-
FOTO KIMIAFoto kimia adalah : Fenomena yang mengaitkan reaksi
kimia dengan cahaya. Dalam peristiwa ini terjadi dua kemungkinan
yaitu: Reaksi kimia yang menghasilkan cahaya ataukah
sebaliknya.Banyak reaksi kimia yang diawali atau dipengharui oleh
cahaya.Sebagai contoh adalah reaksi pembentukan HCl. H2 (g) + Cl2
(g) HClReaksi seperti ini sangat umum secara termodinamika dengan H
= -184,6 KJ/mol tetapi reaksi ini tidak akan berlangsung dalam
suasana gelap. Reaksi ini akan sangat cepat dan dapat meledak bila
ada cahaya, karena cahaya memiliki energi untuk memecahkan ikatan
Cl-Cl yang merupakan reaksi inisiasi.
-
Sebagai catatan, reaksi fotokimia pada umumnya merupakan reaksi
berantai yang terdiri dari tiga tahap yaitu: insiasi, propagasi,
dan terminasi. Pada contoh reaksi pembentukan HCl terjadi pemutusan
ikatan Cl-Cl yang merupakan reaksi inisiasi oleh cahaya. Cl2 (g) +
hv 2Cl.Teori yang mendasari reaksi fotokimia adalah teori
spektroskopi atom dan teori kuantum yang dirumuskan oleh Max.
Planck
Bila suatu zat dipercikan ke dalam nyala api, akan muncul nyala
berwarna. Bila nyala tersebut direkam dengan spektrofotometer maka
akan muncul spektrum taksinambung atau spektrum garis/tetapi jika
dilewatkan cahaya putih yang tampak adalah spektrum
sinambung/tampak
-
Cahaya merupakan radiasi gelombang elektromagnetik, sehingga
cahaya memiliki sifat-sifat gelombang yaitu: kecepatan, frekuensi,
panjang gelombang disamping energi radiasi. Hubungan matematis dari
fenomena tersebut kemudian diturunkan oleh Max Planck berdasarkan
hipotesisnya bahwa energi bersifat taksinambung dan terdiri dari
sejumlah satuan terpisah yang dinamakan kuanta. Energi yang
dimiliki oleh sebuah kuanta radiasi elektromagnetik berbading lurus
dengan frekuensinya dan berbanding terbalik dengan panjang
gelombangnya.
-
E = h.v = hC/ V = C Dengan E = energi radiasi v = frekuensi =
panjang glombang C = kepatan cahaya (3x108m/dt) h = tetapan planck
(6,62 x 10-34 J det
Contoh: Hitunglah energi yang diperluksan untuk memutuskan
ikatan Cl-Cl dengan panjang gelombang 494 nm.
-
Tingkat Energi Rotasi, Vibrasi dan elektronik
Elektron pada atom menempati tingkat energi. Untuk kasus
sederhana seperti atom hidrogen, tingkat energinya adalah
Sementara tingkat energi elektroniknya adalah:
En= hcRH n2 Dimana n= 1,2,3,4.. RH = konstanta Rydberg
-
RH = 2me4[1/40] h2 c Dimana m = masa eletron e = muatan
elektron
0 = permitivitas pada daerah vakum 1/40 adalah faktor
konversiDengan demikian nilai konstanta Rydberg adalah RH = 109,667
cm-1 atau sama dengan 10,967700 m-1
Ketika bilangan kuantum utama n dari elektron berubah, energi
terabsorpsi (n = +) atau terpancarkan (n = -) . Transisi elektronik
memiliki energi normal pada daerah UV/Vis
Sebagai contoh: garis emisi pada spektrum atom H menunjukkan
transisi dari n = 3 ke n = 2 memiliki energi sebesar 3,03 x 10-19
J, dengan panjang gelombang 656 nm
-
Tingkat Energi elektronik dan Transisi Elektronik Pada Molekul
Secara kualitatif dpat diasumsikan bahwa orbital molekul dapat
dibangun dengan mengkombinasikan orbital-orbital atom yang menyusun
molekul tersebut. Dalam pembentukan molekul, orbital atom
bertumpang tindih menghasilkan orbital molekulyakni fungsi
gelombang elektron dalam molekul. Jumlah orbital molekul adalah
jumlah orbatom dan orbital molekul ini diklasifikasikan menjadi
orbital molekul ikatan, non-ikatan, atau antiikatan sesuai dengan
besarnya partisipasi orbital itu dalam ikatan antar atom. Kondisi
pembentukan orbital ,molekul ikatan adalah sebagai berikut.
(1) Cuping orbital atom penyusunnya cocok untuk tumpang
tindih.(2) Tanda positif atau negatif cuping yang bertumpang tindih
sama.(3) Tingkat energi orbital-orbital atomnya dekat.
-
Tingkat energi orbital molekul ikatan lebih rendah, sementara
tingkat energi orbital molekul anti ikatan lebih tinggi dari
tingkat energi orbital atom penyusunnya.Semakin besar selisih
energi orbital ikatan dan anti ikatan, semakin kuat ikatan. Bila
tidak ada interaksi ikatan dan anti ikatan antara A dan B, orbital
molekul yang dihasilkan adalah orbital non ikatan. Elektron
menempati orbital molekul dari energi terendah ke energi yang
tertinggi. Orbital molekul terisi dan berenergi tertinggi disebut
HOMO (highest occupied molecular orbital) dan orbital molekul
kosong berenergi terendah disebut LUMO (lowest unoccupied molecular
orbital). Selain itu, orbital-orbital itu dinamakan sigma () atau
pi() sesuai dengan karakter orbitalnya. Suatu orbital sigma
mempunyai simetri rotasi sekeliling sumbu ikatan, dan orbital pi
memiliki bidang simpul. Oleh karena itu, ikatan sigma dibentuk oleh
tumpang tindih orbital s-s, p-p, s-d, p-d, dan d-d dan ikatan pi
dibentuk oleh tumpang tindih orbital p-p, p-d, dan d-d
-
Tumpang tidih orbital dengan tanda sama akan menghasilkan
orbital ikatatan (bonding) dan sebaliknya. Orbital ikatan dengan
energi tertinggi disebut HOMO dan orbital anti ikatan dengan energi
rendah disebut LUMO
-
Contoh di samping ini adalah OM dari O2. Elektron ke-11 dan 12
akan mengisi orbital 1g yang terdegenerasi dalam keadaan dasar dan
spinnya paralel sesuai aturan Hund dan oleh karena itu oksigen
memiliki dua elektron tidak berpasanganTingkat Energi Vibrasi
Posisi atom-atom pada molekul tidaklah diam, molekul tidak
pernah tenang. Vibrasi (getaran atom) mengakibatkan
perubahan-perubahan jarak antaratom. Energi vibrasi molekul dapat
dianggap mirip denn osilator harmonik kuantum.
Dimana n = bilangan bulat h = tetapan planck f = frekuensi
getaran
-
Molekul menyerap hanya radiasi elektromagnetik dengan panjang
gelombang spesifik (spesifik untuk molekul itu). Absorpsi cahaya
ultra violet akan menyebabkan pindahnya sebuah elektron ke orbital
dengan energi lebih tinggi, sementara radiasi infra merah tida
cukup mengandung energi untuk memperomosikan elektron semacam itu.
Absorpsi radiasi infra merah hanya mengakibatkan membesarnya
amplitudo getaran atom-atom yang terikat satu sama lain. Bila
molekul-molekul menyerap radiasi infra merah, energi yang diserap
menyebabkan kenaikan dalam amplitudo getaran (Vibrasi) dari
atom-atom yang terikat. Dapat dikatakan bahwa molekul tersebut
berada dalam keadaan vibrasi tereksitasi. Energi yang diserap ini
akan dibuang dalam bentuk panas jika molekul itu kembali ke kedaan
dasar. Keadaan vibrasi dari ikatan terjadi pada keadaan tetap atau
terkuantisasi tingkat energinya. Panjang gelombang yang diabsorbi
oleh suatu tipe ikatan bergantung pada maca getaran dari ikatan
tersebut.
-
Oleh karena itu tipe ikatan yanmg belainan (C-H, C-C, O-H) dan
sebagainya menyerap radiasi infra merah pada panjang gelombang yang
berlainan.
Tingkat Energi Rotasi dan Transisi rotasiFrekuensi rotasi suatu
molekul ditentukan juga oleh mekanika kuantum dan subjek yang
terkuantisasi. Panjang gelombang rotasi berada di atas vibrasi
sehingga secara umum energi rotasi rendah
-
Sebagai contoh, eksitasi mikrowave H2O adalah rotasi murni.
Unsur-unsur spektroskopi
Bila kita berbicara mengenai spektroskopi optik, maka yang kita
bicarakan adalah pengukuran absorbansi atau emisi pada ketiadaan
medan magnet. macam-macam spektroskopi optik adalah: UV, Vis, IR
dan Raman. Spektroskopi Raman adalah bentuk khusus dari spetroskopi
vibrasi dimana cahaya dihamburkan oleh molekul yang memiliki
panjang gelombang tambahan akibat eksitasi vibrasi
Spektroskopi UV/Vis
Spektroskopi ini secara normal mengukur transisi elektronik pada
atom atau molekul. Prinsip kerja dari spektroskopi ini mengikuti
hukum Lambert-Beer
-
Spektroskopi IR
Absorpsi radiasi infra merah hanya mengakibatkan membesarnya
amplitudo getaran atom-atom yang terikat satu sama lain. Ikatan
dalam suatu molekul dapat mengalami berbagai macam osilasi. Oleh
karena itu suatu ikatan tertentu dapat menyerap energi pada lebih
dari satu panjang gelombang. Misalnya ikatan O-H menyerap energi
pada kira-kira 3330 cm-1 (3,0m). Energi pada panjang gelombang ini
menyebabkan kenaikan vibrasi ulur (streetching vibration) pada
ikatan O-H itu. Ikatan O-H yang lain juga menyerap pada kira-kira
1250 cm-1(m) Energi pada panjang gelombang ini menyebabkan kenaikan
vibrasi tekuk (bending vibration). Skala pada dasar spektra adalah
bilangan gelombang yang berkurang dari 4000cm-1 ke 670 cm-1 atau
lebih rendah, sedangkan panjang gelombang dicantumkan di bagian
atas.
-
Sedangkan pada stroskopi Raman, dikhususkan dan merupakan bentuk
komplementer dari spektroskopi IR (vibrasi)
-
Spektroskopi NMR (nuclear magnetic resonsnce)
Hidrogen mempunyai 3 isotop yaitu: protium (1H atau H kelimpahan
99,985%),Deuterium (2H atau D kelimpahan 0,0156%) dan tritium (3H
atau T bersifat radioaktif kelimpahan
-
Dari tiap inti hidrogen atau proton mengambil salah satu dari
dua sikap (orientasi). ParalelAnti paralel Terhadap medan luar.
Dalam keadaan paralel, arah momen magnet sama dengan arah medan
luar. Sedangkan dalam keadaan antiparalel momen magnet proton
berlawanan dengan arah medan luar.
Paralel antiparalel Pada tiap saat separuh proton dalam keadaan
paralel dan separuhnya dalam keadaan antiparalel, dan keadaan
paralel berenergi lebih rendah dibandingkan keadaan antiparalel
-
Bila dikenai gelombang radio yang frekuensinya cocok, maka momen
magnet dari proton paralel akan menyerap energi untuk membalik
(jungkir balik) menjadi proton antiparalel yang energinya lebih
tinggi. Bila gabungan khusus antara kuat medan magnet luar dan
radiofrekuensi menyebabkan suatu proton berpindah dari keadaan
paralel ke antiparalel, maka dikatakan proton itu dalam resonansi.
Dari kondisi itu kemudian muncul istilah resonansi magnetik nuklir
(NMR)
-
Topik Khusus: CFC dan Lubang Ozon Klorofluorokarbon (CFC) secara
luas digunakan pada bahan-bahan yang secara total terdiri dari
karbon terhalogenasi. Yang paling umum adalah CCl2F2 dengan merek
dagang Freon-12. Zat ini digunakan secara khusus pada refigeran dan
sistem pendinginan (AC, kulkas dll). Kegunaanya diperoleh dari
fakta bahwa transisi cair-uap pada suhu dan tekanan yang sesuai
dengan operasi pada suhu ruang dan karena ikatan C-X kuat sehingga
membuat molekulnya secara kimia inert dan tidak dapat terbakar.
Akan tetapi sekitar tahun 1974 dua orang ahli kimia dari Amerika
Rowland dan Moina menyatakan bahwa radikal Cl- pada lapisan
stratosfir merusak lapisan ozon (O3) yang menyebabkan meningkatnya
radiasi UV pada permukaan bumi.
-
Stratrosfir adalah daerah atmosfir bumi pada ketinggian antara
10-150 Km. Pada daerah ini radiasi yang menyinari bumi dari
matahari mengandung UV-hampa yang berenergi tinggi dengan panjang
gelombang kurang dari 200 nm. Pada atmosfir bagian atas dari
lapisan stratosfir terjadi reaksi pembentukan ozon.O2 + hv 2O-
Pembentukan OzonO- + O2 O3Keberadaan Cl- dapat mengganggu reaksi
di atas sehingga muncul istilah kerusakan lapisan ozon
Cl- O3 ClO
ClO- + O- Cl + O2O3 + O- 2O2
-
Energi matahari yang dipancarkan ke bumi: 25% dipantulkan
kembali oleh awan, 25% diserap awan, 45% diserap bumi dan sisanya
5% dipantulkan kembali oleh bumi dalam bentuk radiasi infra
merah.
***