Struktur Atom2.2 Konsep DasarSetiap atom terdiri dari inti yang sangat kecil terdiri dari proton dan neutron, yang dikelilingi dengan memindahkan elektron. Kedua elektron dan proton bermuatan listrik, besarnya biaya menjadi 1,60x 10 ^ -19 C, yang negatif dalam tanda untuk elektron dan positif untuk proton; neutron bermuatan listrik netral. Massa bagi partikelpartikel subatomik sangat kecil; proton dan neutron memiliki sekitar massa yang sama, 1,67 x 10 ^ -27 kg, yang secara signifikan lebih besar daripada elektron, 9,11 x 10 ^ 31 kg. Setiap unsur kimia ditandai dengan jumlah proton dalam inti, atau nomor atom (Z). (*1) Untuk atom netral atau lengkap, nomor atom juga sama dengan jumlah elektron. Hal ini berkisar nomor atom dalam satuan integral dari 1 sampai 92 untuk hidrogen untuk uranium, yang tertinggi dari unsur-unsur alami. Massa atom (A) dari atom tertentu dapat dinyatakan sebagai jumlah dari massa proton dan neutron dalam inti. Meskipun jumlah proton adalah sama untuk semua atom dari elemen tertentu, jumlah neutron (N) mungkin variabel. Jadi atom dari beberapa elemen memiliki dua atau lebih massa atom berbeda, yang disebut isotop.Berat atom suatu unsur sesuai dengan rata-rata tertimbang dari massa atom isotop atom yang terjadi secara alami. (*2) Unit massa atom (Amu) dapat digunakan untuk perhitungan berat atom. Sebuah skala telah didirikan dimana 1 Amu didefinisikan sebagai1/12 dari massa atom dari isotop paling umum dari karbon, karbon.Dalam skema ini, massa proton dan neutron sedikit lebih besar daripada satu, dan A = Z + N (2,1) Berat atom suatu unsur atau berat molekul suatu senyawa dapat ditentukan berdasarkan Amu per atom (molekul) atau massa per mol bahan. Dalam satu mol suatu zat terdapat 6,023 x 10 ^ 23 (bilangan Avogadro) atom atau molekul. Kedua skema berat atom berhubungan melaluipersamaan berikut: 1 Amu / atom (atau molekul) = 1 g / mol Misalnya, berat atom besi adalah 55,85 Amu / atom, atau 55,85 g / mol. Kadangkadang penggunaan Amu per atom atau molekul yang nyaman; pada kesempatan lain g (atau kg) / mol lebih disukai. Yang terakhir ini digunakan dalam buku ini.

2.3 Elektron dalam AtomModel atom Selama bagian kedua abad kesembilan belas disadari bahwa banyak fenomena melibatkan elektron dalam padatan tidak dapat dijelaskan dalam hal klasik mechanics.What diikuti adalah pembentukan seperangkat prinsipdan hukum yang mengatur sistem entitas atom dan subatom yang kemudian dikenal sebagai kuantum mekanik. Pemahaman tentang perilaku elektron dalam atom dan kristal padatan harus melibatkan diskusi tentang kuantum mekanik konsep. Namun, eksplorasi rinci tentang prinsip-prinsip ini di luar cakupan buku ini, dan hanya perawatan yang sangat dangkal dan disederhanakan diberikan.Satu perkembangan awal mekanika kuantum adalah disederhanakan Bohr atom model, di mana elektron diasumsikan berputar di sekitar inti atom di orbital diskrit, dan posisi dari

setiap elektron tertentu lebih atau kurang jelas dalam hal orbitnya. Model atom diwakili dalam Gambar 2.1. Prinsip lain kuantum mekanik penting menetapkan bahwa energi dari elektron terkuantisasi, yaitu elektron diizinkan untuk hanya memiliki nilai-nilai tertentu energi. Sebuah elektron dapat mengubah energi, tetapi dengan begitu harus membuat kuantum melompat baik ke energi yang lebih tinggi diperbolehkan (dengan penyerapan energi) atau ke energi yang lebih rendah (dengan emisi energi). Seringkali, akan lebih mudah untuk memikirkan ini diperbolehkan elektron energi sebagai dikaitkan dengan tingkat energi atau negara. negara-negara ini tidak bervariasi terus menerus dengan energi, yaitu, negara yang berdekatan dipisahkan oleh terbatas energi. Sebagai contoh, negara diperbolehkan untuk atom hidrogen Bohr diwakili Gambar di 2.2a. Energi ini diambil menjadi negatif, sedangkan referensi nol adalah terikat atau elektron bebas. Tentu saja, elektron tunggal yang terkait dengan atom hidrogen akan mengisi hanya satu dari negara-negara ini. Jadi, model Bohr merupakan upaya awal untuk menggambarkanelektron dalam atom, baik dari segi posisi (orbital elektron) dan energi (tingkat energi terkuantisasi). Model Bohr akhirnyaditemukan memiliki beberapa keterbatasan yang signifikan karenaketidakmampuannya untuk menjelaskan fenomena yang melibatkanelektron. Sebuah resolusi dicapai dengan model gelombangmekanik, di mana elektron dianggap menunjukkan kedua karakteristik seperti gelombang dan partikelseperti. Dengan model ini, elektron tidak lagi diperlakukan sebagai partikelbergerak dalam orbit diskrit, melainkan posisi dianggapprobabilitas sebuah elektron yang berada di berbagai lokasi di seluruh inti. Dengan kata lain, posisi digambarkan oleh distribusi probabilitas atau awan elektron. Gambar 2.3 membandingkan Bohrdan model wavemechanical untuk atom hidrogen. Kedua model inidigunakan sepanjang perjalanan buku ini; pilihan tergantung pada model yang memungkinkan penjelasan yang lebih sederhana.

Bilangan KuantumMenggunakan gelombang mekanik, setiap elektron dalam atomditandai dengan empat parameter yang disebut bilangan kuantum.Ukuran, bentuk, dan orientasi spasial kepadatan probabilitaselektron ditentukan oleh tiga dari angkaangka kuantum.Selanjutnya, tingkat energi Bohr terpisah menjadi elektron subkulit, dan nomor kuantum menentukan jumlah negara dalam subkulitmasing-masing. Kerang yang ditentukan oleh sejumlah kuantum utama n, yang dapat mengambil nilai integral dimulai dengankesatuan, kadang-kadang kerang ini ditujukan dengan huruf K, L, M, N, O, dan sebagainya, yang sesuai, masing-masing, untuk n =1,2,3,4,5, ... seperti ditunjukkan pada Tabel 2.1. Perhatikan jugabahwa nomor kuantum, dan hanya, juga terkait dengan Bohrmodel.This kuantum jumlah ini terkait dengan jarak elektron dari inti, atau posisinya. Jumlah kuantum kedua, l, menandakan subkulit, yang dilambangkan dengan huruf-huruf kecil sebuah s, p, d, atau f;hal itu berkaitan dengan bentuk subkulit elektron. Selain itu, jumlahini subkulit dibatasi oleh besarnya n. Subkulit yang diijinkan untuk nilai n beberapa juga disajikan dalam Tabel 2.1. Jumlah energinegara untuk subkulit masing-masing ditentukan oleh jumlahkuantum ketiga, m1. Untuk subkulit s, ada keadaan energi tunggal, sedangkan untuk

p, d, dan f subkulit, tiga, lima, dan tujuh negaraada, masing-masing (Tabel 2.1). Karena ketiadaan medan magnet luar, negara-negara dalam setiap subkulit adalah identik. Namun, ketika medan magnet diterapkan negara-negara inisubkulit split, masingmasing negara dengan asumsi energi yang sedikit berbeda.

Terkait dengan setiap elektron adalah saat spin, yang harus berorientasi baik atas atau bawah. Terkait dengan momen spin adalah bilangan kuantum keempat,Ms, yang dua nilai yang mungkin(+1/2 dan -1/2 ), satu untuk masing-masing orientasi spin. Jadi, model Bohrselanjutnya disempurnakan oleh gelombang mekanik, di manapengenalan tiga nomor kuantum baru menimbulkan subkulitelektron dalam setiap shell. Suatu perbandingan dari dua modelatas dasar ini diilustrasikan, untuk atom hidrogen, pada Gambar2.2a dan 2.2b. Tingkat energi diagram lengkap untuk kerang danberbagai subkulit menggunakan model gelombang-mekanisditunjukkan pada Gambar 2.4. Beberapa fitur dari diagram yang layak dicatat. Pertama, semakin kecil jumlah kuantum utama, semakin rendah tingkat energi, misalnya, energi dari keadaan 1skurang daripada keadaan 2s, yang pada gilirannya lebih rendah dari 3s. Kedua, dalam setiap shell, energi tingkat subkulitmeningkat dengan nilai bilangan kuantum l. Sebagai contoh, energi dari keadaan 3d lebih besar dari 3p, yang lebih besar dari 3s.Akhirnya, mungkin ada tumpang tindih dalam energi suatu negaradalam satu negara bagian di shell dengan cangkang yang berdekatan, yang benar terutama d dan f menyatakan, misalnya, energi keadaan 3d lebih besar daripada untuk 4s.

Konfigurasi ElektronPembahasan sebelumnya telah ditangani terutama dengan negara elektron-nilai energi yang diijinkan untuk electrons.To menentukan cara di mana negara-negara ini dipenuhi dengan elektron, kita menggunakan prinsip Pauli pengecualian, lain kuantum mekanik konsep. Prinsip ini menetapkan bahwa setiap negara elektron dapat menyimpan tidak lebih dari dua elektron, yang harus memiliki spin berlawanan. Dengan demikian, s, p, d, dan subkulit f mungkin setiap mengakomodasi, masing-masing, total 2, 6, 10, dan 14 elektron; Tabel 2.1 merangkum jumlah maksimum elektron yang dapat menempati masing-masing empat kerang pertama. Tentu saja, tidak semua negara mungkin dalam atom diisi dengan elektron. Untuk sebagian atom, elektron mengisi keadaan energi terendah mungkin dalam kulit elektron dan subkulit, dua elektron (memiliki spin berlawanan) per negara.Struktur energi untuk atom natrium direpresentasikan secara skematis pada Gambar 2.5.When semua elektron menempati yang mungkin energi terendah sesuai dengan pembatasan tersebut di atas, atom dikatakan berada dalam keadaan dasar. Namun, elektron transisi ke keadaan energi yang lebih tinggi yang mungkin, seperti dibahas dalam Bab 18 dan 21. Konfigurasi elektron atau struktur atom merupakan cara di mana negara-negara ini diduduki. Dalam notasi konvensional jumlah elektron dalam subkulit masing-masing ditandai dengan superscript

setelah contoh designation.For shell-subkulit, elektron konfigurasi untuk hidrogen, helium, dan natrium, masing-masing, 1S1, 1S2, dan 1s22s22p63s1. Elektron konfigurasi untuk beberapa elemen yang lebih umum tercantum pada Tabel 2.2. Pada titik ini, komentar mengenai konfigurasi ini elektron yang diperlukan. Pertama, elektron valensi adalah mereka yang menempati kulit terluarnya. Elektron ini sangat penting, seperti akan terlihat, mereka berpartisipasi dalam ikatan antara atom untuk membentuk agregat atom dan molekul. Selanjutnya, banyak sifat fisik dan kimia padatan didasarkan pada elektron valensi. Selain itu, beberapa atom memiliki apa yang disebut "konfigurasi elektron yang stabil"; yaitu, negara-negara dalam terluar atau elektron valensi shell benar-benar diisi. Biasanya ini sesuai dengan pendudukan hanya s dan p negara untuk shell terluar dengan total delapan elektron, seperti dalam neon, argon, kripton dan; satu pengecualian adalah helium, yang hanya berisi dua elektron 1s. Unsur-unsur (Ne, Ar, Kr, dan Dia) adalah, inert, atau gas mulia, yang hampir tidak reaktif kimia. Beberapa atom unsur yang memiliki kulit valensi terisi berasumsi elektron konfigurasi yang stabil dengan memperoleh atau kehilangan elektron untuk membentuk ion bermuatan, atau dengan berbagi elektron dengan atom lain. Ini adalah dasar untuk beberapa kimia reaksi, dan juga untuk ikatan atom dalam padatan, seperti yang dijelaskan dalam Bagian 2.6. Dalam keadaan khusus, s dan p orbital bergabung membentuk hibrida SPN orbital, dimana n menunjukkan jumlah orbital p yang terlibat, yang mungkin memiliki nilai 1, 2, atau 3. 3A itu, 4A, 5A dan kelompok elemen dari tabel periodik (Gambar 2.6) adalah mereka yang paling sering membentuk hibrida ini. Kekuatan pendorong untuk pembentukan orbital hibrida adalah keadaan energi yang lebih rendah untuk elektron valensi. Untuk karbon hibrida sp3 adalah kepentingan utama dalam kimia organik dan polimer. Bentuk hybrid sp3 adalah apa yang menentukan sudut (atau tetrahedral) menemukan dalam rantai polimer (Bab 14).

2.4 Tabel PeriodikSemua elemen telah diklasifikasikan sesuai dengan konfigurasi elektron dalam tabel periodik (Gambar 2.6). Di sini, elemen berada, dengan nomor atom meningkat, dalam tujuh baris horizontal disebut periode. Pengaturan ini adalah sedemikian rupa sehingga semua elemen tersusun dalam kolom tertentu atau kelompok memiliki struktur elektron valensi yang mirip, serta sifat kimia dan fisik. Properti ini secara bertahap berubah, bergerak horizontal di setiap periode dan vertikal ke bawah setiap kolom.Elemen-elemen diposisikan di Grup 0, kelompok paling kanan, adalah gas inert yang telah mengisi kulit elektron dan konfigurasi elektron yang stabil. Grup VIIA dan elemen VIA adalah satu dan dua elektron kekurangan, masing-masing, dari memiliki struktur yang stabil. Kelompok elemen VIIA (F, Cl, Br, I, dan Di) kadang-kadang disebut halogen. Logam-logam alkali dan alkali tanah (Li, Na, K, Be, Mg, Ca, dll) diberi label sebagai Grup IA dan IIA, memiliki masing-masing satu dan dua elektron lebih dari elemen structures.The stabil dalam tiga waktu yang lama, Grup IIIB melalui IIB,

yang disebut logam transisi, yang telah terisi sebagian elektron d negara dan dalam beberapa kasus satu atau dua elektron di kulit berikutnya energi yang lebih tinggi. Grup IIIA, IVA, dan VA (B, Si, Ge, As, dll) menampilkan karakteristik yang intermediate antara logam dan bukan logam berdasarkan struktur elektron valensi mereka. Seperti dapat dicatat dari tabel periodik, sebagian besar elemen benar-benar datang di bawah klasifikasi logam. Ini kadang-kadang disebut unsur elektropositif, menunjukkan bahwa mereka mampu melepaskan beberapa elektron valensi mereka menjadi ion bermuatan positif. Selanjutnya, unsur-unsur yang terletak di sisi kanan dari tabel adalah elektronegatif, yaitu, mereka siap menerima elektron untuk membentuk ion bermuatan negatif, atau kadang-kadang mereka berbagi elektron dengan atom lain.Gambar 2.7 menampilkan nilai-nilai elektronegativitas yang telah ditugaskan untuk berbagai elemen disusun dalam tabel periodik.Sebagai aturan umum, elektronegativitas peningkatan bergerak dari kiri ke kanan dan dari bawah ke atas. Atom lebih cenderung untuk menerima elektron jika kulit terluarnya hampir penuh, dan jika mereka kurang "terlindung" dari (yaitu, lebih dekat ke) inti.

2.5 Bonding Forces and EnergiPemahaman tentang banyak sifat-sifat fisik bahan didasarkan pada pengetahuan tentang kekuatan interatomik yang mengikat atombersama. Mungkin prinsipprinsip ikatan atom paling baikdiilustrasikan dengan mempertimbangkan interaksi antara dua atom yang terisolasi karena mereka dibawa ke dekat daripemisahan tak terbatas. Pada jarak jauh, interaksi dapat diabaikan, namun sebagai pendekatan atom, masingmasingpasukan exerts di sisi lain. Kekuatan ini terdiri dari dua jenis, menarik dan menjijikkan, dan besarnya masing-masing merupakan fungsi dari pemisahan atau asal distance.The interatomik FA gaya tarik tergantung pada jenis tertentu dari ikatan yang ada antarabesarnya dua atoms.The dari kekuatan menarik bervariasi denganjarak, yang diwakili secara skematis pada Gambar 2.8a. Pada akhirnya, kulit elektron terluar dari dua atom mulai tumpang tindih,dan menjijikkan kuat kekuatan FR datang ke dalam bermain. Gaya total FN antara dua atom hanya jumlah dari komponen menarik danmenjijikkan, yaitu Fn = Fa + Fr (2.2) yang juga merupakan fungsi dari pemisahan interatomik, seperti juga diplot pada Gambar 2.8a. Ketika FA dan keseimbangan FR, atau menjadi sama, tidak adagaya total, yaitu, Fa + Fr = 0 (2.3) Kemudian keadaan kesetimbangan ada. Pusat-pusat dari dua atom akan tetap dipisahkan oleh jarak kesetimbangan r0, seperti ditunjukkan dalam Gambar2.8a. Untuk banyak atom, r0 adalah sekitar 0,3 nm. Sekali dalam posisi ini, dua atom akan mengatasi setiap mencoba untuk memisahkan mereka dengan kekuatan yang menarik, atau untuk mendorong mereka bersama-sama oleh menjijikkan tindakan. Kadang-kadang lebih nyaman untuk bekerja dengan energipotensial antara dua atom bukan kekuatan. Secara matematis, energi (E) dan gaya (F) terkait sebagaiE_

_ F dr (2.4) _r

atau, untuk sistem atom,EN _q

FN dr

(2.5)

_q

_

r

FA dr _q

_

r

FR dr

(2.6)

= Ea + Er (2.7) di mana En, Ea, dan Er adalah masing-masing energi bersih, menarik, dan menjijikkan selama dua atom yang terisolasi dan berdekatan. Gambar 2.8b plot menarik, menjijikkan, dan energi potensial bersih sebagai fungsi dari pemisahan interatomik selama dua atom. Kurva bersih, yang lagi jumlah dari dua lainnya, memiliki palung energi potensial atau sumur di sekitar minimum. Di sini, jarak kesetimbangan yang sama, r0, sesuai dengan jarak pemisahan di minimum kurva energi potensial. Energi ikatan untuk kedua atom, E0, sesuai dengan energi pada titik minimum (juga ditunjukkan pada Gambar 2.8b), yang merupakan energi yang akan diperlukan untuk memisahkan kedua atom untuk pemisahan terbatas. Meskipun pengobatan sebelumnya telah menangani situasi ideal yang melibatkan hanya dua atom, namun kondisi yang lebih kompleks yang sama ada untuk bahan padat karena gaya dan energi interaksi antara atom banyak harus diperhatikan. Namun demikian, energi ikatan, analog dengan E0 di atas, dapat berhubungan dengan setiap atom. Besarnya energi ikatan dan bentuk kurva pemisahan energi versusinteratomic bervariasi dari bahan material, dan mereka berdua tergantung pada jenis ikatan atom. Selain itu, sejumlah sifat material bergantung pada E0, bentuk kurva, dan jenis ikatan. Sebagai contoh, bahan yang memiliki ikatan energi yang besar biasanya juga memiliki temperatur leleh tinggi, pada suhu kamar, zat padat dibentuk untuk energi ikatan besar, sedangkan untuk energi kecil bentuk gas disukai; cairan menang ketika energi yang besarnya antara. Selain itu, seperti yang dibahas dalam Bagian 6.3, kekakuan mekanis (atau modulus elastisitas) dari bahan sangat tergantung pada bentuk nya kekuatan-versusinteratomic . pemisahan kurva (Gambar 6.7) Kemiringan untuk bahan yang relatif kaku pada posisi r = r0 pada kurva akan cukup curam, lereng yang dangkal untuk bahan yang lebih fleksibel. Selanjutnya, berapa banyak material memperluas atas pemanasan atau pendinginan pada kontrak (yaitu, koefisien linier ekspansi termal) berhubungan dengan bentuk E0-versus-r0 kurva (lihat Bagian 19.3). Sebuah "palung," dalam dan sempit yang biasanya terjadi untuk bahan yang memiliki ikatan energi yang besar, biasanya berkorelasi dengan koefisien ekspansi termal rendah dan perubahan dimensi yang relatif kecil untuk perubahan suhu. Tiga jenis ikatan primer atau kimia yang ditemukan dalam padatan-ionik, kovalen, dan logam.Untuk tiap tipe, ikatan harus melibatkan elektron valensi, lebih jauh lagi, sifat ikatan tergantung pada struktur elektron dari atom penyusunnya. Secara umum, masing-masing tiga jenis ikatan timbul dari kecenderungan atom untuk mengasumsikan struktur elektron yang stabil, seperti yang dari gas inert, dengan sepenuhnya mengisi kulit elektron terluar. Kekuatan sekunder atau fisik dan energi juga ditemukan dalam bahan padat banyak, mereka lebih lemah dari yang primer, tapi tetap mempengaruhi sifat fisik dari beberapa bahan. Bagian berikut menjelaskan beberapa jenis obligasi interatomik primer dan sekunder.

2.6 Ikatan Interatomik UtamaIkatan ionikIkatan ionik mungkin yang paling mudah untuk menggambarkan danmemvisualisasikan. Itu selalu ditemukan dalam senyawa yangterdiri dari unsur-unsur baik logam dan bukan logam, unsur-unsuryang terletak di kaki horizontal table.Atoms periodik unsur logammudah menyerah mereka elektron valensi pada atom non logam.Dalam proses ini semua atom memperoleh konfigurasi gas stabil atau inert dan, di samping itu, muatan listrik, yaitu, mereka menjadiion. Natrium klorida (NaCl) adalah bahan ionik klasik. Sebuah atomnatrium dapat mengasumsikan struktur elektron neon (dan muatan positif bersih tunggal) dengan transfer satu elektron 3s nya valensipada sebuah atom klorin. Setelah seperti transfer, ion klor memilikimuatan negatif bersih dan konfigurasi elektron identik denganargon. Dalam natrium klorida, semua natrium dan klorin ada sebagai ion. Jenis ikatan ini digambarkan secara skematis padaGambar 2.9. Kekuatan ikatan menarik adalah Coulomb, yaitu ion positif dan negatif, berdasarkan muatan listrik mereka bersih,menarik satu sama lain. Selama dua ion yang terisolasi, EA energimenarik adalah fungsi dari jarak interatomik menurut sampai Ea = - A/r (2.8) Persamaan analog untuk energi tolak adalah Er = B/ r^n (2.9) Dalam ekspresi, A,B, dan n adalah konstanta yang nilainya tergantung pada sistem ion tertentu. Nilai n adalah sekitar 8. Ikatan ion disebut nondirectional; yaitu, besarnya obligasi adalah sama di semua arah di sekitar ion. Oleh karena itu, untuk bahan ionik menjadi stabil, semua ion positif harus memiliki sebagai tetangga terdekat bermuatan negatif ion dalam skema tiga dimensi, dan wakil ikatan versa.The dominan dalam bahan keramik ionik.Beberapa pengaturan ion untuk materi ini dibahas dalam Bab 12.Bonding energi, yang umumnya berkisar antara 600 dan 1500 kJ / mol (3 dan 8 eV / atom), yang relatif besar, sebagaimana tercermin dalam suhu leleh tinggi. Tabel 2.3 berisi energi ikatan dan suhu leleh untuk beberapa bahan ionik.

Bahan ionik khas keras dan rapuh dan, selanjutnya, elektrik dan termal isolator. Sebagaimana dijelaskan dalam bab-bab selanjutnya, sifat ini merupakan konsekuensi langsung darikonfigurasi elektron dan / atau sifat dari ikatan ion.

Ikatan KovalenDalam ikatan kovalen, konfigurasi elektron yang stabil diasumsikandengan berbagi elektron antara atom yang berdekatan. Dua atomyang terikat secara kovalen masing-masing akan memberikan kontribusi setidaknya satu elektron untuk obligasi, dan elektronbersama dapat dianggap milik kedua atom. Ikatan kovalenskematis diilustrasikan pada Gambar 2.10 untuk sebuah molekulmetana (CH4). Atom karbon memiliki empat elektron valensi, sedangkan masingmasing dari empat atom hidrogen memilikielektron valensi tunggal. Setiap

atom hidrogen dapat memperolehkonfigurasi elektron helium (dua 1s valensi elektron) ketika saham atom karbon dengan itu satu elektron.Karbon ini sekarang memiliki empat elektron bersama tambahan, satu dari hidrogen masing-masing, untuk total delapan elektronvalensi, dan struktur elektron dari neon. Ikatan kovalen adalah arah, yaitu, itu adalah antara atom tertentu dan mungkin hanya ada diarah antara satu atom dan lain yang berpartisipasi dalam berbagielektron. Banyak unsur molekul non logam serta molekul (H2, Cl2, F2,dll) mengandung atom yang berbeda, seperti CH4, H2O, HNO3, dan HF, yang kovalen berikat. Selanjutnya, jenis ikatan ditemukan dalam padatan unsur seperti berlian (Karbon), silikon, dan germanium dan senyawa padat lainnya terdiri dari elemen yang terletak di sisi kanan tabel periodik, seperti galium arsenide (GaAs), indium antimonide (InSb), dan silikon karbida (SiC). Jumlah ikatan kovalen yang mungkin bagi atom tertentu ditentukan dengan jumlah elektron valensi. Untuk elektron valensi N, atom dapat kovalen ikatan paling 8 N dengan atom lain. Sebagai contoh, N = 7 untuk klorin, dan 8 N = 1, yang berarti bahwa satu atom Cl dapat ikatan untuk hanya satu atom lain, seperti dalam Cl2. Demikian pula, untuk karbon, N = 4, dan setiap atom karbon memiliki 8 4, atau empat, elektron untuk berbagi. Diamond adalah hanya struktur interkoneksi tiga dimensi dimana masing-masing obligasi atom karbon kovalen dengan empat atoms.This karbon lainnya pengaturan diwakili dalam Gambar 12.15. Ikatan kovalen mungkin sangat kuat, seperti dalam berlian, yang sangat keras dan memiliki temperatur leleh sangat tinggi, >3550 C (6400 F) atau mereka mungkin sangat lemah, sebagai dengan bismuth, yang meleleh pada sekitar 270 C (518 F). Ikatan energi dan pencairan suhu untuk beberapa bahan terikat kovalen disajikan pada Tabel 2.3. Bahan polimer melambangkan ikatan ini, struktur molekul dasar menjadi panjang rantai atom karbon yang terikat secara kovalen bersama dengan dua dari mereka yang tersedia empat ikatan per atom.The tersisa dua obligasi biasanya dibagi dengan lainnya atom, yang juga ikatan kovalen. Struktur molekul polimer yang dibahas dalam rinci dalam Bab 14. Hal ini dimungkinkan untuk memiliki ikatan interatomik yang sebagian ionik dan kovalen parsial, dan, pada kenyataannya, sangat sedikit senyawa menunjukkan ikatan ionik atau kovalen murni. Untuk senyawa, tingkat kedua jenis obligasi tergantung pada posisi relatif konstituen atom dalam tabel periodik (Gambar 2.6) atau perbedaan mereka elektronegativitas (Gambar 2.7). Semakin lebar pemisahan (secara horisontal-relatif kepada Grup IVA-dan vertikal) dari kiri bawah ke pojok kanan (Yaitu, semakin besar perbedaan elektronegativitas dalam), semakin ionik ikatan. Sebaliknya, semakin dekat atom bersama-sama (yaitu, semakin kecil perbedaan elektronegativitas), semakin besar tingkat Kovalensi. Karakter ionik persentase ikatan antara elemen A dan B (A menjadi yang paling elektronegatif) mungkin didekati dengan ekspresi

% karakter ion = {1 exp[- (0.25)(Xa Xb)^2]} x 100

(2.10)

Dimana Xa dan Xb adalah elektronegatif untuk elemen masing-masing.

Metalik BondingLogam ikatan, jenis ikatan akhir primer, ditemukan dalam logam dan paduan mereka. Sebuah model yang relatif sederhana telah diusulkan bahwa sangat hampir mendekati skema ikatan. Benda logam memiliki satu, dua, atau paling banyak, tiga elektron valensi.Dengan model ini, elektron-elektron valensi tidak terikat ke atom tertentu dalam padat dan kurang lebih bebas melayang di seluruh metal.They seluruh dapat dianggap sebagai milik logam secara keseluruhan, atau membentuk laut "dari elektron ", atau" awan elektron ". Elektron nonvalence tersisa dan bentuk inti atom apa yang disebut core ion, yang memiliki muatan positif bersih sama besarnya dengan muatan total elektron valensi per atom. Gambar 2.11 adalah ilustrasi skematik dari logam bonding.The elektron bebas melindungi inti ion bermuatan positif dari gaya elektrostatik saling menjijikkan, yang mereka dinyatakan akan mengerahkan pada satu sama lain, akibatnya ikatan logam adalah nondirectional dalam karakter. Selain itu, elektron bebas bertindak sebagai "lem" untuk memegang core ion bersama-sama. Bonding energi dan suhu leleh untuk beberapa logam dapat dilihat pada Tabel 2.3.Bonding mungkin lemah atau kuat; rentang energi dari 68 kJ / mol (0,7 eV / atom) untuk merkuri menjadi 850 kJ / mol (8,8 eV / atom) untuk tungsten. Suhu lebur masing-masing adalah - 39 dan 3410 C (-38 dan 6170 F). Logam ikatan ditemukan dalam tabel periodik untuk Grup IA dan elemen IIA dan, bahkan, untuk semua logam unsur. Beberapa perilaku umum dari jenis berbagai bahan (misalnya, logam, keramik, polimer) dapat dijelaskan oleh jenis ikatan. Sebagai contoh, logam adalah konduktor baik listrik dan panas, sebagai konsekuensi dari elektron bebas mereka (lihat Bagian 18,5, 18,6 dan 19,4). Dengan cara kontras, bahan terikat ionik dan kovalen biasanya isolator listrik dan panas, karena tidak adanya sejumlah besar elektron bebas. Selanjutnya, dalam Bagian 7.4 kita perhatikan bahwa pada suhu kamar, kebanyakan logam dan paduan mereka gagal dengan cara yang ulet, yaitu patah tulang terjadi setelah bahan telah mengalami derajat signifikan deformasi permanen. Perilaku ini dijelaskan dalam hal mekanisme deformasi (Bagian 7.2), yang secara implisit terkait dengan karakteristik dari ikatan logam. Sebaliknya, pada suhu kamar ionik bahan terikat secara intrinsik rapuh sebagai konsekuensi dari sifat bermuatan listrik ion komponen mereka (lihat Bagian 12.10).

2.7 Ikatan Sekunder atau Ikatan Van Der Waals

Sekunder, van der Waals, atau fisik obligasi lemah dibandingkan dengan yang utama atau kimia; energi ikatan biasanya di urutanhanya 10 kJ / mol (0,1 eV / atom). Ikatan sekunder ada antarahampir semua atom atau molekul, tetapi kehadirannya dapatdikaburkan jika salah satu dari tiga jenis ikatan utama hadir. Ikatansekunder ini dibuktikan untuk gas inert, yang memiliki strukturelektron yang stabil, dan, di samping itu, antara molekul dalam

struktur molekul yang terikat secara kovalen. Kekuatan ikatansekunder timbul dari dipol atom atau molekul. Intinya, sebuah dipol listrik ada setiap kali ada beberapa pemisahan bagian positif dan negatif dari sebuah atom atau molekul. Hasil ikatan dari daya tarikCoulomb antara akhir positif dari satu dipol dan wilayah negatif darisalah satu yang berdekatan, seperti ditunjukkan pada Gambar2.12. Interaksi dipol terjadi antara dipol induksi, antara dipol induksidan molekul polar (yang memiliki dipol permanen), dan antaramolekul polar. Ikatan hidrogen, khusus jenis ikatan sekunder,ditemukan ada di antara beberapa molekul yang memiliki hidrogen sebagai salah satu unsur. Mekanisme ikatan sekarang dibahas secara singkat.

Ikatan Dipol Terinduksi FluktuatifSebuah dipol dapat dibuat atau diinduksi dalam sebuah atom atau molekul yang biasanya elektrik simetris, yaitu, distribusi spasialkeseluruhan dari elektron adalah simetris terhadap inti bermuatan positif, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13a. Semua atommengalami gerak getaran konstan yang dapat menyebabkandistorsi sesaat dan berumur pendek ini simetri listrik untukbeberapa atom atau molekul, dan penciptaan dipol listrik kecil, seperti terlihat pada Gambar 2.13b. Salah satunya dipol pada gilirannya dapat menghasilkan perpindahan dari distribusi elektrondari molekul atau atom yang berdekatan, yang menginduksi yang kedua juga menjadi dipol yang kemudian lemah tertarik atau terikatdengan yang pertama, ini adalah salah satu jenis van der Waalsikatan. Kekuatan ini menarik mungkin ada di antara sejumlah besar atom atau molekul, yang bersifat sementara dan pasukanberfluktuasi dengan waktu. Likuifaksi dan, dalam beberapa kasus, pemadatan dari gas inert dan molekul-molekul netral dan simetris lainnya seperti H2 dan Cl2yang diwujudkan karena jenis ikatan. Lebur dan mendidih suhusangat rendah dalam bahan yang ikatan dipol induksimendominasi; seluruh obligasi antarmolekul mungkin, ini adalahyang paling lemah. Bonding energi dan suhu leleh untuk argon dan klorin juga ditabulasikan dalam Tabel 2.3.

Ikatan Dipol Terinduksi Molekul PolarMomen dipol permanen ada di beberapa molekul berdasarkansusunan asimetris positif dan wilayah bermuatan negatif; molekul seperti ini disebut molekul polar. Gambar 2.14 adalah representasiskematis dari molekul hidrogen klorida, sebuah momen dipolpermanen muncul dari muatan positif dan negatif bersih yangmasing-masing terkait dengan ujung hidrogen dan klorin dari molekul HCl. Molekul polar juga dapat menyebabkan dipol dalam molekul nonpolar yang berdekatan, dan sebuah ikatan akan terbentuk sebagai hasil dari gaya tarik menarik antara dua molekul.Selanjutnya, besarnya obligasi ini akan lebih besar daripada untukdipol induksi berfluktuasi.

Ikatan Dipol PermanenVan der Waals juga akan ada di antara kutub yang berdekatanmolecules.The energi ikatan yang terkait secara signifikan lebih besar daripada obligasi yang melibatkan dipol induksi. Jenis ikatanterkuat sekunder, ikatan hidrogen, adalah kasus khusus dari ikatanmolekul polar. Hal ini terjadi antara molekul di mana hidrogenterikat secara kovalen dengan fluor (seperti di HF), oksigen (seperti dalam O2), dan nitrogen (seperti dalam NH3). Untuk setiap ikatan H-F, HO, atau H-N, elektron hidrogen tunggal bersama dengan atom lain. Dengan demikian, akhir hidrogen obligasi pada dasarnya adalah proton telanjang bermuatan positif yang diskriningoleh elektron. Ini akhir yang sangat bermuatan positif dari molekulmampu menarik kekuatan yang kuat dengan ujung negatif darisebuah molekul yang berdekatan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.15 untuk HF. Pada dasarnya, ini proton tunggal membentuk jembatan antara dua besarnya atoms.The bermuatan negatif dari ikatan hidrogen umumnya lebih besar dibandingkan dengan jenis lain obligasi sekunder dan mungkin setinggi 51 kJ / mol (0,52 eV / molekul), seperti ditunjukkan pada Tabel 2.3.Peleburan dan mendidih suhu untuk fluorida hidrogen dan air luar biasa tinggi mengingat berat molekul yang rendah, sebagai konsekuensi dari ikatan hidrogen.

2.8 MolekulBanyak dari molekul umum terdiri dari kelompok atom yang terikatbersama oleh ikatan kovalen yang kuat; ini termasuk unsur molekul (F2,O2,H2,dll) diatomik serta sejumlah senyawa (H2O,CO2,HNO3,C6H6,CH4,dll). Di negara cair dan padat kental,ikatan antara molekul yang sekunder lemah. Akibatnya, bahan molekul memiliki titik leleh yang relatif rendah dan suhu mendidih.Kebanyakan dari mereka yang memiliki molekul kecil yang terdiri dari beberapa atom adalah gas-gas pada suhu biasa, atau sekitar,dan tekanan. Di sisi lain, banyak dari polimer modern, menjadibahan molekul terdiri dari molekul yang sangat besar, ada sebagaipadatan, beberapa dari sifat mereka sangat tergantung pada kehadiran van der Waals dan obligasi sekunder hidrogen.

BAHAN KEPENTINGANAir (Ini Volume Ekspansi Setelah Pembekuan)Setelah pembekuan (misalnya, berubah dari cairan menjadi padatpada pendinginan), zat yang paling mengalami peningkatan kepadatan (atau, dengan demikian, penurunan volume). Satu pengecualian adalah air, yang menunjukkan ekspansi anomali dan akrab pada pembekuan-sekitar 9 persen ekspansi volume.Perilaku ini dapat dijelaskan atas dasar ikatan hidrogen. Setiap molekul H2O memiliki dua atom hidrogen yang dapat mem-bonduntuk atom oksigen, di samping itu, tunggal O atom dapat mem-bond untuk dua atom hidrogen dari molekul lain H20. Jadi, untuk espadat, setiap molekul air berpartisipasi

dalam empat ikatanhidrogen seperti yang ditunjukkan dalam skema tiga dimensi dariGambar 2.16a, di sini ikatan hidrogen ditandai dengan garis putus-putus, dan setiap molekul air memiliki 4-tetangga terdekat molekul.Ini adalah yaitu struktur yang relatif terbuka, molekul tidakberdempetan-dan, sebagai hasilnya, kepadatan relatif rendah.Setelah leleh, struktur ini sebagian dihancurkan, sehingga molekul-molekul air menjadi lebih erat dikemas bersama-sama (Gambar2.16b)pada suhu kamar rata-rata jumlah terdekat tetangga-molekul air telah meningkat menjadi sekitar 4,5, ini menyebabkanpeningkatan kepadatan . Konsekuensi dari fenomena anomalipembekuan kenal. Fenomena ini menjelaskan mengapa gunung esmengapung, mengapa, di iklim dingin, perlu untuk menambahkanantibeku untuk sistem pendingin sebuah mobil itu (untuk menjagablok mesin dari cracking), dan mengapa bekumencair siklusmemecah trotoar di jalan-jalan dan menyebabkan lubang untukbentuk.

RINGKASANElektron dalam Atom Tabel PeriodikBab ini dimulai dengan survei dasar-dasar struktur atom, penyajianBohr dan gelombangmekanik model elektron dalamatoms.Whereas model Bohr mengasumsikan elektron sebagai partikel yang mengorbit inti di jalan diskrit, dalam mekanikagelombang kita mempertimbangkan mereka untuk menjadigelombang-suka dan mengobati posisi elektron dalam haldistribusi probabilitas. Elektron energi negara yang ditentukan dalam hal jumlah kuantum yang menimbulkan kulit elektron dansubkulit. Konfigurasi elektron dari atom sesuai dengan cara di mana kerang ini dan subkulit terisi dengan elektron sesuai denganeksklusi Pauli principle.The tabel periodik unsur-unsur yang dihasilkan oleh susunan berbagai unsur sesuai dengan konfigurasielektron valensi.

Bonding Angkatan dan Energi Primer interatomik ObligasiIkatan atom dalam padatan dapat dipertimbangkan dalam halkekuatan menarik dan menjijikkan dan energi. Ketiga jenis ikatanprimer dalam padatan adalah ionik, kovalen, dan logam. Untukikatan ion, ion bermuatan listrik dibentuk oleh pemindahan elektronvalensi dari satu jenis atom ke yang lain; pasukan coulombic.Thereadalah berbagi elektron valensi antar atom yang berdekatan ketikaikatan adalah kovalen. Dengan ikatan logam, elektron valensimembentuk "lautan elektron" yang tersebar merata di sekitar coreion logam dan bertindak sebagai bentuk lem untuk mereka.Bonding sekunder atau van der Waals Bonding Kedua van derWaals dan ikatan hidrogen ini disebut sekunder, menjadi lemahdibandingkan dengan yang utama. Mereka hasil dari gaya tarik menarik antara dipol listrik, yang ada dua jenis diinduksi dan permanen. Untuk ikatan hidrogen, molekul yang sangat polarmembentuk ikatan hidrogen ketika kovalen untuk elemen non logamseperti fluor.