PowerPoint Presentation · PPT file · Web viewPerbedaan ini terjadi karena...

Mengenal Sifat Material

Ikatan Atom dan Susunan Atom

Bilangan kuantum : prinsipal: n = 1, 2, 3, dst

azimuthal: l = 0, 1, 2, 3 : s, p, d, f

magnetik: ml = l sampai +l

spin elektron: ms = +1/2 dan 1/2

Pauli Exclusion Prinsiple : setiap status hanya dapat ditempati tidak lebih dari satu elektron

Bilangan Kuantum :

Konfigurasi Unsur

Konfigurasi Elektron Unsur pada Ground State1H1s1

2He1s2

3Li[He]2s1

4Be[He]2s2

5B[He]2s22p1

6C[He]2s22p2

7N[He]2s22p3

8O[He]2s22p4

9F[He]2s22p5

10Ne[He]2s22p6

11Na[Ne]3s1

12Mg[Ne]3s2

13Al[Ne]3s23p1

14Si[Ne]3s23p2

15P[Ne]3s23p3

16S[Ne]3s23p4

17Cl[Ne]3s23p5

18Ar[Ne]3s23p6

19K[Ar]4s1

20Ca[Ar]4s2

21Sc[Ar]3d14s2

22Ti[Ar]3d24s2

23V[Ar]3d34s2

24Cr[Ar]3d54s1

25Mn[Ar]3d54s2

26Fe[Ar]3d64s2

27Co[Ar]3d74s2

28Ni[Ar]3d84s2

29Cu[Ar]3d104s1

30Zn[Ar]3d104s2

31Ga[Ar]3d104s24p1

32Ge[Ar]3d104s24p2

33As[Ar]3d104s24p3

34Se[Ar]3d104s24p4

35Br[Ar]3d104s24p5

36Kr[Ar]3d104s24p6

37Rb[Kr]5s1

38Sr[Kr]5s2

39Y[Kr]4d15s2

40Zr[Kr]4d25s2

41Nb[Kr]4d45s1

42Mo[Kr]4d55s1

43Tc[Kr]4d65s1

44Ru[Kr]4d75s1

45Rh[Kr]4d85s1

46Pd[Kr]4d10

47Ag[Kr]4d105s1

48Cd[Kr]4d105s2

49In[Kr]4d105s25p1

50Sn[Kr]4d105s25p2

51Sb[Kr]4d105s25p3

52Te[Kr]4d105s25p4

53I[Kr]4d105s25p5

54Xe[Kr]4d105s25p6

55Cs[Xe]6s1

56Ba[Xe]6s2

57La[Xe]5d16s2

58Ce[Xe]4f15d16s2

59Pr[Xe]4f36s2

60Nd[Xe]4f46s2

61Pm[Xe]4f56s2

62Sm[Xe]4f66s2

63Eu[Xe]4f76s2

64Gd[Xe]4f75d16s2

65Tb[Xe]4f96s2

66Dy[Xe]4f106s2

67Ho[Xe]4f116s2

68Er[Xe]4f126s2

69Tm[Xe]4f136s2

70Yb[Xe]4f146s2

71Lu[Xe]4f145d16s2

72Hf[Xe]4f145d26s2

73Ta[Xe]4f145d36s2

74W[Xe]4f145d46s2

75Re[Xe]4f145d56s2

76Os[Xe]4f145d66s2

77Ir[Xe]4f145d76s2

78Pt[Xe]4f145d96s1

79Au[Xe]4f145d106s1

80Hg[Xe]4f145d106s2

81Tl[Xe]4f145d106s26p1

82Pb[Xe]4f145d106s26p2

83Bi[Xe]4f145d106s26p3

84Po[Xe]4f145d106s26p4

85At[Xe]4f145d106s26p5

86Rn[Xe]4f145d106s26p6

87Fr[Rn]7s1

88Ra[Rn]7s2

89Ac[Rn]6d17s2

90Th[Rn]6d27s2

91Pa[Rn]5f26d17s2

92U[Rn]5f36d17s2

93Np[Rn]5f46d17s2

94Pu[Rn]5f67s2

95Am[Rn]5f77s2

96Cm[Rn]5f76d17s2

97Bk[Rn]

98Cf[Rn]

99Es[Rn]

100Fm[Rn]

101Md[Rn]

102No[Rn]

103Lw[Rn]

Ikatan Kovalen

Gaya Ikat : gaya yang menyebabkan dua atom menjadi terikat; gaya ini terbentuk jika terjadi penurunan energi ketika dua atom saling mendekat

Ikatan Metal

Ikatan Ion

Ikatan Hidrogen

Ikatan van der Waals

Ikatan Primer : Kuat Ikatan Sekunder : Lemah

Ikatan Atom

Gaya Ikat

Ikatan berarah:kovalen

dipole permanen

Ikatan tak berarah:metalion

van der Waals

atom dengan ikatan berarah akan terkumpul sedemikian

rupa sehingga terpenuhi sudut ikatan

atom dengan ikatan tak berarah pada umumnya terkumpul secara rapat

(kompak) dan mengikuti aturan geometris yang ditentukan oleh

perbedaan ukuran atom

walaupun kita bedakan ikatan atom berarah dan ikatan tak berarah, namum dalam kenyataan material bisa terbentuk dari campuran dua

macam ikatan tersebut

terutama terjadi pada ikatan kovalen antara unsur non metal: Nitrogen; Oksigen; Carbon;

Fluor; Chlor

terutama pada Ikatan metal yang terjadi antara sejumlah besar

atom

Ikatan Atom

Ikatan Berarah dan Tak Berarah

Sifat ikatan : Jumlah diskrit

Arah tidak diskrit

Atom dengan ikatan tak berarah

Contoh : H2

namun ikatan 2 atom H tetap diskrit : setiap atom H hanya akan terikat dengan satu atom H yang lain

atom H memiliki 1 elektron di orbital 1s simetri bola

Ikatan Atom

Sifat ikatan : Jumlah diskrit

Arah diskrit

Elektron di orbital selain orbital s akan membentuk ikatan yang memiliki arah spasial tertentu dan juga diskrit; misal orbital p akan membentuk

ikatan dengan arah tegak lurus satu sama lain.

2pz2px

2py

xy

z

xy

z

xy

z

ditentukan oleh status kuantum dari elektron yang berperan dalam terbentuknya ikatan

Hanya orbital yang setengah terisi yang dapat berperan dalam pembentukan ikatan kovalen; oleh karena itu jumlah susunan ikatan ditentukan oleh jumlah

elektron dari orbital yang setengah terisi.

Atom dengan ikatan berarah

Ikatan Atom

1 H: 1s1

8 O: [He] 2s2 2p4

O

H H

104o

+

dipole

1 H: 1s1

9 F: [He] 2s2 2p5

F

H

+

dipole

Contoh :

Ikatan Atom

Hibrida dari fungsi gelombang s dan p

6 C: [He] 2s2 2p2Hibrida dari fungsi gelombang s dan p pada karbon membuat karbon memiliki 4 ikatan yang kuat mengarah ke susut-sudut tetrahedron

Intan dan methane (CH4) terbentuk dari ikatan hibrida ini.

14 Si [Ne] 3s2 3p2

32 Ge [Ar] 3d10 4s2 4p2

50 Sn [Kr] 4d10 5s2 5p2

juga membentuk orbital tetrahedral seperti karbon karena hibrida 3s-sp, 4s-4p, dan 5s-5p, sama dengan 2s-2p.

Ikatan Atom

Contoh: senyawa hidrokarbon yang terdiri hanya dari atom C dan H.

Methane : CH4. Ikatannya adalah tetrahedral CH

H |

HCH |

H

Karena ikatan kovalen adalah diskrit dalam jumlah maupun arah, maka terdapat banyak kemungkinan struktur ikatan tergantung dari ikatan mana yang digunakan oleh setiap atom.

C

H

H

H

H

Ikatan Atom

Rantaian panjang bisa dibentuk oleh ribuan ikatan CC.

Simetri ikatan atom karbon dalam molekul ini adalah tetrahedral, dan satu ikatan CC dapat dibayangkan

sebagai dua tetrahedra yang berikatan sudut-ke-sudut.

Variasi ikatan bisa terjadi sebab tetrahedra pengikat, selain berikatan sudut-ke-sudut dapat pula berikatan sisi-ke-sisi (ikatan dobel)

dan juga berikatan bidang-ke-bidang (ikatan tripel).

Contoh: acetylene C2H2Contoh: ethylene C2H4,

H H | |

HCCHHCCH

Ikatan Atom

Peningkatan kekuatan ikatan sebagai hasil dari terjadinya ikatan multiple disertai penurunan jarak antar atom karbon.

1,54 Ä pada ikatan tunggal, 1,33 Ä pada ikatan dobel, 1,20 Ä pada ikatan tripel.

Ikatan CC juga bisa digabung dari ikatan tunggal dan ikatan dobel,

seperti yang terjadi pada benzena.

Ikatan Atom

Atom-atom material padat akan terkumpul secara ringkas / kompak menempati ruang sekecil mungkin.

Dengan cara ini jumlah ikatan per satuan volume menjadi maksimum yang berarti energi ikatan per satuan volume menjadi

minimum.

Sebagai pendekatan pertama kita memandang atom sebagai kelereng keras.

Secara geometris, ada 12 kelereng yang dapat berposisi mengelilingi 1 kelereng (terletak di pusat) dan mereka

saling menyentuh satu sama lain.

Ada 2 macam susunan kompak yang teramati pada banyak struktur metal dan elemen mulia, yaitu

hexagonal close-packed (HCP) dan

face-centered cubic (FCC).

Susunan Atom-atom yang Berikatan Tak Berarah

Susunan Atom, Atom Berikatan Tak Berarah dan Sama Besar

Atom berukuran sama

Face-Centered Cubic (FCC)

6 atom mengelilingi 1 atom di bidang tengah

3 atom di bidang atas, tepat di atas 3 atom yang berada di

bidang bawah,

Hexagonal Closed-Packed (HCP)

6 atom mengelilingi 1 atom di bidang tengah

3 atom di bidang atas, berselang-seling di atas 3 atom di bidang

bawah,


Semua elemen mulia membentuk struktur kompak jika membeku pada temperatur sangat rendah,

Sekitar 2/3 dari jenis metal membentuk struktur HCP atau FCC pada temperatur kamar.

1/3 dari jenis metal yang tidak membentuk struktur struktur kompak pada temperatur kamar adalah metal alkali (Na, K, dll) dan metal transisi (Fe, Cr, W, dsb). Mereka

cenderung membentuk struktur body-centered cubic (BCC).

Walaupun kurang kompak, susunan ini memiliki energi total relatif rendah.

Kebanyakan metal alkali berubah dari BCC ke FCC atau HCP pada temperatur yang sangat rendah. Hal ini menunjukkan bahwa susunan kurang kompak yang terjadi

pada temperatur kamar adalah akibat dari pengaruh energi thermal

Susunan BCC pada metal transisi diduga sebagai akibat dari ikatan metal ini yang sebagian berupa ikatan kovalen (yang merupakan ikatan berarah).


Ikatan ion membentuk struktur yang terdiri dari atom-atom yang berbeda ukuran karena anion dan kation pada umumnya sangat berbeda ukuran.

Perbedaan ini terjadi karena transfer elektron dari atom yang elektro-positif ke atom yang elektronegatif

Membuat ukuran anion > kation.

Anion :

ion negatif sebagai hasil dari atom elektronegatif yang

memperoleh tambahan elektron.

Kation :

ion positif sebagai hasil dari atom elektropositif yang kehilangan

satu atau lebih elektron.

Ikatan ini tak berarah dan juga tidak diskrit, namun pada skala besar kenetralan harus tetap terjaga.

Atom berukuran tidak sama

Susunan Atom-atom yang Berikatan Tak Berarah

Susunan Atom, Atom Berikatan Tak Berarah dan Tidak Sama Besar

Bilangan yang menunjukkan perbandingan jumlah ion elemen A yang mengelilingi ion elemen K yang lebih kecil disebut bilangan koordinasi

(Ligancy).

Bilangan Koordinasi tergantung dari perbedaan radius antara Kation dan Anion

makin besar perbedaannya, ligancy akan semakin kecil.

Bilangan Koordinasi

Rasio Radius Kation / Anion

Polyhedron Koordinasi

Packing

2 0 – 0,155 garis linier

3 0,155 – 0,225 segitiga triangular

4 0,225 – 0,414 tetrahedron Tetrahedral

6 0,414 – 0,732 oktahedron Octahedral

8 0,732 – 1,0 kubus cubic

12 1,0 HCP

12 1,0 FCC

[2]

Bilangan Koordinasi


Senyawa / Metal rK / rA Ligancy teramati

Ba2O3 0,14 3

BeS 0,17 4

BeO 0,23 4

SiO2 0,29 4

LiBr 0,31 6

MgO 0,47 6

MgF2 0,48 6

TiO2 0,49 6

NaCl 0,53 6

CaO 0,71 6

KCl 0,73 6

CaF2 0,73 8

CaCl 0,93 8

BCC Metal 1,0 8

FCC Metal 1,0 12

HCP Metal 1,0 12

Atom dengan ikatan tak terarah : Atom berukuran tidak sama

[2]


Rasio radius di mana anion saling menyentuh dan juga menyentuh kation sentral disebut rasio radius kritis, sebab di bawah rasio ini jarak kation-anion menjadi lebih

besar dibanding jarak keseimbangan antar ion.

Polyhedra yang terbentuk dengan menghubungkan pusat-pusat anion yang mengelilingi kation sentral disebut polihedra anion atau polihedra koordinasi.

HCP FCC


Polihedra ikatan dan polihedra koordinasi dapat dilihat sebagai sub-unit yang jika disusun akan membentuk struktur padatan tiga dimensi.

Cara bagaimana mereka tersusun akan menentukan apakah material berbentuk kristal atau nonkristal (gelas) dan jika berbentuk kristal struktur kristalnya akan

tertentu.

Polihedra ini bukan besaran fisis tetapi hanya merupakan sub-unit yang lebih mudah dibayangkan daripada atom, dan dengan menggunakan pengertian ini dapat

dilakukan pembahasan mengenai struktur lokal secara terpisah dari struktur besarnya (struktur makro).

Peran Ikatan Atom

C

H

H

H

H HCP

Polihedra koordinasi berperilaku sebagai suatu unit yang erat terikat jika valensi atom sentral lebih dari setengah dari total valensi atom yang terikat dengannya. Jika valensi atom sentral sama dengan valensi total atom yang

mengelilinginya maka sub-unit itu adalah molekul.

Titik leleh suatu material bergantung dari kekuatan ikatan atom. Ia makin rendah jika polihedra sub-unit terbangun dari kelompok atom yang diskrit,

yang terikat satu sama lain dengqan ikatan sekunder dibandingkan dengan bila ikatannya primer.

Contoh: methane, CH4, titik leleh 184oC;

ethane, C2H6, titik leleh 172oC;

polyethylene, titik leleh 125oC; polyethylene saling terikat dengan ikatan C-C dapat stabil sampai 300oC.

Peran Ikatan Atom

Course Ware

Mengenal Sifat Material

Ikatan Atom dan Susunan Atom

Sudaryatno Sudirham

PowerPoint Presentation · PPT file · Web viewPerbedaan ini terjadi karena...

Documents

Transcript of PowerPoint Presentation · PPT file · Web viewPerbedaan ini terjadi karena...