Kontraksi lantanida

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Loncat ke navigasi Loncat ke pencarian

Kontraksi lantanida adalah istilah yang digunakan dalam ilmu kimia untuk menjelaskan penurunan jari-jari ion yang lebih besar daripada yang diprediksi, dan dialami oleh unsur-unsur dalam deret lantanida mulai nomor atom 57, lantanum, hingga 71, lutesium, yang menhasilkan jari-jari ion yang lebih kecil daripada perkiraan lainnya untuk unsur-unsur berikutnya mulai nomor atom 72, hafnium.[1][2][3] Istilah ini diperkenalkan oleh geokimiawan Norwegia Victor Goldschmidt dalam makalahnya "Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente".[4]

Unsur La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Konfigurasi elektron atom

(semua diawali dengan [Xe])

5d16s2 4f15d16s2 4f36s2 4f46s2 4f56s2 4f66s2 4f76s2 4f75d16s2 4f96s2 4f106s2 4f116s2 4f126s2 4f136s2 4f146s2 4f145d16s2
Konfigurasi elektron Ln3+ 4f0 4f1 4f2 4f3 4f4 4f5 4f6 4f7 4f8 4f9 4f10 4f11 4f12 4f13

4f14

Radius Ln3+ (pm) (6-koordinasi) 103 102 99 98.3 97 95.8 94.7 93.8 92.3 91.2 90.1 89 88 86.8 86.1

Penyebab[sunting | sunting sumber]

Efek ini dihasilkan dari perlindungan muatan inti yang buruk (gaya tarik inti pada elektron) oleh elektron 4f; elektron 6s tertarik menuju inti, sehingga jari-jari atom lebih kecil.

Dalam atom elektron tunggal, pemisahan rata-rata sebuah elektron dari inti ditentukan oleh subkulit tempat elektron berada, dan menurun seiring dengan kenaikan muatan inti; ini menyebabkan penurunan jari-jari atom. Dalam atom multi-elektron, penurunan jari-jari akibat kenaikan muatan inti sebagian diimbangi oleh kenaikan tolakan elektrostatik antar electron. Secara khusus, kerja "efek perlindungan": yaitu, ketika elektron ditambahkan pada kulit terluar, elektron telah menghadirkan perlindungan kepada elektron terluar dari muatan inti, yang membuatnya mengalami pengaruh muatan efektif inti lebih rendah. Efek perlindungan yang diberikan oleh elektron dalam menurun sesuai urutan s > p > d > f. Biasanya, karena subkulit tertentu terisi dalam satu periode, jari-jari atom menurun. Efek ini khususnya terlihat dalam kasus lantanida, karena subkulit 4f yang terisi sepanjang periode kurang efektif melindungi kulit luar (n=5 and n=6) elektron. Sehingga efek perlindungan kurang dapat melawan penurunan jari-jari akibat kenaikan muatan inti. Ini memicu "kontraksi lantanida". Jari-jari atom turun drastis dari 103 pm untuk lantanum(III) ke 86,1 pm untuk lutesium(III).

Sekitar 10% dari kontraksi lantanida telah dihubungkan dengan efek relativistik.[5]

Pengaruh[sunting | sunting sumber]

Akibat kenaikan daya tarik elektron pada kulit luar sepanjang periode lantanida dapat dibagi menjadi (1) efek pada deret lantanida itu sendiri termasuk penurunan jari-jari atom, dan (2) pengaruh pada unsur-unsur selanjutnya atau pasca-lantanida.

Sifat-sifat lantanida[sunting | sunting sumber]

Jari-jari ion lantanida menurun dari 103 pm (La3+) ke 86 pm (Lu3+) dalam deret lantanida.

Sepanjang deret lantanida, elektron ditambahkan ke kulit 4f. Kulit f pertama sebelum kulit 5s dan 5p yang terisi penuh (begitu pula kulit 6s dalam atom netral); kulit 4f terlokalisasi dengan baik di dekat inti atom dan berpengaruh kecil pada ikatan kimia. Penurunan jari-jari atom dan ion tidak berpengaruh terhadap kimianya. Tanpa kontraksi lantanida, pemisahan kimia lantanida akan menjadi sangat sukar. Namun, kontraksi ini membuat pemisahan kimia logam transisi periode 5 dan periode 6 pada golongan yang sama menjadi agak sulit.

Terdapat tren umum yaitu kenaikan kekerasan Vickers, kekerasan Brinell, massa jenis dan titik lebur dari lantanum to lutesium (dengan pengecualian iterbium). Lutesium adalah lantanida paling keras dan padat serta memiliki titik lebur tertinggi.

Unsur Lantanum Serium Praseodimium Neodimium Prometium Samarium Europium Gadolinium Terbium Disprosium Holmium Erbium Tulium Iterbium Lutesium
Kekerasan

Vickers (MPa)

491 270 400 343 ? 412 167 570 863 540 481 589 520 206 1160
Kekerasan Brinell (MPa) 363 412 481 265 ? 441 ? ? 677 500 746 814 471 343 893
Massa jenis (g/cm.3) 6,162 6,770 6,77 7,01 7,26 7,52 5,264 7,90 8,23 8,540 8,79 9,066 9,32 6,90 9,841
Titik lebur (K) 1193 1068 1208 1297 1315 1345 1099 1585 1629 1680 1734 1802 1818 1097 1925
Jari-jari atom (pm) 187 181,8 182 181 183 180 180 180 177 178 176 176 176 176 174

Pengaruh pada pasca lantanida[sunting | sunting sumber]

Unsur-unsur setelah lantanida dalam tabel periodik dipengaruhi oleh kontraksi lantanida. Radius logam-logam transisi periode 6 lebih kecil daripada yang diperkirakan jika tidak ada lantanida, dan kenyataannya sangat mirip dengan radius logam transisi periode 5, karena efek penambahannkulit elektron hampir seluruhnya diimbangi oleh kontraksi lantanida.[2]

Sebagai contoh, jari-jari atom logam zirkonium, Zr, (sebuah unsur transisi periode 5) adalah 159 pm dan hafnium, Hf, (unsur terkait pada periode 6) adalah 156 pm. Jari-jari ion Zr4+ adalah 79 pm dan Hf4+ adalah 78 pm. Radius sangat mirip meskipun jumlah elektron naik dari 40 ke 72 dan massa atom naik dari 91,22 ke 178,49 g/mol. Kenaikan massa dan tetapnya jari-jari memicu kenaikan tajam massa jenis dari 6,51 ke 13,35 g/cm3.

Oleh karena itu zirkonium dan hafnium memiliki sifat kimia yang sangat mirip, memiliki radius dan konfigurasi elektron yang nyaris serupa. Sifat-sifat yang tergantung pada radius seperti energi laten ((Inggris): lattice energies), energi solvasi, dan tetapan kestabilan kompleks ((Inggris): stability constants of complexes) juga mirip.[1] Karena kemiripan ini hafnium hanya ditemukan dalam bentuk gabungan dengan zirkonium, yang jauh lebih melimpah, dan ditemukan sebagai unsur terpisah 134 tahun (in 1923) setelah zirkonium (ditemukan tahun 1789). Titanium, sebaliknya, berada dalam golongan yang sama tetapi cukup berbeda dari dua logam sebelumnya dan jarang ditemukan bersama mereka.

Lihat juga[sunting | sunting sumber]

Referensi[sunting | sunting sumber]

  1. ^ a b Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2004). Inorganic Chemistry (edisi ke-2nd). Prentice Hall. hlm. 536, 649, 743. ISBN 978-0130399137. 
  2. ^ a b Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1988), Advanced Inorganic Chemistry (edisi ke-5th), New York: Wiley-Interscience, hlm. 776, 955, ISBN 0-471-84997-9 
  3. ^ Jolly, William L. Modern Inorganic Chemistry, McGraw-Hill 1984, p. 22
  4. ^ Goldschmidt, Victor M. "Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente", Part V "Isomorphie und Polymorphie der Sesquioxyde. Die Lanthaniden-Kontraktion und ihre Konsequenzen", Oslo, 1925
  5. ^ Pekka Pyykko (1988). "Relativistic effects in structural chemistry". Chem. Rev. 88 (3): 563–594. doi:10.1021/cr00085a006. 

Pranala luar[sunting | sunting sumber]