Mengenal Sifat Material Ikatan Atom dan Susunan Atom

Presentasi berjudul: "Mengenal Sifat Material Ikatan Atom dan Susunan Atom"— Transcript presentasi:

1 Mengenal Sifat Material Ikatan Atom dan Susunan Atom

2 Ikatan Atom dan Susunan Atom

3 Konfigurasi Unsur Bilangan Kuantum :
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

4 Konfigurasi Elektron Unsur pada Ground State
1 H 1s1 2 He 1s2 3 Li [He] 2s1 4 Be 2s2 5 B 2p1 6 C 2p2 7 N 2p3 8 O 2p4 9 F 2p5 10 Ne 2p6 11 Na [Ne] 3s1 12 Mg 3s2 13 Al 3p1 14 Si 3p2 15 P 3p3 16 S 3p4 17 Cl 3p5 18 Ar 3p6 19 K [Ar] 4s1 20 Ca 4s2 21 Sc 3d1 22 Ti 3d2 23 V 3d3 24 Cr 3d5 25 Mn 26 Fe 3d6 27 Co 3d7 28 Ni 3d8 29 Cu 3d10 30 Zn 31 Ga 4p1 32 Ge 4p2 33 As 4p3 34 Se 4p4 35 Br 4p5 36 Kr 4p6 37 Rb [Kr] 5s1 38 Sr 5s2 39 Y 4d1 40 Zr 4d2 41 Nb 4d4 42 Mo 4d5 43 Tc 4d6 44 Ru 4d7 45 Rh 4d8 46 Pd 4d10 47 Ag 48 Cd 49 In 5p1 50 Sn 5p2 51 Sb 5p3 52 Te 5p4 53 I 5p5 54 Xe 5p6 55 Cs [Xe] 6s1 56 Ba 6s2 57 La 5d1 58 Ce 4f1 59 Pr 4f3 60 Nd 4f4 61 Pm 4f5 62 Sm 4f6 63 Eu 4f7 64 Gd 65 Tb 4f9 66 Dy 4f10 67 Ho 4f11 68 Er 4f12 69 Tm 4f13 70 Yb 4f14 71 Lu 72 Hf 5d2 73 Ta 5d3 74 W 5d4 75 Re 5d5 76 Os 5d6 77 Ir 5d7 78 Pt 5d9 79 Au 5d10 80 Hg 81 Tl 6p1 82 Pb 6p2 83 Bi 6p3 84 Po 6p4 85 At 6p5 86 Rn 6p6 87 Fr [Rn] 7s1 88 Ra 7s2 89 Ac 6d1 90 Th 6d2 91 Pa 5f2 92 U 5f3 93 Np 5f4 94 Pu 5f6 95 Am 5f7 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lw

5 Ikatan Atom Gaya Ikat Ikatan Primer : Kuat Ikatan Sekunder : Lemah
Gaya Ikat : gaya yang menyebabkan dua atom menjadi terikat; gaya ini terbentuk jika terjadi penurunan energi ketika dua atom saling mendekat Ikatan Primer : Kuat Ikatan Sekunder : Lemah Ikatan Kovalen Ikatan Hidrogen Ikatan van der Waals Ikatan Metal Ikatan Ion

6 terutama pada Ikatan metal yang terjadi antara sejumlah besar atom
Ikatan Atom Ikatan Berarah dan Tak Berarah Ikatan berarah: kovalen dipole permanen Ikatan tak berarah: metal ion van der Waals terutama terjadi pada ikatan kovalen antara unsur non metal: Nitrogen; Oksigen; Carbon; Fluor; Chlor terutama pada Ikatan metal yang terjadi antara sejumlah besar atom atom dengan ikatan tak berarah pada umumnya terkumpul secara rapat (kompak) dan mengikuti aturan geometris yang ditentukan oleh perbedaan ukuran atom atom dengan ikatan berarah akan terkumpul sedemikian rupa sehingga terpenuhi sudut ikatan walaupun kita bedakan ikatan atom berarah dan ikatan tak berarah, namum dalam kenyataan material bisa terbentuk dari campuran dua macam ikatan tersebut

7 Ikatan Atom Atom dengan ikatan tak berarah Contoh : H2
Sifat ikatan : Jumlah diskrit Arah tidak diskrit Contoh : H2 atom H memiliki 1 elektron di orbital 1s simetri bola namun ikatan 2 atom H tetap diskrit : setiap atom H hanya akan terikat dengan satu atom H yang lain

8 Ikatan Atom Atom dengan ikatan berarah z 2py 2px 2pz y x
Sifat ikatan : Jumlah diskrit Arah diskrit 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. 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. 2pz 2px 2py x y z

9 Ikatan Atom Contoh : O  H + dipole 104o H +  F dipole 1 H: 1s1
8 O: [He] 2s2 2p4 1 H: 1s1 F H  + dipole 9 F: [He] 2s2 2p5

10 Ikatan Atom Hibrida dari fungsi gelombang s dan p 6 C: [He] 2s2 2p2
Hibrida 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 juga membentuk orbital tetrahedral seperti karbon karena hibrida 3s-sp, 4s-4p, dan 5s-5p, sama dengan 2s-2p. 32 Ge [Ar] 3d10 4s2 4p2 50 Sn [Kr] 4d10 5s2 5p2

11 Contoh: senyawa hidrokarbon yang terdiri hanya dari atom C dan H.
Ikatan Atom Karena ikatan kovalen adalah diskrit dalam jumlah maupun arah, maka terdapat banyak kemungkinan struktur ikatan tergantung dari ikatan mana yang digunakan oleh setiap atom. Contoh: senyawa hidrokarbon yang terdiri hanya dari atom C dan H. H | HCH Methane : CH4. Ikatannya adalah tetrahedral CH C H

12 Ikatan Atom Ethane : C2H6. Memiliki satu ikatan CC H H HCCH
| | HCCH Propane : C3H8. Memiliki dua ikatan CC H H H | | | HCCCH H H H dst.

13 Ikatan Atom Contoh: ethylene C2H4, Contoh: acetylene C2H2 H H HCCH
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: ethylene C2H4, Contoh: acetylene C2H2 H H | | HCCH HCCH

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

15 Susunan Atom, Atom Berikatan Tak Berarah dan Sama Besar
Susunan Atom-atom yang Berikatan Tak Berarah Atom berukuran sama 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).

16 Hexagonal Closed-Packed (HCP) Face-Centered Cubic (FCC)
Susunan Atom, Atom Berikatan Tak Berarah dan Sama Besar Hexagonal Closed-Packed (HCP) Face-Centered Cubic (FCC) 6 atom mengelilingi 1 atom di bidang tengah 6 atom mengelilingi 1 atom di bidang tengah 3 atom di bidang atas, tepat di atas 3 atom yang berada di bidang bawah, 3 atom di bidang atas, berselang-seling di atas 3 atom di bidang bawah,

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

18 Susunan Atom, Atom Berikatan Tak Berarah dan Tidak Sama Besar
Susunan Atom-atom yang Berikatan Tak Berarah Atom berukuran tidak sama 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.

19 Susunan Atom, Atom Berikatan Tak Berarah dan Tidak Sama Besar
Bilangan Koordinasi 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. [2] 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 FCC

20 Atom dengan ikatan tak terarah : Atom berukuran tidak sama
Susunan Atom, Atom Berikatan Tak Berarah dan Tidak Sama Besar Atom dengan ikatan tak terarah : Atom berukuran tidak sama Senyawa / Metal rK / rA Ligancy teramati Ba2O3 0,14 3 BeS 0,17 4 BeO 0,23 SiO2 0,29 LiBr 0,31 6 MgO 0,47 MgF2 0,48 TiO2 0,49 NaCl 0,53 CaO 0,71 KCl 0,73 CaF2 8 CaCl 0,93 BCC Metal 1,0 FCC Metal 12 HCP Metal [2]

21 Susunan Atom, Atom Berikatan Tak Berarah dan Tidak Sama Besar
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

22 Peran Ikatan Atom Polihedra ikatan dan polihedra koordinasi dapat dilihat sebagai sub-unit yang jika disusun akan membentuk struktur padatan tiga dimensi. C H HCP 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).

23 Peran Ikatan Atom Contoh: methane, CH4, titik leleh 184oC;
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.

24 Mengenal Sifat Material Ikatan Atom dan Susunan Atom
Course Ware Mengenal Sifat Material Ikatan Atom dan Susunan Atom Sudaryatno Sudirham