TUGAS

KIMIA PADATAN DAN ANTAR MUKA

PADATAN AMORF, METALIK DAN MOLEKULER

OLEH :

PUTRI DWI HUMAERAH (A1C4 12 009)

NOVA PERMATA INTAN (A1C4 12 043)

MAHFUZ ASIRI (A1C4 12 024)

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS HALU OLEO

KENDARI

2015

2

PADATAN AMORF, METALIK DAN MOLEKULER

Di alam ini, dikenal jenis zat dalam 3 bentuk atau fasa, yaitu padatan, cair,

dan gas. Jika diartikan secara sederhana, padatan adalah benda yang keras, zat cair

adalah benda yang berbentuk cairan/air yang dapat mengalir, dan gas adalah

benda yang tidak terlihat tapi dapat dirasakan keberadannya karena dapat

menyebar ke segala arah.

Zat padat adalah sebuah objek yang cenderung mempertahankan

bentuknya ketika gaya luar mempengaruhinya. Partikel penyusun padatan sangat

teratur dan hanya bervibrasi pada posisi tertentu sehingga tidak dapat bergerak

bebas. Berdasarkan gaya yang mengikat partikel penyusunnya padatan dibagi

menjadi padatan kovalen, ion, molekuler dan padatan logam sedangkan

berdasarkan pola geometrinya padatan dibagi menjadi padatan kristal dan padatan

amorf.

A. Padatan Amorf

Berdasarkan aspek geometrinya, padatan dibedakan menjadi tiga

kelompok utama yaitu kristal, semikristal dan amorf. Kristal adalah padatan yang

memiliki keteraturan yang kaku dan menjangkau-jauh atom-atomnya, molekul-

molekulnya atau ion-ionnya menempati tempat tertentu. Susunan atom, molekul

atau ion dalam padatan kristal adalah sedemikian rupa sehingga gaya tarik-

menarik antarmolekul pada keadaan maksimumnya. Gaya yang menyebabkan

kestabilan kristal dapat berupa gaya ion, ikatan kovalen, gaya van der Waals,

ikatan hidrogen atau kombinasi gaya-gaya ini.

3

Perbedaannya dengan amorf adalah jika dikarakterisasi menggunakan

XRD akan terlihat dari peak yang tajam-tajam pada kristalin dan sebaliknya pada

padatan amorf. Zat padat kristal adalah zat yang susunan atom-atom atau molekul-

molekulnya memiliki keteraturan jarak panjang dan periodik. Contoh dari zat

padat kristal adalah es, tembaga garam dan lain-lain.

Zat padat amorf adalah zat padat yang susunan atom-atomnya hanya

memiliki keteraturan jarak pendek. Misalnya adalah plastik, kaca, aspal. Selain

itu, bentuk strukturnya pun berbeda. Kristalin membentuk struktur tetrahedral,

sedangkan grafit berbentuk planar. Kristal memiliki bentuk yang lebih teratur dan

kaku, tapi kalau amorf lebih fleksibel sehingga dapat bergeser satu sama lain

(karena bentuknya planar yang bertumpuk). Fitur padatan amorf dapat dianggap

intermediat antara padatan dan cairan.

Gambar 1. Perbedaan struktur padatan kristalin (kiri) dan amorf (kanan)

4

Amorf (Amorphous), merupakan defenisi struktural dari suatu material,

dimana atom-atomnya tersusun secara tidak teratur, sehingga panjang dan sudut

ikatan antar atom juga tidak teratur. Kasus inilah yang diketahui sebagai bentuk

penyimpangan struktural. Padatan Amorf adalah padatan yang tidak memiliki titik

beku yang tetap dan kelarutan lebih bagus dibanding Kristal. Amorf memiliki pola

susunan atom-atom atau molekul-molekul yang acak dan tidak teratur secara

berulang. Amorf terbentuk karena proses pendinginan yang terlalu cepat sehingga

atom-atom tidak dapat dengan tepat menempati lokasi kisinya.

Beberapa sifat amorf :

a. Absorbsi zat berbentuk amorf lebih besar daripada bentuk Kristal karena

zat yang amorf lebih mudah larut.

b. Stabilitas produk berbentuk amorf lebih kecil daripada bentuk Kristal.

Susunan partikel dalam padatan amorf sebagian teratur dan sedikit agak

mirip dengan padatan kristalin. Namun, keteraturan ini, terbatas dan tidak muncul

di keseluruhan padatan. Banyak padatan amorf di sekitar kita seperti gelas, karet

dan polietena memiliki keteraturan sebagian. Beberapa ilmuwan bertahan dengan

pendapat bahwa padatan amorf dapat dianggap wujud keempat materi.

Padatan amorf, kedudukan partikel-partikelnya acak, satu sama lain tidak

teratur dan renggang. Rongga diantara partikel relatif luas/besar namun tak

teratur. Kaca adalah contoh zat padat amorf. Ketika kaca terjatuh dan pecah,

tampak pecahannya tak menentu. Pecahan ini dapat menunjukkan keadaan dari

struktur zat padat amorf. Partikel-partikelnya tersusun acak tidak menentu. Inilah

penyebabnya zat padat amorf tidak memiliki bentuk tertentu.

5

Gambar 2. Gelas kaca sebagai contoh padatan amorf

Beberapa contoh padatan amorf

No Amorf Penggunaan Material

1 Gelas kuarsa Serat optik

2 Gelas khalkogenida Membran selenium untuk mesin fotokopi

3 Silikon amorf Sel surya

4 Logam besi/kobal

amorf Bahan magnetik

5 Polimer Polistirene

6 Karbon amorf Karbon hitam (adsorben)

7 Silika gel Gel (adsorben)

B. Padatan Metalik

Atom logam adalah atom yang memiliki energi ionisasi yang kecil

sehingga electron valensinya mudah lepas dan menyebabkan atom membentuk

kation. Apabila ada dua atom logam yang saling berdekatan, maka akan terjadi

tumpang tindih antara orbital-orbitalnya sehingga membentuk suatu orbital

molekul yang baru. Peristiwa tumpang tindih orbital ini terjadi secara berulang-

ulang, sehingga dapat menyebabkan electron-elektron pada kulit terluar setiap

atom dipengaruhi oleh atom lain sehingga dapat bergerak bebas dalam kisi.

6

Padatan metalik atau logam tersusun atas atom-atom logam dalam pola

legular yang terikat oleh ikatan logam. Ikatan logam merupakan ikatan yang

terbentuk karena adanya gaya tarik-menarik yang terjadi antara ion-ion logam

yang bermuatan positif dengan electron-elektron yang bebas bergerak yang

bermuatan negative. Atom-atom logam ini, dapat diibaratkan seperti bola

pingpong yang terjejal rapat satu dengan yang lainnya.

Atom logam memiliki sedikit elektron valensi, sehingga sangat mudah

untuk dilepaskan dan dapat membentuk ion positif. Oleh karena itu, kulit terluar

atom logam relatif longgar (terdapat banyak tempat kosong) sehingga elektron

dapat berpindah dari 1 atom ke atom lain. Elektron-elektron valensi yang berbaur

membentuk awan elektron yang menutupi ion-ion positif logam.

Drude dan Lorentz mengemukakan bahwa logam sebagai suatu kristal

terdiri dari ion-ion positif logam dalam bentuk bola-bola keras dan sejumlah

elektron yang bergerak bebas dalam ruang antara. Elektron-elektron valensi logam

tidak terikat erat (karena energi ionisasinya rendah), sehingga relatif bebas

bergerak. Hal ini dapat dimengerti mengapa logam bersifat sebagai penghantar

panas dan listrik yang baik, dan juga mengkilat.

Model lautan elektron ini sesuai dengan sifat-sifat logam, seperti: dapat

ditempa menjadi lempengan tipis, ulet karena dapat direntang menjadi kawat, titik

leleh dan kerapatan yang tinggi. Logam dapat direntangkan dan dimampatkan

tanpa patah, karena atom-atom dalam struktur kristal harus berada diposisi yang

sedemikian rupa sehingga atom-atom yang bergeser akan tetap pada posisi yang

7

sama. Hal ini disebabkan mobilitas lautan elektron di antara ion-ion positif

merupakan penyangga.

Keadaan tersebut sangat berbeda dengan kristal ionik. Pada kristal ionik,

seperti NaCl, gaya pengikatnya adalah gaya tarik menarik antar ion-ion yang

muatannya berlawanan dengan elektron valensi yang menempati posisi tertentu di

sekitar inti atom. Apabila kristal ionik ini ditekan, maka menyebabkan keretakan

atau pecah. Hal ini disebabkan karena adanya pergeseran ion positif dan negatif

sedemikian rupa sehingga ion positif berdekatan dengan ion positif dan ion negatif

dengan ion negatif, peristiea tersebut menyebabkan terjadi tolak-menolak

sehingga kristal ionik menjadi retak atau pecah.

Ikatan logam merupakan ikatan yang terbentuk karena adanya gaya tarik-

menarik yang terjadi antara ion-ion logam yang bermuatan positif dengan

electron-elektron yang bebas bergerak yang bermuatan negative. Atom-atom

logam ini, dapat diibaratkan seperti bola pingpong yang terjejal rapat satu dengan

yang lainnya. Atom logam memiliki sedikit elektron valensi, sehingga sangat

mudah untuk dilepaskan dan dapat membentuk ion positif. Oleh karena itu, kulit

terluar atom logam relatif longgar (terdapat banyak tempat kosong) sehingga

elektron dapat berpindah dari 1 atom ke atom lain. Elektron-elektron valensi yang

berbaur membentuk awan elektron yang menutupi ion-ion positif logam.

Logam mempunyai banyak sifat fisis yang berbeda dari sifat-sifat fisika

padatan lainnya. Hal itu dapat dilihat dari daya pantul, daya hantar, dan sifat-sifat

mekanik yang dimiliki oleh logam. Beberapa logam memilki warna nyala yang

spesifik dan untuk mempertegas warna yang dihasilkan, biasanya digunakan

8

indikator. Secara kimia, kebaanyakan logam bersifat kurang stabil dan mudah

bereaksi dengan oksigen dalam udara dan dapat membentuk oksida dalam jangka

waktu yang berbeda-beda tiap logam.

Kemudahan suatu logam kehilangan elektron untuk menjadi kation

merupakan istilah reaktivitas dalam memberikan sifat logam. Logam yang sangat

reaktif mudah kehilangan elektron sehingga mudah dioksidasi. Mudahnya logam

teroksidasi merupakan sifat penting dari logam.

Elektron yang berada dalam kristal logam dimiliki oleh orbital-orbital

dengan nilai energi diskontinyu, dan situasinya hampir sama dengan elektron yang

mengelilingi inti atom. Tetapi, dengan meningkatnya jumlah orbital atom yang

berinteraksi banyak, celah energi dari teori MO menjadi lebih sempit, dan

akhirnya perbedaan antar tingkat- tingkat energi dapat diabaikan. Sehingga,

banyak tingkat energi akan bergabung membentuk pita energi dengan lebar

tertentu. Teori ini disebut juga dengan teori pita.

Logam adalah salah satu jenis material yang kegunaannya banyak

diaplikasikan dalam berbagai macam bidang. Salah satunya yaitu sebagai bahan

konstruksi, dimana ia memiliki sifat-sifat yang baik. Diantaranya yaitu memiliki

kuat tarik yang tinggi, bentuknya dapat diubah, mudah untuk disambung atau di

las, memiliki harga konduktivitas listrik yang tinggi, konduktivitas panas yang

tinggi, serta dapat dihaluskan sehingga permukaannya berkilau.

Tetapi, dalam keadaan tertentu, jenis material ini juga memiliki

kemampuan yang terbatas. Salah satu keterbatasannya yaitu material ini dapat

bereaksi dengan lingkungan disekelilingnya sehingga dapat menyebabkan

9

kerusakan. Reaksi logam dengan lingkungan disekelilingnya ini biasa disebut

dengan korosi. Bahan-bahan baru dari logam yang biasa juga disebut metalik

dalam beberapa penelitian digunakan untuk membuat material baru yang

mempunyai sifat yang lebih baik.

Padatan logam tersusun atas logam-logam sangat rapat, dapat berbentuk

kubus, trigonal dan lain-lain. Padatan logam sifatnya lunak hingga sangat keras

dan dapat mengkilap karena cahaya yang megenai permukaan logam dapat

dipantulkan oleh elektron. Contoh padatan logam yaitu besi dan tembaga.

Gambar 3. Contoh padatan logam, besi batangan

Gambar 4. Contoh padatan logam, tembaga

10

Secara singkat sifat padatan logam, yaitu :

- Titik didih dan titik leleh tinggi

Padatan logam memiliki titik didih yang tinggi. Gaya tarik menarik

yang terjadi antara kation logam dan elektron valensi cukup kuat.

Untuk memutuskan ikatan tersebut dibutuhkan energi yang sangat

besar. Itulah yang menyebabkan titik didih dan titik leleh suatu logam

sangat tinggi. Sebagai contoh tembaga meiliki titik leleh 1.083oC dan

titik didih 2.301oC sedangkan besi memiliki titik leleh 1.538C dan

titik didih 2.862C.

- Konduktor panas dan listrik

Padatan logam merupakan konduktor panas dan listrik yang sangat

baik, dimana daya konduktor merupakan mobilitas ion. Suatu logam

dapat juga menghantarkan listrik karena saat arus listrik dialirkan ke

logam, elektron akan berpindah sekaligus menghantarkan listrik dari

kutub negatif ke kutub positif. Logam dapat menghantarkan panas

karena energi panas menyebabkan elektron bergerak lebih cepat serta

tumbukan antara elektron dan proton semakin banyak sehingga

menghasilkan panas.

11

Gambar 5. Sifat logam dan konduktivitasnya

- Dapat ditempa dan di bentuk

Beberapa logam juga memiliki sifat dapat ditempa (malleable) dan dan

dibentuk serta diukur (ductille) tanpa harus menghancurkannya lebih

dahulu. Logam logam yang dapat ditempa diantaranya adalah

alumunium, tembaga, timbel, emas, dan perak. Adapun logam yang

dapat diulur adalah nikel, krom dan besi. Pada saat ditempa logam

dapat melunak karena pada saat logam dikenakan energi, susunan atom

logam tidak berubah, meskipun posisi atom berubah namun ion logam

tetap berikatan dengan elektron.

C. Padatan Molekuler

Padatan melekuler terbentuk oleh molekul-molekul atau atom-atom yang

terikat pada bentuk kisi oleh gaya antarmolekul semacam gaya Van der Waals.

Sifat dari padatan molekuler ialah relatif lunak, titik lelehnya rendah hingga

sedang, konduktor panas dan listrik yang lemah. Kristal dapat terbentuk tanpa

bantuan ikatan, tetapi dengan interaksi lemah antar molekulnya. Bahkan gas mulia

12

mengkristal pada temperatur sangat rendah. Argon mengkristal dengan gaya Van

der Waals dan mempunyai titik leleh -189,2oC. dapat terlihat bahwa Kristal argon

yang merupakan contoh dari padatan molekuler memiliki titik leleh yang rendah.

Penyebabnya karena gaya yang terlibat dalam padatan molekuler hanya gaya

antarmolekul yang relative lemah sehingga interaksi dalam padatan lebih mudah

putus saat diberi panas.

Pada umumnya, kristal terbentuk dari sutau jenis ikatan kimia antara atom

atau ion. Namun, pada kasus kristal molekular, kristal terbentuk tanpa bantuan

ikatan, tetapi melalui interaksi lemah antara molekulnya. Salah satu contoh dari

kristal molekular adalah kristal iodin.

Padatan molekul adalah zat-zat yang terdiri atas molekul-molekul dan

berwujud padat. Molekul-molekul itu merapat membentuk padatan. Setiap

molekul terdiri atas inti atom dan elektron-elektron yang terdapat dalam orbital

masing-masing, mengelilingi intinya. Antar molekul satu dengan molekul yang

lain saling tarik menarik dengan gaya tarik antar molekulnya. Jenis gaya tarik

bergantung pada jenis molekulnya.

Contohnya, I2 dan CO2 memiliki gaya tarik Van Der Waals, karena

molekul-molekul itu tergolong non polar, jadi terdapat gaya tarik antar molekul

non polar atau gaya tarik antar dipol sesaat. Sedangkan pada H2O, terdapat ikatan

hidrogen antara molekul satu dengan molekul lainnya, yaitu atom O molekul yang

satu dengan atom H pada molekul yang lain. Contoh dari padatan molekuler

seperti kristal dari senyawa organik netral, gas mulia seperti Argon, metana

(CH4), sukrosa (C12H22O11), es kering (Dry Ice atau CO2).

13

Gambar 6. Dry Ice atau es kering (CO2) sebagai contoh padatan molekuler