20 Struktur Atom, Ikatan, Stoikiometri, Kristal (2025)

Soal #45–#50 OSN-K Kimia 2025. Coba dulu, pakai petunjuk/referensi, baru buka pembahasan.

20.1 Soal 45

Perhatikan tabel energi ionisasi berikut untuk unsur periode 3. Urutan jari-jari atom yang benar adalah ….

A. A > B > C > D
B. D > B > A > C
C. A > C > B > D
D. D > A > B > C
E. B > A > C > D

💡 Petunjuk

Cari lompatan tajam pada data energi ionisasi berurutan tiap unsur — lompatan besar terjadi tepat setelah semua elektron valensi habis dicabut, sehingga posisi lompatan menunjukkan jumlah elektron valensi = nomor golongan.
Setelah tiap unsur teridentifikasi golongannya (dan periode-3-nya), tentukan nomor atom masing-masing unsur \(A\), \(B\), \(C\), \(D\).
Gunakan tren jari-jari atom dalam satu periode: semakin besar nomor atom, semakin kecil jari-jari (muatan inti efektif meningkat, jumlah kulit tetap) — susun urutan dari yang terbesar ke terkecil.

🔓 Sudah coba ≥5 menit tetap buntu? Klik untuk buka pembahasan

Identifikasi tiap unsur dari lompatan besar energi ionisasi (IE). Lompatan tajam muncul tepat setelah semua elektron valensi habis dicabut, jadi posisi lompatan = jumlah elektron valensi = golongan.

Unsur	Lompatan besar setelah IE ke-	Elektron valensi	Golongan (periode 3)	Unsur asli
A	ke-7 (\(11000 \to 33604\))	7	17	\(\ce{Cl}\) (\(Z=17\))
B	ke-6 (\(8490 \to 27107\))	6	16	\(\ce{S}\) (\(Z=16\))
C	(IE pertama tinggi \(1520\), naik mulus)	8	18	\(\ce{Ar}\) (\(Z=18\))
D	ke-5 (\(6270 \to 21200\))	5	15	\(\ce{P}\) (\(Z=15\))

Jadi nomor atom naik: \(D(15) < B(16) < A(17) < C(18)\).

Dalam satu periode, jari-jari atom mengecil seiring naiknya nomor atom (muatan inti efektif naik, kulit valensi sama). Maka jari-jari terbesar adalah yang nomor atomnya terkecil:

\[\underbrace{D}_{P} > \underbrace{B}_{S} > \underbrace{A}_{Cl} > \underbrace{C}_{Ar}\]

Sesuai opsi B.

20.2 Soal 46

Berikut adalah struktur ligan dietilentriaamin (dien). Jumlah isomer yang dimiliki oleh ion [Fe(dien)2]2+ adalah ….

A. 1
B. 2
C. 4
D. 6
E. 8

💡 Petunjuk

Ligan dien bersifat tridentat (mengikat 3 posisi sekaligus). Dua ligan dien pada satu ion Fe berarti bilangan koordinasi = 6, sehingga geometri kompleksnya adalah oktahedral.
Pada oktahedron, tiga posisi yang ditempati satu ligan tridentat bisa tersusun secara facial (fac) — ketiga donor berada di satu muka segitiga — atau meridional (mer) — ketiga donor segaris di satu meridian. Tentukan semua kombinasi kedua dien.
Setelah mendapat isomer geometri, periksa masing-masing apakah memiliki bidang simetri atau pusat inversi. Jika tidak ada, molekul bersifat kiral dan hadir sebagai sepasang enansiomer (isomer optis \(\Lambda\) dan \(\Delta\)).

🔓 Sudah coba ≥5 menit tetap buntu? Klik untuk buka pembahasan

Langkah 1 — Kenali ligan dan bilangan koordinasi. Dietilentriamin (dien), \(\ce{NH2-CH2CH2-NH-CH2CH2-NH2}\), punya tiga atom N donor, jadi bersifat tridentat (mengikat lewat 3 titik). Dua dien menempati \(2 \times 3 = 6\) posisi, sehingga \(\ce{[Fe(dien)2]^{2+}}\) adalah kompleks oktahedral dengan bilangan koordinasi 6.

Langkah 2 — Sadari bahwa dien itu fleksibel tapi “berurutan”. Karena ketiga N satu dien terhubung berderet, ujung-ujungnya selalu berdekatan (cis), dan N tengah di antaranya. Yang membedakan isomer adalah bagaimana ketiga N tiap dien tersusun di oktahedron: fasial (fac) — ketiga N pada satu muka segitiga, atau meridional (mer) — ketiga N pada satu garis bujur (meridian).

Langkah 3 — Daftar susunan dua dien.

s-fac (fac simetris): kedua dien fasial dengan tata letak bercermin → punya bidang simetri, akiral = 1 isomer.
u-fac (fac asimetris): kedua dien fasial tapi tidak simetris → kiral, muncul sebagai sepasang enansiomer = 2 isomer.
mer–mer: kedua dien meridional → pada tingkat OSN dianggap punya simetri, akiral = 1 isomer.

Langkah 4 — Jumlahkan. \[1\,(\text{s-fac}) + 2\,(\text{u-fac, enansiomer}) + 1\,(\text{mer}) = \mathbf{4}\ \text{stereoisomer.}\]

Jadi jawabannya C (4).

Catatan jujur: enumerasi paling ketat sebenarnya memberi 5 (karena bentuk mer pun bisa kiral), tetapi 5 bukan opsi; perlakuan standar OSN yang menganggap mer akiral menghasilkan tepat 4. Angka 6 tidak muncul dari enumerasi mana pun yang benar — kemungkinan jebakan dari sekadar mengalikan bilangan koordinasi. Kunci C konsisten dengan perlakuan mer = akiral.

20.3 Soal 47

Pernyataan berikut yang benar mengenai spesi NF, NF+, dan NF– adalah …. (I) NF bersifat diamagnetik (II) Panjang ikatan tertinggi dimiliki oleh NF– (III) HOMO semua spesi adalah orbital π* (IV) Orde ikatan NF adalah 2,5

A. Semua benar
B. (I), (II), (III) benar
C. (I), (II), (IV) benar
D. (II) dan (III) benar
E. (III) dan (IV) benar

💡 Petunjuk

Tentukan jumlah elektron total tiap spesi (NF, NF⁺, NF⁻), lalu bandingkan dengan molekul diatomik yang sudah dikenal — apakah ada yang isoelektronik dengan \(\ce{O2}\) atau \(\ce{NO}\)?
Susun diagram MO untuk tiap spesi menggunakan urutan energi yang sesuai (perhatikan letak \(\sigma_{2p}\) vs \(\pi_{2p}\)), lalu hitung orde ikatan \(= \dfrac{e^-_{\text{bonding}} - e^-_{\text{antibonding}}}{2}\). Orde ikatan menentukan kekuatan sekaligus panjang ikatan.
Setelah diagram MO tersusun, periksa HOMO (orbital berenergi tertinggi yang terisi) masing-masing spesi, dan cek apakah ada elektron tak berpasangan untuk menentukan sifat magnetik (paramagnetik vs diamagnetik).

🔓 Sudah coba ≥5 menit tetap buntu? Klik untuk buka pembahasan

Spesi NF isoelektronik dengan \(\ce{O2}\): N punya 7 elektron, F punya 9, total 16 elektron — sama seperti \(\ce{O2}\). Pakai diagram MO tipe \(\ce{O2}\) (urutan \(\sigma_{2p}\) di bawah \(\pi_{2p}\)), elektron bonding (b) \(=10\), lalu sisanya mengisi antibonding.

Langkah 1 — konfigurasi & orde ikatan tiap spesi

Spesi	e⁻	isian terluar	antibonding (a)	Orde \(=\dfrac{b-a}{2}\)
\(\ce{NF}\)	16	\((\pi^*_{2p})^2\)	6	\(\frac{10-6}{2}=2\)
\(\ce{NF+}\)	15	\((\pi^*_{2p})^1\)	5	\(\frac{10-5}{2}=2{,}5\)
\(\ce{NF-}\)	17	\((\pi^*_{2p})^3\)	7	\(\frac{10-7}{2}=1{,}5\)

Langkah 2 — cek tiap pernyataan

(I) NF diamagnetik → SALAH. \(\ce{NF}\) punya 2 elektron tak berpasangan di \(\pi^*_{2p}\) (persis seperti \(\ce{O2}\)), jadi paramagnetik.
(II) Panjang ikatan tertinggi pada \(\ce{NF-}\) → BENAR. Orde ikatan terkecil (\(1{,}5\)) berarti ikatan terlemah dan terpanjang.
(III) HOMO semua spesi adalah \(\pi^*\) → BENAR. Elektron terluar (\(\ce{NF}\), \(\ce{NF+}\), \(\ce{NF-}\)) semuanya berada di orbital \(\pi^*_{2p}\).
(IV) Orde ikatan NF \(=2{,}5\) → SALAH. Orde ikatan \(\ce{NF}\) adalah \(2\); yang \(2{,}5\) adalah \(\ce{NF+}\).

Langkah 3 — kesimpulan. Yang benar hanya (II) dan (III).

Jawaban: D.

20.4 Soal 48

📄 Soal asli (ada figur — halaman PDF asli)

Ion trioksodinitrat (N2O32–) memiliki kerangka struktur Lewis sebagai berikut. Berdasarkan struktur Lewis yang paling stabil, pernyataan manakah di bawah ini yang benar?

A. Struktur tersebut mengandung 2 ikatan pi
B. Semua atom berada pada bidang yang sama (planar)
C. Semua atom N memiliki muatan formal 0
D. Semua ikatan N-O memiliki panjang ikatan yang sama
E. Struktur tersebut memiliki 3 struktur resonansi lain yang ekuivalen

💡 Petunjuk

Hitung total elektron valensi ion \(\ce{N2O3^{2-}}\) dengan rumus: jumlahkan elektron valensi semua atom, lalu tambahkan elektron sesuai muatan ion.
Gambar struktur Lewis paling stabil dengan meminimalkan muatan formal pada setiap atom — gunakan aturan muatan formal: \(\text{muatan formal} = e_\text{valensi} - e_\text{bebas} - \tfrac{1}{2}e_\text{ikatan}\).
Setelah struktur tergambar, periksa setiap klaim (jumlah ikatan \(\pi\), hibridisasi dan geometri tiap N, kesetaraan atom O, panjang ikatan) secara satu per satu berdasarkan domain elektron di sekitar masing-masing atom N.

🔓 Sudah coba ≥5 menit tetap buntu? Klik untuk buka pembahasan

Ion trioksodinitrat \(\ce{N2O3^2-}\) (kerangka: dua N berikatan; satu N mengikat 1 O di atas, satu N lagi mengikat 2 O di bawah).

Langkah 1 — Hitung elektron valensi. \(2(5)_\text{N} + 3(6)_\text{O} + 2_\text{(muatan)} = 30\) elektron \(= 15\) pasang.

Langkah 2 — Susun struktur paling stabil (muatan formal minimum). Bentuk paling stabil: satu ikatan rangkap \(\ce{N=O}\), sisanya ikatan tunggal:

\[\ce{O=N - N(-O^-)(-O^-)}\]

dengan tiap N membawa 1 pasang elektron bebas. Cek: 5 pasang ikatan + 10 pasang bebas \(= 30\) e. Muatan formal: kedua N \(= 0\), O rangkap \(= 0\), dua O tunggal masing-masing \(-1\). Jumlah \(= -2\) (cocok dengan muatan ion).

Langkah 3 — Uji tiap pilihan.

A salah: hanya ada 1 ikatan pi (dari satu \(\ce{N=O}\)), bukan 2.
B salah: N yang mengikat 2 O punya 4 domain (3 ikatan + 1 PEB) \(\Rightarrow\) \(sp^3\), piramidal — tidak planar.
C benar: pada struktur paling stabil kedua atom N bermuatan formal 0.
D salah: ikatan \(\ce{N=O}\) (rangkap, pendek) berbeda panjang dari \(\ce{N-O}\) tunggal.
E salah: ketiga O tidak setara (satu O rangkap pada N atas, dua O tunggal pada N bawah), jadi tidak ada 3 resonansi ekuivalen.

Jawaban: C.

20.5 Soal 49

Sebanyak 50 cm3 suatu gas yang kemungkinan termasuk golongan alkana, alkena, atau alkuna membutuhkan 325 cm3 oksigen untuk pembakaran sempurnanya (kedua volume diukur pada T dan P yang sama). Gas tersebut memiliki rumus molekul ….

A. \(\ce{C4H8}\)
B. \(\ce{C4H10}\)
C. \(\ce{C4H14}\)
D. \(\ce{C8H14}\)
E. \(\ce{C8H18}\)

💡 Petunjuk

Pada \(T\) dan \(P\) yang sama, perbandingan volume gas = perbandingan mol (Hukum Gay-Lussac/Avogadro). Gunakan ini untuk mengubah rasio volume \(\ce{O2}\) : gas menjadi koefisien stoikiometri reaksi pembakaran.
Tulis persamaan pembakaran sempurna umum untuk hidrokarbon \(\ce{C_xH_y}\): \[\ce{C_xH_y + \left(x+\frac{y}{4}\right)O2 -> x CO2 + \frac{y}{2} H2O}\] lalu nyatakan koefisien \(\ce{O2}\) sebagai persamaan dalam \(x\) dan \(y\).
Substitusikan nilai koefisien \(\ce{O2}\) yang diperoleh ke persamaan \(x + \dfrac{y}{4} = \ldots\), kemudian uji setiap pilihan rumus molekul alkana/alkena/alkuna untuk menemukan mana yang memenuhi persamaan tersebut.

🔓 Sudah coba ≥5 menit tetap buntu? Klik untuk buka pembahasan

Pada \(T\) dan \(P\) sama, perbandingan volume = perbandingan mol (Hukum Gay-Lussac). Jadi tiap 1 volume gas butuh

\[\frac{V_{\ce{O2}}}{V_{\text{gas}}}=\frac{325}{50}=6{,}5 \text{ mol } \ce{O2}.\]

Pembakaran sempurna hidrokarbon \(\ce{C_xH_y}\):

\[\ce{C_xH_y + \left(x+\tfrac{y}{4}\right) O2 -> x CO2 + \tfrac{y}{2} H2O}\]

Maka koefisien oksigen harus memenuhi

\[x+\frac{y}{4}=6{,}5.\]

Uji pilihan:

\(\ce{C4H10}\): \(4+\tfrac{10}{4}=4+2{,}5=6{,}5\) ✓
\(\ce{C4H8}\): \(4+2=6\) ✗
\(\ce{C8H18}\): \(8+4{,}5=12{,}5\) ✗

Hanya \(\ce{C4H10}\) (butana, alkana) yang cocok. Jawaban: B.

20.6 Soal 50

Suatu material kristalin dianalisis menggunakan difraksi sinar-X dengan radiasi Cu Kα(λ = 1,5406 Å). Puncak difraski orde pertama teramati pada sudut 2θ = 30,0 °C. Berapakah jarak antarbidang kristal (d-spacing) yang sesuai dengan puncak ini?

A. 0,100 nm
B. 0,154 nm
C. 0,257 nm
D. 0,298 nm
E. 0,308 nm

💡 Petunjuk

Gunakan Hukum Bragg: \(n\lambda = 2d\sin\theta\), di mana \(n=1\) untuk difraksi orde pertama.
Perhatikan bahwa sudut yang diberikan adalah \(2\theta\), bukan \(\theta\) — bagi dua dulu sebelum menghitung \(\sin\theta\).
Setelah mendapat \(\sin\theta\), selesaikan untuk \(d = \dfrac{\lambda}{2\sin\theta}\); ingat satuan \(\lambda\) dalam Ångström (Å), dan \(1\ \text{Å} = 0{,}1\ \text{nm}\).

🔓 Sudah coba ≥5 menit tetap buntu? Klik untuk buka pembahasan

Pakai hukum Bragg: \(n\lambda = 2d\sin\theta\) untuk orde pertama \(n=1\).

1. Tentukan \(\theta\). Yang diberikan adalah sudut \(2\theta = 30{,}0^\circ\) (satuan “\(^\circ\)C” pada soal jelas salah ketik, maksudnya derajat sudut), jadi

\[\theta = \frac{30{,}0^\circ}{2} = 15{,}0^\circ\]

2. Hitung \(d\). Dengan \(\lambda = 1{,}5406\ \text{Å}\) dan \(\sin 15{,}0^\circ = 0{,}2588\):

\[d = \frac{n\lambda}{2\sin\theta} = \frac{1{,}5406}{2(0{,}2588)} = \frac{1{,}5406}{0{,}5176} \approx 2{,}976\ \text{Å}\]

3. Ubah ke nm. \(1\ \text{Å} = 0{,}1\ \text{nm}\), jadi

\[d \approx 0{,}298\ \text{nm}\]

Jawaban D.