MAKALAH KELOMPOK FISIKA KERAMIK

BAB 2

IKATAN DALAM KERAMIK

Disusun untuk memenuhi tugas matakuliah Fisika Keramik

yang dibimbing oleh Ibu Dra. Hartatiek, M.Si

Oleh :

Kelompok 2

Fitri Kusmawati 100322400959

Astrini Dewi Kusumawati 100322400965

Nurhayati Ayu Lestari 100322405254

Muh.Abdul Muhid 100322405259

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FEBRUARI 2013

KATA PENGANTAR

Puji syukur dipanjatkan kepada ALLAH SWT atas segala rahmat-Nya sehingga

penulisan makalah FISIKA KERAMIK BAB 2 ini dapat diselesaikan.

Makalah ini disusun atas dasar deskripsi tugas matakuliah FNI 495 FISIKA

KERAMIK di KBK Material, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang. Makalah ini disusun agar perkuliahan

matakuliah tersebut dapat berlangsung lebih efektif dan efisien. Disamping itu, makalah

ini diharapkan dapat melengkapi pustaka mahasiswa dalam memahami konsep dan

gejala mendasar dalam fisika keramik. Isi makalah ini dirancang untuk kuliah satu

bab/satu pertemuan dengan tiga kredit pada semester keenam tahun ketiga.

Diucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu sehingga

makalah FISIKA KERAMIK BAB 2 ini dapat diselesaikan. Saran dan kritik

membangun dari para pembaca sangat diharapkan demi lebih sempurnanya makalah ini.

Semoga makalah ini berguna. Amin.

Malang, Februari 2013

Penyusun

RINGKASAN

Sifat dari setiap padat dan susunan atom yang teratur ditentukan

oleh alam dan arah pada ikatan interatomik. Akibatnya, untuk

memahami variasi dalam sifat, sangat penting untuk memahami

bagaimana dan mengapa padatan adalah "terekat" bersama-sama.

Lem ini bisa menjadi kuat, yang menimbulkan ikatan primer,

yaitu ionik, kovalen, atau logam. Biasanya van der Waals dan ikatan

hidrogen disebut sebagai ikatan sekunder dan lebih lemah. Dalam

semua kasus, bagaimanapun, ikatan merupakan interaksi tarikan

elektrostatik antara muatan positif pada inti atom dan muatan negatif

dari elektron yang bertanggung jawab atas kohesi padatan.

Umumnya, keramik dapat digolongkan menjadi yang berikatan

ionik atau kovalen. Ikatan dalam keramik bukanlah murni kovalen

atau ionik, tetapi merupakan campuran antara keduanya.

Di subbbab A dan B, masing-masing; ikatan ion diilustrasikan

oleh model elektrostatik sederhana, dan bagaimana pembentukan

padatan ionik. Ikatan kovalen yang lebih kompleks, yaitu terjadinya

tumpang tindih (overlapping) pada fungsi gelombang elektronik,

dibahas di subbab C dan D.

Kata kunci : padatan keramik, ikatan primer, ikatan ionik, ikatan

kovalen

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR

.................................................................................. i

RINGKASAN

................................................................................................ ii

DAFTAR ISI

................................................................................................. iii

BAB 1 PENDAHULUAN

............................................................................. 1

A.LATAR BELAKANG ....................................................................

1

B.RUMUSAN MASALAH ...............................................................

2

C.TUJUAN

.........................................................................................3

BAB 2 PEMBAHASAN

.................................................................................. 4

A. IKATAN IONIK...........................................................................

4

B. IKATAN ION PADA PADATAN KERAMIK............................ 7

C. FORMASI IKATAN KOVALEN..................................................

12

D.IKATAN KOVALEN PADA PADATAN KERAMIK................ 16

BAB 3 PENUTUP

........................................................................................ 18

A.KESIMPULAN..............................................................................

18

B.DAFTAR PUSTAKA.....................................................................

19

BAB 1

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Sifat dari setiap padatan dan cara atom disusun dipengaruhi oleh gaya tarik

menarik antar atom. Sehingga, untuk memahami keragaman sifat keramik, sangat

penting untuk mengetahui bagaimana dan mengapa atom-atom pada padatan saling

berikatan. Ikatan ini bisa dibedakan menjadi ikatan primer dan ikatan sekunder.

Ada tiga macam ikatan yang dikelompokkan sebagai ikatan primer yaitu ikatan ion,

ikatan kovalen, dan ikatan metal. Ketiga macam ikatan ini disebut sebagai ikatan

primer karena ikatan ini kuat. Ikatan sekunder merupakan ikatan yang lemah

dibandingkan dengan ikatan primer. Ikatan sekunder terbentuk oleh adanya gaya

tarik elektrostatik antar dipole. Yang termasuk ikatan sekunder adalah ikatan van

der Waals dan ikatan hidrogen.

Dua jenis ikatan dapat terjadi dalam keramik, yakni ikatan ionik dan kovalen.

Ikatan ini jauh lebih kuat daripada ikatan logam. Akibatnya, sifat-sifat seperti

kekerasan dan ketahanan panas dan listrik secara signifikan lebih tinggi keramik

dari pada logam. Dalam makalah ini akan dijelaskan ikatan-ikatan pada padatan

keramik mulai dari ikatan ionik, ikatan kovalen maupun campuran dari ikatan ionik

dan ikatan kovalen pada padatan keraik.

B. RUMUSAN MASALAH

1. IKATAN IONIK

a. Apa yang dimaksud dengan ikatan ionik ?

b. Apakah contoh dari ikatan ionik ?

c. Bagaimana hubungan antara ikatan ionik dengan Hukum

Coulomb?

d. Apa yang dimaksud dengan energi repulsif, energi attraktif,

energi total dan energi ikatan ?

2. IKATAN ION PADA PADATAN KERAMIK

a. Apa yang dimaksud dengan ikatan ionik?

b. Bagaiman ikatan ionik pada pembentukan padatan?

c. Apa yang dimaksud dengan energi kisi?

d. Apa fungsi dari energi kisi?

e. Bagaimana perhitungan energi kisi pada NaCl?

f. Bagaimana bentuk persamaan Born-Lande?

g. Bagaimana contoh cara menghitung energi kisi?

h. Apakah yang dimaksud dengan energi disosiasi, energi ionisasi dan afinitas

elektron itu?

3. FORMASI IKATAN KOVALEN

a. Apa yang dimaksud dengan ikatan kovalen?

b. Apa contoh dari ikatan kovalen ?

c. Apa teori yang menjelaskan tentang ikatan kovalen ?

d. Bagaimana hubungan antara persamaan Schrodinger dengan

ikatan kovalen ?

4. IKATAN KOVALEN PADA PADATAN KERAMIK

a. Bagaimana proses terjadinya ikatan kovalen pada padatan

keramik?

b. Apa contoh padatan yang berikatan kovalen itu?

C. TUJUAN

1. IKATAN IONIK

a. Mengetahui definisi ikatan ionik

b. Mengetahui contoh dari ikatan ionik

c. Mengetahui hubungan antara ikatan ionik dengan Hukum

Coulomb

d. Mengetahui definisi energi repulsif, energi attraktif, energi

total dan energi ikatan

2. IKATAN ION PADA PADATAN KERAMIK

a. Mengetahui definisi ikatan ionik

b. Mengetahui pembentukan ikatan ionik pada padatan

c. Mengetahui definisi energi kisi

d. Mengetahui fungsi dari energi kisi

e. Mengetahui perhitungan energi kisi pada NaCl

f. Mengetahui tentang persamaan Born-Lande itu

g. Mengetahui contoh cara menghitung energi kisi

h. Mengetahui tentang energi disosiasi, energi ionisasi dan

afinitas elektron

3. FORMASI IKATAN KOVALEN

a. Mengetahui definisi dan formasi ikatan kovalen

b. Mengetahui contoh unsur atau molekul yang mempunyai

ikatan kovalen

c. Mengetahui teori yang menjelaskan tentang ikatan kovalen

d. Mengetahui hubungan antara persamaan Schrodinger dengan

ikatan kovalen

4. IKATAN KOVALEN PADA PADATAN KERAMIK

a. Mengetahui proses terjadinya ikatan kovalen pada padatan

keramik

b. Mengetahui contoh padatan yang berikatan kovalen itu

BAB 2

PEMBAHASAN

A. IKATAN IONIK

Pada ikatan ionik terjadi transfer elektron dari satu atom ke

atom lainnya. Oleh karena perpindahannya, maka ada atom yang

mendapatkan elektron menjadi bermuatan negatif, sedangkan atom

yang melepas elektron akan bermuatan positif. Jika atom

menadapatkan transfer elektron, maka atom tersebut menjadi ion

negatif atau disebut anion. Sedangkan jika atom melepas elektron,

maka atom tersebut menjadi ion positif atau disebut kation. Karena

adanya perbedaan muatan antar ion (ion positif dan ion negatif),

maka ion positif dan negatif saling tarik menarik oleh gaya

elektrostatik.

Sebagai contohnya adalah pembentukan NaCl. Na dengan

konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p6 3s1 atau (2,8,1) akan lebih stabil jika

melepas 1 elektron sehingga konfigurasi elektron menjadi 1s2 2s2 2p6

atau (2,8). Sedangkan Cl mempunyai konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p6

3s2 3p5 atau (2,8,7) akan lebih stabil jika menerima 1 elektron

sehingga konfigurasinya menjadi 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 atau (2,8,8). Jadi

agar keduanya menjadi lebih stabil, maka Natrium menyumbang 1

elektron dan Klorin akan menerima 1 elektron dari Natrium. Ketika

Natrium kehilangan satu elektron, maka Natrium menjadi lebih kecil

daripada ukuran sebelumnya. Sedangkan Klorin akan menjadi lebih

besar karena ketambahan satu elektron. Oleh karena itu ukuran ion

positif selalu lebih kecil daripada ukuran sebelumnya, namun ion

negatif akan cenderung lebih besar daripada ukuran sebelumnya.

Ketika pertukaran elektron terjadi, maka Na akan bermuatan positif

(Na+) dan Cl akan menjadi bermuatan negatif (Cl-). Kemudian terjadi

gaya elektrostatik antara Na+ dan Cl- sehingga membentuk ikatan

ionik.berikut adalah gambar dari proses transfer elektron.

Gambar (a) merupakan perpindahan elektron dari Na ke Cl. Sedangkan gambar (b)

merupakan gambar dari kation dan anion.

Usaha yang dilakukan untuk membawa ion dari jumlah tak

terhingga ke jarak r diberikan oleh hukum coulomb :

2.11

Dalam kasus ini z1 dan z2 adalah muatan pada ion (+1 dan -1 untuk

NaCl, -2 dan +3 untuk Al2O3, dll). Ketika z1dan z2 berlawanan tanda

makan nila dari Epot adalah negatif.

Energi repulsif didefiniskan sebagai berikut :

2.12

Dimana B dan n adalah tetapan yang bergantung pada bahan yang

bersangkutan. Biasanya disebut sebagai eksponen Born, n biasanya

terletak di antara 6 dan 12.

Enet dari sistem adalah jumlah dari atraktif dan repulsif energi :

2.13

Ketika Enet diplot sebagai fungsi dari r (kurva yang di tengah gambar

2.4a), ia melalui minimum, pada jarak yang dilambangkan dengan r0.

Minimum dalam kurva yang sesuai dengan situasi kesetimbangan

dapat ditemukan dari :

2.14

Dengan mengevaluasi B konstan dan mengeluarkannya dari

persamaan (2.13), dapat menunjukkan Ebond :

2.15

Dimana r0 adalah pemisahan kesetimbangan antara ion-ion.

Terjadinya keadaan minimal ini adalah sangat penting karena

mendefinisikan sebuah ikatan, yaitu ketika dua ion dibawa bersama-

sama dari jarak tak hingga, mereka akan menarik satu sama lain

hingga jarak r0 dan membebaskan sejumlah energi diberikan

persamaan (2.15). sebalknya, Ebond dapat dianggap sebagai energi

yang dibutuhkan untuk menarik ion tepisah.

Berikut ini adalah gaya antara ion-ion, didefiniskan sebagai

baerikut :

2.16

Fnet diplot pada gambar 2.4b. Untuk jarak lebih besar dari r0 gaya total

pada ion adalah menarik, dan untuk jarak yang kurang dari r0 gaya

totalnya menolak. Paada r0 gaya total ion adalah nol(persamaan 2.14)

yang kenapa r0 adalah jarak kesetimbangan interatomik. Gambar 2.4a

dan b menggambarkan hukum dasar alam, yaitu kesetimbangan dari

energi adalah diminimalkan dan gaya total pada sistem adalah nol.

B. IKATAN ION PADA PADATAN KERAMIK

Ikatan ionik terjadi karena gaya elektrostatik antara ion positif dan ion negatif.

Pada kristal ionik, tiap ion dikelilingi oleh ion-ion yang lain. Bagian ini membahas

bagaimana energi kisi dihitung dan secara eksperimental dibuktikan, dimulai dengan

model elektrostatik sederhana yang menyebabkan Persamaan energi ikat (Ebond).

1. Perhitungan Energi Kisi

Energi kisi menunjukan ukuran kekuatan ikatan senyawa ionik. Seringkali

didefinisikan sebagai entalpi pembentukan senyawa ionik dari ion-ion gas, dan selalu

eksotermik. Energi kisi juga dapat didefinisikan sebagai energi yang dibutuhkan untuk

memisahkan secara sempurna satu molekul padatan ionik menjadi ion-ion gas

penyusunnya. Berikut penjelasan bagaiamana perhitungan energi kisi itu.

Pertama, struktur atau kemasan dari ion harus diasumsikan, dan berbagai interaksi

antara ion harus diperhitungkan. Mulailah dengan NaCl, yang memiliki struktur FCC

yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Gambar 2.5 (a) Skema struktur NaCl. (b) pertama, 6 atom tetangga terdekat tertarik ke kation pusat, (c) yang

kedua 12 tetangga terdekat pada jarak √2 r0 tertolak, (d) yang ketiga 8 tetangga terdekat

tertarik, dll.

Dalam gambar sel satuan kubus NaCl tersebut terdapat 14 ion Cl−¿¿ dan 13 ion

Na+. Misalnya, jarak antara ion Na+ dan ion Cl−¿¿ disebelahnya adalah adalah r0. Ion

Na+ dipusat bodi memiliki:

- 6 ion Cl−¿¿ tertarik ke ion Na+ pusat pada jarak r0. Hal ini terjadi karena gaya

elektrostatik antara ion positif (Na+) dan ion negatif (Cl−¿¿).

- 12 ion Na+ ditolak oleh ion Na+ dipusat bodi yang jaraknya √2 r0 karena

keduanya merupakan ion positif (kation).

- 8 ion Cl−¿¿ tertarik ke ion Na+ pusat pada jarak √3 r0.

Jika tidak terbatas pada sel satuan tersebut, maka tinjauan dapat diteruskan dengan jarak

semakin jauh. Atom-atom yang memiliki jarak yang sama dan terdekat dari atom yang

bersangkutan diatas disebut atom tetangga terdekat. Dari contoh NaCl diatas dapat

disimpulkan interaksi elektrostatik , diperoleh:

Suku kedua dalam kurung adalah sebuah deret bergantian yang menyatu untuk beberapa nilai,

yang dikenal sebagai konstanta Madelung.

Tabel 2.4 Konstanta Madelung untuk beberapa struktur kristal keramik yang umum

Daya tarik elektrostatik total untuk 1 mol NaCl di mana ada dua kali jumlah NAV

Avogadro ion tetapi hanya ikatan NAV adalah :

NAV : Bilangan Avogadro (6,022.1023)

Z1 : muatan kation

Z2 : muatan anion

e : muatan elektron (1,6021.10-19 C)

r0 : jarak antar kation dan anion ( Å)=r1+r2

n : jarak eksponen Born

ε 0 :permitivitas vakum (8,8541585.10-12

C2/J.m)

Harga eksponen born (n) tergantung pada ukuran ion. Semakin besar ukuran ion,

semakin besar nilai n. Harga eksponen Born yang diusulkan pauling menghasilkan

energi kisi dan ketelitian yang tinggi, yaitu:

Konfigurasi e- Nilai n

He 5

Ne 7

Ar, Cu+ 9

Kr, Ag+ 10

Xe, Au+ 12

Persamaan (2.18) disebut sebagai persamaan Born-Lande. Informasi yang

diperlukan untuk menghitung Elatt adalah struktur kristal, yang menentukan α , jarak

keseimbangan interionic, baik dengan mudah diperoleh dari difraksi sinar-X, dan n yang

diperoleh dari Data kompresibilitas. Perhatikan bahwa energi kisi tidak sangat

dipengaruhi oleh kesalahan kecil di n.

Sebuah persamaan yang lebih tepat untuk energi kisi:

z1z2e2/4π ε0 pada Persamaan. (2.13) adalah konstanta yang digantikan oleh A dalam

Pers. (2.19). Suku dalam tanda kurung merupakan interaksi dipol-dipol dan dipol-

kuadrapol antara ion. Suku terakhir ini merupakan koreksi titik nol, dengan vmax menjadi

frekuensi tertinggi tipe getaran kisi. Akhirnya pada bagian ini perlu dicatat bahwa

model ion adalah pendekatan yang buruk untuk kristal yang mengandung anion besar

dan kation kecil di mana kontribusi kovalen dengan ikatan menjadi signifikan (lihat Bab

3.).

CONTOH SOAL DAN PENYELESAIAN

Hitung energi kisi dari NaCl mengingat bahwa n=8

Jawab:

Untuk menghitung energi kisi, r0, n, dan struktur NaCl semua diperlukan. Struktur

NaCl adalah struktur garam batu dan karenanya yang konstan Madelung adalah

1,748 (Tabel 2.4). Jarak keseimbangan interionic hanyalah jumlah jari-jari dari ion-

ion Na+ dan Cl- . Nilai-nilai yang tercantum pada akhir Bab. 3 dalam Lampiran 3A.

Melihat ke atas nilai jarak keseimbangan interionic, r0 = 167 + 116 = 283pm.

2. Siklus Born-Haber

Siklus Born Haber adalah suatu siklus yang dibentuk dengan menggunakan data

entalpi yaitu entalpi pembentukan standar kristal ion dari unsur-unsurnya. Siklus ini

memberi pandangan tentang pembentukan yang stabil secara termodinamik, yang

melibatkan kalor reaksi (∆ H ), bukan perubahan energi bebas. Siklus Born Haber sering

digunakan untuk:

1. Menentukan energi kisi

2. Menghitung afinitas elektron yang sulit ditentukan secara eksperimen

3. Memprediksi kemungkinan terbentuk tidaknya suatu senyawa ionik

Siklus Born Haber dapat ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Masing-masing suku tersebut dibahas secara lebih rinci di bawah ini sehubungan

dengan NaCl

Entalpi dari pembentukan atau reaksi

Ketika reaksi

Na(s )+12

Cl2 (g)→ NaCl s

terjadi, ∆ H form adalah energi panas yang dibebaskan. Persamaan yang berlaku adalah :

Untuk NaCl pada 298 K, reaksi ini disertai dengan pelepasan -411 kJ / mol. Entalpi

pembentukan senyawa kebanyakan eksotermik.

Energi disosiasi

Energi disosiasi ( Ediss ) adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan salah

satu ikatan yang terdapat pada suatu molekul atau senyawa dalam keadaan gas. Dalam

reaksi diatas, Energi disosiasi ( Ediss ) dibutuhkan untuk memecah molekul Cl2 stabil

menjadi dua atom, yaitu perubahan energi untuk reaksi

12

Cl2 →Cl(g) Ediss=121 kJ /mol

Energi ini selalu endotermik dan untuk reaksi seperti yang tertulis sama dengan 121 kJ

/mol.

Penguapan panas

Energi yang dibutuhkan untuk reaksi

Na(s )→ Na(g ) E vap=107,3 kJ /mol

adalah kalor laten penguapan Evap, yaitu 107,3 kJ / mol untuk Na dan selalu

endotermik.

Energi Ionisasi

Energi ionisasi (Eion ) adalah energi yang dibutuhkan untuk sepenuhnya

menghapus elektron dari sebuah atom terisolasi dalam fase gas. energi lonisasi selalu

endotermik karena dalam semua kasus kerja harus dilakukan untuk menghilangkan

elektron dari intinya.

Na( g)→ Na+¿¿(g) Eion = 495,8 kj/mol

Afinitas elektron

Afinitas elektron (EA) adalah ukuran dari perubahan energi yang terjadi ketika

sebuah elektron ditambahkan ke kulit valensi atom. Beberapa nilai-nilai yang dipilih

dari EEA untuk nonmetals tercantum dalam Tabel berikut:

Tabel 2.5 Elektron afinitas + dari nonlogam dipilih pada 0 K

Afinitas elektron biasanya didefinisikan sebagai energi yang dilepaskan ketika sebuah elektron

ditambahkan ke shell valensi atom. Hal ini bisa sangat membingungkan. Untuk menghindari

kebingungan, nilai-nilai yang tercantum dalam tabel ini jelas menunjukkan apakah penambahan

elektron adalah endo-atau eksotermik. Diadaptasi dari J. Huheey, Kimia Anorganik, 2d ed, Harper &

Row, New York, 1978.

Penambahan elektron pertama biasanya eksotermik (misalnya, oksigen, sulfur),

penambahan lebih lanjut adalah dengan kebutuhan endotermik karena elektron kedua

kini mendekati entitas bermuatan negatif. Untuk reaksi

Cl(g) →Cl-(g) EA = -348,7 kj/mol

Afinitas elektron Cl adalah -348,7 kJ / mol.

Energi kisi NaCl dihitung (lihat Contoh 2.3) menjadi - 750kJ/mol. Jika kita

menempatkan semua potongan, penjumlahan Born-Haber untuk hasil NaCl

yang lebih baik dibandingkan dengan nilai eksperimen yang nilainya -411 kJ / mol. Jika

persamaan (2.19) digunakan, kesepakatan yang lebih baik diperoleh.

Ini adalah hasil yang penting karena dua alasan. Pertama, menegaskan bahwa

model sederhana untuk interaksi antara ion dalam bentuk padat untuk sebagian besar

benar. Kedua, mendukung gagasan bahwa NaCl dapat dianggap sebagai padatan ionik

terikat.

C. FORMASI IKATAN KOVALEN

Tipe kedua yang penting dari ikatan primer adalah ikatan kovalen. Dalam ikatan

kovalen, konfigurasi elektron yang stabil diasumsikan oleh penggunaan bersama pada

elektron antara atom-atom yang berdekatan. Dua atom yang terikat secara kovalen

masing masing akan menyumbangkan setidaknya satu elektron pada ikatan, dan

elektron bersama dapat dianggap milik kedua atom. Banyak molekul nonlogam (H2, Cl2,

F2, dll) serta molekul mengandung atom yang berbeda, seperti CH4, H2O, HNO3, dan

HF, yang berikatan kovalen. Selain itu, jenis ikatan yang ditemukan dalam padatan

unsur seperti berlian (karbon), silikon, dan germanium dan senyawa padat lainnya,

seperti gallium arsenide (GaAs), indium antimonide (InSb), dan silikon karbida (SiC).

Ikatan kovalen secara skematis diilustrasikan pada gambar di bawah ini untuk sebuah

molekul gas metana (CH4).

Gambar skema yang merepresentasikan ikatan kovalen dalam sebuah molekul metana (CH4).

Ikatan kovalen mungkin sangat kuat, seperti dalam berlian, yang sangat keras dan

memiliki titik leleh yang sangat tinggi, > 35500C (64000F) atau mungkin sangat lemah,

sebagaimana dengan bismuth, yang meleleh pada suhu sekitar 2700C (5180F). Energi

ikat dan titik leleh untuk beberapa bahan yang berikatan secara kovalen disajikan pada

tabel di bawah ini.

Tabel Energi Ikatan dan Titik Leleh untuk beberapa variasi bahan

Prinsip dari energi pada ikatan kovalen dapat dipahami jika dikenali bahwa

elektron menghabiskan lebih banyak waktu di area antara nukleus dibandingkan di

tempat lain. Hubungan timbal balik antara elektron – elektron dan energi potensial

nukleus rendah pada sistem membentuk sebuah ikatan. Beberapa teori dan model telah

diusulkan untuk menjelaskan formasi ikatan kovalen. Salah satunya adalah teori

molekul orbital yang telah berhasil. Teori molekular orbital (MO) memperlakukan

sebuah molekul sebagai entitas tunggal dan menjadikan orbital molekul sebagai sebuah

keseluruhan.

Untuk mengilustrasikan, berdasarkan kemungkinan molekul paling sederhana,

yaitu, molekul H2+, yang mempunyai satu elektron tetapi mempunyai dua inti.

1. Molekul Ion Hidrogen

Persamaan Schrodinger untuk molekul H2+,

dengan jarak ra, rb, dan R didefinisikan pada (Gambar 2.7a). Jika diasumsikan bahwa

jarak R diantara dua inti telah ditentukan, kemudian telah ada solusi tepat, yang mirip

dengan atom H, kecuali bahwa sekarang dua solusi atau timbulnya fungsi gelombang.

Hasil solusi pertama dalam peningkatan densitas elektron diantara nukleus Gambar

(2.7c), padahal solusi kedua menurun Gambar (2.7d). Dalam kasus pertama, kedua inti

tertarik kepada elektron diantara keduanya, hasilnya penurunan energi pada sistem

relatif terhadap kasus atom terisolasi dan dikenal sebagai ikatan orbital Gambar (2.7b).

Hasil kasus kedua dalam peningkatan energi relatif pada atom terisolasi, karena

sekarang sebagian nukleus menolak lainnya. Hal ini dikenal antiikatan orbital,

digambarkan dalam Gambar (2.7b).

Gambar 2.7 (a) Koordinat untuk molekul H2+ yang digunakan pers (2.20). (b) Interaksi pada dua atomik

hasil ikatan dan antiikatan orbital. (c) Fungsi probabilitas untuk kasus ikatan densitas elektron diantara

inti ditingkatkan. (d) Fungsi probabilitas untuk kasus antiikatan, probabilitas pada penemuan elektron

adalah penurunan volume diantara inti, hasilnya dalam orbital energi-tinggi

Solusi untuk molekul H2 adalah agak mirip. Hal ini tidak signifikan, tetapi untungnya

hasil akhir sama dengan kasus H2+; level energi individual terbelah menjadi sebuah

ikatan dan antiikatan orbital. Hasil overlap (tumpang-tindih) orbital atomik dalam

peningkatan probabilitas menemukan elektron diantara inti. Perhatikan bahwa dalam

kasus molekul H2, dua elektron terakomodasi dalam ikatan orbital. Elektron ketiga, H2-,

akan menjadi antiikatan orbital karena perkecualian prinsip Pauli.

2. Molekul HF

Pada bab sebelumnya, keelektronegatifan dua atom dan bentuk pada interaksi

orbital membuat ikatan menjadi sama. Situasi menjadi lebih komplikatif ketika salah

satu menganggap ikatan diantara atom yang tidak sama. Contoh yang baik adalah

dihasilkan oleh molekul HF. Konfigurasi elektron pada H adalah 1s1, dan pada F adalah

(He) 2s22p5. Orbital valensi pada atom F digambarkan dalam (Gambar 2.8a – inti dalam

elektron ditolak sehingga tidak terlibat dalam ikatan.

Atom ditahan pada jarak yang terpisah diantaranya, dengan dapat dihitung secara

eksperimen, dan orbital molekul HF terhitung. Perhitungan tidak signifikan dan

digambarkan dalam (Gambar 2.8b). Jumlah total pada elektron harus terakomodasi

dalam orbital molekul yaitu 8 (7 dari F dan 1 dari H). Penempatan dua di tiap orbital

mengisi 4 orbital pertama dan hasilnya adalah dalam sebuah energi untuk molekul yang

lebih rendah (lebih negatif) yang jumlahnya dari dua atom yang tidak berinteraksi.

Gambar 2.8 dapat juga direpresentasikan mengikuti : elektron F 2s, energinya

menjadi lebih dibanding hidrogen (karena muatan lebih tinggi pada inti F) menyisakan

yang tidak terganggu oleh atom hidrogen17. Fungsi gelombang elektron 1s pada atom H

dan salah satu pada orbital 2p pada F akan overlap menjadi bentuk ikatan primer

(Gambar 2.8). Sisa elektron pada atom F menyisakan tanpa gangguan dalam energi dan

dalam ruang.

Perhitungan untuk Gambar 2.8 dibuat untuk memberikan jarak interatomik.

Perhitungan yang sama dapat diulang untuk variasi pemisahan interatomik. Pada

pemisahan infinite, atom tidak dapat berinteraksi, dan energi pada sistem hanya jumlah

energi elektron pada atom terpisah. Sebagaimana yang terbawa secara dekat bersamaan,

energi potensial tarikan disebabkan tarikan antara elektron dan inti menurunkan energi

pada sistem komponen tolakan datang dan energi memulai peningkatan lagi. Pada jarak

beberapa interatomik, energi minimum terjadi dan sebuah plot energi vs jarak

interatomik dalam energi tidak seperti gambar 2.4a.

Gambar 2.8 (a) orbital atomik F. (b) Orbital molekul HF. (c) Orbital atomik H. (d) Interaksi pada orbital

H 1s dengan salah satu pada orbital F p. Overlapping pada kedua orbital menghasilkan penurunan pada

energi sistem. Garis bertitik menghubungkan (b) dan (d) menitikberatkan bahwa hanya orbital F p yang

overlap dengan orbital H yang mempunyai energi lebih rendah. 2 pasang elektron yang tidak berpasangan

mempunyai energi sama dalam molekul pad atom F, sehingga disebut pasangan tunggal yang tidak

terganggu kehadiran atom hidrogen.

D. IKATAN KOVALEN ZAT PADAT

Sampai saat ini pembahasan difokuskan pada tingkat energi dari satu ikatan

kovalen antara dua atom. Ikatan semacam itu, tidak akan mengakibatkan pembentukan

padatan yang kuat. Untuk membentuk sebuah padatan, setiap atom harus secara terikat

setidaknya dengan dua atom lainnya. Misalnya HF, tidak dapat membentuk padatan

karena ketika ikatan HF terbentuk, kedua atom mencapai konfigurasi yang paling stabil

(He untuk H dan Ne untuk F, yang pada gilirannya menunjukkan bahwa tidak ada

elektron yang tersedia untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom lain). Oleh karena

itu, HF adalah berupa gas pada temperatur kamar, meskipun fakta bahwa ikatan HF

cukup kuat.

Ikatan keramik banyak didominasi oleh kovalen, terutama Si yang berbasis

seperti silikon karbida, silikon nitrida, dan silikat, terdiri dari atom Si yang berikatan

dengan empat atom lain dalam susunan tetrahedral. Konfigurasi keadaan dasar Si, yaitu

(Ne) 3s23p2 (Gambar 2.9a). Secara alami akan mengharapkan hanya untuk membentuk

dua ikatan primer. Kontradiksi ini jelas telah dijelaskan oleh hibridisasi yang

menyatakankan bahwa antara s dan p terbentuk fungsi gelombang.

Hibridisasi terdiri dari pencampuran atau kombinasi linear orbital s dan p dalam

atom sedemikian rupa untuk membentuk orbital hibrida baru. Hibridisasi ini dapat

terjadi antara satu orbital s dan satu orbital p (membentuk orbital sp), atau satu s dan

dua orbital p (membentuk sebuah orbital trigonal sp2). Dalam kasus Si, orbital s

berhibridisasi dengan ketiga orbital p untuk membentuk apa yang dikenal sebagai

orbital hybrid sp3. Orbital hibrida memanfaatkan karakter s dan p dan terarah di suatu

ruang sebagai lobus dalam susunan tetrahedral dengan sudut ikatan 109 °, seperti yang

ditunjukkan pada Gambar.2.9c. Masing-masing orbital dihuni oleh satu elektron

(Gambar 2.9b), akibatnya setiap atom Si sekarang dapat berikatan dengan empat atom

Si lainnya, yang pada putarannya dapat menyebabkan struktur tiga dimensi. Promosi

elektron dari s ke orbital hibrida membutuhkan beberapa energi, yang lebih dari dengan

pembentukan empat ikatan utama.

Gambar 2.9 (a) Ground state pada atom Si, (b) Konfigurasi elektron setelah hibridisasi, (c) Ikatan pada

sp3 secara langsung. Perhatikan bahwa tiap lobus ikatan mengandung 1 elektron

BAB III

PENUTUP

A. KESIMPULAN

1. Ikatan ionik terdiri dari ion partikel bermuatan positif yang disebut

kation dan ion bermuatan negatif yang disebut anion.

2. NaCl merupakan salah satu contoh dari ikatan ionik.

3. Hukum Coulomb digunakan untuk mendapatkan usaha yang

dilakukan ion dari jarak tak hingga ke jarak r.

4. Energi total merupakan penjumlahan dari energi atraktif dan

energi repulsif.

5. Energi kisi menunjukan ukuran kekuatan ikatan senyawa ionik. Seringkali

didefinisikan sebagai entalpi pembentukan senyawa ionik dari ion-ion gas, dan

selalu eksotermik. Energi kisi juga dapat didefinisikan sebagai energi yang

dibutuhkan untuk memisahkan secara sempurna satu molekul padatan ionik

menjadi ion-ion gas penyusunnya.

6. Siklus Born Haber adalah suatu siklus yang dibentuk dengan menggunakan data

entalpi yaitu entalpi pembentukan standar kristal ion dari unsur-unsurnya.

7. Siklus Born Haber sering digunakan untuk menentukan energi kisi, menghitung

afinitas elektron yang sulit ditentukan secara eksperimen, memprediksi

kemungkinan terbentuk tidaknya suatu senyawa ionik.

8. Energi disosiasi (Ediss) adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan salah satu

ikatan yang terdapat pada suatu molekul atau senyawa dalam keadaan gas.

9. Energi ionisasi (Eion) adalah energi yang dibutuhkan untuk sepenuhnya menghapus

elektron dari sebuah atom terisolasi dalam fase gas. energi lonisasi selalu

endotermik karena dalam semua kasus kerja harus dilakukan untuk menghilangkan

elektron dari intinya.

10. Afinitas elektron (EA) adalah ukuran dari perubahan energi yang terjadi ketika

sebuah elektron ditambahkan ke kulit valensi atom.

11. Dalam ikatan kovalen, konfigurasi elektron yang stabil diasumsikan oleh

penggunaan bersama pada elektron antara atom-atom yang berdekatan.

12. Molekul nonlogam (H2, Cl2, F2) serta molekul mengandung atom yang berbeda,

seperti CH4, H2O, HNO3, dan HF, berikatan kovalen.

13. Salah satu teori dan model yang telah diusulkan untuk menjelaskan formasi ikatan

kovalen adalah teori molekul orbital, yang memperlakukan sebuah molekul sebagai

entitas tunggal dan menjadikan orbital molekul sebagai sebuah keseluruhan.

14. Persamaan Schrodinger ikatan kovalen yaitu terdapat di molekul H2+,

dengan jarak ra, rb, dan R.

15. Untuk membentuk sebuah padatan, setiap atom harus secara terikat setidaknya

dengan dua atom lainnya.

16. Hibridisasi terdiri dari pencampuran atau kombinasi linear orbital s dan p dalam

atom sedemikian rupa untuk membentuk orbital hibrida baru. Dalam kasus Si,

dengan susunan tetrahedral dengan sudut ikatan 109 °, masing-masing orbital

dihuni oleh satu elektron, akibatnya setiap atom Si dapat berikatan dengan empat

atom Si lainnya,

B. DAFTAR PUSTAKA

Barsoum, Michel W. 2002. FUNDAMENTAL OF CERAMICS. London : The

Institute of Physics

Callister,William D and David G. Rethwisch . 2009. Material Science and Engineering an

Introduction 8th. United States of America : John Wiley & Sons, Inc.