Teori Medan Kristal

Teori Medan Kristal
•
Teori medan kristal adalah model yang hampir secara menyeluruh menggantikan
teori ikatan valensi, pertama kali dimunculkan oleh Hans Bethe pada 1929.
•
Pada mulanya merupakan model yang hanya didasari oleh interaksi elektrostatik
antara atom pusat dengan ligan. Pada 1935 J. H. Van Vleck memasukkan ide tentang
kovalensi pada interaksi dan menghasilkan teori medan ligan.
•
•
Diaplikasikan untuk senyawaan kompleks logam transisi pada 1950an.
•
Walaupun tidak realistis teori ini merupakan awal yang baik bagi perkembangan
teori kimia koordinasi.
•
•
•
Secara teoritis hanya ada 5 orbital d, tetapi ada 6 cara untuk menggambarkannya.
Teori ini yang murni menyatakan bahwa satu-satunya interaksi antara atom pusat
dengan ligan adalah elektrostatik.
dz2 merupakan kombinasi linear dari dua cara yaitu dz2-x2 dan dz2-y2.
Kelima orbital d pada atom ion dalam bentuk gas adalah degenerate (setara). Bila
pengaruh luar datang secara merata energinya berubah tetapi tetap degenerate. Bila
pengaruh datang dari ligan (mis. NH3, tidak merata) maka akan terjadi pemisahan
tingkat energi.
Efek medan kristal: simetri oktahedral
•
Bila 6 buah ligand datang dari arah sumbu-sumbuh Cartesian tidak semua orbital
mengalami pengaruh yang sama.
•
dz2 dan dx2-y2 mengalami tolakan dan berubah menjadi Eg, sedangkan dxy, dxz, dan dyz
relatif tidak terpengaruh dan berubah menjadi T2g.
•
Selisih energy adalah ∆o atau Dq. Perubahan dianggap merupakan proses 2 tahap,
pertama, naiknya energi semua orbital, kedua, terjadi pemisahan/spliting
•
Serapan kompleks d1 [Ti(H2O)6]3+: t2g1eg0 —> t2g0eg1 terjadi pada frekuensi 20300
cm-1 yang setara dengan 243 kJ mol-1, energi ∆o. Energi ini dalam kisaran energi
ikatan kimia.
Energi stabilisasi medan kristal (CFSE)
•
Dalam kompleks d1 tadi elektron menempati t2g yang berada pada tingkat energi
-0,4∆o relatif terhadap titik berat/barycenter orbital d.
•
Kompleks terstabilkan sebesar 0,4∆o bila dibandingkan dengan yang dipengaruhi
oleh medan yang merata (hipotetik). Harga ini disebut crystal field stabilization
energy (CFSE).
•
•
d2, t2g2, 0,8∆o; d3, t2g3, 1,2∆o
d4 : bila ∆o < P, (medan lemah/weak field atau spin tinggi/high spin), elektron akan
mengisi eg, bila ∆o > P, (medan kuat atau spin rendah), elektron akan mengisi t2g. P
adalah energi berpasangan.
•
P terdiri dari 2 komponen:
1.
Energi tolakan Coulombik. Semakin ke bawah dalam satu golongan nilainya semakin kecil.
2.
Energi pertukaran. Muncul bila salah satu dari 2 elektron dipaksa membalik spinnya ketika
berpasangan.
•
Pada kompleks d5 terjadi kehilangan energi pertukaran besar bila elektron-elektronnya
dipaksa berpasangan. Karena itu kebanyakan kompleks d5 adalah spin tinggi.
Simetri tetrahedral
•
•
Dua bentuk utama kompleks koordinasi 4: segiempat datar dan tetrahedral.
•
Subskrip g tidak lagi dicantumkan karena simetri tetrahedral tidak memiliki inversi.
Pemecahan tingkat energi orbital d pada kompleks tetrahedral merupakan kebalikan
dari kompleks oktahedral, dengan lebar ∆o yang hanya ± setengahnya.
Simetri tetragonal: Kompleks segiempat datar
•
Bila 2 ligan pada kompleks ML6 menjauhi atau mendekati atom pusat maka
kompleks yang dihasilkan disebut terdistorsi secara tetragonal.
•
Geometri segiempat datar disukai oleh logam ion yang memiliki konfigurasi d8
dengan kehadiran ligan medan kuat.
•
•
Elektron mengisi orbital yang berenergi rendah dxz, dyz, dz2 dan dxy.
•
Pemecahan orbital untuk medan simetri yang lain:
Contoh kompleks spin rendah: [Ni(CN)4]2–, [PdCl4]2–, [Pt(NH3)4]2+, [PtCl4]2– dan
[AuCl4]–. Semuanya kompleks d8.
Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya ∆
1.
Keadaan oksidasi ion logam. ∆ bertambah
besar dengan bertambahnya bilangan
oksidasi kation. Contoh [Ru(H2O)6]2+ (∆o
= 19800 cm–1) dan [Ru(H2O)6]3+ (∆o =
28600 cm–1)
2.
Sifat alami ion logam. Untuk komplek
dari grup yang sama harga ∆ berturutturut 3d < 4d < 5d
3.
Jumlah dan bentuk ligan. Harga ∆ untuk
kompleks tetrahedral hanya sekitar
setengah ∆ kompleks oktahedral.
4.
Sifat alami ligan. Deret spektrokimia:
[Cr(en)3]3+
[Cr(ox)3]3–
[CrF6]3–
Kelemahan teori medan kristal:
•
•
Tak dapat menjelaskan deret spektrokimia
Ikatan antara ligan dan ion logam dianggap ionik