PERCOBAAN IVSPEKTRA BERBAGAI ION LOGAM TRANSISI

I. Tujuan PercobaanMempelajari spektra berbagai ion kompleks.

II. Alat dan Bahan1. Alat yang digunakan :a. Spektrofotometer UV-Vis single beam1 setb. Gelas beker 200 ml2 buahc. Gelas beker 100 ml1 buahd. Labu ukur 25 ml2 buahe. Pipet tetes2 buahf. Pengaduk kaca2 buahg. Glasfin1 buahh. Pipet ukur 5 ml1 buahi. Erlenmeyer 50 ml6 buahj. Kaca arloji2 buah

2. Bahan yang digunakan :a. Kristal KMnO40,395 gramb. Kristal CuSO4.5H2O0,627 gramc. Kristal Ni(NO3)2.6H2O0,727 gramd. Kristal K2Cr2O70,735 grame. Kristal Co(NO3)20,728 gramf. Kristal FeSO4.7H2O0,695 gram g. Akuadessecukupnya

3. Gambar Alat UtamaLayar Tempat sampelTombol-tombol pengatur Spektrofotometer UV-VisIII. Dasar TeoriSpektrofotometri merupakan suatu metoda analisa yang didasarkan pada pengukuran serapan sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna pada panjang gelombamg spesifik dengan menggunakan monokromator prisma atau kisi difraksi dengan detektor fototube (Day dan Underwood, 2001).Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorban suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Sedangkan pengukuran menggunakan spektrofotometer ini, metoda yang digunakan sering disebut dengan spektrofotometri (Basset, 1994).Senyawa kompleks adalah senyawa yang terdiri dari satu atom pusat atau lebih yang menerima sumbangan pasangan elektron dari atom lain, gugus atom penyumbang elektron ini disebut ligan (Pudyaatmaka, 2002).Satu ion (molekul) kompleks terdiri dari satu atom pusat dengan sejumlah ligan yang terikat erat dengan atom pusat. Atom pusat ditandai dengan bilangan koordinasi. Suatu angka bulat yang ditunjukkan dengan ligan monodentat yang dapat membentuk kompleks stabil dengan atom pusat (Vogel, 1989).Kebanyakan senyawa kompleks dapat mengabsorpsi radiasi elektromagnetik pada daerah UV/VIS (daerah 190 800 nm). Jika sejumlah radiasi terabsorp oleh senyawa kompleks, maka energi adsorpsi tersebut menyebabkan terjadinya transisi elektronik dari keadaan dasar ke keadaan eksitasi. Pada proses eksitasi, radiasi elektromagnetik yang terabsorp memiliki energi yang tepat sama dengan perbedaan antara energi keadaan eksitasi dengan energi keadaan dasar.Tidak semua transisi elektronik yang terjadi pada suatu senyawa kompleks yang terkena radiasi dapat teramati pada spektra absorpsinya. Hal ini karena intensitas yang dihasilkan berbeda-beda. Transisi dari n (nonbonding) ke *, misalnya, adalah transisi forbidden yang biasanya menghasilkan spektra UV dengan intensitas rendah. Spektra absorpsi yang dihasilkan oleh molekul sunyawa kompleks biasanya terjadi pada panjang gelombang yang lebar karena molekul senyawa kompleks biasanya memiliki banyak tingkatan keadaan eksitasi Secara empiris, hubungan antara intensitas absorpsi dengan konsentarsi ditunjukkan oleh persamaan Lambert Beer :

Log= b CLog disebut sebagai densitas optikal atau sering disebut absorbansi (A), adalah panjang sel dalam cm. adalah besaran yang dapat menunjukkan adanya transisi elektronik tanpa dipengaruhi oleh preparasi sampel. Harga setara dengan harga absorbansi (A) pada konsentrasi larutan yang sama. Puncak spektra dengan harga besar akan menghasilkan intensitas yang tinggi untuk konsentrasi tertentu jika dibandingkan dengan puncak spektra dengan harga lebih kecil (Rahardjo dkk, 2013)Perbedaan tingkat energi E2g dan Eg atauo bergantung pada kuat ikatan antara ion logam dan ligan. Bila dalam ion kompleks diberikan energi dalam bentuk cahaya maka elektron pda orbital yang lebih rendah energinya (E2g) dapat tereksitasi ke orbital yang lebih tinggi energinya (Eg) dengan menyerap cahaya yang energinya sama dengan harga . Makin kecil harga makin kecil energi yang diperlukan unuk eksitasi tarsebut.Seperti yang diketahui, energi cahaya bergantung pda panjang gelombangnya, yaitu semakin pendek panjang gelombang () maka semakin tinggi energinya.Cahaya terdiri dari cahaya radiasi dari berbagai panjang gelombang yaitu antara 400 nm - 700 nm.Suatu larutan atau zat padat mempunyai warna tertentu, karena menyerap sebagian komponen sinar tampak.Warna zat yang dapat diamati dengan mata adalah komponen sinar tampak yang tidak diserap oleh zat tersebut.

Cahaya yang diserap (nm)Warna yang diserapWarna yang dapat dilihat

410 490490 530530 580580 680Ungu/biru kehijauanBiru kehijauan/hijauHijau/kuningKuning/merahKuning/merahMerah/unguUngu/biruBiru/biru kehijauan

(Syarifudin, 1994)

Teori medan kristal tentang senyawa koordinasi menjelaskan bahwa dalam pembentukan kompleks terjadi interaksi elektrostatik antara ion logam (atom pusat) dengan ligan. Jika ada empat ligan yang berasal dari arah yang berbeda, berinteraksi dengan atom/ion logam pusat, langsung dengan ligan akan mendapatkan pengaruh medan ligan lebih besar dibandingkan dengan orbital-orbital lainnya. Akibatnya, orbital tersebut akan mengalami peningkatan energi dan kelima sub orbital d-nya kan terpecah (splitting) menjadi dua kelompok tingkat energi. Kedua kelompok tersebut adalah : 1). Dua sub orbital (dx2 dy2, dan dz2) yang disebut dy atau eg dengan tingkat energi yang lebih tinggi, dan 2). Tiga sub orbital (dxz, dxy, dan dyz) yang disebut de atau t2g dengan tingkat energi yang lebih rendah. Perbedaan tingkat energi ini menunjukkan bahwa teori medan kristal dapat menerangkan terjadinya perbedaan warna kompleks (Hala, 2010).Pada dasarnya spektra di dalam suatu ion kompleks tergantung dari jenis term simbol dari ion pusatnya. Sebagai contoh CuSO4 , karena konfigurasi d pada Cu2+ adalah d9, maka term simbolnya adalah 2D yang tersplit menjadi 2 sehingga puncak yang dihasilkan hanya 1 puncak, karena transisi energy hanya terjadi 1KonfigurasiExampleGround Termm12 1 0 -1 -2MLS

d1Ti3+2D2

d2V3+3F31

d3Cr3+4P3

d4Cr2+5D22

d5Mn2+6S0

d6Fe2+5D22

d7Co2+4F3

d8Ni2+3F31

d9Cu2+2D2

(Huheey, 1993)

Pada spektrofotometri Visible (Spektro Vis) yang digunakan sebagai sumber sinar atau energi adalah cahaya tampak.Sampel yang dianalisa dengan metode ini hanyalah sampel yang memiliki warna.Penyerapan sinar tampak/UV oleh suatu molekul dapat menyebabkan terjadinya ekstitasi molekul tersebut dari tingkat energi dasar (groundstate) ke tingkat energi yang lebih tinggi (exsited state). Proses ini melalui 2 tahap:M + h: MM: M + heatPengabsorbsian sinar UV/tampak oleh suatu molekul umumnya menghasilkan eksitasi elektron bonding.Akibatnya panjang gelombang absorbansi maksimum dapat dikorelasikan dengan jenis ikatan yang sedang diselidiki (Hendrayana, 1994).

IV. Cara KerjaKristal CuSO4.5H2O 0,627 gram25 ml akuades2,5 ml larutanLarutan 0,1 M25 ml akuadesKristal Ni(NO3)2.6H2O 0, 727 gram0,727 graKristal FeSO4.7H2O 0,695 gramKristal KMnO4 0,395 gramKristal K2Cr2O7 0, 735 gramKristal Co(NO3)0,728 gram

masing-masing dilarutkan

menjadi

masing-masing diambil

dilarutkan

masing-masing menjadiLarutan 0,01 M

Spektrofotometer UV-Vis

masing-masing diukur dengan

dianalisisSpektra yang terbentuk

V. Hasil PercobaanNo.Sampel (nm)Absorbansi

1.KMnO45243462,02111,4983

2.CuSO4.5H2O8025380,12460,0153

3.Ni(NO3)2.6H2O7246565384040,05180,05020,04190,0310

4.K2Cr2O77624580,00122,5266

5.Co(NO3)25380,0536

6.FeSO4.7H2O3660,5372

VI. PembahasanPercobaan ini bertujuan untuk mempelajari spektra beberapa ion kompleks. Pada percobaan ini senyawa kompleks diukur panjang gelombang dan absorbansinya menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Spektrofotometer UV-Vis merupakan gabungan antara prinsip spektrofotometri UV dan Visible. Alat ini menggunakan dua buah sumber cahaya yang berbeda, yaitu sumber cahaya UV dan sumber cahaya Visible. Konsentrasi larutan yang dianalisis akan sebanding dengan jumlah sinar yang diserap oleh zat yang terdapat dalam larutan tersebut. Prinsip kerja spektrofotometer UV-Vis adalah cahaya yang berasal dari lampu deuterium maupun wolfram yang bersifat polikromatis di teruskan melalui lensa menuju ke monokromator pada spektrofotometer dan filter cahaya pada fotometer. Monokromator kemudian akan mengubah cahaya polikromatis menjadi cahaya monokromatis (tunggal). Berkas-berkas cahaya dengan panjang tertentu kemudian akan dilewatkan pada sampel yang mengandung suatu zat dalam konsentrasi tertentu. Oleh karena itu, terdapat cahaya yang diserap (diabsorbsi) dan ada pula yang dilewatkan. Cahaya yang dilewatkan ini kemudian di terima oleh detector. Detector kemudian akan menghitung cahaya yang diterima dan mengetahui cahaya yang diserap oleh sampel. Cahaya yang diserap sebanding dengan konsentrasi zat yang terkandung dalam sampel sehingga akan diketahui konsentrasi zat dalam sampel secara kuantitatif. Pada percobaan kali ini digunakan spektrofotometri UV-VIS single beam dan pengukuran dilakukan pada range = 300-900 nm yaitu range sinar UV dan visible. Daerah UV berada pada 100 400 nm dan visible berada pada daerah 400 750 nm. Sehingga percobaan dilakukan pada daerah yang melampaui keduanya Sampel yang digunakan dalam percobaan ini adalah larutan KMnO4, CuSO4.5H2O, Ni(NO3)2.6H2O, K2Cr2O7, Co(NO3)2, dan FeSO4.7H2O masing-masing 0,01 M. Larutan sampel dibuat dengan konsentrasi kecil agar hasilnya dapat terbaca oleh alat. Apabila terlalu pekat atu konsentrasinya besar maka intensitasnya akan terlalu besar dan sulit dibaca. Sesuai dengan hukum lambert-beer bahwa absorbansi akan sebanding dengan konsentrasi. Oleh karena itu larutan dibuat encer agar mempermudah analisis. Larutan uji tersebut masing-masing memiliki warna yang khas dan karakteristik yaitu :Ni(NO3)2: hijauCuSO4: biruFeSO4: kuning orangeCo(NO3)2: merah mudaKMnO4: ungu tuaK2Cr2O7: kuning Logam transisi dapat membentuk warna karakteristik. Munculnya warna disebabkan karena sub kulit d terdapat elektron yang tidak berpasangan. Ion transisi dapat menyerap sinar tampak, kompleks warna dapat dipengaruhi oleh anion yang mengikatnya. Warna yang dihasilkan oleh ion kompleks menunjukan bahwa senyawa kompleks dapat menyerap sinar pada pengukuran daerah tampak, maka spektra yang dihasilkan juga terdapat pada panjang gelombang untuk cahaya tampak. Pada percobaan ini didapatkan data spektra UV-Vis yang akan dibahas sebagai berikut : 1. KMnO4Muatan Mn dapat dihitung dari penjumlahan muatan atom-atom lainnya :K + Mn + 4. O = (+1) + Mn + 4 (-2) = 0Maka Mn memiliki muatan +7. Konfigurasinnya :25Mn : [Ar] 3d5 4s225Mn7+ = (Ar) 4s0 3d0Menurut konfigurasinya, dalam orbital d tidak terdapat elektron atau kosong. KMnO4 bersifat diamagnetik dan senyawa yang tidak berwarna. Namun pada percobaan KMnO4 berwarna ungu. Hal ini bisa dijelaskan karena adanya transfer energy dalam bentuk O2 menjadi O-. Larutan yang dihasilkan berwarna ungu pekat karena adanya elektron tidak berpasangan. Elektron dari atom O masuk ke orbital d. Menurut teori, terdapat 5 puncak atau 5 transisi, yaitu:A2g(G) T1g(G)A2g(G) T2g(G)A2g(G) A2g(F)A2g(G) T2g(F)A2g(G) T1g(F)Namun dari percobaan hanya terdapat 2 puncak saja yaitu pada panjang gelombang 524 nm dan 346 nm serta absorbansinya 2,0211 dan 1,4983. Hal ini terjadi kemungkinan disebabkan eksitasi elektron hanya menjadi dua tingkatan yakni A2g(G) T1g(F) dan A2g(G) T2g(F).

2. CuSO4.5H2OKarena berikatan dengan SO42- maka Cu memiliki bilangan oksidasi 2+CuSO4 Cu2+ + SO42-, dengan konfigurasi elektron:29Cu : [Ar] 3d10 4s129Cu2+ : [Ar] 3d9 4s0

d9Karena terdapat elektron yang tidak berpasangan, maka senyawa yang dihasilkan akan mempunyai warna. Hal ini sesuai dengan percobaan bahwa larutan Cu2+ berwarna biru. Menurut teori, karena Cu2+ memiliki elektron terakhir di d9, diagram orgelnya hanya tersplit menjadi 2 dan memiliki 1 puncak yang transisinya T2g Eg.

(Chaterine and Alan, 2005)Cu2+ cenderung tetrahedral sehingga transisinya yang berada di sebelah kiri. Dari hasil percobaan diperoleh 2 puncak yaitu pada panjang gelombang 802 dan 588 nm dengan absorbansi 0,1246 dan 0, 0153. Adanya perbedaan hasil percobaan dengan teori kemungkinan dikarenakan adanya kontaminasi pada sampel. Selain itu instrument spektrofotometer UV-Vis sangat peka pada daerah visible sehingga menghasilkan pucak pada spektra.

3. Ni(NO3)2.6H2OPada larutan sampel ini, reaksi pembentukan kompleks yang terjadi : Ni2+ + 2NO3- + 6 H2O Ni(NO3)2.6H2OKonfigurasi elektron Ni: 28 Ni = (18Ar) 3d8 4s2Ni2+ = (18Ar) 3d8

Ni2+ d8 Karena terdapat elektron yang tidak berpasangan pada orbital d maka senyawanya berwarna yaitu warna hijau. Menurut teori, karena berada pada orbital akhir d8, terdapat 3 puncak pada spektra Ni2+.

Transisinya yaitu 3A2g (F) 3A2g (F) , 3A2g (F) 3T1g (F), 3A2g (F) 3T1g (P) oleh karena itu seharusnya ada 3 puncak pada spektra. Pada saat analisis dengan UV-Vis dihasilkan data yaitu puncaknya berada pada panjang gelombang dan absorbansi sebagai berikut : 724, 0,0518; 656, 0,0502; 538, 0,0410; dan 404, 0,310. Hal ini tidak sesuai teori karena terdapat 4 puncak yang seharusnya hanya ada 3 puncak. Adanya 4 puncak kemungkinan dikarenakan adanya kontaminasi yang mempengaruhi larutan. Kontaminan-kontaminan yang ada pada larutan akhirnya terbaca pada alat dan menghasilkan puncak pada spektra.

4. K2Cr2O7Bilangan oksidasi atau muatan Cr dapat dihitung dengan menjumlahkan muatan atom-atom lainnya.2.K + 2. Cr + 7. O = 02 (+1) + 2 Cr + 7 (-2) = 02 + 2 Cr + (-14) = 0-12 + 2 Cr = 0Cr = +6Konfigurasi elektronnya 24Cr : [Ar] 3d5 4s1 Cr6+ : [Ar] 3d0 4s0Seharusnya orbital d tidak terisi elektron dan senyawa yang dihasilkan tidak berwarna. Namun, elektron dari O2- masuk ke orbital 3d. Hal ini dapat dilihat bahwa senyawa yang dihasilkan menjadi berwarna kuning dikarenakan adanya elektron yang tidak berpasangan sumbangan dari atom O. Menurut teori ada 3 tingkatan energi yang mengahsilkan 3 puncak pada spektra.

4A2g (F) 4T2g(F)4T1g (F) 4T2g(F)4T1g (F) 4T1g(P)

Namun dalam percobaan hanya terdapat 2 puncak yaitu pada panjang gelombang 762 nm dan 458 nm dan absorbansinya 0,0012 dan 0,5266. Hal ini terjadi karena beberapa hal. Kemungkinan elektron-elektron tidak tereksitasi hingga tingkat energi paling atas karena energi yang diberikan tidak mencukupi. Kemungkinan lain adalah adanya gangguan spektral atau larutan terlau encer hingga tidak terbaca pada spektra.

5. Co(NO3)2Co(NO3)2 Co2+ + 2NO3- Co merupakan golongan transisi dengan konfigurasi elektron dengan konfigurasi elektron 27Co : [Ar] 3d7 4s2 . Co pada Co(NO3)2 mempunyai bilangan koordinasi +2 sehingga melepaskan 2 elektron terluar atau tingkat energi terendah sehingga konfigurasi elektronnya:27Co2+ : [Ar] 3d7 4s0Tingkatan transisinya dapat dilihat dari diagram orgel berikut (Chaterine and Alan, 2005)

Secara teorits Co(NO3)2 yang berada pada orbital d7 mempunyai 3 puncak pada spektranya sehingga akan terdapat 3 transisi yaitu :A2g(G) A2g(F)A2g(G) T2g(F)A2g(G) T1g(P)Namun, dalam percobaan hanya didapatkan satu puncak saja yaitu pada panjang gelombang 538 nm dan dengan absorbansi 0,0536. Perbedaan ini bisa disebabkan transisi elektron hanya mencapai tingkat energi yang pertama yaitu hanya terjadi transisi A2g(G) A2g(F). Hal ini kemungkinan karena energi yang diberikan tidak mencukupi, hingga elektron bisa mencapai tingkat transisi secara maksimal.

6. FeSO4.7H2OFeSO4 Fe2+ + SO42-, dengan konfigurasi elektron :26Fe : [Ar] 3d6 4s226Fe2+ : [Ar] 3d6 4s0

orbital d

Orbital d tidak terisi penuh dan terdapat elektron tidak berpasangan oleh karena itu senyawa dari Fe2+ berwarna yaitu warna kuning. Secara teoritis, Fe2+ berada pada orbital d6 menghasilkan 1 puncak dan transisinya 5Eg 5T2g karena term symbolnya yaitu 5D.

(Chaterine and Alan, 2005)Dari hasil percobaan diperoleh 1 puncak dengan absorbansi sebesar 0,5372 dan panjang gelombang 366 nm . Hal ini menunjukan bahwa hasil yang didapat sesuai dengan teori yang ada. VII. Kesimpulan1. Adanya warna pada suatu larutan terjadi karena adanya elektron tidak berpasangan pada orbital d.2. Dari hasil percobaan diperoleh :No.Sampel (nm)AbsorbansiJumah puncakSecara teori

1.KMnO45243462,02111,49832 puncak5 puncak

2.CuSO4.5H2O8025380,12460,01532 puncak1 puncak

3.Ni(NO3)2.6H2O7246565384040,05180,05020,04190,03104 puncak3 puncak

4.K2Cr2O77624580,00122,52662 puncak

5.Co(NO3)25380,05361 puncak3 puncak

6.FeSO4.7H2O3660,53721 puncak1 puncak

VIII. Daftar PustakaBasset, J . 1994 . Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik. Jakarta : EGCCatherin dan Alan. 2005. Inorganic Chemistry. London: Prentice HallUnderwood dan Day. 2001 . Analisis Kimia Kuantitatif . Jakarta : ErlanggaHala, Y. 2010. Penuntun Praktikum Kimia Anorganik. Makassar : Laboratorium Anorganik FMIPA Universitas HasanuddinHendayana, Semar. 1994. Kimia Analitik Instrument. Semarang: IKIP Semarang PressHuheey, Keiter & RL Keiter. 1993. Inorganic Chemistry 4th Ed. New York: Harper CollinsPudyaatmaka, A.Hadyana, 2002, Kamus Kimia, Balai Pustaka, JakartaRahardjo, Sentot, dkk. 2013. Modul Praktikum Kimia Anorganik II. Surakarta: FMIPA UNSSyarifudin, Nuraini. 1994. Ikatan Kimia. Yogyakarta: UGM PressVogel, 1988, Analisa Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro, Kalman Media, Jakarta

IX. Lampiran1. Perhitungan2. Spektra UV-Vis3. Laporan sementara

Surakarta, 1 Juni 2013Asisten Pembimbing Praktikan

Nurul Naning Husna Syaima

PERHITUNGAN

Pembuatan larutan induk

1. Ni(NO3)2. 6H2O

2. FeSO4. 7H2O

3. KMnO4

4. Co(NO3)2 . 6H2O

5. K2Cr2O7

6. CuSO4.5H2O

PengenceranM1 . V1 = M2 .V20,1 . V1 = 0,01 . 25V1 = 2,5 mlLarutan induk 0,1 M masing-masing diambil 2,5 ml diencerkan dalam 25 ml.