Struktur elektron: mengapa fosfin berbeda dari amonia
Meskipun molekul fosfin ($PH_3$) dan amonia ($NH_3$) tampak sebagai analog lengkap dalam komposisinya, perilaku kimia mereka sangat berbeda. Alasan utamanya terletak pada kekhususan struktur cangkang elektron atom pusat.
Dalam molekul amonia, pasangan elektron bebas dari atom nitrogen terlibat dalam proses hibridisasi. Ini membentuk awan $sp^3$ hibrida yang memiliki orientasi spasial yang jelas ke arah calon akseptor proton. Oleh karena itu, sudut ikatan dalam amonia adalah sekitar $107^\circ$, dan zat itu sendiri mampu dengan mudah menambahkan ion hidrogen, menunjukkan sifat basa yang jelas.
Dalam molekul fosfin, situasinya berbeda. Pasangan elektron bebas dari atom fosfor dilokalisasi pada orbital $s$ non-hibridisasi. Awan elektron ini memiliki bentuk bola dan tidak memiliki orientasi spasial. Akibatnya, sangat sulit bagi atom fosfor untuk bertindak sebagai donor pasangan elektron untuk penambahan proton. Tidak adanya hibridisasi orbital pengikat dikonfirmasi oleh nilai sudut ikatan dalam molekul $PH_3$, yang kira-kira $93^\circ$ (yaitu, mendekati $90^\circ$). Inilah sebabnya mengapa sifat basa pada fosfin diekspresikan dengan sangat lemah dibandingkan dengan amonia.
Interaksi asam-basa dan garam fosfonium
Karena kekhususan struktur elektronnya, fosfin larut dengan buruk di dalam air dan sama sekali tidak mampu menciptakan medium alkali di dalamnya. Reaksi pembentukan garam yang melibatkan gas ini berlangsung sangat sulit dan memiliki batasan yang ketat.
Fosfin memasuki reaksi penambahan eksklusif dengan hidrogen halida gas. Saat bersentuhan dengannya, senyawa kristal terbentuk — garam fosfonium. Contoh klasik dari interaksi tersebut adalah reaksi dengan asam bromida:
$$PH_3 + HBr \rightleftarrows PH_4Br$$
Namun, garam yang dihasilkan, seperti fosfonium bromida ($PH_4Br$), sama sekali tidak stabil dalam larutan akuatik. Ketika dicoba untuk dilarutkan, terjadi hidrolisis total dan ireversibel. Garam tersebut langsung hancur oleh air dengan pelepasan gas awal yang berlimpah — fosfin:
$$PH_4Br + H_2O = PH_3\uparrow + H_3O^+ + Br^-$$
Fitur ini membuat keberadaan kation fosfonium tidak mungkin dalam medium akuatik.
Fosfida logam dan hidrolisisnya
Fosfor mampu bereaksi dengan logam aktif, membentuk senyawa biner yang disebut fosfida. Dalam zat-zat ini, fosfor juga berada dalam bilangan oksidasi -3.
Seperti garam fosfonium, fosfida logam mengalami hidrolisis total saat berinteraksi dengan air. Sebagai hasil dari reaksi ini, hidroksida dari logam yang sesuai terbentuk dan gas fosfin dilepaskan. Misalnya, hidrolisis kalsium fosfida dijelaskan oleh persamaan berikut:
$$Ca_3P_2 + 6H_2O = 3Ca(OH)_2 + 2PH_3\uparrow$$
Dengan cara yang sama, fosfida dihancurkan di bawah tindakan larutan asam encer (misalnya, asam sulfat), yang juga mengarah pada pelepasan fosfin secara intensif.
Sifat redoks
Jika sifat basa dari fosfin diekspresikan secara lemah, maka kapasitas pereduksinya, sebaliknya, sangat tinggi. Dalam larutan, fosfin adalah agen pereduksi yang jauh lebih kuat daripada amonia.
Fosfin mudah teroksidasi oleh berbagai reagen, termasuk kalium permanganat ($KMnO_4$). Reaksi-reaksi ini aktif terjadi baik dalam medium asam maupun basa. Ketika teroksidasi dalam kelebihan alkali, fosfor beralih dari bilangan oksidasi -3 ke bilangan oksidasi tertinggi +5, membentuk fosfat, dan permanganat direduksi menjadi manganat:
$$PH_3 + 8KMnO_4 + 11KOH = K_3PO_4 + 8K_2MnO_4 + 7H_2O$$
Aktivitas kimia semacam ini menentukan stabilitas rendah fosfin dengan adanya agen penasi dan menekankan statusnya sebagai agen pereduksi yang kuat.
Untuk mengingat perbedaan antara senyawa hidrogen: "Amonia Aktif (ada hibridisasi $sp^3$), sedangkan Fosfin Fiktif (tidak ada hibridisasi, pasangan elektron disembunyikan pada bola-$s$)".
Soal-soal dari kelas dan ujian
Mengapa larutan akuatik fosfin tidak mengubah warna indikator menjadi alkali?
Tidak seperti amonia, fosfin praktis tidak berinteraksi dengan air untuk membentuk ion hidroksida. Pasangan elektron bebasnya terletak pada orbital-$s$ dan tidak mampu secara efektif menambahkan proton dari air.
Apakah mungkin untuk mendapatkan fosfonium sulfat dengan mengalirkan gas melalui larutan asam sulfat?
Tidak, reaksi pembentukan garam untuk fosfin hanya mungkin terjadi dengan hidrogen halida dalam fase gas. Dalam larutan akuatik, garam fosfonium terhidrolisis seketika.
Bagaimana cara menulis reaksi dekomposisi kalsium fosfida oleh asam dengan benar?
Prosesnya mirip dengan hidrolisis: fosfida bereaksi dengan asam encer (misalnya, $H_2SO_4$) untuk membentuk garam logam (kalsium sulfat) dan pelepasan gas fosfin.
Topik lain untuk dipelajari
- Oksidasi fosfin oleh kalium permanganat dalam medium asam (persamaan reaksi)
- Interaksi fosfida dengan asam encer (menggunakan contoh asam sulfat)
- Alasan stabilitas termodinamika fosfin yang lebih rendah dibandingkan dengan amonia
- Analisis terperinci tentang struktur elektron atom fosfor tanpa hibridisasi orbital
Pelajari topik ini secara menyeluruh dalam kursus «Kimia»
Di sini adalah ringkasan. Di dalam kursus — semua yang ditanyakan saat kelas dan ujian.
- Panduan metodologis lengkap tentang topik "Fosfin dan fosfida" dan 3.009 halaman mata pelajaran lainnya
- Tugas dan kuis setelah setiap topik — seperti pada kolokium
- AI-tutor akan menjawab pertanyaan topik kapan saja
- 99 video pembelajaran untuk mata pelajaran ini
Topik lain dari bagian "Bab 11. Unsur Golongan VA"
Materi disiapkan oleh staf pengajar WhiteCoat Pro sesuai dengan kurikulum pendidikan kedokteran. Bersifat edukatif.