Cara Bina Formula Kalsium Fosfat: Nota Ringkas Kimia Tingkatan 4

Formula kimia kalsium fosfat ialah Ca₃(PO₄)₂. Sebatian ini terdiri daripada ion kalsium, Ca²⁺, dan ion fosfat, PO₄³⁻, dalam nisbah 3 : 2, kerana tiga ion Ca²⁺ (jumlah cas +6) diperlukan untuk meneutralkan dua ion PO₄³⁻ (jumlah cas −6). Dalam soalan latihan objektif gaya SPM yang dibincangkan dalam Kelas LIVE Aster Edu, inilah jawapan yang betul, iaitu pilihan D.

Konsep ringkas

Topik ini terletak dalam Bab 3, Konsep Mol, Formula dan Persamaan Kimia, di bawah subtopik Formula Kimia. Kemahiran yang sama digunakan semula dalam Bab 6 apabila anda menulis formula garam dan persamaan ion.

Sebatian ion terbina daripada kation (ion positif) dan anion (ion negatif). Sebatian itu neutral, jadi jumlah cas positif mesti sama dengan jumlah cas negatif. Formula kimianya menunjukkan nisbah paling ringkas bagi ion-ion tersebut.

Kalsium ialah logam Kumpulan 2. Atomnya menderma dua elektron valens untuk membentuk ion Ca²⁺. Ion fosfat pula ialah ion poliatom, iaitu satu atom fosforus dan empat atom oksigen yang bergabung sebagai satu unit dengan cas keseluruhan −3. Oleh itu, PO₄ tidak boleh dipecahkan atau diubah ketika menulis formula.

Cara paling cepat untuk membina formula ini ialah kaedah silang cas:

1. Tulis kation dahulu, kemudian anion: Ca²⁺ dan PO₄³⁻.
2. Silangkan nilai cas tanpa tanda. Nilai 2 daripada Ca²⁺ menjadi subskrip PO₄, dan nilai 3 daripada PO₄³⁻ menjadi subskrip Ca.
3. Letakkan PO₄ dalam kurungan kerana ada lebih daripada satu ion fosfat: Ca₃(PO₄)₂.
4. Semak: 3 × (+2) = +6 dan 2 × (−3) = −6. Jumlahnya sifar, jadi formula itu betul.

Satu unit formula Ca₃(PO₄)₂ mengandungi 3 atom Ca, 2 atom P dan 8 atom O. Dengan jisim atom relatif Ca = 40, P = 31 dan O = 16, jisim formula relatifnya ialah 3(40) + 2[31 + 4(16)] = 120 + 190 = 310.

Jadual di bawah menunjukkan ion yang terlibat dan sebatian yang menjadi petunjuk casnya.

Cara menjawab soalan SPM

Soalan dalam kelas memberikan formula kalsium nitrat, Ca(NO₃)₂, dan kalium fosfat, K₃PO₄. Maklumat ini sengaja diberi supaya anda boleh mencari cas ion walaupun terlupa jadual ion:

• Cas kalsium daripada Ca(NO₃)₂. Ion nitrat bercas −1 dan ada dua ion nitrat, jadi jumlah cas negatif ialah −2. Supaya neutral, ion kalsium mestilah Ca²⁺.
• Cas fosfat daripada K₃PO₄. Ion kalium bercas +1 dan ada tiga ion kalium, jadi jumlah cas positif ialah +3. Oleh itu, ion fosfat mestilah PO₄³⁻.

Selepas cas diketahui, silangkan cas, semak jumlahnya, kemudian hapuskan pilihan yang salah. Pilihan salah dalam soalan jenis ini biasanya mengikut corak berikut:

• CaPO₄: nisbah 1 : 1 memberi cas +2 dan −3, jadi sebatian tidak neutral.
• Ca₂(PO₄)₃: subskrip tertukar, memberi jumlah cas +4 dan −9.
• Ca₃PO₄: hanya satu ion fosfat, memberi jumlah cas +6 dan −3.
• Ca₃PO₄₂: tiada kurungan, jadi nombor 42 dibaca sebagai 42 atom oksigen.

Hanya Ca₃(PO₄)₂ memberi jumlah cas sifar dengan ion fosfat yang lengkap.

Soalan juga boleh bertanya secara terbalik, iaitu meminta cas ion berdasarkan formula. Dalam Ca₃(PO₄)₂, tiga ion Ca²⁺ membawa jumlah cas +6, jadi dua ion fosfat mesti membawa jumlah cas −6, iaitu −3 bagi setiap ion. Langkah semakan yang sama berfungsi dalam kedua-dua arah.

Contoh soalan dan jawapan

Soalan: Larutan magnesium nitrat, Mg(NO₃)₂, dicampurkan dengan larutan natrium fosfat, Na₃PO₄. Mendakan magnesium fosfat terbentuk bersama larutan natrium nitrat.

• (a) Berdasarkan formula yang diberi, nyatakan cas ion magnesium dan cas ion fosfat. [2 markah]
• (b) Bina formula kimia magnesium fosfat. [1 markah]
• (c) Tulis persamaan kimia yang seimbang bagi tindak balas ini. [2 markah]
• (d) Hitung jisim formula relatif magnesium fosfat. [Jisim atom relatif: Mg = 24, P = 31, O = 16] [1 markah]

Jawapan:

• (a) Ion magnesium ialah Mg²⁺ kerana ia dineutralkan oleh dua ion NO₃⁻. Ion fosfat ialah PO₄³⁻ kerana ia dineutralkan oleh tiga ion Na⁺.
• (b) Silangkan cas untuk mendapat Mg₃(PO₄)₂. Semakan: 3(+2) + 2(−3) = 0.
• (c) 3Mg(NO₃)₂(ak) + 2Na₃PO₄(ak) → Mg₃(PO₄)₂(p) + 6NaNO₃(ak). Persamaan ionnya ialah 3Mg²⁺(ak) + 2PO₄³⁻(ak) → Mg₃(PO₄)₂(p).
• (d) 3(24) + 2[31 + 4(16)] = 72 + 190 = 262.

Kesilapan biasa

• Menulis cas fosfat sebagai −2. Ion fosfat bercas −3. Cas −2 ialah cas ion sulfat, SO₄²⁻, dan ion karbonat, CO₃²⁻.
• Lupa kurungan. Kurungan wajib apabila lebih daripada satu ion poliatom diperlukan, contohnya Ca₃(PO₄)₂ dan Ca(NO₃)₂. Jika hanya satu, kurungan tidak ditulis, seperti dalam K₃PO₄.
• Mengubah formula ion poliatom. Subskrip 4 dalam PO₄ kekal. Jangan tukar PO₄ kepada PO₂ atau gabungkan menjadi P₂O₈ semasa menyilang cas.
• Tidak menyemak jumlah cas. Semakan 3 × (+2) + 2 × (−3) = 0 hanya mengambil masa beberapa saat dan boleh menyelamatkan markah.

Latihan cepat

1. Bina formula aluminium sulfat (Al³⁺ dan SO₄²⁻). Jawapan: Al₂(SO₄)₃.
2. Bina formula ammonium fosfat (NH₄⁺ dan PO₄³⁻). Jawapan: (NH₄)₃PO₄. Kurungan diperlukan untuk ion ammonium, bukan ion fosfat.
3. Bina formula aluminium fosfat (Al³⁺ dan PO₄³⁻). Jawapan: AlPO₄. Nilai casnya sama, jadi nisbahnya 1 : 1 tanpa kurungan.

Formula garam seperti ini akan muncul lagi apabila anda mengenal pasti garam yang tidak larut dalam Bab 6. Sambung ulang kaji dengan nota garam klorida yang tidak larut (PAH) dan garam sulfat yang tidak larut.

Jika anda mahu berlatih soalan seperti ini bersama guru, kelas Kimia Tingkatan 4 Sains Tulen Aster Edu dalam jadual 2027 berlangsung secara LIVE pada malam Khamis, 8.00 hingga 9.00 malam. Lihat jadual kelas Tingkatan 4 Sains Tulen.

Soalan lazim

Kenapa formula kalsium fosfat perlu kurungan?

Kurungan menunjukkan bahawa PO₄ ialah satu unit ion. Ca₃(PO₄)₂ bermaksud tiga ion kalsium dan dua ion fosfat. Tanpa kurungan, Ca₃PO₄₂ akan dibaca sebagai satu atom fosforus dan 42 atom oksigen, yang tidak bermakna.

Bagaimana jika soalan tidak memberi cas ion fosfat?

Hafal cas ion yang biasa dalam jadual kation dan anion buku teks, termasuk fosfat (PO₄³⁻), sulfat (SO₄²⁻), karbonat (CO₃²⁻) dan nitrat (NO₃⁻). Jika soalan memberi sebatian lain seperti K₃PO₄ atau Na₃PO₄, gunakan sebatian itu untuk mengesahkan cas, sama seperti dalam contoh di atas.

Adakah kalsium fosfat larut dalam air?

Tidak. Kalsium fosfat hampir tidak larut dalam air, sebab itu ia terbentuk sebagai mendakan apabila larutan yang mengandungi ion Ca²⁺ dicampur dengan larutan yang mengandungi ion PO₄³⁻. Persamaan ionnya ialah 3Ca²⁺(ak) + 2PO₄³⁻(ak) → Ca₃(PO₄)₂(p).