Bab 1 ZAT PADAT IKATAN ATOMIK DALAM KRISTAL
Kekristalan Zat Padat Zat padat dapat dibedakan menjadi: Kristal yaitu bila atom atau molekul penyusun tersusun dalam bentuk pengulangan kontinu untuk rentang yang panjang, terbentuk dari larutan, lelehan, uap, atau gabungan dari ketiganya. Kristal dapat terbentuk dalam; - Kristal tunggal - Polikristal - Mikrokristal - Nanokristal Amorf yaitu zat padat yang tidak memiliki bentuk pengulangan keteraturan, jangkauan keteraturan atom biasanya sampai tetangga kedua.
IKATAN ATOMIK DALAM KRISTAL Gaya gaya Antar Atom Struktur spasial terbangun oleh gaya-gaya antar atom dalam kristal Dari jarak atom dalam kristal yang berkisar sekitar 1Å bersifat listrikmagnet; - tarik-menarik (coulomb) - tolak-menolak antar lawan elektron Jarak stabil antara ion-ion tergantung dari kesetimbangan antara dua macam gaya tadi. macam dan kekuatan ikatan atomik ditentukan oleh struktur elektron dari atom-atom yang membentuk kristal ikatan atomik sangat ditentukan oleh kecenderungan atom-atom dalam kristal untuk memperoleh konfigurasi elektron seperti yang dipunyai oleh atom-atom gas mulia.
Macam Ikatan Atom Dalam Kristal Ikatan ionik Terjadi karena gaya tarik elektrostatik (Coulomb) antara ion positif dan ion negatif. Contoh : kristal NaCl, ion Na + dikelilingi oleh 6 ion Cl -. Besarnya energi tarik menarik Coulomb: Besarnya energi tolak menolak Pauli: Dan energi potensial totalnya adalah: Konstan Madelung
Contoh soal: Dalam kristal NaCl, jarak kesetimbangan r antara ion adalah 2,81Å. Cari energi potensial totalnya. Jawaban: Karena α = 1,748 dan n = 9, energi potensial ion dengan tanda positif atau negatif adalah;
Contoh soal: Tunjukkan bahwa kelima suku pertama pada deret konstan Madelung untuk NaCl adalah Jawaban: 3 2 5 1 4 Jarak Jumlah Muatan r 1 = r 6 - r 2 = r 12 + r 3 = r 8 - r 4 = 2r 6 + r 5 = r 24 - Maka konstan Madelung α adalah:
Ikatan kovalen Ikatan yang terjadi karena adanya pemakaian bersama elektron-elektron dari atom-atom yang bersangkutan. Contoh ikatan kovalen : INTAN Karbon = 1s 2 2s 2 2p 2 membutuhkan 4 elektron agar kulitnya penuh (2p 6 ). Ini diperoleh dari pemakaian 4 atom C Jadi 1 atom C akan berikatan kovalen dengan 4 atom C lainnya, membentuk intan.
Contoh soal: Tunjukkan bahwa sudut diantara ikatan antara atom H-H pada CH 4 adalah 190,5 Jawaban : Pada CH 4, (metana) karbon terletak pada golongan 4, karena itu memiliki 4 elektron terluar. Karbon membentuk 4 ikatan dengan hidrogen, penambahan 4 elektron yang lain - seluruhnya 8, dalam 4 pasang. Karena membentuk 4 ikatan, semuanya harus menjadi pasangan ikatan. Empat pasangan elektron tertata dengan sendirinya pada jarak yang disebut susunan tetrahedral. Tetrahedron adalah piramida dengan dasar segitiga. Atom karbon terletak di tengah-tengah dan hidrogen pada empat sudutnya. Semua sudut ikatan adalah 109.5.
Ikatan logam Gambar : Struktur ikatan logam Setiap logam mempunyai elektron valensi (elektron terluar) yang sangat mudah bergerak. Elektron-elektron valensi dilukiskan sebagai lautan awan/gas elektron yamg membungkus ion-ion positif. Ikatan antara gas elektron ini disebut ikatan logam Sebagai contoh, perhatikan atom natrium ( 11 Na) dengan konfigurasi elektron dalam orbital atom sebagai berikut : 11Na = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
Ikatan van der waals Terjadinya interaksi antara momen dipole listrik dari atom bertetangga. Energi interaksinya memiliki bentuk : Energi tolak-menolak : E rep = B/ r 12 E VDW = - A/ r 6 Energi interaksi dalam ikatan Van der Waals: Energi potensial Lennard-Jones: E (r) = - A/ r 6 + B/r 12 E (r) = 4ε [(σ/ r 12 ) (σ/r 6 )]
Contoh soal: Bagaimanakah pengaruhnya pada energi-kohesif kristal ionik dan kovalen dari; (a).gaya van der waals, dan (b)osilasi titik-titik dari ion dan atom disekitar titik kesetimbangannya Jawaban : (a). Gaya van der waals akan menaikkan energi kohesif karena bersifat tarik menarik. (b). Osilasi titik-nol akan menurunkan energi kohesif karena osilasi itu menyatakan modus kepemilikan energi yang ada dalam zat padat, tetapi tidak dalam atom individual atau ion individual.
Ikatan Hidrogen Ikatan O-H: Terjadi karena keelektronegatifan unsur-unsur dalam ikatan kovalen H < C < N < O < F H 2 O padat Jarak H-O = 1,75 Å H 2 O cair Jarak H-O = 0,96 Å
Beberapa Kristal dan klasifikasi ikatannya Bahan Struktur Energi Ikatan Per atom (ev) Jarak Antar Atom (Å) Argon FCC 0,1 3,76 Khlor Tetragonal 0,3 4,34 Hidrogen HCP 0,01 3,75 Silikon Kubik (intan) 3,7 2,35 Kubik (ZnS) 3,4 2,80 Kubik (fluorit) 1,0 2,92 KCl Kubik (NaCl) 7,3 3,14 AgBr Kubik (NaCl) 5,4 2,88 BaF2 Kubik (fluorit) 17,3 2,69 Na BCC 1,1 3,70 Ag FCC 3,0 2,88 Ni FCC 4,4 2,48