Pembahasan OSN Kimia 2020 Essay 8

Soal

Senyawa Aluminium (28 Poin)

Logam aluminium dapat bereaksi dengan beragam unsur non logam membentuk senyawa biner. Ikatan yang dihasilkan dari senyawa aluminium bergantung pada unsur yang diikat. Pada suhu 200 oC, reaksi antara aluminium dengan gas X2 membentuk senyawa A yang memiliki massa molekul relatif sebesar 267 g/mol.

a. Tentukanlah rumus molekul A. [2 poin]

b. Gambarkan struktur Lewis senyawa A. [2 poin]

Aluminium fosfida dapat terhidrolisis oleh air menghasilkan gas fosfin (PH3) yang sangat beracun.

c. Tuliskanlah persamaan reaksi untuk reaksi hidrolisis aluminium fosfida. (4 poin)

Ketika Ph3SiPH2 dan (i-Pr)2AlH dengan jumlah mol yang sama dilarutkan dalam pelarut pada suhu 25 oC, akan dihasilkan padatan kristal putih B dan gas H2 (i-Pr = (CH3)2CH-; Ph = C6H5-). Spektrum massa senyawa B menunjukkan puncak dengan m/z tertinggi sebesar 864 808 (lihat pembahasan).

d. Gambarkan struktur senyawa B, gunakan jawaban (a) sebagai petunjuk. [8 poin]

Dengan pemanasan, senyawa B akan berubah menjadi senyawa C disertai dengan pelepasan gas propana. Spektrum 31P-NMR senyawa C menunjukkan hanya ada 1 puncak singlet pada fosfor dan 13C-NMR menunjukkan adanya gugus i-Pr- dan Ph3Si- yang sama banyak. Analisis lebih lanjut menunjukkan terdapat 4 atom Al dan 4 atom P dalam molekul. Saat C dipanaskan sampai suhu di atas 150 oC, senyawa ini terdekomposisi menghasilkan Ph3SiH dan gas D, hingga hanya menyisakan aluminium fosfida pada suhu 500 oC.

e. Gambarkan struktur senyawa C. [8 poin]

f. Identifikasilah senyawa D. [4 poin]

Pembahasan

Soal ini diambil dari UKChO 2008 Round 1 (download soal dan mark scheme di sini). Ada sedikit perubahan dari soal original ke soal KSN yang cukup berpengaruh pada jawaban soal-soal berikut ini.

a. Aluminium adalah logam golongan IIIA, sehingga beberapa persenyawaan umum yang mungkin akan memiliki rumus AlX3 atau Al2X6 (X bervalensi 1), Al2X3 (X bervalensi 2), atau AlX (X bervalensi 3). Nilai Ar dari Al adalah 27 g/mol, sehingga bila kita cek satu-satu:

$${\ce{AlX3} \Rightarrow A_{r\,X} = \frac{267-27}{3} = 80\,g/mol \Rightarrow \ce{X} = \ce{Br}}$$

$${\ce{Al2X6} \Rightarrow A_{r\,X} = \frac{267-2\times27}{6} = 35.5\,g/mol \Rightarrow \ce{X} = \ce{Cl}}$$

$${\ce{Al2X3} \Rightarrow A_{r\,X} = \frac{267-2\times27}{3} = 71\,g/mol}$$

$${\ce{AlX} \Rightarrow A_{r\,X} = 267-27 = 240\,g/mol}$$

Ada dua jawaban yang mungkin di soal ini, yaitu AlBr3 dan Al2Cl6 (dimer dari AlCl3). Namun, pada suhu yang tidak terlalu tinggi, halida dari Al akan berada dalam bentuk dimernya karena Al bersifat miskin elektron (electron-deficient), sehingga jawaban yang tepat adalah Al2Cl6.

b. Berikut ini struktur Lewis senyawa dimer Al2Cl6:

c. Berikut reaksi hidrolisis AlP:

$$\ce{AlP(s) + 3 H2O(l) -> Al(OH)3(aq) + PH3(g)}$$

Catatan: bila digunakan air berlebih, larutan yang terbentuk akan mengandung Al dengan campuran ligan H2O dan OH yang beragam jenisnya, bergantung pada pH.

d. Di soal aslinya (UKChO 2008), senyawa Al yang diberikan di soal adalah DIBAL-H (diisobutil aluminium hidrida, (i-Bu)2AlH), berbeda dengan yang diberikan di soal KSN ini yaitu (i-Pr)2AlH. Data m/z yang diberikan di soal KSN ini (864) tidak diganti dari soal asalnya (dari reaktan DIBAL-H), akibatnya dengan perhitungan biasa menggunakan data spektroskopi massa, tidak akan ditemukan jawaban yang cocok untuk soal D. Sehingga, terjadi kesalahan soal! Dengan begini, soal d secara teori tidak bisa dikerjakan. Agar bisa dikerjakan, nilai m/z seharusnya 808.

Apabila kita menggunakan DIBAL-H, kita akan dapatkan bahwa 2 ekuivalen Ph3SiPH2 bereaksi dengan 2 ekuivalen DIBAL-H membentuk senyawa dengan geometri yang sama dengan Al2Cl6:

e. Berikut ini struktur senyawa C, apabila kita gunakan DIBAL-H:

Apabila kita menggunakan (i-Pr)2AlH, ganti gugus i-Bu ke i-Pr.

f. Bila kita mengacu ke soal KSN, senyawa D adalah propena. Apabila kita mengacu ke soal UKChO di mana DIBAL-H digunakan, maka senyawa D adalah gas metilpropena.

Silahkan gunakan kolom komentar untuk bertanya atau mengoreksi pembahasan saya!

Leave a Reply