kimia anorganik fisik dan material boptn.pdf

7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf

1/206

LAPORAN

HIBAH PENULISAN BUKU AJAR

MATA KULIAH

KIMIA ANORGANIK FISIK DAN MATERIAL

Oleh

Dr. INDAH RAYA, M.Si

Dibiayai oleh dana DIPA Layanan Umun

Universitas Hasanuddin 2014SK Rektor Unhas Nomor: 813/UN4.12/PP.12/2014

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

2014


2/206

i

HALAMAN PENGESAHAN

HIBAH PENULISAN

BUKU AJAR BAGI TENAGA AKADEMIK

UNIVERSITAS HASANUDDINTAHUN 2014

Judul Buku Ajar : Kimia Anorganik Fisik dan Material

Nama Lengkap : Dr. Indah Raya, M.Si

N I P : 196411251990022001

Pangkat/Golongan : Pembina/IIId

Jurusan/Bagian/Program Studi : Jurusan Kimia/Program Studi Kimia

Fakultas/Universitas : FMIPA/Universitas HasanuddinAlamat e-mail : [email protected]

Biaya : Rp. 5.000.000,- (Lima juta rupiah)

Dibiayai oleh : Dibiayai oleh Dana DIPA Layanan Umum

Universitas Hasanuddin Tahun 2014

Sesuai dengan SK Rektor Unhas Nomor

813/UN4.12/PP.12/2014 Tanggal 8 April 2014

Makassar, 17 Desember 2014

Ketua Program Studi Kimia, Penulis,

Dr. Indah Raya, M.Si Dr. Indah Raya, M.Si

NIP. 196411251990022001 NIP. 196411251990022001

Mengetahui :Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Hasanuddin,

Prof. Dr. H. Hanapi Usman, M.S

NIP. 195702281987031001


3/206

ii

KATA PENGANTAR

Tiada perbuatan yang pantas dilakukan selain mengucapkanAlhamdulillahyang tak henti-hentinya kepada Allah SWT atas segala nikmat,

baik nikmat iman, nikmat ilmu, dan nikmat kesehatan yang terus dicurahkan

sehinggabuku Dasar-dasar Kimia Anorganik Fisikdan Material dapat disajikan

sebagaimana adanya buku. Buku ini diperkaya oleh hasil-hasil penemuan penulis,

disamping hasil ramuan dari berbagai literatur, dan penelitian orang lain

sebagaimana tercermin pada kepustakaan. Untuk itu, penulis mengucapkan

banyak terima kasih kepada pihak-pihak bersangkutan, terutama kepada Erna

Mayasari, Asmawati, dan Yusi Anda Rizky. Semoga kebaikan yang diperoleh dari

buku ini, memberikan berkah yang terus mengalir kepada mereka juga, Aamiin.Penulis telah berusaha untuk memaparkan konsep dan fakta yang penting

untuk memahami Kimia Anorganik Modern. Nyaris semua unsur telah

ditemukan, dan kerangka teoritis ikatan, struktur, dan reaksi telah dibangun.

Tujuan kimia anorganik di masa mendatang adalah mensintesis senyawa-senyawa

dengan ikatan dan struktur yang unik, dan penemuan reaksi-reaksi baru serta sifat-

sifat senyawa tersebut. Untuk itu, diharapkan buku ini dapat membantu dalam

pencapaian tujuan mulia tersebut.

Buku ini memaparkan struktur-struktur dari senyawa penting sepanjang

tabel peridok unsur, bentuk kristal unsur logam,, bagaimana unsur-unsur tersebutberikatan satu sama lain, membentuk reaksi substitusi, dan banyak hal lainnya

yang sangat penting dalam memahami konsep dasar kimia anorganik modern.

Buku ini hanyalah acuan dasar yang masih perlu dikembangkan mengingat

pesatnya perkembangan kimia anorganik modern di masa sekarang. Hal ini dapat

dibuktikan dengan semakin banyaknya penemuan-penemuan bahan-bahan

anorganik baik dalam bentuk makro maupun dalam bentuk mikro di alam yang

tentunya memiliki banyak kegunaan pada kehidupan manusia saat ini, contohnya

saja penemuan-penemuan senyawa nanopartikel.

Pada akhirnya, penulis meminta maaf yang sebesar-besarnya jika dalampembuatan buku ini masih banyak terdapat kesalahan dalam proses pembuatannya

ataupun dalam penafsiran dan penyaduran literatur pendukung yang digunakan

dalam pembuatan buku ini.

Makassar, 17 Desember 2014

Penulis


4/206

iii

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR PENGESAHAN ...................................................................... i

KATA PENGANTAR .............................................................................. ii

DAFTAR ISI ............................................................................................. iii

BAB I Pendahuluan ................................................................................. 1

1.1 Gambaran Profil Lulusan Program Studi Kimia................... 1

1.2 Kompetensi Lulusan ............................................................. 3

1.3 Analisis Kebutuhan Pembelajaran ....................................... 4

1.4 Tinjauan Mata Kuliah ........................................................... 8

1.5 Rancangan Pembelajaran...................................................... 9

BAB II Struktur Elektron Unsur dan Keberkalaan .................................. 22

2.1 Struktur Elektron Atom......................................................... 23

2.2 Tabel Periodik....................................................................... 29

2.3 Beberapa Sifat Periodik Unsur-Unsur ................................. 31

2.4 Kepustakaan.......................................................................... 35

BAB III Ikatan Senyawa Kovalen, Senyawa Ion, dan Zat Padat............... 36

3.1 Ikatan Senyawa Kovalen ..................................................... 36

3.2 Senyawa Ion dan Ikatan Ion ................................................. 43

3.3 Zat Padat .............................................................................. 47

3.4 Kepustakaan.......................................................................... 58

BAB IV Reaksi Substitusi Anorganik ...................................................... 59

4.1 Pengantar .............................................................................. 59


5/206

iv

4.2 Reaksi Substitusi Ligan Kompleks Oktahedral ................... 61

4.3 Reaksi Substitusi Ligan Kompleks Persegi Planar .............. 63

4.4 Mekanisme Reaksi Substitusi Ligan .................................... 65

4.5 Mekanisme Reaksi Redoks ................................................... 66

4.6 Reaksi Substitusi Ligan dalam Geometri yang lain .............. 67

4.7 Kepustakaan.......................................................................... 68

BAB V Asam Basa dan Aspek Termodinamika Kimia Anorganik ............ 69

5.1 Asam dan Basa...................................................................... 69

5.2 Beberapa Aspek Termodinamika untuk Kimia Anorganik... 78

5.3 Hukum Termodinamika dalam Interpretasi Kimia ............... 84

5.4 Kepustakaan.......................................................................... 89

BAB VI Senyawa Transisi........................................................................ 90

6.1 Bilangan koordinasi ............................................................. 90

6. 2Kepustakaan.......................................................................... 97

BAB VII Semikonduktor ........................................................................... 98

7.1 Pendahuluan.......................................................................... 98

7.2 Semikonduktor Intrinsik ....................................................... 101

7.3 Semikonduktor Ekstrinsik..................................................... 102

7.4 Arus Drift .............................................................................. 105

7.5 Arus Difusi............................................................................ 107

7.6 Klasifikasi Tipe Semikonduktor ........................................... 108

7.7 Pembuatan Semikonduktor .................................................. 111

7.8 Gap Pita................................................................................. 112

7.9 Cacat Semikonduktor........................................................... 113


6/206

v

7.10 Sel Fotovoltaik .................................................................... 116

7.11 Sel Fotoelektrolit................................................................ 116

7.12.Kepustakaan........................................................................ 117

BAB VIII Polimorfisme dan Fase Transisi............................................... 118

8.1 Stabilitas Termodinamika ..................................................... 118

8.2 Stabilitas Kinetika................................................................. 119

8.3 Polimorfisme......................................................................... 119

8.4 Tahap Transisi....................................................................... 122

8.5 Diagram Fasa ........................................................................ 125

8.6 Kepustakaan.......................................................................... 130

BAB IX Ukuran Efektif Atom.................................................................. 131

9.1 Jari-jari Van Der Waals......................................................... 132

9.2 Jari-jari Atom Logam............................................................ 133

9.3 Jari-jari kovalen .................................................................... 134

9.4 Jari-jari Ionik......................................................................... 135

9.5 Kepustakaan.......................................................................... 138

BAB X Struktur Molekul I: Senyawa Golongan Unsur Utama................ 139

10.1 Teori Kulit Valensi Penolakan Pasangan Elektron ............. 139

10.2 Kepustakaan....................................................................... 145

BAB XI Teori Orbital Molekul dan Ikatan Kimia Padatan ....................... 146

11.1 Teori Orbital Molekul ......................................................... 146

11.2 Hibridisasi ........................................................................... 146

11.3 Fungsi Lokalisasi Elektron.................................................. 148

11.4 Distorsi Peierls .................................................................... 149


7/206

vi

11.5 Jumlah Orbital Tumpang Tindih Kristal (COOP)............... 152

11.6 Ikatan pada Dua dan Tiga Dimensi..................................... 156

11.7 Ikatan pada Logam.............................................................. 158

11.8 Kepustakaan....................................................................... 160

BAB XII Struktur Senyawa Seperti Intan.................................................. 161

12.1 Senyawa Poliner Seperti Intan ............................................ 161

12.2 Struktur SiO2. Pelebaran Kisi-kisi Intan ............................. 162

12.3 Kepustakaan....................................................................... 167

BAB XIII Kemasan Bola Pada Struktur Logam........................................ 168

13.1 Pendahuluan........................................................................ 168

13.2 Kemasan Bola Paling Dekat (Closest Packing of Sphere).. 168

13.3 Kemasan Bola Kubik Berpusat di Tubuh (BCC)................ 172

13.4 Struktur Logam Lainnya ..................................................... 174

13.5 Kepustakaan....................................................................... 175

BAB XIV Sambungan Polihedral .............................................................. 176

14.1 Pendahuluan........................................................................ 176

14.2 Oktahedral tersambung Simpul (Vertex-sharing Octahedra) 179

14.3 Oktaherdal tersambung Tepi (Edge-sharing Octahedra) ... 184

14.4 Oktahedral tersambung Sisi (Face-sharing Octahedra) ..... 187

14.5 Oktahedra tersambung Simpul dan Tepi (Octahedra Sharing

Vertices and Edges............................................................. 188

14.6 Oktaherdal tersambung Tepi dan Sisi (Octahedra Sharing Edge

and Faces).......................................................................... 191

14.7 Linked Trigonal Prisma....................................................... 193

14.8 Tetrahedral tersambung Simpul untuk Silikat (Vertex-sharing

Tetrahedra for Silicates) .................................................... 194


8/206

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Gambaran Profil Lulusan Program Studi Kimia

Kimia Anorganik Fisik dan Material adalah salah satu cabang ilmu dalam

bidang ilmu kimia anorganik yang penyajiannya di Program Studi (Prodi) Kimia

pada semester VI. Mata kuliah ini sangat penting disajikan di dalam kurikulum

Prodi kimia untuk memberikan pengetahuan kepada mahasiswa mengenai

struktur-struktur senyawa penting sepanjang tabel peridok unsur, bentuk kristal

unsur logam, bagaimana unsur-unsur tersebut berikatan satu sama lain,

membentuk reaksi substitusi, dan banyak hal lainnya yang sangat penting dalam

memahami konsep dasar kimia anorganik modern. Penguasaan pengetahuan

tersebut akan menunjang pencapaian Profil L ulusan Prodi Kimia FMIPA Unhas,

yaitu sebagai:

(1)Peneliti di bidang ilmu kimia,

(2)Pranata laboratorium kimia,

(3)Pengajar ilmu kimia di tingkat SMA/SMK/MA/Bimbingan Belajar,

(4)Pembelajar yang baik dalam ilmu kimia pada strata yang lebih tinggi, atau

(5)

Wirausahaan di bidang produsen/penggunaan bahan kimia, khususnya

yang berkaitan dengan bahan-bahan anorganik yang tersedia di alam.

Untuk menghasilkan lulusan dengan profil seperti di atas maka perlu adanya

deskripsi capaian pembelajaran minimum. Adapun kaitan antara propil lulusan

Prodi Kimia FMIPA Unhas dengan capaian pembelajaran minimum dipaparkan

seperti dalam Tabel 1.1.


9/206

2

Tabel 1.1Capaian Pembelajaran Minimum Profil Lulusan Prodi Kimia FMIPA

Unhas

Propil Lulusan Prodi S1

Kimia FMIPA UnhasCapaian Pembelajaran Minimum

1Peneliti di bidang ilmu

kimia

Mampu melaksanakan suatu penelitian

kimia

Mampu menganalisis hasil-hasil

pengukuran dari instrumen kimia modern

Mampu mengkomunikasikan hasil-hasil

penelitian kimia

Memiliki moral, etika, dan kepribadian yang

baik di dalam melaksanakan penelitian dan

mengkomunikaskan hasil penelitian

2Pranata laboratorium

kimia

Mampu menata suatu laboratorium kimia

dengan baik Mampu mengoperasikan instrumen standar

laboratorium kimia

Mampu membuat larutan standar

Memiliki pengetahuan yang memadai

tentang manajemen limbah laboratorium

kimia

3

Pengajar di ilmu kimia di

tingkat

SMP/SMA/SMK/MA

Mengusai konsep dasar ilmu kimia

Mampu berkomunikasi dengan baik

Memiliki moral, etika, dan kepribadian yang

baik di dalam menyelesaikan tugasnya

4

Pembelajar yang handal

dalam ilmu kimia pada

strata yang lebih tinggi

Mengusai konsep dasar ilmu kimia Mampu melaksanakan suatu penelitian

kimia

Mampu menganalisis hasil-hasil

pengukuran dari instrumen kimia modern

Mampu mengkomunikasikan hasil-hasil

penelitian kimia

Mampu mengikuti perkembangan IPTEKS

5

Wirausahaan di bidang

produsen/penggunaan

bahan kimia, khususnya

yang berkaitan dengan

bahan bahan-bahan

anorganik di alam

Mengusai konsep dasar ilmu kimia

Memiliki pengetahuan yang memadai

tentang sifat-sifat bahan kimia

Memiliki kemampuan mengelolah bahan

kimia

Memiliki kesadaran, kepedulian, dan

komitmen terhadap pengembangan dan

pemanfaatan sumber daya alam .


10/206

3

1.2 Kompetensi Lulusan

Berdasarkan kurikulum berbasis standar KKNI Prodi Kimia yang telah

dirumuskan, dan mulai diterapkan pada tahun akademik 2014/2015, pembelajaran

yang diberikan dalam mata kuliah Kimia Anorganik Fisik dan Material akan

menunjang pencapaian kompetensi lulusan Prodi Kimia sebagaimana telah

dirumuskan seperti berikut:

A. Penguasaan Pengetahuan (PP)

1. Menguasai konsep teoritis tentang struktur, sifat, perubahan energi dan

kinetik, identifikasi, pemisahan, karakterisasi, transformasi, sintesis bahan

kimia dan terapannya.

2. Menguasai pengetahuan tentang fungsi, cara mengoperasikan instrumen

kimia yang umum, dan analisis data dari instrumen tersebut.

3. Menguasai prinsip dasar piranti lunak analisis dan sintesis pada bidang

kimia umum atau lebih spesifik (kimia organik, biokimia, kimia analitik,

kimia fisika, atau kimia anorganik).

B. Kemampuan Kerja (KK)

1.

Memiliki keterampilan analisis dan kemampuan untuk menerapkan

berbagai metode, prinsip dasar, dan logika kimia dalam memecahkan

masalah kimia.

2. Memiliki kemampuan dan keterampilan dalam pengolahan data dan

informasi secara kimia.

3. Memiliki kemampuan dan keterampilan melakukan penelitian dengan

menerapkan pengetahuan dan teknologi terkait dalam proses identifikasi,

isolasi, transformasi, dan sintesis kimia secara mandiri.

4. Memiliki kemampuan mengelola bahan kimia di lingkungan dan proses

manufaktur pada institusi pemerintah dan swasta.

5. Memiliki kemampuan menerapkan konsep kimia dalam berwirausaha.

6. Memiliki kemampuan mengidentifikasi dan menganalisis permasalahan

yang ada pada masyarakat.

7. Memiliki kemampuan mengikuti perkembangan IPTEKS.


11/206

4

C. Karakter dan Kepribadian (KDK)

1. Bertakwa kepada Tuhan Yang Maha Esa.

2. Memiliki moral, etika, dan kepribadian yang baik dalam menjalankan

tugasnya.

3. Berperan sebagai warga negara yang bangga dan cinta tanah air serta

mendukung perdamaian dunia.

4. Memiliki kesadaran, kepedulian, dan komitmen terhadap pengembangan

dan pemanfaatan sumber daya alam berbasis benua maritim.

5. Memiliki pemahaman, kesadaran dan kearifan tentang berbagai aspek

sosial, ekonomi dan budaya akibat dampak laju perkembangan IPTEKS

yang pesat.

6. Menghargai keanekaragaman budaya, pandangan, kepercayaan, dan

agama serta pendapat/temuan original orang lain.

Adapun kompotensi yang ditunjang oleh mata Kimia Anorganik Fisik dan

Material dipaparkan dalam Tabel 1.2.

Tabel 1.2 Kompetensi Lulusan Prodi Kimia FMIPA Unhas yang Didukung oleh

Mata Kuliah Kimia Anorganik Fisik dan Material

MK PK KK KDK

Kimia

Anorganik

Fisik dan

Material

1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8

1.3 Analisis Kebutuhan Pembelajaran

Pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan Material memiliki peran penting

di dalam pembelajaran mata kuliah Praktikum Kimia Anorganik dan mata kuliah

tergolong tugas akhir mahasiswa, di antaranya adalah mata kuliah Seminar I,

Seminar II, dan Skripsi pada semester berikutnya dan sekaligus menunjang

pencapaian kompetensi lulusan Prodi Kimia. Meskipun demikian, mata kuliah ini

masih dianggap sulit dimengerti bagi mahasiswa peserta mata kuliah. Hal ini

menjadi tantangan bagi pengajar untk membuat mata kuliah tersebut menjadi

menarik dan mudah dimengerti. Untuk itu perlu dipikirkan dengan


12/206

5

sungguh-sungguh tentang norma pedagogis yang akan digunakan di dalam

pembelajarannya. Norma pedagogis ini akan mengarahkan kepada pemilihan

metode dan materi ajar untuk kepentingan pembelajaran.

Di dalam upaya untuk memahami norma pedagogis yang sejalan dengan

kebutuhan belajar mata kuliah Kimia Anorganik Fisik dan Material, maka perlu

adanya pembahasan tentang:

1) Kondisi awal mahasiswa;

2) Norma pedagogis pemilihan materi pembelajaran;

3) Pendekatan pembelajaran yang dilakukan; dan

4) Metode Pembelajaran yang digunakan.

(a) Kondisi awal mahasiswa peserta mata kuliah Kimia Anorganik Fisik dan

Material

Mahasiswa peserta mata kuliah Kimia Anorganik Fisik dan Material

adalah mahasiswa semester VI sehingga dapat diharapkan telah memiliki

pengetahuan dasar yang kuat tentang beberapa bidang ilmu kimia. Dari segi

psikologi, mereka telah mulai memasuki ranah kedewasaan, sehingga di dalam

merangcang sistem pembelajaran yang diterapkan kepadanya harus

mempertimbangan aspek pedagogis terpelajar dewasa, di antaranya: (1) merekasudah mampu menelusuri materi pembelajaran di banyak media, dan (2) suka

mengespresikan diri mereka, mempresentasikan sesuatu, dan mengemukan

pendapat. Meskipun demikian, kemampuan berpikir secara analisis dan sintesis

tidak paralel dengan kedewasaan, melainkan melalui latihanproblem solvingyang

banyak. Padahal kemampuan semacam itu sangat diperlukan dalam dunia kerja.

Kondisi awal mahasiswa sebagaimana telah digambar di atas sangat cocok

dengan penerapan sistem pembelajaran dengan metode Student Center Learning

(SCL) yang secara bertepatan dengan sistem pembelajaran yang dipilih dan

ditetapkan oleh Unhas. Di samping dapat meningkatkan pengetahuan mahasiswa

tentang substansi pembelajaran, sistem ini juga memberikan peluang kepada

setiap mahasiswa untuk mengekspresikan diri melalui teknik presentasi dan

mengemukakan pendapat tanpa mengucilkan pendapat orang lain.


13/206

6

(b) Norma pedagogis pemilihan materi pembelajaran

Substansi pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan Material adalah

bagaimana suatu atom membentuk ikatan dengan atom lain sehingga mencapai

kestabilan menggunakan kaidah-kaidah yang benar. Hal ini melibatkan konsep-

konsep hasil pemikiran analisis dan sintesis yang telah dipelajari pada mata kuliah

Kimia Unsur pada semester III meliputi konsep hibridisasi, ikatan logam, kisi

kristal, asam basa, dan lain-lain.

Substansi pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan Material mempunyai

karakter yang menuntut mahasiswa untuk berpikir secara analisis dan sintesis

sehingga cocok untuk peningkatan daya pikir analisis dan sintesis mahasiswa.

Oleh karena itu, norma pedagogis pembelajarannya secara signifikan

mengarahkan pengajar dalam pemilihan materi yang sesuai dengan karakter

tersebut, serta memberikan latihan secara langsung untuk menjelaskan tentang

kaitan antara atom pusat, ligan, dan jenis ikatan yang terbentuk untuk mencapai

kestabilan.

(c) Pendekatan pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan Material

Satuan kredit semester matakuliah Kimia Anorganik Fisik dan Material

adalah 4 sks. Pertemuan di kelas dilakukan sebanyak dua kali per minggu.

Pendekatan yang digunakan dalam pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan

Material dititik beratkan pada penggunaan konsep-konsep teoritis yang telah ada

untuk menentukan bagaimana pembentukan ikatan antara unsur/senyawa satu

dengan yang lainnya. Sistem pembelajaran menggunakan metode SCL di mana

dosen di dalam pembelajaran lebih banyak memposisikan dirinya sebagai

fasilitator dan mitra bicara. Di dalam hal ini, pengajar memberikan penjelasan

singkat tentang GBRP, membuat kontrak kuliah, serta melakukan pembagiankelompok dan tugas kelompok di setiap awal perkuliahan. Hasil pekerjaan

kelompok akan dipresentasikan pada pertemuan berikutnya. Pada setiap segmen

akhir perkuliahan, pengajar melakukan umpan balik sebagai koreksi apa yang apa

yang telah dipresentasikan.


14/206

7

(d) Metode pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan Material

Untuk menetapkan pilihan metode pembejalan suatu mata kuliah, ada

beberapa hal yang seharusnya dipertimbangkan di antaranya adalah kondisi awal

peserta kuliah, jumlah peserta kuliah, fasilitas yang tersedia, dan sasaran

pembelajaran. Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya bahwa (1) peserta mata

kuliah Kimia Anorganik Fisik dan Material adalah mahasiswa semester VI dengan

jumlah peserta rata-rata di atas 40 orang per kelas, dan pembelajaran Kimia

Anorganik Fisik dan Material dititik beratkan pada penggunaan konsep-konsep

teoritis yang telah ada untuk menjelaskan dan menuliskan mekanisme reaksi

kimia organik, maka untuk kondisi seperti itu cukup ideal apabila pengajar

merapkan metode pembelaran SCL.

Ada beberapa metode pembelajaran yang lazim digunakan dalam sistem

pembelajaran SCL, di antaranya adalah:

1. Small Group Discussion

2. Role-Play & Simulation

3. Case Study

4. Discovery Learning (DL)

5.

Self-Directed Learning (SDL)

6. Cooperative Learning (CL)

7. Collaborative Learning (CbL)

8. Contextual Instruction (CI)

9. Project Based Learning (PBL)

10.Problem Based Learning and Inquiry (PBL)

Berdasarkan kondisi di atas maka metode yang dapat diterapkan di dalam

pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan Material adalah Collaborative Learning(CbL) danProject Based Learning (PBL).

Di dalam Project Based Learning (PBL), mahasiswa dibagi menjadi

beberapa kelompok dan diberi tugas untuk dikerjakan, masing-masing kelompok

akan menpresentasikan hasil pekerjaan di depan kelas dan dilanjutkan diskusi

antara kelompok presenter dengan kelompok yang bukan presenter. Pada akhir

presentasi, fasilitaor akan melakukan koreksi dan membuat kesimpulan.

Sedangkan Di dalam Project Based Learning (PBL), Fasilitator akan memberikan


15/206

8

soal yang menyangkut tentang fakta yang diperoleh senyawa tertentu untuk

dijelaskan oleh peserta mata kuliah secara bergiliran dengan menggunakan

konsep-konsep yang telah dipelajari.

1.4 Tinjauan Mata Kuliah

Kimia Anorganik Fisik dan Material membahas tentang kaitan antara

sifat-sifat atom, atom pusat, ligan, dan ikatan yang terbentuk untuk pencapaian

kestabilan suatu senyawa. Mata kuliah ini merupakan kelanjutan mata kuliah

Kimia Unsur yang diajarkan pada semester sebelumnya. Pemahaman yang baik

tentang materi yang ada di dalam kedua mata kuliah tersebut akan sangat

membantu mahasiswa dalam melakukan Praktkum Kimia anorganik. Di samping

itu, materi yang menekankan pada cara berpikir secara analisis dan sintesis akan

memberikan modal yang sangat baik bagi mahasiswa dalam bekerja di kemudian

hari.


16/206

9

1.5 RANCANGAN PEMBELAJARAN

Nama / Kode Matakuliah/SKS : Kimia Anorganik Fisik dan Material / 303H3113 /4 sks

Komptensi Sasaran :

1.Penguasaan Pengetahuan:

Menguasai konsep teoritis struktur, sifat, dan perubahannya baik pada energi maupun kinetiknya,

identifikasi, pemisahan, karakterisasi, transformasi, sintesis bahan kimia mikromolekul dan terapannya.

2.Kemampuan Kerja:

Memiliki keterampilan analisis dan kemampuan untuk menerapkan berbagai metode, prinsip dasar,

dan logika kimia dalam memecahkan masalah kimia.

Memiliki kemampuan dan keterampilan dalam pengolahan data dan informasi secara kimia.

Memiliki kemampuan dan keterampilan melakukan penelitian dengan menerapkan pengetahuan dan

teknologi terkait dalam proses identifikasi, isolasi, transformasi, dan sintesis kimia secara mandiri.

3.Karakter dan Kepribadian:

Memiliki moral, etika, dan kepribadian yang baik di dalam menyelesaikan tugasnya.

Berperan sebagai warga negara yang bangga dan cinta tanah air serta mendukung perdamaian dunia.

Sasaran Belajar : Kemampuan menuliskan struktur dan jenis ikatan kimia (senyawa, ion, dan kompleks), menjelaskan

faktor-faktor internal dan eksternal struktur yang mempengaruhi kestabilan dan sifat spesies, dan

menentukan sisi reaktif dan jenis reaksi yang dapat dialaminya.


17/206

10

Pekan

ke :Sasaran Pembelajaran Materi Pembelajaran

Strategi

PembelajaranIndikator Penilaian

Bobo

t

Nilai

(%)

1 Membuat kontrak

mata kuliah,

membentuk

kelompok kerja, dan

memilih ketua kelas

secara demokratis

Menjelaskan tentang

garis-garis besar

Kimia Anorganik

Fisik dan Material

Informasi Kontrak dan

Rencana Pembelajaran

Tujuan umum tentang

asal mula pembentukan

atom menurut beberapa

ahli.

Struktur penyusun atom

Sifat-sifat atom

berdasarkan golongan

dan periode

Tata cara penulisan

konfigurasi elektron

Active learning:

Diskusi

Proj ect Based

Learning (PBL ):

Menyelesaikan

soal latihan di

kelas

Terbentuknya kelompok

kerja dan adanya ketua

kelas yang defenitif

Ketepatan dan

kemampuan

mendeskripsikan

batasan/definisi/konsep

Kemampuan

mengemukaan pendapat

dan pertanyaan

Kesantunan dalam

berdiskusi

5


18/206

11

2 Menjelaskan tentang

jenis-jenis ikatan kimia

dan zat padat

Ikatan senyawa kovalen

Ikatan ionic dan

senyawa ionik

Karakteristik ikatan

kovalen dan ikatan ionik

beserta kekuatan

masing-masing ikatan

Teori Ikatan Valensi

Bentuk Molekul

Hibridisasi

Energi Kidi

Zat padat

Tipe-tipe padatan

Active learning:

Diskusi

Proj ect Based

Learning (PBL ):

Menyelesaikan

soal latihan di

kelas

Kemampuan menuliskan

mekanisme reaksi kimia

organik dengan benar

Ketepatan dan

kemampuan

mendeskripsikan hal-hal

yang karakteristik pada

setiap jenis reaksi kimia

organik

Kemampuan


dan pertanyaan

Kesantunan dalam

berdiskusi

5


19/206

12


prinsip-prinsip

terjadinya reaksi

substitusi anorganik,

kemampuan ion

kompleks dalam

melakukan reaksi

substitusi pada ligan

dalam lingkungan

koordiansinya,reaksi

reduksi dan oksidasi,

dan lain-lain

Reaksi Substitusi Ligan

Kompleks Oktahedral

Reaksi substitusi Ligan

Kompleks Persegi

Planar

Mekanisme Reaksi

substitusi Ligan

Reaksi Redoks

Reaksi Substitusi Ligan

dalam geometri yang

lain

Collaborative

Learning:

Kerja Kelompok

dan diskusi

Proj ect Based

Learning (PBL ):

Menyelesaikan soal

latihan di kelas

Kemampuan membuat

makalah dan power

point

Ketepatan dan

kemampuan

mendeskripsikan


Kemutakhiran pustaka




Kemampuan

bekerjasama

Kemampuan


dan pertanyaan

Kesantunan dalamberdiskusi

5


20/206

13


asam basa dan beberapa

aspek termodinamika

untuk kimia anorganik

Defenisi asam dan basa

menurut beberapa ahli

Kestabilan

termodinamika

Kestabilan kinetik

Besaran entalpi dan

entropi

Entropi gas

Entropi zat padat

Entropi dan pengaruh

temperature dalam

kesetimbangan

Hukum termodinamika

Meliputi energi kisi dan

potensial elektroda

beserta konstanta

kesetimbangan

Collaborative

Learning:

Kerja Kelompok

dan diskusi

Proj ect Based

Learning (PBL ):

Menyelesaikan soal

latihan di kelas

Kemampuan membuat

makalah dan power

point

Ketepatan dan

kemampuan

mendeskripsikan






Kemampuan

bekerjasama

Kemampuan


dan pertanyaan


5


21/206

14

5-6 Menjelaskan tentang

semikonduktor

Pengetahuan dasar

mengenai

semikonduktor

Jenis-jenis

semikonduktor

Arus drift

Arus Difusi

Pembuatan

semikonduktor

Gap pita

Cacat Semikonduktor

Sel fotovoltaik

Sel fotoelektrolitik

Collaborative

Learning:

Kerja Kelompok

dan diskusi

Proj ect Based

Learning (PBL ):

Menyelesaikan soal

latihan di kelas

Kemampuan membuat

makalah dan power

point

Ketepatan dan

kemampuan

mendeskripsikan






Kemampuan

bekerjasama

Kemampuan


dan pertanyaan


10


22/206

15


senyawa transisi

Beberapa senyawa

dengan berbagai macam

bilangan koordinasi

Collaborative

Learning:

Kerja Kelompok

dan diskusi

Proj ect Based

Learning (PBL ):

Menyelesaikan soal

latihan di kelas

Kemampuan membuat

makalah dan power

point

Ketepatan dan

kemampuan

mendeskripsikan






Kemampuan

bekerjasama

Kemampuan


dan pertanyaan


5


23/206

16


polimorfisme dan fase

transisi.

Stabilitas termodinamika

Stabilitas kinetika

Polimorfisme

Fase transisi

Diagram fasa

Collaborative

Learning:

Kerja Kelompok

dan diskusi

Proj ect Based

Learning (PBL ):

Menyelesaikan soal

latihan di kelas

Kemampuan membuat

makalah dan power

point

Ketepatan dan

kemampuan

mendeskripsikan






Kemampuan

bekerjasama

Kemampuan


dan pertanyaan


5


24/206

17


ukuran efektifitas atom

Jari-jari Van der Waals

Jari-jari atom logam

Jari-jari kovalen

Jari-jari ionik

Collaborative

Learning:

Kerja Kelompok

dan diskusi

Proj ect Based

Learning (PBL ):

Menyelesaikan soal

latihan di kelas

Kemampuan membuat

makalah dan power

point

Ketepatan dan

kemampuan

mendeskripsikan






Kemampuan

bekerjasama

Kemampuan


dan pertanyaan


10


25/206

18


Struktur molekul

golongan unsur utama

Teori Kulit Valensi

Penolakan Pasangan

Elektron

Pasangan elektron bebas

Penurunan

elektronegatifitas atom

ligan

Ukuran efektif ligan

Distorsi

Collaborative

Learning:

Kerja Kelompok

dan diskusi

Proj ect Based

Learning (PBL ):

Menyelesaikan soal

latihan di kelas

Kemampuan membuat

makalah dan power

point

Ketepatan dan

kemampuan

mendeskripsikan






Kemampuan

bekerjasama

Kemampuan


dan pertanyaan


5


26/206

19


teori orbital molekul dan

ikatan kimia padatan.

Teori orbital molekul

Hibridisasi

Fungsi Lokalisasi

Elektron

Distorsi Peierls

Jumlah orbital tumpang

tindih Kristal (COOP)

Ikatan pada dua dan tiga

dimensi

Ikatan pada logam

Collaborative

Learning:

Kerja Kelompok

dan diskusi

Proj ect Based

Learning (PBL ):

Menyelesaikan soal

latihan di kelas

Kemampuan membuat

makalah dan power

point

Ketepatan dan

kemampuan

mendeskripsikan






Kemampuan

bekerjasama

Kemampuan


dan pertanyaan


5


27/206

20


struktur senyawa seperti

intan.

Senyawa Poliner seperti

intan

Struktur SiO2. Pelebaran

kisi-kisi Intan

Collaborative

Learning:

Kerja Kelompok

dan diskusi

Proj ect Based

Learning (PBL ):

Menyelesaikan soal

latihan di kelas

Kemampuan membuat

makalah dan power

point

Ketepatan dan

kemampuan

mendeskripsikan






Kemampuan

bekerjasama

Kemampuan


dan pertanyaan


5


28/206

21


kemasan bola pada

struktur logam dan

sambungan polihedral.

Closest packing of

sphere

Kemasan bola kubik

berpusat di tubuh

Struktur logam lain

Oktahedral tersambung

simpul


tepi


sisi

Octahedral tersambung

simpul dan tepi


tepid an sisi

Linked trigonal prisma

Tetrahedral tersambung

simpul

Collaborative

Learning:

Kerja Kelompok

dan diskusi

Proj ect Based

Learning (PBL ):

Menyelesaikan soal

latihan di kelas

Kemampuan membuat

makalah dan power

point

Ketepatan dan

kemampuan

mendeskripsikan






Kemampuan

bekerjasama

Kemampuan


dan pertanyaan

Kesantunan dalam

berdiskusi

5

8 dan

15UJI KOMPETENSI 30

16 REMEDIAL


29/206

22

BAB II

STRUKTUR ELEKTRON UNSUR DAN KEBERKALAAN

Walaupun telah ditemukan 200 partikel penting oleh para ahli Fisika, namun

hanya 3 partikel saja yang menarik perhatian mereka yaitu: proton, elektron dan

neutron. Ketiga partikel inilah yang menarik para ahli kimia. Unit massa suatu atom

dapat dikatakan mendekati proton dan neutron (~ 10-24 g), ini disebut Unit Massa Atom

(a.m.u). Massa dari sebuah elekton sangatlah kecil dibandingkan proton dan neutron

sekitar 1/2000 a.m.u. Muatannya sama besarnya namun berbeda tanda. Muatan

elektron sekitar -1,6x10

-19

C, simbolnya adalah e

-

. Neutron tidak bermuatan, protonmemiliki unit massa dan muatan positif, neutron juga memiliki unit massa dengan

muatan nol. Tabel berikut ini menjelaskan muatan dan massa dari partikel-partikel

tersebut.

Tabel 2.1Partikel Proton, Elektron, dan Neutron

PARTIKEL MUATAN (COULOMB) MASSA

Proton P1

+e = 1.6021 x 10- 1.007

Neutron 1N0

0 1.008

Elektron0e

-1

-e = -1.6021 x 10- 0.000

Sumber: Mackay, 1973

Dasar dari teori modern struktur atom berdasarkan penemuan Rutherford yaitu

percobaan penembakan partikel alpha pada sebuah lempengan emas yang sangat tipis.

Dia menemukan bahwa bila partikel alpha (massa = 4 a.m.u, muatan = 2e) ditembakkan

pada lempengan tipis maka hampir semua partikel yang pada lempengan tipis maka

hampir semua partikel yang ditembakkan dapat menembus dan dalam jumlah yang

sedikit partikel tersebut dipantulkan kembali dengan arah yang berlawanan, sementara

sebagian kecil dipantulkan kembali dengan sudut besar. Dari pengamatan ini diyakini

bahwa atom berupa suatu padatan dengan partikel positif di tengahnya yang dikelilingi

oleh elektron-elektron. Partikel alpha adalah partikel yang masif sehingga dia akan

dibelokkan bila melewati inti. Dia akan terus melewati elektron dan bila tepat

menumbuk inti maka akan dipantulkan kembali dengan arah yang berlawanan.


30/206


31/206

24

l = 2 maka m = -2, -1, 0, 1, 2. Sehingga terdapat lima orbital dan jumlah maksimum

elektron 10 buah.

d.

Bilangan Kuantum SpinBilangan ini menyatakan arah perputaran elektron terhadap sumbunya (spin).

Karena elektron bermuatan listrik, maka bila elektron berputar akan menimbulkan suatu

medan magnet yang sangat kecil. Bila elektron berputar berlawanan dengan arah jarum

jam, maka harga s = +1/2 dan arah medan magnetnya keatas. Sebaliknya bila elektron

berputar searah jarum jam maka harga s = -1/2 dan arah medan magnetnya ke bawah.

Diagram pengisian elektron pada tingkat energi

1sI

2sII

2pIII

3s 3pIV

3dV

4s 4p 3dVI

4fVII

5s 5p 5d 5fVIII

6s 6p 6d

7s 7p

Pengisian-pengisian orbital sesuai dengan peningkatan energi seperti terlihat

diagram di atas. Dimana orbital berhubungan dengan nilai n yang tertulis secara

horizontal dan pengisiannya mengikuti garis-garis diagonal. Diagram ini hanya untuk

menentukan pengisian elektron yang secara teoritis benar adanya, namun ada sedikit

pengecualian pada atom-atom yang lebih berat. Pada kenyataanya suatu elektron

memasuki orbital 5d terlebih dahulu sebelum 4f diisi dan ada beberapa ketidakpastian

mengenai distribusi elektron antara orbital 6d dan 5f pada atom-atom yang lebih berat.

Setiap orbital (yang ditentukan oleh nilai n, l dan m) mungkin akan memiliki

hanya 2 elektron s = -1/2 dan +1/2. Dengan perkataan lain setiap elektron dijelaskan

dengan 4 bilangan kuantum, dimana tidak mungkin ada elektron yang mempunyai

keempat bilangan kuantum yang sama.

Sedangkan bila jumlah orbital sama dengan jumlah energi yang tersedia, maka

elektron-elektron tersebut lebih senang sendiri-sendiri dalam menempati orbital dan

mempunya arah spin yang paralel sebelum spin berpasangan dimulai.

Elektron hidrogen bila dijelaskan memakai keempat bilangan kuantum menjadi

(1,0,0,1/2). Pada atom Helium elektron yang kedua haruslah memiliki spin yang


32/206

25

berlawanan dengan arah elektron pertama dan bilangan kuantumnya menjadi

(1,0,0,-1/2). Selanjutnya kita tinjau mengisian elektron pada atom yang lebih berat

misalnya Fe, Z = 26, pengisian elektronnya (1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d6). Sepuluh

elektron pertama terisi sesuai dengan konfigurasi elektron neon, sedangkan delapan

berikutnya mengisi orbital 3s dan 3p, mengikuti pola pengisian pada kulit kedua untuk

membentuk konfigurasi argon. Jumlahnya hingga di sini ada 18 elektron. Berikutnya

setelah pengisian 3p diikuti oleh 4s yang lebih stabil dari pada 3d. elektron ke-19 dan

20 mengisi 4s meninggalkan 6 elektron yang diisi dalam 5 orbital d. Lima elektron

pertama masuk tidak berpasangan dengan spin yang paralel, kemudian satu elekton

yang terakhir masuk berpasangan dengan elektron yang telah masuk terlebih dahulu

dengan arah spin yang berlawanan. Dengan demikian, konfigurasi elektron Fe sekarang

menjadi [Ar](3d6)(4s2) dengan 4 elektron yang tidak berpasangan. Dalam hal ini, 3d

sekarang lebih stabil dari 4s.

Contoh kedua yaitu Gadolinium (Gd) Z = 64. Pengisian elektronnya

meneruskan konfigurasi Fe, elektron berikutnya mengisi 3d dan 4p untuk membentuk

konfigurasi elektron Kripton, Z = 36. Delapan belas elektron berikutnya mengulangi

pola ini pada 5s, 4d dan 5p untuk membentuk konfigurasi Xenon Z = 54. Pengisian

berikutnya adalah pada 6s kemudian 5d dan 4f yang sangat dekat tingkatan energinya.

Pada situasi ini elektron pertama memasuki 5d, ketujuh elektron terakhir memasuki

orbital 4f. di sana telah tersedia 7 orbital, dimana kemudian diisi masing-masing satu

elektron. Sehingga Gd mempunyai konfigurasi [Xe](4f7)(5d1)(6s2) dengan 8 buah

elektron yang tidak berpasangan, 1 elektron pada d dan 7 elektron pada f. sebagaimana

tingkat energi orbital 5d dan 4f sangatlah mirip, maka konfigurasi elektron pada

unsur-unsur blok f pada tabel periodik sangatlah bervariasi. Hampir tak pernah ada

elekron lebih dari satu pada 5d, tetapi lebih sering tidak ada sama sekali. Dengandemikian Europium dengan Z = 63, memiliki konfigurasi elektron [Xe](4f7)(5d0)(6s2).

Pada unsur-unsur dengan Z > 86, konfigurasi elektron dalam membentuk

konfigurasi Radon. Dua elektron berikutnya mengisi orbital 7s, dan ada hubungan

antara orbital 5f dan 6d sama halnya seperti pada 4f dan 5d. di sini ada celah energi

yang meskipun kecil, namun menimbulkan kesulitan dan keraguan tentang unsur berat.


33/206

26

Tabel 2.2 Konfigurasi Elektron Unsur

UNSUR SIMBOL Z KONFIGURASI ELEKTRON

Hidrogen H 1 (1s )

Helium He 2 (1s2)

Litium Li 3 [He](2s )

Berilium Be 4 [He](2s )

Boron B 5 [He](2s )(2p )

Karbon C 6 [He](2s )(2p )

Nitrogen N 7 [He](2s2)(2p3)

Oksigen O 8 [He](2s )(2p )Flourin F 9 [He](2s )(2p )

Neon Ne 10 [He](2s2)(2p6)

Natrium Na 11 [Ne](3s )

Magnesium Mg 12 [Ne](3s )

Aluminium Al 13 [Ne](3s )(3p )

Silikon Si 14 [Ne](3s )(3p )

Posfor P 15 [Ne](3s2)(3p3)

Belerang S 16 [Ne](3s )(3p )

Klor Cl 17 [Ne](3s )(3p )

Argon Ar 18 [Ne](3s2)(3p6)

Kalium K 19 [Ar](4s )

Kalsium Ca 20 [Ar](4s )

Scandium Sc 21 [Ar](3d1)(4s2)

Titanium Ti 22 [Ar](3d )(4s )

Vanadium Va 23 [Ar](3d )(4s )

Kromium Cr 24 [Ar](3d )(4s )

Mangan Mg 25 [Ar](3d )(4s )

Besi Fe 26 [Ar](3d )(4s )

Kobalt Co 27 [Ar](3d )(4s )

Nikel Ni 28 [Ar](3d )(4s )

Tembaga Cu 29 [Ar](3d )(4s )


34/206

27

Seng Zn 30 [Ar](3d )(4s )

Galium Ga 31 [Ar](3d10)(4s2)(4p1)

Germanium Ge 32 [Ar](3d )(4s )(4p )

Arsen As 33 [Ar](3d )(4s )(4p )

Selenium Se 34 [Ar](3d10)(4s2)(4p4)

Bromium Br 35 [Ar](3d )(4s )(4p )

Kripton Kr 36 [Ar](3d )(4s )(4p )

Rubidium Rb 37 [Kr](5s1)

Stronsium Sr 38 [Kr](5s )

Yitrium Y 39 [Kr](4d )(5s )

Zirkonium Zr 40 [Kr](4d )(5s )

Niobium Nb 41 [Kr](4d )(5s )

Molibden Mo 42 [Kr](4d )(5s )

Technetium Tc 43 [Kr](4d )(5s )

Ruthenium Ru 44 [Kr](4d )(5s )

Rhodium Rh 45 [Kr](4d )(5s )

Palladium Pd 46 [Kr](4d )(5s )

Perak Ag 47 [Kr](4d )(5s )

Kadmium Cd 48 [Kr](4d )(5s )

Indium In 49 [Kr](4d )(5s )(5p )

Timah Putih Sn 50 [Kr](4d )(5s )(5p )

Antimon Sb 51 [Kr](4d )(5s )(5p )

Tellurium Te 52 [Kr](4d )(5s )(5p )

Iodin I 53 [Kr](4d )(5s )(5p )

Xenon Xe 54 [Kr](4d )(5s )(5p )Cesium Cs 55 [Xe](6s )

Barium Ba 56 [Xe](6s2)

Lanthanum La 57 [Xe](5d )(6s )

Cerium Ce 58 [Xe](4f )(6s )

Praseodymium Pr 59 [Xe](4f3)(6s2)

Neodymium Nb 60 [Xe](4f )(6s )

Promethium Pm 61 [Xe](4f )(6s )


35/206

28

Samarium Sm 62 [Xe](4f )(6s )

Europium Eu 63 [Xe](4f7)(6s2)

Gadolinium Gd 64 [Xe](4f )(5d )(6s )

Terbium Tb 65 [Xe](4f )(6s )

Dysprosium Dy 66 [Xe](4f10)(6s2)

Holmium Ho 67 [Xe](4f )(6s )

Erbium Er 68 [Xe](4f )(6s )

Tulium Tn 69 [Xe](4f13)(6s2)

Ytterbium Yb 70 [Xe](4f )(6s )

Luttetium Lu 71 [Xe](4f )(5d )(6s )

Hafnium Hf 72 [Xe](4f )(5d )(6s )

Tantalum Ta 73 [Xe](4f )(5d )(6s )

Tungsten W 74 [Xe](4f )(5d )(6s )

Rhenium Re 75 [Xe](4f )(5d )(6s )

Osmium Os 76 [Xe](4f )(5d )(6s )

Iridium Ir 77 [Xe](4f )(5d )(6s )

Platina Pt 78 [Xe](4f )(5d )(6s )

Emas Au 79 [Xe](4f )(5d )(6s )

Air Raksa Hg 80 [Xe](4f )(5d )(6s )

Thallium Tl 81 [Xe](4f )(5d )(6s )(6p )

Timah Hitam Pb 82 [Xe](4f )(5d )(6s )(6p )

Bismuth Bi 83 [Xe](4f )(5d )(6s )(6p )

Polonium Po 84 [Xe](4f )(5d )(6s )(6p )

Astatin At 85 [Xe](4f )(5d )(6s )(6p )

Radon Rn 86 [Xe](4f )(5d )(6s )(6p )Francium Fr 87 [Rn](7s )

Radium Ra 88 [Rn](7s2)

Actinium Ac 89 [Rn](6d )(7s )

Thorium Th 90 [Rn](6d )(7s )

Protoactinium Pa 91 [Rn](5f2)(6d1)(7s2)

Uranium U 92 [Rn](5f )(6d )(7s )

Neptunium Np 93 [Rn](5f )(7s )


36/206

29

Plutonium Pu 94 [Rn](5f )(7s )

Americium Am 95 [Rn](5f7)

Curium Cm 96 [Rn](5f )(6d )(7s )

Berkelium Bk 97 [Rn](5f )(6d )(7s )

Californium Cf 98 [Rn](5f10)(7s2)

Einsteinium Es 99 [Rn](5f )(7s )

Fermium Fm 100 [Rn](5f )(7s )

Mendelevium Md 101 [Rn](5f13)(7s2)

Nobelium No 102 [Rn](5f )(7s )

Lawrencium Lr 103 [Rn](5f )(6d )(7s )

Unsur 104 ? 104 [Rn](5f )(6d )?(7s )

Hahnium Ha 105 [Rn](5f )(6d )?(7s )?

Sumber: Mackey, 1973

2.2. Tabel Periodik

Sebagaimana diketahui sifat-sifat kimia suatu unsur berkaitan dengan interaksi

elektron-elektronnya dan terutama diakibatkan oleh interaksi elektron-elektron terluar.

Atom-atom yang memiliki elektron terluar dari jenis orbital yang sama niscaya

memiliki kesamaan sifat kimia. Sebagai contoh s2p3membentuk awan elektron yang

sama.

Jika unsur-unsur tersebut disusun berdasarkan konfigurasi elektron terluar, maka

hasilnya adalah kelompok-kelompok yang membentuk tabel periodik unsur-unsur.

Konfigurasi elektron unsur-unsur ditemukan dari teori struktur atom, yang

memungkinkan penjelasan hukum periodik yang dibuat oleh Mendeleyev dan Lothar

Meyer sekitar 90 tahun yang lalu.

Tabel periodik merefleksikan tingkatan energi dalam atom yang ditemukan dari

persamaan gelombang. Ini digambarkan dengan blok-blok dalam tabel seperti tertera di

bawah ini.

Skema tabel periodik

Dari sistem tabel periodik tersebut dapatlah dibayangkan adanya kesamaan sifat

pada unsur-unsur yang menempati blok yang sama. Namun demikian masih ada

sejumlah kecil pengecualian. Dalam hal ini menyebabkan tidak ada distribusi elektron

pada keadaan dasar antara orbital s dan d pada unsur-unsur transisi, demikian pula tidak


37/206

30

ada yang secara lengkap menguraikan keadaan dasar pada orbital d dan f di unsur

transisi dalam, tapi perbedaan ini tidaklah mempengaruhi sifat-sifat kimia. Pada

kenyataannya semua masalah dan keberatan terhadap tabel periodik ini mungkin

disebabkan tabel ini dapat memberikan generalisasi mengenai sifat-sifat, struktur

elektron unsur-unsur tetapi tidak dapat menjelaskannya secara detail.

Nama-nama khusus diberikan pada unsur tersebut seperti tertera dalam Tabel

2.3 berikut ini.

Tabel 2.3 Nama trivial dan kelompok unsur-unsur

Logam alkali Li, Na, K, Rb, Cs, Fr

Logam Alkalitanah

Be, Mg, Ca, Sr, Ba,Ra

Chalcogen O,Se,Te,Po

Halogen F,Cl,Br,I,At

Gas Mulia He, Ne, Ar,Kr,Xe,Rn

Logam Jarang Sc, Y, La hingga Lu

Deret

lantanida

La hingga Lu

Lantanid Ce, hingga Lu

Seri Aktinida Ac hingga seterusnya

Aktinida Unsur-unsur yang orbital 5f sedang diisi

Trans Uranium Unsur-unsur setelah uranium

Logam mata

uang

Cu, Ag, Au

Logam platina Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt

Logam Mulia Semua yang termasuk dalam logam platina, Au dan kadang-

kadang meliputi Ag, Re bahkan Hg

Logam dan

Non logam

Dua istilah ini digunakan luas meskipun tidak ada kejelasan

yang tepat mengenai hal ini. Istilah metalloid sering

digunakan untuk unsur yang memiliki sifat intermediate

misalnya: B, Si, Ge, As

Sumber : Mackay, 1973


38/206

31

2.3Beberapa sifat periodik unsur-unsur

2.3.1 Potensional ionisasi

Jika tersedia energi dalam jumlah yang cukup, maka memungkinkan satu atau

beberapa elektron dari atom atau ion terlepas. Jumlah energi minimal yang dibutuhkan

untuk melepaskan satu elektron dalam meninggalkan atom keadaan gas dan

menghasilkan ion tanpa adanya energi kinetik disebut potensional ionisasi.

Energi ini dibutuhkan untuk melepaskan elektron melawan tarikan dari inti.

Nilai potensional ionisasi selalu positif. Energi yang dibutuhkan untuk melepaskan

elektron pertama, kedua dan ketiga disebut potensional ionisasi pertama, kedua, ketiga

dan seterusnya. Dari sini jelaslah bahwa potensial ionisasi berikutnya meningkat

sejalan dengan semakin sulitnya memindahkan elektron dari pengaruh anti yang

bermuatan posistif. Potesional ionisasi menunjukkan ikatan energi elektron luar

mempunyai nilai yang paling rendah.

Elektron pertama [Ne] (3s2)(3p1) Al+[Ne] (3s2)

Membutuhkan energi 577 kJ mol-1

Elektron kedua [Ne] (3s2

) Al2+

[Ne] (3s1

)


Elektron ketiga [Ne] (3s1) Al3+[Ne]


Elektron kedua Al3+[Ne] [He] (2s2) (2p5)

Membutuhkan energi 11590 kJ mol

-1

Dari contoh ini terlihat bahwa dibutuhkan energi sebesar 577 Kj mol -1 untuk

melepaskan satu elektron pada orbital 3p. Energi yang dibutuhkan untuk melepaskan

elektron beikutnya semakin besar. Dan jika kita perhatikan maka untuk melepaskan

elektron pada tingkat energi yang lebih dekat ke arah inti, energi yang dibutuhkan

semakin besar. Dalam hubungannya dalam tabel periodik terlihat bahwa pada

unsur-unsur satu golongan, kenaikan nomor atom diikuti dengan semakin kecilnya

energi ionisasi.


39/206

32

2.3.2 Afinitas Elektron

Afinitas elektron adalah proses kebalikan dari energi ionisasi yaitu

penggabungan sebuah elektron dalam keadaan gas, ion, atau molekul. Afinitas elektron

sukar untuk diukur dalam percobaan dan hanya sedikit saja yang dapat diukur secara

langsung. Zollweg telah menyusun suatu persamaan yang berhubungan dengan afinitas

elektron.

M(g) + e- M-(g)

Hanya afinitas alektron pertama pada umumnya bernilai negatif atau reaksinya bersifat

eksotermis sedangakan elektron kedua biasanya selalu lebih dan bernilai positif. Secara

umum bila diperhatikan dalam sistem tabel periodik, maka dalam satu periode dari kiri

ke kanan nilai afinitas elektron bertambah besar. Dalam satu golongan dari atas ke

bawah, nilai afinitas semakin kecil.

2.3.3 Jari-jari Atom dan Jari-jari Lainnya

Meskipun jari-jari atom bukanlah suatu ukuran/konsep yang eksak, namun hal

ini bermanfaat untuk menentukan jarak interaksi antara atom. Dari sini dapat diketahui

panjang ikatan dan dari sini pula dapat diketahui perbedaan jenis ikatan yang terbentuk

yang dapat digunakan untuk meramalkan bentuk ikatan kovalen, ionik dan logam.

Jari-jari kovalen dapat diperoleh dari percobaan mengukur panjang ikatan dalam

unsur-unsur. Jika panjang ikatan ini dibagi dua, maka dapat ditentiukan jari-jari atom

tersebut. Beberapa contoh sederhana di bawah ini dapat dilihat pada Tabel 2.4 berikut.

Tabel 2.4Panjang Ikatan dan Jari-jari atom

UNSURPANJANG IKATAN

(pm)

JARI-JARI ATOM

(pm)

F2 142F = 171

Cl2 199Cl = 99

Br2 228Br = 114

I2 267I = 134

C (intan) 154C = 77



40/206

33

Dari hasil percobaan ini terlihat bahwa perhitungan di atas cocok untuk halogen

yang berat. Namun, tidak demikian halnya dengan Fluorin. Jika dalam suatu senyawa

terdapat banyak unsur F, maka nilai jari-jari F yang ditemukan dapat lebih baik yaitu 64

pm. Hasil ini sepenuhnya murni empiris data percobaan.

Tabel 2.5Jari-jari Berdasarkan Perhitungan dan Percobaan

MOLEKUL FAKTAPANJANG IKATAN BERDASARKAN

KALKULASISELISIH

CF4 C-F 132 148 16

CCl4 C-Cl 177 176 1

CBr4 C-Br 191 191 0

CI4 C-I 214 211 3


Dengan cara yang sama nilai tersebut digunakan untuk menentukan jari-jari

H = 2,9; meskipun panjang molekul sesungguhnya 74 pm. Dengan cara-cara ini

kesamaan empiris dilakukan koreksi-koreksi berdasarkan data-data percobaan.

Tabel 2.6Jari-jari Atom Pada Molekul Kovalen

Be

89

B

80

C

77

N

70

O

66

F

64

H

29

Al

126

Si

177

P

110

S

104

Cl

99

Zn

131

Ga

126

Ge

122

As

121

Se

117

Br

114

Cd

148

In

144

Sn

140

Sb

141

Te

137

I

133

Hg

148

Tl

147

Pb

146

Bi

151

Ikatan Rangkap Dua

B

71

C

67

N

62

O

62

Ikatan Rangkap Tiga 64 70 55

Sumber : Mackay, 1973


41/206

34

Pada tabel periodik unsur-unsur jari-jari atom secara umum dapat digambarkan

sebagai berikut: dalam satu periodik dari kiri ke kanan sejalan dengan kenaikan nomor

maka jari-jari atom semakin kecil. Hal ini disebabkan dengan bertambahnya elektron

sesuai dengan kenaikan nomor atom, maka pada tingkat energi yang sama gaya tarikan

antara inti atom terhadap elektron semakin kuat. Dalam hal ini muatan inti semakin

bertambah besar dengan demikian jaraj inti dengan elektron terluar semakin mengecil.

Dalam satu golongan jari-jari atom bertambah besar dari atas ke bawah. Hal ini

disebabkan karena semakin banyaknya tingkat energi yang ditempati elektron atau

secara sederhana dapat dikatakan bertambahnya kulit, sehingga semakin bertambah

besar jari-jari atom tersebut. Meskipun terdapat kecenderungan umum dalam jari-jari

ini, namun dijumpai pula adanya pengecualian. Misalnya pada unsur-unsur transisi,

dimana kenaikan nomor atom tidak diikuti dengan kenaikan ukuran jari-jari. Jari-jari

atom pada unsur transisi relatif sama. Hal ini disebabkan pengisian orital-orbital pada

tingkat energi tidaklah berbeda jauh, sehingga dalam hal ini tarikan inti pengaruhnya

begitu kuat yang menyebabkan jari-jari atom tidak mungkin mekar lebih besar.

Bahkan pada lantanida dan aktinida terjadi pengkerutan.

2.3.4 Elektronegativitas

Satu parameter yang digunakan luas untuk membahas sifat-sifat kimia dari

suatu unsur yaitu elektronegativitas. Elektronegativitas didefinisikan sebagai

kemampuan atom dari suatu molekul untuk menarik sebuah elektron pada dirinya.

Tidak ada cara langsung yang dapat mengukur hal ini. Elektronegativitas sangat

berguna untuk menggambarkan distribusi elektron dalam suatu ikatan. Misalnya A-B

antara dua atom, dalam hal ini densistas elektron bergantung pada atom mana yang

bersifat elektronegatif. Secara sederhana dapat dikatakan telah terjadi polarisasi. Pada

keadaan tertentu densitas elektron seluruhnya dapat berada pada atom B. sebuah

elektron yang sepenuhnya ditransfer dari A ke B, maka terbentuklah senyawa ionik.

Dari sini dapat pula densitas distribusi elektron dapat pula digunakan meramalkan sifat

elektronegatif dari A dan B. jika A dan B memiliki nilai elektronegatif yang relatif

sama, maka tarikan terhadap elektron dalam ikatan A dan B adalah sama dan tidak

terjadi polarisasi. Jika B lebih elektronegatif daripada A, maka tarikan ikatan terhadap

elektron lebih besar sehingga terbentuklah polarisasi. Derajat dari polarisasi ini

sebanding dengan perbedaan elektronegatif. Perbedaan elektronegatif yang besar


42/206

35

cenderung untuk membentuk senyawa ion. Sebagai pedoman (meskipun kurang akurat)

suatu senyawa ionik yang dibentuk oleh A dan B mempunyai perbedaan elektronegatif

lebih dari 2 unit. Dengan demikian unsur yang memiliki nilai elektronegatif sangat

tinggi dan unsur-unsur dengan elektronegatif sangat rendah cenderung membentuk

senyawa ionik dibandingkan dengan nilai elektronegatif menengah.

Elektronegatif secara unsur semakin meningkat sejalan dengan bilangan

oksidasinya. Sebagai contoh Mn dalam permanganate lebih elektronegatif dari pada ion

Mn2+. Selain itu juga bergantung pada atom lain yang menjadi pasangan untuk

membentuk senayawa.

Secara umum nilai elektronegatifitas pada tabel sistem periodik unsur-unsur

menunjukkan kecenderungan semakin besar dari kiri ke kanan dalam satu periode. Hal

ini dapat dijelaskan dengan sederhana yaitu dengan semakin mengecilnya jari-jari atom

maka semakin meningkat sifat elektronegatif. Sedangkan dalam satu golongan,

keelektronegatifan semakinkecil dari atas ke bawah.

KEPUSTAKAAN

K.M. Mackay dan R. Ann Mackay, Introduction to Modern Inorganic Chemistry,

Second Edition, Intertet Books, London, !973.


43/206

36

BAB III

IKATAN SENYAYAWA KOVALEN, SENYAWA ION, DAN ZAT PADAT

3.1 IKATAN SENYAWA KOVALEN

3.1.1 Pengantar

Berdasarkan jenis ikatan antara atom-atom, secara garis besar dikenal ikatan

kovalen, ikatan ion, gaya interaksi Van der Waals dan ikatan logam.1)

Ikatan kovelan mengunakan sepasang elektron secara bersama-sama untuk

ikatan dan ikatan ini didasarkan pada mekanisme donor-aseptor elektron dengan

pembentukkan anion-kation. Dikenal dua jenis pendekatan mengenai ikatan kovalen

yaitu, teori Orbital Molekul (MO) dan teori Ikatan Valensi (VB).

Teori Orbital Molekul mengandaikan suatu sistem molekul yang stabil dengan

berbagai inti yang ada dalam keadaan setimbang serta menghasilkan fungsi gelombang

molekul yang menggambarkan tingkat energi molekul atau orbital molekul. Ke dalam

orbital molekul ini dimasukkan elektron-elektron. Orbital molekul dapat dibentuk dari

orbital atom dengan cara kombinasi linear dari orbital-orbital atom (cara LCAO).

Model MO dapat menerangkan terjadinya spekrum dari senyawa serta kekuatan ikatan.

Teori yang lain adalah teori ikatan valensi yang mengcakup suatu metode pendekatan,

yaitu bahwa ikatan terjadi akibat terbentuknya pasangan elektron dan setiap pasang

elektron mengikat dua inti.

3.1.2 Teori Orbital Molekul

Suatu molekul diatom homonuklir sederhana, yaitu dua atom yang identik saling

terikat pada sejumlah elektron, misalnya atom A dan B. kedua atom ini kemudian

bergabung membentuk atom gabungan dengan massa dan muatan dua kali lipat dari inti

A atau B tunggal. Atom gabungan ini dapat diperlakukan seperti atom dengan elektron

lainnya. Orbital dinyatakan oleh ketiga bilangan kuantum n, m, l, dan masing-masing

dapat diisi dua elektron. Atom gabungan kedua atom dapat dilihat dari gambar di

bawah ini.


44/206

37

Gambar 3.1. Atom Gabungan dengan Orbital dan .2)

Orbital atom s menghasilkan orbital molekul . Sedangkan orbital p dapat

memberikan satu orbital molekul sepanjang sumbu A-B, dan dua orbital molekul

yaitu di atas dan di bawah sumbu A-B berupa awan muatan berupa silinder di muka dan

di belakang sumbu A-B.

Orbital atom yang dapat membentuk orbital molekul yang memenuhi syarat

harus memenuhi persyaratan tertentu yaitu:

a.

Harus menggambarkan keadaan dengan energi yang sama

b. Saling tumpang tindih yang berarti

c. Mempunyai simetri yang sama terhadap sumbu molekul A-B

Bila persyaratan ini kurang dipenuhi, maka nilai c (syarat c) kecil dan fungsi

gelombang yang bersangkutan sumbangannya kecil terhadap kombinasi linear 1).

Seperti halnya pada orbital atom, maka pada orbital molekul terdapat bilangan

kuantum baru, yaitu , komponen momentum sudut h/2 sekitar sumbu antar inti.

Nilai dapat mempunyai harga 0, +1, +2, orbital jenis mempunyai = 0, jenis mempunyai = 1. Sedangkan orbital dengan = 2, disebut orbital , yang didapat dari

kombinasi orbital atom d. Orbital molekul dapat disusun menurut energinya (Gambar

2.2). dari data spektroskopi, urutan orbital molekul adalah sebagai berikut:

1s < *1s < *2s < 2p < y2p = z2p < *

y2p = *z2p <

*2p


45/206

38

Gambar 3.2 Pembentukan Orbital Molekul untuk N2.2)

3.1.3 Teori Ikatan ValensiMenurut teori ini, terjadinya ikatan kovalen adalah akibat terbentuknya

pasangan elektron yang mengikat dua inti.

Pembahasan dimulai dari molekul diatom homonuklir seperti H2+. Molekul H2

+

adalah molekul yang paling sederhana, karena mengcakup 2 inti dan satu elektron.

Mula-mula, kedua inti berjauhan, sedangkan elektronnya berdekatan dengan salah satu

inti. Apabila kedua inti tersebut mendekat, maka terjadi tolakan karena kedua inti

tersebut bermuatan positif, tapi pada saat bersamaan elektron akan tertarik pada kedua

inti dan seakan-akan berfungsi sebagai perekat molekular. Apabila gaya tarik ini lebih

besar dari gaya tolaknya, maka akan terbentuk molekul stabil. Gambar 3.3

menunjukkan bagaimana energi total dari sistem berubah dengan jarak antar inti.

Gambar 3.3. Variasi Energi dengan Jarak Antar Inti Ion H2+.1)


46/206

39

Pada saat kedua inti mendekat, tempat adanya gaya tarik dan energi berkurang

sesuai dengan pembentukan energi molekul yang stabil. Bila jarak muatan inti makin

berkurang, maka gaya tolak yang lebih berperan, sehingga kurva naik dengan cepat.

3.1.4 Bentuk Molekul

Langkah-langkah dalam meramal bentuk molekul:

1. Hitung jumlah elektron valensi (elektron kulit terluar) dari atom pusat.

2. Tambahkan dengan besarnya muatan jika spesi bermuatan negatif atau kurangi

dengan besarnya muatan jika spesi bermuatan positif.

3. Tambahkan dengan jumlah atom yang terikat

4. Bagi dengan 2 menghasilkan jumlah pasangan elektron

5. Tempatkan pasangan elektron sehingga mengililingi atom pusat

6. Jumlah pasangan elektron (d) dikurangi jumlah elektron yang terikat adalah

sama dengan pasangan elektron bebas.

Tabel 3.1 Susunan Pasangan Elektron 1)

Pasangan Elektron Bentuk Susunan Elektron Sudut Ikatan

2 Linear 180o

3 Segitiga Planar 120o

4 Tetrahedral 109,5o

5 Trigonal Bipiramidal 120o/90o

6 Oktahedrall 90o

3.1.4 Hibridisasi

Aturan Hibridisasi 1,3)

1.

Hibridisasi adalah proses pencampuran orbital-orbital dalam suatu atom.

2. Hanya orbital yang mempunyai energi yang hampir sama yang membentuk orbital

hibrida.

3. Orbital hibrida yang terbentuk sama banyak dengan jumlah orbital yang bercampur.

4. Dalam hibridisasi yang bercampur adalah jumlah orbital, bukan jumlah elektron.

5. Oleh karena orbital s tidak berarah dalam ruang x,y,z maka orbital Ini tidak

mempunyai arah dalam proses hibridisasi.


47/206

40

6. Sebagain besar hibrida adalah mirip tetapi tidak selalu mempunyai bentuk yang

identik.

7. Orbital px, py, dxy, dzy dan sebagainya menentukan sifat arah dan hibridisasi.

8.

Bagi hibrida yang ekivalen, orientasi dalam ruang ditentukan oleh:

a. Jumlah hibrida yang diperoleh

b. Arah x, y atau z

c. Anggapan bahwa elektron akan menempati orbital hibrida sedemikian sehingga

tidak terganggu oleh elektron lain.

9. Macam hibridisasi yang diterapkan untuk suatu struktur ditentukan oleh geometri

molekul yang diperoleh dari eksperimen.

Proses Hibridisasi

Tabel 3.2 Macam Hibridisasi1,3)

Orbital Hibrida

Jumlah Pasangan

Elektron Ikatan

Bebas

Bentuk Molekul Contoh

sp 2Garis lurus,

diagonalBeCl2

sp 3 Trigonal

C2H2sp3 4 Bujursangkar

sp3d 5

Bipiramidal

trigonalPCl5

d2sp3 6 Oktahedrall

SF6sp

3d

2 6 Oktahedrall

sp Linearsp2 Trigonal sp3 Tetrahedral

Sp3d Bipiramidal trigonal dsp2 Segiempat planar sp

3d2 Oktahedrall

Gambar 3.4. Struktur Orbital Hibridisasi 1)


48/206

41

Proses hibridisasi berlangsung pada tahap-tahap berikut:

1. Elektron mengalami promosi ke orbital dengan tingkat energinya lebih tinggi.

2. Orbital-orbital bercampur atau berhibridisasi membentuk orbital hibrida yang

ekivalen.

Tabel 3.3.Susunan Pasangan Elektron, Bentuk Molekul dan Hibridisasi3)

No Senyawa

Pasangan Elektron

Satuan

Elektron

Bentuk

Molekul

Hibridisasi

Atom

PusatIkatanNon-

ikatanJumlah

1. BeCl2 2 0 2 Linear Linearsp

2. BCl3 3 0 3 Segitiga Segitiga sp2

3. CH4 4 0 4 TetrahedralTetrahedral sp3

4. NH3 3 1 4 Tetrahedral Piramidasp

5. PCl5 5 0 5Trigonal-

bipiramida

Trigonal-

bipiramida

sp3d

6. AlCl3 3 0 3Segitiga

datar

Segitiga

datar

sp2

7. KrF2 2 3 5Trigonal-

bipiramidaLinear sp

3d

8. BrF3 3 2 5Trigonal-

bipiramidaBentuk T sp

3d

9. PH4- 4 0 4 Tetrahedral Tetrahedral sp3

10. PCl6-

6 0 6 OktahedrallOktahedrall

sp3d

3

11. XeF4 4 2 6 Oktahedrall Bujursangkar

sp3

d2

12. OCl2 2 2 4 Tetrahedral Sudutsp

3

13. BrF4-

4 2 6 OktahedrallBujur

sangkar

sp3d

2

14. ICl3 3 2 5 Trigonal Bentuk Tsp d

15. SiF5- 5 0 5

Trigonal-

bipiramida

Trigonal-

bipiramida

sp3d


49/206

42

3.1.5 Karakteristik Senyawa Kovalen

Padatan dengan ikatan kovalen tiga dimensi tidak banyak jenisnya. Contoh

yang paling baik adalah intan (Gambar 3.5). Unsur lain adalah unsur golongan 14 dari

sistem periodik yang mempunyai struktur intan yaitu : Si, Ge dan Sn (abu-abu). Timah

adalah dimorph, karena di samping bentuk putih dengan struktur logam. Apabila

diperhatikan unsur logam 14 dari C ke Pb, maka terjadi perubahan kontinu dari jenis

ikatan, yaitu dari ikatan kovalen ke ikatan logam.

Perubahan ini diamati dari resistivitas listrik(ohm m) sebagai berikut:

C (intan) = 5.1012

Si = 2.109

Ge = 5.10-1

Sn (abu-abu) = 1.10-5

Sn (putih) = 1.10-7

Pb = 2.10-7

Gambar 3.5. Struktur Intan 4) Gambar 3.6. Struktur Sn (abu-abu) 4)

3.1.6 Karakteristik Struktur dan Fisik dari Ikatan Kovalen

Ikatan kovalen terjadi antara atom dan umumnya dengan sejumlah kecil atom

tetangganya. Setiap ikatan sangat terarah. Padatan kovalen membentuk kristal dengan

daya kompresi dan ekspansi rendah, tetapi dengan titik leleh yang tinggi. Dalam hal ini

sifatnya hampir sama dengan kristal ionik. Padatan kovalen berupa isolator dalam

keadaan padat dan lelehan. Secara kimia, padatan kovalen tak relatif dan sukar larut

dalam pelarut umum. Padatan kovalen agak berbeda dari senyawa organik. Senyawa

organik berikatan kovalen antar atomnya, tetapi dalam keadaan padat, molekul-molekul

saling terikat oleh gaya Van der Waals.


50/206

43

3.1 SENYAWA ION DAN IKATAN ION

Bila ada perpindahan elektron dari suatu kelompok atom ke atom yang lainnya

dan menghasilkan kation bermuatan positif dan anion bermuatan negatif yang diikat

oleh gaya elektrostatik berarti menghasilkan ikatan ion dan terbentuk senyawa ion.

Sebagai sontoh: atom Natrium dapat kehilangan sebuah elektron valensi 3s-nya

membentuk anion Cl-. Dalam Natrium Klorida, ion Na+ dan Cl- diikat oleh gaya

elektrostatik antara ion yang bermuatan positif dan negatif dan senyawanya bersifat

ionik.

Dalam proses ini kedua atom Natrium dan Klorin mencapai konfigurasi yang

stabil. Contoh senyawa ion yang lain adalah K2SO4, NH4NO3, dan sebagainya.

Senyawa-senyawa ion mempunyai sifat umum yang menyebabkan ion-ion

terdapat pada rangka kisinya. Beberapa sifat-sifat tersebut adalah:

1. Titik lebur yang tinggi, titik didih yang tinggi, tingginya panas dan entalpi fusi serta

penguapan dan sebagainya. Sebagai suatu aturan, tingginya titik lebur dapat

mengidentifikasi meningginya derajat sifat ion. Ini menyebabkan fakta bahwa gaya

ion membesar sepanjang kisi zat padat yang sama kuat dalam semua arah.

2. Dalam bentuk padat, senyawa ion tidak menghantarkan listrik, sebab posisi ion

dalam kisinya tertentu. Namun, bila keadaan yang kaku tersebut hancur akibat fusi

(pembelahan) dalam larutan, senyawa tersebut merupakan penghantar listrik yang

baik.

3. Senyawa-senyawa ion adalah keras. Kekerasan zat padatnya tergantung pada

bertambahnya muatan ionik dan berkurangnya jarak ion dalam kristal di mana ini

merupakan suatu ukuran sifat ion.

4. Senyawa-senyawa ion adalah rapuh sehingga dapat menjadi powder dengan mudah.

Dengan menggeser lapisan ionik dalam kristal dengan cara menempanya, antaraksiionik berubah menjadi tolakan yang kuat yeng terjadi antara ion-ion yang sama

muatannya.

5. Senyawa-senyawa ion umumnya larut dalam pelarut polar dengan tetapan dielektrik

yang tinggi, menyebabkan rendahnya antaraksi elektrostatik antara-ion dan interaksi

ion pelarut.


51/206

44

3.2.1 STRUKTUR SENYAWA-SENYAWA ION

Struktur senyawa-senyawa ion ditentukan oleh susunan ion paling stabil yang

tolakan kation-kation dan anion-anionnya minim serta atraksi kation-kation maksimum.

Kisi-kisi (susunan ion) stabil yang umum didasarkan atas susunan tetrahedral,

oktahedral dan kubik dari ion-ion di sekitar ion pusat.

Mengingat ion merupakan bola-bola yang keras perbandingan jari-jari kation

dan anion yang disebut ratio radius dapat digunakan untuk mengukur kestabilan

susunan kristal.

Gambar 3.7. (a) Tetrahedral, (b) Oktahedral, (c) kubik1)

Namun dalam senyawa-senyawa nyata, aturan perbandingan jari-jari dapat

dilanggar untuk alasan-alasan berikut:

1. Banyak ion-ion yang tidak bulat, contohnya: CN-, NO2

-, SCN-.

2. Beberapa garam mengkristal dengan dua cara, contohnya: kisi garam batu Rb

berubah menjadi kisi Caesium klorida di bawah tekanan tinggi.

3. Anion-anion yang dapat berpolarisasi dan sedikit kation cenderung membentuk

senyawa kovalen. Perhatikan Litium halida LiX. Perbandingan jari-jari LiX

(kecuali LiF) di bawah 0,33 yang diduga adalah kisi tetrahedral. Kenyataannya LiXmembentuk kisi oktahedral. Hal ini mungkin dari Li ke atom-atom X yang

menyebabkan bersifat kovalen. Karenanya, jari-jari ionik efektif Li+ lebih besar

dari pada yang dihitung pada ionisasi sempurna elektron 2s. Perbandingan jari-jari

berubah sesuai dengan itu.

4. Tolakan anion-anion mengikat sesuai dengan naiknya bilangan koordinasi dan dapat

menurunkan kestabilan kisi CsCl dalam perbandingannya dengan kisi NaCl.


52/206

45

Contohnya: BaO, SrO dan CaO (perbandingan jari-jari di atas 0,80) mengkristal

dalam bentuk kisi garam batu.

5. Jari-jari ionik tergantung pada bilangan koordinasi. Oleh sebab itu, untuk senyawa

real aturan perbandingan jari-jari tidak mempunyai implikasi yang berguna,

khususnya jika sifat kovalen terdapat di dalamnya. Ikatan kovalen adalah kuat dan

tidak mengikuti aturan perbandingan jari-jari.

Gambar 3.8. Kisi-kisi yang umum. a) Spalerite b) Wurzite c) Garam batu

d) Caesium klorida e)Rutile f)Fluorite1)

3.2.2 ENERGI KISI, U

Energi kisi suatu senyawa ion didefinisikan sebagai energi yang dilepaskan bila

1 mol senyawa terbentuk menjadi struktur kisi tetap dari konstituen ion dalam keadaan

gas.

mMn+(g) + n Xm-

(g) Mn+

m Xm-

n (s) U = H


53/206

46

Pentingnya energi kisi dapat dilihat pada pembentukan ion dari masing-masing

atomnya. Energi ionisasi (I) paling kecil untuk pembentukan kation adalah

373,7 kJ/mol (untuk Cs) sementara afinitas elektron (EA) paling tinggi hanya 348,7

kJ/mol (untuk Cl). Karena itu pembentukan pasangan ion (Cs+, Cl-) dalam keadaan gas

membutuhkan masukan energi sebesar 27 Kj/mol.

Energi kisi suatu pasangan ion dengan muatan z+ dan z- pada jarak antar-inti r,

adalah jumlah total antraksi elektrostatik (z+) (z-) e2/(4or) dan gaya tolakan (B/r

n)

menyebabkan tolakan antar elektron antara ion-ion. n adalah koefisien Born yang sama

dengan 5, 7, 9, 10, 12 dan 14 untuk masing-masing ion dengan 2, 10, 18, 36, 54 dan 86

elektron, sedangkan B adalah tetapan.

Untuk energi minimum, dU/dr = 0 pada kesetimbangan jarak antar-inti ro, diberikan:

Sehingga energi minimum atau energi kesetimbangan Uodiberikan sebagai berikut:

Dalam suatu kisi kristal akan ada lebih banyak interaksi Coulomb dari pada

dalam pasangan ion. Contohnya: dalam Kristal NaCl, setiap Na+menjadi 6 ion Cl-pada

jarak ro, 12 ion Na+pada (2ro)1/2, 8 ion lebih pada (3ro)1/3dan seterusnya di seluruh kisi.

Untuk setiap interaksi ini, energi diberikan oleh ungkapan yang sama dengan pers. (3),

sehingga untuk setiap bilangan Avogadro N, pasangan ion Uo = (NA) x (energi

pasangan ion), dimana A adalah tetapan Madelung, yang dapat ditentukan dari geometri

susunan ionik.

Lebih lanjut energi kisi Uo, adalah:

Pada 298 K. Harga Uo pada 0 K dinyatakan dengan simbol Uo. Energi kisi

selalu negatif sedang z+ dan z- mempunyai tanda yang berlawanan. Hal ini juga


54/206

47

mengidentifikasi bahwa atraksi elektrostatik selalu menstabilkan sistem dengan

merendahkan energi.

KEPUSTAKAAN

1) Manku, G. S., 1984, Inorganic Chemistry, Tata McGraw-Hill Co. Ltd. New

Delhi.

2) Mackay, 1974, Introduction To Modern Inorganic Chemistry, Intertext-Book.

London.

3) Hiskia, A. dan Tupamahu, 1992, Struktur Atom, Struktur Molekul dan Sistim

Periodik. PT Citra Aditya Bakti, Bandung.

4) Santoso, T., Grafit dan Intan, http://www.teguhsantoso.net/2011/08/grafit-dan-

berlian.html,diakses 8 Desember 2014.

3.3 ZAT PADAT

Telah dipelajari model ikatan sederhana, gaya elektrostatika untuk

senyawa-senyawa ion, bermacam-macam teori ikatan kovalen, sifat ionik dan kovalen

dan banyak lagi yang dapat menerangkan sifat-sifat kimia dan fisika dari

senyawa-senyawa penting dari kimia anorganik. Disamping itu beberapa faktor lain

seperti momen dipol dan gaya Van der Waalsyang mempengaruhi sifat-sifat tersebut

dan akan dibahas kemudian. Dalam bab ini dijelaskan contoh-contoh zat padat yang

saling berikatan dengan ikatan ion atau kovalen atau campuran kedua ikatan tersebut.

Kristal-kristal saling berikatan dengan gaya-gaya ionik, seperti MgO yang mempunyai

struktur mirip dengan NaCl (Gambar 3.9), dan juga kristal-kristal yang berikatan

dengan gaya-gaya kovalen murni, seperti intan (Gambar 3.10). kedua Kristal ini

memiliki sifat-sifat fisika yang hampir sama. Tipe-tipe kristal ionik dan kovalen inibersifat mekanik kuat, insulator keras dan memiliki titik leleh yang sangat tinggi (titik

leleh MgO = 2852oC, intan = 3550oC). Selain itu kedua kristal ini dapat larut dalam

banyak pelarut dengan permitivitas tinggi (air dapat melarutkan beberapa senyawa ion

dan ion-ionnya dapat menghantarkan listrik, sedang senyawa kovalen tidak melarut

dalam air, sehingga tidak dapat menghantarkan listrik). Dalam keadaan kristal,

senyawa ion tidak dapat menghantarkan listrik.
http://www.teguhsantoso.net/2011/08/grafit-dan-berlian.htmlhttp://www.teguhsantoso.net/2011/08/grafit-dan-berlian.htmlhttp://www.teguhsantoso.net/2011/08/grafit-dan-berlian.htmlhttp://www.teguhsantoso.net/2011/08/grafit-dan-berlian.html


55/206

48

Gambar 3.9Struktur MgO Gambar 3.10Struktur intan

3.3.1 Cacat Kristal (Defek)

Kristal diasumsikan mempunyai susunan atom-atom yang sempurna. Kristal

yang sempurna ini dalam interaksi kation-kation yang maksimal dan tolak menolak

kation-kation dan anion-anion yang minimal dan ini merupakan sumber gaya dorong

yang kuat. Hal inilah yang menyebabkan NaCl dalam keadaan gas terkondensasi

menjadi zat padat. Dalam keadaan kondensasi, harga entropi akan berkurang sehingga

lebih cenderung ke keadaan yang lebih teratur yaitu keadaan padat. Antagonis entalpi

entropi cenderung menitikberatkan besarnya entalpi karena energi kristal ditentukan

oleh entalpi tetapi kesetimbangannya tergantung faktor entropi. Faktor entropi

mempengaruhi kesetimbangan di dalam cacat kristal pada semua suhu di atas nol

absolut.

Tipe sederhana dari cacat kristal tersebut Cacat Schotkty-Wagner. Cacat

Schotkty adalah peristiwa pindahnya atom dari kisi atom-atom logam netral sehingga

terjadi kekesongan/lubang. Dalam Kristal ionik, jika terjadi lubang maka perubahan

muatan yang terjadi akan disetimbangkan dengan beberapa cara. Cara yang paling

sederhana dari hilangnya kation, disetimbangkan dengan Cacat Schotkty, demikian juga

jika terjadi kehilangan anion (Gambar 3.11)

Gambar 3.11Kesetimbangan dua defek schottky


56/206

49

Sebagai alternatif, berkurangnya/hilangnya ion dapat disetimbangkan dengan

ion-ion pengotor yang bermuatan lebih tinggi. Sebagai contoh, kristal AgCl

dimasukkan (doped) dengan sejumlah kecil kadmium klorida, ion Cd2+dapat dengan

mudah masuk ke dalam kisi AgCl karena jari-jari ion Ag+hampir sama dengan ion Cd2+

(r ion Ag+ = 81 pm, r ion Cd2+ = 92 pm). Ion positif yang mengisi lubang untuk

menyeimbangkan perubahan muatan yang terjadi (Gambar 3.12).

Gambar 3.12Defek Schottky dengan kation valensi tinggi

Hal ini dapat dijelaskan dengan konsep valensi control, yaitu perbedaan muatan

disetimbangkan dengan kation yang stabil. Kation-kation ini merupakan

senyawa-senyawa logam transisi yang memiliki macam-macam bilangan oksidasi.

Kesetimbangan muatan ini dicapai dengan menangkap atau melepaskan

elektron-elektron oleh logam transisi. Sebagai contoh, senyawa stokiometri NiO seperti

larutan air yang mengandung ion-ion Ni+2 yang berwarna hijau muda. Dengan

penambahan (doping) sedikit Li2O diinduksi oleh sedikit ion-ion M2+untuk melepaskan

elektron-elektron menjadi ion Ni+3sehingga kristal itu bermuatan netral. Sifat dari NiO

berubah, warnanya berubah dari hijau muda menjadi abu-abu gelap (hitam

keabu-abuan) dan kristal isolator ini sekarang berubah menjadi semi konduktor (gambar

3.13).


57/206

50

Gambar 3.13Valensi Kontrol (Ni+2 Ni+3) dengan penambahan ion Li+dalam NiO

Pengaruh-pengaruh yang agak mirip dapat terjadi dengan penjelasan

senyawa-senyawa non stoikiometri, seperti Cu2S tidak mempunyai perbandingan yang

tepat yaitu 2 : 1 seperti rumus molekulnya. Beberapa ion Cu+mungkin lepas/hilang jika

diganti dengan sejumlah ekivalen ion-ion Cu2+. Ketika kedua ion Cu+dan Cu2+stabil,

mungkin tercapai perbandingan yang ideal secara stoikiometri ke non stokiometri yaitu

Cu1,77S.

Jika lubang itu bukan lubang yang sebenarnya tetapi terisi dengan elektron yang

terjebak, cacat kristal seperti ini disebut pusat F. Sebagai contoh logam Na yang

ditambahkan ke dalam kristal NaCl, energi kristal menyebabkan logam Na terionisasi

menjadi Na+ dan e-. Elektron yang dilepaskan akan terjebak di dalam lubang yang

mungkin akan diisi dengan ion klorida (Gambar 3.14). Akibat electron yang terjebak

itu dapat mengabsorbsi cahaya dalam daerah tampak dan senyawa ini berwarna

(F =Farbe, Jerman = warna).

Gambar 3.14Pusat F


58/206

51

Jika muatan netral dicapai tidak dengan pindahnya ion secara total, dimana

anion dan kation yang pindah jumlahnya sama (tipe cacat kristal Schottky) tetapi

dengan pindahnya ion ke tempat interstisi yang dekat (sebagai cacat

kimia anorganik fisik dan material boptn.pdf

Documents