tugas kimfis

Upload: linggar-anindita

Post on 05-Oct-2015

274 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

pemicy

TRANSCRIPT

5. Teknik difraksi sinar-X menawarkan metode yang akurat untuk menentukan panjang ikatan dan sudut ikatan dalam molekul pada keadaan padat. Peta kontur kerapatan elektron dari pola difraksi dapat dibuat karena adanya sinar X sehingga dapat diketahui kerapat elektron relatif di berbagai lokasi pada molekul. Dengan ini, kita dapat menentukan posisi inti dan parameter geometris molekul. Kristal dapat diklasifikasikan berdasarkan empat jenis, yaitu ionik, kovalen, molekul, dan logam yang strukturnya ditentukan oleh jenis ikatan pada partikel.a. Jelaskan empat jenis Kristal tersebut, tuliskan perbedaan atau sifat umum dan contohnya dalam tabelJAWAB:Terdapat empat jenis Kristal berdasarkan jenis ikatannya atom atau molekul atau ionnya, yaitu:1. Kristal Molekul adalah Kristal yang terbentuk tanpa bantuan ikatan, tetapi melalui interaksi lemah antara molekulnya. Gaya antarmolekul pada Kristal molecular relative lemah, namun masih mampu untuk menyatukan molekul-molekul. Kristal molekul terdiri dari dua, yaitu Kristal van der Waals dimana daya tarik antar molekulnya adalah dipole-dipol, dipole-diinduksi dipole, dan gaya dispersi dan kristal ikatan hydrogen dimana daya tarik antar molekulnya disebabkan karena ikatan hidrogen. Kristal molekul memiliki energi kohesif yang lebih kecil dibandingkan kristal logam, kristal ionic, dan kristal kovalen. Untuk molekul dengan ukuran yang sama, kristal ikatan hidrogen memiliki energi kohesif yang lebih besar dibanding dengan energi kohesif kristal van der Waals. Nilai energi kohesif dan titik leleh meningkat, seiring dengan peningkatan ukuran molekul.2. Kristal Logam adalah kristal dengan kisi yang terdiri atas atom logam yang terikat melalui ikatan logam, biasanya ikatan antara senyawa logam dan non logam. Dalam kristal logam, ion-ion positif logam teratur rapi yang terikat kuat menjadi satu yang dikelilingi oleh arus elektron. Kejadian inilah yang menyebabkan kristal logam dapat menghantar listrik atau sebagai konduktor listrik. Bila dua atom logam saling mendekat, maka akan terjadi tumpah tindih antara orbital-orbitalnya sehingga membentuk suatu orbital molekul. Terjadinya tumpang tindih orbital yang berulang-ulang menyebabkan elektron-elektron pada kulit terluar setiap atom dipengaruhi oleh atom lain sehingga dapat bergerak bebas di dalam kisi. Dalam ikatan logam, terjadi interaksi antara atom atau ion dengan elektron bebas di sekitarnya sehingga dapat membuat logam mempertahankan strukturnya bila diberikan suatu gaya yang kuat. 3. Kristal ionik adalah kristal yang terbentuk karena adanya gaya tarik menarik elektrostatik antara ion bermuatan positif dan negative. Ion-ion ini dapat terikat satu sama lain karena adanya energi kohesif yang berasal dari energi potensial listrik. Kristal ionic dapat terbentuk saat pemadatan garam, baik dari lelehan cairan maupun kondensasi larutan.4. Kristal Kovalen. Atom atom penyusun kristal kovalen secara berulang terikat melalui suatu ikatan kovalen membentuk suatu kristal dengan struktur yang mirip dengan polimer. Atom-atom yang berikatan kovalen menggunakan bersama sepasang elektron atau lebih. Ikatan pada kristal kovalen terjadi antara senyawa non logam dengan non logam dimana interaksi atom-atomnya memiliki perbedaan elektronegativitas yang kecil. Terbentuknya ikatan kovalen dari atom-atom karena adanya kencendurungan dari atom-atom untuk memiliki konfigurasi elektron gas mulia.Jenis KristalJenis IkatanSifat-sifatContoh

KovalenKovalen = elektron yang digunakan bersamaanSangat keras, titik leleh tinggi (4000 K), sukar larut dalam cairan, tembus cahaya, konduktor yang burukBerlian, grafit, asbes, Si, SiO2, SiC, intan

IonikIonik = Gaya tarik menarik elektrostatik antaraion positif dan negatif.Keras, stabil,larut dalam cairan polar, konduktor yang buruk, tembus cahaya, suhu penguapannya tinggi (1000-2000 K), menyerap radiasi inframerahCsCl, NaCl, ZnS, MgO, CaCl2, KNO3.

LogamLogam = Gaya tarik menarik elektroststik antaraion positif logam dengan gas electronBerkilauan, penghantar listrik dan kalor dengan baik, tidak tembus cahaya, dapat dicampurkan dengan senyawa lainFe, Cu, Ag, Na, Alloy

MolekulVan derWaals = akibat distribusi muatan yang tdak simetris.

Hidrogen = Gaya tarik menarik elektrostatika kuatantara atom H dengan atom N, O atau F

Lunak, titik lebur dan titik didihrendah, larut dalam cairan kovalen

Lebih kuat dari ikatan Van derWaals, titik lebur dan titik didih lebih tinggi dari ikatan van der WaalsNe, H2O, Ar, Co, CO2, O2, HI, CH3CH2Br, C6H5NO2, HgCl2, SnCl4, HF, NH3

b. Definisikan istilah berikut: crystalline solid, lattice point, unit cell, coordination number, closest packing? Tuliskan sistem kristal dan simetrinya dalam tabel. Bagaimana cara penentuan pusat simetri atau point group?JAWAB:Crystalline solid atau padatan kristal adalah material padat yang tersusun dari atom, molekul, atau ion yang tersusun secara teratur dalam ruang serta tidak dapat bergerak bebas.Lattice point atau titik kisi adalah titik-titik yang menyusun susunan geometrik pada kristal secara teratur. Lattice point merepresentasikan posisi ekuivalen di dalam kisi Bravais. Lattice point dapat diisi oleh satu atom atau satu atau lebih grup atom. Unit Cell adalah unit terkecil berbentuk kotak-kotak kubus pada kristal yang berisi atom-atom identik yang diatur dalam tiga dimensi. Ada dua jenis unit sel, yaitu unit cell primitive dan unit cell non primitive. Unit cell primitive adalah unit sel yang terbentuk dari gabungan titik kisi yang berdekatan dengan garis lurus unit sel dimana terdapat titik-titik kisi di sudut sel. Unit cell non primitive adalah unit sel yang terbentuk dengan titik kisi yang terletak di muka atau tengah unit sel

Gambar 1. Unit Sel dan Lattice PointCoordination Number adalah jumlah atom tetangga yang mengelilingi setiap atom dalam struktur kristal yang nilainya sama untuk setiap atomClosest Packing adalah struktur pada unit sel yang menganggap atom sebagai bola padat berjari-jari yang diletakan sedemikian rupa dalam unit sel supaya saling bersinggungan membentuk susunan mampat. Terdapat beberapa jenis susunan mampat, yakni HCP (Hexagonal Close Packing) dan CCP (Cubic Close Packing).HCP adalah struktur Kristal dengan struktur unit selnya heksagonal sedangkan CCP adalah struktur kristal dengan struktur unit selnya kubikSISTEM KRISTALAda tujuh sistem kristal yang dibagi berdasarkan tujuh jenis kisi tiga dimensi yang digunakan untuk mengklasifikasikan kristal. Dari ketujuh sistem Kristal tersebut terdapat adanya empat belas kemungkinan unit sel yang disebut kisi Bravais.

SistemSumbuSudutSimetri EsensialJumlah KisiContoh

KubikEmpat rotasi lipat-33NaCl

TetragonalSatu rotasi lipat-42Timah putih

ArtorombikTiga rotasi lipat-2 tegak lurus4Belerang rombik

MonoklinikSatu rotasi lipat-22Belerang monoklinik

HeksagonalSatu rotasi lipat-61Grafit

RhombohedralSatu rotasi lipat-31Kalsit

TriklinikTidak perlu simetri1K2Cr2O7, CuSO4.5H2O

Gambar 2. Kisi Bravais

Penentuan Pusat Simetri atau Point GroupPusat Simetri adalah titik dalam kristal, dimana untuk melaluinya dibuat garis lurus sedemikian rupa sehingga pada sisi yang satu dengan sisi yang lain dengan jarak yang sama akan memiliki tepi, sudut, bidang yang sama. Pusat Simetri selalu berhimpit dengan pusat kistal. Penentuan pusat simetri dapat dilakukan dengan membuat garis bayangan di tiap-tiap titik pada permukaan kristal yang dapat menembus pusat kristal sehingga akan dijumpai titik lain di permukaan sisi lain dengan jarak yang sama terhadap pusat kristal pada garis bayangan tersebut.c. Jelaskan geometri sel kubik berikut: kubik sederhana, body-centered cubic (BCC), face-centered cubic (FCC). Manakah dari struktur ini yang memberikan kepadatan tertinggi untuk jenis atom yang sama? Untuk struktur atom identik, berapa banyak atom yang terkandung dalam kubus sederhana, BCC, dan FCC? JAWAB:Struktur dari sebuah kristal ditentukan oleh gaya antara atom-atom, banyaknya atom, dan ukuran atom yang terdapat dalam kristal. Di dalam unit sel terdapat tiga jenis atom, yaitu atom sudut yang terdapat di setiap titik-titik sudut, atom muka (face) yang terdapat di setiap sisi-sisi kubus, dan atom badan (body) yang terdapat di pusat kubus. Atom-atom yang berbeda posisinya tersebut berbago dengan unit sel lainnya sehingga atom sudut akan berbagi dengan 8 sel lain (1/8 atom per sel), atom muka akan berbagi dengan 2 sel lain (1/2 atom per sel), dan atom badan tidak berbagi dengan sel lain ( 1 atom per sel). Biasanya, atom-atom dalam Kristal dianggap sebagai bola padat berjari-jari ( R ) dimana bola tersebut diletakan sedemikian rupa agar saling bersinggungan satu sama lain sehingga dapat dibentuk struktur close packed. Susunan ini juga membentuk rongga-rongga di antara bola-bola padat tesebut. Untuk mengetahui factor tumpukan/kerapatan/kepadatan atom dalam unit sel dapat dirumuskan dengan Atomic Packing Factor (APF). APF adalah fraksi volume dari unit sel yang ditempati bola-bola padat, dengan persamaan

Ada tiga struktur close packed dalam sel kristal berbentuk kubus, yaitua. Kubik Sederhana Gambar 3. Struktur Kubik SederhanaStruktur kubik sederhana mempunyai satu titik kisi di setiap titik sudutnya. Unit sel kubik sederhana memiliki satu buah atom yang diperoleh dari pembagian rata delapan titik di setiap titik sudutnya ( 8 x 1/8). Hubungan panjang sisi kristal dengan jari-jari atomnya adalah dengan nilai APF, yaitu

Artinya 52 % dari volume sel satuan kubik sederhana ditempati oleh atom-atom, dan sisanya 48 % merupakan tempat kosong. Contohnya CsCl,CuZn,CsBr,LiAg

b. Body-Centered Cubic (BCC)

Gambar4. Struktur Body-Centered CubicStruktur BCC mempunyai sebuah atom pada pusat kubus dan sebuah atom pada setiap titik sudut kubus. Atom-atom bersentuhan satu dengan lainnya di sepanjang diagonal ruang. Unit sel BCC mempunyai dua buah atom yang diperoleh dari jumlah delapan seperdelapan atom pada delapan titik sudutnya ditambah satu atom pada pusat kubus ( 8 x 1/8 + 1). Hubungan panjang sisi kristal dengan jari-jari-jari atomnya adalah dengan nilai APF, yaitu Contohnya Na,Li,K,Rb,Cs,Cr,Fe,Nbc. Face-Centered Cubic (FCC)

Gambar 5. Struktur Face-Centered Cubic (BCC)Struktur FCC mempunyai sebuah atom pada pusat semua sisi kubus dan sebuah atom pada tiap titik sudut kubus. Unit sel FCC mempunyai empat atom yang diperoleh dari jumlah delapan seperdelapan atom pada delapan titik sudutnya ditambah dengan enam setengah atom pada enam sisi kubusnya (8 x 1/8 + 6 x 1/2 ). Atom-atom bersentuhan satu sama lain sepanjang diagonal sisi. Hubungan panhang sisi Kristal dengan jari-jari atomnya adalah dengan nilai APF, yaitu

Jadi, struktur FCC memberikan kepadatan tertinggi untuk jenis atom yang sama. Contohnya Cu,Ag,Au,Al,Pb,Ni,Fe,Nb

d. Ikatan koordinasi partikel dalam Kristal adalah jumlah tetangga terdekat yang mengelilinginya. Berapakah ikatan koordinasi sel kubik: sel kubik sederhana, body-centered cubic (BCC), dan face-centered cubic (FCC)? Asumsikan atom berbentuk bola identikJAWAB: Jumlah ikatan koordinasi atau bilangan koordinasi merupakan jumlah atom tetangga yang mengelilingi setiap atom dalam struktur kristal yang nilainya sama untuk setiap atom yang identik. Struktur body-centered cubic (BCC) memiliki bilangan koordinasi 8 karena tiap atom dalam unit sel BCC dikelilingi oleh 8 atom tetangga. Jarak tetangga terdekatnya adalah . Struktur sel kubik sederhana memiliki bilangan koordinasi 6 karena tiap atom dalam unit sel kubik sederhana bersinggungan dengan 6 atom tetangga. Jarak tetangga terdekatnya adalah a. Pada struktur face-centered cubic memiliki bilangan koordinasi 12 karena tiap unit selnya bersinggungan dengan 12 atom tetangga. Jarak tetangga terdekatnya adalah e. Europium mengkristal dalam kisi kubus berpusat badan (BCC) (atom Eu hanya menempati satu titik kisi). Densitas Eu adalah 5.26 g/cm3. Hitung unit cell edge length?JAWAB:BCC = 4 atom/unit cell Konversi densitas menjadi mol/

Penentuan jumlah atom (dikalikan dengan bilangan Avogadro)

BCC mempunyai 2 atom/unit cell, sehingga

Perhitungan volume per unit cell ()

Unit cell edge length Europium adalah

f. Dalam sel unit BCC, atom pusat terletak pada diagonal internal sel dan menyentuh atom sudut. Tentukan (a) panjang diagonal dalam hal r (jari-jari atom)? (b) Jika panjang tepi kubus adalah a, berapa panjang wajah diagonal? (c) Turunkan ekspresi a dalam r. (d) Berapa banyak atom dalam sel unit ini? (e) Berapa fraksi volume sel unit yang diisi dengan bola?

JAWAB:Sel unit body-centered cubic merupakan salah satu struktur close packed pada sel kristal kubus. Unit sel BCC mempunyai dua buah atom yang diperoleh dari jumlah delapan seperdelepan atom pada delapan titik sudutnya ditambah satu atom pada pusat kubus (8 x 1/8 + 1). Atom pusat besentuhan dengan atom sudut sepanjang diagonal ruang

a) Panjang diagonal dalam hal jari-jari yaitu 4Rb) Jika panjang tepi kubus adalah a, maka panjang diagonal adalah c) Hubungan antara jari-jari atom ( R ) dengan panjang tepi kubus (a) adalah atau Jika kita turunkan eksperisa a dalam r, maka

Sehingga akan didapatkan,

d) Banyak atom sel dalam unit BCC, yaitu 2 atom yang diperoleh dari satu atom pada pusat sel dan atom pada titik sudut tiap-tiap sudut sel satuane) Fraksi volume sel unit yang ditempati bola-bola atom disebut Atomic Packing Factor (APF).Unit BCC memiliki atom berbentuk bola sehingga volumenya adalah , unit sel berbentuk kubus sehingga volumenya adalah , dan jumlah atom per unit sel adalah 2, sehingga

g. Jika padatan berbentuk dengan cepat akan dihasilkan padatan amorf, contohnya kaca. Apa yang dimaksud padatan amorf? Jelaskan kenapa fenomena ini dapat terjadi? Apa perbedaan antara padatan amorf dan Kristal pada tingkat makroskopik dan molekul? Definisikan kaca dan sebutkan komponen utama dari kaca, serta jelaskan tiga jenis kaca?JAWAB:Padatan amorf adalah padatan polikristal yang memiliki pola struktur geometri yang berbeda-beda, partikel-partikelnya bergerak secara acak sehingga tidak memiliki bentuk tertentu. Contoh dari padatan amorf adalah kaca dan gelas. Padatan amorf dapat dibentuk karena pendinginan yang terlalu cepat sehingga atom-atomnya tidak dapat mencapai lokasi kisinya dan menyusun diri secara acak. Proses pembentukan padatan amorf tidak melepaskan kalor lebur jenis sehingga kaca dapat dinyatakan sebagai zat cair yang sangat dingin karena struktur partikel-partikel penyusunnya yang saling berjauhan seperti dalam zat cair namun dia sendiri berwujud padat. Pada tingkat molekul dan makroskopik, padatan Kristal berbeda dengan padatan amorf. Padatan Kristal mempunyai molekul yang tersusun secara berulang dan teratur dalam rantai yang panjang dengan pola khusus. Pada padatan amorf molekulnya tersusun dengan keteraturan yang pendek. Padatan amorf berwujud padat tapi susunan atom-atomnya seperti zat cair karena ketika padatan amorf dipanaskan, ia akan meleleh (titik leleh tidak tajam) sedangkan padatan kristal berwujud padat dengan susunan atom-atomnnya seperti zat padat karena ketika kristal dipanaskan ia akan meleleh ketika mencapai suhu tertentu (titik leleh tajam). Kristal bersifat anistropik yaitu sifat-sifat fisisnya bergantung pada arah ketika sifat tersebut diukur, contohnya ketahanan terhadap geseran pada kristal akan berbeda jika arah geseran berbeda. Padatan amof bersifat isotropik yaitu sifat-sifat fisisnya sama ke segala arah.

Gambar 6. Struktur Kristal (kiri) dan Struktur Amorf (kanan)

PADATAN AMORF KACAKaca merupakan sebuah substansi yang keras dan rapuh yang merupakan hasil penguraian senyawa senyawa inorganik yang telah mengalami pendinginan tanpa kristalisasi. Kaca adalah material amorf yang pada suhu biasa mempunyai bentuk yang keras, tetapi apabila dipanaskan, lama kelamaan akan menjadi lunak, sesuai dengan suhu yang meningkat dan akhirnya menjadi kental hingga mencapai keadaan cair.Kaca bersifat tahan terhadap bahan kimia, efektif sebagai isolator listrik, dan tidak tahan terhadap benturan. Komponen utama dari kaca adalah silica (SiO2) serta Na2O, CaO, dan beberapa zat tambahan.Bahan baku utama dari kaca, yaitu:1. Pasir SilikaPasir silika merupakan sumber dari SiO2. Pasir silika berguna untuk membentuk cairan gelas yang sangat kental yang memiliki ketahanan terhadap perubahan temperatur yang mendadak.2. Dolomite (CaO.MgO.H2O )Dolomite digunakan sebagai sumber CaO dan MgO dan untuk mempermudah peleburan, serta mempercepat proses pendinginan kaca.3. Soda Ash (Na2CO3)Soda Ash ini digunakan sebagai sumber Na2O dan K2O. Fungsi dari Na2O adalah menurunkan titik lebur4. CulletCulletmerupakan sisa sisa dari pecahan kaca yang dapat digunakan sebagai salah satu bahan baku utama dari produksi kaca. Tujuan dari penggunaanculletini adalah mengurangi 3 bahan baku utama di atas sehingga biaya produksi dapat semakin kecil dan dapat memperkecil titik lebur dari pembuatan kacaBahan baku pendukung lainnya, antara lainFeldspar,Calumite,Sodium Nitrate,Blue Dust,Nickel Oxide,Cobalt Oxide,Salt Cake,NephelinedanSodium Selenite. Jenis-jenis kaca, yaitu silica lebur, alkali silikat, kaca soda gamping, kaca timbal, kaca borosilikat, kaca khusus, dan fiber glass. 1. Silika lebur. Silika lebur atau silika vitreo dibuat melalui pirolisis silikon tetraklorida pada suhu tinggi, atau dari peleburan kuarsa atau pasir murni. Kaca ini mempunyai ciri-ciri, yaitu mempunyai titik pelunakan tinggi, ketahanan termal lebih tinggi, sangat transparan terhadap radiasi ultraviolet. 2. Alkali silikat.Alkali silikat adalah kaca dua komponen yang larut dalam air (water soluble glass), adhesif , dan mempunyai sifat tahan api.3. Kaca soda gamping.Kaca ini digunakan untuk membuat segala macam bejana, kaca lembaran, jendela mobil dan barang pecah belah.4. Kaca timbal, yaitu kaca yang berguna di bidang optik, karena mempunyai indeks refraksi dan dispersi yang tinggi dan mempunyai tahanan listrik yang tinggi. 5. Kaca borosilikat atau pyrex Kaca jenis ini mempunyai koefisien ekspansi termal rendah, lebih tahan terhadap kejutan dan mempunyai stabilitas kimia tinggi, serta tahanan listrik tinggi. 6. Serat kaca (fiber glass). Serat kaca dibuat dari komposisi kaca khusus, yang tahan terhadap kondisi cuaca

TEORI DASARZat padat dapat dibedakan menjadi dua, yaitu Kristal dan amorf. Dalam padatan Kristal, atom-atom berikatan secara teratur membentuk struktur yang rapi dan tidak dapat bergerak bebas sedangkan padatan amorf atom-atom yang berikatan membentuk struktur yang berbeda-beda. Kristal dapat diklasifikasikan menjadi empat jenis berdasarkan jenis ikatan pada kisi-kisinya, yaitu Kristal molekul, Kristal logam, Kristal ionic, dan Kristal kovalen. Struktur Kristal digambarkan dalam bentuk unit sel, yaitu unit terkecil yang berisi atom-atom yang diukur dalam tiga dimensi. Sistem Kristal merupakan pengelompokan Kristal berdasarkan elemen simetrinya. Terdapat tujuh sistem Kristal dengan sudut dan panjang sumbu yang berbeda-beda, yaitu kubik, tetragonal, orthorombik, trigonal, hexagonal, monoklinik , dan triklinik. Dari ketujuh sistem Kristal tersebut dapat dinyatakan empat belas kemungkinan unit sel yang mencakup kemungkinan suatu titik kisi terletak di muka atau tengah sel. Sistem Kristal ditentukan berdasarkan persamaan Bragg, yaitu Struktur Kristal ditentukan oleh gaya antara atom-atom dan ukuran atom dalam Kristal dimana atom-atom tersebut disusun di dalam unit sel Kristal sedemikian rupa sehingga membentuk struktur close packed. Ada tiga struktur close packed pada Kristal kubik, yaitu face-centered cubic close packing, cubic close packing, dan body-centered cubic close packing. Ketiga struktur tersebut memiliki jumlah atom yang berbeda, bilangan koordinasi yang berbeda, serta factor tumpukan atom yang berbeda.