Postingan ketujuh - Faktor Penentu Ikatan dan Unsur (I)

Ikatan dan Unsur kimia ditentukan oleh dua faktor, yakni faktor geometri dan faktor elektronik. Berikut penjelasannya :

1.      Faktor Geometri

Pada faktor geometri, ikatan dan unsur dapat ditentukan oleh jari-jari atom dan ion, entalpi kisi, tetapan madelung, struktur kristal logam, kristal ionik, aturan jari-jari, dan variasi ungkapan struktur padatan.

a.      Jari-jari atom dan ion

Jari-jari atom adalah setengah jarak antara atom sejenis yang terikat dalam ikatan tunggal (Ramadani, 2016). Dalam pengelompokannya, jari-jari atom dan ion dikelompokkan menjadi tiga jenis, yaitu :

·         Jari-jari logam, adalah konsep jari-jari atom yang dapat diukur pada unsur-unsur logam saja. Oleh sebab itu dinamakan jari-jari logam. Jari-jari logam merupakan setengah jarak dari jarak internuklir terdekat atom-atom dalam kristal logam.

·         Jari-jari kovalen, merupakan pengukuran jari-jari dalam sebuah ikatan kovalen, biasanya atom yang memiliki jari-jari kovalen berasal dari unsur non logam. Jari-jari kovalen ditentukan dengan membandingkan jarak antara dua inti atom yang berikatan (Seran, 2010).

·         Jari-jari ionic, yakni jari-jari yang diperinci untuk senyawa-senyawa ionic saja dan yang dihitung pada pengklasifikasian jari-jari ionic ialah jari-jari ionnya, bukan jari-jari atomnya.

b.      Entalpi Kisi

Entalpi kisi dapat dihitung melalui sebuah siklus yang dinamakan siklus Born-Haber. Siklus Born-Haber menampilkan secara grafik proses pembentukan senyawa ionik dari unsur-unsurnya (Kilo, 2017). Untuk mengetahui nilai entalpi kisi sebuah senyawa siklus ini menggambarkannya dalam sebuah diagram perubahan entalpi. Didalam diagram, terdapat tanda panah yang mengarah keatas dan kebawah. Panah yang mengarah keatas berarti menampakkan entalpi yang bernilai positif dan panah yang mengarah kebawah menampilkan entalpi yang bernilai negative.

Contoh sederhana bagaimana siklus born-haber dapat menentukan entalpi kisi suatu senyawa dapat kita amati pada penentuan entalpi kisi natrium klorida berikut ini :

c.       Tetapan Madelung

Tetapan madelung sangat berkaitan dengan entalpi kisi. Interaksi total antara semua ion-ion yang terdapat dalam suatu kisi kristal dinyatakan dengan tetapan madelung (Sari, 2016). Tujuan utama dari tetapan madelung atau kerap disebut konstanta madelung sendiri adalah untuk menentukan potensial elektrostatik ion tunggal dengan kristal dengan cara memperkirakan ion dengan muatan titik.

d.      Struktur Kristal Logam

Unsur-unsur logam sebagian besarnya terbentuk menjadi tiga struktur logam. Yakni FCC (Face Centered Cubic), CCP (Cubic Close Packed), dan HCP (Hexagonal Close Packed).

·         Atom-atom kalsium, aluminium, tembaga, timbal, nickel, emas dan platina membentuk suatu struktur kristal dengan sebuah atom ditiap-tiap pojok kubus dan satu ditengah disetiap sisi kubus. Jika besi berada diatas temperatur kritis, maka susunan atomnya berbentuk FCC dan namakan besi gamma atau austenite

·         Struktur HCP banyak ditemukan pada kebanyakan logam seperti berilium, seng, kobalt, titanium, magnesium, dan cadmium. Karena jarak dari struktur lattice, baris-baris atom tidak dapat bergerak dengan mudah, sehingga logam ini memiliki plastisitas dan keuletan yang lebih rendah dari struktur kubik.

·         Dalam pengemasan CCP, ruang yang terisi cukup efisien yakni sekitar 74%. Mirip dengan pengepakan terdekat heksagonal, lapisan bola kedua ditempatkan pada setengah dari depresi lapisan pertama. Lapisan ketiga benar-benar berbeda dari dua lapisan pertama dan ditumpuk dalam depresi lapisan kedua, sehingga menutupi semua lubang oktahedral. Bola-bola di lapisan ketiga tidak sejalan dengan yang ada di lapisan A, dan struktur tidak mengulangi sampai lapisan keempat ditambahkan. Lapisan keempat sama dengan lapisan pertama, jadi susunan lapisannya adalah "a-b-c-a-b-c." (Krishna & Verma, 1981)

e.       Kristal Ionik

Struktur kristal ionic tersusun dari kation dan anion yang terikat melalui gaya elektrostatis. Struktur ini dipengaruhi oleh muatan relative dan ukuran relative ion-ion yang bersangkutan. Jika digambarkan dalam susunan tiga dimensi, maka dapat dilihat ion ion  yang berlawanan muatan terletak berselingan, terkemas rapat mengadakan kontak maksimum dengan ion-ion berlawanan muatan dan mengusahakan tolkan minimum antara ion-ion yang sama muatannya. Pada struktur ini, mulanya anion-anion akan membentuk kemasan rapat sedangkan kation yang berukuran lebih kecil akan menyesuaikan ukurannya pada rongga yang ada

f.        Aturan Jari-jari

Aturan jari-jari maksudnya bagaimana kita menentukan jari-jari sebuah ikatan atau senyawa. Pertama-tama yang harus kita lihat adalah bentuk kristalnya. Pada struktur, anion akan bersusun membentuk polihedra disekitar kation. Jari-jari dapat kita tentukan sesuai dengan nilai separuh sisi polyhedral.

g.       Variasi Ungkapan Struktur Padatan

Banyak padatan anorganik memiliki struktur 3-dimensi yang rumit.  Ilustrasi yang berbeda dari senyawa yang sama akan membantu kita memahami struktur tersebut.  Dalam hal senyawa anorganik yang rumit, menggambarkan ikatan antar atom, seperti yang digunakan dalam senyawa organik biasanya menyebabkan kebingungan.  Anion dalam kebanyakan oksida, sulfida atau halida logam membentuk tetrahedral atau oktahedral di sekeliling kation logam.  Walaupun tidak terdapat ikatan antar anion, strukturnya akan disederhanakan bila struktur diilustrasikan dengan polihedra anion yang menggunakan bersama sudut, sisi atau muka.  Dalam ilustrasi semacam ini,atom logam biasanya diabaikan.
Seperti telah disebutkan struktur ionik dapat dianggap sebagai susunan terjejal anion.  Gambar 2.12 dan 2-13 mengilustrasikan ketiga representasi ini untuk fosfor pentoksida molekular P2O5 (= P4O10) dan molibdenum pentakhlorida MoCl5 (= Mo2Cl10).  Representasi polihedra jauh lebih mudah dipahami untuk struktur molekul besar atau padatan yang dibentuk oleh tak hingga banyaknya atom.   Namun, representasi garis ikatan juga cocok untuk senyawa molekular (Mulyono, 2011).

References

Anonim. (n.d.). Wikipedia. Retrieved from Wikipedia ensiklopedia bebas.

Kilo, A. L. (2017, may 3). Akram La Kilo. Retrieved from Siklus Born Haber: http://dosen.ung.ac.id

Krishna, P., & Verma, A. (1981). Closed Packed Structures. International Union of Crystallography.

Mulyono. (2011, October). Sersan Mulyono. Retrieved from Variasi ungkapan struktur padatan: http://sersan-mulyono.blogspot.com

Ramadani. (2016). STRUKTUR ATOM DAN PERKEMBANGAN TEORI ATOM. Jurnal Ilmu Pendidikan, 8.

Sari, A. P. (2016, June). Chemical Education. Retrieved from Ikatan Ionik: http://anggunpurnamasr.blogspot.com

Seran, E. (2010, Oktober 10). chemistry for peace not for war. Retrieved from sistem periodik unsur: https://wanibesak.wordpress.com

Postingan keenam - ikatan dan unsur

Sama seperti manusia, atom-atom yang ada di alam tidak bisa jika mengandalkan hidup secara masing-masing, terkadang mereka juga perlu bergabung dan berikatan dengan atom lain untuk membentuk suatu unsur atau senyawa. Atas dasar itu, maka pada postingan kali ini saya akan membahas mengenai Ikatan dan Unsur dalam kimia.

1.      Pengertian Ikatan Kimia

Setelah mengetahui bahwa atom-atom dapat berikat dan tidak selalu individual, yang menjadi pertanyaan adalah, mengapa sih atom-atom tersebut perlu mengikat satu sama lain atau antar atom? Nah hal ini terjadi karena atom-atom tersebut memiliki tujuan untuk mencapai kesetimbangan seperti pada atom-atom yang berada pada golongan gas mulia (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Gas mulia dikatakan stabil karena memenuhi kaidah octet dan duplet. Aturan Oktet adalah kecenderungan unsur-unsur untuk menjadikan konfigurasi elektronnnya sama seperti gas mulia. Unsur gas mulia (Gol VIIIA) mempunyai elektron valensi sebanyak 8 (oktet) atau 2 (duplet, hanya unsur Helium). (Ruslan & Mariati, 2014)

Terdapat 3 jenis ikatan kimia berdasarkan cara atom mencapai kesetimbangan atau memenuhi kaidah octet dan duplet, yakni ikatan ion, ikatan kovalen, dan ikatan logam.

a.      Ikatan Ion

Singkatnya, suatu ikatan yang terjadi karena ada aktivitas penukaran electron didalamnya maka itu termasuk kedalam ikatan ion. Ikatan ion dapat terjadi anatara unsur logam (gol. IA – IIIA kecuali H, Be, B, dan golongan B) dan non logam (golongan VI A dan VII A). Pada ikatan Ion, apabila atom melepas electron, maka pada persamaan reaksinya akan tersemat ion positif pada atom tersebut yang jumlahnya sesuai dengan jumlah electron yang dilepasnya. Sedangkan pada atom yang menerima electron, maka pada persamaan reaksinya akan tersemat ion negative pada atom tersebut yang jumlahnya sesuai dengan jumlah electron yang diterimanya.

Contoh sederhananya adalah ikatan antara atom Na₁₁ dan Cl₁₇ yang membentuk senyawa NaCl pada gambar berikut :

Sumber : https://www.google.com/url?sa=i&source=images&cd=&ved=2ahUKEwiP1_jI4YLlAhW0W3wKHaceBdEQjRx6BAgBEAQ&url=https%3A%2F%2Fmaterikimia.com%2F10-contoh-ikatan-ion%2F&psig=AOvVaw1KhGI21jUhjcxiAysrmiNN&ust=1570283748109373

Penjelasannya sebagai berikut :

Langkah awal mengetahui bahwa didalam suatu senyawa terjadi ikatan ion adalah dengan melihat dua atom yang terlibat berasal dari golongan apa, jika memenuhi syarat ikatan ion (atom yang berikat adalah atom logam dan non logam) setelah itu kita konfigurasikan.

C₁₁ = 2 8 1 (perlu melepas satu electron untuk mencapai kesetimbangan)

Na₁₇ = 2 8 7 (perlu menerima satu electron untuk mencapai kesetimbangan)

Sehingga bentuk persamaan reaksinya adalah :

Na⁺ + Cl^-  -> NaCl

Sifat yang ditimbulkan oleh ikatan ion ialah :

1.      Titik didih dan titik lelehnya tinggi

2.      Keras tapi mudah patah

3.      Konduktor listrik (pada fase larutan dan lelehan)

4.      Konduktor kalor

5.      Larut dalam air, tetapi tidak larut dalam senyawa organic

b.      Ikatan Kovalen

Suatu unsur dapat dikatakan mengalami ikatan kovalen ketika atom pembentuknya mengalami pemasangan dan pemakaian electron Bersama. Syarat terjadi ikatan ini adalah harus berasal dari unsur nonlogam dan unsur nonlogam.

·         Ikatan kovalen  terbagi menjadi empat jenis apabila kita lihat dari struktur lewis dan jumlah electron yang dipakai secara bersamaan, yakni :

1.      Kovalen tunggal, jumlah electron yang dipakai secara bersamaan untuk mencapai titik kesetimbangan adalah satu electron.

2.      Kovalen rangkap dua, jumlah electron yang dipakai secara bersamaan untuk mencapai kesetimbangan adalah dua electron

3.      Kovalen rangkap tiga, jumlah electron yang dipakai secara bersamaan untuk mencapai kesetimbangan adalah tiga electron

4.      Kovalen koordinasi, ikatan ini mirip dengan ikatan ion. Sebenarnya salah satu atom yang berikatan sudah mencapai octet, namun masih kelebihan atom. Nah, dari kelebihan inilah atom berikat lagi dengan atom lainnya untuk membentuk suatu senyawa.

·         Sedangkan jika dilihat dari kepolarannya, ikatan kovalen dibagi menjadi dua, yakni :

1.      Ikatan kovalen polar, ikatan kovalen yang cenderung PEI nya tertarik ke salah satu atom yang berikatan. Kepolaran suartu ikatan kovalen ditentukan oleh keelektronegatifan suatu unsur. Senyawa ini biasanya terjadi antara atom-atom yang unsur keelektronegatifannya besar, membentuk molekul asimetris, dan mempunyai momen dipol [μ = hasil kali jumlah muatan (q) dengan jaraknya (r)] ≠ 0.

2.      Ikatan kovalen non polar,  Ikatan kovalen non polar terjadi jika pasangan elektron yang dipakai bersama, sama kuat ke semua atom yang berikatan. Ikatan ini terjadi dengan syarat dua atom yang berikatan mempunyai keelektronegativitas yang sama.

Sifat dari ikatan kovalen adalah :

1.      Pada suhu kamar umumnya berupa gas (misal H2, O2, N2, Cl2, CO2), cair (misalnya: H2O dan HCl), ataupun berupa padatan.

2.      Titik didih dan titik lelehnya rendah, karena gaya tarik-menarik antarmolekulnya lemah meskipun ikatan antaratomnya kuat.

3.      Larut dalam pelarut nonpolar dan beberapa di antaranya dapat berinteraksi dengan pelarut polar.

4.      Larutannya dalam air ada yang menghantar arus listrik (misal HCl) tetapi sebagian besar tidak dapat menghantarkan arus listrik, baik padatan, leburan, atau larutannya.

c.       Ikatan Logam

Ikatan logam adalah ikatan kimia yang terbentuk akibat penggunaan bersama electron elektron valensi antara atom-atom logam. Contoh: logam besi, seng, dan perak (Bitar, 2019). Sama seperti ikatan lainnya, ikatan logam sendiri memiliki sifat tersendiri, yakni :

1.   Atom-atom logam bisa diibaratkan seperti bola pingpong yang terjejal rapat satu sama lain.

2.  Atom logam memiliki sedikit elektron valensi, sehingga sangat mudah untuk dilepaskan dan membentuk ion positif.

3.  Maka dari itu kulit terluar atom logam relatif longgar (terdapat banyak tempat kosong) sehingga elektron bisa berpindah dari 1 atom ke atom lain.

4.    Mobilitas elektron dalam logam sedemikian bebas, sehingga elektron valensi logam mengalami suatu delokalisasi yaitu suatu keadaan dimana elektron valensi tersebut tidak tetap posisinya pada 1 atom, tetapi senantiasa berpindah-pindah dari 1 atom ke atom lain.

5. Elektron-elektron valensi tersebut berbaur membentuk awan elektron yang menyelimuti ion-ion positif logam

Pada ikatan logam terjadi proses saling meminjamkan elektron, hanya saja jumlah atom yang bersama-sama saling meminjamkan elektron valensinya (elektron yang berada pada kulit terluar) ini tidak hanya antara dua melainkan beberapa atom tetapi dalam jumlah yang tidak terbatas. Setiap atom menyerahkan elektron valensi untuk dipakai bersama, dengan demikian akan ada ikatan tarik menarik antara atom-atom yang saling berdekatan.

Jarak antar atom ini akan tetap sama, maksudnya bila ada atom yang bergerak menjauh maka gaya tarik menarik akan menariknya kembali ke posisi semula dan jika bergerak terlalu mendekat maka akan timbul gaya tolak menolak karena inti-inti atom berjarak terlalu dekat padahal muatan listriknya sama sehingga kedudukan atom relatif terhadap atom lain akan tetap.

Pada ikatan logam, inti-inti atom berjarak tertentu dan terletak beraturan sedangkan elektron yang saling dipinjamkan seolah-olah membentuk kabut elektron. Dalam logam, orbital atom terluar yang terisi elektron menyatu menjadi suatu sistem terdelokalisasi yang merupakan dasar pembentukan ikatan logam. Delokalisasi adalah suatu keadaan dimana elektron valensi tidak tetap posisinya pada 1 atom, tetapi senantiasa berpindah-pindah dari satu atom ke atom lain.

References

Bitar. (2019). Ikatan Logam : Pengertian, Ciri, Sifat, Dan Proses Pembentukan Serta Contohnya Lengkap.

Ruslan, & Mariati. (2014). EFEKTIFITAS METODE RESITASI DALAM MENINGKATKAN PRESTASI BELAJAR SISWA PADA MATERI IKATAN KIMIA DI KELAS X SMA N 1 BAITUSSALAM ACEH BESAR. Baitussalam: Serambi Akademica.