UP & UC C: Chapter 9 Ikatan Kimia 1 Konsep dasar

[Menuju Akhir]

Chapter 9 Ikatan Kimia 1 Konsep dasar

Sub Chapter(9.6-9.10)

DAFTAR ISI

-Mengetahui dan memahami penulisan struktur Lewis

-Mengetahui dan memahami penggunaan muatan formal untuk mempelajari distribusi elektron

-Mengetahui dan memahami aspek penulisan struktur lewis dalam kaitannya dengan struktur resonansi

-Mengetahui dan memahami bahwa ada pengecualian pada aturan oktet

-Memahami dan mengetahui pemeriksaan kekuatan ikatan kovalen, yang mengarah pada penggunaan entalpi ikatan untuk menentukan entalpi suatu reaksi

2.Alat dan Bahan[Kembali]

a. Sensor Getaran

Spesifikasi :
-Vsuplai : DC 3.3V-5V
-Arus : 15mA
-Sensor : SW-420 Normally Closed
-Output : digital
-Dimensi : 3,8 cm x 1,3 cm x 0,7 cm
-Berat : 10 g

b. DC Generator

Spesifikasi:

Speed : 2750 rpm
Output : DC 12V
Arus : 35A
Built-in regulator

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:

1. Generator penguat terpisah

2. Generator shunt

3. Generator kompon

Karakteristik generator arus searah (DC)

Medan magnet pada generator dapat dibangkitkan dengan dua cara yaitu :

· Dengan magnet permanen

· Dengan magnet remanen

Generator listrik dengan magnet permanen sering juga disebut magneto dynamo. Karena banyak kekurangannya, maka sekarang jarang digunakan.

Prinsip kerja Generator DC

Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:

• dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.
• dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.

Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3

Gambar 2. Pembangkitan Tegangan Induksi.

Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti Gambar 2 (a) dan (c). Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar 2.(b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.

Gambar 3. Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator.

Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 3.(1), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin Gambar 3.(2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positip.

• Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.

• Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).

c. LED

spesifikasi:-Tegangan : ±2 - 3V

- Arus:±20 mA

Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.

LIGHT EMITTING DIODE (LED), PRINCIPLE OF OPERATION ~ SCC Education

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah Energi Listrik menjadi Energi Cahaya.

d. Speaker

Speaker adalah Transduser yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi Frekuensi Audio (sinyal suara) yang dapat didengar oleh telinga manusia dengan cara mengetarkan komponen membran pada Speaker tersebut sehingga terjadilah gelombang suara.

Sebelum kita membahas lebih lanjut mengenai Loadspeaker (Pengeras Suara), sebaiknya kita mengetahui bagaimana suara dapat dihasilkan. Yang dimaksud dengan “Suara” sebenarnya adalah Frekuensi yang dapat didengar oleh Telinga Manusia yaitu Frekuensi yang berkisar di antara 20Hz – 20.000Hz. Timbulnya suara dikarenakan adanya fluktuasi tekanan udara yang disebabkan oleh gerakan atau getaran suatu obyek tertentu. Ketika Obyek tersebut bergerak atau bergetar, Obyek tersebut akan mengirimkan Energi Kinetik untuk partikel udara disekitarnya. Hal ini dapat di-anologi-kan seperti terjadinya gelombang pada air. Sedangkan yang dimaksud dengan Frekuensi adalah jumlah getaran yang terjadi dalam kurun waktu satu detik. Frekuensi dipengaruhi oleh kecepatan getaran pada obyek yang menimbulkan suara, semakin cepat getarannya makin tinggi pula frekuensinya.

Prinsip Kerja Speaker

Pada gambar diatas, dapat kita lihat bahwa pada dasarnya Speaker terdiri dari beberapa komponen utama yaitu Cone, Suspension, Magnet Permanen, Voice Coil dan juga Kerangka Speaker.

Dalam rangka menterjemahkan sinyal listrik menjadi suara yang dapat didengar, Speaker memiliki komponen Elektromagnetik yang terdiri dari Kumparan yang disebut dengan Voice Coil untuk membangkitkan medan magnet dan berinteraksi dengan Magnet Permanen sehingga menggerakan Cone Speaker maju dan mundur. Voice Coil adalah bagian yang bergerak sedangkan Magnet Permanen adalah bagian Speaker yang tetap pada posisinya. Sinyal listrik yang melewati Voice Coil akan menyebabkan arah medan magnet berubah secara cepat sehingga terjadi gerakan “tarik” dan “tolak” dengan Magnet Permanen. Dengan demikian, terjadilah getaran yang maju dan mundur pada Cone Speaker.

Cone adalah komponen utama Speaker yang bergerak. Pada prinsipnya, semakin besarnya Cone semakin besar pula permukaan yang dapat menggerakan udara sehingga suara yang dihasilkan Speaker juga akan semakin besar.

Suspension yang terdapat dalam Speaker berfungsi untuk menarik Cone ke posisi semulanya setelah bergerak maju dan mundur. Suspension juga berfungsi sebagai pemegang Cone dan Voice Coil. Kekakuan (rigidity), komposisi dan desain Suspension sangat mempengaruhi kualitas suara Speaker itu sendiri.

e. Logic State

fungsi logic state adalah sebagai input dari gerbang logika, dan output dari rangkaian tersebut ialah LED.

f. Amplifier

Power amplifier ialah penguat akhir sistem tata suara yang bermanfaat sebagai penguat sinyal audio yang pada dasarnya adalah penguat tegangan dan arus dari sinyal audio yang bertujuan guna menggerakan pengeras suara (loud speaker). Istilah power amplifier adalah penguat akhir sampai-sampai tidak dilengkapi dengan pengatur nada, bertolak belakang dengan istilah amplifier yang di dalamnya terdiri dari pengatur nada dan power amplifier.
Tugas power ampli (driver) ini ialah untuk mendorong sinyal yang sudah diubah preamp lalu di teruskan ke bagian speaker. Anda pasti mengenal beragam jenis ampli seperti ampli 30, 40, 50, 90 , 100, 120, 200, 300 watt. dan seterusnya. Ini ialah kekuatan dari daya dorong power itu. Dapat dikatakan ukuran 100 watt misalkan telah dihitung dengan suara cacatnya disebut RMS tidak cacat dan Peak suara cacatnya.

Bagian power tersebut bekerja dengan berbagai jenis komponen bersama driver pendorongnya. Bagiannya terdapat transistor dan ada tube (tabung) sebagai penguatnya. Kemudian ada elco besar 3000ma ke atas sebagai penyimpan arus dioda, resistor, dan pastinya travo yang berperan penting memantau kestabilan kelistrikan (electrical) unsur ini supaya stabil.
Fungsi amplifier sebetulnya memang jarang orang lain tahu secara persis, meskipun tidak sedikit orang yang sudah sangat sering mendengarnya. Amplifier sendiri sebetulnya adalah perangkat elektronik yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal suara yang pada dasarnya ialah penguat tegangan dan arus yang berasal dari sinyal audio dengan tujuan untuk menggerakkan pegeras suara atau loud speaker. Setiap perlengkapan elektronik yang memakai loud speaker tentu mempunyai amplifier.
Secara khusus, amplifier sendiri berfungsi untuk memperkuat sinyal audio dari sumber yang berbeda yang masih kecil sampai getaran suara yang didapatkan menjadi lebih banyak dengan menggetarkan membran speaker di level tertentu cocok dengan keperluan pemakai.
Jadi memang secara sederhana, pemakaian amplifier ini seperti saat kita mendengarkan musik melewati handphone, kita akan mendengar suara sangat keras yakni dengan batas maksimal dari volume handphone tersebut. Akan tetapi saat kita menyambungkan handphone itu dengan amplifier, maka suara yang hadir akan lebih keras. Nah, itulah contoh dari fungsi pemakaian amplifier.
Amplifier ini dipecah ke dalam dua jenis yang dipisahkan dari seberapa banyak sinyal yang akan dikuatkan. Pertama ialah amplifier mono yang merupakan amplifier yang sanggup menguatkan sinyal sebanyak satu jalur saja. Karena, amplifier ini mempunyai satu jalur input serta satu jalur output.
Sedangkan yang kedua, yakni amplifier stereo, ialah amplifier yang dapat menguatkan dua jalur audio L dan R sekaligus. Amplifier stereo ini bertolak belakang dengan amplifier mono yang mempunyai dua drainase secara terpisah dan mempunyai dua jalur input serta dua jalur output.
Lalu apa kelebihan dari menggunakan amplifier untuk stereo sistem yang Anda gunakan? Inilah beberapa kelebihan dari penggunaan amplifier yang perlu Anda ketahui.

1. Memiliki sifat menguatkan tegangan puncak amplitudo dari sinyal masukan,
2. Dapat menghasilkan penguatan tegangan antara sinyal masukan dan keluaran,
3. Mempunyai impedansi input yang relatif tinggi sehingga sesuai untuk penguat sinyal kecil,
4. Adanya isolasi yang tinggi dari output ke input sampai meminimalkan efek umpan balik,
5. Mempunyai impedansi input tinggi dan memiliki impedansi output yang rendah,
6. Sinyal outputnya sefasa dengan sinyal,
7. Mempunyai penguatan arus yang tinggi,
8. Suara yang didapatkan sangat bagus dan tergantung dari kualitas power yang digunakan.

Bagian – bagian dari rangkaian Power – Amplifier :

Gain : fungsinya adalah untuk “menurunkan & manaikan” sinyal yg masuk dari sebuah instrument ke amplifier. gain akan sangat berpengaruh terhadap sound dari instrument yg masuk . jika gain kita naikan karakter sound akan berubah . ada yg menjadi lebar tetapi kasar hingga Over ( di luar batas wajar ) dan sterusnya. jadi di gain ini biasanya kita menentukan kadar karakter sound kita .

Tone Control : bagian dimana berfungsi untuk mengolah sinyal suara yg masuk. kita dapat memainkan sinyal itu dengan memutar / menggeser control tone yang ada. jika tidak ada tone kontrol ini maka sinyal suara terdengar kecil atau flat biasa saja . karena tidak ada penambahan power pewarnaan suara. Di bagian inilah freqwensi suara di olah. Dengan adanya tone control kita bisa lebih mengangkat sinyal tone treble , midle , low dsb . sehingga sound itu dapat muncul dgn jelas ke permukaan sekehendak kita yg memainkannya.

VOLUME : di amplifier bass/gitar ini sering terletak diujung akhir di bagian Tone control . fungsinya adalah untuk memperbesar sinyal dari instrument yg sudah diolah preamp lalu masuk ke bagian PoweR ( Driver ) akirnya Volume bekerja sebagai : memperbesar suara dari amplifier ke speaker. Semakin besar Volume kita buka semakin kencang suara yg keluar dari speaker. begitu sebaliknya.

POWER AMPLIFIER : ini tugas paling akhir dari bagian sebuah Amplifier ! dimana tugas power ampli ( driver ) ini adalah untuk mendorong sinyal yg sudah diolah preamp untuk di teruskan ke bagian speaker . kita mengenal ada ampli 30, 40, 50, 90 , 100, 120, 200 , 300 watt dan seterusnya. Ini adalah kekuatan dari daya dorong Power tersebut, akan tetapi itu tidaklah murni , bisa dimisalkan ukuran 100 watt sudah dihitung dengan suara cacat nya. dinamakan RMS tidak cacat dan Peak suara cacat.

Penguat pada Power – Amplifier

Penguat Kelas A

Kelas A adalah amplifier yang paling linear diantara semua kelas amplifier. Sinyal apapun yang di hasilkan oleh amplifier kelas ini adalah sesuai dengan sinyal inputnya. Dengan kata lain Amplifier ini berbanding lurus antara input dan outputnya. Karakteristik Amplifier Kelas A:

Perangkat output (Transistor) mengalirkan seluruh sinyal input. Dengan kata lain, amplifier tersebut mereproduksi seluruh gelombang amplitudo sinyal suara yang masuk secara keseluruhan.

Amplifier ini panas karena transistor nya bekerja terus menerus dengan tenaga penuh.

Tidak ada kondisi dimana transistor beristirahat meski hanya sejenak, meski bukan berarti amplifier tersebut tidak bisa dimatikan. Maksudnya adalah ada aliran listrik konstan yang mengaliri transistor tersebut secara terus menerus (dan ini secara tetap menghasilkan panas) yang disebut sebagai “bias”.

Amplifier Kelas A adalah amplifier yang paling inefisien. Nilai efisiensi nya sekitar 20.

Karena faktor-faktor itulah amplifier kelas A dianggap paling inefisien, per watt output yang dikeluarkan, sekitar 4-5 watt terbuang sia-sia dalam bentuk panas (disipasi panas). Pada umumnya bentuknya besar dan sangat berat bobotnya. Karena panas, amplifier ini membutuhkan ventilasi dan pembuangan panas yang cukup besar juga (sangat tidak ideal untuk dipasang di mobil anda dan pada umumnya jarang di pakai oleh umum di rumah). Keuntungannya adalah amplifier ini benar-benar menghasilkan setiap detail suara yang masuk lewat inputnya, bebas dari distorsi.

Penguat Kelas B

Di dalam amplifier ini, bagian positif dan negatif dari sinyal ditangani oleh bagian yang berbeda dari sirkuit. Perangkat output (transistor) terus bekerja hidup dan mati. Kelas B amplifier memiliki karakteristik sebagai berikut:

Sinyal input dari amplifier ini harus lebih besar agar bisa menjalankan transistor dengan baik.

Hampir merupakan kebalikan dari amplifier kelas A. Harus ada setidaknya dua perangkat output sejenis dengan penguat ini. Bagian output amplifier ini menjalankan dua output tersebut. Masing-masing perangkat output tersebut menjalankan setengah panjang gelombang sinyal suara secara bergantian. Pada waktu transistor tidak bekerja, maka tidak ada aliran listrik (bias) yang mengaliri transistor tersebut. Setiap perangkat output tersebut berada dalam kondisi on (hidup) selama satu setengah kali siklus gelombang amplitudo.

Amplifier kelas B bekerja lebih dingin daripada kelas A, tetapi dengan kekurangan distorsi pada frekwensi-frekwensi tertentu yang ter “cross over”. Hal ini disebabkan karena amplifier tersebut tidak bekerja penuh setiap saat (bergantian nyala-hidup setiap amplitudo). Topologi amplifier ini adalah dengan sistem tarik dan dorong (push-pull), satu menarik sinyal dari loudspeaker dan yang lain mendorong sinyal audio ke loudspeaker. Hal ini membuat amplifier ini bisa menjadi lebih murah, karena bisa menggunakan dua macam transistor yang harganya murah daripada memakai sebuah transistor yang mahal. Sudah saya sebutkan diatas bahwa amplifier ini membutuhkan sinyal output yang besar. Dengan demikian sinyal audio yang masuk harus dikuatkan terlebih dahulu sebelum masuk ke perangkat output. Karena lebih banyak sirkuit yang harus dilalui oleh sinyal audio tersebut, sinyalnya terdegradasi (kualitasnya turun) terlebih dahulu sebelum masuk ke perangkat outputnya

Penguat Kelas AB

Ini adalah kompromi dari dua kelas diatas. Amplifier kelas operasi AB memiliki beberapa keuntungan terbaik dari Kelas A dan Kelas B built-in. Keuntungan utamanya adalah kualitas suara sebanding dengan Kelas A dan efisiensi mirip dengan Amplifier Kelas B. Kebanyakan amplifier modern menggunakan topologi ini. Karakteristiknya:

Pada umumnya Kelas AB bekerja seperti Kelas A tetapi dengan tingkat level output lebih rendah. Sekali lagi memberikan yang terbaik dari duak Kelas amplifier (kelas A dan B).
Bias output diatur sehingga arus listrik mengalir dalam perangkat output selama lebih dari setengah siklus sinyal tetapi kurang dari seluruh siklus.
Ada cukup arus yang mengalir melalui masing-masing perangkat untuk tetap beroperasi sehingga mereka merespon langsung tuntutan tegangan input.
Pada tahap keluaran tarik dan dorong (push-pull), ada beberapa tumpang tindih karena setiap perangkat output membantu yang lain selama masa transisi singkat, atau periode crossover dari positif ke negatif setengah dari sinyal tersebut.

Ada banyak implementasi dari desain Amplifier Kelas AB ini. Non linearitas Kelas B hampir dihilangkan tetapi sambil menghindari panas dan inefisiensi yang dihasilkan oleh Amplifier Kelas A. Nilai efisiensi amplifier kelas AB ini sekitar 50 dan menjadi desain kelas amplifier yang cukup populer saat ini dan dapat digunakan di mobil maupun di rumah.

Perbedaan penguat kelas A, AB dan B

B. SKEMA DAN LAYOUT

Pada praktikum kali ini kita menggunakan power amplifier jenis OTL, yang mana terdapat kapasitor pada outputnya, serta catu daya (power suply) yang digunakan tidaklah simetris atau hanya (+) dan (-). Dan merupakan power OTL yang sangat sederhana yang mana hanya menggunakan 3 transistor. Terdiri dari transistor TIP 31 dan TIP 32 sebagai penguat final dan transistor D438 sebagai pembalik fase. Untuk lebih jelasnya bisa perhatikan skema berikut.

Skema Power Amplifier

Dari skema diatas langkah selanjutnya dapat kita jadikan layout menggunakan software DipTrace atau software lainnya. Hal ini bertujuan agar komponen tertata lebih rapi serta hemat tempat. Berikut ini layout dari power amplifier bedasarkan skema.

Layout Power Amplifier Tampak BawaH

3.Dasar Teori[Kembali]

9.6 Menulis Struktur Lewis

Langkah-langkah dasar cara menulis struktur Lewis adalah sebagai berikut:

1.Tulis struktur rangka senyawa, menggunakan simbol-simbol kimia dan menempatkan atom-atom berdekatan satu sama lain. Untuk senyawa sederhana, tugas ini cukup mudah. Untuk senyawa yang lebih kompleks, kita harus diberi informasi atau membuat tebakan cerdas tentang hal itu. Secara umum, atom yang paling elektronegatif menempati posisi pusat. Hidrogen dan florin biasanya menempati posisi terminal (ujung) dalam struktur Lewis.

2.Hitung jumlah total elektron valensi yang ada. Untuk anion poliatomik, tambahkan jumlah muatan negatif ke total elektron valensi itu. (Misalnya, untuk ion CO₃²⁻ kita menambahkan dua elektron karena muatan -2 menunjukkan bahwa ada dua elektron lebih banyak daripada yang disediakan oleh atom.) Untuk kation poliatomik, kita mengurangi jumlah muatan positif dari total jumlah ini. (Jadi, untuk NH₄⁺ kita kurangi satu elektron karena muatan +1 mengindikasikan lepasnya satu elektron dari kelompok atom.)

3.Gambarlah ikatan kovalen tunggal antara atom pusat dan masing-masing atom di sekitarnya. Lengkapi oktet dari atom yang terikat pada atom pusat. (Ingat bahwa kulit valensi atom hidrogen lengkap hanya dengan dua elektron). Hidrogen mengikuti “aturan duet” saat menggambar struktur Lewis. Elektron yang dimiliki atom pusat atau sekitarnya harus ditunjukkan sebagai pasangan elektron bebas jika pasangan elektronnya tidak terlibat dalam ikatan.Jumlah total elektron yang akan digunakan ditentukan pada langkah 2.

4.Setelah menyelesaikan langkah 1-3, jika atom pusat memiliki kurang dari delapan elektron, coba tambahkan ikatan rangkap atau rangkap tiga antara atom-atom di sekitarnya dan atom pusat, menggunakan pasangan elektron bebas dari atom-atom sekitarnya untuk melengkapi oktet dari atom pusat.

9.7 Muatan Formal dan Struktur Lewis

Muatan formal atom adalah perbedaan muatan listrik antara elektron valensi dalam atom yang diisolasi dan jumlah elektron yang ditugaskan pada atom itu dalam struktur Lewis.

Untuk menetapkan jumlah elektron pada atom dalam struktur Lewis, kita melanjutkan sebagai berikut:

1.Semua elektron yang tidak terikat atom ditugaskan pada atom.

2.Kita memutus ikatan antara atom dan atom lainnya dan menetapkan setengah dari elektron ikatan pada atom.

Mari kita ilustrasikan konsep muatan formal menggunakan molekul ozon (O₃).

Melanjutkan dengan langkah-langkah, seperti yang kita lakukan dalam Contoh 9.3 dan 9.4, kita menggambar struktur kerangka O₃ dan kemudian menambahkan ikatan dan elektron untuk memenuhi aturan oktet untuk dua atom ujung:

Kita dapat melihat bahwa meskipun semua elektron yang tersedia digunakan, aturan oktet tidak memuaskan untuk atom pusat. Untuk mengatasinya, kita mengkonversi pasangan elektron bebas di salah satu atom ujung menjadi ikatan kedua antara atom ujung itu dan atom pusat, sebagai berikut:

Muatan formal pada setiap atom dalam O₃ sekarang dapat dihitung sesuai dengan skema berikut:

di mana garis merah bergelombang menunjukkan pemutusan ikatan. Perhatikan bahwa pemutusan ikatan tunggal menghasilkan transfer elektron, pemutusan ikatan ganda menghasilkan transfer dua elektron ke masing-masing atom ikatan, dan seterusnya. Dengan demikian, muatan formal atom dalam O₃ adalah

Untuk muatan positif dan negatif tunggal, kita biasanya menghilangkan angka 1. Saat kita menulis muatan formal, aturan ini sangat membantu:

1.Untuk molekul, jumlah muatan harus bertambah sampai nol karena molekul adalah spesi yang netral secara listrik. (Aturan ini berlaku, misalnya, untuk molekul O₃.)

2.Untuk kation, jumlah muatan formal harus sama dengan muatan positif. Untuk anion, jumlah tuntutan formal harus sama dengan muatan negatif.

Perhatikan bahwa muatan formal membantu kita melacak elektron valensi dan mendapatkan gambaran kualitatif distribusi muatan dalam molekul. Kita seharusnya tidak menafsirkan muatan formal sebagai transfer elektron yang aktual dan lengkap. Dalam molekul O₃, misalnya, studi eksperimental menunjukkan bahwa atom O pusat membawa muatan positif parsial sedangkan atom O akhir membawa muatan negatif parsial, tetapi tidak ada bukti bahwa ada transfer elektron yang lengkap dari satu atom ke atom lainnya.

contoh soal:

Tulis muatan formal untuk ion karbonat.

Strategi

Struktur Lewis untuk ion karbonat dikembangkan dalam Contoh 9.5:

Muatan formal pada atom dapat dihitung menggunakan prosedur yang diberikan.

Penyelesaian

Kita mengurangi jumlah elektron tidak terikat dan setengah elektron ikatan dari elektron valensi masing-masing atom.

Atom C: Atom C memiliki empat elektron valensi dan tidak ada elektron yang tidak terikat pada atom dalam struktur Lewis. Pemutusan ikatan rangkap dan dua ikatan tunggal menghasilkan transfer empat elektron ke atom C. Oleh karena itu, muatan formal adalah 4 - 4 = 0.

Atom O dalam C=O: Atom O memiliki enam elektron valensi dan ada empat elektron yang tidak terikat pada atom. Pemutusan ikatan rangkap menghasilkan transfer dua elektron ke atom O. Di sini muatan formal adalah 6 - 4 - 2 = 0.

Atom O dalam C-O: Atom ini memiliki enam elektron nonbonding dan pemutusan ikatan tunggal mentransfer elektron lain ke dalamnya. Oleh karena itu, muatan formal adalah 6 - 6 - 1 = -1.

Dengan demikian, struktur Lewis untuk CO₃²⁻ dengan muatan formal adalah

Periksa

Perhatikan bahwa jumlah muatan formal adalah -2, sama dengan muatan pada ion karbonat.

Terkadang ada lebih dari satu struktur Lewis yang dapat diterima untuk spesi tertentu. Dalam kasus seperti itu, kita sering dapat memilih struktur Lewis yang paling masuk akal dengan menggunakan muatan formal dan pedoman berikut:

1.Untuk molekul, struktur Lewis yang tidak memiliki muatan formal lebih disukai daripada struktur yang memuat muatan formal.

2.Struktur Lewis dengan muatan formal yang besar (+2, =3, dan / atau -2, -3, dan seterusnya) kurang masuk akal dibandingkan dengan struktur dengan muatan formal kecil.

3.Di antara struktur Lewis yang memiliki distribusi muatan formal yang serupa, struktur yang paling masuk akal adalah struktur di mana muatan formal negatif ditempatkan pada atom yang lebih elektronegatif.

contoh soal berikut menunjukkan bagaimana muatan formal memfasilitasi pemilihan struktur Lewis yang tepat untuk suatu molekul.

Latihan 9.7

Formaldehid (CH₂O), cairan dengan bau yang tidak sedap, secara tradisional telah digunakan untuk mengawetkan spesimen laboratorium. Gambarkan struktur Lewis yang paling mungkin untuk senyawa tersebut.

Strategi

Struktur Lewis yang masuk akal harus memenuhi aturan oktet untuk semua unsur, kecuali H, dan memiliki muatan formal (jika ada) yang didistribusikan sesuai dengan pedoman elektronegativitas.

Penyelesaian

Dua struktur kerangka yang mungkin adalah

pertama kita menggambar struktur Lewis untuk setiap kemungkinan ini

Untuk menunjukkan muatan formal, kita mengikuti prosedur yang diberikan dalam Contoh 9.6. Dalam (a) atom C memiliki total lima elektron (satu pasangan elektron ditambah tiga elektron dari putusnya ikatan tunggal dan ganda). Karena C memiliki empat elektron valensi, muatan formal pada atom adalah 4 - 5 = -1. Atom O memiliki total lima elektron (satu pasangan elektron bebas dan tiga elektron dari pemutusan ikatan tunggal dan ganda). Karena O memiliki enam elektron valensi, muatan formal pada atom adalah 6 - 5 = +1. Dalam (b) atom C memiliki total empat elektron dari pemutusan dua ikatan tunggal dan ikatan ganda, sehingga muatan formalnya adalah 4 - 4 = 0. Atom O memiliki total enam elektron (dua pasangan elektron bebas dan dua elektron dari pemutusan ikatan rangkap). Oleh karena itu, muatan formal pada atom adalah 6 - 6 = 0. Meskipun kedua struktur memenuhi aturan oktet, (b) adalah struktur yang lebih mungkin karena tidak membawa muatan formal.

9.8 Konsep Resonansi

Masing-masing struktur ini disebut struktur resonansi. Maka, struktur resonansi adalah salah satu dari dua atau lebih struktur Lewis untuk satu molekul tunggal yang tidak dapat diwakili secara akurat oleh hanya satu struktur Lewis. Panah berkepala dua menunjukkan bahwa struktur yang ditampilkan adalah struktur resonansi. Istilah resonansi itu sendiri berarti penggunaan dua atau lebih struktur Lewis untuk mewakili molekul tertentu.

Istilah resonansi sering disalah artikan dengan mengatakan bahwamolekul seperti ozon berpindah secara cepat dari satu struktur resonansi ke satu struktur resonansi lain. Namun hal ini tidaklah tepat karena perlu diingat bahwa tidak satupun dari struktur resonansi yang diberikan dapat menggambarkan secara tepat struktur resonansi yang sesungguhnya, yang merupakan struktur tesendiri yang unik dan stabil. Konsep resonansi hanyalah sebuah cara untuk menggambarkan model ikatan tersebut.Konsep resonansi berlaku sama baiknya untuk sistem organik.

Contoh yang baik adalah molekul benzena (C₆H₆):Jika salah satu dari struktur resonansi ini bersesuaian dengan struktur benzena yang sebenarnya, akan ada dua panjang ikatan yang berbeda antara atom C yang berdekatan, satu karakteristik ikatan tunggal dan yang lainnya dari ikatan rangkap.

Cara yang lebih sederhana untuk menggambar struktur molekul benzena dan senyawa lain yang mengandung "cincin benzena" adalah dengan hanya menunjukkan kerangka dan bukan atom karbon dan hidrogen. Sesuai gambar no 2 di samping.Perhatikan bahwa atom C di sudut-sudut segi enam dan atom H semuanya dihilangkan, meskipun mereka dipahami ada.Hanya ikatan antara atom C yang ditampilkan.

Ingat aturan penting ini untuk menggambar struktur resonansi: Posisi electron,tetapi tidak pada atom, dapat disusun ulang dalam struktur resonansi yang berbeda. Dengan kata lain, atom yang sama harus terikat satu sama lain dalam semua struktur resonansi untuk spesi tertentu.

Sejauh ini, struktur resonansi yang diperlihatkan dalam contoh-contoh semuanya berkontribusi sama terhadap struktur molekul dan ion yang sebenarnya. Ini tidak selalu terjadi seperti yang akan kita lihat dalam Contoh 9.8

Gambarlah tiga struktur resonansi untuk molekul dinitogen oksida, N₂O (susunan atomnya adalah NNO). Tunjukkan muatan formal. Urutkan struktur dalam kepentingan relatifnya terhadap sifat keseluruhan molekul.

Strategi

Struktur kerangka untuk N₂O adalah

N N O

Kita mengikuti prosedur yang digunakan untuk menggambar struktur Lewis dan menghitung muatan formal dalam Contoh 9.5 dan 9.6.

Penyelesaian

Tiga struktur resonansi adalah

Kita melihat bahwa ketiga struktur menunjukkan muatan formal. Struktur (b) adalah yang paling penting karena muatan negatifnya ada pada atom oksigen yang lebih elektronegatif. Struktur (c) adalah yang paling tidak penting karena memiliki pemisahan muatan formal yang lebih besar. Juga, muatan positif ada pada atom oksigen yang lebih elektronegatif.

Periksa

Pastikan tidak ada perubahan posisi atom dalam struktur. Karena N memiliki lima elektron valensi dan O memiliki enam elektron valensi, jumlah total elektron valensi adalah 5 x 2 + 6 = 16. Jumlah muatan formal adalah nol pada setiap struktur.

9.9 Pengecualian untuk aturan oktet

Aturan oktet berlaku terutama untuk unsur periode kedua. Pengecualian terhadap aturan oktet dibagi ke dalam tiga kategori yang ditandai dengan oktet tidak lengkap, jumlah elektron ganjil, atau lebih dari delapan elektron valensi di sekitar atom pusat.

1.Oktet Tidak Lengkap

Perhatikan, misalnya, berilium, yang merupakan unsur Golongan 2A (dan periode kedua). Konfigurasi elektron berilium adalah 1s²2s²; Be memiliki dua elektron valensi di orbital 2s. Dalam fase gas, berilium hidrida (BeH₂) berada sebagai molekul diskrit. Struktur Lewis BeH₂ adalah

H-Be-H.

Seperti yang Anda lihat, hanya empat elektron yang mengelilingi atom Be,dan tidak ada cara untuk memenuhi aturan oktet untuk berilium dalam molekul ini

Unsur-unsur dalam Golongan 3A, khususnya boron dan aluminium, juga cenderung membentuk senyawa yang dikelilingi oleh kurang dari delapan elektron. Ambil boron sebagai contoh. Karena konfigurasi elektronnya adalah 1s²2s²2p¹, boron memiliki total tiga elektron valensi. Boron bereaksi dengan halogen membentuk kelas senyawa yang memiliki rumus umum BX₃, di mana X adalah atom halogen. Dengan demikian, dalam boron trifluorida hanya ada enam elektron di sekitar atom boron:

Struktur resonansi berikut semuanya mengandung ikatan rangkap antara B dan F dan memenuhi aturan oktet untuk boron:

Fakta bahwa panjang ikatan B-F dalam BF₃ (130,9 pm) lebih pendek dari ikatan tunggal (137,3 pm) memberikan dukungan kepada struktur resonansi meskipun dalam setiap kasus muatan formal negatif ditempatkan pada atom B dan muatan formal positif pada atom F yang lebih elektronegatif.

Meskipun boron trifluorida stabil, B mudah bereaksi dengan amonia. Reaksi ini lebih baik diwakili dengan menggunakan struktur Lewis di mana boron hanya memiliki enam elektron valensi di sekitarnya:

Tampaknya sifat-sifat BF₃ paling baik dijelaskan oleh keempat struktur resonansi.

Jenis ikatan pada B-N diatas disebut ikatan kovalen koordinasi (juga disebut sebagai ikatan datif), yang didefinisikan sebagai ikatan kovalen di mana salah satu atom menyumbangkan kedua elektron. Meskipun sifat-sifat ikatan kovalen koordinasi tidak berbeda dari ikatan kovalen normal (karena semua elektron sama tidak peduli apa pun sumbernya), perbedaannya berguna untuk melacak elektron valensi dan menetapkan muatan formal.

2.Molekul Mengandung Jumlah Elektron Ganjil

Beberapa molekul mengandung jumlah elektron ganjil.Karena kita membutuhkan jumlah elektron genap untuk pasangan sempurna (untuk mencapai delapan), aturan oktet jelas tidak dapat dipenuhi untuk semua atom dalam molekul ini.

Molekul elektron ganjil kadang-kadang disebut radikal. Banyak radikal sangat reaktif. Alasannya adalah bahwa ada kecenderungan elektron yang tidak berpasangan untuk membentuk ikatan kovalen dengan elektron yang tidak berpasangan pada molekul lain. Misalnya, ketika dua molekul nitrogen dioksida bertabrakan, mereka membentuk dinitrogen tetroksida di mana aturan oktet dipenuhi untuk atom N dan O:

3.Oktet yang Diperluas (Lebih Dari Delapan Elektron Valensi Di Sekitar Atom Pusat)

Masalah pelanggaran ini terdapat pada atom-atom unsur di dalam dan di luar periode ketiga tabel periodik yang membentuk beberapa senyawa di mana lebih dari delapan elektron mengelilingi atom pusat. Selain orbital 3s dan 3p, unsur pada periode ketiga juga memiliki orbital 3d yang dapat digunakan dalam ikatan. Orbital ini memungkinkan atom untuk membentuk oktet yang diperluas. Salah satu senyawa di mana ada oktet diperluas adalah sulfur hexafluorida, senyawa yang sangat stabil. Konfigurasi elektron sulfur adalah [Ne] 3s²3p⁴. Dalam SF₆, masing-masing dari enam elektron valensi sulfur membentuk ikatan kovalen dengan atom fluor, jadi ada 12 elektron di sekitar atom sulfur pusat:

contoh :menyangkut senyawa yang tidak mematuhi aturan oktet.

Gambarkan struktur Lewis untuk aluminium triiodida (AlI₃).

Strategi

Kita mengikuti prosedur yang digunakan dalam Contoh 9.5 dan 9.6 untuk menggambar struktur Lewis dan menghitung muatan formal.

Penyelesaian

Konfigurasi elektron terluar dari Al dan I masing-masing adalah 3s²3p¹ dan 5s²5p⁵. Jumlah total elektron valensi adalah 3 + 3 x 7 atau 24. Karena Al kurang elektronegatif daripada I, ia menempati posisi sentral dan membentuk tiga ikatan dengan atom I:

Perhatikan bahwa tidak ada muatan formal pada atom Al dan I.

Periksa

Meskipun aturan oktet dipenuhi untuk atom I, hanya ada enam elektron valensi di sekitar atom Al. Jadi, AlI₃ adalah contoh oktet yang tidak lengkap.

Contoh 9.11

Gambarlah struktur Lewis untuk ion sulfat (SO₄²⁻) di mana keempat atom O terikat pada atom S pusat.

Strategi

Perhatikan bahwa S adalah unsur periode ketiga. Kita mengikuti prosedur yang diberikan dalam Contoh 9.5 dan 9.6 untuk menggambar struktur Lewis dan menghitung muatan formal.

Penyelesaian

Konfigurasi elektron terluar dari S dan O masing-masing adalah 3s²3p⁴ dan 2s²2p⁴.

Langkah 1: Struktur rangka (SO₄²⁻) adalah

Langkah 2: Baik O dan S adalah unsur golongan 6A dan masing-masing memiliki enam elektron valensi. Termasuk dua muatan negatif, oleh karena itu kita harus memperhitungkan total 6 + (4 x 6) + 2, atau 32, elektron valensi dalam SO₄²⁻.

Langkah 3: Kami menggambar ikatan kovalen tunggal antara semua atom ikatan:

Berikutnya kita menunjukkan muatan formal pada atom S dan O:

Periksa

Salah satu dari enam struktur setara lainnya untuk SO₄²⁻ adalah sebagai berikut:

Struktur ini melibatkan oktet diperluas pada S tetapi dapat dianggap lebih masuk akal karena menanggung lebih sedikit muatan formal. Namun, perhitungan teoritis terperinci menunjukkan bahwa struktur yang paling mungkin adalah struktur yang memenuhi aturan oktet, meskipun memiliki pemisahan muatan formal yang lebih besar. Aturan umum untuk unsur dalam periode ketiga dan seterusnya adalah bahwa struktur resonansi yang mematuhi aturan oktet lebih disukai daripada yang melibatkan oktet diperluas tetapi menanggung lebih sedikit muatan formal.

oktet yang diperluas:

Dalam menggambar struktur senyawa Lewis yang mengandung atom pusat dari periode ketiga dan seterusnya, kadang-kadang kita menemukan bahwa aturan oktet dipenuhi untuk semua atom tetapi masih ada elektron valensi yang dibiarkan menempel. Dalam kasus seperti itu, elektron ekstra harus ditempatkan sebagai pasangan elektron bebas pada atom pusat. Contoh 9.12 menunjukkan pendekatan ini.

Contoh 9.12

Gambarlah struktur Lewis dari senyawa gas mulia xenon tetrafluorida (XeF₄) di mana semua atom F terikat pada atom Xe pusat

Strategi

Perhatikan bahwa Xe adalah unsur periode kelima. Kita mengikuti prosedur dalam Contoh 9.5 dan 9.6 untuk menggambar struktur Lewis dan menghitung muatan formal.

Penyelesaian

Langkah 1: Struktur kerangka XeF₄ adalah

Kita melihat bahwa atom Xe memiliki oktet yang diperluas. Tidak ada muatan formal pada atom Xe dan F.

9.10 Entalpi Ikatan

Ukuran stabilitas suatu molekul adalah entalpi ikatannya, yang merupakan perubahan entalpi yang diperlukan untuk memutus ikatan tertentu dalam 1 mol molekul gas. (Entalpi ikatan dalam padatan dan cairan dipengaruhi oleh molekul tetangga.) Entalpi ikatan yang ditentukan secara eksperimental dari molekul hidrogen diatomik, misalnya, adalah

H₂(g) → H(g) + H(g) 𝛥H° = 436,4 kJ/mol

Persamaan ini memberi tahu kita bahwa memutus ikatan kovalen dalam 1 mol molekul H₂ gas membutuhkan 436,4 kJ energi.

Entalpi ikatan juga dapat diukur secara langsung untuk molekul diatomik yang mengandung unsur-unsur yang tidak sama, seperti HCl,

HCl(g) → H(g) + Cl(g) 𝛥H° = 431,9 kJ/mol

serta untuk molekul yang mengandung ikatan rangkap dan rangkap tiga:

O₂(g) → O(g) + O(g) 𝛥H° = 498,7 kJ/mol

N₂(g) → N(g) + N(g) 𝛥H° = 941,4 kJ/mol

Mengukur kekuatan ikatan kovalen dalam molekul poliatomik lebih rumit. Misalnya, pengukuran menunjukkan bahwa energi yang diperlukan untuk memutus ikatan O-H pertama dalam H₂O berbeda dari yang diperlukan untuk memutus ikatan O-H kedua:

H₂O(g) → H(g) + OH(g) 𝛥H° = 502 kJ/mol

OH(g) → H(g) + O(g) 𝛥H° = 427 kJ/mol

Dalam setiap kasus, ikatan O-H terputus, tetapi langkah pertama lebih endotermik daripada yang kedua. Perbedaan antara dua nilai 𝛥H° menunjukkan bahwa ikatan O-H kedua itu sendiri telah mengalami perubahan, karena perubahan dalam lingkungan kimia.

Sekarang kita dapat memahami mengapa entalpi ikatan dari ikatan O-H yang sama dalam dua molekul berbeda seperti metanol (CH₃OH) dan air (H₂O) tidak akan sama: Lingkungan mereka berbeda. Jadi, untuk molekul poliatomik kita berbicara tentang entalpi ikatan rata-rata dari ikatan tertentu.

Tabel 9.4 mencantumkan entalpi ikatan rata-rata dari sejumlah molekul diatomik dan poliatomik . Seperti yang dinyatakan sebelumnya, ikatan rangkap tiga lebih kuat dari ikatan rangkap dua, yang, pada gilirannya, lebih kuat dari ikatan tunggal.

Tabel 9.4 Beberapa Entalpi Ikatan Molekul Diatomik* dan Entalpi Ikatan Rata-rata untuk Ikatan dalam Molekul Poliatomik

* Entalpi ikatan untuk molekul diatomik (berwarna) memiliki angka yang lebih signifikan daripada entalpi ikatan untuk ikatan dalam molekul poliatomik karena entalpi ikatan molekul diatomik adalah jumlah yang dapat diukur secara langsung dan tidak dirata-rata pada banyak senyawa.

† Entalpi ikatan C=O dalam CO₂ adalah 799 kJ/mol.

Penggunaan Entalpi Ikatan dalam Termokimia

Perbandingan perubahan termokimia yang terjadi selama sejumlah reaksi mengungkapkan variasi yang sangat luas dalam entalpi reaksi yang berbeda.Kita dapat menjelaskan variasi tersebut dengan melihat stabilitas reaktan individu dan molekul produk. Bagaimanapun, kebanyakan reaksi kimia melibatkan pembuatan dan pemutusan ikatan. Oleh karena itu, mengetahui entalpi ikatan dan stabilitas molekul memberi tahu kita tentang sifat termokimia dari reaksi yang dialami molekul.

Dalam banyak kasus, dimungkinkan untuk memperkirakan entalpi reaksi dengan menggunakan entalpi ikatan rata-rata. Karena energi selalu diperlukan untuk memutus ikatan kimia dan pembentukan ikatan kimia selalu disertai dengan pelepasan energi, kita dapat memperkirakan entalpi suatu reaksi dengan menghitung jumlah total ikatan yang putus dan terbentuk dalam reaksi dan mencatat semua perubahan energi yang sesuai. Entalpi reaksi dalam fase gas diberikan oleh

𝛥H° = 𝛴BE(reaktan) - 𝛴BE(produk) (9.3)

= total energi diserap - total energi dilepas

Yang mana BE berarti entalpi ikatan rata-rata dan 𝛴 adalah tanda penjumlahan. Seperti ditulis, Persamaan (9.3) menangani konvensi tanda untuk 𝛥H°. Jadi, jika total energi diserap lebih besar dari total energi yang dilepaskan, 𝛥H° positif dan reaksinya adalah endotermik. Di sisi lain, jika lebih banyak energi dilepaskan dari yang diserap, 𝛥H° negatif dan reaksinya eksotermik(Gambar 9.8). Jika reaktan dan produk semua molekul diatomik, maka Persamaan (9.3) akan menghasilkan hasil yang akurat karena ikatan entalpi dari molekul diatomik diketahui secara akurat. Jika beberapa atau semua reaktan dan produk adalah molekul poliatomik, Persamaan (9.3) hanya akan menghasilkan hasil perkiraan karena entalpi ikatan yang digunakan adalah rata-rata.

Gambar 9.8 Perubahan entalpi ikatan pada (a) reaksi endotermik dan (b) reaksi eksotermik.

Contoh 9.13

Gunakan Persamaan (9.3) untuk menghitung entalpi reaksi untuk proses berikut:

H₂(g) + Cl₂(g) ⟶ 2HCl(g)

Bandingkan hasil Anda dengan yang diperoleh menggunakan Persamaan (6.18).

Strategi

Perlu diingat bahwa pemutusan ikatan adalah proses penyerapan energi (endotermik) dan pembentukan ikatan adalah proses pelepasan energi (eksotermik). Oleh karena itu, perubahan energi secara keseluruhan adalah perbedaan antara dua proses yang berlawanan ini, seperti yang dijelaskan oleh Persamaan (9.3).

Penyelesaian

Kita mulai dengan menghitung jumlah ikatan yang putus dan jumlah ikatan yang terbentuk serta perubahan energi yang terkait. Ini paling baik dilakukan dengan membuat tabel:

Jenis Pemutusan Ikatan	Jumlah Pemutusan Ikatan	Entalpi Ikatan (kJ/mol)	Perubahan Energi (kJ/mol)
H-H (H₂)	1	436,4	436,4
Cl-Cl (Cl₂)	1	242,7	242,7

Jenis Pembentukan Ikatan	Jumlah Pembentukan Ikatan	Entalpi Ikatan (kJ/mol)	Perubahan Energi (kJ/mol)
H-Cl (HCl)	2	431,9	863,8

Selanjutnya, kita memperoleh energi total yang diterima dan energi total yang dilepaskan:

Energi total yang diterima = 436,4 kJ/mol + 242,7 kJ/mol = 679,1 kJ/mol
Energi total yang dilepas = 863,8 kJ/mol

Kita menggunakan Persamaan (9.3) untuk menulis

∆Hº= 679,1 kJ/mol − 863,8 kJ/mol = -184,7 kJ/mol

Atau, kita dapat menggunakan Persamaan (6.18) dan data dalam Lampiran 3 untuk menghitung entalpi reaksi:

∆Hº = 2∆H_f^o(HCl) - [∆H_f^o(H₂) + ∆H_f^o(Cl₂)]
= (2) (92,3 kJ/mol) - (0+0)
= - 184,6 kJ/mol

Periksa

Karena reaktan dan produk semuanya adalah molekul diatomik, kita mengharapkan hasil Persamaan (9.3) dan (6.18) sama. Perbedaan kecil di sini disebabkan oleh cara pembulatan.

Contoh 9.14 menggunakan Persamaan (9.3) untuk memperkirakan entalpi suatu reaksi yang melibatkan molekul poliatomik.

Contoh 9.14

Perkirakan perubahan entalpi untuk pembakaran gas hidrogen.

2H₂(g) + O₂(g) ⟶ 2H₂O(g)

Strategi

Kita pada dasarnya mengikuti prosedur yang sama seperti pada Contoh 9.13. Namun, perlu diketahui bahwa H₂O adalah molekul poliatomik, jadi kita perlu menggunakan nilai entalpi ikatan rata-rata untuk ikatan O-H.

Penyelesaian

Kita membuat tabel berikut:

Jenis Pemutusan Ikatan	Jumlah Pemutusan Ikatan	Entalpi Ikatan (kJ/mol)	Perubahan Energi (kJ/mol)
H-H (H₂)	2	436,4	872,8
O=O (O₂)	1	498,7	498,7

Jenis Pembentukan Ikatan	Jumlah Pembentukan Ikatan	Entalpi Ikatan (kJ/mol)	Perubahan Energi (kJ/mol)
O-H (H₂O)	4	460	1840

Selanjutnya, kita memperoleh energi total yang diterima dan energi total yang dilepaskan:

Energi total yang diterima = 872,8 kJ/mol + 498,7 kJ/mol = 1371,5 kJ/mol
Energi total yang dilepas = 1840 kJ/mol

Kita menggunakan Persamaan 9.3 untuk menuliskan

∆Hº= 1371,5 kJ/mol − 1840 kJ/mol = -469 kJ/mol

Hasil ini hanya perkiraan karena entalpi ikatan O-H adalah jumlah rata-rata. Atau, kita dapat menggunakan Persamaan (6.18) dan data dalam Lampiran 3 untuk menghitung entalpi reaksi:

∆Hº = 2∆H_f^o(H₂O) - [2∆H_f^o(H₂) + ∆H_f^o(O₂)]
= (2) (241,8 kJ/mol) - (0+0)
= - 483,6 kJ/mol

Periksa

Perhatikan bahwa nilai estimasi berdasarkan entalpi ikatan rata-rata cukup dekat dengan nilai yang dihitung menggunakan data ∆Hf°. Secara umum, Persamaan (9.3) bekerja paling baik untuk reaksi yang cukup endoterm atau cukup eksoterm, yaitu, reaksi yang ∆H°rxn >100 kJ/mol atau yang ∆H°rxn < -100 kJ/mol.

Catatan:

Berdasarkan pertimbangan entalpi ikatan, menjelaskan fakta bahwa reaksi pembentukan umumnya eksotermik dan reaksi penguraian umumnya endotermik.

4.Percobaan[Kembali]

Prosedur percobaan:

1). Pertama, siapkan semua alat dan bahan. Untuk DC Generator, dibutuhkan 7 unit

2). Selanjutnya, Pada Sensor hubungkan TestPin ke logic state, OUT ke kaki bernomor 3 amplifier dan diantaranya dihubungkan ke DC generator U1:A(+IP), GND ke speaker dan diantaranya digroundkan, dan Vcc ke DC Generator VIB1(PB5/SCK)

3). Kaki bernomor 2 amplifier dihubungkan DC generator U1:A(-P) dan diantaranya juga dihubungkan DC generator U1:A(-P)

4). Kaki bernomor 4 amplifier dihubungkan ke DC Generator U1:A(V-) dan kaki bernomor 8 amplifier dihungkan DC Generator U1:A(V+)

5). Kaki bernomor 1 amplifier dihubungkan ke DC Generator U1:A(OP), lanjut ke LED dan terakhir ke Speaker

6). Terakhir, tinggal jalankan simulasinya

Rangkaian simulasi[Kembali]

Prinsip kerja[Kembali]

Pada saat logicstate bernilai 0, maka sensor OFF. Pada Op-amp tegangan input dideteksi, apabila tegangan input pada non-inverting lebih kecil daripada tegangan pada inverting, maka Vout akan bernlai -Vsat sehingga LED dan Speaker tidak menyala.

Pada saat logicstate bernilai 1, maka sensor ON. Pada Op-amp tegangan input dideteksi, apabila tegangan input pada non-inverting lebih besar daripada tegangan pada inverting, maka Vout akan bernlai +Vsat sehingga LED dan Speaker menyala.

Rumus yang digunakan dalam menghitung Vout pada rangkaian detector Non-inverting adalah :