Ion Kompleks, Senyawa Kompleks, Muatan Ion Dan Bilangan Koordinasi

Ion Kompleks

Ion kompleks terdiri dari kation logam transisi (berasal dari golongan 3-12 atau IB-VIIIB) dan anion-anion atau molekul-molekul netral yang membentuk ikatan koordinasi. Kation logam transisi disebut atom pusat. Anion atau molekul netral yang terikat atau mengelilingi atom pusat disebut atom donor atau ligan.

Ion kompleks erat hubungannya dengan ikatan kovalen koordinasi, di mana ligan-ligan yang terikat memberikan elektronnya untuk atom pusat agar stabil. Ligan harus memiliki pasangan elektron bebas agar dapat membentuk ikatan kovalen koordinasi dengan atom pusat.

Atau pembentukan kompleks oleh atom logam tergantung pada kecenderungan atom tersebut untuk mengisi orbital-orbital kosong dalam usaha mencapai konfigurasi elektron yang stabil.

Dalam proses polarisasi dan deformasi, kation dengan muatan besar, ukuran ligan yang besar dan memiliki konfigurasi elektron yang tidak sama dengan gas mulia akan lebih disukai.

Polarisasi adalah kecenderungan suatu atom dalam molekul kovalen untuk membentuk kutub negatif dan kutub positif karena adanya perbedaan nilai keelektronegatifan antara atom-atom yang membentuk kutub tersebut.

Deformasi adalah perubahan bentuk, posisi dan dimensi suatu molekul.

Teori Alfred Werner

                

Alfred Werner adalah ilmuwan berkebangsaan Swiss. Ia mengemukakan suatu teori mengenai ikatan yang terbentuk dalam suatu kompleks.

- Dalam senyawa kompleks, ion logam menjadi ion pusat dapat memiliki dua macam valensi,  yaitu valensi primer dan valensi sekunder.

- Logam pusat memiliki kecenderungan untuk menjenuhkan valensi.

- Valensi primer diisi oleh spesi berupa kation dan tidak dapat menentukan bentuk geometri dari kompleks. Jumlah spesi yang mengisi valensi primer disebut bilangan oksidasi. Bilangan oksidasi dapat diionkan dan diendapkan.

- Valensi sekunder dapat diisi oleh spesi berupa anion (ligan) atau spesi netral. Spesi yang mengisi valensi sekunder terikat dengan kuat dan memiliki kedudukan khusus dalam ruang. Jumlah spesi yang mengisi valensi sekunder disebut bilangan koordinasi. Bilangan koordinasi dapat menentukan bentuk geometri dari kompleks.

- Pada senyawa kompleks Werner tidak memiliki ikatan karbon dan kompleks sianida (CN^-).

Berikut ini bentuk ion kompleks berdasarkan jumlah bilangan koordinasi :

- Jika bilangan koordinasi adalah dua, maka bentuk ion kompleks adalah linear.

- Jika bilangan koordinasi adalah empat, maka bentuk ion kompleks adalah tetrahedral atau square planar.

- Jika bilangan koordinasi adalah enam, maka bentuk ion kompleks adalah oktahedral.

Teori Sidgwick

Dalam konsep mengenai ikatan koordinasi, Sidgwick menyatakan bahwa jumlah elektron yang mengelilingi atom pusat, termasuk elektron yang didonorkan oleh ligan disebut sebagai bilangan atom efektif (effective atomic number).

Rumus Bilangan Atom Efektif (EAN)

EAN = (Z-x) + (n x y)

Keterangan :

Z adalah nomor atom logam pusat

x adalah tingkat oksidasi logam pusat

n adalah jumlah ligan

y adalah jumlah elektron yang disumbangkan oleh satu ligan

Aturan EAN adalah EAN sama dengan nomor atom gas mulia yang terdekat dari atom logam pusat. Meskipun aturan EAN tidak banyak diikuti, tetapi aturan EAN dapat menunjukkan sifat kemagnetan dari suau senyawa.

Kompleks yang mengikuti aturan EAN, maka dipastikan bahwa kompleks tersebut bersifat diamagnetik. Kompleks yang tidak mengikuti aturan EAN, maka dipastikan bahwa kompleks tersebut bersifat paramagnetik.

Sifat Kemagnetan

Sifat kemagnetan dapat ditentukan berdasarkan teori orbital molekul. Orbital molekul adalah orbital-orbital dari dua atom atau lebih yang saling tumpang tindih untuk membentuk ikatan kovalen.

- Diamagnetik adalah bentuk magnetisme yang terjadi apabila suatu benda menghasilkan medan magnet apabila dikenai medan magnet, sehingga terjadi efek tolak-menolak.

- Paramagnetik adalah bentuk magnetisme apabila terjadi tarikan yang lemah oleh medan magnet.

- Feromagnetik adalah bentuk magnetisme apabila terjadi tarikan yang kuat oleh medan magnet.

Ligan

Dalam struktur Lewis, kation logam transisi berperan sebagai asam Lewis, sedangkan ligan berperan sebagai basa Lewis. Karena menurut Lewis, asam adalah spesi (adukan) yang bertindak sebagai penerima pasangan elektron, sedangkan basa adalah spesi yang bertindak sebagai pendonor pasangan elektron.

Ion logam transisi memiliki enam orbital atom yang terhibridisasi dengan energi yang sama untuk berikatan dengan ligan-ligan.

Sepertinya, untuk mengetahui nama-nama ligan, kita dapat menggunakan struktur Lewis yang mana struktur Lewis berhubungan dengan hukum duplet dan hukum oktet. Jika dalam molekul terdapat atom yang bertindak sebagai pendonor pasangan elektron, maka molekul tersebut memiliki ligan.

Dalam senyawa kompleks atau ion kompleks, ligan tidak selalu dituliskan dalam tanda kurung. Asalkan terletak setelah atom pusat, berarti ion tersebut adalah ligan. Ion kompleks dituliskan dalam kurung siku.

Contoh :

Pada ion kompleks [Cr(H₂O)₄Cl₂]⁺, ligannya adalah H₂O dan Cl^-.

Atau pada ion kompleks [Cr(H₂O)5Br]⁺, ligannya adalah H₂O dan Br.

Sepertinya, ligan yang hanya terdiri dari satu unsur tidak ditulis di dalam kurung.

Jika ukuran ligan besar, maka jumlah ligan yang terikat pada ion logam hanya sedikit. Jika ukuran ligan kecil, maka jumlah ligan yang terikat dalam ion logam lebih banyak.

Ligan yang memiliki ikatan pi dan elektron tidak berpasangan merupakan pendonor elektron berjumlah ganjil.

Contoh :

Pada senyawa kompleks K[Al(H₂O)₂(OH)₄]. Al³⁺ adalah atom pusat sedangkan H₂O (hidrogen dioksida/air) dan OH^- (hidroksida) adalah ligan.

Kenapa atom Al bermuatan 3? karena atom Al memiliki 3 elektron valensi. Dalam pembentukan senyawa kompleks K[Al(H₂O)₂(OH)₄], ion Al³⁺ mengalami hidrasi.

Hidrasi adalah proses di mana ion dikelilingi oleh molekul-molekul air dalam keadaan tertentu. Hidrasi membantu menstabilkan ion-ion dalam larutan dan mencegah kation agar tidak bergabung kembali dengan anion. Ion yang terhidrasi termasuk ion kompleks.

Ligan

Teori Medan Kristal

Dalam teori medan kristal dinyatakan bahwa struktur elektronik dari senyawa logam transisi merupakan senyawa kompleks koordinasi. 

Kenapa logam transisi ?

Karena logam transisi dapat membentuk satu atau lebih ion yang stabil dan memiliki orbital d yang kosong.

Berdasarkan teori medan kristal, ikatan antara ion pusat dan ligan dipengaruhi oleh gaya tarik elektrostatik yang mana medan listrik dari ion pusat akan mempengaruhi ligan-ligan yang mengelilinginya. Gabungan dari medan listrik dari ligan-ligan tersebut akan mempengaruhi elektron-elektron pada orbital d dari ion pusat.

Orbital d dibedakan menjadi dua golongan, yaitu orbital e_g (dj) dan orbital t_2g (de). Ketika ligan mendekati ion logam, elektron pada ligan akan berdekatan dengan beberapa orbital d logam tersebut, sehingga menyebabkan terdegenerasi (kemunduran/tidak lagi sejajar). Elektron pada orbital d dan elektron pada ligan akan saling tolak-menolak.

Oleh karena itu, elektron pada orbital d yang berdekatan dengan ligan akan memiliki energi yang lebih besar daripada elektron orbital d yang menjauhi ligan. Elektron orbital d yang menjauhi ligan menyebabkan pemisahan energi pada orbital d, sehingga orbital e_g (dx²-y² dan dz²)  mencapai duplet dengan energi yang lebih tinggi, sedangkan orbital t_2g (dxy, dxz dan dyz) mencapai triplet dengan energi yang lebih rendah.

Pemisahan energi pada orbital d dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu :

- Sifat ion logam. Jika reaksi oksidasi lebih besar, maka pemisahan akan menjadi lebih besar.

- Susunan ligan di sekitar ion logam.

Elektron akan cenderung mengisi orbital berenergi lebih rendah (orbital t_2g) terlebih dahulu sebelum mengisi orbital yang berenergi lebih tinggi (orbital e_g).

 

Apabila suatu zat cair didinginkan,  maka gerakan translasi (gerak suatu zat/benda di mana setiap titik pada zat/benda tersebut menempuh lintasan dan bentuk yang sama) antara molekul menjadi lebih kecil dan gaya tarikan antara molekul akan semakin besar, sehingga molekul mengkristal. Panas yang dihasilkan dari proses kristalisasi disebut panas pengkristalan.

Jenis-Jenis Ligan

Ligan terbagi menjadi tiga berdasarkan jenis muatannya, yaitu ligan bermuatan positif, ligan bermuatan negatif dan ligan bermuatan netral. Jenis ligan yang digunakan dalam senyawa kompleks adalah ligan netral dan ligan negatif.

Ligan terbagi menjadi tiga jenis berdasarkan jumlah pasangan elektron yang didonorkan, yaitu :

- Ligan Unidentat/Monodentat adalah ligan yang memberikan satu pasangan elektron.

- Ligan Bidentat adalah ligan yang memberikan dua pasangan elektron.

- Ligan Polidentat adalah ligan yang memberikan lebih dari dua pasangan elektron.

Ligan terdiri atas tiga jenis berdasarkan jumlah ikatan kovalen koordinasi, yaitu :

- Ligan Monodentat adalah ligan yang membentuk satu ikatan kovalen koordinasi.

- Ligan Bidentat ligan yang membentuk dua ikatan kovalen koordinasi.

- Ligan Tridentat ligan yang membentuk tiga ikatan kovalen koordinasi.

- Ligan Tetradentat ligan yang membentuk empat ikatan kovalen koordinasi.

Ligan terbagi menjadi dua jenis berdasarkan kekuatan medannya, yaitu :

 - Ligan Kuat adalah ligan yang memiliki perbedaan besar antara orbital t_2g dan orbital e_g. Kompleks dengan medan ligan lemah disebut kompleks spin rendah.

- Ligan Lemah adalah ligan yang memiliki perbedaan kecil antara orbital t_2g dan orbital e_g. Kompleks dengan medan ligan kuat disebut kompleks spin tinggi.

*Ligan yang terikat pada dua tempat disebut ligan ambidentat.

Cara Menentukan Muatan Ion

Jika dalam konfigurasi elektron, elektron valensi kurang dari empat, maka ion  atau atom tersebut bermuatan positif. Jumlah muatannya tergantung dengan elektron valensinya.

Jika dalam konfigurasi elektron, elektron valensi lebih dari empat, maka ion atau atom tersebut bermuatan negatif. Jumlah muatannya adalah dengan menambahkan sejumlah elektron, hingga mencapai hukum oktet, yaitu sejumlah 8 elektron valensi atau sejumlah 8 elektron valensi pada kulit terluar.

Pada ion kompleks, jumlah muatan ion kompleks ditulis di luar kurung siku. Pada senyawa kompleks, muatan ion dapat dihitung jika muatan anion telah diketahui.

Muatan ion kompleks merupakan penjumlahan dari muatan kation logam transisi dan ligan-ligan.

Contoh 1 :

[Cu(NH₃)₄]SO₄

Berdasarkan keterangan di atas,  S dan O memiliki elektron valensi, yaitu 6. Maka, ion bermuatan negatif dengan jumlah muatannya, yaitu dua. Oleh karena itu, muatan ion SO₄ adalah -2. Atau bisa juga dengan berdasarkan aturan biloks. 

Karena SO₄ bermuatan -2, maka muatan ion kompleks adalah +2, sebab pasangan anion pastilah kation.

Jika ligan adalah ligan netral, maka biloks atom pusat sama dengan muatan ion kompleks. Ligan pada senyawa kompleks ini adalah NH₃, sedangkan Cu adalah atom pusat. Maka, biloks Cu adalah +2.

Contoh 2 :

Berapa muatan ion kompleks dari [Fe(H₂O)₄(S₂O₃)₂] ?

Jawab :

Muatan ion kompleks = biloks atom pusat (Fe) + (4 x muatan H₂O) + (2 x muatan S₂O₃)

Menghitung muatan H₂O dan S₂O₃ berdasarkan penghitungan biloks.

Muatan H₂O = (2  x +1) + (-2) = 0  (karena itu muatan H₂O adalah 0)

S₂O₃ adalah senyawa biner sesama non logam yang berasal dari golongan VIA, maka biloksnya adalah -2.

[Fe(H₂O)₄(S₂O₃)₂] 
= biloks Fe + (4 x 0) + (2 x(-2))

= 3 + 0 – 4

X  = -1

Muatan ion kompleks dari [Fe(H₂O)₄(S₂O₃)₂] adalah -1

Penulisannya [Fe(H₂O)₄(S₂O₃)₂]^-1

Senyawa Kompleks

Senyawa kompleks atau senyawa koordinasi adalah senyawa yang terbentuk dari pembentukan ikatan kovalen koordinasi antara ion logam dengan ion non logam.

Senyawa kompleks terdiri atas dua jenis, yaitu senyawa kompleks netral dan senyawa kompleks ionik. Senyawa kompleks ionik terdiri atas kation dan anion sebagai ion kompleksnya.

Contoh :

Senyawa kompleks ionik dengan kation sebagai ion kompleksnya

a. [Ag(NH₃)₂]Cl

b. [Co(NH₃)₆](NO₃)₃

Senyawa kompleks ionik dengan anion sebagai ion kompleksnya

a. K₃[Fe(CN)₆]

b. K₂ [PtCl₄]

Senyawa kompleks ionik dengan kation dan anion sebagai ion kompleksnya

a. [Co(NH₃)₆][Cr(Cn)]

b. [Pt(NH₃)₄][PtCl₄]

Tata Nama Senyawa Kompleks

- Nama ligan netral sesuai dengan nama molekulnya, kecuali H₂O (aqua), NH₃ (amina), NO (nitrosil) dan CO (karbonil).

- Ligan positif, penamaannya berakhiran –iu. Tetapi, ligan positif jarang sekali ditemukan.

- Ligan dengan akhiran -da, untuk penamaan ligan negatifnya diganti dengan akhiran –do. Ligan dengan akhiran –it dan –at, untuk penamaan ligan negatifnya diberi tambahan akhiran –o menjadi –ito dan –ato.

- Apabila terdapat lebih dari satu ligan, baik ligan-ligan yang berbeda maupun ligan-ligan yang sama, penamaannya berdasarkan urutan abjad, tetapi tidak termasuk dengan imbuhan yang didapatnya.

- Apabila terdapat lebih dari satu ligan yang berbeda, nama ligan negatif ditulis lebih dulu, lalu ligan netral dan ligan positif.

- Apabila terdapat lebih dari satu ligan yang sama, maka penamaannya diberi awalan numeral dalam bahasa Yunani.

- Untuk ligan polidentat, jika nama ligan berawalan huruf vokal, penamaanya menggunakan awalan bis-(dua), tris-(tiga), tetrakis-(empat), pentakis (5), heksakis (6) dan seterusnya.

- Dalam isomer geometri, jika terdapat ligan yang sama dengan posisi yang sama atau sejajar, maka penamaannya mendapat awalan cis-.

- Dalam isomer geometri, jika terdapat ligan yang sama dengan posisi yang berseberangan, maka penamaannya mendapat awalan trans-.

- Dalam ion kompleks, nama ligan ditulis berdasarkan urutan abjad. Penulisan rumus ion kompleks, kation ditulis sebelum nama ligan. Tetapi, pada penamaannya, nama kation ditulis setelah nama ligan.

- Jika ion kompleks adalah anion, maka nama atom pusatnya diberi akhiran –at. Jika ion kompleks berupa kation, maka nama atom pusatnya sesuai dengan nama unsurnya. 

- Jika terdapat kation dan anion, maka nama kation ditulis terlebih dahulu, lalu nama anion dan diikuti dengan bilangan oksidasi atom pusat yang tulis dalam angka Romawi.

Contoh :

[Cu(NH₃)₄]SO₄ disebut Pentaaminatembaga (II) sulfat

[Cu(NH₃)₄][PtCl₄] disebut Tetraaminatembaga (II) tetrakloroplatinat (II)

[Co(NH₃)₆][Cr(CN)₆] disebut Heksasianokobalt (III) heksasianokromat (III)

 

- Bilangan oksidasi dari atom pusat ditulis dalam angka romawi dalam kurung.

Contoh 1:

K[Al(H₂O)₂(OH)₄]

K⁺ adalah kation, sedangkan [Al(H₂O)₂(OH)₄] adalah anion.

Nama senyawanya adalah kalium diaquo tetrahidrokso aluminat (III)

Contoh 2 :

K₃[Fe(CN)₆]

K⁺ adalah kation, sedangkan [Fe(CN)₆] adalah anion.

Nama senyawanya adalah kalium heksasiano ferrat (III)

Contoh 3 :

[Ag(NH₃)₂]Cl

[Ag(NH₃)₂] adalah kation, sedangkan Cl^- adalah anion

Nama senyawanya adalah diamin perak (I) klorida

Beberapa nama senyawa koordinasi yang menggunakan nama penemunya, seperti :

a. Garam Magnus (1802-1879) : [Pt(NH₃)₄][PtCl₄] yang berbentuk bujur sangkar dan berwarna hijau.

b. Garam Vauquelin (1763-1829) : [Pd(NH3)4][PdCl4] yang berbentuk bujur sangkar dan berwarna merah muda

c. Garam Zeise (1820-1868) : K[PtCl₃(C₂H₄)].H₂O yang berbentuk planar persegi dan berwarna kuning.

Beberapa nama senyawa koordinasi yang penamaannya berdasarkan warna yang dimilikinya, seperti :

a. Biru prusia : KFe[Fe(CN)₆].H₂O

b. Kompleks luteo berwarna kuning : [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂

c. Kompleks praseo berwarna hijau : [Co(NH₃)₄Cl₂]

Kini atom pusat senyawa kompleks tidak harus berasal dari unsur transisi. Unsur logam alkali, unsur alkali tanah dan unsur logam golongan utama juga dapat digunakan sebagai atom pusat untuk pembentukan senyawa kompleks. 

Bilangan Koordinasi

Telah dijelaskan dalam teori Alfred Werner bahwa jumlah bilangan koordinasi adalah sama dengan jumlah ligan yang mengelilingi atom pusat.

Bilangan koordinasi memiliki nilai dua kali lebih besar daripada bilangan oksidasi. Umumnya, bilangan koordinasi bernilai 2, 4, 6 dan 8. Bilangan koordinasi yang sering dijumpai dalam senyawa kompleks adalah 4 dan 6.

Bilangan koordinasi 4 terdapat pada ion, seperti Be²⁺, B³⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Pt²⁺, Pd²⁺, Hg²⁺ dan Al³⁺.

Bilangan koordinasi 6 terdapat pada ion, seperti Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Co³⁺, Ni²⁺, Al³⁺, Cr³⁺, Tr³⁺, Sn⁴⁺, Pb⁴⁺ dan Pt⁴⁺.

Contoh :

Pada ion kompleks [Fe(NH₃)₆]³⁺, berapa jumlah bilangan koordinasi dari Fe³⁺

Jawab :

Ligan pada ion kompleks ditulis di dalam tanda kurung. Jadi pada ion kompleks di atas NH₃ merupakan ligan. Jumlah NH₃ adalah 6. Maka, jumlah bilangan koordinasi Fe³⁺ adalah 6.

Berikut ini tabel beberapa nama ligan untuk mempermudah dalam penamaan senyawa kompleks :

Ligan	Nama	Ligan	Nama
F-	Fluoro	S2O32-	Tiosulfato
Cl-	Kloro	C2O42-	Oksalato
Br-	Bromo	S2-	Sulfido/Tiokso
I-	Iodo	O3-	Ozonido
CN-	Siano	O22-	Perokso
NCS-	Isotiosianato	Te2-	Telurokso/Telurido
SCN-	Tiosianato/Tiosiano	H-	Hidro/Hidrido
ONO-/NO2-	Nitrito	SH-	Merkapto/Sulfanido
NO3-	Nitrato	RO-	Alkoksi
NO2-	Nitro	CO32-	Karbonato
NO	Nitrosil	OSO32-	Sulfato
NH3	Amin	OH-	Hidrokso
NH2	Amido	CO	Karbonil
NH2-	Imido	H2O	Aqua/Aquo
N3-	Nitrido	O2-	Okso
N3-	Azido