Anggota1.Gustiyani eka s. (4301412048)2.Pradika afid h. (4301412058)3.Putri amirotul h. (43014120)4.Yeni (4301412078)5.Aulia p. (4301412070)

Bab 1

ZAT PADATIKATAN ATOMIK DALAM KRISTAL

Berdasarkan struktur atom, zat padat dapat dibedakan menjadi:

Kristal yaitu bila atom atau molekul penyusun tersusun dalam bentuk pengulangan kontinu untuk rentang yang panjang, terbentuk dari larutan, lelehan, uap, atau gabungan dari ketiganya. Kristal dapat terbentuk dalam; - Kristal tunggal - Polikristal - Mikrokristal - Nanokristal

Amorf yaitu zat padat yang tidak memiliki bentuk pengulangan keteraturan, jangkauan keteraturan atom biasanya sampai tetangga kedua.

Kekristalan Zat Padat

Perbedaan susunan atom antara kristal dan amorf

Kristal

Amorf

Ikatan pada Zat PadatZat Padat :

- Terdiri atas sejumlah atom-atom/molekul yang terikat.

- Jarak antar atom/molekul berdekatan dan tersusun secara teratur.

Pada umumnya atom tunggal tidak memiliki konfigurasi elektron yang stabil seperti gas mulia, maka atom-atom bergabung membentuk molekul dengan cara berikatan dengan atom lain.

Zat Padat zat yang memiliki struktur yang stabil

Adanya interaksi antara atom

membentuk suatu ikatan kristal. Atom-

atom bebas Na dan Cl akan saling

berinteraksi satu sama lain untuk

membentuk struktur yang stabil

Terdapat gaya interaksi antar

atom untuk mengikat atom satu-sama lain

Besarnya energi atom-atom bebas penyusun kristal lebih besar daripada energi kristalnya

Energi yang diperlukan untuk memisahkan atom-atom penyusun kristal menjadi atom-atom bebas dan netral dinamakan energi kohesif

Sebagai contoh: Kristal sodium clorida (NaCl) memiliki struktur yang

lebih stabil dibandingkan dengan sekumpulan atom-atom bebas dari

Na dan Cl

Besar gaya tarik dan tolak :r > ro gaya tarik lebih besar

r < ro gaya tolak lebih besar

r = gaya tarik dan gaya tolak = 0

r = rogaya tarik = gaya tolak, sehingga ro disebut jarak keseimbangan atau jarak ikatan

Gaya Ikat,Jarak Ikatan, dan Energi IkatENERGI IKAT

Gaya Ikat

adalah resultan dari gaya tarik elektrostatik (antar proton–elektron) dan gaya tolak elektrostatik (proton–proton)

Energi Ikatan (Energi Molekul)

• U = Energi potensial• R = Jarak antara atom

• Kurva tersebut menggambarkan interaksi antara dua atom sebagai fungsi jaraknya

• Dari kurva tersebut tampak bahwa energi potensial minimum terjadi pada jarak Ro yang disebut jarak interatomik setimbang

• Energi potensial minimum ( Uo ) tersebut adalah Energi kohesif

• Gaya interaksi antara atom ditentukan dari gradian energi potensial

• Untuk R < Ro maka F(R) > 0 gaya bersifat repulsif• Untuk R > R0 maka F (R ) < 0 gaya bersifat atraktif• Gaya repulsif dan atraktif akan saling

menghilangkan pada kedudukan R0 yang merupakan keadaan setimbang

• Gaya atraktif tersebut menggambarkan adanya ikatan antara atom dalam zat padat

• Gaya repulsif terjadi dikarenakan adanya prinsip larangan pauli yang menyatakan “Tidak dibenarkan adanya dua elektron berada pada satu orbital yang memiliki bilangan kuantum yang sama”

IKATAN ATOMIK DALAM KRISTAL

Gaya–gaya Antar Atom Struktur spasial terbangun oleh gaya-gaya antar atom dalam kristal Dari jarak atom dalam kristal yang berkisar sekitar 1Å bersifat listrik-

magnet; - tarik-menarik (coulomb) - tolak-menolak antar lawan elektron Jarak stabil antara ion-ion tergantung dari kesetimbangan antara dua

macam gaya tadi. macam dan kekuatan ikatan atomik ditentukan oleh struktur elektron

dari atom-atom yang membentuk kristal ikatan atomik sangat ditentukan oleh kecenderungan atom-atom dalam

kristal untuk memperoleh konfigurasi elektron seperti yang dipunyai oleh atom-atom gas mulia.

Ada beberapa tipe ikatan kristal : Ikatan ionik. Ikatan Kovalen, Ikatan logam dan ikatan Van der Waals

Macam Ikatan Atom Dalam Kristal

Ikatan ionikTerjadi karena gaya tarik elektrostatik (Coulomb) antara ion positif dan ion negatif. Contoh : kristal NaCl , ion Na+ dikelilingi oleh 6 ion Cl-.

Besarnya energi tarik menarik Coulomb:

Dan energi potensial totalnya adalah:

Besarnya energi tolak menolak Pauli:

Konstan Madelung

Kristal Ionik

• Terjadi akibat ikatan ionik antara ion-ion dalam zat padat.

• Ikatan ionik terjadi karena gaya tarik elektrostatik antara ion positif dan ion negatif.

• Pada kristal ionik, tiap ion dikelilingi oleh ion-ion yang lain.Contoh : kristal NaCl , ion Na+ dikelilingi oleh 6 ion Cl-.

Kisi kristalKisi kristalKisi kristal adalah kumpulan dari satuan-

satuan kecil yang disebut sel satuan dan ion-ion dinyatakan sebagai titik-titik.

Kristal ion yang terbentuk kemudian terdiri dari susunan teratur dari ion-ion positif dan negatif dalam kisi kristal.

Siklus Born-HaberSiklus Born-HaberM. Born dan kawan-kawannya

mengembangkan teori untuk kristal ion mulai tahun 1918.

Energi kisi adalah energi yang dilepaskan bila ion positip dan ion negatip dalam keadaan gas membentuk padatan kristal ion.

Mz+ (g) + Xz- (g) MX (padat)

Kristal Ionik Ion-ion terikat satu sama lain karena ada energi

kohesif yang berasal dari energi potensial listrik.

: konstanta Madelung = 1,748 untuk struktur kristal fcc (face

centered cubic) = 1,763 untuk struktur kristal bcc(base

centered cubic)

Akibat prinsip ekslusi timbul gaya tolak =

reE p

0

2

4

nrB

Energi kohesif ionikEnergi total satu ion akibat interaksi :

Jika ada N ion, maka energi total = - NV0/2

Energi rata-rata untuk mengikat ion (energi kohesif ionik)

adalah : V0/2

Jadi energi kohesif (atomik) = energi kohesif ionik + energi ionisasi + afinitas elektron.

)11(4 00

2

0 nreV

Beberapa contoh Kristal ionik

Tetapan MadelungTetapan MadelungTetapan Madelung adalah ukuran tambahan

energi antaraksi yang dihasilkan kisi ion tiga dimensi.

Misalnya :Pertambahan Energi Columb sebesar 75% bila

pasangan ion (Na+ )(Cl- ) berpindah menjadi NaCl kristalin.

Tetapan MadelungTetapan MadelungStruktur Kristal Nilai

Cesium klorida 1,763

Natrium klorida 1,748

Kerpu seng (zinc blende) 1,638

Wurtzite 1,641

Rutil 2,408

Fluorit 2,519

Siklus Born - HaberSiklus Born - Haber

PENENTUAN ENERGI KISI KRISTAL PENENTUAN ENERGI KISI KRISTAL IONION

Cl(g)+ 1 e Cl-(g)

Na(g)- 1 e Na+

(g)

Na(s) + ½ Cl2(g) NaCl(s)

12

3

4 +

5

Energi sublimasi

Energi disosiasi

Energi ionisasi

Afinitas elektron

Energi Kisi

Hukum Hess : H = H1 + H2 + H3 + H4 + H5

Ukuran ion dan jari-jari kristalUkuran ion dan jari-jari kristalUkuran ion ditentukan oleh gaya tarik terhadap elektron luaroleh muatan inti positif yang efektif.

Muatan efektif = muatan inti nyata – pengaruh elektron dalam

rx < r atom netral < r-

Jarak antara ion positif dan negatif dalam kristal dapat diukur difraksi sinar x

BESARNYA JARI-JARI ION / BESARNYA JARI-JARI ION / ATOMATOM

Menentukan r+ dan r- :

Jarak antara ion Na+ F- = 2,31 Å

r+ + r- = 2,31 Å

Jika dihitung :r+ = 0,945 Å r- = 1,365 Å

**ZZ

rr

5,4115,49

rr

Lanjutan....Lanjutan....Nilai jari-jari yang didapat hanya ion-ion bermuatan tunggal. Untuk jari-jari ion bervalensi ganda atau jari-jari kristal diperlukan faktor koreksi. Jari-jari kristal umumnya lebih kecil dari jari-jari ion, karena bertambahnya muatan memperbesar gaya tarik antar ion-ion. Jari-jari ion juga berubah dengan berubahnya bilangan koordinasi.

Lanjutan .......Lanjutan .......Jari-jari ion bertambah secara teratur untuk unsur-unsur dalam satu golongan dari atas ke bawah dari susuna berkala, karena muatan inti positif diimbangi oleh efek saringan dari elektron valensi dari inti. Ion negatif lebih besar daripada ion positifnyayang isoelektronik, karena tarikan inti dalam ion positif yang bertambah, akan menarik elektron lebih dekat ke inti.

Meramalkan bentuk kristalrr

Pengaruh jari-jari ion terhadap struktur kristal

Dijelaskan dengan bilangan koordinasi(jumlah ion positif yang mengelilingi sebuah ion

negatif, atau sebaliknya)

Membuat kristal menjadi stabil

---

45o

z x

ya b c

rr

= 0,414

rr

= 0,155

Batas rr

Struktur Bilangan Koordinasi

Segi tiga planar 3 0,155 – 0,225

Tetrahedral 4 0,225 – 0,414Segi empat

planar 4 0,414 – 0,732

Oktahedral 6 0,414 – 0,732Kubus 8 0,732 – 1,000

Skala KeelektronegatifanSkala KeelektronegatifanPeralihan antara ikantan kovalen dan ikatan ion

Senyawa AB yang dapat memiliki ikatan ekstrim, yakni ikatan ion A+ B- dan ikatan lainnya, ikatan kovalen A-B, akan mengalami peralihan ikatan dan parameter yang dapat digunakan adalah keelektronegatifan relative dari atom A dan B. Keelektronegatifan didefinisikan sebagai kecenderungan suatu atom dalam molekul untuk menarik pasangan elektron yang digunakan pada ikatan ke arah atom bersangkutan. Jika AB diandaikan memiliki pasangan elektron dan konfigurasi inti yang sama, sehingga dapat terjadi resonansi:

A+ B- A-B

Lanjutan.. Lanjutan.. Besarnya peralihan ikatan dinyatakan dengan karakter ion. Peralihan ikatan bersifat kontinu bila jarak antara kedua jenis ikatan ekstrimnya terdapat resonansi. Bila kedua struktur berbeda dalam jumlah elektron yang tak berpasangan, maka perubahannya bersifat diskontinu atau tak kontinu, sifat tak kontinu berhubungan dengan pembentukan atau pemecahan pasangan elektron.

SkalaKeelektronegatifan SkalaKeelektronegatifan PaulingPauling

Keelektronegatifan diukur dengan menggunakan skala Pauling yang harganya berkisar antara 0,7-40. Untuk unsur-unsur segolongan dari atas ke bawah harga keelektronegatifan berkurang, sedang dalam 1 periode dari kiri ke kanan harga keelektronegatifan semakin besar.

• Pauling memberikan skala keelektronegatifan 4 untuk unsur yang memiliki energi ionisasi dan energi afinitas elektron tinggi, yaitu pada unsur florin, sedangkan unsur-unsur lainnya di bawah nilai 4.

• Pada tabel periodik, unsur florin yang ditetapkan memiliki keelektronegatifan 4 (terbesar) berada di ujung kanan paling atas. Adapun Unsur fransium yang memiliki keelektronegatifan terendah yaitu 0,7 berada di kiri paling bawah dalam tabel periodik.

Karakter IonKarakter IonDari skala pauling, maka besarnya karakter ion

dari ikatan tunggal atom A dan B dapat dinyatakan:

Contoh senyawa HI

Metode MullikenMetode MullikenBila dalam senyawa AB, A lebih elektronegatif daripada B, maka energi yang dibutuhkan untuk membentuk ikatan ion A- B+ dari atom-atom A dan B, akan lebih rendah daripada energi yang diperlukan untuk membentuk ikatan ion A+ B- , karena perpindahan elektron dari B ke A lebih mudah daripada sebaliknya.Energi untuk membentuk A- ialah -EA (afinitas elektron) dan energi untuk membentuk B+ ialah IB (potensial ionisasi), jika A lebih elektronegatif dari B, maka berlaku :IA – EB > IB - EA Atau IA + EA > IB – EB Jadi, jumlah potensial ionisasi dan afinitas eektron dapat dijadikan ukuran keelektronegatifan.

Lanjutan..Lanjutan..X (Pauling) = X (Mulliken) / 3,15

Jika dihubungkan dengan entalpi pembentukan, maka:

Ket : x = nilai keelektronegatifan dari pauling Q = entalpi pembentukan (kcal Mol-1)

Karakteristik Ikatan IonKarakteristik Ikatan IonKarakteristik Struktur dan Fisik dari Ikatan Ion

1.Arah ikatan ion tak terarah dan struktur ion ditentukan oleh geometri dan kenetralan

muatan listrik dari struktur secara keseluruhan.2.Senyawa yang berikatan ion berbentuk padatan dalam keadaan standar, dikarenakan

kerapatan antar ikatan yang kuat.3.Padatan ionik bersifat keras tetapi getas, maksudnya, bila pada padatan ionik tersebut

diberi energi (terjadi tumbukan) maka akan terjadi pergeseran pada ikatan yang terjadi,

sehingga akan membuat muatan menjadi senama akhirnya karena muatan senama, akan terjadi tolak-menolak. Itulah sebabnya padatan ionik bersifat getas.

4. Padatan ionik memiliki titik leleh dan titik lebur yang tinggi, dikarenakan untuk satu ion ada 6 gaya Coloumb.5. Dalam wujud padatan, bersifat isolator listrik (tidak dapat menghantarkan arus listrik), karena susunan atom-atom yang berikatan rapat.6. Dalam wujud lelehan, bersifat konduktor listrik (dapat menghantarkan arus listrik), karena jarak antar-atom lebih renggang daripada dalam wujud padatan.7. Dalam wujud larutan, bersifat bersifat konduktor listrik (dapat menghantarkan arus listrik), karena elektron terionisasi.

Kelarutan dari Senyawa IonikKelarutan dari Senyawa IonikPada umumnya padatan (senyawa) ionik mudah larut dalam senyawa polar (misalnya: air) dan cenderung tidak melarut dalam senyawa non polar.Namun, penurunan kelarutan tak selalu dapat dikaitkan dengan kenaikan karakter kovalen. Misalnya:AgF AgCl AgBr AgI2

dari kiri ke kanan kelarutan berkurang, karakter ion dan polarisasi bertambah.CaF2 CaCl2 CaBr2 CaI2 dari kiri ke kanan kelarutan bertambah, karakter ion dan polarisasi bertambah.Masalah kelarutan padatan ionik harus ditinjau dari segi antaraksi antar-ion.2 Jenis Antaraksi antar ion:-Antaraksi antara ion dan molekul air di satu pihak-Antaraksi antar ion dalam kristal.

Kedua jenis Antaraksi yang telah disebutkan naik dengan semakin kecilnya ion dan semakin besarnya muatan.

Kelarutan padatan ionik bergantung pada perubahan energi bebas kelarutan standar, Gd : Gd = Hd - T Sd

Hubungan antara kelarutan dan energi kristal, dinyatakan sebagai perubahan entalpi, Hh :

Hh = Hd + Hc Hh = perubahan entalpi hidrasi standarHc = energi kristal standar

Bila Gd negatif, maka padatan dapat larut.

Contoh soal:Dalam kristal NaCl, jarak kesetimbangan r antara ion adalah 2,81Å.

Cari energi potensial totalnya.

• Jawaban: Karena α = 1,748 dan n = 9, energi potensial

ion dengan tanda positif atau negatif adalah;

Tunjukkan bahwa kelima suku pertama pada deret konstan Madelung untuk CsCl adalah

Contoh soal:

1

2

3

4

5

Jarak Jumlah Muatan

r1 = r 6 -

r2 = r 12 +

r3 = r 8 -

r4 = 2r 6 +

r5 = r 24 -

Jawaban:

Maka konstan Madelung α adalah:

Click to edit title style

1 2 3 4

Termasuk kristal padat yang keras karen aikatan antara ion-ion penyusunnya tergolong ikatan kuat.

Tergolong konduktor listrik dan panas yang jelek karena dari proses ikatan tersebut tidak menghasilkan elektron bebas.

Memiliki titik leleh tinggi.

Biasanya terlarut dalam zat cair polar, seperti air, tetapi tidak larut dalam zat cair kovalen seperti bensin. Molekul air (H2O) yang memiliki momen dipollistrik permanen dapat mengerjakan gaya tarik terhadap ion-ion bermuatan listrik yang dapat memutuskan ikatan ionik sehingga kristal ionik tersebut dikatan terlarut dalam air

Kristal-kristal ionik memiliki sifat-sifat umum seperti berikut:

Ikatan Ionik

• Makin besar perbedaan elektronegatifitasnya makin besar pula karakter ioniknya. Namun ada kekecualian untuk F dan Cs, F memiliki elektronegatifitas paling kuat, sedang Cs memiliki elektronegatifitas paling lemah, sehingga ikatannya tidak sepenuhnya ionik.