Sifat-sifat Oksida-oksida Unsur Periode 3

Kata Kunci: elektrolisis, fosfor, ikatan kovalen, klor, oksida, oksigen, periode 3, silikon, struktur molekul, sulfur, titik didih, titik leleh, van der waals

Ditulis oleh Jim Clark pada 06-10-2007

Halaman ini menjelaskan hubungan antara sifat fisik dari oksida unsur-unsur periode 3 (natrium hingga klor) dan strukturnya. Argon diabaikan karena argon tidak membentuk oksida.
Ikhtisar kecenderungan
Oksida
Oksida-oksida dari unsur-unsur periode 3:

Na2O	MgO	Al2O3	SiO2	P4O10	SO3	Cl2O7
				P4O6	SO2	Cl2O

Oksida-oksida pada barisan pertama dikenal sebagai oksida-oksida tertinggi dari tiap unsur. Oksida-oksida ini adalah saat di mana unsur-unsur periode 3 berada pada keadaan oksidasi tertinggi. Pada oksida-oksida ini, semua elektron terluarnya terlibat dalam pembentukkan ikatan mulai dari natrium yang hanya memiliki satu elektron terluar hingga klor dengan 7 elektron terluar.
Struktur
Kecenderungan pada struktur adalah dari oksida logam mengandung struktur ionik raksasa pada bagian kiri periode, oksida kovalen raksasa (silikon dioskida) pada bagian tengah dan oksida molekuler di bagian kanan periode.
Titik leleh dan titik didih
Struktur raksasa (oksida logam dan silikon dioksida) memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi karena dibutuhkan energi yang besar untuk memutuskan ikatan yang kuat (ionik atau kovalen) yang bekerja pada tiga dimensi.
Oksida-oksida fosfor, sulfur dan klor terdiri dari molekul-molekul individual, beberapa diantaranya kecil dan sederhana, dan yang lainya berupa polimer.

Gaya tarik menarik antar molekul-molekul ini berupa dispersi / penyebaran gaya van der Waals dan interaksi dipol-dipol. Ukuran yang bermacam-macam ini tergantung pada ukuran, bentuk dan polaritas dari masing-masing molekul, tapi akan selalu lebih lemah dari pada yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan ionik atau kovalen pada struktur raksasa.

Oksida-oksida ini cenderung menjadi gas, cairan atau padatan dengan titik leleh rendah.
Daya hantar arus listrik
Tidak ada diantara oksida-oksida ini yang memiliki elektron bebas atau yang dapat bergerak. Ini berarti bahwa tidak ada satupun dari oksida-oksida ini yang dapat menghantarkan arus listrik dalam keadaan padatnya.

Oksida-oksida ini dapat mengalami elektrolisis jika dicairkan. Oksida-oksida ini dapat menghantarkan arus listrik karena adanya pergerakan ion-ion menuju elektroda dan pelepasan muatan ion-ion saat mencapai elektroda.
Oksida-oksida logam
Struktur
Oksida-oksida natrium, magnesium dan alumunium terdiri dari struktur raksasa yang mengandung ion-ion logam dan ion-ion oksida. Magnesium oksida memiliki struktur seperti NaCl. Dua yang lainnya memiliki struktur yang lebih rumit yang berada di luar cakupan silabus pada tingkat ini.
Titik leleh dan titik didih
Terdapat gaya tarik menarik yang kuat antara ion-ion pada masing-masing oksida dan gaya tarik menarik ini membutuhkan energi yang besar untuk diputuskan. Oleh karena itulah oksida-oksida ini memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi.
Daya hantar arus listrik
Tidak ada satupun dari oksida-oksida logam periode 3 dapat menghantarkan arus listrik pada keadaan padatnya, tapi elektrolisis mungkin dilakukan jika dicairkan. Cairannya dapat menghantarkan arus listrik karena adanya pergerakan dan perubahan muatan ion-ion yang ada.

Contoh pentingnya adalah elektrolisis alumunium oksida dalam pembuatan alumunium. Apakah kita dapat mengelektrolisis cairan natrium oksida itu tergantung pada cairan / lelehannya apakah menyublim atau terurai pada keadaan biasa atau tidak. Jika menyublim, maka tak akan didapatkan cairan untuk dielektrolisis.

Magnesium dan alumunium oksida memiliki titik leleh yang sangat tinggi sehingga sulit untuk dielektrolisis dalam laboratorium sederhana.
Silikon dioksida (silikon (IV) oksida)
Struktur
Elektronegatifitas / keelektronegatifan dari unsur-unsur meningkat sepanjang periode dari kiri ke kanan, dan pada silikon, beda elektronegatifitas antara silikon dan oksigen tidak cukup besar untuk membentuk ikatan ionik. Silikon dioksida memiliki struktur kovalen raksasa..
Terdapat tiga bentuk silikon dioksida yang berbeda. Yang paling mudah diingat dan digambarkan adalah struktur yang mirip intan.

Kristal silikon memiliki struktur yang sama dengan intan. Untuk mengubahnya menjadi silikon dioksida, perlu dilakukan perubahan struktur silikon dengan menyisipkan beberapa atom oksigen.

Perhatikan bahwa masing-masing atom silikon dengan atom silikon tetangganya dijembatani oleh atom oksigen. Jangan lupakan bahwa ini hanya bagian kecil dari struktur raksasa dalam tiga dimensi.
Titik leleh dan titik didih
Silikon dioksida memiliki titik leleh yang tinggi, bermacam-macam tergantung pada strukturnya (ingat bahwa hanya satu dari tiga struktur yang mungkin), tapi angkanya sekitar 1700 °C. Ikatan kovalen silikon-oksigen yang sangat kuat harus diputuskan terlebih dahulu sebelum meleleh. Silikon dioksida mendidih pada suhu 2230°C.
Karena kita membicarakan tentang perbedaan bentuk ikatan, tidak berarti bila membandingkan nilai ini dengan oksida logam yang lain. Lebih baik menyatakan bahwa karena oksida logam dan silikon dioksida memiliki struktur raksasa, maka titik leleh dan titik didihnya tinggi.
Daya hantar arus listrik
Silikon dioksida tidak memiliki elektron-elektron atau ion-ion yang dapat bergerak sehingga tidak dapat menghantarkan arus listrik, baik dalam bentuk padatan maupun cairannya.
Oksida molekuler
Fosfor, sulfur dan klor semuanya membentuk oksida yang terdiri dari molekul-molekulnya. Beberapa dari molekul-molekul ini sederhana dan lainnya merupakan polimer. Kita hanya akan membahas molekul sederhana.

Titik leleh dan titik didih dari oksida-oksida ini akan lebih rendah dari oksida logam dan silikon dioksida. Gaya intermolekuler mengikat satu molekul dengan molekul yang lain melalui dispersi gaya van der Waals atau interaksi dipol-dipol. Kekuatannya bermacam-macam tergantung pada ukuran molekulnya.

Tak satupun dari oksida-oksida ini yang menghantarkan arus listrik baik sebagai padatan maupun cairannya. Tak satupun yang mengandung ion-ion atau elektron-elektron bebas.
Oksida-oksida fosfor
Fosfor memiliki dua oksida yang umum, fosfor (III) oksida, P₄O₆, dan fosfor (V) oksida, P₄O₁₀.
Fosfor (III) oksida
Fosfor (III) oksida adalah padatan putih, meleleh pada 24 °C dan mendidih pada 173 °C.
Struktur dari molekul ini paling baik disusun dari molekul-molekul P₄ yang tetrahedral.

Tarik bagian ini sehingga kita akan lihat ikatannya….

… dan kemudian gantikan ikatannya dengan ikatan baru yang menghubungkan atom-atom fosfor dengan atom-atom oksigen. Ini akan membentuk V seperti pada air, tapi tidak akan disalahkan bila menggambarnya dengan garis lurus antara atom-atom fosfor, seperti contoh

Fosfor hanya menggunakan tiga elektron terluar (3 elektron p yang tidak berpasangan) membentuk tiga ikatan dengan oksigen.
Fosfor (V) oksida
Fosfor (V) oksida juga berupa padatan putih yang dapat menyublim (berubah dari padat ke gas) pada suhu 300°C. Dalam kasus ini, fosfor menggunakan semua elektron terluar untuk berikatan.

Padatan fosfor (V) oksida berada dalam beberapa bentuk berbeda, beberapa diantaranya berbentuk polimer. Kita akan membahas bentuk molekuler sederhana dan ini juga berada dalam keadaan gas.

Ini mudah digambarkan dengan menggambar P₄O₆ terlebih dahulu. Empat atom oksigen yang lain diikatkan pada empat atom fosfor melalui ikatan rangkap.

Oksida-oksida sulfur
Sulfur membentuk dua oksida yang umum, sulfur dioksida (sulfur (IV) oksida), SO₂, dan sulfur trioksida (sulfur (VI) oksida), SO₃.
Sulfur dioksida
Sulfur dioksida adalah gas yang tak berwarna pada suhu ruangan yang mudah dikenal dengan bau yang khas / mencekik. Ini terdiri dari molekul sederhana SO₂ .

Sulfur menggunakan empat elektron terluarnya untuk membentuk ikatan rangkap dengan oksigen, menyisakan dua elektron yang berpasangan pada sulfur. Bentuk bengkok dari SO2 adalah akibat dari adanya pasangan elektron bebas ini.
Sulfur trioksida
Sulfur trioksida murni merupakan padatan putih dengan titik leleh dan titik didih yang rendah. Sulfur trioksida bereaksi cepat dengan uap air di udara membentuk asam sulfat. Ini berarti bahwa jika kita membuatnya di laboratorium, maka akan tampak sebagai padatan dengan asap di udara (membentuk kabut asam sulfat).
Sulfur trioksida dalam keadaan gas, terdiri dari molekul sederhana SO₃ di mana semua elektron terluar dari sulfur terlibat dalam pembentukkan ikatan.

Terdapat bermacam-macam bentuk sulfut trioksida. Yang paling sederhana adalah trimer, S₃O₉, di mana 3 molekul SO₃ bergabung membentuk cincin.

Terdapat bentuk polimer lainnya di mana molekul SO₃ bergabung membentuk rantai panjang. Sebagai contoh:

Kenyataanya molekul-molekul sederhana bergabung dengan cara ini membentuknya struktur yang lebih besar membentuk padatan SO₃
Klor oksida
Klor membentuk beberapa oksida. Disini kita hanya membahas dua diantaranya yaitu klor (I) oksida, Cl₂O dan klor (VII) oksida, Cl₂O₇.
Klor (I) oksida
Klor (I) oksida adalah gas berwarna merah kekuningan pada suhu ruangan. Ini terdiri dari molekul ionik sederhana.

Tidak ada yang mengejutkan tentang molekul ini dan sifat fisiknya hanya memperkirakan dari ukuran molekulnya.
Klor (VII) oksida
Dalam klor (VII) oksida, klor menggunakan 7 elektron terluarnya untuk membentuk ikatan dengan oksigen. Ini menghasilkan molekul yang lebih besar sehingga dapat diperkirakan bahwa titik leleh dan titik didihnya lebih tinggi dari pada klor (I) oksida.

Klor (VII) oksida adalah cairan seperti minyak yang tak berwarna pada suhu ruangan.

Pada diagram, digambarkan rumus struktur yang standar. Pada kenyataannya, bentuknya adalah tetrahedral di sekitar kedua Cl dan berbentuk V di sekitar oksigen pusat.