GAYA ANTAR ATOM DAN IKATAN KRISTAL

Gaya antar atom dalam kristal

• Susunan atom dalam kristal selalu menuju pada konfigurasi kedudukan dengan energi potensial sistem kristal berenergi minimum.

• Energi ikatan didevinisikan sebagai beda antara harga energi semua atom dalam sistem kristal dibandingkan dengan harganya apabila atom-atom tersebut bebas satu sama lain.

Unsur Alkali-Halida Unsur tersusun sebagai ion dalam struktur

kristal. Gaya antar ion berasal dari 2 sumber

• Gaya klasik Coulumb berjangkauan panjang

• Gaya yang bersumber pada prinsip ekslusi Pauli (gaya kuantum) berjangkauan pendek

Superposisi potensial ke-2 gaya ini memberikan fungsi potensial minimum

• Jarak dimana diperoleh harga minimal fungsi potensial dinamakan jarak keseimbangan antara ion

• Di sekitar jarak keseimbangan, potensial dianggap merupakan fungsi kuadratik dari simpangan

• Gaya antar atom diturunkan dari fungsi energi ion terhadap jarak antar ion dalam kristal

Ikatan kristal

Berdasarkan cara atom-atom berikatan satu sama lain dalam membentuk kristal, dapat dibedakan :

1. ikatan ionik,2. ikatan kovalen3. ikatan logam,4. ikatan van der Waals5. ikatan hidrogen

1. Kategori utama

2. Kategori sekunder

Ikatan dalam kristal dibagi dalam 2 kategori

•Ikatan ionik

•Ikatan kovalen

•Ikatan logam

•Ikatan vander Waals

•Ikatan hidrogen

Ikatan kategori utama

I A II A III B IV B V B VI B VII B VIII B I B II B III A IV A V A VI A VII A VIII A1 1 2

1 H H He1.008 1.008 4.0026

3 4 5 6 7 8 9 10

2 Li Be B C N O F Ne6.939 9.0122 10.811 12.011 14.007 15.999 18.998 20.183

11 12 13 14 15 16 17 18

3 Na Mg Al Si P S Cl Ar22.99 24.312 26.982 28.086 30.974 32.064 35.453 39.948

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr39.102 40.08 44.956 47.89 50.942 51.996 54.938 55.847 58.932 58.71 63.54 65.37 69.72 72.59 74.922 78.96 79.909 83.8

37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54

5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe85.468 87.62 88.906 91.224 92.906 95.94 * 98 101.07 102.91 106.42 107.9 112.41 114.82 118.71 121.75 127.61 126.9 131.29

55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

6 Cs Ba **La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn132.91 137.33 138.91 178.49 180.95 183.85 186.21 190.2 192.22 195.08 196.97 200.29 204.38 207.2 208.98 * 209 * 210 * 222

87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116

7 Fr Ra ***Ac Rf Ha Sg Ns Hs Mt Uun Uuu Uub Uut Uuq Uup Uuh* 223 226.03 227.03 * 261 * 262 * 263 * 262 * 265 * 268 * 269 * 272 * 277 *284 *285 *288 *292

Based on symbols used by ACS S.M.Condren 2003

58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

* Designates that **Lanthanum Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Luall isotopes are Series 140.12 140.91 144.24 * 145 150.36 151.96 157.25 158.93 162.51 164.93 167.26 168.93 173.04 174.97

radioactive 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103

*** Actinium Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Series 232.04 231.04 238.03 237.05 * 244 * 243 * 247 * 247 * 251 * 252 * 257 * 258 * 259 * 260

P e r i o d i c T a b l e o f t h eE l e m e n t s

Periodic Table of the ElementsPeriodic Table of the Elements

Ikatan Ionik

• Terdapat dalam senyawa alkali-halida

-alkali (Na, K, Rb,Cs, dsj)

-Halida (F, Cl, Br, dsj)• Dalam struktur kristalnya, atom alkali dan

halida cendrung mengubah konfigurasi elektronnya menjadi konfigurasi elektron gas mulia (Ne, Kr, Xe, dsj)

• Energi ikatan berharga kurang-lebih 5 eV

Konfigurasi elektron atom gas mulia merupakan konfigurasi dengan energi potensial terendah sehingga merupakan konfigurasi yang sangat stabil

• Ikatan ionik terbentuk karena adanya gaya tarik-menarik elektrostatik (Coulomb) antara ion positif dan ion negatif.

• Terbentuknya ion-ion tersebut disebabkan oleh terjadinya transfer elektron antar atom-atom yang membentuk ikatan. Beberapa contoh kristal ionik antara lian : NaCl, CsCl, KBr, NaI, dst

• Untuk NaCl, elektron pada atom Na ditransfer kepada atom Cl :

Selanjutnya, ion Na+ dan ion Cl yang dalam keadaan gas berikatan satu sama lain dan membentuk kristal dengan melepaskan energi kisi (kohesi) sebesar 7,9 eV

Ikatan Ion NaCl

Apabila ion Na+ dan ion Cl berdekatan pada jarak r,

besarnya energi (potensial) tarik-menarik Coulomb adalah

Gaya tarik-menarik ini tidak mengakibatkan kedua ion terus mendekat, sampai jarak yang sedekat-dekatnya, karena orbital-tertutup yang terisi penuh elektron pada masing-masing atom juga saling berdekatan. Sebagai akibatnya, timbul gaya tolak antar elektron pada orbital atom, sebagai konsekuensi larangan Pauli. Besarnya energi tolak-menolak (repulsif) dapat diungkapkan sebagai berikut

Erop = A/rn

interaksi elektrostatik setiap ion akan berinteraksi baik dengan ion tetangga terdekatnya maupun dengan ion tetangga berikutnya, karena interaksi ini berjangkauan lebih jauh.

Besarnya energi elektrostatik setiap pasangan ion dapat dituliskan sebagai berikut :

Besarnya energi total sebagai fungsi jarak antar ion

Energi kisi adalah energi total pada r = ro. E (ro ) adalah nilai energi keseimbangan pada titik minimum dari kurva E(r). Hal ini berarti turunan pertama dari E(r) terhadap r pada r = ro adalah sama dengan nol.

Ikatan Kovalen

Ikatan kovalen, sering disebut ikatan valensi atau homopolar, dibangun oleh sepasang elektron dari dua atom yang berikatan. Setiap atom menyumbang sebuah elektron untuk membentuk sebuah ikatan kovalen.

Elektron-elektron yang membentuk ikatan tersebut bersifat lokal (hanya terdapat) di daerah antara dua atom, menempati orbital ikatan (σ) dengan spin yang berlawanan arahnya (anti-paralel).

• Ikatan Kovalen terjadi pada semua atom golongan IV dalam taebl unsur berkala

• Untuk membahas secara lebih rinci tentang mekanisme pembentukan ikatan ini diperlukan teori kuantum yang lebih lanjut, sehingga tidak di sajikan dalam catatan ini demi penyederhanaan. Karena memerlukan teori kuantum inilah, maka ikatan kovalen sering juga disebut ikatan kuantum.

Ikatan Logam

Logam dicirikan oleh tingginya konduktivitas listrik dan termal, banyak mengandung elektron bebas yang dapat bergerak diseluruh kristal. Elektron valensi yang dimiliki oleh setiap atom logam, akan menjadi elektron bebas bila atom-atom tersebut membentuk kristal logam

• Orbital atom yang terisi penuh elektron bersama-sama inti atom membentuk teras atom (core).

• Dalam kristal logam, teras-teras atom saling berkaitan, dan elektron valensi menjadi elektron bebas (satu elektron untuk setiap teras Na).

• ikatan logam dapat dipandang sebagai kumpulan teras atom dalam “lautan” elektron bebas