Penamaan Ionik dan Kovalen serta Valensi untuk Kimia HSC

Misalkan Anda diminta menuliskan rumus untuk besi(III) oksida. Mana yang tampak benar: \(\ce{FeO}\), \(\ce{Fe2O3}\), atau \(\ce{Fe3O2}\)?

Pilihan yang menggoda adalah \(\ce{Fe3O2}\). Bagaimanapun, nama tersebut mengandung “III”, dan oksida memiliki valensi 2. Namun, angka Romawi tersebut tidak memberi tahu berapa banyak atom besi yang harus ditulis. Angka itu menunjukkan bilangan oksidasi besi. Rumus kemudian harus disusun agar muatan positif dan negatif saling meniadakan.

Hasilnya adalah \(\ce{Fe2O3}\).

Inilah gagasan utama di balik nomenklatur kimia: nama dan rumus mengandung jenis informasi yang berbeda, dan Anda perlu mengetahui informasi mana yang menentukan subskrip.

01Tiga konsep yang mudah tertukar

Sebelum menamai senyawa, bedakan tiga konsep yang saling berkaitan: valensi, muatan ion, dan bilangan oksidasi.

Pada tingkat HSC, valensi berguna sebagai cara singkat untuk menulis rumus, terutama untuk ion monoatomik yang sudah dikenal. Magnesium umumnya membentuk \(\mathrm{Mg}^{2+}\), sehingga kita sering mengatakan bahwa magnesium memiliki valensi 2. Klorin umumnya membentuk \(\mathrm{Cl}^{-}\), sehingga valensinya adalah 1.

Namun, valensi tidak persis sama dengan bilangan oksidasi.

Valensi biasanya ditulis sebagai bilangan bulat tanpa tanda. Bilangan oksidasi memiliki tanda dan bergantung pada senyawanya. Suatu unsur dapat memiliki beberapa bilangan oksidasi.

Besi, misalnya, umum ditemukan sebagai \(\mathrm{Fe}^{2+}\) maupun \(\mathrm{Fe}^{3+}\). Itulah sebabnya nama seperti besi(II) klorida dan besi(III) klorida memerlukan angka Romawi.

02Rumus ionik ditentukan oleh muatan

Bayangkan senyawa ionik seperti pesta makan malam dengan aturan yang sangat ketat: setiap muatan positif harus dinetralkan oleh jumlah muatan negatif yang sama sebelum siapa pun diperbolehkan duduk.

Satu \(\mathrm{Na}^{+}\) dan satu \(\mathrm{Cl}^{-}\) bekerja dengan sempurna:

\[ (+1)+(-1)=0 \]

Jadi natrium klorida adalah \(\ce{NaCl}\).

Sekarang coba magnesium dan klorida. Satu \(\mathrm{Mg}^{2+}\) memiliki dua satuan muatan positif, sedangkan setiap \(\mathrm{Cl}^{-}\) hanya memberikan satu satuan muatan negatif.

Anda memerlukan dua ion klorida:

\[ (+2)+2(-1)=0 \]

Jadi rumusnya adalah \(\ce{MgCl2}\).

Gambaran pesta makan malam ini hanyalah sebuah analogi. Padatan ionik tidak tersusun atas molekul-molekul kecil \(\ce{MgCl2}\) yang terpisah dan duduk berpasangan. Senyawa tersebut membentuk kisi tiga dimensi yang besar. Rumus \(\ce{MgCl2}\) menunjukkan rasio bilangan bulat paling sederhana dari ion-ionnya.

Muatan ion umum yang perlu diketahui

Anda tidak perlu menurunkan setiap ion umum dari awal setiap kali.

Ion poliatomik seperti sulfat dan nitrat bertindak sebagai satu unit bermuatan ketika Anda menyusun rumus ionik.

Selalu sederhanakan rasio ionik

Apa yang terjadi pada kalsium oksida?

Kalsium adalah \(\mathrm{Ca}^{2+}\), dan oksida adalah \(\mathrm{O}^{2-}\). Menyilangkan angka 2 secara mekanis dapat menghasilkan \(\ce{Ca2O2}\).

Namun, satu ion kalsium sudah menyeimbangkan satu ion oksida:

\[ (+2)+(-2)=0 \]

Jadi rasio paling sederhananya adalah \(1:1\), sehingga rumusnya:

\[ \ce{CaO} \]

Rumus ionik menggunakan rasio bilangan bulat paling sederhana.

03Ion poliatomik tetap sebagai satu kesatuan

Sekarang pertimbangkan kalsium nitrat.

Kalsium adalah \(\mathrm{Ca}^{2+}\), sedangkan nitrat adalah \(\ce{NO3^-}\). Diperlukan dua ion nitrat:

\[ (+2)+2(-1)=0 \]

Rumusnya adalah:

\[ \ce{Ca(NO3)2} \]

Tanda kurung itu penting. Subskrip 2 berlaku untuk seluruh ion nitrat.

Tanpa tanda kurung, \(\ce{CaNO3_2}\) tidak akan menyatakan strukturnya dengan benar.

Ada juga aturan penting yang tersembunyi di sini: jangan mengubah subskrip di dalam ion poliatomik ketika menyeimbangkan muatan. Nitrat adalah \(\ce{NO3^-}\). Anda tidak dapat mengubahnya menjadi susunan nitrogen dan oksigen yang baru hanya agar perhitungannya lebih mudah.

04Penamaan senyawa ionik

Menuliskan rumus adalah salah satu arah. Soal HSC juga dapat dengan mudah memberi Anda suatu rumus dan meminta namanya.

Aturan dasarnya adalah:

1. Namai ion positif terlebih dahulu.
2. Namai ion negatif setelahnya.
3. Untuk ion negatif monoatomik, gunakan nama anion yang sesuai dengan akhiran -ida.
4. Pertahankan nama yang sudah baku untuk ion poliatomik.
5. Jika logam dapat memiliki bilangan oksidasi yang berbeda, nyatakan bilangan oksidasinya menggunakan angka Romawi.

Sebagai contoh:

Perhatikan apa yang tidak ada: awalan seperti di-, tri-, dan tetra-.

Anda tidak menyebut \(\ce{MgCl2}\) sebagai “magnesium diklorida” ketika menggunakan nomenklatur ionik standar. Rasio \(1:2\) ditentukan oleh keseimbangan muatan, sehingga awalan tidak diperlukan.

05Menentukan bilangan oksidasi logam dari suatu rumus

Misalkan Anda diberi \(\ce{Cu2O}\).

Tembaga dapat memiliki lebih dari satu bilangan oksidasi, sehingga hanya menyebutnya “tembaga oksida” menghilangkan informasi yang berguna.

Bagaimana Anda dapat menentukan angka Romawinya?

Oksida memiliki bilangan oksidasi \(-2\). Senyawa tersebut netral, sehingga jumlah bilangan oksidasinya harus nol.

Misalkan bilangan oksidasi setiap atom tembaga adalah \(x\):

\[ 2x+(-2)=0 \]

Maka:

\[ 2x=+2 \]

dan:

\[ x=+1 \]

Jadi \(\ce{Cu2O}\) adalah tembaga(I) oksida.

06Bilangan oksidasi tidak sama dengan muatan total suatu ion

Perbedaan ini menjadi sangat penting untuk ion poliatomik.

Ambil sulfat, \(\ce{SO4^2-}\).

Seluruh ion sulfat memiliki muatan \(-2\). Itu tidak berarti sulfur memiliki bilangan oksidasi \(-2\).

Oksigen biasanya memiliki bilangan oksidasi \(-2\). Empat atom oksigen dengan demikian menyumbang:

\[ 4(-2)=-8 \]

Bilangan oksidasi di dalam ion harus berjumlah sama dengan muatan total ion tersebut, yaitu \(-2\).

Misalkan bilangan oksidasi sulfur adalah \(x\):

\[ x-8=-2 \]

maka:

\[ x=+6 \]

Jadi sulfur memiliki bilangan oksidasi \(+6\) dalam sulfat, meskipun ion sulfat secara keseluruhan memiliki muatan \(-2\).

Itulah sebabnya “muatan” dan “bilangan oksidasi” tidak boleh digunakan sebagai istilah yang dapat saling menggantikan.

Seperangkat aturan bilangan oksidasi yang ringkas akan sangat membantu:

• suatu unsur dalam bentuk bebasnya memiliki bilangan oksidasi \(0\)
• ion monoatomik memiliki bilangan oksidasi yang sama dengan muatan ionnya
• jumlah bilangan oksidasi adalah \(0\) dalam senyawa netral
• jumlah bilangan oksidasi sama dengan muatan keseluruhan dalam ion poliatomik
• oksigen biasanya \(-2\)
• hidrogen biasanya \(+1\)

Kata biasanya itu penting. Kimia memiliki pengecualian, dan Anda akan menjumpai beberapa di antaranya ketika oksidasi dan reduksi menjadi bagian yang lebih besar dalam pelajaran.

07Nomenklatur kovalen menggunakan sistem yang berbeda

Sekarang pertimbangkan \(\ce{N2O4}\).

Jika Anda mencoba memperlakukannya seperti senyawa ionik, Anda akan langsung menemui masalah. Tidak ada kation logam yang muatannya perlu diseimbangkan terhadap suatu anion.

Untuk senyawa kovalen biner sederhana, nama senyawa justru memberi tahu Anda berapa banyak atom yang dinyatakan dalam rumus.

Prediksikan nama \(\ce{N2O4}\). Apakah “nitrogen oksida” sudah cukup?

Tidak. Ada beberapa senyawa yang mengandung nitrogen dan oksigen, sehingga jumlah atomnya penting. Awalan menyampaikan informasi tersebut.

Untuk senyawa kovalen biner:

• namai unsur pertama
• gunakan awalan numerik jika terdapat lebih dari satu atom unsur pertama
• namai unsur kedua dengan akhiran -ida
• gunakan awalan untuk menunjukkan jumlah atom unsur kedua, termasuk mono- jika hanya ada satu

Awalan mono- biasanya dihilangkan dari unsur pertama.

Beberapa nama mengalami kontraksi ketika huruf vokal yang berdekatan bertemu. Misalnya, mono + oxide menjadi monoxide, bukan “monooxide”, dan tetra + oxide menjadi tetroxide.

08Ionik atau kovalen? Tentukan sebelum menggunakan aturan penamaan

Banyak kesalahan nomenklatur terjadi karena seorang siswa mengingat suatu aturan tetapi menerapkannya pada jenis senyawa yang salah.

Gunakan komposisi sebagai petunjuk pertama Anda.

Sebagai contoh:

• \(\ce{CaCl2}\): kalsium adalah logam, jadi gunakan penamaan ionik -> kalsium klorida
• \(\ce{NCl3}\): nitrogen dan klorin adalah nonlogam, jadi gunakan awalan -> nitrogen triklorida
• \(\ce{CuSO4}\): tembaga ditambah sulfat bersifat ionik -> tentukan bilangan oksidasi tembaga, sehingga diperoleh tembaga(II) sulfat

Aturan ini sengaja difokuskan pada senyawa anorganik umum yang dibahas di sini. Asam, hidrat, senyawa organik, dan senyawa koordinasi yang lebih lanjut memerlukan aturan penamaan tambahan.

09Metode yang lebih baik daripada menghafal “silang”

Metode silang dapat berguna, tetapi menjadi berbahaya ketika menggantikan pemahaman.

Sebagai contoh, misalkan Anda perlu menentukan rumus aluminium sulfat.

Anda mengetahui:

\[ \mathrm{Al}^{3+} \]

dan:

\[ \ce{SO4^2-} \]

Menyilangkan besar muatannya menyarankan:

\[ \ce{Al2(SO4)3} \]

Dalam hal ini, hasil tersebut memang benar.

Namun, penalaran yang lebih kuat adalah:

\[ 2(+3)+3(-2)=0 \]

Ini menjelaskan mengapa terdapat dua ion aluminium dan tiga ion sulfat. Hal ini juga mengingatkan Anda bahwa sulfat adalah satu ion utuh, sehingga tanda kurung diperlukan.

Gunakan proses pengambilan keputusan berikut sebagai gantinya:

Nama ke rumus ionik

1. Identifikasi kation dan anion.
2. Tuliskan muatan masing-masing.
3. Cari jumlah terkecil masing-masing ion yang membuat muatan total menjadi nol.
4. Gunakan tanda kurung jika diperlukan lebih dari satu ion poliatomik.
5. Periksa bahwa rasionya tidak dapat disederhanakan.

Rumus ionik ke nama

1. Identifikasi kation dan anion.
2. Tentukan apakah logam memiliki bilangan oksidasi yang bervariasi.
3. Jika ya, hitung bilangan oksidasi tersebut dari keseimbangan muatan.
4. Tuliskan bilangan oksidasi sebagai angka Romawi.
5. Namai anion dengan benar.

Nama kovalen ke rumus

1. Identifikasi setiap unsur.
2. Ubah setiap awalan secara langsung menjadi subskrip.
3. Jangan menyeimbangkan muatan pada rumus.

Rumus kovalen ke nama

1. Hitung setiap jenis atom.
2. Ubah jumlah tersebut menjadi awalan.
3. Hilangkan mono- dari unsur pertama.
4. Berikan nama unsur kedua dengan akhiran -ida.

10Kesalahan yang paling menggoda

Kesalahan 1: Menganggap angka Romawi sebagai subskrip

Besi(III) klorida bukan \(\ce{Fe3Cl}\).

III berarti besi memiliki bilangan oksidasi \(+3\):

\[ \mathrm{Fe}^{3+} \]

Setiap klorida adalah \(\mathrm{Cl}^{-}\), sehingga diperlukan tiga klorida:

\[ \ce{FeCl3} \]

Kesalahan 2: Menggunakan awalan kovalen untuk senyawa ionik

\(\ce{CaCl2}\) adalah kalsium klorida, bukan kalsium diklorida.

Subskrip 2 sudah ditentukan oleh muatan \(\mathrm{Ca}^{2+}\) dan \(\mathrm{Cl}^{-}\).

Kesalahan 3: Menganggap subskrip sama dengan bilangan oksidasi

Dalam \(\ce{Fe2O3}\), besi bukan \(+2\) hanya karena subskripnya adalah 2.

Tiga atom oksigen dengan bilangan oksidasi \(-2\) menyumbang \(-6\). Dua atom besi bersama-sama harus menyumbang \(+6\), sehingga setiap besi adalah \(+3\).

Senyawa tersebut adalah besi(III) oksida.

Kesalahan 4: Lupa menyederhanakan rasio ionik

Untuk \(\mathrm{Ca}^{2+}\) dan \(\mathrm{O}^{2-}\), penerapan silang secara mekanis dapat menghasilkan \(\ce{Ca2O2}\).

Rasio paling sederhana yang benar adalah:

\[ \ce{CaO} \]

Kesalahan 5: Mengubah bagian dalam ion poliatomik

Sulfat adalah \(\ce{SO4^2-}\). Jika diperlukan tiga sulfat, tuliskan:

\[ \ce{(SO4)3} \]

Jangan mengubah unit \(\ce{SO4}\) itu sendiri.

11Pertanyaan dan solusi

Pertanyaan 1

Namai senyawa \(\ce{K2S}\). Jelaskan mengapa namanya tidak memerlukan awalan numerik.

Solusi 1

Senyawa tersebut adalah kalium sulfida.

Kalium adalah logam Golongan 1 dan membentuk \(\mathrm{K}^{+}\). Sulfur membentuk ion sulfida, \(\mathrm{S}^{2-}\). Oleh karena itu, dua ion kalium diperlukan untuk menyeimbangkan satu ion sulfida:

\[ 2(+1)+(-2)=0 \]

Senyawa tersebut bersifat ionik, sehingga rasio \(2:1\) ditentukan oleh keseimbangan muatan. Awalan numerik seperti di- tidak digunakan dalam nama ionik standar.

Pertanyaan 2

Tuliskan rumus kimia magnesium nitrida.

Solusi 2

Rumusnya adalah \(\ce{Mg3N2}\).

Magnesium membentuk \(\mathrm{Mg}^{2+}\), sedangkan nitrida adalah \(\mathrm{N}^{3-}\). Jumlah muatan bersama terkecil adalah 6:

\[ 3(+2)=+6 \]

dan:

\[ 2(-3)=-6 \]

Jadi tiga ion magnesium menyeimbangkan dua ion nitrida:

\[ \ce{Mg3N2} \]

Rasio \(3:2\) sudah merupakan rasio bilangan bulat paling sederhana.

Pertanyaan 3

Tuliskan rumus kimia aluminium sulfat.

Solusi 3

Rumusnya adalah \(\ce{Al2(SO4)3}\).

Aluminium membentuk \(\mathrm{Al}^{3+}\), dan sulfat adalah \(\ce{SO4^2-}\). Dua ion aluminium menyumbang \(+6\), sedangkan tiga ion sulfat menyumbang \(-6\):

\[ 2(+3)+3(-2)=0 \]

Maka:

\[ \ce{Al2(SO4)3} \]

Tanda kurung diperlukan karena rumus tersebut mengandung tiga ion sulfat lengkap. Rumus internal \(\ce{SO4}\) tidak boleh diubah selama penyeimbangan muatan.

Pertanyaan 4

Namai \(\ce{MnO2}\), dengan diketahui bahwa mangan dapat membentuk ion dengan bilangan oksidasi yang berbeda.

Solusi 4

Senyawa tersebut adalah mangan(IV) oksida.

Setiap oksigen memiliki bilangan oksidasi \(-2\). Dua atom oksigen dengan demikian menyumbang:

\[ 2(-2)=-4 \]

Senyawa tersebut netral, sehingga mangan harus menyumbang \(+4\):

\[ x-4=0 \]

\[ x=+4 \]

Angka Romawi IV menyatakan bilangan oksidasi ini. Subskrip 2 adalah milik oksigen dan tidak berarti bahwa mangan memiliki bilangan oksidasi \(+2\).

Pertanyaan 5

Berikan nama kovalen biner sistematis untuk \(\ce{N2O3}\), dan tentukan bilangan oksidasi nitrogen dalam senyawa tersebut.

Solusi 5

Namanya adalah dinitrogen trioksida, dan nitrogen memiliki bilangan oksidasi \(+3\).

Penamaan dan perhitungan bilangan oksidasi adalah dua tugas yang berbeda.

Untuk penamaan, dua atom nitrogen memberikan awalan di-, dan tiga atom oksigen memberikan tri- ditambah oksida:

dinitrogen trioksida

Untuk bilangan oksidasi, oksigen biasanya \(-2\). Tiga atom oksigen menyumbang:

\[ 3(-2)=-6 \]

Misalkan bilangan oksidasi setiap atom nitrogen adalah \(x\). Karena senyawanya netral:

\[ 2x-6=0 \]

\[ 2x=6 \]

\[ x=+3 \]

Perbedaan pentingnya adalah bahwa awalan di- menunjukkan jumlah atom nitrogen, sedangkan bilangan oksidasi \(+3\) menggambarkan keadaan pencatatan elektron yang diberikan kepada setiap atom nitrogen.

Pertanyaan 6

Seorang siswa menggunakan metode silang pada kalsium oksida dan menulis \(\ce{Ca2O2}\). Siswa tersebut berpendapat bahwa muatannya sudah disalin dengan benar, sehingga rumusnya pasti benar. Evaluasi argumen tersebut dan berikan rumus yang benar.

Solusi 6

Rumus yang benar adalah \(\ce{CaO}\), sehingga argumen siswa tersebut tidak lengkap.

Kalsium membentuk \(\mathrm{Ca}^{2+}\), dan oksida adalah \(\mathrm{O}^{2-}\). Satu ion dari masing-masing sudah menghasilkan kombinasi netral:

\[ (+2)+(-2)=0 \]

Jadi rasionya adalah \(1:1\).

Walaupun menyilangkan besar muatan secara mekanis dapat menghasilkan rasio sementara \(2:2\), suatu rumus ionik harus disederhanakan ke rasio bilangan bulat paling sederhana:

\[ \ce{Ca2O2} \rightarrow \ce{CaO} \]

Jebakannya adalah menganggap metode silang sebagai aturan yang menghasilkan rumus akhir. Kenetralan muatan dan rasio paling sederhana adalah aturan yang sebenarnya.

Pertanyaan 7

Suatu logam \(X\) dapat membentuk \(X^{2+}\) atau \(X^{3+}\). Suatu senyawa dari logam ini memiliki rumus \(\ce{X2O3}\).

Seorang siswa menyatakan bahwa \(X\) pasti memiliki bilangan oksidasi \(+2\) karena rumus tersebut memiliki subskrip 2 setelah \(X\). Tentukan bilangan oksidasi \(X\), dan jelaskan kelemahan dalam penalaran siswa tersebut.

Solusi 7

Bilangan oksidasi \(X\) adalah \(+3\).

Setiap oksigen memiliki bilangan oksidasi \(-2\). Tiga atom oksigen dengan demikian menyumbang:

\[ 3(-2)=-6 \]

Jika bilangan oksidasi setiap atom \(X\) adalah \(x\), senyawa netral tersebut harus memenuhi:

\[ 2x-6=0 \]

Maka:

\[ 2x=6 \]

\[ x=+3 \]

Subskrip 2 memberi tahu kita bahwa terdapat dua atom \(X\) dalam satuan rumus. Subskrip tersebut tidak menyatakan bilangan oksidasinya. Faktanya, kedua atom \(X\) bersama-sama harus menyumbang \(+6\), sehingga masing-masing harus bernilai \(+3\).

Inilah tepatnya alasan bilangan oksidasi harus dihitung dari keseluruhan rumus, bukan ditebak dari subskrip yang berada di dekatnya.

Pertanyaan 8

Sebuah wadah hanya diberi label kromium fosfat. Kromium dapat memiliki bilangan oksidasi \(+2\) dan \(+3\), sedangkan fosfat adalah \(\ce{PO4^3-}\).

Jelaskan mengapa label tersebut tidak menentukan satu rumus secara unik. Tuliskan rumus yang dihasilkan jika digunakan kromium(II), dan rumus yang dihasilkan jika digunakan kromium(III).

Solusi 8

Label tersebut ambigu karena kromium dapat memiliki lebih dari satu bilangan oksidasi. Angka Romawi diperlukan untuk menunjukkan ion kromium mana yang ada.

Untuk kromium(II), ionnya adalah \(\mathrm{Cr}^{2+}\), sedangkan fosfat adalah \(\ce{PO4^3-}\). Jumlah muatan bersama terkecil adalah 6:

\[ 3(+2)+2(-3)=0 \]

sehingga kromium(II) fosfat adalah:

\[ \ce{Cr3(PO4)2} \]

Untuk kromium(III), besar muatannya sama:

\[ (+3)+(-3)=0 \]

sehingga rasionya adalah \(1:1\):

\[ \ce{CrPO4} \]

Jadi kedua senyawa yang mungkin memiliki rumus berbeda:

• kromium(II) fosfat: \(\ce{Cr3(PO4)2}\)
• kromium(III) fosfat: \(\ce{CrPO4}\)

Angka Romawi yang hilang bukan sekadar detail kecil dalam penamaan. Tanpanya, bilangan oksidasi, rasio ion, dan rumus kimia tidak dapat ditentukan secara unik.

12Apa yang dapat Anda lakukan selanjutnya

Nomenklatur menjadi jauh lebih mudah setelah Anda berhenti memperlakukan nama sebagai rangkaian kata yang harus dihafalkan. Rumus ionik adalah pernyataan tentang keseimbangan muatan. Awalan kovalen adalah petunjuk tentang jumlah atom. Angka Romawi adalah pernyataan tentang bilangan oksidasi.

Gagasan-gagasan yang sama segera muncul kembali di bagian lain Kimia. Rumus yang benar memungkinkan Anda menyeimbangkan persamaan dan menghitung massa molar, sedangkan bilangan oksidasi menjadi cara untuk melacak perpindahan elektron dalam reaksi redoks. Jika Anda dapat melihat \(\ce{Fe2O3}\) dan menjelaskan mengapa besinya bernilai \(+3\), Anda sudah mulai melakukan penalaran yang diperlukan untuk memahami oksidasi dan reduksi, bukan sekadar mempelajari nama-nama senyawa.