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.