FOTO KIMIAFoto kimia adalah : Fenomena yang mengaitkan reaksi kimia dengan cahaya. Dalam peristiwa ini terjadi dua kemungkinan yaitu: Reaksi kimia yang menghasilkan cahaya ataukah sebaliknya.Banyak reaksi kimia yang diawali atau dipengharui oleh cahaya.Sebagai contoh adalah reaksi pembentukan HCl. H2 (g) + Cl2 (g) HClReaksi seperti ini sangat umum secara termodinamika dengan H = -184,6 KJ/mol tetapi reaksi ini tidak akan berlangsung dalam suasana gelap. Reaksi ini akan sangat cepat dan dapat meledak bila ada cahaya, karena cahaya memiliki energi untuk memecahkan ikatan Cl-Cl yang merupakan reaksi inisiasi.

Sebagai catatan, reaksi fotokimia pada umumnya merupakan reaksi berantai yang terdiri dari tiga tahap yaitu: insiasi, propagasi, dan terminasi. Pada contoh reaksi pembentukan HCl terjadi pemutusan ikatan Cl-Cl yang merupakan reaksi inisiasi oleh cahaya. Cl2 (g) + hv 2Cl.Teori yang mendasari reaksi fotokimia adalah teori spektroskopi atom dan teori kuantum yang dirumuskan oleh Max. Planck

Bila suatu zat dipercikan ke dalam nyala api, akan muncul nyala berwarna. Bila nyala tersebut direkam dengan spektrofotometer maka akan muncul spektrum taksinambung atau spektrum garis/tetapi jika dilewatkan cahaya putih yang tampak adalah spektrum sinambung/tampak

Cahaya merupakan radiasi gelombang elektromagnetik, sehingga cahaya memiliki sifat-sifat gelombang yaitu: kecepatan, frekuensi, panjang gelombang disamping energi radiasi. Hubungan matematis dari fenomena tersebut kemudian diturunkan oleh Max Planck berdasarkan hipotesisnya bahwa energi bersifat taksinambung dan terdiri dari sejumlah satuan terpisah yang dinamakan kuanta. Energi yang dimiliki oleh sebuah kuanta radiasi elektromagnetik berbading lurus dengan frekuensinya dan berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya.

E = h.v = hC/ V = C Dengan E = energi radiasi v = frekuensi = panjang glombang C = kepatan cahaya (3x108m/dt) h = tetapan planck (6,62 x 10-34 J det

Contoh: Hitunglah energi yang diperluksan untuk memutuskan ikatan Cl-Cl dengan panjang gelombang 494 nm.

Tingkat Energi Rotasi, Vibrasi dan elektronik

Elektron pada atom menempati tingkat energi. Untuk kasus sederhana seperti atom hidrogen, tingkat energinya adalah

Sementara tingkat energi elektroniknya adalah:

En= hcRH n2 Dimana n= 1,2,3,4.. RH = konstanta Rydberg

RH = 2me4[1/40] h2 c Dimana m = masa eletron e = muatan elektron

0 = permitivitas pada daerah vakum 1/40 adalah faktor konversiDengan demikian nilai konstanta Rydberg adalah RH = 109,667 cm-1 atau sama dengan 10,967700 m-1

Ketika bilangan kuantum utama n dari elektron berubah, energi terabsorpsi (n = +) atau terpancarkan (n = -) . Transisi elektronik memiliki energi normal pada daerah UV/Vis

Sebagai contoh: garis emisi pada spektrum atom H menunjukkan transisi dari n = 3 ke n = 2 memiliki energi sebesar 3,03 x 10-19 J, dengan panjang gelombang 656 nm

Tingkat Energi elektronik dan Transisi Elektronik Pada Molekul Secara kualitatif dpat diasumsikan bahwa orbital molekul dapat dibangun dengan mengkombinasikan orbital-orbital atom yang menyusun molekul tersebut. Dalam pembentukan molekul, orbital atom bertumpang tindih menghasilkan orbital molekulyakni fungsi gelombang elektron dalam molekul. Jumlah orbital molekul adalah jumlah orbatom dan orbital molekul ini diklasifikasikan menjadi orbital molekul ikatan, non-ikatan, atau antiikatan sesuai dengan besarnya partisipasi orbital itu dalam ikatan antar atom. Kondisi pembentukan orbital ,molekul ikatan adalah sebagai berikut.

(1) Cuping orbital atom penyusunnya cocok untuk tumpang tindih.(2) Tanda positif atau negatif cuping yang bertumpang tindih sama.(3) Tingkat energi orbital-orbital atomnya dekat.

Tingkat energi orbital molekul ikatan lebih rendah, sementara tingkat energi orbital molekul anti ikatan lebih tinggi dari tingkat energi orbital atom penyusunnya.Semakin besar selisih energi orbital ikatan dan anti ikatan, semakin kuat ikatan. Bila tidak ada interaksi ikatan dan anti ikatan antara A dan B, orbital molekul yang dihasilkan adalah orbital non ikatan. Elektron menempati orbital molekul dari energi terendah ke energi yang tertinggi. Orbital molekul terisi dan berenergi tertinggi disebut HOMO (highest occupied molecular orbital) dan orbital molekul kosong berenergi terendah disebut LUMO (lowest unoccupied molecular orbital). Selain itu, orbital-orbital itu dinamakan sigma () atau pi() sesuai dengan karakter orbitalnya. Suatu orbital sigma mempunyai simetri rotasi sekeliling sumbu ikatan, dan orbital pi memiliki bidang simpul. Oleh karena itu, ikatan sigma dibentuk oleh tumpang tindih orbital s-s, p-p, s-d, p-d, dan d-d dan ikatan pi dibentuk oleh tumpang tindih orbital p-p, p-d, dan d-d

Tumpang tidih orbital dengan tanda sama akan menghasilkan orbital ikatatan (bonding) dan sebaliknya. Orbital ikatan dengan energi tertinggi disebut HOMO dan orbital anti ikatan dengan energi rendah disebut LUMO

Contoh di samping ini adalah OM dari O2. Elektron ke-11 dan 12 akan mengisi orbital 1g yang terdegenerasi dalam keadaan dasar dan spinnya paralel sesuai aturan Hund dan oleh karena itu oksigen memiliki dua elektron tidak berpasanganTingkat Energi Vibrasi

Posisi atom-atom pada molekul tidaklah diam, molekul tidak pernah tenang. Vibrasi (getaran atom) mengakibatkan perubahan-perubahan jarak antaratom. Energi vibrasi molekul dapat dianggap mirip denn osilator harmonik kuantum.

Dimana n = bilangan bulat h = tetapan planck f = frekuensi getaran

Molekul menyerap hanya radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang spesifik (spesifik untuk molekul itu). Absorpsi cahaya ultra violet akan menyebabkan pindahnya sebuah elektron ke orbital dengan energi lebih tinggi, sementara radiasi infra merah tida cukup mengandung energi untuk memperomosikan elektron semacam itu. Absorpsi radiasi infra merah hanya mengakibatkan membesarnya amplitudo getaran atom-atom yang terikat satu sama lain. Bila molekul-molekul menyerap radiasi infra merah, energi yang diserap menyebabkan kenaikan dalam amplitudo getaran (Vibrasi) dari atom-atom yang terikat. Dapat dikatakan bahwa molekul tersebut berada dalam keadaan vibrasi tereksitasi. Energi yang diserap ini akan dibuang dalam bentuk panas jika molekul itu kembali ke kedaan dasar. Keadaan vibrasi dari ikatan terjadi pada keadaan tetap atau terkuantisasi tingkat energinya. Panjang gelombang yang diabsorbi oleh suatu tipe ikatan bergantung pada maca getaran dari ikatan tersebut.

Oleh karena itu tipe ikatan yanmg belainan (C-H, C-C, O-H) dan sebagainya menyerap radiasi infra merah pada panjang gelombang yang berlainan.

Tingkat Energi Rotasi dan Transisi rotasiFrekuensi rotasi suatu molekul ditentukan juga oleh mekanika kuantum dan subjek yang terkuantisasi. Panjang gelombang rotasi berada di atas vibrasi sehingga secara umum energi rotasi rendah

Sebagai contoh, eksitasi mikrowave H2O adalah rotasi murni.

Unsur-unsur spektroskopi

Bila kita berbicara mengenai spektroskopi optik, maka yang kita bicarakan adalah pengukuran absorbansi atau emisi pada ketiadaan medan magnet. macam-macam spektroskopi optik adalah: UV, Vis, IR dan Raman. Spektroskopi Raman adalah bentuk khusus dari spetroskopi vibrasi dimana cahaya dihamburkan oleh molekul yang memiliki panjang gelombang tambahan akibat eksitasi vibrasi

Spektroskopi UV/Vis

Spektroskopi ini secara normal mengukur transisi elektronik pada atom atau molekul. Prinsip kerja dari spektroskopi ini mengikuti hukum Lambert-Beer

Spektroskopi IR

Absorpsi radiasi infra merah hanya mengakibatkan membesarnya amplitudo getaran atom-atom yang terikat satu sama lain. Ikatan dalam suatu molekul dapat mengalami berbagai macam osilasi. Oleh karena itu suatu ikatan tertentu dapat menyerap energi pada lebih dari satu panjang gelombang. Misalnya ikatan O-H menyerap energi pada kira-kira 3330 cm-1 (3,0m). Energi pada panjang gelombang ini menyebabkan kenaikan vibrasi ulur (streetching vibration) pada ikatan O-H itu. Ikatan O-H yang lain juga menyerap pada kira-kira 1250 cm-1(m) Energi pada panjang gelombang ini menyebabkan kenaikan vibrasi tekuk (bending vibration). Skala pada dasar spektra adalah bilangan gelombang yang berkurang dari 4000cm-1 ke 670 cm-1 atau lebih rendah, sedangkan panjang gelombang dicantumkan di bagian atas.

Sedangkan pada stroskopi Raman, dikhususkan dan merupakan bentuk komplementer dari spektroskopi IR (vibrasi)

Spektroskopi NMR (nuclear magnetic resonsnce)

Hidrogen mempunyai 3 isotop yaitu: protium (1H atau H kelimpahan 99,985%),Deuterium (2H atau D kelimpahan 0,0156%) dan tritium (3H atau T bersifat radioaktif kelimpahan

Dari tiap inti hidrogen atau proton mengambil salah satu dari dua sikap (orientasi). ParalelAnti paralel Terhadap medan luar. Dalam keadaan paralel, arah momen magnet sama dengan arah medan luar. Sedangkan dalam keadaan antiparalel momen magnet proton berlawanan dengan arah medan luar.

Paralel antiparalel Pada tiap saat separuh proton dalam keadaan paralel dan separuhnya dalam keadaan antiparalel, dan keadaan paralel berenergi lebih rendah dibandingkan keadaan antiparalel

Bila dikenai gelombang radio yang frekuensinya cocok, maka momen magnet dari proton paralel akan menyerap energi untuk membalik (jungkir balik) menjadi proton antiparalel yang energinya lebih tinggi. Bila gabungan khusus antara kuat medan magnet luar dan radiofrekuensi menyebabkan suatu proton berpindah dari keadaan paralel ke antiparalel, maka dikatakan proton itu dalam resonansi. Dari kondisi itu kemudian muncul istilah resonansi magnetik nuklir (NMR)

Topik Khusus: CFC dan Lubang Ozon Klorofluorokarbon (CFC) secara luas digunakan pada bahan-bahan yang secara total terdiri dari karbon terhalogenasi. Yang paling umum adalah CCl2F2 dengan merek dagang Freon-12. Zat ini digunakan secara khusus pada refigeran dan sistem pendinginan (AC, kulkas dll). Kegunaanya diperoleh dari fakta bahwa transisi cair-uap pada suhu dan tekanan yang sesuai dengan operasi pada suhu ruang dan karena ikatan C-X kuat sehingga membuat molekulnya secara kimia inert dan tidak dapat terbakar. Akan tetapi sekitar tahun 1974 dua orang ahli kimia dari Amerika Rowland dan Moina menyatakan bahwa radikal Cl- pada lapisan stratosfir merusak lapisan ozon (O3) yang menyebabkan meningkatnya radiasi UV pada permukaan bumi.

Stratrosfir adalah daerah atmosfir bumi pada ketinggian antara 10-150 Km. Pada daerah ini radiasi yang menyinari bumi dari matahari mengandung UV-hampa yang berenergi tinggi dengan panjang gelombang kurang dari 200 nm. Pada atmosfir bagian atas dari lapisan stratosfir terjadi reaksi pembentukan ozon.O2 + hv 2O-

Pembentukan OzonO- + O2 O3Keberadaan Cl- dapat mengganggu reaksi di atas sehingga muncul istilah kerusakan lapisan ozon

Cl- O3 ClO

ClO- + O- Cl + O2O3 + O- 2O2

Energi matahari yang dipancarkan ke bumi: 25% dipantulkan kembali oleh awan, 25% diserap awan, 45% diserap bumi dan sisanya 5% dipantulkan kembali oleh bumi dalam bentuk radiasi infra merah.

***