KIMIA ANORGANIK FISIK (D ) Jurusan/Program Studi: Kimia/Kimia Sks : 2 sks Semester : V Tahun Akademik : 2015/2016 Dosen Pengampu : Dr. F. Widhi Mahatmanti, M.Si

Pertemuan 4 Kompetensi: Memahami dan mengerti sifat-sifat padatan ionik dan hubungannya dengan kelarutan padatan ioni menurut aturan Fajans, menghitung energi kisi secara teoritis maupun secara eksperimen dan aplikasinya, Indikator Kompetensi: Mahasiswa mampu menjelaskan sifat-sifat padatan ionik dan kelarutan padatan ionik dan hubungannya dengan aturan Fajans Mahasiswa mampu menghitung energi kisi secara teoritis maupun secara eksperimen dan aplikasinya, Tujuan perkuliahan: Menjelaskan tentang kontrak perkuliahan cari informasi dan mendiskusikannya tentang prinsip- prinsip reaksi kimia dan faktor-faktor yang mempengaruhi Materi 2 : Padatan Ionik

PADATAN IONIK

IKATAN IONIK Ikatan ionik : ikatan yang terjadi antara ion positif dan ion negatif karena interaksi elektrostatik Terjadi apabila terdapat atom yang mempunyai energi ionisasi kecil dan bertemu dengan atom yang mempunyai afinitas elektron besarselisih EN sangat tinggi Kekuatannya sangat tergantung pada ukuran ion dan muatan ionsemakin besar ukuran ion, ikatan ionik semakin lemah dan makin tinggi muatan ion, makin kuat ikatannya

Contoh : NaNa + + e - Cl+ e - Cl - Na + + Cl - Na + Cl - MgMg e - O + 2e - O 2- Mg 2+ + O 2- Mg 2+ O 2- AlAl e - O + 2e - O 2- 2 Al O 2- (Al 3+ ) 2 (O 2- ) 3

The compounds with more 50% ionic character are normally considered to be ionic solids.

- Catatan : 1.Apabila selisih ukuran antara kation dan anion cukup besar untuk memungkinkan terjadinya persinggungan anion-anion atau kation-kation, maka ikatan ionik antara ion akan diperlemah oleh tolakan persinggungan tersebut Jika kation relatif besar maka akan terjadi kontak antar kation Jika anion relatif besar maka akan terjadi kontak antar anion (a)(b)

2. Kristal ionik yang mengandung anion kompleks cenderung untuk lebih mudah terurai apabila kation tersebut memiliki kemampuan yang tinggi untuk menarik elektron dari anion. Ukuran kation makin kecil, makin mudah mempolarisasi. MAM δ + A δ - M + A - kovalenkov polar ionik Jika kemampuan kation untuk menarik elektron dari anion makin kuat maka ikatannya makin lemah. Makin besar kemampuan kation untuk menarik elektron, akan meningkatkan karakter kovalen Contoh : CaCO 3 dan BaCO 3 r Ca 2+ Ba 2+, sehingga CaCO 3 lebih mudah terurai

Sifat-sifat senyawa ionik 1. Pada keadaan padatan, senyawa mempunyai konduktivitas sangat rendah, sedangkan dalam fasa cair/larutan, mempunyai konduktivitas tinggi. Contoh : Secara teoritis, NaCl dalam padatan mengandung banyak ion sehingga mampu menghantarkan listrik yang baik, tetapi faktanya ion-ion terikat secara kuat sehingga tidak dapat bebas bergerak oleh karena itu konduktivitasnya mendekati 0 (sangat rendah). Jika padatan NaCl dilarutkan dalam air maka ion (+) dan (-) akan berdiri sendiri-sendiri sehingga dapat menghantarkan listrik dengan baik konduktivitas menjadi tinggi

2. Mempunyai titik lebur tinggi Karena ion (-) dari Cl tidak hanya berinteraksi dengan salah satu ion (+) dari Na tapi ion (-) dari Cl berikatan ke segala arah shg ikatan Na + dengan Cl - menjadi semakin kuat shg energi untuk memutus ikatan Na + Cl - menjadi semakin besar t.l tinggi Ikatan ionik ke segala arah sehingga memperkuat interaksi antar ion. Contoh : titik lebur dari beberapa garam Na Anion: F - Cl - Br - I - Titik leleh:

3. Keras dan “brittle” Keras : padatan tersusun secara kompak dari senyawa ionik yang sudah tidak dapat dimampatkan lagi. Kekerasan naik dengan menurunnya jarak antar ion dan naiknya muatan ion. “brittle” : permukaannya mudah rontok (mripil) Contoh : LiFNaF M-X (pm) : kekerasan : 3,33,2 4. Mudah larut dalam pelarut polar (pelarut yang mempunyai tetapan dielektrik tinggi, contoh : air) Tetapi tidak semua zat yang larut dalam pelarut polar adalah ionik

Lithium-Fluoride structure

ENERGI IKATAN DALAM PADATAN IONIK ENERGI KISI Adalah : ~ energi yang diperlukan untuk mengubah 1 mol senyawa ionik padatan menjadi ion- ionnya dalam fasa gas ~ energi yang dilepaskan apabila ion (+) dan (- ) dalam keadaan gas berubah menjadi padatan.

Evaluation of lattice energy Experimentally Born-Haber cycle Theoretically Born-Mayer equation Kapustinskii equation 1 2 is the standard molar enthalpy change accompanying the formation of a gas of ions from an ionic solid The disruption of a lattice requires energy and it is, therefore, an endothermic process This means that Lattice Enthalpies are always positive and the most stable crystal structure of a compound is the structure with the greatest lattice enthalpy under prevailing conditions

Dalam padatan/kristal ionik terdapat 2 jenis energi : 1. E tarikan muatan berlawananE coulomb 2. E tolakan muatan sama E repulsion berlaku untuk 2 ion Karena padatan terdiri dari banyak ion maka : z = muatan ion A = tetapan Madelung

Energi tolakan dari Born : B = tetapan Born n = eksponen Born Energi kisi = U U = E c + E r - + karena tandanya berlawanan maka dalam kurva U vs r akan di dapat harga U minimal pada r tertentu

At large inter nuclear distances (right side of graph) there is no overlap of electron clouds. This state is designated with PE = 0. As the nuclei approach each other (moving to the left on the graph), the atoms become stabilized due to sharing of their electron with the other atom. We see the PE decrease in this region. The minimum on the curve corresponds to the optimized balancing of attraction (nuclear-electron) and repulsion (nuclear-nuclear and electron-electron). The energy at the minimum is the bond strength which represents the amount that the molecule is stabilized over the free atoms. If you want to break the bond, you need to supply that much energy. The inter nuclear distance at this minimum is the bond length for that molecule. If the nuclei are brought any closer together, the nuclear-nuclear repulsion dominates and the PE for the molecule shoots up. At large inter nuclear distances (right side of graph) there is no overlap of electron clouds. This state is designated with PE = 0.

Pada U minimal U=U 0 dan r=r 0 sehingga : Pers. BORN- LANDE

n tergantung pada konfigurasi elektron ion yang bersangkutan Harga n untuk kristal ionik selalu > 1 Tabel harga n Konfigurasi e ionn 2 (He) 10 (Ne) 18 (Ar) 36 (Kr) 54 (Xe)

Contoh : Na + Cl - 11 Na : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Na + : 1s 2 2s 2 2p 6 e = 10 Konfigurasi e Na + = konf. e Ne sehingga n Na + = 7 17 Cl : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 2p 5 Cl - : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 2p 6 e = 18 Konfigurasi e Cl - = konf. e Ar sehingga n Cl - = 9 Jadi, n untuk NaCl = (7+9)/2 = 8

r3r3 r6r6 r2r2 r5r5 r Cl - Na The Madelung constant, A, depends on the relative distribution of cations and anions in the structure MENCARI HARGA A

for NaCl 6Cl - at a distance r 12 Na + at r√2 8 Cl - at r√3 6 Na + at 2r A = Madelung constant

Giving its dependence on large contribution coming from nearest neighbours, the Madelung constant increases with coordination number Structure typeACoordination numbers ZnS blende1.6384, 4 NaCl1.7486, 6 CsCl1.7638, 8

Tipe struktur kristal ionik NaClLiCl, KBr, RbI, AgCl, AgBr, BeO, MgO, CaO, SrO, BaO ZnS (blende)CuCl, CuBr, CuI, AlP, SiC, BeS, CdS, HgS, ZnO ZnS (wurtzite) AgI, ZnO, NH 4 F, AlN CsClCsBr, CsI, TlCl, TlBr

THEORETICAL EVALUATION OF THE LATTICE ENERGY Born-Mayer Equation: it shows the dependency of the lattice enthalpy from the structure

The use of the Born-Landé equation requires the knowledge of the structure of the compound (Madelung constant) If the structure of the compound is not known, or the Madelung constant is not available, the Kapustinskii equation can be used to calculate the lattice energy The Kapunstinskii Equation