kimia hidrogen (1)

HIDROGEN

I Made Wisnu Adhi Putra, S.Si, M.Sc

Outlines

Kelimpahan Keberkalaan Pembuatan hidrogen Senyawaan hidrogen Reaksi-reaksi senyawa hidrogen Ikatan hidrogen Hidrat dan Klatrat Air Jenis-jenis hidrida biner

Chemistry is Simple

Pertanyaan: Kenapa NaCl

larut dalam air,sedangkan AgCltidak larut?

Kenapa tetesanair hujanberbentuk bulat?

Hydrogen: the simplest atom

Ion Hidrogen

Proton (H+)

Dalam air, proton ada dlmbentuk terhidrasi

[H3O]+, [H(H2O)n]+

(n = 1 sampai≈20)

Hidrida (H-)

Hidrida logam alkaliLiH sampai CsH, dibuat dngCara memanaskan logam

dengan H2

Isotop Hidrogen

Protium

Deuterium

Tritium

Massa AtomBerbeda

Sifat Fisika/KimiaBerbeda

Senyawa ter--deuterasi

Senyawa ter-deuterasi adalah senyawa dimana atom H digantikan oleh atom DKegunaan D2O: Sebagai pelarut dalam Spektroskopi 1H

NMR sebagai moderator dalam reaktor nuklir

TritiumTerjadi di atmosfer bagian atas melibatkan

Kelimpahan

Sintesis

Kegunaan

netron yang muncul dari luar angkasaReaksi:

Tritium dibuat pertama kali melalui penembakansenyawa [ND4]2SO4 menggunakan fast neutrons,tapi sekarang bisa dibuat dari lithium deuteride,LiF atau Mg/LiReaksi:

Tritium bersifat radioactive, pengemisi β dengant1/2 = 12,3 th. Sifat radioaktivitas lemah,

pengeluaran yg cepat, dan tidak mengendap didalam organ tubuh membuatnya digunakansebagai pelacak dalam studi kimia dan biokimia;

DIHIDROGEN

Kelimpahan

Hidrogen merupakan unsur paling melimpah di alam semesta,

dan nomor 3 setelah oksigen and silikon, di bumi Di mana terjadi terutama dalam bentuk air atau berkombinasi

dengan karbon dalam molekul organik. Di atmosfer bumi, H2 terbentuk kurang dari 1 ppm.Tapi di

Jupiter, Neptunus, Saturnus dan Uranus H2 terbentuk dalamjumlah yang besar

Sifat Fisika

Tak berwarna, tak berbau, sangat susah larut dalam pelarut, dan

pada 298 K dan tekanan 1 bar mendekati hukum gas ideal Struktur padatan H2 dijelaskan dengan kisi hcp, titik leleh, entalpi

penggabungan, titik didih, dan entalpi penguapan sangat rendah(hanya ada ikatan van der Waals antar molekul)

Sintesis Dihidrogen

1 Elektrolisis larutan asam menggunakan elektrode Pt, H2dihasilkan di katoda

Reaksi antara asam lemah dengan logam (Fe, Zn),Rx: Zn (s) + 2HCl (aq) ZnCl2 (aq) + H2 (g) 2

3Reaksi logam yang membentuk hidroksida amfoter (Zn, Al)dengan larutan basa alkalis.2Al (s) + 2NaOH (aq) + 6H2O (l) 2Na[Al(OH)4] (aq) + 3H2 (g)

Reaksi logam hidrida dengan airCaH2 (s) + 2H2O (l) Ca(OH)2 (aq) + 2H2 (g) 4

Sintesis Dihidrogen

5 Reaksi antara logam golongan IA dengan airRx: 2K (s) + 2H2O (l) 2KOH (aq) + H2 (g)

Reaksi antara asam logam IIA dengan airmenghasilkan H2, kecuali Be (terpasifkan oleh lapisanfilm oksida logam). Mg tidak reaktif dengan air dingin 6

Rx: Ca (s) + 2H2O (l) Ca(OH)2 (aq) + H2 (g)

Proses fotolitik H2 dari H2O menggunakan katalis [Ru(bpy)3]3+

(bpy = 2,2-bipiridin)

7 Reaksi:

Kegunaan DihidrogenT = 723 K,

Proses Haber

Hidrogenasi lemak tak jenuh

Produksi senyawa organik seperti metanol

P = 202 600 kPa,katalis heterogencampuran Fe3O4,K2O, SiO2 dan Al2O3

Katalis logam

Reaktivitas Dihidrogen

Reaktivitas dihidrogen berlangsung secara kinetis

Reaksi dengan O2

Reaksi H2 dengan Halogen

Kemudahan reaksimenurun dari atas-bawah

dalam satu golongan

Untuk Br2 tapi tidakuntuk I2

Dihidrogen bereaksi dengan banyak logam ketikadipanaskan menghasilkan logam hidrida. Untuk logam Sn danAs, H2 terlebih dahulu diuraikan menggunakan arus listrikReaksi H2 dengan N2 sangat penting dalam industriInteraksi antara H2 dengan permukaan katalis melemahkanmemutuskan ikatan H – H dalam reaksi hidrogenasi lemak

tak jenuh

Kepolaran ikatan E-H

Kepolaran ~ Beda keelektronegatifan

Ikatan M – Hpada Hidrida

Ikatan N–H,O–H, dan F–H

Ikatan B – H, C – H, Si – H(unsur blok p) bersifat

nonpolar

Ikatan Hidrogen

Ikatan Hidrogen adalah interaksi tarik-menarik molekul yangmemiliki atom hidrogen terikat pada atom yang sangatelektronegatif (O, N, or F) dengan pasangan elektron bebas

Kekuatan ikatan hidrogen

Struktur asam asetat

Monomer(uap)

Dimer (uap) Padatan

Trend titik lebur dan titik didih

Secara umum, titik leleh dan titik beku meningkat seiringmeningkatnya ukuran molekul (gaya antar molekul meningkat)

H2O memiliki entalpi penguapanyang lebih tinggi daripada HF danNH3 sehingga ikatan hidrogenyang terjadi pada H2O paling kuat

Kenapa Ikatan hidrogenpada H2O lebih kuatdibandingkan dengan

HF?

Solid state structures

Strukur Es

Strukur Padatan HF (rantai zig-zag)

Hydrogen bonding in biological systems

Hydrogen bonding holds hugebiomolecules in the shapesneeded to play their essentialroles in biochemistry.Deoxyribonucleic acid (DNA),for instance, contains two longmolecular strands coiled aroundeach other and held togetherby hydrogen bonds.

Hidrat & Klatrat Air

Hidrat

Disebut juga Hidrat gas yaitu zat yang satu komponennya

Klatratmengkristal dalam struktur sangat terbuka yang mengadunglubang-lubang atau saluran-saluran di mana atom-atom ataumolekul-molekul kecil dari komponen kedua dapat terjebak

di dalamnya. Contoh: Cl2.7,30 H2O

Hidrida Biner

InterstitialMetal

Hydrides

MolecularHydrides

HidridaBiner

IntermediateHydrides

SalineHydrides

PolymericHydrides

Interstitial Metal Hydrides

Atom-atom hidrogen (sangat kecil) mengisilubang-lubang interstitial di dalam kisi kristallogam/alloy.

Contoh: TiH1,7; HfH1,98; dan HfH2,10

Niobium membentuk hidrida non-stoikiometridengan rumus NbHx (0<x≤1), pada temperaturrendah struktur bcc dapat dipertahankan

Kegunaan: sebagai “hydrogen storage vessels”karena kemampuannya melepas hidrogenketika dipanaskan

Saline Hydrides Saline hydrides terbentuk ketika logam gol. 1

dan2 (kecuali Be) dipanaskan bersama hidrogen.

Semuanya berwarna putih dengan titik lelehtinggi (LiH = 953 K, NaH = 1073 K)

Reaktivitas hidrida golongan 1 meningkat dariatas-bawah

Hidrida saline bereaksi langsung dengan pelarutber-proton (H2O, NH3, atau EtOH)

NaH + H2O NaOH + H2

Ph2PH + NaH Na[PPh2] + H2 (sebagaideprotoning agent)

Reaksi antara LiH dan AlCl6 menghasilkan litiumtetrahidridoaluminat(1-)/lithal (Li[AlH4)Reaksi antara NaH dengan B(OMe)3 atau BCl3menghasilkan sodium tetrahidroborat (Na[BH4])

Senyawa Li[AlH4], Na[BH4], dan NaH berfungsi sebagaiagen pereduksi

Molecular Hydrides

Hidrida molekular untuk unsur blok--p

Covalent hydrides with molecular structures areformed by the p-block elements in groups 13 to 17 withthe exception of Al and Bi; BiH3 is thermally unstable,decomposing above 198 K, and little is known aboutPoH2.Hydrides of the halogens, sulfur and nitrogen areprepared by reacting these elements with H2 underappropriate conditions

Hidrida B2H6

The remaining hydrides are formed bytreating suitable metal salts with water,aqueous acid or NH4Br in liquid NH3, orby use of [BH4]- or [AlH4]-

Anionic molecular hydrido complexes ofp-block elements include tetrahedral[BH4]- and [AlH4]-. Both LiAlH4 andNaAlH4 slowly decompose to giveLi3AlH6 and Na3AlH6, respectively, and Al.[AlH6]3- berbentuk oktahedral terisolasi

Hidrida molekular untuk unsur blok--d

Kompleks hidrido molekuler dibentuk oleh logam blok dgolongan 7–10 (kecuali Mn) dan golongan 1 dan 2bertindak sebagai counter-ions. Misalnya: K2ReH9, Li4RuH6,Na3RhH6, Mg2RuH4, Na3OsH7 and Ba2PtH6.

Ion [CoH5]4- memiliki strukturpiramid berbasis persegi untukdan [IrH5]4- memiliki strukturyang sama. Komplekspentahidrido ini diisolasi sebagaigaram Mg2CoH5 and M2IrH5 (M =

Mg, Ca atau Sr).

Ion [NiH4]4- dalam Mg2NiH4 adalah tetrahedral.

Ion logam alkali tanah berfungsiuntuk menstabilkan garam yangmengandung ion octahedral[FeH6]4-, [RuH6]4- and [OsH6]4-.H- terisolasi dan ion octahedral[ReH6]5- hadir dalam bentukMg3ReH7.

Kompleks hidrido K2TcH9 bisadibuat dari reaksi [TcO4]- danpotassium dalam EtOHdengan kehadiran 1,2-ethanediamine. Strukturnyadiasumsikan sama denganstruktur [ReH9]2-

Palladium(II) and platinum(II) membentuk square planar[PdH4]2- dan [PtH4]2- . Garam K2[PtH4] dibuat denganmereaksikan Pt dengan KH dengan aliran H2 (1–10 bar,580–700 K).

H2 bertemperatur tinggi juga dibutuhkan untukmembentuk Li5[Pt2H9] tapi, setelah terbentuk, senyawa inistabil terhadap kehilangan H2

the structure of [Pt2H9]5-

Polymeric Hydrides Hidrida polimer (padatan putih) dibentuk oleh Be dan

Al.Dalam BeH2, setiap pusat Be adalah tetrahedral,memberikan struktur rantai di mana jenis ikatannyaserupa dengan B2H6. Struktur AlH3 mengandung kisi takterbatas, di mana setiap pusat Al(III) berada dalam situsAlH6-oktahedral; atom H jembatan memasangkan pusat-pusat Al.

Intermediate Hydrides

Hidrida Pd, Cu, lanthanoids and actinoids.

Palladium secara reversible menyerapsejumlah besar H2 atau D2 (tapi tidak gas-gas lain, sebuah fakta yang dijadikan dasarpemisahan H2 dari campuran gas).

Hidrogen yang teradsorpsi memilikimobilitas tinggi, tapi belum diketahui pasti

bentuknya, meski komposisi terbatasnyadiketahui sebagai PdH0,7.