Tren Wujud Zat dalam Tabel Periodik untuk Kimia HSC
Pelajari bagaimana posisi dalam tabel periodik, struktur, ikatan, dan gaya antarmolekul membantu menjelaskan apakah suatu unsur berbentuk padat, cair, atau gas pada suhu kamar.
Klorin adalah gas. Bromin, yang berada tepat di bawahnya dalam tabel periodik, adalah cairan. Iodin, yang berada tepat di bawah bromin, adalah padatan.
Ini adalah persoalan yang berguna untuk dipikirkan. Semua unsur ini berada dalam Golongan 17 dan memiliki perilaku kimia yang serupa, jadi mengapa wujud fisiknya tidak sama?
Sebelum melanjutkan membaca, buatlah prediksi: ketika bergerak ke bawah Golongan 17, apakah partikel-partikelnya menjadi lebih mudah atau lebih sulit dipisahkan satu sama lain?
Partikel-partikel tersebut menjadi lebih sulit dipisahkan. Satu gagasan ini menjelaskan pola gas ke cair ke padat pada halogen saat bergerak ke bawah golongan, sekaligus memberi kita cara untuk memahami sebagian besar tabel periodik tanpa menghafal wujud setiap unsur.

01Wujud zat merupakan persaingan antara gaya tarik dan gerak termal
Partikel-partikel dalam suatu zat selalu bergerak. Pada suhu yang lebih tinggi, partikel memiliki lebih banyak energi termal dan, secara rata-rata, bergerak lebih kuat.
Pada saat yang sama, partikel dapat saling tarik-menarik.
Anda dapat membayangkannya seperti sebuah pesta yang agak canggung. Gerak termal adalah semua orang yang berjalan-jalan di dalam ruangan. Gaya tarik adalah alasan orang-orang terus berkumpul dalam kelompok.
Jika gaya tarik lemah dibandingkan dengan gerak termal partikel, partikel dapat saling menjauh dan zat tersebut berbentuk gas.
Jika gaya tarik cukup kuat untuk menjaga partikel tetap berdekatan, tetapi tidak tetap pada satu posisi, zat tersebut dapat berbentuk cairan.
Jika strukturnya menahan partikel pada posisi tetap, dengan partikel terutama bergetar di sekitar posisi tersebut, zat tersebut berbentuk padatan.
Analogi ini memiliki keterbatasan. Partikel tidak membuat keputusan, dan zat yang berbeda dapat dipertahankan bersama oleh jenis ikatan dan gaya tarik yang sangat berbeda. Bagian yang berguna adalah persaingannya: energi termal cenderung memisahkan partikel, sedangkan interaksi tarik-menarik cenderung mempertahankan partikel agar tetap bersama.
02Wujud pada suhu kamar sebenarnya berarti titik leleh dan titik didih
Suatu unsur tidak selamanya berupa padatan, cairan, atau gas. Wujudnya bergantung pada suhu dan tekanan.
Untuk soal Kimia HSC, “suhu kamar” biasanya berarti sekitar \(20^\circ\text{C}\) hingga \(25^\circ\text{C}\), dengan tekanan mendekati tekanan atmosfer.
Pada tekanan tetap:
| Suhu dibandingkan dengan suhu perubahan fase | Wujud yang diharapkan |
|---|---|
| Di bawah titik leleh | Padat |
| Di antara titik leleh dan titik didih | Cair |
| Di atas titik didih | Gas |
Misalkan suatu unsur meleleh pada \(10^\circ\text{C}\) dan mendidih pada \(80^\circ\text{C}\). Pada \(25^\circ\text{C}\),
\[ 10^\circ\text{C}<25^\circ\text{C}<80^\circ\text{C} \]
maka unsur tersebut berbentuk cairan.
Ini memberikan versi yang lebih tepat dari model partikel sebelumnya. Gaya tarik yang lebih kuat umumnya memerlukan lebih banyak energi untuk diatasi, sehingga cenderung menghasilkan titik leleh atau titik didih yang lebih tinggi.
Tabel periodik membantu karena posisi suatu unsur memberi kita petunjuk tentang struktur dan ikatannya, yang kemudian membantu kita menalar titik leleh dan titik didih tersebut.
03Pola umum dalam tabel periodik
Sebagian besar unsur berbentuk padatan pada suhu kamar.
Gas terkonsentrasi di bagian kanan atas tabel, ditambah hidrogen. Hanya sedikit unsur yang umum dikenal berbentuk cairan pada suhu kamar.
Peta awal yang berguna adalah:
| Wilayah tabel periodik | Struktur umum | Wujud umum pada suhu kamar | Alasan utama |
|---|---|---|---|
| Logam di bagian kiri dan tengah | Kisi logam raksasa | Biasanya padat | Ikatan logam menahan banyak partikel dalam struktur yang luas |
| Unsur seperti boron, karbon, dan silikon | Struktur kovalen raksasa | Padat | Ikatan kovalen kuat menjalar ke seluruh struktur |
| Nonlogam molekuler di kanan atas | Molekul kecil atau lebih besar | Gas, cair, atau padat | Wujud sangat bergantung pada gaya antarmolekul |
| Golongan 18 | Atom-atom individual | Gas | Hanya gaya dispersi lemah yang bekerja di antara atom |
| Hidrogen | Molekul \(\ce{H2}\) | Gas | Molekul kecil dengan gaya tarik antarmolekul yang lemah |
Ini adalah sebuah pola, bukan hukum yang memungkinkan Anda mewarnai tabel periodik tanpa berpikir.
Sebagai contoh, raksa adalah logam tetapi berbentuk cairan pada suhu kamar. Galium dan sesium berbentuk padatan pada \(25^\circ\text{C}\), tetapi keduanya meleleh pada suhu yang tidak jauh di atas suhu kamar. Oleh karena itu, lingkungan yang hangat dapat berpengaruh jika suhunya berada dekat batas perubahan fase.
Pertanyaan yang lebih baik bukan sekadar, “Apakah ini logam atau nonlogam?”
Tanyakan:
Partikel atau struktur seperti apa yang dibentuk unsur tersebut, dan seberapa sulit partikel-partikel itu dipisahkan?
04Mengapa sebagian besar logam berbentuk padatan
Logam tidak tersusun dari molekul-molekul logam kecil yang terpisah. Atom-atomnya membentuk struktur logam yang luas.
Dalam model ikatan logam, ion logam positif tertarik pada elektron terdelokalisasi di seluruh kisi. Untuk melelehkan logam, cukup banyak gaya tarik ini harus diatasi agar partikel dapat bergerak melewati satu sama lain.
Hal ini biasanya memerlukan suhu di atas suhu kamar, sehingga sebagian besar logam berbentuk padatan pada \(25^\circ\text{C}\).
Namun, terdapat perbedaan penting di antara logam. Kekuatan ikatan logam tidak persis sama pada setiap unsur. Ukuran atom, muatan, susunan elektron, dan struktur kristal semuanya berpengaruh.
Itulah sebabnya “logam = padat” merupakan prediksi awal yang berguna, tetapi bukan aturan yang tepat tanpa pengecualian.
Raksa adalah pengecualian yang terkenal pada suhu kamar: raksa berbentuk cairan.
05Mengapa sudut kanan atas mengandung begitu banyak gas
Sekarang perhatikan bagian kanan atas tabel periodik.
Beberapa nonlogam berada sebagai molekul kecil:
- hidrogen, \(\ce{H2}\)
- nitrogen, \(\ce{N2}\)
- oksigen, \(\ce{O2}\)
- fluorin, \(\ce{F2}\)
- klorin, \(\ce{Cl2}\)
Ikatan kovalen di dalam molekul-molekul ini dapat sangat kuat. Ikatan \(\ce{N#N}\) pada nitrogen, misalnya, jelas bukan ikatan yang lemah.
Namun, mendidihkan nitrogen tidak mengharuskan kita memutus setiap ikatan \(\ce{N#N}\).
Perbedaan ini sangat penting.
Ketika zat molekuler sederhana meleleh atau mendidih, yang terutama kita atasi adalah gaya antarmolekul di antara molekul-molekulnya. Ikatan kovalen di dalam setiap molekul tetap utuh.
Molekul kecil cenderung memiliki gaya dispersi London yang relatif lemah di antara molekul-molekulnya, sehingga banyak unsur ini memiliki titik didih jauh di bawah suhu kamar. Unsur-unsur tersebut berbentuk gas pada \(25^\circ\text{C}\).
06Halogen menunjukkan tren ini dengan sangat jelas
Perhatikan Golongan 17.
| Halogen | Partikel unsur | Perkiraan titik leleh | Perkiraan titik didih | Wujud pada \(25^\circ\text{C}\) |
|---|---|---|---|---|
| Fluorin | \(\ce{F2}\) | \(-220^\circ\text{C}\) | \(-188^\circ\text{C}\) | Gas |
| Klorin | \(\ce{Cl2}\) | \(-101^\circ\text{C}\) | \(-34^\circ\text{C}\) | Gas |
| Bromin | \(\ce{Br2}\) | \(-7^\circ\text{C}\) | \(59^\circ\text{C}\) | Cair |
| Iodin | \(\ce{I2}\) | \(114^\circ\text{C}\) | \(184^\circ\text{C}\) | Padat |
Titik leleh dan titik didih meningkat secara signifikan ketika kita bergerak ke bawah golongan.
Mengapa?
Setiap molekul menjadi lebih besar dan mengandung lebih banyak elektron. Awan elektronnya menjadi lebih mudah dipolarisasi, yang berarti distribusi elektronnya dapat terdistorsi dengan lebih mudah.
Hal ini menghasilkan dipol sementara yang lebih kuat dan, akibatnya, gaya dispersi London yang lebih kuat di antara molekul-molekul yang berdekatan.
Diperlukan lebih banyak energi untuk memisahkan molekul-molekul tersebut.
Jadi pada suhu \(25^\circ\text{C}\) yang sama:
- energi termal dengan mudah menjaga molekul \(\ce{Cl2}\) tetap terpisah sebagai gas
- molekul \(\ce{Br2}\) tetap berdekatan tetapi dapat bergerak sebagai cairan
- gaya tarik antara molekul \(\ce{I2}\) cukup kuat sehingga iodin tetap berbentuk padatan
Contoh pengerjaan: Mengapa bromin berbentuk cairan?
Fluorin dan klorin berbentuk gas pada \(25^\circ\text{C}\), sedangkan iodin berbentuk padatan. Jelaskan mengapa bromin, yang berada di antara klorin dan iodin dalam Golongan 17, berbentuk cairan pada suhu kamar.
Langkah 1
Bromin unsur berada sebagai molekul \(\ce{Br2}\). Oleh karena itu, kita perlu memikirkan gaya di antara molekul-molekul \(\ce{Br2}\).
Langkah 2
Molekul \(\ce{Br2}\) memiliki lebih banyak elektron dan awan elektron yang lebih besar serta lebih mudah dipolarisasi dibandingkan \(\ce{Cl2}\). Oleh karena itu, gaya dispersi London-nya lebih kuat.
Namun, gaya tersebut tidak sekuat gaya di antara molekul \(\ce{I2}\) yang lebih besar lagi.
Langkah 3
Bromin meleleh pada sekitar \(-7^\circ\text{C}\) dan mendidih pada sekitar \(59^\circ\text{C}\).
Pada \(25^\circ\text{C}\),
\[ -7^\circ\text{C}<25^\circ\text{C}<59^\circ\text{C} \]
sehingga bromin harus berbentuk cairan.
Langkah 4
Gaya tarik antarmolekul pada bromin cukup kuat untuk mencegah molekul-molekulnya menyebar sebagai gas pada suhu kamar, tetapi tidak cukup kuat untuk menguncinya dalam struktur padat.
07Jangan menyalahkan ikatan di dalam molekul
Penjelasan yang umum diberikan adalah seperti ini:
Iodin berbentuk padatan karena ikatan kovalen \(\ce{I-I}\) lebih kuat daripada ikatan \(\ce{Cl-Cl}\).
Itu bukan penjelasan yang benar untuk tren wujud tersebut.
Melelehkan iodin tidak mengharuskan setiap ikatan \(\ce{I-I}\) terputus. Molekul \(\ce{I2}\) tetap berupa \(\ce{I2}\).
Perubahan yang penting adalah molekul memperoleh cukup energi untuk bergerak melewati satu sama lain. Yang kita atasi adalah gaya tarik antarmolekul, bukan memecah molekul menjadi atom-atom iodin.
Kebiasaan yang berguna dalam ujian adalah bertanya:
Apakah saya sedang memisahkan molekul satu sama lain, atau memisahkan atom-atom di dalam suatu molekul?
Untuk pelelehan dan pendidihan zat molekuler sederhana, biasanya yang pertama.
08Oksigen dan sulfur menunjukkan bahwa posisi golongan bukan keseluruhan ceritanya
Oksigen dan sulfur sama-sama berada di Golongan 16.
Karena itu, Anda mungkin memperkirakan wujud yang serupa. Namun, oksigen berbentuk gas pada suhu kamar sedangkan sulfur berbentuk padatan.
Sebagian penjelasannya berkaitan dengan ukuran, tetapi ada satu detail penting lainnya: molekul unsur keduanya tidak berukuran sama.
Oksigen umumnya berada sebagai molekul kecil \(\ce{O2}\). Sulfur unsur biasa pada suhu kamar mengandung molekul \(\ce{S8}\) yang jauh lebih besar.
Molekul \(\ce{S8}\) memiliki jauh lebih banyak elektron dan awan elektron yang jauh lebih besar. Akibatnya, gaya dispersi London-nya jauh lebih kuat.
Contoh pengerjaan: Oksigen berbentuk gas, tetapi sulfur berbentuk padatan
Jelaskan mengapa oksigen dan sulfur memiliki wujud yang berbeda pada suhu kamar meskipun berada dalam golongan yang sama.
Langkah 1
Oksigen berada sebagai molekul \(\ce{O2}\). Sulfur padat yang umum mengandung molekul \(\ce{S8}\).
Langkah 2
Molekul \(\ce{S8}\) jauh lebih besar dan mengandung jauh lebih banyak elektron daripada molekul \(\ce{O2}\).
Oleh karena itu, awan elektronnya lebih mudah dipolarisasi.
Langkah 3
Polarisabilitas yang lebih besar menghasilkan gaya dispersi London yang lebih kuat di antara molekul \(\ce{S8}\) dibandingkan di antara molekul \(\ce{O2}\).
Karena itu, diperlukan lebih banyak energi termal untuk memisahkan molekul sulfur.
Langkah 4
Pada suhu kamar, gaya tarik yang lemah di antara molekul \(\ce{O2}\) memungkinkan oksigen berada sebagai gas. Gaya tarik yang lebih kuat di antara molekul \(\ce{S8}\) berkontribusi terhadap sulfur yang tetap berbentuk padatan.
Pelajarannya lebih luas daripada sekadar oksigen dan sulfur: posisi dalam tabel periodik berguna karena membantu Anda menalar struktur dan ukuran partikel. Posisi itu sendiri tidak secara langsung menyebabkan suatu wujud zat.
09Gas mulia: atom lebih besar, tetapi tetap berupa gas
Golongan 18 memberi kita tren jelas lainnya.
Gas mulia berada sebagai atom-atom individual, bukan sebagai molekul. Di antara atom-atom tersebut, gaya tarik utamanya adalah gaya dispersi London.
Ketika bergerak ke bawah golongan dari helium menuju xenon dan radon:
- atom menjadi lebih besar
- atom mengandung lebih banyak elektron
- awan elektronnya menjadi lebih mudah dipolarisasi
- gaya dispersi menjadi lebih kuat
- titik didih meningkat
Apakah itu berarti xenon seharusnya berbentuk padatan pada suhu kamar?
Tidak.
Titik didihnya memang meningkat dibandingkan helium atau neon, tetapi masih jauh di bawah \(25^\circ\text{C}\). Karena itu, suhu kamar tetap cukup tinggi sehingga xenon berbentuk gas.
Ini merupakan peringatan yang berguna. Suatu sifat dapat meningkat ke bawah suatu golongan tanpa meningkat cukup besar untuk melewati batas antara gas dan cair atau antara cair dan padat.
10Di sepanjang suatu periode, polanya tidak mulus
Sangat menggoda untuk mencari satu aturan sederhana dari kiri ke kanan.
Misalnya:
Jari-jari atom berkurang sepanjang suatu periode, sehingga unsur-unsurnya seharusnya secara bertahap berubah dari padat menjadi cair lalu gas.
Penalaran tersebut gagal karena jenis strukturnya berubah sepanjang suatu periode.
Perhatikan beberapa unsur Periode 3:
- natrium, magnesium, dan aluminium memiliki struktur logam dan berbentuk padatan
- silikon memiliki struktur kovalen raksasa dan berbentuk padatan
- fosfor dan sulfur membentuk padatan molekuler pada suhu kamar
- klorin membentuk molekul kecil \(\ce{Cl2}\) dan berbentuk gas
- argon bersifat monoatomik dan berbentuk gas
Perhatikan apa yang terjadi. Kita tidak sekadar membuat satu jenis partikel menjadi semakin kecil.
Kita berubah dari kisi logam menjadi struktur kovalen raksasa, kemudian menjadi zat molekuler, dan akhirnya menjadi atom-atom individual.
Perubahan struktur tersebut sangat penting.
Jadi, tidak ada aturan yang dapat diandalkan seperti “bergerak tiga kotak ke kanan dan wujudnya berubah dari padat menjadi gas”. Anda perlu mengidentifikasi jenis zat yang dibentuk oleh setiap unsur.
11Struktur kovalen raksasa berbeda lagi
Karbon dan silikon memberikan perbandingan berguna lainnya dengan nonlogam molekuler kecil.
Dalam intan, setiap atom karbon terikat secara kovalen ke dalam jaringan tiga dimensi raksasa. Silikon juga membentuk struktur kovalen raksasa.
Tidak ada molekul \(\ce{C}\) atau \(\ce{Si}\) yang terpisah dan dapat begitu saja menjauh satu sama lain.
Untuk melelehkan zat kovalen raksasa, banyak ikatan kovalen kuat dalam struktur yang luas tersebut harus diatasi. Hal ini memerlukan energi dalam jumlah besar.
Oleh karena itu, zat-zat ini berbentuk padatan pada suhu kamar.
Inilah sebabnya aturan “nonlogam adalah gas” sama sekali tidak dapat diandalkan. Sebagian nonlogam berbentuk gas, sebagian merupakan padatan molekuler, dan karbon dapat membentuk padatan kovalen raksasa.
Struktur sangat penting.
12Metode pengambilan keputusan yang lebih baik daripada menghafal warna pada tabel periodik
Ketika Anda diminta menggunakan posisi dalam tabel periodik untuk membahas kemungkinan wujud suatu unsur, ikuti pertanyaan-pertanyaan berikut secara berurutan.
Apakah unsur tersebut merupakan logam, nonlogam, atau unsur yang kemungkinan membentuk struktur kovalen raksasa?
Sebagian besar logam dan unsur kovalen raksasa akan berbentuk padatan pada suhu kamar.Jika unsur tersebut merupakan unsur molekuler, seberapa besar molekulnya?
Awan elektron yang lebih besar biasanya berarti polarisabilitas yang lebih besar dan gaya dispersi yang lebih kuat.Apakah Anda membandingkan struktur yang serupa?
Tren ukuran sangat berguna terutama dalam satu kelompok yang serupa, seperti halogen atau gas mulia. Tren ini jauh kurang berguna jika satu zat merupakan jaringan kovalen raksasa dan zat lainnya terdiri atas atom-atom individual.Jika titik leleh dan titik didih diberikan, gunakan data tersebut.
Jangan mengganti data nyata dengan tren yang dihafalkan.Pertahankan kondisi yang sama.
Wujud pada suhu kamar merupakan pernyataan tentang suhu dan tekanan tertentu, bukan sifat kekal suatu unsur.
13Pola yang paling berguna untuk diingat
Anda tidak perlu menghafal 118 wujud terpisah untuk menjawab sebagian besar soal HSC.
Ingatlah pola-pola berikut:
- sebagian besar unsur berbentuk padatan pada suhu kamar
- sebagian besar logam berbentuk padatan, dengan raksa sebagai pengecualian cair yang umum dikenal
- hidrogen berbentuk gas meskipun berada di atas Golongan 1
- nitrogen, oksigen, fluorin, dan klorin berbentuk gas
- gas mulia berbentuk gas pada suhu kamar
- bromin berbentuk cairan pada suhu kamar
- ketika bergerak ke bawah suatu golongan yang terdiri atas zat molekuler atau monoatomik yang dapat dibandingkan, peningkatan ukuran dan polarisabilitas sering memperkuat gaya dispersi London
- gaya tarik antarpartikel yang lebih kuat umumnya menghasilkan titik leleh dan titik didih yang lebih tinggi
- di sepanjang suatu periode, perubahan struktur berarti tidak ada satu aturan wujud zat yang berubah secara mulus
Yang paling penting, jelaskan pola melalui struktur dan gaya tarik, bukan dengan memperlakukan tabel periodik sebagai tes hafalan berkode warna.
14Pertanyaan dan solusi
Pertanyaan 1
Suatu unsur memiliki titik leleh \(-12^\circ\text{C}\) dan titik didih \(47^\circ\text{C}\) pada tekanan atmosfer.
Apa wujudnya pada \(25^\circ\text{C}\)? Jelaskan penalaran Anda.
Solusi 1
Unsur tersebut berbentuk cairan pada \(25^\circ\text{C}\).
Titik lelehnya berada di bawah suhu kamar, sehingga unsur tersebut sudah meleleh. Titik didihnya berada di atas suhu kamar, sehingga unsur tersebut belum mendidih.
Perbandingan yang relevan adalah
\[ -12^\circ\text{C}<25^\circ\text{C}<47^\circ\text{C}. \]
Karena \(25^\circ\text{C}\) berada di antara titik leleh dan titik didih, wujud yang stabil pada kondisi ini adalah cair.
Prinsip pentingnya adalah bahwa wujud ditentukan oleh suhu relatif terhadap suhu perubahan fase, bukan dengan sekadar memberikan label “padat”, “cair”, atau “gas” secara permanen pada suatu unsur.
Pertanyaan 2
Klorin berbentuk gas pada suhu kamar, sedangkan iodin berbentuk padatan.
Seorang siswa menjelaskan perbedaan tersebut dengan mengatakan, “Ikatan kovalen \(\ce{I-I}\) lebih kuat, sehingga molekul iodin tidak dapat terpisah.”
Identifikasi masalah dalam penjelasan ini dan berikan penjelasan yang lebih baik.
Solusi 2
Penjelasan tersebut berfokus pada interaksi yang salah. Wujud pada suhu kamar terutama bergantung pada gaya di antara molekul, bukan pada pemutusan ikatan kovalen di dalam setiap molekul.
Klorin berada sebagai \(\ce{Cl2}\), sedangkan iodin berada sebagai \(\ce{I2}\).
Ketika klorin mendidih atau iodin meleleh, molekul diatomiknya biasanya tidak terpecah menjadi atom-atom individual. Ikatan kovalen \(\ce{Cl-Cl}\) atau \(\ce{I-I}\) tetap ada.
Sebaliknya, molekul dipisahkan dari molekul-molekul tetangganya.
Molekul \(\ce{I2}\) memiliki lebih banyak elektron dan awan elektron yang lebih besar serta lebih mudah dipolarisasi daripada \(\ce{Cl2}\). Hal ini menghasilkan gaya dispersi London yang lebih kuat di antara molekul \(\ce{I2}\).
Karena itu, iodin memiliki titik leleh dan titik didih yang jauh lebih tinggi. Pada \(25^\circ\text{C}\), iodin tetap berbentuk padatan, sedangkan klorin sudah jauh berada di atas titik didihnya dan berbentuk gas.
Kesalahan yang perlu dihindari adalah mencampuradukkan ikatan kovalen intramolekul dengan gaya antarmolekul.
Pertanyaan 3
Seorang siswa membuat prediksi berikut tentang Periode 3:
“Jari-jari atom umumnya berkurang dari kiri ke kanan, sehingga wujud unsur-unsurnya seharusnya berubah secara mulus dari padat menjadi cair lalu gas.”
Jelaskan mengapa prediksi ini tidak dapat diandalkan. Rujuklah setidaknya tiga jenis struktur unsur berbeda yang ditemukan sepanjang periode tersebut.
Solusi 3
Prediksi tersebut tidak dapat diandalkan karena jenis struktur berubah sepanjang Periode 3, sehingga ukuran atom saja tidak dapat menentukan wujudnya.
Di sisi kiri periode, natrium, magnesium, dan aluminium membentuk struktur logam raksasa. Ikatan logam menjalar ke seluruh kisi mereka, dan ketiganya berbentuk padatan pada suhu kamar.
Silikon membentuk struktur kovalen raksasa. Ikatan kovalen yang kuat menjalar ke seluruh jaringan, sehingga silikon juga berbentuk padatan.
Lebih ke kanan, fosfor, sulfur, dan klorin membentuk zat molekuler. Wujud fisiknya sangat bergantung pada gaya antarmolekul di antara molekul-molekul tersebut. Klorin memiliki molekul kecil \(\ce{Cl2}\) dengan gaya dispersi yang relatif lemah dan berbentuk gas pada suhu kamar.
Argon terdiri atas atom-atom individual, dengan hanya gaya dispersi lemah di antaranya, dan juga berbentuk gas.
Kesalahan siswa tersebut adalah menganggap bahwa hanya satu variabel yang berubah sepanjang periode. Kenyataannya, ikatan dan struktur juga berubah, dan perubahan tersebut dapat memberikan pengaruh yang lebih besar terhadap perilaku pelelehan dan pendidihan daripada jari-jari atom saja.
Pertanyaan 4
Data perkiraan berikut tersedia untuk tiga halogen.
| Unsur | Titik leleh | Titik didih |
|---|---|---|
| \(\ce{Cl2}\) | \(-101^\circ\text{C}\) | \(-34^\circ\text{C}\) |
| \(\ce{Br2}\) | \(-7^\circ\text{C}\) | \(59^\circ\text{C}\) |
| \(\ce{I2}\) | \(114^\circ\text{C}\) | \(184^\circ\text{C}\) |
Tentukan wujud setiap unsur pada \(70^\circ\text{C}\).
Seorang siswa menyadari bahwa bromin tidak lagi berbentuk cairan dan menyatakan bahwa tren wujud normal Golongan 17 telah “berhenti berlaku”. Jelaskan kekeliruan dalam kesimpulan ini.
Solusi 4
Pada \(70^\circ\text{C}\), klorin berbentuk gas, bromin berbentuk gas, dan iodin berbentuk padatan. Hal ini tidak bertentangan dengan tren periodik.
Untuk klorin,
\[ 70^\circ\text{C}>-34^\circ\text{C}, \]
sehingga suhunya berada di atas titik didih. Klorin berbentuk gas.
Untuk bromin,
\[ 70^\circ\text{C}>59^\circ\text{C}, \]
sehingga bromin juga berada di atas titik didihnya dan berbentuk gas.
Untuk iodin,
\[ 70^\circ\text{C}<114^\circ\text{C}, \]
sehingga iodin tetap berada di bawah titik lelehnya dan berbentuk padatan.
Tren Golongan 17 tidak menghilang. Titik leleh dan titik didih tetap meningkat tajam dari klorin ke bromin hingga iodin karena gaya dispersi antarmolekul menjadi lebih kuat ke bawah golongan.
Yang berubah adalah suhu pengamatan.
Pada \(25^\circ\text{C}\), bromin berada di antara titik leleh dan titik didihnya sehingga berbentuk cairan. Pada \(70^\circ\text{C}\), zat yang sama berada di atas titik didihnya sehingga berbentuk gas.
Kesalahannya adalah memperlakukan “wujud pada suhu kamar” seolah-olah merupakan wujud intrinsik yang harus dipertahankan suatu unsur pada setiap suhu.
Pertanyaan 5
Atom xenon jauh lebih berat dan mengandung lebih banyak elektron daripada atom silikon.
Karena itu, seorang siswa memprediksi bahwa xenon seharusnya berbentuk padatan pada suhu kamar sedangkan silikon seharusnya berbentuk gas, dengan alasan bahwa “lebih banyak elektron berarti gaya dispersi yang lebih kuat”.
Tanpa hanya mengandalkan wujud yang dihafalkan, jelaskan mengapa prediksi tersebut gagal.
Solusi 5
Silikon berbentuk padatan pada suhu kamar, sedangkan xenon berbentuk gas. Aturan siswa tersebut gagal karena kedua unsur memiliki struktur yang sama sekali berbeda.
Pernyataan tentang jumlah elektron mengandung gagasan yang berguna: dalam rangkaian zat yang dapat dibandingkan, awan elektron yang lebih besar dan lebih mudah dipolarisasi dapat menghasilkan gaya dispersi London yang lebih kuat.
Sebagai contoh, penalaran tersebut membantu menjelaskan mengapa xenon memiliki titik didih yang lebih tinggi daripada gas mulia yang lebih ringan seperti neon.
Namun, silikon tidak terutama dipertahankan bersama oleh gaya dispersi London di antara partikel silikon yang terpisah.
Silikon membentuk jaringan kovalen raksasa. Setiap atom terhubung dengan atom lainnya melalui ikatan kovalen kuat yang menjalar ke seluruh struktur. Oleh karena itu, melelehkan silikon memerlukan energi yang cukup untuk mengganggu banyak ikatan kovalen kuat.
Xenon terdiri atas atom-atom yang terpisah. Gaya tarik di antara atom-atom tersebut adalah gaya dispersi London. Gaya tersebut menjadi lebih kuat ke bawah Golongan 18, tetapi tetap cukup lemah sehingga titik didih xenon masih berada di bawah suhu kamar.
Asumsi tersembunyi siswa tersebut adalah bahwa “lebih banyak elektron” dapat dibandingkan secara langsung antara zat-zat dengan jenis ikatan yang sama sekali berbeda.
Urutan penalaran yang lebih aman adalah:
identifikasi strukturnya terlebih dahulu, identifikasi gaya tarik yang penting berikutnya, lalu gunakan tren ukuran dan polarisabilitas dalam struktur yang dapat dibandingkan.
15Apa yang dipersiapkan oleh gagasan ini selanjutnya
Tren wujud zat sebenarnya merupakan pengantar menuju keterampilan Kimia HSC yang lebih luas: menghubungkan struktur, ikatan, dan gaya antarmolekul dengan sifat fisik yang dapat diukur.
Setelah Anda dapat menjelaskan mengapa klorin, bromin, dan iodin memiliki wujud yang berbeda, langkah berikutnya adalah menjelaskan tren titik leleh dan titik didihnya secara langsung. Penalaran yang sama kemudian dapat diterapkan pada zat molekuler secara lebih luas, termasuk mengapa sebagian senyawa merupakan gas yang mudah menguap, sebagian berupa cairan, dan sebagian lainnya membentuk padatan bertitik leleh tinggi.