PENGARUH LIGAN TERHADAP WARNA ION KOMPLEKS

I.   PENDAHULUAN

1.1       Latar Belakang

            Dalam ilmu kimia, kompleks atau senyawa koordinasi merujuk pada molekul atau entitas yang terbentuk dari penggabungan ligan dan ion logam. Dulunya, sebuah kompleks artinya asosiasi reversibel dari molekul, atom, atau ion melalui ikatan kimia yang lemah. Pengertian ini sekarang telah berubah. Beberapa kompleks logam terbentuk secara irreversible, dan banyak diantara mereka yang memiliki ikatan yang cukup kuat.

Salah satu sifat unsur transisi adalah mempunyai kecenderungan untuk membentuk ion kompleks atau senyawa kompleks. Ion-ion dari unsur logam transisi memiliki orbital-orbital kosong yang dapat menerima pasangan elektron pada pembentukan ikatan dengan molekul atau  anion tertentu membentuk ion kompleks. Ion kompleks terdiri atas ion logam pusat dikelilingi anion-anion atau molekul-molekul membentuk ikatan koordinasi. Ion logam pusat disebut ion pusat atau atom pusat. Anion atau molekul yang mengelilingi ion pusat disebut ligan. Ion pusat merupakan ion unsur transisi, dapat menerima pasangan elektron bebas dari ligan. Pengaruh ligan ini dapat membentuk warna pada ion kompleks.

Sifat magnetik dari ion kompleks yang mengandung ligan monodentat ini tergantung dari kuat lemahnya ligan yang terdapat dalam ion kompleks tersebut. Kuat lemahnya ligan ini ditentukan dari jenis ligannya yang diurutkan berdasarkan deret spektrokimianya. Deret spektrokimia adalah daftar-daftar ligan yang disusun berdasarkan kemampuannya membelah tingkat energi orbital d kecil ke besar. Berdasarkan hal tersebut maka maka akan dibahas mengenai sifat magnetik dari ion kompleks dan pengaruh ligan terhadap warna ion kompleks.

1.2       Tujuan Percobaan

           

            Adapun tujuan dari percobaan adalah untuk mempelajari pengaruh ligan terhadap warna ion kompleks.

 

II.   PEMBAHASAN

2.1       Atom Pusat

Atom pusat merupakan atom bagian dari senyawa koordinasi yang berada di pusat (bagian tengah) sebagai penerima pasangan electron sehingga dapat di sebut sebagai asam Lewis, Umumnya berupa logam (terutama logam-logam transisi). Atom pusat merupakan atom unsur transisi yang dapat menerima pasangan elektron bebas dari ligan karena ion-ion dari unsur logam transisi memiliki orbital-orbital kosong yang dapat menerima pasangan elektron pada pembentukan ikatan dengan molekul atau  anion tertentu membentuk ion kompleks. Pasangan elektron bebas dari ligan menempati orbital-orbital kosong dalam subkulit 3d, 4s, 4p dan 4d atom pusat.

Pada pembentukan senyawa kompleks netral atau senyawa kompleks ionik, atom logam dan ion logam disebut sebagai atom pusat, sedangkan atom yang mendonorkan elektronnya ke atom pusat disebit atom donor. Atom donor dapat berupa suatu ion atau molekul netral. Ion atau molekul netral yang memiliki atom-atom donor yang dikoordinasikan pada atom pusat disebut ligan.

Pembentukan senyawa kompleks selalu ada molekul-molekul atau ion-ion yang mendonorkan elektronnya pada atom logam atau ionlogam. Elektron yang didonorkan biasanya berupa pasangan elektron (elektron pair) dari atom donor.

2.2       Pengertian Ligan

Ligan adalah spesies yang memiliki atom-atom yang dapat menyumbangkan sepasang elektron pada ion logam pusat pada tempat tertentu dalam lengkung koordinasi. Sehingga, ligan merupakan basa lewis dan ion logam adalah asam lewis. Jika ligan hanya dapat menyumbangkan sepasang elektron (misalnya NH3 melalui atom N) disebut ligan unidentat. Ligan ini mungkin merupakan anion monoatomik (tetapi bukan atom netral) seperti ion halida, anion poliatomik seperti NO₂^-, molekul sederhana seperti NH₃ atau molekul kompleks seperti piridin C₅H₅N.

Di antara ciri-ciri khas ligan yang umum diakui sebagai mempengaruhi kestabilan kompleks dalam mana ligan itu terlibat, adalah :

a.  kekuatan basa dari ligan itu,

b.  sifat-sifat penyepitan (jika ada), dan

c.  efek-efek sterik (ruang).

Dari sudut pandangan aplikasi kompleks secara analisis, efek penyepitan mempunyai arti yang teramat penting, maka hendaklah diperhatikan secara khusus. Istilah ‘efek sepit’ mengacu pada fakta bahwa suatu kompleks bersepit, yaitu kompleks yang dibentuk oleh suatu ligan bedentat atua multidentat, adalah lebih stabil dibanding kompleks padanannya dengan ligan-ligan monodentat. Semakin banyak titik lekat ligan itu kepada ion logam,semakin besar kestabilan kompleks. Efek sepit ini sering dapat disebabkan oleh kenaikan entropi yang menyertai penyempitan; dalam hubungan ini, penggantian molekul-molekul air dari ion terhidrasi haruslah diingat-ingat. Efek sterik yang paling umum adalah efek yang menghambat pembentukan kompleks yang disebabkan oleh adanya suatu gugusan besar yang melekat pada atau berada berdekatan dengan atom penyumbang.

2.3       Bilangan Koordinasi

Bilangan koordinasi adalah jumlah dari ligan atom yang diikat pada satu ion pusat. Contoh bilangan koordinasi Fe³⁺ dalam [Fe(NH₃)₆]³⁺ adalah 6 karena enam atom ligan (N dari NH 3) terikat disini. Bilangan koordinasi Fe3+ [Fe(H₂O)₆]³⁺ adalah 6. Bilangan koordinasi Fe3+ dalam [Fe(C2O4)3]3- adalah 3. Bilangan koordinasi Fe³⁺ dalam [Fe(Cl)₆]^3- adalah 6. Bilangan koordinasi Fe³⁺ dalam [Fe(SO₄)₃]^3- adalah 3, dan Bilangan koordinasi Fe³⁺ dalam [Fe(SCN)₆]^3- adalah 6.

Bilangan koordinasi 2, salah satu bilangan koordinasi 2 yang terkenal adalah [Ag(NH₃)₂]⁺ , ion yang terbentuk bila senyawaan – senyawaan perak diolah dengan amonia.

·           Bilangan koordinasi 3, contoh bilangan koordinasi 3 sangat langka sekali. Satu – satunya yang sederhana untuk logam transisi yang dikenal orang adalah anion [HgI₃]^- .

·           Bilangan koordinasi 4, empat merupakan bilangan koordinasi yang umum dari beberapa atom dan ion logam transisi. Contohnya adalah Li(H₂O)₄⁺ , BeF₄^- ,BF4₄^- , dan sebagainya.

·           Bilangan koordinasi 5, contoh bilangan koordinasi 5 adalah langka, tetapi tidak begitu luar biasa seperti bilangan koordinasi 3. Contoh sederhana adalah besi pentakarbonil (Fe(CO)₅).

·           Bilangan koordinasi 6, bilangan koordinasi ini sangat penting karena hampir semua kation membentuk kompleks koordinasi 6.

·           Bilangan koordinasi yang lebih tinggi, bilangan koordinasi 7, 8, dan 9 tidak sering ditemui untuk beberapa kation yang lebih besar. Kompleks dengan bilangan koordinasi yang lebih tinggi, merupakan ciri khas dari segi stereokimia tidak kaku.

2.4       Macam – Macam Ligan

            Ligan monodentat adalah ligan yang hanya mampu menyumbangkan satu pasang elektron bebas saja atau dengan kata lain hanya dapat membentuk satu ikatan kovalen koordinasi dengan ion logam pusat. Kebanyakan ligan adalah monodentat, misalnya dalam hal ini adalah Cl-, C2O42-, H2O, NH3, SO42-, dan SCN-. Contoh lainnya Br- dan OH-.  Walaupun ion atau molekul ini memiliki lebih dari satu pasang elektron bebas tetapi yang dapat disumbangkan ke ion logam pusat hanya satu pasang (mono : satu, dent : gigi).

Ligan bidentat dapat menyumbangkan dua pasang elektron bebasnya pada ion logam pusat (memiliki dua ”gigi”) sehingga membentuk dua ikatan kovalen koordinasi.

Ligan Polidentat (multidentat) adalah Suatu molekul yang dapat menyumbangkan lebih dari tiga pasang elektron bebas atau ligan yang memiliki dua atau lebih atom sehingga dapat mengisi dua atau lebih orbital d ion logam, ligan polidentat (bahasa latin: bergigi banyak). Oleh karena ligan polidentat dapat mencengkram ion logam dengan dua atau lebih atom donor, ligan polidentat juga dikenal sebagai zat pengkelat. Contoh ligan polidentat:

Menurut literatur warna kompleks [Fe(H₂O)₆]³⁺ adalah violet sangat pucat sedangkan pada hasil data diperoleh warna orange pudar.
Contoh ligan lain yang dapat bereaksi dengan FeCl₃ adalah ligan CN^-. Reaksinya adalah  Fe³⁺(aq) + 6 CN^-(aq) →  [Fe(CN)₆]^3-(aq) yang berwarna merah. Selain atom pusat Fe³⁺ ada juga atom pusat yang lain yang dapat membentuk senyawa kompleks. Contohnya Co³⁺ bereaksi dengan NH₃ menghasilkan senyawa kompleks [Co(NH₃¬)₆]³⁺ yang berwarna jingga.

2.5       Jenis Ikatan Pada Ligan dan Pengelompokannya

Pada ikatan kimia, ligan terbagi atas ikatan kuat dan ikatan lemah, yaitu:

·             Ligan yang medannya kuat (ligan kuat) : CO > CN^- > NO2 > NH3 > SCN

·             Ligan yang medannya lemah (ligan lemah): H₂O > C₂O₄^2- > OH^- > F^- > Cl^- > Br^- > I^- 

Disebut medan ligan kuat (strong ligand field / kekuatan medannya besar) karena  perbedaan energi antara orbital t_2g (dxy, dxz dan dyz) dengan orbital e_g (dx²-y² dan dz²) besar, akibatnya elektron akan mengisi penuh energi yang rendah sebelum mengisi orbital yang energinya tinggi (pengisian elektron berpasangan terlebih dahulu, kemudian naik ke tingkat energi yang lebih tinggi). Kompleks dengan medan ligan kuat disebut low spin complexes (kompleks spin rendah).

Disebut medan ligan lemah (weak  ligand field / kekuatan medannya kecil ) karena perbedaan energi antara orbital t_2g (dxy, dxz dan dyz) dengan orbital e_g (dx²-y² dan dz²) kecil atau sangat kecil, akibatnya elektron-elektron akan mengisi kelima orbital d tanpa berpasangan terlebih dahulu. Kompleks dengan medan ligan lemah disebut high spin complexes (kompleks spin rendah).

Ada beberapa ligan yang dapat terikat pada dua tempat, ligan ini disebut ligan ambidentat. Tempat ligan ini terikat dinyatakan dengan huruf besar. Contoh:

•      SCN : tiosianato atau tiosianato – S

•      NCS : isotiosianato atau tiosianato – N

•      NO₂^- : nitro

•      O – N – O : nitrito

•      (NH₄)₃[Cr(NCS)₆] : amonium heksatiosianato-N-kromat(III) atau amonim heksaisotiosianatokromat(III).

2.6       Senyawa Koordinasi

            Senyawa koordinasi/senyawa kompleks adalah senyawa yang terbentuk melalui ikatan koordinasi, yakni  ikatan kovalen koordinasi antara ion atau atom pusat dengan ligan (gugus pelindung). Disebut juga sebagai senyawa kompleks karena sulit dipahami pada awal penemuannya. Ikatan kovalen koordinasi yang terjadi merupakan ikatan kovalen (terdapat pasangan elektron yang digunakan bersama) di mana pasangan elektron yang digunakan bersama berasal dari salah satu atom. Ikatan koordinasi bisa terdapat pada kation atau anion senyawa tersebut. Ion atau atom pusat merupakan ion atau atom bagian dari senyawa koordinasi yang berada di pusat (bagian tengah) sebagai penerima pasangan electron sehingga dapat di sebut sebagai asam Lewis, umumnya berupa logam (terutama logam-logam transisi). Sedangkan ligan atau gugus pelindung merupakan atom/ion bagian dari senyawa koordinasi yang berada di bagian luar sebagai pemberi pasangan elektron sehingga dapat disebut sebagai basa Lewis.

2.7       Senyawa Kompleks

            Senyawa kompleks atau sering disebut dengan kompleks koordinasi adalah senyawa yang mengandung atom atau ion biasanya logam yang dikelilingi oleh molekul atau anion, biasanya disebut dengan ligan atau agen pengompleks. Contoh senyawa kompleks adalah cisplatin yang mempunyai empat ligan, yaitu dua ligan klorido dan dua ligan amina.

Senyawa – senyawa kompleks dapat dibagi menjadi dua golongan, yaitu :

1.    Kompleks Werner, yaitu kompleks yang tidak berisi ikatan logam karbon dan kompleks sianida.

2.    Kompleks logam karbonil atau senyawa organometalik, yaitu kompleks yang paling sedikit berisi satu ikatan karbon.

Senyawa – senyawa kompleks golongan (2) tidak mempunyai sifat garam seperti golongan (1) dan biasanya bersifat kovalen. Zat ini umumnya larut dalam pelarut – pelarut non – polar, mempunyai titik lebur dan titik didih rendah. Untuk membuat senyawa – senyawa kompleks, pertama harus diingat bahwa hasilnya harus cukup banyak, kemudian harus ada cara yang baik untuk mengisolasi hasil tersebut.

Kegunaan dari senyawa kompleks adalah :

Banyak senyawa kompleks yang digunakan didasarkan pada warna, kelarutan atau perubahan perilaku kimiawi dari ion logam dan ligan ketika senyawa tersebut membentuk kompleks.

Klorofil yang merupakan pigmen hijau di dalam tanaman adalah senyawa kompleks yang mengandung magnesium. Tanaman berwarna hijau disebabkan klorofil menyerap cahaya kuning dan memantulkan warna komplemennya yaitu hijau. Energi yang diserap dari matahari digunakan untuk melakukan fotosintesis. Senyawa kompleks yang dipakai sebagai zat warna lain misalnya kompleks tembaga (II) Ftalosianin biru. Kompleks ini digunakan sebagai pigmen atau pencelup kain dalam industri tekstil pada tinta biru, blue jeans, dan cat biru tertentu.

Zat pengompleks tertentu sering digunakan untuk melunakkan air sadah sebab zat tersebut dapat mengikat ion – ion seperti Ca²⁺ , Mg²⁺ , dan Fe²⁺ yang menjadikan air bersifat sadah. Zat pengompleks yang dapat mengikat ion – ion logam juga digunakan sebagai obat – obatan. Ligan polidentat seperti enterobactin yang diisolasi dari bakteri tertentu digunakan untuk mengendalikan kadar besi dalam darah pasien yang memiliki penyakit seperti anemia Cooley. Obat anti kanker plationol seperti cis – [Pt(NH₃)₂Cl₂] adalah senyawa kompleks platinum (II), merupakan zat aktif biologi dan dipercaya dapat memutuskan untai DNA, sehingga suka campur tangan pada pembelahan sel.

Warna-warna cerah yang terlihat pada kebanyakan senyawa koordinasi dapat dijelaskan dengan teori medan kristal. Jika orbital-d dari sebuah kompleks berpisah menjadi dua kelompok seperti yang dijelaskan di atas, maka ketika molekul tersebut menyerap foton dari cahaya tampak, satu atau lebih elektron yang berada dalam orbital tersebut akan meloncat dari orbital-d yang berenergi lebih rendah ke orbital-d yang berenergi lebih tinggi, menghasilkan keadaam atom yang tereksitasi. Perbedaan energi antara atom yang berada dalam keadaan dasar dengan yang berada dalam keadaan tereksitasi sama dengan energi foton yang diserap dan berbanding terbalik dengan gelombang cahaya. Karena hanya gelombang-gelombang cahaya (λ) tertentu saja yang dapat diserap (gelombang yang memiliki energi sama dengan energi eksitasi), senyawa-senyawa tersebut akan memperlihatkan warna komplementer (gelombang cahaya yang tidak terserap).

Seperti yang dijelaskan di atas, ligan-ligan yang berbeda akan menghasilkan medan kristal yang energinya berbeda-beda pula, sehingga kita bisa melihat warna-warna yang bervariasi. Untuk sebuah ion logam, medan ligan yang lebih lemah akan membentuk kompleks yang Δ-nya bernilai rendah, sehingga akan menyerap cahaya dengan λ yang lebih panjang dan merendahkan frekuensi ν. Sebaliknya medan ligan yang lebih kuat akan menghasilkan Δ yang lebih besar, menyerap λ yang lebih pendek, dan meningkatkan ν. Sangtalah jarang energi foton yang terserap akan sama persis dengan perbedaan energi Δ; terdapat beberapa faktor-faktor lain seperti tolakan elektron dan efek Jahn-Teller yang akan mempengaruhi perbedaan energi antara keadaan dasar dengan keadaan tereksitasi.

2.8       Ion Kompleks

            Salah satu sifat unsur transisi yang sangat menarik adalah kemampuannya untuk membentuk senyawa kompleks. Senyawa kompleks dapat digunakan untuk mendemonstrasikan berbagai sifat fisik maupun kimia, seperti warna yang berkaitan dengan jenis logam, kelarutan, dan juga kesetimbangan ion dalam kompleks.

Logam transisi didefinisikan sebagai sesuatu yang dapat membentuk satu atau lebih ion stabil yang memiliki orbital d yang tidak terisi (incompletly filled d orbitals).

Ion kompleks memiliki ion logam pada atom pusatnya dengan jumlah tertentu molekul-molekul atau ion-ion yang mengelilinginya. Ion-ion yang mengelilinginya itu dapat berdempet dengan ion pusat melalui ikatan kovalen koordinasi. Molekul-molekul atau ion-ion yang mengelilingi logam pusat disebut ligan. Ligan memiliki pasangan elektron tak berikatan yang aktif pada tingkat energi paling luar. Pasangan elektron tak berikatan inilah yang digunakan untuk membentuk ikatan koordinasi dengan ion logam. Pelekatan ligan pada ion logam merupakan efek dari energi orbital-orbital d. Sinar yag diserap sebagai akibat dari perpindahan elektron diantara orbital d yang satu dengan yang lain.

Asal mula munculnya warna pada ion-ion logam transisi. Ketika sinar putih melewati larutan yang berisi dari salah satu ion tersebut, sinar putih direfleksikan oleh larutan tersebut. Beberapa warna dari sinar dapat diabsorpsi (diserap) oleh larutan. Warna yang dapat dilihat oleh mata adalah warna yang tertinggal (tidak diabsorpsi). Banyak senyawa kompleks memperlihatkan warna yang khas.

Dalam teori medan kristal, ligan-ligan direduksi menjadi titik yang bermuatan. Interaksi muatan-muatan titik ini dengan elektron dalam orbital d ion logam akan menaikkan energi semua orbital d, tetapi meraka tidak lagi memiliki energi yang sama.

Hampir semua senyawa – senyawa kompleks mempunyai warna – warna tertentu, karena zat ini menyerap sinar di daerah tampak atau visible region. Sebab lebih lanjut ialah karena energi sinar di daerah tampak cocok untuk promosi elektron yang ada di orbital d, dari energi rendah ke energi tinggi. Besarnya energi untuk promosi, yaitu Δ, tergantung dari ion pusatnya dan tergantung dari jenis ligan. Karena itu, senyawa kompleks mempunyai warna berbeda – beda, misalnya [Ti(H₂O)₆]³⁺ berwarna ungu sedang [Cu(H₂O)₆]²⁺ berwarna biru muda. Untuk suatu ion pusat warnanya berbeda bila ligannya berbeda, misalnya [Cu(H₂O)₆]²⁺ berwarna biru muda, tetapi [Cu(NH₃)₄(H₂O)]²⁺ berwarna biru tua.

Bila zat menyerap warna atau panjang gelombang tertentu dari sinar tampak, zat tersebut akan meneruskan warna komplemennya,  yang nampak pada mata kita sebagai warna. Bila zat menyerap semua warna dari sinar tampak, zat tersebut berwarna hitam. Sebaliknya bila zat sama sekali tidak menyerap warna dari sinar tampak, zat tersebut berwarna putih. Untuk suatu ion pusat, penggantian ligan dari ligan dengan medan lemah ke ligan dengan medan kuat, akan memberikan Δ yang semakin besar. Sinar yang diserap panjang gelombangnya semakin pendek.

Di bawah ini dituliskan deret spektrokimia, yaitu daftar – daftar ligan yang disusun berdasarkan perbedaan energi Δ yang dihasilkan dari Δ yang kecil ke yang besar.

I^– < Br^– < S^2– < SCN^– < Cl^– < NO^3– < N^3– < F^–  < OH^–  < C₂O₄^2– < H₂O < NCS^– < CH₃CN < py < NH₃ < en < 2,2’-bipiridina < phen < NO^2– < PPh₃ < CN^– < CO

 

III.   PENUTUP

3.1       Kesimpulan

            Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari pembahasan di atas adalah :

1.      Senyawa – senyawa kompleks dapat dibagi menjadi dua golongan, yaitu Kompleks Werner, yaitu kompleks yang tidak berisi ikatan logam karbon dan kompleks sianida. Kompleks logam karbonil atau senyawa organometalik, yaitu kompleks yang paling sedikit berisi satu ikatan karbon.

2.      Senyawa – senyawa kompleks golongan (2) juga dapat pula diisolasikan dengan cara – cara destilasi, sublimasi, dan proses kromatografi.

3.      Hampir semua senyawa – senyawa kompleks mempunyai warna – warna tertentu, karena zat ini menyerap sinar di daerah tampak atau visible region.

4.      Terjadinya perubahan warna adalah karena ada orbital yang kosong di subkulit d dan terjadi penyerapan gelombang foton.

5.      Kebanyakan ligan adalah anion atau molekul netral yang merupakan donor elektron. Beberapa yang umum adalah F^- , Cl^- , Br^- , CN^- , NH₃ , H₂O, CH₃OH, dan OH^-.

6.      Suatu larutan memiliki warna tertentu karena menyerap sebagian dari komponen cahaya tampak. Makin kecil panjang gelombang cahaya yang diserap (makin besar energinya) maka makin besar harga absorbansinya atau makin kuat ikatan antara ion logam dan ligan.

7.      Perbedaan energi antar orbital yang dapat mengalami transisi disebut ΔΕ, frekuensi absorpsi ν diberikan oleh persamaan ΔΕ = hν.

8.      sebuah ion logam, medan ligan yang lebih lemah akan membentuk kompleks yang Δ-nya bernilai rendah, sehingga akan menyerap cahaya dengan λ yang lebih panjang dan merendahkan frekuensi ν, begitupun sebaliknya.

9.      Ion kompleks terdiri atas ion logam pusat dikelilingi anion-anion atau molekul-molekul membentuk ikatan koordinasi. Ion logam pusat disebut ion pusat atau atom pusat.

3.2       Saran

            Semoga makalah ini bermanfaat untuk memperkaya dan memperluas wawasan keilmuan kita  sebagai pembaca yang haus  akan ilmu pendidikan. Marilah kita menjadikan diri yang kaya akan pendidikan agar menjadi insan-insan yang terdidik, berbudi pekerti yang baik serta  bermoral yang berpegang teguh pada agama masing-masing.

 

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2013. Senyawa Kompleks. Diunduh di (www.ilmukimia.org/senyawa-kompleks.html) pada tanggal 08 Desember 2014 pukul 23.16 WIB

Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti Jilid 1 Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga

Cotton, F. Albert dan Wilkinson, Geoffrey. 1989. Kimia Anorganik Dasar. Jakarta: UI-Press

Petrucci, H. Ralph dan Suminar. 1987. Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern. Jakarta: Erlangga