau Anda berminat menginstall program ini di komputer Anda pribadi di rumah.

4. 1. Buat directory "BS" 5. 2. Uncompress bsxxxx.zip dan tempatka file-file berikut di directory "BS": bs.exe; bs.sis;

spgr.dat; dll.

Mejalankan BS: Klik dua kali bs.exe

Sekilas tentang Padatan Kristalin

Padatan kristalin tersusun dari unit berulang yang teratur. Unit pengulangan terkecil disebut dengan sel satuan. Penggambaran struktur dapat diwakili dengan penggambaran sel satuannya. Ingat sel satuan adalah hanya satu bagian kecil saja dari struktur padatan.

Informasi yang diperlukan untuk menggambarkan struktur kristal

6. 1. Simetri dari struktur: Grup Ruang. (Semacam grup titik dalam molekul). Informasi ini menentukan bagaimana pengulangan dalam kristal terjadi .

7. 2. Dimensi sel satuan. (untuk kubus a [karena a=b=c, a=b=g=90º], untuk triklin a, b, c, a, b, g.

8. 3. Posisi-posisi atom dalam sel satuan. Informasi-informasi ini didapat dari studi difraksi. Lihat kuliah Penentuan Struktur Anorganik/Elusidasi Struktur.

Beberapa Cara Menampilkan Struktur Kristal

(nomor merujuk pada gambar: dari kiri ke kanan)



1. Ball and stick: untuk menekankan bagaiamana atom-atom saling berkoordinasi.

2. Polihedra: melihat dengan cepat bagaimana koordinasi lokal(atom-atom tetangga) dan

bagaimana satu unit koordinasi bergabung dengan unit koordinasi lain.

3. Kombinasi 1 dan 2

4. Terjejal: untuk melihat bagaimana ruang diisi.

Contoh

Berikut akan diberikan contoh menggambarkan struktur kristal NaCl. Informasi kristalografik NaCl adalah: Fm3m(225), a = 5.64006 Å, Na (0,0,0) Cl (½,½,½). Ikuti prosedur berikut:

1. Klik dua kali bs.exe

2. Pilih "File | New" atau

"Edit | Structure" di

menu.

3. Pilih grup ruang dengan

kontrol {1}.

4. Kontrol {5} digunakan

untuk mengatur "a",

"b", "c" dan kontrol {6}

untuk mengatur

"alpha", "beta" dan

"gamma".



5. Kontrol {8} "daftar parameter atom" memberikan posisi-posisi atom dan sitenya

(sementara isi dengan nomor berbeda untuk posisi yang berbeda). Untuk mengisi

pertama isilah daerah {7} kemudian "Add" atau "Insert". Isikan posisi Na dan Cl

6. Kemudian tekan OK

7. Akan muncul dialog "Boundary of structure" yang medefinisikan seberapa besar

struktur yang Anda akan gambarkan (berapa sel satuan) untuk sementara klik OK saja.

Maka Anda akan mendapatkan atom-atom Na dan Cl dalam satu sel satuan.

Menggambarkan Ikatan 8. Untuk membuat ikatan, pilih dua atom (dengan "klik kiri mouse" sambil menekan tombol

"Ctrl"), kemudian tekan "Enter". Atau dapat pula anda lakukan dengan memilih dua

atom dan menekan tombol di toolbar.

9. Ikatan-ikatan yang ekivalen dalam struktur dapat digambarkan dengan memilih ikatan

(klik kiri) kemudian "Shift + Enter" atau dengan menekan tombol pada toolbar.

Menggambarkan polihedra 10. Pilih atom-atom yang akan menjadi titik-titik sudut polihedron (klik kiri sambil menekan

tombol "Ctrl", kemudia "Enter".

11. Polihedron yang ekivalen dapat dibuat dengan memilih polihedron yang telah terbuat

dan menekan "Shift + Enter" atau dengan tombol di toolbar.

Eksplorasi lebih jauh 12. Anda dapat mencoba untuk mengeksplorasi lebih jauh dengan mencoba-coba menekan

tombol-tombol di toolbar, melihat-lihat menu, dan yang sangat dianjurkan mempelajari

help-nya.

13. Selamat mencoba.

PR Gambarkan struktur dengan cara penampilan 1 dan 2 (lihat cara penampilan di atas) :



1. Cu (bcc), Fm3m (no. 225), a = 3.6153, Cu(0,0,0).

2. Mg (hcp), P63/mmc (no.194) a = 3,210 , c = 5.210, Mg(0,0,0)

3. α-Fe (bcc), Im3m (no. 229), a = 2.866, Fe (0,0,0).

4. intan, Fd3m (no. 227), a = 3.567, C (0,0,0).

5. grafit, P63/mmc (no.194) a = 2.456 , c = 6.694, C(0,0,¼), (2/3, 1/3,¼).

6. Iodin, Cmca (no. 64), a=7.136, b = 4.686, c = 9.784, I (0, 0.15434, 0.11741).

7. CsCl, P43m (no. 215), a = 4.121, Cs (0,0,0), Cl (½, ½,½).

8. ZnS (sfalerit), F43m (no. 216), a = 5.409, Zn (0,0,0), S(¼,¼,¼).

9. ZnS (wurzit), P63mc (no.186) a = 3,811 , c = 6.234, Zn (1/3, 2/3, 0), S(1/3,2/3, 5/8)

10. NiAs, P63mc (no.186) a = 3,619 , c = 5.034, Ni (0,0,0), As(1/3,2/3,¼)

11. CdI2, P3m(164), a = 4.244 , c = 6.835, Cd (0,0,0), I(1/3,2/3,0.2492)

12. CaTiO3 (perovskit), Pm3m (221), a = 3.853, Ti (0,0,0) Ca (½,½,½) O(0,0,½)

13. NbO bila diketahui ia bertipe struktur NaCl dan a = 4.197 Å.

14. Flourite (CaF2): Fm3m(225) a = 5.462 Å, Ca (0,0,0) F(¼,¼,¼).

15. Li2O bila diketahui ia berstruktur anti-flourit dan a = 5.457 Å.

16. Rutil (TiO2): P42/mnm(136): a = 4.593 c = 2.956 Å Ti (0,0,0) O (0.3048, 0.3048, 0).

17. Spinel (MgAl2O4) Fd3m(227) a = 8.080 Å, Mg (0,0,0) Al (5/8, 5/8, 5/8) O(0.387, 0.387,

0.387).

18. K2PtCl6, Fm3m( 225), a = 9.686, Pt(0,0,0), Cl (0.239, 0,0), K(¼,¼,¼).

modul dan pr struktur dan kereaktifan kimia...

Documents