18
Efek shielding (halang)

Efek halang

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Efek halang

Efek shielding (halang)

Page 2: Efek halang

• Energi elektron adalah fungsi Z2/n2:

En = −2π2me4

n2h2(1)

− è2

2m

d2ψ

dx2+ V ψ = Eψ (2)

struktur shielding

E =−2π2µe4Z2

(4πε0)2h2n2(3)

λ =2L

n, n = 1, 2, ... (4)

ψ = sin2πx

λ= sin

nπx

L(5)

p =h

λ=

nh

2L, n = 1, 2, ... (6)

E =p2

2m(7)

E =n2h2

8mL2, n = 1, 2, ... (8)

ψ(r, θ, φ) = R(r)Θ(θ)Φ(φ) = R(r)Y (θ, φ) (9)

Ψ(r1, r2, ..., rn) (10)

Ψ = ψ(r1)ψ(r2)...ψ(rN), N = jumlah elektron/elektron ke- (11)

Zeff = Z− σ (12)

A (n+)(g) −→ A (n+1)+(g) + e−, energi ionisasi = ∆U (13)

A(g) + e− −→ A−(g), afinitas elektron = −∆U (14)

A−(g) −→ A(g) + e− (15)

η =1

2(I − Ae) (16)

M+(g) + X−

(g) −→ MX(s) (17)

Karena muatan inti bertambah lebih cepat daripada n maka seolah-olah energi yang dibutuhkan untuk mengeluarkan satu elektron akan terus bertambah dengan bertambahnya nomor atom.

• Tapi: energi ionisasi hidrogen (Z = 1) = 1312 kJ mol-1; energi ionisasi litium (Z = 1) = 520 kJ mol-1.

• r 2s > r 1s.

• elektron 2s1 ditolak oleh elektron yang lebih dalam.

• Muatan inti efektif Z* = Z – SS = konstanta shielding

• Karena orbital s mempunyai satu atau lebih puncak di dekat inti maka dia tidak terhalangi secara penuh, tetapi menghalangi secara baik

• Orbital selainnya menghalangi secara tidak sempurna. Orbital d dan f menghalangi secara buruk.

• Karena itu tingkatan energi orbital adalah 3d > 3p > 3s.

Page 3: Efek halang

Efek halang telah dirumuskan oleh Slater secara empiris. Dalam rumus ini dilakukan penyederhanaan keumuman dari berbagai elektron. Hasil perhitungan dengan rumus ini tidak begitu akurat tetapi dapat merupakan perkiraan kasar untuk mempelajari misalnya ukuran atom dan keelektronegatifan.Untuk elektron pada orbital ns dan np:1. Tulis konfigurasi elektron, dikelompokkan berdasarkan bilangan kuantum n.contoh: (1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p) dst2. Elektron di sebelah kanan kelompok (ns, np) tidak diperhitungkan.3. Elektron lain dalam kelompok (ns, np) menghalangi sebesar 0,35, masing-masing.4. Semua elektron pada kulit n–1 menghalangi sebesar 0,85, masing-masing.5. Semua elektron pada kulit n–2 menghalangi sebesar 1, masing-masing.

Untuk elektron pada orbital nd atau nf aturan nomor 4 dan 5 menjadi:6. Semua elektron di sebelah kiri menghalangi sebesar 1, masing-masing.

Page 4: Efek halang

Contoh

• Konfigurasi elektron atom 7N = 1s22s22p3. Pengelompokan orbital menghasilkan (1s2)(2s2p)5. Maka S = (2 x 0,85) + (4 x 0,35) = 3,10. Z* = Z – S = 7,0 – 3,1 = 3,9.

• Berapa muatan inti efektif bagi elektron pada orbital 4s atom 30Zn? Konfigurasi terkelompokkan adalah (1s2)(2s2p)8(3s3p)8(3d)10(4s)2. Maka S = (10 x 1,0) + (18 x 0,85) + (1 x 0,35) = 25,65. Z* = 4,35.

• Berapa muatan inti efektif bagi elektron 3d atom 30Zn?

• Slater melakukan generalisasi bahwa orbital d dan f terhalang secara sempurna oleh orbital di bawahnya (S = 1,0) dibandingkan dengan orbital s dan p (S = 0,85). Tetapi, dia juga mengasumsikan s, p, d, dan f menghalangi orbital di atasnya secara sama baiknya. Benarkah asumsi ini?

• Untuk keperluan perhitungan mekanika kuantum Slater mengusulkan aturan-aturan yang memudahkan perhitungan, tetapi di sisi lain, menurunkan akurasi:

• Orbital tidak mengandung simpul

• Z digantikan oleh Z*. Untuk atom-atom berat n digantikan oleh n*.

• Dalam rangka mengurangi kesulitan dan meningkatkan akurasi perhitungan Clementi dan Remondi mendapatkan muatan efektif inti melalui perhitungan fungsi gelombang SCF untuk atom H sampai Kr dan membuat rumus untuk menghitung elektron manapun.

Page 5: Efek halang

Halangan yang dialami elektron pada tingkat energi ke-n dan orbital ke-l ditunjukkan oleh rumus di bawah ini:

Di mana Nnl adalah banyaknya elektron pada orbital nl. Hitunglah ZN*, ZZn, 4s*, ZZn, 3d*!

Page 6: Efek halang
Page 7: Efek halang

Pengaruh efek halang terhadap tingkat energi orbital

• Unsur Cr(24) dan Cu(29) pada deret pertama transisi dan atom-atom di bawahnya memiliki konfigurasi elektron yang tidak sama dengan konfigurasi pada umumnya.

• Pada awalnya fenomena ini dijelaskan sebagai kestabilan khusus orbital setengah terisi atau penuh.

• Rich (1965) menjelaskan bahwa energi orbital yang terisi satu elektron berbeda dengan energi orbital yang terisi dua elektron.

Page 8: Efek halang

Ukuran Atom

Page 9: Efek halang

Berapa besarkah ukuran atom?

• Hasil pengukuran tak langsung memberikan nilai yang berbeda-beda.

• Tidak mungkin menentukan radius atom yang berlaku untuk semua kondisi.

• Nilai yang disajikan harus juga mendefinisikan dalam bentuk apa dan dengan cara apa atom diukur.

• Radius yang paling mungkin meningkat dengan meningkatnya harga n.

• Peningkatan muatan efektif inti cenderung memperkecil orbital.

• Harga Z* (menurut aturan Slater) naik sangat sedikit dari satu periode ke periode berikutnya: H = 1,0; Li = 1,3; Na = 2,2; K = 2,2; Rb = 2,2; Cs = 2,2. Apa akibatnya?

• Harga Z* dalam satu periode naik secara konstan: Li = 1,30; Be = 1,95; B = 2,60; C = 3,25; N = 3,90; O = 4,55; F = 5,20; Ne = 5,85. Mengapa dan apa akibatnya?

Page 10: Efek halang

Jari-jari kovalen

HHe

Li

BeBCNOFNe

Na

Mg

AlSiPSClAr

K

Ca

Sc

TiV

Fe CuZn

AsKr

Rb

Sr

Y

Zr

RuAg

CdSb

Xe

25

45

65

85

105

125

145

165

185

205

0 10 20 30 40 50

Data dari Buku Inorganic Chemistry, Gary L. Miessler, Donald A. Tarr, 1991, hlm 51

Page 11: Efek halang

Energi Ionisasi

Page 12: Efek halang

• Energi ionisasi adalah energi yang dibutuhkan untuk mengeluarkan satu elektron dari suatu atom atau ion terisolasi dalam ujud gas.

• Bersifat endotermik, nilainya selalu positif.

• Dalam satu golongan peningkatan n cenderung menyebabkan penurunan energi ionisasi karena kombinasi pengaruh ukuran atom dan halangan.

• Dalam periode yang sama cenderung terjadi peningkatan energi ionisasi dengan meningkatnya Z*. Ada dua faktor yang mempengaruhi:

• Perubahan tipe orbital, misalnya dari Gol. IIA ke Gol. IIIA.

• Energi pertukaran, ketika elektron mulai berpasangan. Hal ini menstabilkan sistem karena spin yang sejenis cenderung saling menghindari. Mengapa energi ionisasi N lebih besar daripada O?

• Energi ionisasi juga dapat ditentukan untuk molekul.

Page 13: Efek halang
Page 14: Efek halang
Page 15: Efek halang

• Ionisasi cenderung terjadi secara kebalikan daripada prinsip Aufbau.

• Pada unsur-unsur transisi terjadi ionisasi dengan pelepasan elektron dari orbital s.

• Perhitungan kestabilan dilakukan terhadap seluruh elektron sebagai satu kesatuan sistem.

• Energi orbital d terpengaruh jauh lebih besar dibandingkan orbital s bila muatan netto bertambah.

Page 16: Efek halang

Afinitas Elektron

Page 17: Efek halang

Afinitas elektron

Perubahan energi ketika sebuah elektron ditambahkan ke dalam suatu atom

− è2

2m

d2ψ

dx2+ V ψ = Eψ (1)

λ =2L

n, n = 1, 2, ... (2)

ψ = sin2πx

λ= sin

nπx

L(3)

p =h

λ=

nh

2L, n = 1, 2, ... (4)

E =p2

2m(5)

E =n2h2

8mL2, n = 1, 2, ... (6)

ψ(r,θ, φ) = R(r)Θ(θ)Φ(φ) = R(r)Y (θ, φ) (7)

Ψ(r1, r2, ..., rn) (8)

Ψ = ψ(r1)ψ(r2)...ψ(rN), N = jumlah elektron/elektron ke- (9)

Zeff = Z− σ (10)

A (n+)(g) −→ A (n+1)+(g) + e−, energi ionisasi = ∆U (11)

A(g) + e− −→ A−(g), afinitas elektron = −∆U (12)

− è2

2m

d2ψ

dx2+ V ψ = Eψ (1)

λ =2L

n, n = 1, 2, ... (2)

ψ = sin2πx

λ= sin

nπx

L(3)

p =h

λ=

nh

2L, n = 1, 2, ... (4)

E =p2

2m(5)

E =n2h2

8mL2, n = 1, 2, ... (6)

ψ(r,θ, φ) = R(r)Θ(θ)Φ(φ) = R(r)Y (θ, φ) (7)

Ψ(r1, r2, ..., rn) (8)

Ψ = ψ(r1)ψ(r2)...ψ(rN), N = jumlah elektron/elektron ke- (9)

Zeff = Z− σ (10)

A (n+)(g) −→ A (n+1)+(g) + e−, energi ionisasi = ∆U (11)

A(g) + e− −→ A−(g), afinitas elektron = −∆U (12)

A−(g) −→ A(g) + e− (13)

- Reaksi berjalan eksotermis kecuali untuk gas mulia dan alkali tanah

- Umumnya bernilai positif

- Cara lain adalah dengan mengeluarkan elektron dari satu anion

- Kadang disebut sebagai energi ionisasi ke-nol

- Umumnya lebih kecil daripada nilai energi ionisasi

- Kadang ditulis dengan simbil Ae

Page 18: Efek halang

AI-FG-3-

Mg

ArNe

FIGURE 2-13 ElectronAffinities: electron affinity :- LU for M(g) + e- -+ M-(g)for AU for M-(8)'----') M(g) +e-J. (Data from H. Hotop andW. C. Lineberger, J. Phys.Chem. Ref. Data, 1985' 14, 731.)

Sumber: Buku Inorganic Chemistry, Gary L. Miessler, Donald A. Tarr, 1991, hlm 50