BENDA WUJUD, SIFAT DAN KEGUNAANNYA

BENDA WUJUD, SIFAT DAN KEGUNAANNYA

Benda = Materi = bahan

Wujud benda : 1) Padat 2) Cair 3) Gas

Benda Padat 1. Mekanis kuat (tegar), sukar berubah bentuk, keras 2. Titik leleh tinggi 3. Sebagian konduktor listrik yang baik (logam), sebagian isolator yang baik 4. Sebagian penghantar panas yang baik (logam), sebagian isolator yang baik 5. Sebagian memiliki sifat optik baik, sebagian tidak baik 6. Sebagian berstruktur kristal, ada yang amorf

Benda Cair 1. Mudah berubah bentuk mengikuti bentuk wadahnya 2. Mudah dicerai beraikan molekul-molekul pembentuknya 3. Mudah berubah wujud (titik didih rendah) 4. Merupakan zat alir (fluida) 5. Tidak terjadi ekspansi volum 6. Tidak membentuk stuktur kristal

Benda Gas 1. Mudah berubah bentuk mengikuti bentuk wadahnya 2. Mudah dicerai beraikan molekul-molekul pembentuknya 3. Mudah berubah wujud (titik didih rendah) 4. Merupakan zat alir (fluida) 5. Terjadi ekspansi volume 6. Tidak membentuk struktur kristal

Mengapa Benda-Benda memiliki sifat-sifat yang berbeda??? Unsur terkecil penyusun benda adalah unsur-unsur bisa berupa atom maupun molekul. Unsur-unsur tersebut satu sama lain saling berikatan membentuk suatu struktur benda. Jenis unsur yang berikatan, jenis ikatan yang terjadi, dan struktur ikatan yang terbentuk akan menentukan sifat-sifat benda. Wujud zat (padat, cair, dan gas) juga ditentukan oleh jenis (proses) ikatan yang terjadi dan struktur yang dihasilkan dari proses ikatan tersebut

inti Apa atom??? elektron Atom dimodelkan sebagai suatu inti yang dikelilingi oleh elektron. Pada inti terdapat proton (bermuatan positif) dan netron (tidak bermuatan). Elektron bermuatan negatif (- 1,602 x 10-19 C). Jumlah proton dan elektron dalam sebuah atom adalah sama, sehingga secara kelistrikan atom itu netral. Setiap atom memiliki jumlah proton (elektron) berbeda. Jumlah proton (elektron) dalam suatu atom dinyatakan oleh nomor atom, sedangkan massanya dinyatakan dalam satuan massa atom.

A Z M Disini Z adalah nama atom, A adalah nomor atom, dan M adalah massa atom. Contoh 14 Si 28.086 Atom Silikon memiliki nomor atom 14, artinya jumlah proton atau elektron pada atom Silikon adalah 14.

Elektron mengelilingi inti (mengorbit) pada tingkat-tingkat energi tertentu. Jumlah elektron yang menempati tingkattingkat energi tertentu diatur oleh Azas Pauli dan aturan und. Tingkat energi pertama (kulit pertama) maksimum ditempati oleh 2 elektron. Tingkat energi kedua (kulit kedua) maksimum ditempati oleh 8 elektron. Tingkat energi ketiga (kulit ketiga) maksimum ditempati oleh 18 elektron. Tingkat energi keempat (kulit keempat) maksimum ditempati oleh 18 elektron. Tingkat energi kelima (kulit kelima) maksimum ditempati oleh 32 elektron. Dan seterusnya.

Elektron-elektron yang terdapat dalam suatu atom akan tersebar menempati tingkat-tingkat energi tertentu dengan mengikuti aturan tersebut. Contoh. Atom Silikon (Si) memiliki jumlah elektron 14, jadi elektron-elekton akan tersebar seperti berikut : 2 pada kulit ke-1, 8 pada kulit ke-2, dan 4 pada kulit ke-3. Atom Tembaga (Cu) memiliki jumlah elektron 30, jadi elektron-elekton akan tersebar seperti berikut : 2 pada kulit ke-1, 8 pada kulit ke-2, 18 pada kulit ke-3, dan 2 pada kulit ke-4. Elektron yang menempati kulit terluar (tingkat energi tertinggi) yang ditempati elektron disebut elektron valensi. Jadi atom Silikon memiliki 4 elektron valensi, sedangkan tembaga memiliki 2 elektron valensi.

Elektron-elektron pada suatu atom dapat tereksitasi (meninggalkan tempat kedudukan semula ke kedudukan lain) ketika menerima energi. Atau bahkan loncat ke tingkat bebas (tingkat energi dimana elektron sudah tidak dibawah pangaruh inti induknya lagi yang dicirikan bila elektron tersebut tidak lagi mengitari inti asalnya). Energi terkecil yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari keadaan terikat pada inti ke keadaan bebas disebut energi ionisasi. Energi ionisasi adalah ukuran kestabilan konfigurasi elektron pada kulit terluar dari suatu atom.

Golongan gas Mulia (golongan VIII) pada tabel periodik seperti atom : 2e, 10Ne, 18Ar, Kr, Xe, Rn, memiliki energi ionisasi yang besar, hal ini dikarenakan pada sub kulit terluarnya diisi penuh oleh elektron. Sehingga konfigurasinya sangat stabil. Diperlukan energi yang cukup besar untuk melepaskan elektron dari sub kulit terluarnya (atom-atom ini dikatakan kurang atau tidak reaktif). Sedangkan golongan logam alkali (golongan I) pada tabel periodik seperti atom : 3Li. 11Na, 19K, dst, pada kulit terluarnya hanya diisi oleh 1 elektron, sehingga untuk melepaskan elektron dari kulit terluarnya diperlukan energi yang tidak terlalu besar. Dengan kata lain elektron terluar ini mudah dilepaskan. Sehingga atom-atom golongan ini memiliki energi ionisasi yang kecil. Golongan alkali ini mudah bereaksi dengan atom-atom sesamanya maupun atom-atom lain (secara kimiawi dikatan sangat reaktif).

Bagaimana kecenderungan atom-atom melepaskan atau menangkap elektron??? Secara umum atom-atom dengan banyak elektron valensi kurang dari 4 (atom-atom golongan I sampai golongan III) cenderung melepaskan elektron dan membentuk ion positif. (ion adalah atom yang kehilangan atau mendapatkan tambahan elektron sehingga kelistrikannya tidak netral. Atom yang kehilangan sebagian elektron akan menjadi bermuatan positif dan disebut ion positif, sedangkan atom yang mendapat tambahan elektron akan bermuatan negatif dan disebut ion negatif). Contoh golongan I : Na Na + + e Contoh golongan II : Ca Ca ++ + 2e Contoh golongan III : Al Al +++ + 3e

Sedangakan atom-atom dengan banyak elektron valensi lebih dari 4 (atom-atom golongan V sampai dengan golongan VII) cenderung menerima elektron membentuk ion negatif. Contoh golongan VII : Cl + e Cl - Contoh golongan V : N + 3e N 3-

Atom-atom satu sama lain dapat berikatan karena ada gaya ikat. Tarik menarik Tolak menolak Ketika jarak antar atom besar ( r >>>) terjadi gaya tarik yang lebih dominan, yaitu tarik menarik antara inti yang bermuatan positif dengan elektron yang bermuatan negatif. Ketika jarak antar atom kecil ( r <<<) terjadi gaya tolak yang lebih dominan, yaitu tolak menolak antara inti atom yang satu dengan inti atom yang lainnya yang sama-sama bermuatan positif.

Ada jarak tertentu (r 0 ) yang menunjukkan gaya interaksi adalah nol (gaya tarik = gaya tolak). Pada keadaan ini energi potensial sistem menjadi minimum. Energi potensial minimum ini yang disebut sebagai energi ikat. Jarak kesetimbangan antara atom-atom yang berikatan disebut jarak ikatan. asil ikatan atom-atom membentuk struktur benda. Struktur dengan keteraturan berjangkauan panjang disebut kristal. Struktur dengan keteraturan berjangkauan pendek (teratur pada daerah-daerah tertentu saja) disebut amorf.

JENIS-JENIS IKATAN KIMIA DALAM PEMBENTUKAN BENDA Ikatan Ionik Ikatan Kovalen Ikatan Logam Ikatan Van der Wals Ikatan idrogen Ikatan ionik, kovalen dan logam tergolong jenis ikatan kuat, Jenis-jenis ikatan ini memiliki energi ikat antara 1 10 ev (baca elektronvolt) dimana 1 ev = 1,602 x 10-19 Joule. Ketiga jenis ikatan ini pada umumnya menghasilkan zat atau bahan padat dalam struktur kristal yang keras dan memiliki titik leleh yang tinggi. Sedangkan ikatan Van der Waals dan ikatan idrogen tergolong jenis ikatan lemah dengan energi ikat kurang dari 0,5 ev. Produk dari ikatan lemah ini biasanya berwujud cair (seperti air) atau gas (seperti gas argon). Tetapi dapat dihasilkan juga dalam wujud padat seperti es.

Ikatan Ionik Sesuai dengan namanya, maka unsur-unsur yang berikatan dengan jenis ikatan ini adalah ion-ion (ionik). Ion adalah atom yang melepaskan atau menerima elektron. Pada dasarnya atom adalah netral secara kelistrikan, artinya jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif. Muatan positif dimiliki oleh proton yang terletak pada inti atom, sedangkan muatan negatif dimiliki oleh elektronelektron yang bergerak mengelilingi atom. Karena jumlah proton dan elektron pada suatu atom adalah sama, maka jumlah muatan positif dan negatif juga sama, sehingga atom bersifat netral. Atom yang melepaskan elektron disebut ion positip, karena ketika melepaskan elektron atom akan kehilangan sebagian muatan negatif (ingat elektron bermuatan listrik negatif) sehingga menjadi lebih positif dan disebut ion positif. Sebaliknya atom yang menerima elektron disebut ion negatif.

Ikatan Ionik Ion positif dan negatif dapat saling tarik menarik membentuk suatu ikatan. Gaya pengikatnya adalah gaya Coulomb. Gaya Coulomb adalah gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua partikel bermuatan listrik. Gaya tarik menarik terajadi antara dua partikel atau lebih yang muatan listrik tidak sejenis (positif dan negatif), sedangkan gaya tolak menolak terajadi antara dua partikel atau lebih yang muatannya sejenis (negatif dengan negatif atau positif dengan positif. Besarnya gaya Coulomb dirumuskan sebagi berikut : F k q 1 r F adalah gaya Coulomb, q1 dan q2 adalah muatan partikelpartikel, dan r adalah jarak pisah antara partikel yang berinteraksi q 2 2

Ikatan Ionik Contoh kristal hasil ikatn ionik adalah garam dapur (NaCl). Kristal NaCl dibentuk oleh atom Natrium (Na) dan atom Clorida (Cl) melalui proses seperti berikut : Atom Na memiliki nomor atom 11, artinya memiliki 11 elektron, 10 elektron merupakan elektron inti dan 1 elektron valensi. 11 17 Na Cl

Ikatan Ionik Gambar konfigurasi elektron pada : a) suatu atom b) pada atom natrium Atom Clorida (Cl) memiliki nomor atom 17, artinya memiliki elektron 17, 10 elektron merupakan elektron inti dan 7 elektron valensi. Untuk membentuk ikatan ionik, maka ketika atom Na dan atom Cl didekatkan satu sama lain akan terjadi transfer elektron (1 elektron) dari atom Na ke atom Cl. Akibatnya atom Na yang kehilangan 1 elektron akan menjadi ion Na+ karena melepas 1 elektron sedangkan atom Cl akan menjadi ion Cl- karena menerima 1 elektron. Menurut Coulomb, selanjutnya kedua ion Na+ dan Cl- ini akan saling tarik menarik membentuk kristal NaCl.

Ikatan Ionik Na e Cl Sesama molekul NaCl kemudian tarik menarik dengan gaya Coulomb membentuk suatu ikatanmenghasilkan kristal NaCl (garam dapur) Na + Cl - Na Cl

Ikatan Ionik Kristal-kristal ionik memiliki sifat-sifat umum seperti berikut : Termasuk kristal padat yang keras karena ikatan antara ion-ion penyusunnya tergolong ikatan kuat. Tergolong konduktor listrik dan panas yang jelek karena dari proses ikatan tersebut tidak menghasilkan elektron bebas. Memiliki titik leleh tinggi. Biasanya terlarut dalam zat cair polar, seperti air, tetapi tidak larut dalam zat cair koavalen seperti bensin. Molekul air (2) yang memiliki momen dipol listrik permanen dapat mengerjakan gaya tarik terhadap ionion bermuatan listrik yang dapat memutuskan ikatan ionik sehingga kristal ionik tersebut dikatan terlarut dalam air.

Ikatan Ionik Garam Dapur

Ikatan Kovalen Sesuai dengan namanya, maka ikatan ini dibentuk atas dasar penggunaan elektron valensi masing-masing secara bersama, sehingga seolah-olah kulit terluar dari lintasan elektronnya terisi oleh 8 elektron seperti halnya konfigurasi unsur-unsur gas mulia (golongan VIII, argon, neon, kripton, dll) seperti ditunjukkan pada gambar berikut. Ne 10

Ikatan Kovalen Ikatan kovalen dapat terjadi antara atom-atom golongan IV dengan golongan IV (seperti Si-Si, C-C, dll) atau atom-atom golongan V dengan golongan III (seperti GaAs, InSb, AlN, dll) atau atom-atom golongan II dengan golongan VI (seperti Zn, ZnS, Cu, dll). Si 1 4 Si 1 4

Ikatan Kovalen Sifat-sifat kristal hasil ikatan kovalen : Semua kristal kovalen sangat keras karena memiliki energi ikat yang besar (lebih besar dari kristal ionik). Memiliki titik leleh yang sangat tinggi. Contoh kristal kovalen yang paling keras adalah kristal Intan, memiliki titik leleh 4000 K. Tidak larut dalam zat cair biasa. Merupakan isolator yang baik. Sebagian bersifat Transparan (tembus terhadap cahaya)

Logam (Zat Padat) Mengapa transmisi jaringan listrik menggunakan bahan logam seperti tembaga (Cu)???

Ikatan Logam Ikatan logam disusun oleh unsur-unsur golongan logam. Unsur-unsur dari golongan ini sangat reaktif secara kimia. Unsur-unsur golongan logam menempati golongan I, II, atau III. Karena unsur-unsur goloangan ini reaktif dan cenderung melepaskan elektron (golongannya di bawah golongan IV), maka ketika terjadi ikatan antar sesama unsur logam, masing-masing unsur akan melepaskan elektron yang akan menjadi elektron bebas (elektron konduksi) yang menjadi milik kristal logam. Itulah sebabnya mengapa pada logam banyak terkandung elektron bebas. Elektron-elektron bebas ini membentuk awan elektron atau gas elektron. Banyaknya kandungan elektron bebas pada logam seperti besi, tembaga, dll, menyebabkan bahan logam menjadi konduktor listrik yang baik. Dan banyak digunakan sebagai bahan untuk transmisi arus listrik (kabel).

Ikatan Logam Misalnya Tembaga (Cu) merupakan atom golongan II, maka ketika atom-atom Cu saling berikatan satu sama lain, setiap atom Cu akan melepaskan 2 elektron valensinya menjadi elektron bebas. Sehingga jika ada 1023 atom Cu yang berikatan, maka jumlah elektron bebas yang terbentuk adalah 2 x 10 23. Atom-atom Cu yang elektronnya lepas berubah menjadi ion-ion Cu ++ (ion positif). Ion-ion positif ini menempati lokasi tetap pada kisi kristal. Jadi, sebuah kristal logam dapt digambarkan sebagai sederetan ion-ion positif yang menempati kedudukan teratur dalam kisi-kisi kristal, dengan elektron-elektron valensi yang membentuk gas elektron bebas bergerak diantara ion-ion positif ini, seperti ditunjukkan pada gambar berikut.

Ikatan Logam Ion-ion positif Elektron bebas Gas elektron

Ikatan Logam Gaya ikat pada pada logam bernilai antara 1 sampai dengan 3 ev, sedikit lebih lemah dari pada ikatan ionik dan kovalen (5 sampai dengan 10 ev). Sifat-sifat kristal hasil ikatan kovalen : Semua kristal logam tergolong zat padat yang cukup keras karena memiliki energi ikat yang tergolong kuat (lebih kecil dari kristal ionik), kecuali logam raksa (g) dalam wujud cair. Memiliki titik leleh yang tinggi. Contoh kristal Tungsten memiliki titik leleh 3380 C, kecuali logam raksa (titik leleh 39 C) Tidak larut dalam zat cair biasa. Merupakan konduktor listrik dan panas yang baik. Tidak transparan (tidak tembus terhadap cahaya)

Kekerasan zat padat Mengapa intan dan arang yang dibentuk oleh unsur (atom) yang sama, yaitu atom karbon (C) memiliki kekerasan yang berbeda? Intan berwarna bening dan sangat keras, sementara arang berwarna hitam dan cenderung rapuh. Seperti telah diungkapkan bahwa sifat-sifat zat padat tidak hanya ditentukan oleh atom-atom pembentuknya, tetapi juga ditentukan oleh struktur kristal yang terbentuk dari proses ikatannya. Atomatom dalam kristal intan membentuk ikatan-ikatan dalm pola tertutup ke berbagai arah (secara kovalen). Tiap atom diikat dengan gaya ikat yang kuat oleh atom-atom tetangga terdekatnya. Itulah sebabnya kristal intan sangat keras. Dalam kristal arang atom-atom tersusun dalam bidang yang menyerupai lembaran-lembaran. Ikatan antar atom hanya cukup kuat pada atom-atom yang berada pada lembarn yang sama. Atom-atom antar lembaran yang berdekatn hanya diikat oleh gaya tarik-menarik yang relatif lemah. Ini menyebabkan atomatom pada lembaran yang satu dapat dengan mudah meluncur di atas lembaran yang lain. Karena itu kristal arang mudah patah.

Ikatan Van der Waals Karena atom-atom dan molekul-molekul dikelilingi oleh elektronelektron yang bermuatan negatif, maka kita berpikir jika dua buah molekul saling berdekatan akan tolak menolak. Tetapi pada kenyataannya hadir gaya elektrostatik tarik-menarik antara molekul-molekul, yang dinamai gaya Van der Waals. Gaya Van der Waals disebabkan oleh terjadinya polarisasi (pengkutuban = pemisahan) muatan listrik secara permanen pada suatu molekul. Sebagai contoh molekul air ( 2 ) yang konsentrasi elektronnya terdapat di sekitar atom oksigen, membuat molekul 2 lebih negatif pada bagian oksigen dan lebih positif pada bagian atom hidrogennya (). Molekul air ( 2 ) disebut molekul polar. Jika suatu molekul 2 berada di dekat molekul 2 ayang lainnya sehingga bagian yang muatan listriknya berlawanan saling berdekatan, seperti pada gambar di bawah, maka akan terajadi gaya tarik menarik membentuk suatu ikatan yang tergolong ikatan Van der Waals

Molekul Air ( 2 )

Polarisasi muatan listrik pada moleku air Ikatan Van der Waals

Ikatan Van der Waals Gambaran ikatan Van der Waals antara molekul-molekul air ( 2 ) yang membentuk zat cair diperlihatkan pada gambar berikut.

Ikatan Van der Waals Gambaran ikatan Van der Waals antara molekul-molekul air ( 2 ) yang membentuk zat cair diperlihatkan pada gambar berikut. Karena ikatan Van der Waals ini tergolong ikatan lemah, maka sangat mudah untuk mencerai beraikan molekul-molekul 2 yang telah berikatan. Titik didik air pun relatif rendah yaitu hanya 100oC. Beberapa wujud gas dari unsur gas mulia seperti gas neon dan argon juga terbentuk dari ikatan Van der Waals antara molekul-molekul gas neon atau argon.

Ikatan idrogen Dalam wujud cair, molekul-molekul air terutama terikat oleh gaya Van der Waals membentuk ikatn Van der Waals. Dalam wujud padat (es), ikatan-ikatan antar molekul 2 terutama disebabkan oleh gaya tarik atom hidrogen pada suatu molekul air yang sedikit bermuatan lebih positif terhadap satu pasang elektron valensi dari oksigen pada molekul 2 yang lain yang berdekatan. Gaya tarik ini membentuk ikatan hidrogen. Jadi ikatan hidrogen adalah suatu ikatan yang terbentuk dari gaya tarik menarik elektrostatika antara sebuah atom hidrogen () yang terikat pada sebuah atom dalam suatu molekul, dengan satu pasangan elektron valensi dari atom dari molekul lain yang berdekatan.

Ikatan idrogen Dengan struktur kristal volume es makin membesar, sehingga rapat massanya (massa per satuan volum) lebih kecil dari air

Es mengapung di atas air

Ikatan idrogen Ikatan ini juga tergolong ikatan lemah, buktinya es segera akan mencair ketika dibiarkan di udara terbuka dengan temperatur sedikit diatas 0 o C. Es mencair menandakn ikatan hidrogen telah rusak dan kembali domianan ikatan Van der Waals.

Struktur Gas Molekul-molekul gas satu sama lain tidak berikatan, sehingga mereka mudah saling menjauh, bahkan cerai berai N N

Struktur Gas