Jari-jari ion

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Lompat ke: navigasi, cari

Jari-jari ion atau radius ion, rion, adalah jari-jari suatu ion atom. Meskipun atom maupun ion tidak memiliki batas yang tegas, mereka seringkali dianggap sebagai bola keras dengan jari-jarinya adalah jumlah jari-jari kation dan anion yang memberi jarak antar ion dalam kisi kristal. Jari-jari ion biasanya dinyatakan dalam satuan pikometer (pm) maupun Ångström (Å), dengan 1 Å = 100 pm. Nilai yang umum berada pada kisaran 30 pm (0.3 Å) hingga lebih dari 200 pm (2 Å).

Tren jari-jari ion[sunting | sunting sumber]

X NaX AgX
F 464 492
Cl 564 555
Br 598 577
Parameter sel satuan (dalam pm, sama dengan dua kali panjang ikatan M–X) untuk natrium dan perak halida. Semua senyawa mengkristal dengan struktur NaCl.
Jari-jari atom dan ion relatif. Atom netral diberi warna abu-abu, kation berwarna merah, dan anion berwarna biru.

Ion dapat lebih besar maupun lebih kecil daripada atom netral, tergantung pada muatan listrik ion. Ketika atom kehilangan sebuah elektron untuk membentuk kation, elektron lainnya yang tertinggal lebih tertarik mendekat ke inti, dan jari-jari ion menjadi lebih kecil. Analog dengan hal tersebut, ketika elektron ditambahkan ke suatu atom untuk membentuk anion, elektron yang ditambahkan meningkatkan ukuran awan elektron melalui tolakan antar elektron (interelectronic repulsion).

Jari-jari ion bukanlah sifat yang pasti dan tetap untuk ion tertentu, tetapi bervariasi sesuai dengan bilangan koordinasi, keadaan spin, dan parameter-parameter lainnya. Namun demikian, nilai jari-jari ion cukup mudah teralihkan sehingga memungkinkan untuk mengenali tren periodiknya. Seperti jenis jari-jari atom lainnya, jari-jari ion meningkat sepanjang golongan tabel periodik dari atas ke bawah. Ukuran ion (untuk ion yang sama) juga meningkat seiring dengan kenaikan bilangan koordinasi, dan sebuah ion dalam kondisi spin tinggi akan lebih besar daripada ion yang sama dalam kondisi spin rendah. Secara umum, jari-jari ion menurun seiring dengan kenaikan muatan positif, dan meningkat seiring dengan kenaikan muatan negatif.

Suatu "anomali" jari-jari ion dalam kristal seringkali merupakan pertanda adanya karakter kovalen yang signifikan dalam ikatannya. Tidak ada ikatan yang sepenuhnya ionik, dan beberapa senyawa yang seharusnya "ionik", khususnya logam transisi, menunjukkan sebagian karakter kovalen. Hal ini diilustrasikan oleh parameter sel unit untuk natrium dan perak halida pada tabel. Jika merujuk pada fluorida, dapat dikatakan bahwa Ag+ lebih besar daripada Na+, tetapi jika merujuk pada klorida dan bromida, terjadi hal yang sebaliknya.[1] Hal ini dikarenakan karakter kovalen yang lebih besar pada AgCl dan AgBr mengurangi panjang ikatan dan tentu saja jari-jari ion Ag+, suatu efek yang tidak ada dalam halida dari natrium yang lebih elektropositif, maupun dalam perak fluorida yang mana ion fluorida relatif tak terpolarisasi.

Penentuan jari-jari ion[sunting | sunting sumber]

Jarak antara dua ion dalam kristal ionik dapat ditentukan dengan kristalografi sinar-X, yang memberi panjang sisi-sisi unit sel kristal. Misalnya, panjang setiap tepi sel unit natrium klorida terukur 564,02 pm. Setiap tepi sel unit natrium klorida dapat dianggap memiliki atom yang tertata sebagai Na+∙∙∙Cl∙∙∙Na+, jadi panjang tepinya dua kali jarak Na-Cl. Oleh karena itu, jarak antara ion Na+ dan Cl adalah setengah dari 564,02 pm, yaitu 282.01 pm. Namun, meski kristalografi sinar-X memberi gambaran jarak antar ion, ia tidak menunjukkan letak batasnya di antara ion-ion tersebut, sehingga tidak secara langsung memberikan jari-jari ion.

Tampak depan sel unit kristal LiI, menggunakan data kristal Shannon (Li+ = 90 pm; I = 206 pm). Ion iodida hampir menyentuh (tapi tidak cukup), menunjukkan bahwa asumsi Landé cukup baik.

Landé[2] memperkirakan jari-jari ion dengan mempertimbangkan kristal di mana anion dan kation memiliki perbedaan ukuran yang besar, seperti LiI. Ion litium jauh lebih kecil daripada ion iodida sehingga litium cocok dengan lubang di dalam kisi kristal, yang memungkinkan ion iodida untuk menyentuhnya. Artinya, jarak antara dua iodida yang bertetangga pada kristal diasumsikan dua kali jari-jari ion iodida, yang disimpulkan adalah 214 pm. Nilai ini bisa digunakan untuk menentukan jari-jari lainnya. Misalnya, jarak antat ion pada RbI adalah 356 pm, didapat radius ion Rb+ adalah 142 pm. Dengan cara ini ditentukan nilai jari-jari 8 ion.

Wasastjerna memperkirakan jari-jari ion dengan mempertimbangkan volume relatif ion yang ditentukan dari polarisabilitas listrik sebagaimana ditentukan oleh pengukuran indeks refraksi.[3] Hasil ini diperluas oleh Victor Goldschmidt.[4] Baik Wasastjerna maupun Goldschmidt menggunakan nilai 132 pm untuk ion O2−.

Pauling menggunakan muatan inti efektif untuk menentukan jarak antara ion ke jari-jari anion dan jari-jari kation.[5] Datanya menghasilkan nilai jari-jari ion O2− sebesar 140 pm.

Sebuah tinjauan utama data kristalografi menyebabkan Shanon mempublikasikan revisi jari-jari ion.[6] Shannon memberikan jari-jari yang berbeda untuk bilangan koordinasi yang berbeda, dan untuk ion dalam keadaan putaran tinggi dan rendah. Agar konsisten dengan jari-jari Pauling, Shannon menggunakan nilai rion(O2−) = 140 pm; data yang menggunakan nilai tersebut disebut sebagai jari-jari ion "efektif". Namun, Shannon juga memasukkan data berdasarkan rion(O2−) = 126 pm; data yang menggunakan nilai tersebut disebut sebagai jari-jari ion "kristal". Shannon menyatakan bahwa "rasanya jari-jari kristal lebih sesuai dengan ukuran fisik ion dalam padatan".[6] Dua kumpulan data tercantum dalam dua tabel di bawah ini.

Jari-jari ion Kristal unsur dalam pm dalam fungsi muatan ion dan spin
(ls = putaran rendah (low spin), hs = putaran tinggi (high spin)).
Ion memiliki koordinasi 6 kecuali ditunjukkan berbeda dalam tanda kurung
(misalnya 146 (4) untuk koordinasi 4 N3−)
.[6]
Nomor Nama Simbol 3– 2– 1– 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+
1 Hidrogen H −4 (2)
3 Litium Li 90
4 Berilium Be 59
5 Boron B 41
6 Karbon C 30
7 Nitrogen N 132 (4) 30 27
8 Oksigen O 126
9 Fluor F 119 22
11 Natrium Na 116
12 Magnesium Mg 86
13 Aluminum Al 67.5
14 Silikon Si 54
15 Fosforus P 58 52
16 Belerang S 170 51 43
17 Klorin Cl 167 26 (3py) 41
19 Kalium K 152
20 Kalsium Ca 114
21 Skandium Sc 88.5
22 Titanium Ti 100 81 74.5
23 Vanadium V 93 78 72 68
24 Kromium ls Cr 87 75.5 69 63 58
24 Kromium hs Cr 94
25 Mangan ls Mn 81 72 67 47 (4) 39.5 (4) 60
25 Mangan hs Mn 97 78.5
26 Besi ls Fe 75 69 72.5 39 (4)
26 Besi hs Fe 92 78.5
27 Kobalt ls Co 79 68.5
27 Kobalt hs Co 88.5 75 67
28 Nikel hs Ni 83 70 62 ls
28 Nikel ls Ni 74
29 Tembaga Cu 91 87 68 ls
30 Seng Zn 88
31 Galium Ga 76
32 Germanium Ge 87 67
33 Arsen As 72 60
34 Selenium Se 184 64 56
35 Bromin Br 182 73 (4sq) 45 (3py) 53
37 Rubidium Rb 166
38 Stronsium Sr 132
39 Yttrium Y 104
40 Zirkonium Zr 86
41 Niobium Nb 86 82 78
42 Molibdenum Mo 83 79 75 73
43 Teknesium Tc 78.5 74 70
44 Rutenium Ru 82 76 70.5 52 (4) 50 (4)
45 Rodium Rh 80.5 74 69
46 Paladium Pd 73 (2) 100 90 75.5
47 Perak Ag 129 108 89
48 Kadmium Cd 109
49 Indium In 94
50 Timah Sn 83
51 Antimon Sb 90 74
52 Telurium Te 207 111 70
53 Iodium I 206 109 67
54 Xenon Xe 62
55 Caesium Cs 181
56 Barium Ba 149
57 Lantanum La 117.2
58 Cerium Ce 115 101
59 Praseodimium Pr 113 99
60 Neodimium Nd 143 (8) 112.3
61 Prometium Pm 111
62 Samarium Sm 136 (7) 109.8
63 Europium Eu 131 108.7
64 Gadolinium Gd 107.8
65 Terbium Tb 106.3 90
66 Disprosium Dy 121 105.2
67 Holmium Ho 104.1
68 Erbium Er 103
69 Tulium Tm 117 102
70 Ytterbium Yb 116 100.8
71 Lutesium Lu 100.1
72 Hafnium Hf 85
73 Tantalum Ta 86 82 78
74 Wolfram W 80 76 74
75 Renium Re 77 72 69 67
76 Osmium Os 77 71.5 68.5 66.5 53 (4)
77 Iridium Ir 82 76.5 71
78 Platina Pt 94 76.5 71
79 Emas Au 151 99 71
80 Raksa Hg 133 116
81 Talium Tl 164 102.5
82 Timbal Pb 133 91.5
83 Bismut Bi 117 90
84 Polonium Po 108 81
85 Astatin At 76
87 Fransium Fr 194
88 Radium Ra 162 (8)
89 Aktinium Ac 126
90 Torium Th 108
91 Protaktinium Pa 116 104 92
92 Uranium U 116.5 103 90 87
93 Neptunium Np 124 115 101 89 86 85
94 Plutonium Pu 114 100 88 85
95 Amerisium Am 140 (8) 111.5 99
96 Curium Cm 111 99
97 Berkelium Bk 110 97
98 Californium Cf 109 96.1
99 Einsteinium Es 92.8[7]
Jari-jari ion Efektif unsur dalam pm dalam fungsi muatan ion dan spin
(ls = putaran rendah (low spin), hs = putaran tinggi (high spin)).
Ion memiliki koordinasi 6 kecuali ditunjukkan berbeda dalam tanda kurung
(misalnya 146 (4) untuk koordinasi 4 N3−)
.[6][6]
Nomor Nama Simbol 3– 2– 1– 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+
1 Hidrogen H 10 (2)
3 Litium Li 76
4 Berilium Be 45
5 Boron B 27
6 Karbon C 16
7 Nitrogen N 146 (4) 16 13
8 Oksigen O 140
9 Fluor F 133 8
11 Natrium Na 102
12 Magnesium Mg 72
13 Aluminum Al 53.5
14 Silikon Si 40
15 Fosforus P 44 38
16 Belerang S 184 37 29
17 Klor Cl 181 12 (3py) 27
19 Kalium K 138
20 Kalsium Ca 100
21 Skandium Sc 74.5
22 Titanium Ti 86 67 60.5
23 Vanadium V 79 64 58 54
24 Kromium ls Cr 73 61.5 55 49 44
24 Kromium hs Cr 80
25 Mangan ls Mn 67 58 53 33 (4) 25.5 (4) 46
25 Mangan hs Mn 83 64.5
26 Besi ls Fe 61 55 58.5 25 (4)
26 Besi hs Fe 78 64.5
27 Kobalt ls Co 65 54.5
27 Kobalt hs Co 74.5 61 53 hs
28 Nikel ls Ni 69 56 48 ls
28 Nikel hs Ni 60
29 Tembaga Cu 77 73 54 ls
30 Seng Zn 74
31 Galium Ga 62
32 Germanium Ge 73 53
33 Arsen As 58 46
34 Selenium Se 198 50 42
35 Bromin Br 196 59 (4sq) 31 (3py) 39
37 Rubidium Rb 152
38 Stronsium Sr 118
39 Yttrium Y 90
40 Zirkonium Zr 72
41 Niobium Nb 72 68 64
42 Molibdenum Mo 69 65 61 59
43 Teknesium Tc 64.5 60 56
44 Rutenium Ru 68 62 56.5 38 (4) 36 (4)
45 Rodium Rh 66.5 60 55
46 Paladium Pd 59 (2) 86 76 61.5
47 Perak Ag 115 94 75
48 Kadmium Cd 95
49 Indium In 80
50 Timah Sn 69
51 Antimon Sb 76 60
52 Telurium Te 221 97 56
53 Iodium I 220 95 53
54 Xenon Xe 48
55 Caesium Cs 167
56 Barium Ba 135
57 Lantanum La 103.2
58 Serium Ce 101 87
59 Praseodimium Pr 99 85
60 Neodimium Nd 129 (8) 98.3
61 Prometium Pm 97
62 Samarium Sm 122 (7) 95.8
63 Europium Eu 117 94.7
64 Gadolinium Gd 93.5
65 Terbium Tb 92.3 76
66 Disprosium Dy 107 91.2
67 Holmium Ho 90.1
68 Erbium Er 89
69 Tulium Tm 103 88
70 Ytterbium Yb 102 86.8
71 Lutesium Lu 86.1
72 Hafnium Hf 71
73 Tantalum Ta 72 68 64
74 Wolfram W 66 62 60
75 Renium Re 63 58 55 53
76 Osmium Os 63 57.5 54.5 52.5 39 (4)
77 Iridium Ir 68 62.5 57
78 Platina Pt 80 62.5 57
79 Emas Au 137 85 57
80 Raksa Hg 119 102
81 Talium Tl 150 88.5
82 Timbal Pb 119 77.5
83 Bismut Bi 103 76
84 Polonium Po 94 67
85 Astatin At 62
87 Fransium Fr 180
88 Radium Ra 148 (8)
89 Aktinium Ac 112
90 Torium Th 94
91 Protaktinium Pa 104 90 78
92 Uranium U 102.5 89 76 73
93 Neptunium Np 110 101 87 75 72 71
94 Plutonium Pu 100 86 74 71
95 Americium Am 126 (8) 97.5 85
96 Curium Cm 97 85
97 Berkelium Bk 96 83
98 Californium Cf 95 82.1
99 Einsteinium Es 83.5[7]

Model bola lunak[sunting | sunting sumber]

Jari-jari beberapa ion (dalam pm) model bola lunak
Kation, M RM Anion, X RX
Li+ 109,4 Cl 218,1
Na+ 149,7 Br 237,2

Untuk beberapa senyawa, model ion sebagai bola keras tidak menggambarkan jarak antara ion, , dengan akurasi yang bisa diukur seperti di dalam kristal. Satu pendekatan untuk meningkatkan akurasi hitung adalah model ion sebagai "bola lunak" yang tumpangsuh di dalam kristal. Oleh karena ion mengalami tumpangsuh, jarak mereka di dalam kristal akan kurang dari penjumlahan jari-jari bola lunaknya.[8]

Hubungan antara jari-jari ion bola lunak, dan , serta , dinyatakan sebagai

,

dengan adalah eksponen yang bervariasi sesuai jenis struktur kristal. Dalam model bola keras, adalah 1, menghasilkan . Dalam model bola lunak, memiliki nilai antara 1 dan 2. Sebagai contoh, untuk kristal dari halida logam alkali dengan struktur natrium klorida, nilai 1,6667 adalah yang cocok dengan eksperimen. Beberapa jari-jari ion bola lunak dapat dilihat pada tabel. Jari-jari ini lebih besar daripada jari-jari kristal yang diberikan di atas (Li+, 90 pm; Cl, 167 pm).

Jarak antar ion terhitung dengan jari-jari ini memberikan nilai yang sangat mendekati nilai eksperimen. Beberapa data diberikan dalam tabel. Anehnya, tidak ada dasar teori untuk persamaan yang mengandung .

Perbandingan antara jarak ion teramati dan terhitung (dalam pm)
MX Teramati Model bola lunak
LiCl 257.0 257.2
LiBr 275.1 274.4
NaCl 282.0 281.9
NaBr 298.7 298.2

Ion non-sferis[sunting | sunting sumber]

Konsep jari-jari ion berdasarkan pada asumsi bentuk ion sferis. Namun, dari suatu sudut pandang teori kelompok, asumsi tersebut hanya sesuai untuk ion yang terletak pada kisi kristal dengan simetri tinggi seperti Na dan Cl dalam halit atau Zn dan Sn dalam sfalerit. Dapat dilakukan pembedaan yang jelas, ketika memperhatikan kelompok simetri kisi yang bersangkutan,[9] yaitu kelompok kubik Oh dan Td dalam NaCl dan ZnS. Untuk ion dengan simetri yang lebih rendah, terjadi deviasi pada kerapatan elektron dari bentuk sferis. Ini terutama untuk ion pada lokasi kisi simetri kutub, yaitu kelompok titik kristalografi C1, C1h, Cn or Cnv, n = 2, 3, 4 atau 6.[10] Analisis menyeluruh tentang geometri ikatan baru-baru ini dilakukan untuk senyawa tipe pirit, di mana ion kalkogen monovalen berada pada kisi C3. Ditemukan bahwa ion kalkogen harus dimodelkan dengan distribusi muatan elipsoidal dengan jari-jari yang berbeda di sepanjang sumbu simetri dan tegak lurus terhadapnya.[11]

Lihat juga[sunting | sunting sumber]

Referensi[sunting | sunting sumber]

  1. ^ Berdasarkan konvensi jari-jari ion, Ag+ (129 pm) tentu saja lebih besar daripada Na+ (116 pm)
  2. ^ Landé, A. (1920). "Über die Größe der Atome". Zeitschrift für Physik 1 (3): 191–197. Bibcode:1920ZPhy....1..191L. doi:10.1007/BF01329165. Diakses tanggal 1 June 2011. 
  3. ^ Wasastjerna, J. A. (1923). "On the radii of ions". Comm. Phys.-Math., Soc. Sci. Fenn. 1 (38): 1–25. 
  4. ^ Goldschmidt, V. M. (1926). Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente. Skrifter Norske Videnskaps—Akad. Oslo, (I) Mat. Natur.  Ini adalah seperangkat buku 8 volume karya Goldschmidt.
  5. ^ Pauling, L. (1960), The Nature of the Chemical Bond (3rd ed.), Ithaca, NY: Cornell University Press 
  6. ^ a b c d e R. D. Shannon (1976). "Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides". Acta Crystallogr A 32: 751–767. Bibcode:1976AcCrA..32..751S. doi:10.1107/S0567739476001551. 
  7. ^ a b R. G. Haire, R. D. Baybarz: "Identification and Analysis of Einsteinium Sesquioxide by Electron Diffraction", in: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1973, 35 (2), S. 489–496; doi:10.1016/0022-1902(73)80561-5.
  8. ^ Lang, Peter F.; Smith, Barry C. (2010). "Ionic radii for Group 1 and Group 2 halide, hydride, fluoride, oxide, sulfide, selenide and telluride crystals". Dalton Transactions 39 (33): 7786–7791. PMID 20664858. doi:10.1039/C0DT00401D. 
  9. ^ H. Bethe (1929). "Termaufspaltung in Kristallen". Annalen der Physik 3 (2): 133–208. Bibcode:1929AnP...395..133B. doi:10.1002/andp.19293950202. 
  10. ^ M. Birkholz (1995). "Crystal-field induced dipoles in heteropolar crystals – II. physical significance". Z. Phys. B 96 (3): 333–340. Bibcode:1995ZPhyB..96..333B. doi:10.1007/BF01313055. 
  11. ^ M. Birkholz (2014). "Modeling the Shape of Ions in Pyrite-Type Crystals". Crystals 4: 390–403. doi:10.3390/cryst4030390.