Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Mengenal Sifat Material #1 Atom, Ikatan Atom, Susunan Atom.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Mengenal Sifat Material #1 Atom, Ikatan Atom, Susunan Atom."— Transcript presentasi:

1 Mengenal Sifat Material #1 Atom, Ikatan Atom, Susunan Atom

2  Perkembangan Konsep Atom  Elektron Sebagai Partikel dan Gelombang  Persamaan Gelombang Schrödinger  Aplikasi Persamaan Schrödinger  Konfigurasi Elektron Dalam Atom  Ikatan Atom dan Susunan Atom Cakupan Bahasan

3

4 Perkembangan pengetahuan tentang material dilandasi oleh konsep atom yang tumbuh semakin rumit dibandingkan dengan konsep awalnya yang sangat sederhana. Perkembangan Konsep Atom

5   460 SMDemocritus  460 SM Democritus Thomson 1897 Thomson Akhir abad 19 : Persoalan radiasi benda hitam 1880 Kirchhoff Planck 1901 Max Planck E osc = h  f h = 6,626  10  34 joule-sec 1905 Albert Einstein efek photolistrik 01230123 E maks f metal 1 metal 2 metal 3 Dijelaskan: gelombang cahaya seperti partikel; disebut photon 1803 Dalton : berat atom : atom bukan partikel terkecil  elektron Rutherford Rutherford : Inti atom (+) dikelilingi oleh elektron (-) Perkembangan Konsep Atom

6 1913 Niels Bohr LYMAN BALMER PASCHEN tingkat energi Compton : photon dari sinar-X mengalami perubahan momentum saat berbenturan dengan elektron valensi Louis de Broglie : partikel sub-atom dapat dipandang sebagai gelombang 1926 Erwin Schrödinger :mekanika kuantum 1927 Davisson dan Germer : berkas elektron didefraksi oleh sebuah kristal 1927 Heisenberg : uncertainty Principle 1930 Born :intensitas gelombang Perkembangan Konsep Atom

7 Model Atom Bohr

8 Model atom Bohr berbasis pada model yang diberikan oleh Rutherford: Partikel bermuatan positif terkonsentrasi di inti atom, dan elektron berada di sekeliling inti atom. Perbedaan penting antara kedua model atom: Model atom Rutherford: elektron berada di sekeliling inti atom dengan cara yang tidak menentu Model atom Bohr: elektron-elektron berada pada lingkaran-lingkaran orbit yang diskrit; energi elektron adalah diskrit. Model atom Bohr dikemukakan dengan menggunakan pendekatan mekanika klasik. Perkembangan Konsep Atom, Model Atom Bohr

9 Ze r FcFc Gagasan Bohr : orbit elektron adalah diskrit; ada hubungan linier antara energi dan frekuensi seperti halnya apa yang dikemukakan oleh Planck dan Einstein Perkembangan Konsep Atom, Model Atom Bohr

10 Dalam model atom Bohr : energi dan momentum sudut elektron dalam orbit terkuantisasi Setiap orbit ditandai dengan dua macam bilangan kuantum: bilangan kuantum prinsipal, n bilangan kuantum sekunder, l Perkembangan Konsep Atom, Model Atom Bohr

11 Jari-Jari Atom Bohr Untuk atom hidrogen pada ground state, di mana n = 1 dan Z = 1, maka r = 0,528 Å Perkembangan Konsep Atom, Model Atom Bohr

12 Tingkat-Tingkat Energi Atom Hidrogen n :  13,6  3,4  1,51 energi total [ eV ] ground state  10,2 eV  1,89 eV bilangan kuantum prinsipal Perkembangan Konsep Atom, Model Atom Bohr

13 Spektrum Atom Hidrogen Deretn1n1 n2n2 Radiasi Lyman12,3,4,…UV Balmer23,4,5,…tampak Paschen34,5,6,…IR Brackett45,6,7,…IR Pfund56,7,8,…IR deret Lyman deret Balmer deret Paschen Tingkat Energi Perkembangan Konsep Atom, Model Atom Bohr

14

15 Gelombang Tunggal bilangan gelombang Kecepatan rambat gelombang dicari dengan melihat perubahan posisi amplitudo Kecepatan ini disebut kecepatan fasa Elektron Sebagai Gelombang

16 Paket gelombang adalah gelombang komposit yang merupakan jumlah dari n gelombang sinus Paket Gelombang dengan k 0,  0, A 0, berturut-turut adalah nilai tengah dari bilangan gelombang, frekuensi dan amplitudo Elektron Sebagai Gelombang

17 Bilangan gelombang: k Perbedaan nilai k antara gelombang-gelombang yang membentuk paket gelombang tersebut sangat kecil  dianggap kontinyu demikian juga selang  k sempit sehingga A n / A 0 ≈ 1. Dengan demikian maka Pada suatu t tertentu, misalnya pada t = 0 persamaan bentuk amplitudo gelombang menjadi Karena perubahan nilai k dianggap kontinyu maka variasi  k sempit Elektron Sebagai Gelombang

18 Persamaan gelombang komposit untuk t = 0 menjadi Persamaan ini menunjukkan bahwa amplitudo gelombang komposit ini terselubung oleh fungsi selubung xx lebar paket gelombang Elektron Sebagai Gelombang Persamaan gelombang

19 Kecepatan Gelombang kecepatan fasa: kecepatan group: Amplitudo gelombang akan mempunyai bentuk yang sama bila S(x,t) = konstan. Hal ini terjadi jika (  )t = (  k)x untuk setiap n Kecepatan group ini merupakan kecepatan rambat paket gelombang Elektron Sebagai Gelombang

20 Panjang gelombang de Broglie, Momentum, Kecepatan Panjang gelombang konstanta Planck momentum elektron Einstein : energi photon Momentum Kecepatan Elektron Sebagai Gelombang de Broglie: energi elektron

21 Elektron Sebagai Partikel dan Elektron Sebagai Gelombang Elektron dapat dipandang sebagai gelombang tidaklah berarti bahwa elektron adalah gelombang; akan tetapi kita dapat mempelajari gerakan elektron dengan menggunakan persamaan diferensial yang sama bentuknya dengan persamaan diferensial untuk gelombang. Elektron sebagai partikel: massa tertentu, m. Elektron sebagai partikel: E total = E p + E k = E p + mv e 2 /2. Elektron sebagai partikel: p = mv e 2 Dalam memandang elektron sebagai gelombang, kita tidak dapat menentukan momentum dan posisi elektron secara simultan dengan masing-masing mempunyai tingkat ketelitian yang kita inginkan secara bebas. Kita dibatasi oleh prinsip ketidakpastian Heisenberg:  p  x  h. Demikian pula halnya dengan energi dan waktu:  E  t  h. Elektron sebagai gelombang massa nol, tetapi = h/mv e. Elektron sebagai gelombang: E total = hf = ħ . Elektron sebagai gelombang: p = ħk = h/. Elektron Sebagai Gelombang

22

23 H = Hamiltonian Elektron sebagai partikel memiliki energi = energi kinetik + energi potensial Turunan H(p,x) terhadap p memberikan turunan x terhadap t. Turunan H(p,x) terhadap x memberikan turunan p terhadap t. Persamaan Schrödinger x xV x xpH       )(),( E merupakan fungsi p dan x

24 Gelombang : Operator momentumOperator energi u merupakan fungsi t dan x Turunan u terhadap t:Turunan u terhadap x: Persamaan Schrödinger

25 Hamiltonian: Jika H(p,x) dan E dioperasikan pada fungsi gelombang  maka diperoleh Operator: Inilah persamaan Schrödinger tiga dimensi satu dimensi Persamaan Schrödinger

26 Persamaan Schrödinger Bebas Waktu Aplikasi persamaan Schrödinger dalam banyak hal hanya berkaitan dengan energi potensial, yaitu besaran yang hanya merupakan fungsi posisi Satu dimensi Tiga dimensi Oleh karena itu jika persamaan tersebut diupayakan tidak merupakan fungsi yang bebas waktu agar penanganannya menjadi lebih sederhana Jika kita nyatakan: maka dapat diperoleh sehingga Persamaan Schrödinger

27 Fungsi Gelombang Persamaan Schrödinger adalah persamaan diferensial parsial dengan  adalah fungsi gelombang dengan pengertian bahwa adalah probabilitas keberadaan elektron pada waktu tertentu dalam volume dx dy dz di sekitar titik (x, y, z) Jadi persamaan Schrödinger tidak menentukan posisi elektron melainkan memberikan probabilitas bahwa ia akan ditemukan di sekitar posisi tertentu. Kita juga tidak dapat mengatakan secara pasti bagaimana elektron bergerak sebagai fungsi waktu karena posisi dan momentum elektron dibatasi oleh prinsip ketidakpastian Heisenberg Contoh kasus satu dimensi pada suatu t = 0 Persamaan Schrödinger

28 Elektron sebagai suatu yang nyata harus ada di suatu tempat. Oleh karena itu fungsi gelombang (untuk satu dimensi) harus memenuhi: Persyaratan Fungsi Gelombang Fungsi gelombang, harus kontinyu sebab jika terjadi ketidak-kontinyuan hal itu dapat ditafsirkan sebagai rusaknya elektron, suatu hal yang tidak dapat diterima. Turunan fungsi gelombang terhadap posisi,juga harus kontinyu, karena turunan fungsi gelombang terhadap posisi terkait dengan momentum elektron Oleh karena itu persyaratan ini dapat diartikan sebagai persayaratan kekontinyuan momentum. Fungsi gelombang harus bernilai tunggal dan terbatas sebab jika tidak akan berarti ada lebih dari satu kemungkinan keberadaan elektron. Fungsi gelombang tidak boleh sama dengan nol di semua posisi sebab kemungkinan keberadaan elektron haruslah nyata, betapapun kecilnya. Persamaan Schrödinger

29

30 Elektron Bebas harus berlaku untuk semua x Aplikasi Persamaan Schrödinger solusi Energi elektron bebas Persamaan gelombang elektron bebas Re Im Elektron bebas adalah elektron yang tidak mendapat pengaruh medan listrik sehingga energi potensialnya nol, V(x) = 0

31 Elektron di Sumur Potensial yang Dalam 0 L III III 11 22 33 V=0 V=V= V=V= x Daerah I dan daerah III adalah daerah- daerah dengan V = , daerah II, 0 < x < L, V = 0 Probabilitas ditemukannya elektron Energi elektron Fungsi gelombang Elektron yang berada di daerah II terjebak dalam “sumur potensial” Sumur potensial ini dalam karena di daerah I dan II V =  Aplikasi Persamaan Schrödinger

32 **  0 L b).n = 2 0 x L  ** a). n = 1 **  0 L c). n = 3 Energi elektron Probabilitas ditemukan elektron Fungsi gelombang Fungsi gelombang, probabilitas ditemukannya elektron, dan energi elektron, tergantung dari lebar sumur, L Aplikasi Persamaan Schrödinger

33 Pengaruh lebar sumur pada tingkat-tingkat energi 0 L 0 L’ n = 3 n = 2 n = 1 V V’ Makin lebar sumur potensial, makin kecil perbedaan antara tingkat-tingkat energi Aplikasi Persamaan Schrödinger

34 Elektron di Sumur Potensial yang Dangkal Probabilitas keberadaan elektron tergantung dari kedalaman sumur 0 L a d) ** 0 L c) ** E 0 L b) ** E 0 L a) ** V E Makin dangkal sumur, kemungkinan keberadaan elektron di luar sumur makin besar Jika diding sumur tipis, elektron bisa “menembus” dinding potensial Aplikasi Persamaan Schrödinger

35 x z y LxLx LyLy LzLz Sumur tiga dimensi Arah sumbu-x Persamaan ini adalah persamaan satu dimensi yang memberikan energi elektron: Untuk tiga dimensi diperoleh: Tiga nilai energi sesuai arah sumbu Aplikasi Persamaan Schrödinger

36

37 Persamaan Schrödinger dalam Koordinat Bola

38 persamaan Schrödinger dalam koordinat bola r   x y z elektron inti atom inti atom berimpit dengan titik awal koordinat Persamaan Schrödinger, Dalam Koordinat Bola mengandung r tidak mengandung r salah satu kondisi yang akan memenuhi persamaan ini adalah jika keduanya = 0 Persamaan Schrödinger dalam Koordinat Bola Jika kita nyatakan:kita peroleh persamaan yang berbentuk

39 Persamaan yang mengandung r saja fungsi gelombang R hanya merupakan fungsi r  simetri bola kalikan dengan kalikan dengan dan kelompokkan suku-suku yang berkoefisien konstan Ini harus berlaku untuk semua nilai r Salah satu kemungkinan: Persamaan Schrödinger, Dalam Koordinat Bola

40 Inilah nilai E yang harus dipenuhi agar R 1 merupakan solusi dari kedua persamaan Energi elektron pada status ini diperoleh dengan masukkan nilai-nilai e, m, dan h salah satu solusi: Probabilitas keberadaan elektron dapat dicari dengan menghitung probabilitas keberadaan elektron dalam suatu “volume dinding” bola yang mempunyai jari-jari r dan tebal dinding  r. Persamaan Schrödinger, Dalam Koordinat Bola

41 probabilitas maksimum ada di sekitar suatu nilai r 0 sedangkan di luar r 0 probabilitas ditemukannya elektron dengan cepat menurun keberadaan elektron terkonsentrasi di sekitar jari-jari r 0 saja Inilah struktur atom hidrogen yang memiliki hanya satu elektron di sekitar inti atomnya dan inilah yang disebut status dasar atau ground state Pe1Pe1 r [Å] r0r0 PePe Persamaan Schrödinger, Dalam Koordinat Bola

42 Adakah Solusi Yang Lain? solusi yang lain: Solusi secara umum: **  0 L b).n = 2 0 x L  ** a). n = 1 **  0 L c). n = 3 Kita ingat: Energi Elektron terkait jumlah titik simpul fungsi gelombang R1R1 R3R3 R2R2 r[Å] R bertitik simpul dua bertitik simpul tiga polinom Persamaan Schrödinger, Dalam Koordinat Bola

43 probabilitas keberadaan elektron Pe1Pe1 Pe2Pe2 Pe3Pe3 r[Å] PePe n  13,6  3,4  1,51 energi total [ eV ] ground state  10,2 eV  1,89 eV bilangan kuantum prinsipal Tingkat-Tingkat Energi Atom Hidrogen Persamaan Schrödinger, Dalam Koordinat Bola

44 Momentum Sudut Momentum sudut juga terkuantisasi bilangan bulat positif l : menentukan besar momentum sudut, dan m l : menentukan komponen z atau arah momentum sudut Nilai l dan m l yang mungkin : dst. Momentum sudut ditentukan oleh dua macam bilangan bulat: Persamaan Schrödinger, Dalam Koordinat Bola

45 l disebut bilangan kuantum momentum sudut, atau bilangan kuantum azimuthal m l adalah bilangan kuantum magnetik bilangan kuantum l simbolspdfgh degenerasi Persamaan Schrödinger, Dalam Koordinat Bola

46 Ada tiga bilangan kuantum. (1)bilangan kuantum utama, n, yang menentukan tingkat energi; (2)bilangan kuantum momentum sudut, atau bilangan kuantum azimuthal, l; (3)bilangan kuantum magnetik, m l. Bilangan Kuantum n :  13,6  3,4  1,51 energi total [ eV ] Bohr bilangan kuantum utama 2s, 2p 1s1s 3s, 3p, 3d lebih cermat (4) Spin Elektron:  ½ dikemukakan oleh Uhlenbeck Persamaan Schrödinger, Dalam Koordinat Bola

47 Konfigurasi Elektron Dalam Atom Netral Kandungan elektron setiap tingkat energi n status momentum sudutJumlah tiap tingkat Jumlah s/d tingkat spdf Persamaan Schrödinger dalam Koordinat Bola

48 Orbital inti atom 1s 2s Persamaan Schrödinger dalam Koordinat Bola

49 H: 1s 1 ; He: 1s 2 Li: 1s 2 2s 1 ; Be: 1s 2 2s 2 ; B: 1s 2 2s 2 2p 1 ; C: 1s 2 2s 2 2p 2 ; N: 1s 2 2s 2 2p 3 ; O: 1s 2 2s 2 2p 4 ; F: 1s 2 2s 2 2p 5 ; Ne: 1s 2 2s 2 2p dst Penulisan konfigurasi elektron unsur-unsur Persamaan Schrödinger dalam Koordinat Bola

50 Diagram Tingkat Energi energienergi tingkat 4s sedikit lebih rendah dari 3d Persamaan Schrödinger dalam Koordinat Bola

51 Pengisian Elektron Pada Orbital H: pengisian 1s; He: pemenuhan 1s; Li: pengisian 2s; Be: pemenuhan 2s; B: pengisian 2p x dengan 1 elektron; C: pengisian 2p y dengan 1 elektron; N: pengisian 2p z dengan 1 elektron; O: pemenuhan 2p x ; F: pemenuhan 2p y ; Ne: pemenuhan 2p z. Persamaan Schrödinger dalam Koordinat Bola

52 Tingkat energi 4s lebih rendah dari 3d. Hal ini terlihat pada perubahan konfigurasi dari Ar (argon) ke K (kalium). Ar: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 K: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 (bukan 3d 1 ) Ca: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 (bukan 3d 2 ) Sc: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2 (orbital 3d baru mulai terisi setelah 4s penuh) Y: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2 (dan unsur selanjutnya pengisian 3d sampai penuh) Konfigurasi Elektron Dalam Atom

53 Blok-Blok Unsur 1 H 1s 1 2 He 1s 2 3 Li [He] 2s 1 4 Be [He] 2s 2 5 B [He] 2s 2 2p 1 6 C [He] 2s 2 2p 2 7 N [He] 2s 2 2p 3 8 O [He] 2s 2 2p 4 9 F [He] 2s 2 2p 5 10 Ne [He] 2s 2 2p 6 11 Na [Ne] 3s 1 12 Mg [Ne] 3s 2 13 Al [Ne] 3s 2 3p 1 14 Si [Ne] 3s 2 3p 2 15 P [Ne] 3s 2 3p 3 16 S [Ne] 3s 2 3p 4 17 Cl [Ne] 3s 2 3p 5 18 Ar [Ne] 3s 2 3p 6 19 K [Ar] 4s 1 20 Ca [Ar] 4s 2 21 Sc [Ar] 3d 1 4s 2 22 Ti [Ar] 3d 2 4s 2 23 V [Ar] 3d 3 4s 2 24 Cr [Ar] 3d 5 4s 1 25 Mn [Ar] 3d 5 4s 2 26 Fe [Ar] 3d 6 4s 2 27 Co [Ar] 3d 7 4s 2 28 Ni [Ar] 3d 8 4s 2 29 Cu [Ar] 3d 10 4s 1 30 Zn [Ar] 3d 10 4s 2 31 Ga [Ar] 3d 10 4s 2 4p 1 32 Ge [Ar] 3d 10 4s 2 4p 2 33 As [Ar] 3d 10 4s 2 4p 3 34 Se [Ar] 3d 10 4s 2 4p 4 35 Br [Ar] 3d 10 4s 2 4p 5 36 Kr [Ar] 3d 10 4s 2 4p 6 Blok s Blok d Blok p pengisian orbital s pengisian orbital d pengisian orbital p Konfigurasi Elektron Dalam Atom

54 Ionisasi dan Energi Ionisasi Energi ionisasi adalah jumlah energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron terluar suatu unsur guna membentuk ion positif bermuatan +1. Energi ionisasi dalam satuan eV disebut juga potensial ionisasi. Potensial ionisasi didefinisikan sebagai energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron yang paling lemah terikat pada atom. Pada atom dengan banyak elektron, pengertian ini sering disebut sebagai potensial ionisasi yang pertama, karena sesudah ionisasi yang pertama ini bisa terjadi ionisasi lebih lanjut dengan terlepasnya elektron yang lebih dekat ke inti atom. ionisasi Ionisasi dan Energi Ionisasi

55 1 H 13,6 2 He 24,5 3 Li 5,39 4 Be 9,32 5 B 8,29 6 C 11,2 7 N 14,6 8 O 13,6 9 F 17,4 10 Ne 21,6 11 Na 5,14 12 Mg 7,64 13 Al 5,98 14 Si 8,15 15 P 10,4 16 S 10,4 17 Cl 13,0 18 Ar 15,8 19 K 4,34 20 Ca 6,11 21 Sc 6,54 22 Ti 6,83 23 V 6,74 24 Cr 6,76 25 Mn 7,43 26 Fe 7,87 27 Co 7,86 28 Ni 7,63 29 Cu 7,72 30 Zn 9,39 31 Ga 6,00 32 Ge 7,88 33 As 9,81 34 Se 9,75 35 Br 11,8 36 Kr 14 Energi Ionisasi [eV] Ionisasi dan Energi Ionisasi

56 s p p d p s s Di setiap blok unsur, energi ionisasi cenderung meningkat jika nomer atom makin besar Energi ionisasi turun setiap kali pergantian blok unsur Ionisasi dan Energi Ionisasi

57 Afinitas Elektron Afinitas elektron adalah energi yang dilepaskan jika atom netral menerima satu elektron membentuk ion negatif bermuatan  1. Afinitas elektron dinyatakan dengan bilangan negatif, yang berarti pelepasan energi. Afinitas elektron merupakan ukuran kemampuan suatu unsur untuk menarik elektron, bergabung dengan unsur untuk membentuk ion negatif. Makin kuat gaya tarik ini, berarti makin besar energi yang dilepaskan. Gaya tarik ini dipengaruhi oleh jumlah muatan inti atom, jarak orbital ke inti, dan screening (tabir elektron). Afinitas Elektron

58

59 Bilangan kuantum : prinsipal: n = 1, 2, 3, dst azimuthal: l = 0, 1, 2, 3 : s, p, d, f magnetik: m l =  l sampai +l spin elektron: m s = +1/2 dan  1/2 Pauli Exclusion Prinsiple : setiap status hanya dapat ditempati tidak lebih dari satu elektron Bilangan Kuantum : Konfigurasi Unsur

60 Konfigurasi Elektron Unsur pada Ground State 1 H 1s 1 2 He 1s 2 3 Li [He] 2s 1 4 Be [He] 2s 2 5 B [He] 2s 2 2p 1 6 C [He] 2s 2 2p 2 7 N [He] 2s 2 2p 3 8 O [He] 2s 2 2p 4 9 F [He] 2s 2 2p 5 10 Ne [He] 2s 2 2p 6 11 Na [Ne] 3s 1 12 Mg [Ne] 3s 2 13 Al [Ne] 3s 2 3p 1 14 Si [Ne] 3s 2 3p 2 15 P [Ne] 3s 2 3p 3 16 S [Ne] 3s 2 3p 4 17 Cl [Ne] 3s 2 3p 5 18 Ar [Ne] 3s 2 3p 6 19 K [Ar] 4s 1 20 Ca [Ar] 4s 2 21 Sc [Ar] 3d 1 4s 2 22 Ti [Ar] 3d 2 4s 2 23 V [Ar] 3d 3 4s 2 24 Cr [Ar] 3d 5 4s 1 25 Mn [Ar] 3d 5 4s 2 26 Fe [Ar] 3d 6 4s 2 27 Co [Ar] 3d 7 4s 2 28 Ni [Ar] 3d 8 4s 2 29 Cu [Ar] 3d 10 4s 1 30 Zn [Ar] 3d 10 4s 2 31 Ga [Ar] 3d 10 4s 2 4p 1 32 Ge [Ar] 3d 10 4s 2 4p 2 33 As [Ar] 3d 10 4s 2 4p 3 34 Se [Ar] 3d 10 4s 2 4p 4 35 Br [Ar] 3d 10 4s 2 4p 5 36 Kr [Ar] 3d 10 4s 2 4p 6 37 Rb [Kr] 5s 1 38 Sr [Kr] 5s 2 39 Y [Kr] 4d 1 5s 2 40 Zr [Kr] 4d 2 5s 2 41 Nb [Kr] 4d 4 5s 1 42 Mo [Kr] 4d 5 5s 1 43 Tc [Kr] 4d 6 5s 1 44 Ru [Kr] 4d 7 5s 1 45 Rh [Kr] 4d 8 5s 1 46 Pd [Kr] 4d Ag [Kr] 4d 10 5s 1 48 Cd [Kr] 4d 10 5s 2 49 In [Kr] 4d 10 5s 2 5p 1 50 Sn [Kr] 4d 10 5s 2 5p 2 51 Sb [Kr] 4d 10 5s 2 5p 3 52 Te [Kr] 4d 10 5s 2 5p 4 53 I [Kr] 4d 10 5s 2 5p 5 54 Xe [Kr] 4d 10 5s 2 5p 6 55 Cs [Xe] 6s 1 56 Ba [Xe] 6s 2 57 La [Xe] 5d 1 6s 2 58 Ce [Xe] 4f 1 5d 1 6s 2 59 Pr [Xe] 4f 3 6s 2 60 Nd [Xe] 4f 4 6s 2 61 Pm [Xe] 4f 5 6s 2 62 Sm [Xe] 4f 6 6s 2 63 Eu [Xe] 4f 7 6s 2 64 Gd [Xe] 4f 7 5d 1 6s 2 65 Tb [Xe] 4f 9 6s 2 66 Dy [Xe] 4f 10 6s 2 67 Ho [Xe] 4f 11 6s 2 68 Er [Xe] 4f 12 6s 2 69 Tm [Xe] 4f 13 6s 2 70 Yb [Xe] 4f 14 6s 2 71 Lu [Xe] 4f 14 5d 1 6s 2 72 Hf [Xe] 4f 14 5d 2 6s 2 73 Ta [Xe] 4f 14 5d 3 6s 2 74 W [Xe] 4f 14 5d 4 6s 2 75 Re [Xe] 4f 14 5d 5 6s 2 76 Os [Xe] 4f 14 5d 6 6s 2 77 Ir [Xe] 4f 14 5d 7 6s 2 78 Pt [Xe] 4f 14 5d 9 6s 1 79 Au [Xe] 4f 14 5d 10 6s 1 80 Hg [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 81 Tl [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 1 82 Pb [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 83 Bi [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 3 84 Po [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 4 85 At [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 5 86 Rn [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 6 87 Fr [Rn] 7s 1 88 Ra [Rn] 7s 2 89 Ac [Rn] 6d 1 7s 2 90 Th [Rn] 6d 2 7s 2 91 Pa [Rn] 5f 2 6d 1 7s 2 92 U [Rn] 5f 3 6d 1 7s 2 93 Np [Rn] 5f 4 6d 1 7s 2 94 Pu [Rn] 5f 6 7s 2 95 Am [Rn] 5f 7 7s 2 96 Cm [Rn] 5f 7 6d 1 7s 2 97 Bk [Rn] 98 Cf [Rn] 99 Es [Rn] 100 Fm [Rn] 101 Md [Rn] 102 No [Rn] 103 Lw [Rn]

61 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 : KuatIkatan Sekunder : Lemah Ikatan Atom Gaya Ikat

62 Ikatan berarah: kovalen dipole permanen Ikatan tak berarah: metal ion 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

63 Sifat ikatan : Jumlah diskrit Arah tidak diskrit Atom dengan ikatan tak berarah Contoh : H 2 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 1ssimetri bola Ikatan Atom

64 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. 2pz2pz 2px2px 2py2py x y z x y z x y 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

65 1 H: 1s 1 8 O: [He] 2s 2 2p 4 O H H 104 o +  dipole 1 H: 1s 1 9 F: [He] 2s 2 2p 5 F H  + dipole Contoh : Ikatan Atom

66 Hibrida dari fungsi gelombang s dan p 6 C: [He] 2s 2 2p 2 Hibrida dari fungsi gelombang s dan p pada karbon membuat karbon memiliki 4 ikatan yang kuat mengarah ke susut-sudut tetrahedron Intan dan methane (CH 4 ) terbentuk dari ikatan hibrida ini. 14 Si [Ne] 3s 2 3p 2 32 Ge [Ar] 3d 10 4s 2 4p 2 50 Sn [Kr] 4d 10 5s 2 5p 2 juga membentuk orbital tetrahedral seperti karbon karena hibrida 3s-sp, 4s-4p, dan 5s-5p, sama dengan 2s-2p. Ikatan Atom

67 Contoh: senyawa hidrokarbon yang terdiri hanya dari atom C dan H. Methane : CH 4. Ikatannya adalah tetrahedral C  H H | H  C  H | 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

68 Ethane : C 2 H 6. Memiliki satu ikatan C  C H H | | H  C  C  H | | H H Propane : C 3 H 8. Memiliki dua ikatan C  C H H H | | | H  C  C  C  H | | | H H H dst. Ikatan Atom

69 Rantaian panjang bisa dibentuk oleh ribuan ikatan C  C. Simetri ikatan atom karbon dalam molekul ini adalah tetrahedral, dan satu ikatan C  C 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 C 2 H 2 Contoh: ethylene C 2 H 4, H H | | H  C  C  H HCCHHCCH Ikatan Atom

70 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 C  C juga bisa digabung dari ikatan tunggal dan ikatan dobel, seperti yang terjadi pada benzena. Ikatan Atom

71 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

72 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, Susunan Atom, Atom Berikatan Tak Berarah dan Sama Besar

73 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). Susunan Atom, Atom Berikatan Tak Berarah dan Sama Besar

74 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

75 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 20 – 0,155garislinier 30,155 – 0,225segitigatriangular 40,225 – 0,414tetrahedronTetrahedral 60,414 – 0,732oktahedronOctahedral 80,732 – 1,0kubuscubic 121,0HCP 121,0FCC [2] Bilangan Koordinasi Susunan Atom, Atom Berikatan Tak Berarah dan Tidak Sama Besar

76 Senyawa / Metalr K / r A Ligancy teramati Ba 2 O 3 0,143 BeS0,174 BeO0,234 SiO 2 0,294 LiBr0,316 MgO0,476 MgF 2 0,486 TiO 2 0,496 NaCl0,536 CaO0,716 KCl0,736 CaF 2 0,738 CaCl0,938 BCC Metal1,08 FCC Metal1,012 HCP Metal1,012 Atom dengan ikatan tak terarah : Atom berukuran tidak sama [2] Susunan Atom, Atom Berikatan Tak Berarah dan Tidak Sama Besar

77 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. HCPFCC Susunan Atom, Atom Berikatan Tak Berarah dan Tidak Sama Besar

78 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

79 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, CH 4, titik leleh  184 o C; ethane, C 2 H 6, titik leleh  172 o C; polyethylene, titik leleh 125 o C; polyethylene saling terikat dengan ikatan C-C dapat stabil sampai 300 o C. Peran Ikatan Atom

80 Courseware Mengenal Sifat Material (1) Sudaryatno Sudirham


Download ppt "Mengenal Sifat Material #1 Atom, Ikatan Atom, Susunan Atom."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google