ikatan dan unsur kimia

IKATAN DAN STRUKTUR

A.Ikatan Kimia

     Ikatan kimia adalah gaya yang mengikat atom-atom dalam molekul atau gabungan ion dalam setiap senyawa.Ikatan kimia sangatlah bervariasi.Pada umumnya,ikatan kovalen dan ikatan Ion dianggap sebagaiikatan kuat.sedangan ikatan hidrogen dianggap ikatan lemah.Dikemukakan oleh Gilbert Newton Lewis dari Amerika dan Albrecht kossel dari Jerman.

1.Ikatan Ion

 Ikatan ion adalah ikatan yang terbentuk karena adanya gaya tarik menarik secara elektrostatis yang terjadi di antara ion positif dan negatif.

   Atom yang energi ionisasinya rendah akan mudah membentuk ion positif karena melepaskan elektron. Kemudian elektron tersebut ditangkap oleh atom yang memiliki afinitas elektron yang besar membentuk ion negatif karena ia mudah menerima elektron. Sehingga akan terjadi gaya tarik menarik dan terbentuklah senyawa yang bersifat netral.

     

                               

2.Ikatan Kovalen

Ikatan kovalen adalah ikatan yang terjadi karena adanya pemakaian pasangan elektron secara bersama-sama. Namun jika pasangan elektron yang dipakai bersama itu berasal dari salah satu atom, ikatan ini disebut sebagai ikatan kovalen koordinasi.Ada berbagai senyawa yang merupakan ikatan kovalen misalnya O2, NH3, SO3, dan sebagainya. Di dalam senyawa kovalen juga ada bisa membentuk ikatan tunggal yang disebut sebagai ikatan kovalen tunggal. Lalu ada senyawa dengan ikatan rangkap dua yang disebut dengan ikatan kovalen rangkap dua. Selain itu terdapat juga ikatan kovalen rangkap tiga.

                    

3.Ikatan Logam

    Ikatan logam adalah ikatan kimia yang memiliki ciri-ciri yaitu bisa menjadi penghantar panas maupun arus listrik, dapat atau mudah ditempa, bersifat ulet, dan juga bisa diulur menjadi kawat.Ikatan logam terdiri dari ion logam yang positif di lautan elektron yang merupakan valensi elektron dari setiap atom dan saling bertumpang tindih.Elektron-elektron tersebut bebas bergerak dan mengelilingi inti di dalam kristal.Elektron yang bisa bebas bergerak ini dikenal dengan sebutan elektron dislokasi. Sedangkan gaya tarik antar atom-atom menyebabkan terjadinya ikatan logam.

                                                         

B.Faktor geometri yang menentukan ikatan dan struktur

1.Jari-jari Atomik dan Ionik

>Atomik

Kerapatan elektron dalam atom secara perlahan akan menuju, tetapi tidak pernah mencapai nol ketika jarak dari inti meningkat. Oleh karena itu, secara ketat dapat dinyatakan bahwa jari-jari atom atau ion tidak dapat ditentukan.Separuh jarak antar atom didefinisikan juga sebagai jari-jari kovalen zat elementer.

>Ionik

Jari-jari ionik standar satu spesies ditetapkan terlebih dahulu dan kemudian dikurangkan dari jarak antar ion untuk menentukan jari-jari ion partnernya. Sebagai standar, jari-jari ion O2- dalam sejumlah oksida ditetapkan sebesar 140 pm (1 pm = 10-12 m).

2.Entalpi Kisi

Ketika ion-ion dalam keadaan gas bereaksi satu dengan yang lainnya membentuk senyawa kemudian melepaskan entalpi atau mengubah nilai entalpi, itulah yang disebut entalpi kisi. Sebagai contoh adalah pembentukan NaCl yang biasanya melepaskan kalor ke lingkungan: Na+ (g) + Cl - (g) ⇌ NaCl (s). Siklus Born-Haber adalah suatu pendekata yang digunakan untuk menganalisis energi reaksi.Untuk memutuskan ion-ion bebas dari kisi membutukan energi yang besar.Nilai kisi tergantung pada kekuatan ikatan ion.Ikatan ion berkaitan dengan ukuran dan muatan ion.

                         

3.Tetapan Madelung

Energi potensial Coulomb total antar ion dalam  senyawa ionik yang terdiri atas ion A dan B adalah penjumlahan energi potensial Coulomb interaksi ion individual, Vab.  Karena lokasi ion-ion dalam kisi kristal ditentukan oleh tipe struktur, potensial Coulomb total antar ion dihitung dengan menentukan jarak antar ion d. A adalah tetapan Madelung  yang khas untuk tiap struktur kristal.

C.Struktur Kristal Logam

Kebanyakan bahan logam mempunyai tiga struktur kristal:

• kubus berpusat muka (face-centered cubic).
• kubus berpusat badan (body-centered cubic).
• heksagonal tumpukan padat (hexagonal close-packed)                                             

1.Face Cetered Cubic (FCC)

      

                             

Gambar 2a menunjukkan model bola pejal sel satuan FCC,Gbr 2b: pusat-pusat atom digambarkan dengan bola padat kecil.Sel satuan FCC mempunyai empat (4) buah atom, yang diperoleh dari jumlah delapan seperdelapan-atom pada delapan titik sudutnya plus enam setengah-atom pada enam sisi kubusnya (8 1/8  + 6 1/2).Atom-atom atau inti ion bersentuhan satu sama lain sepanjang diagonal sisi. Hubungan panjang sisi kristal FCC, a, dengan jari-jari atomnya, R, ditunjukkan oleh persamaan berikut:

Tiap atom dalam sel satuan FCC ini dikelilingi oleh duabelas (12) atom tetangga, hal ini berlaku untuk setiap atom, baik yang terletak pada titk sudut maupun atom dipusat sel satuan (lihat Gambar 2a). Jumah atom tetangga yang mengelilingi setiap atom dalam struktur kristal FCC yang nilainya sama untuk setiap atom disebut dengan bilangan koordinasi (coordination number). Bilangan koordinasi struktur FCC adalah 12.Faktor tumpukan atom (atomic packing factor, APF) adalah fraksi volum dari sel satuan yang ditempati oleh bola-bola padat, seperti ditunjukkan oleh persamaan berikut:

2. Body Centered Cubic (BCC)

                           

Struktur kristal kubus berpusat badan (BCC): (a) gambaran model bola pejal sel satuan BCC, (b) Sel satuan BCC digambarkan dengan bola padat kecil, (c) Sel satuan BCC yang berulang dalam padatan kristalin.Sel satuan BCC mempunyai dua (2) buah atom, yang diperoleh dari jumlah delapan seperdelapan atom pada delapan titik sudutnya plus satu atom pada pusat kubus (8 1/8 + 1).Atom-atom atau inti ion bersentuhan satu sama lain sepanjang diagonal ruang. Hubungan panjang sisi kristal BCC, a, dengan jari-jari atomnya, R, diberikan sebagai berikut:

Tiap atom dalam sel satuan BCC ini dikelilingi oleh delapan (8) atom tetangga (lihat Gambar 3a), sebagai akibatnya bilangan koordinasi struktur BCC adalah 8.Karena struktur BCC mempunyai bilangan koordinasi lebih kecil dibandingkan dengan bilangan koordinasi FCC, maka faktor tumpukan atom struktur BCC, yang bernilai 0.68, adalah juga lebih kecil dibandingkan dengan faktor tumpukan atom FCC.

3.Hexagonal Close Packed (HCP)

                                 

Gambar Struktur kristal heksagonal tumpukan padat (HCP): (a) sel satuan HCP digambarkan dengan bola padat kecil, (b) sel satuan HCP yang berulang dalam padatan kristalin.Sel satuan HCP mempunyai enam (6) buah atom, yang diperoleh dari jumlah dua-belas seperenam-atom pada dua belas titik sudut lapisan atas dan bawah plus dua setengah-atom pada pusat lapisan atas dan bawah plus tiga atom pada lapisan sela/tengah (12 1/6 + 2  1/2 + 3).Bilangan koordinasi struktur HCP dan faktor tumpukannya sama dengan struktur FCC, yaitu 12 untuk bilangan koordinasi dan 0.74 untuk faktor tumpukan.

D.Kristal Ionik

Dalam kristal ionik, seperti logam halida, oksida, dan sulfida, kation dan anion disusun bergantian, dan padatannya diikat oleh ikatan elektrostatik. Banyak logam halida melarut dalam pelarut polar

misalnya NaCl melarut dalam air, sementara logam oksida dan sulfida, yang mengandung kontribusi ikatan kovalen yang signifikan, biasanya tidak larut bahkan di pelarut yang paling polar sekalipun. Struktur dasar kristal ion adalah ion yang lebih

susunan terjejal dan ion yang lebih kecil (biasanya kation) masuk kedalam lubang oktahedral atau tetrahedral di antara anion. Kristal ionik diklasifikasikan kedalam beberapa tipe struktur berdasarkan jenis kation dan anion yang terlibat dan jari-jari ionnya. Setiap tipe struktur disebut dengan nama senyawa khasnya, jadi struktur garam dapur tidak hanya merepresentasikan struktur NaCl tetapi juga senyawa lainnya. Tipe struktur-struktur utama senyawa padat

E.Aturan jari-jari

Biasanya, energi potensial Coulomb total Ec senyawa ionik univalen MX diungkapkan dengan persamaan

= −

NA adalah konstanta Avogadro, A konstanta Madelung dan R jarak antar ion. Menurut rumus ini, struktur dengan rasion A/R akan lebih stabil. Konstanta Madelung senyawa MX meningkat dengan meningkatnya bilangan koordinasi.Dalam bagian struktur yang terdiri hanya anion, anion membentuk koordinasi polihedra di sekeliling kation. Jari-jari anion rX adalah separuh sisi polihedral dan jarak kation di pusat polihedral ke sudut polihedral adalah jumlah jari-jari kation dan anion rX + rM. Polihedra dalam CsCl adalah kubus, struktur NaCl adalah oktahedral, dan ZnS adalah tetrahedral. Jarak dari pusat ke sudut polihedral adalah berturut-turut √3rX, √2 rX dan ½√6rX. Sehingga, rasio jari-jari kation dan anion adalah are (√3rX-rX)/ rX= √3-1 = 732 untuk CsCl, (√2rX-rX)/ rX = √2-1 = 0.414 untuk NaCl, dan (½√6rX-rX)/ rX = ½√6-1 = 0.225 untuk ZnS.Namun demikian, hubungan antara bilangan koordinasi dan rasio jari-jari tidak sederhana. Misalnya, semua halida logam alkali mengadopsi struktu

r NaCl pada suhu normal kecuali cesium khlorida CsCl, cesium bromida CsBr dan cesium iodida CsI. Tidak dimungkinkan untuk menetapkan struktur ion dari rasio jari-jari bahkan untuk senyawa yang paling sederhana seperti alkali halida sekalipun. Namun, kecenderungan kualitatif bahwa ion yang lebih kecil cenderung berkoordinasi dengan lebih sedikit ion lawan biasanya benar.                   
                                                                                                                                                               

 F.Variasi ungkapan struktur padatan

            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 halide 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.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.

                                     

                     

Referensi:

 http://makalahkimiaanorganikkelompok.blogspot.com/2016/01/?m=1

https://rosannisinurat.blogspot.com/2016/01/makalh-ikatan-kimia-anorganik.html

  

Rangkuman partikel penyusun atom

Pembuktian bahwa atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu zat atau materi ditandai dengan ditemukannya elektron oleh  Sir John Joseph Thomson. Pembuktian ini semakin menguat ketika imuwan berkebangsaan inggris ,Ernest Rutherford berhasil menemukan bahwa inti atom masih tersusun dari bagian yang lebih kecil berupa proton dan neutron. Elektron, proton, dan neutron menjadi partikel dasar yang menyusun sebuah atom.

A. Partikel penyusun atom

1.Proton  

       Eugen Goldstein pada tahun 1886 melakukan perobaan dengan memodifikasi tabung  sinar katoda yang ditemukan oleh William Crookes dengan cara melubangi lempeng katoda. Dari percobaan ini ditemukan bahwa gas yang berada di belakang katode menjadi berpijar. Hal ini berarti radiasi dari anode menembus lempengan katode melalui lubang yang sebelumnya telah dibuat.Alhasil,dari percobaan tersebut diketahui ada sebuah sinar yng berlawanan arah dengan sinar anoda. Ia bergerak dari anoda ke katoda.Eugen goldstein menyimpulkan bahwa sinar tersebut meruakan partikel dasar bermuatan positif.




2.Neutron
        Setelah ditemukan adanya proton di dalam inti atom, didapati bahwa ternyata massa inti atom selalu lebih besar daripada proton. Darisinilah kemudian para peneliti berpendapat bahwa ada partikel lain di dalam inti (selain proton) yang muatannya netral.
        
        W. Bothe dan H. Becker pada tahun 1930 melakukan penembakan menggunakan partikel alpha (α) ke inti atom berilium. Ditemukan adanya radiasi partikel yang memiliki daya tembus besar. Dua tahun sesudahnya yaitu tahun 1932, James Chadwick melakukan penelitian lebih lanjut dimana ditemukan bahwa partikel tersebut bermuatan netral dan memiliki massa hampir sama dengan partikel proton (bermuatan positif). Partikel ini kemudian dinamakan sebagai neutron.


3.Elektron  

    Joseph John Thomson pada tahun 1897 melakukan percobaan dengan menggunakan tabung sinar katode. Terdapat dua plat elektroda dimana salah satu plat logam yang terdapat pada ujung tabung berfungsi sebagai katoda. Kedua plat ini dimasukkan ke dalam tabung kaca bertekanan rendah kemudian dialirkan listrik bertegangan tinggi hingga mampu melepas elektron dari katoda ke anoda. Percobaan ini membuktikan bahwa sinar yang memancar dari plat katoda tersebut merupakan partikel yang lebih kecil dari atom dan ia bermuatan negatif,yang disebut elektron.

 
B. Bilangan Kuantum
       Setiap orbital atom memiliki satu set tiga bilangan kuantum yang unik, antara lain bilangan kuantum utama (n), azimuth (atau momentum angular) (l), dan magnetik (ml).Lalu, terdapat bilangan yang keempat, yakni bilangan kuantum spin (ms), yang memberikan informasi spin suatu elektron dalam sebuah orbital.

   1.Bilangan kuantum utama (n) 
      mendeskripsikan ukuran dan tingkat energi orbital. Semakin besar nilai n, maka semakin besar ukuran orbital dan semakin tinggi tingkat energinya. Nilai n yang diperbolehkan adalah bilangan bulat positif (1, 2, 3, dan seterusnya).
                 

   2.Bilangan kuantum azimuth (l) 
        mendeskripsikan bentuk orbital. Nilai l yang diperbolehkan adalah bilangan bulat dari 0 hingga n − 1.
                   

  3.Bilangan kuantum magnetik (ml)

          mendeskripsikan orientasi orbital. Nilai ml yang diperbolehkan adalah bilangan bulat dari −l hingga +l
                                       .

  4.Bilangan kuantum spin (ms) 

          mendeskripsikan arah spin elektron dalam orbital. Nilai ms yang diperbolehkan adalah +½ atau −½.
   
                                     

 Kombinasi bilangan kuantum n, l, dan ml yang mungkin pada 4 kulit elektron pertama dapat dilihat pada tabel berikut

Bentuk Orbital Atom

  Orbital s

       Orbital s adalah orbital dengan l = 0 berbentuk bola dengan inti atom pada bagian tengah. Oleh karena bola hanya memiliki satu orientasi, semua orbital s hanya memiliki satu nilai ml, yaitu ml = 0. Orbital 1s memiliki densitas (kerapatan) elektron tertinggi pada bagian inti atom dan kemudian densitas semakin menurun perlahan-lahan setelah menjauh dari inti atom. Orbital 2s memiliki dua daerah dengan densitas elektron tinggi. Di antara kedua daerah tersebut terdapat simpul bola, di mana probabilitas menemukan elektron pada daerah tersebut menurun hingga nol (ψ2 = 0). Pada orbital 3s, terdapat tiga daerah dengan densitas elektron tinggi dan dua simpul. Pola bertambahnya simpul orbital s ini masih terus berlanjut dengan orbital 4s, 5s, dan seterusnya
                                                .

  Orbital p 

      Orbital dengan l = 1 berbentuk seperti balon terpilin dengan dua cuping. Kedua cuping terletak pada dua sisi inti atom yang saling bersebrangan. Inti atom terletak pada bidang simpul orbital p, yakni di antara dua cuping yang masing-masing memiliki densitas elektron tinggi. Orbital p memiliki tiga jenis orientasi ruang, px, py, dan pz, sebagaimana terdapat tiga nilai ml yang mungkin, yaitu −1, 0, atau +1. Ketiga orbital p tersebut terletak saling tegak lurus pada sumbu x, y, dan z koordinat Kartesius dengan bentuk, ukuran, dan energi yang sama.

                    

  Orbital d

     Orbital d adalah orbital dengan l = 2. Orbital d memiliki lima jenis orientasi, sebagaimana terdapat lima nilai ml yang mungkin, yaitu −2, −1, 0, +1, atau +2. Empat dari lima orbital d, antara lain dxy, dxz dyz, dan dx2−y2, memiliki empat cuping seperti bentuk daun semanggi. Orbital d kelima, dz2, memiliki dua cuping utama pada sumbu z dan satu bagian berbentuk donat pada bagian tengah

                                             

Orbital f

   Orbital f adalah orbital dengan l = 3. Orbital f memiliki tujuh jenis orientasi, sebagaimana terdapat tujuh nilai ml yang mungkin (2l + 1 = 7). Ketujuh orbital f memiliki bentuk yang kompleks dengan beberapa cuping.

                                      

   

C. Nomor Atom dan Nomor Massa

1). Nomor Atom

         Nomor atom suatu unsur menunjukkan jumlah proton yang terdapat dalam atom. Dalam atom netral jumlah proton sama dengan jumlah elektron, sehingga nomor atom juga menunjukkan banyaknya jumlah elektron yang terdapat pada atom. Hal ini berlaku untuk atom netral. Nomor atom diberi lambang Z.

2). Nomor massa

Nomor massa menggambarkan massa partikel-partikel penyusun atom, yaitu massa proton, massa elektron, dan massa neutron. Massa elektron sangat kecil dibandingkan massa proton dan neutron sehingga massa elektron ini dapat diabaikan. Nomor massa diberi notasi A dan dapat didefenisikan sebagai jumlah proton dan jumlah neutron.

   12 adalah nomor massa dan 6 adalah nomor atom

• Jumlah Neutron = Nomor massa – Nomor atom
  Jadi jumlah neutron = 12 – 6 = 6
• Jumlah Proton = Nomor atom
  Jumlah proton = 6

D. Konfigurasi Elektron

  1.Asas Afbau  
           Elektron menempati orbital-orbital dimulai dari tingkat energi yang terendah, dimulai dari 1s, 2s, 2p, dan seterusnya seperti urutan subkulit 

                             

  2.Asas larangan Pauli
      Tidak ada dua elektron dalam satu atom yang memiliki ke-4 bilangan kuantum yang sama.Setiap orbital maksimum diisi oleh 2 elektron yang memiliki spin yang berlawanan.



3.Kaidah Hund  
        Jika ada orbital dengan tingkat energi yang sama, konfigurasi elektron dengan energi terendah adalah dengan jumlah elektron tak berpasangan dengan spin paralel yang paling banyak.

                                               


DAFTAR PUSTAKA
https://www.studiobelajar.com/konfigurasi-elektron/https://www.studiobelajar.com/konfigurasi-elektron/
https://www.ilmukimia.org/2013/05/bilangan-kuantum.htmlhttps://www.ilmukimia.org/2013/05/bilangan-kuantum.html