BAB IIIIKATAN KRISTAL

MATERI : IKATAN KRISTAL3.1.Ikatan Van der Walls-London.

3.1.1. energi kohesi3.1.2. energi potensial Lenard-Jones.3.1.3. konstanta kisi

3.2. Ikatan ion3.2. Ikatan ion3.2.1. energi kisi3.2.2. energi Madelung3.2.3. tetapan Madelung.

3.3. Ikatan kovalen3.4. Ikatan logam3.5. Ikatan Hidrogen.

INDIKATORMahasiswa harus dapat : mendefinisikan energi kohesi. menghitung energi kohesi dengan menggunakan

potensial Lenard-Jones. menghitung tetapan kisi pada keadaan setimbang. mendefinisikan energi kisi. mendefinisikan energi kisi. menghitung energi kisi. menghitung energi Madelung. menghitung tetapan Madelung. menjelaskan ikatan kovalen. menjelaskan ikatan logam. menjelaskan ikatan hidrogen

Apa yang menyebabkan Sebuah KRISTAL Tetap BERSATU ?? Apa yaaa….

Jawab: Gaya Elektrostatiktarik menarik antara

muatan negatif elektrondan muatan positif inti

atom.

menyebabkan

Energi Kohesif yaitu energiEnergi Kohesif yaitu energiyang harus diberikan padakristal untuk memisahkankomponen-komponennyamenjadi atom-atom bebasyang netral pada keadaandiam dan pada jarak takhingga

IKATAN KRISTAL

I.GAS INERT II.IONIK

IV.HIDROGENIII.LOGAM

V.KOVALEN

IV.HIDROGEN

VI.CAMPURAN

I. IKATAN KRISTAL GAS INERT

Gas-gas inert (He, Ne, Ar, dst) dapat membentuk kristal-kristal sederhana

1. Interaksi Van der Waals-London.2. Interaksi Refulsif3. Konstanta Kesetimbangan kisi4. Energi Kohesif

1. INTERAKSI VAN DER WAALS-LONDON

Osilator Harmonis I Osilator Harmonis II

22

222

1

21

0 2

1

22

1

2XC

m

PXC

m

PH

321

2

1

2

2

2

21

22

1 2R

XXe

XR

e

XR

e

XXR

e

R

eH

... (1)

)(2

1=X 21s XX

)(2

1=X 21a XX

)(2

1=X1 as XX

)(2

12 as XXX

... (2)

)(2

121 PPPs )(

2

1=P 1 as PP

10 HHH

321

222

222

1

21

22

1

22

1

2 R

XXeCX

m

PCX

m

PH

... (2)2

)(2

1=P 21a PP

2

)(2

1 =P 2 as PP

23

222

3

22

22

1

22

2

1

2 aa

ss X

R

eC

m

PX

R

eC

m

PH

mR

eC

s

)2(3

2

mRe

C

a

)2( 3

2

...

2

8

12

2

11=

21

2

3

2

3

2

0

21

3

221

CR

e

CR

e

CR

e

m

Csa

dengan

000 2

12 H

asKT 2

10

m

C0

2

3

2

00

2

8

1

CR

eUUU akhir

220

6

2

8

C

eA

R

AU

...

8

1

211 2

2

1

XX

X

dengan

220

6

2

8

C

eA

R

AU

Posisi IntiPosisi Inti

Sumbu PosisiSumbu Posisi

Elektron-elektron saling tumpang tindih. (semakin dekat,semakin banyak elektronnya)

1S 2S

He E = - 58,3 eV

1S1S

Total Spin 1

2.GAYA REPULSIF

Spin Spin

1S 1S1S 1S

Spin Spin -

E = - 78,98 eV

Total Spin 0

2

1

2

1

2

1

2

1

12 U

R

B

612

4RR

126 4B,4.A

Energi dari interaksi tolak-menolak ( tolak-menolak hanya terjadi pada atom-atom yang berdekatan)

Energitolak-menolak

EnergiTarik-menarik

t

R

expU

612

42

1=(R) U

RRN

RPPj

ijij

i j

RR RR

ijR

Jones-LennardPotensialEnergiU t R

)2...(42

1 = (N)U

612

j j ijij RRN

4539214,;12.13188612

ij

ijij

ij

3. Konstanta kesetimbangan kisi

Untuk FCC

Untuk hCP

Untuk keadaan equilibrium: R = R

4548114,;12.13229612

ij

ijij

ij

0

dR

RdU t

70

6

130

12

45,14613,12122N-RRdR

RdU t

Untuk hCP

00

6

0

RR09,1

1

26,24

45,14

RR

mequilibriukeadaan Untuk 09,10 R

ekatjarak terdR 0

4.ENERGI KOHESIF

6

0

12

0

45,1413,122RR

NRU t

Energi Kohesi pada 0 K

1,090 R 612

0 09,145,1409,113,122)( NRU t

K0padaKohesiEnergi415,2 N

II.IKATAN KRISTAL IONIK

j

iji UU

ij

R

ij R

qeU

ij 2

Interaksi antar atom i (atom acuan) dengan atom-atom j yang lain (ij)biasa dinyatakan dengan energi interaksi

iU

Energi tolak menolak hanya terjadi antr ion acuan dengan ion tetangga terdekat

RR ijij

RRij

R

qeU

R

ij

2

j j j ij

R

ijitotal R

qeNUNNUU

2

j

ijitotal UNNUU

j ij

R

i R

qeZU

2

Jarak antara dua ion yang berdekatan.

Untuk interaksi tolak-menolak

j ij

R

i R

qeZU

2

j ij

i

j ij

R

i R

qeZU

2

R

qeZNNUU

R

itotal

2

0

Z adalah jumlah atom terdekat

dR

dUN

dR

dU itotal 0 02

2

0 RdenganRR

qe

ZN

R

20

222

0

0

R

qeZ

Z

qeR

RR

R

eZNNUU itotal

Pada jarak seimbang (equilibrium) ( R = Rij) T=0 K

Pada T = 0 K

R

qeZNNUU

R

itotal

2

1

00

2

0

2

20

2

RR

qN

R

q

R

qNU t

Nilai energi ionik:

T = 0 K

00

2

122RR

NqnUt

Nilai energi ionik:

Konstanta Madelung

j ij

i

RR ijij R

Rijij

ij ijR

R

...

4

1

3

1

2

112

RRRRR

...

11112

j ijRR

1

0

2

:MadelungEnergiR

qN

2n

...

54321

2222 XXXXXXn

........................

5

1

4

1

3

1

2

112n

22 n

00

2

122RR

NqnUt

T = 0 K

...432

12

Untuk x=2

1. IKATAN KRISTAL KOVALEN

Karakteristik

Pengertian

Proses

Contoh

Ikatan kovalen terjadi karena adanyapemakaian sebuah elektron secarabersama-sama oleh kedua atom yangberikatan satu sama lain, misalnya

Pengertian

berikatan satu sama lain, misalnyaikatan antara dua buah atomhidrogen. Dalam pembentukan ikatankovalen tidak berlaku pemindahanelektron.

Karakteristik

Memiliki energi ikat yang besarsehingga sangat keras dantembus cahayatembus cahayaTitik leleh tinggi

Tidak larut dalam zat cair biasadan dalam hampir semua pelarut.

Energi kohesif 16 sampai 12 eV

Proses

Fluorin(F)

++

Ikatankovalen

Melukis struktur Lewis bagi ion karbonat CO3

2-

1.Jumlahkan elektron valensi1 atom karbon ( 2s2 2p2 ) = 1 x 4 = 4 3 atom oksigen ( 2s2 2p4 ) = 3 x 6 = 18Bilangan cas ion (2-) = +2-

Jumlah elektron valensi = 24 Jumlah elektron valensi = 24

2.Gambar struktur rangka

C

3. Letakkan pasangan elektron ikatan antara atom pusat dengan setiap atom penghujung.

Contoh

Atom hidrogen (H)Karbon (Grafit)IntanIntanDiamond

=+

-e -e

Contoh:ikatan kovalen pada atom hidrogen

H H H2

=+

Gambar Ikatan kovalen 2 atom H

-e -e

Dua buah atom hidrogen yang berinteraksiakan membentuk sebuah ikatan kovalensehingga kedua atom tersebut secarabersama-sama memiliki dua buah elektron darikeduanya (saling melengkapi). Kedua elektronitu akan mengorbit kedua inti hidrogen,sehingga setiap inti seolah-olah memiliki duabuah elektron.

+-e-e+

buah elektron.

Struktur tetrahedral dari karbonStruktur tetrahedral dari karbon

mengilustrasikan bagaimana struktur zatpadat yang tersusun dari ikatan-ikatanseperti itu. Setiap karbon memiiki empattetangga terdekat yang dengannya dapatmembagi rata elektron-elektron dalamikatan kovalen.

Kristal Jarak antara Tetangga

terdekat (nm)

Energi

kohesif (eV)

ZnS 0.235 6.32

C (intan) 0.154 7037

Si 0.234 4.63Si 0.234 4.63

Ge 0.244 3.85

Sn 0.280 3.14

CuCl 0.236 9.24

GaSb 0.265 6.02

InAs 0.262 5. 70

SiC 0.189 12.30

Gambar di bawah ini menunjukkan strukturkristal intan. Susunan limas merupakanakibat dari kemampuan masing-masingatom karbon untuk membentuk ikatankovalen dengan empat atom lain.

Gambar struktur kristal intan

Gambar: Grafit yang terdiri dari lapisan karbondalam deret heksagonal dengan masing-masing atomterikat dengan tiga atom lainnya. Masing-masingderet saling berikatan dengn gaya van der waalslemah.

Manfaat grafit yang lunak yaitu:Sebagai mata pensil untuk menulis

Karbon dapat diolah menjadi serat

Karbon digunakan dalam berbagai strukturyang ringan seperti raket badminton (Carbonex)yang ringan seperti raket badminton (Carbonex)atau raket tennis, stick golf, stick pancingansampai pada struktur mobil Formula One yangsangat ringan, hingga Struktur pesawat tempursiluman dan satelit yang bersandar padapenggunaan karbon komposit.

Diamond

Ciri dan karaktristik:

Sebuah material permata putih yang memiliki sinarcemerlang dan menarikMaterial yang paling keras

Suatu material yang memiliki elektron negatifSuatu material yang memiliki elektron negatif

Terkompressi paling sedikit

Paling kaku

Konduktor panas paling baik

Memiliki koefisien expansi panas terkecil

Inert terhadap asam dan alkali

Bagaimanakah sesungguhnya pembentukan kristal ?

Pembentukan kristal dipengaruhi oleh:

Proses thermal

Energi kinetik yang diterima oleh sekumpulan karbon

2. IKATAN LOGAM

gaya tarik menarik elektrostatik antara ion positif logam dengan awan elektron

sejumlah besar atom bergabung dengan berbagi elektron masing-masing

Berkilauan,;menghantarkan kalor dan listrik dengan baik

setiap atom logam menyumbangkan elektron terluarnya pada kolam umum. "Lautan elektron" ini menjelaskan sifat kunci logam - kemampuannya menghantarkan listrik

3.IKATAN HIDROGEN

terjadi akibat daripada daya tarikan antara dua molekul yangmengandung atom hidrogen yang terikat dengan atom yangsangat elektronegatif seperti atom N, O dan F.

Terjadi ketika sebuah molekul memiliki atom N, O, atauF yang mempunyai pasangan elektron bebas (lone pair electron)

Hidrogen dari molekul lain akan berinteraksi denganpasangan elektron bebas ini membentuk suatu ikatanhidrogen

besar ikatan bervariasi mulai dari yang lemah (1-2 kJmol-1) hingga tinggi (>155 kJ mol-1).

dipengaruhi oleh perbedaan elektronegativitasantara atom-atom dalam molekul tersebut

CONTOH

SIFAT-SIFAT

Titik lebur dan titik didih bahan molekul bertambah

Keterlarutan dalam air lebih mudah apabila dalam sesuatu molekul itu terdapat ikatan hidrogen.

Bentuk molekul protein menjadi

Berlaku pemasangan molekul

Bentuk molekul protein menjadi lebih tegar dan sangat stabil.

4.Ikatan CampuranA. Ionik-kovalen

Ikatan ionik yang sempurnadapat terbentuk pada suatumolekul bilamana atom-atom yang terlibat dapat membentukion-ion yang elektropositif dan

logam-logam transisi (golonganB) memilikienergi ionisasi yang lebih besar daripadalogam alkali, sehingga perak-halida (AgX)kurang ionik dibandingkan alkali-halida

ion-ion yang elektropositif danelektronegatif kuat

2

2

1

100%keionikan

ionkov

λ parameter derajat keionikan

ionkov

Ψ = fungsi gelombang elektron terikat,

Ψkov = fungsi gelombang ikatan kovalen

ψ ion = fungsi gelombang ikatan ionik.

Kristal % Ionik Kristal % Ionik

Si 0 GaAs 31

Ge 0 GaSb 26

SiC 18 AgCl 86

Tabel 1.2.Persentase keionikan beberapa kristalbiner (mempunyai dua jenis atom).

SiC 18 AgCl 86

ZnO 62 AgBr 85

ZnS 62 AgI 77

ZnSe 63 ZnTe 61

MgO 84 MgS 79

InP 42 MgSe 79

InAS 36 InSb 32

NaCl 94 RbF 96

B. Kovalen –Van der WaalsIkatan campuran antara kovalen dan Van der Waals banyak ditemukan pada kristal molekul.

Contoh:

Kristal Telurium (Te)Ikatan kovalen antar

atom-atom Te Kristal Telurium (Te)

Grafit (C)

atom-atom Te membentuk spiral

Ikatan kovalen terjadiantar atom-atom C pada

satu lapis tertertu

Ikatan van der waals terjadi antar lapisan