Upload
novia-ekawanti
View
213
Download
13
Embed Size (px)
Citation preview
MAKALAH KELOMPOK FISIKA KERAMIK
BAB 2
IKATAN DALAM KERAMIK
Disusun untuk memenuhi tugas matakuliah Fisika Keramik
yang dibimbing oleh Ibu Dra. Hartatiek, M.Si
Oleh :
Kelompok 2
Fitri Kusmawati 100322400959
Astrini Dewi Kusumawati 100322400965
Nurhayati Ayu Lestari 100322405254
Muh.Abdul Muhid 100322405259
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
FEBRUARI 2013
KATA PENGANTAR
Puji syukur dipanjatkan kepada ALLAH SWT atas segala rahmat-Nya sehingga
penulisan makalah FISIKA KERAMIK BAB 2 ini dapat diselesaikan.
Makalah ini disusun atas dasar deskripsi tugas matakuliah FNI 495 FISIKA
KERAMIK di KBK Material, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang. Makalah ini disusun agar perkuliahan
matakuliah tersebut dapat berlangsung lebih efektif dan efisien. Disamping itu, makalah
ini diharapkan dapat melengkapi pustaka mahasiswa dalam memahami konsep dan
gejala mendasar dalam fisika keramik. Isi makalah ini dirancang untuk kuliah satu
bab/satu pertemuan dengan tiga kredit pada semester keenam tahun ketiga.
Diucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu sehingga
makalah FISIKA KERAMIK BAB 2 ini dapat diselesaikan. Saran dan kritik
membangun dari para pembaca sangat diharapkan demi lebih sempurnanya makalah ini.
Semoga makalah ini berguna. Amin.
Malang, Februari 2013
Penyusun
RINGKASAN
Sifat dari setiap padat dan susunan atom yang teratur ditentukan
oleh alam dan arah pada ikatan interatomik. Akibatnya, untuk
memahami variasi dalam sifat, sangat penting untuk memahami
bagaimana dan mengapa padatan adalah "terekat" bersama-sama.
Lem ini bisa menjadi kuat, yang menimbulkan ikatan primer,
yaitu ionik, kovalen, atau logam. Biasanya van der Waals dan ikatan
hidrogen disebut sebagai ikatan sekunder dan lebih lemah. Dalam
semua kasus, bagaimanapun, ikatan merupakan interaksi tarikan
elektrostatik antara muatan positif pada inti atom dan muatan negatif
dari elektron yang bertanggung jawab atas kohesi padatan.
Umumnya, keramik dapat digolongkan menjadi yang berikatan
ionik atau kovalen. Ikatan dalam keramik bukanlah murni kovalen
atau ionik, tetapi merupakan campuran antara keduanya.
Di subbbab A dan B, masing-masing; ikatan ion diilustrasikan
oleh model elektrostatik sederhana, dan bagaimana pembentukan
padatan ionik. Ikatan kovalen yang lebih kompleks, yaitu terjadinya
tumpang tindih (overlapping) pada fungsi gelombang elektronik,
dibahas di subbab C dan D.
Kata kunci : padatan keramik, ikatan primer, ikatan ionik, ikatan
kovalen
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
.................................................................................. i
RINGKASAN
................................................................................................ ii
DAFTAR ISI
................................................................................................. iii
BAB 1 PENDAHULUAN
............................................................................. 1
A.LATAR BELAKANG ....................................................................
1
B.RUMUSAN MASALAH ...............................................................
2
C.TUJUAN
.........................................................................................3
BAB 2 PEMBAHASAN
.................................................................................. 4
A. IKATAN IONIK...........................................................................
4
B. IKATAN ION PADA PADATAN KERAMIK............................ 7
C. FORMASI IKATAN KOVALEN..................................................
12
D.IKATAN KOVALEN PADA PADATAN KERAMIK................ 16
BAB 3 PENUTUP
........................................................................................ 18
A.KESIMPULAN..............................................................................
18
B.DAFTAR PUSTAKA.....................................................................
19
BAB 1
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Sifat dari setiap padatan dan cara atom disusun dipengaruhi oleh gaya tarik
menarik antar atom. Sehingga, untuk memahami keragaman sifat keramik, sangat
penting untuk mengetahui bagaimana dan mengapa atom-atom pada padatan saling
berikatan. Ikatan ini bisa dibedakan menjadi ikatan primer dan ikatan sekunder.
Ada tiga macam ikatan yang dikelompokkan sebagai ikatan primer yaitu ikatan ion,
ikatan kovalen, dan ikatan metal. Ketiga macam ikatan ini disebut sebagai ikatan
primer karena ikatan ini kuat. Ikatan sekunder merupakan ikatan yang lemah
dibandingkan dengan ikatan primer. Ikatan sekunder terbentuk oleh adanya gaya
tarik elektrostatik antar dipole. Yang termasuk ikatan sekunder adalah ikatan van
der Waals dan ikatan hidrogen.
Dua jenis ikatan dapat terjadi dalam keramik, yakni ikatan ionik dan kovalen.
Ikatan ini jauh lebih kuat daripada ikatan logam. Akibatnya, sifat-sifat seperti
kekerasan dan ketahanan panas dan listrik secara signifikan lebih tinggi keramik
dari pada logam. Dalam makalah ini akan dijelaskan ikatan-ikatan pada padatan
keramik mulai dari ikatan ionik, ikatan kovalen maupun campuran dari ikatan ionik
dan ikatan kovalen pada padatan keraik.
B. RUMUSAN MASALAH
1. IKATAN IONIK
a. Apa yang dimaksud dengan ikatan ionik ?
b. Apakah contoh dari ikatan ionik ?
c. Bagaimana hubungan antara ikatan ionik dengan Hukum
Coulomb?
d. Apa yang dimaksud dengan energi repulsif, energi attraktif,
energi total dan energi ikatan ?
2. IKATAN ION PADA PADATAN KERAMIK
a. Apa yang dimaksud dengan ikatan ionik?
b. Bagaiman ikatan ionik pada pembentukan padatan?
c. Apa yang dimaksud dengan energi kisi?
d. Apa fungsi dari energi kisi?
e. Bagaimana perhitungan energi kisi pada NaCl?
f. Bagaimana bentuk persamaan Born-Lande?
g. Bagaimana contoh cara menghitung energi kisi?
h. Apakah yang dimaksud dengan energi disosiasi, energi ionisasi dan afinitas
elektron itu?
3. FORMASI IKATAN KOVALEN
a. Apa yang dimaksud dengan ikatan kovalen?
b. Apa contoh dari ikatan kovalen ?
c. Apa teori yang menjelaskan tentang ikatan kovalen ?
d. Bagaimana hubungan antara persamaan Schrodinger dengan
ikatan kovalen ?
4. IKATAN KOVALEN PADA PADATAN KERAMIK
a. Bagaimana proses terjadinya ikatan kovalen pada padatan
keramik?
b. Apa contoh padatan yang berikatan kovalen itu?
C. TUJUAN
1. IKATAN IONIK
a. Mengetahui definisi ikatan ionik
b. Mengetahui contoh dari ikatan ionik
c. Mengetahui hubungan antara ikatan ionik dengan Hukum
Coulomb
d. Mengetahui definisi energi repulsif, energi attraktif, energi
total dan energi ikatan
2. IKATAN ION PADA PADATAN KERAMIK
a. Mengetahui definisi ikatan ionik
b. Mengetahui pembentukan ikatan ionik pada padatan
c. Mengetahui definisi energi kisi
d. Mengetahui fungsi dari energi kisi
e. Mengetahui perhitungan energi kisi pada NaCl
f. Mengetahui tentang persamaan Born-Lande itu
g. Mengetahui contoh cara menghitung energi kisi
h. Mengetahui tentang energi disosiasi, energi ionisasi dan
afinitas elektron
3. FORMASI IKATAN KOVALEN
a. Mengetahui definisi dan formasi ikatan kovalen
b. Mengetahui contoh unsur atau molekul yang mempunyai
ikatan kovalen
c. Mengetahui teori yang menjelaskan tentang ikatan kovalen
d. Mengetahui hubungan antara persamaan Schrodinger dengan
ikatan kovalen
4. IKATAN KOVALEN PADA PADATAN KERAMIK
a. Mengetahui proses terjadinya ikatan kovalen pada padatan
keramik
b. Mengetahui contoh padatan yang berikatan kovalen itu
BAB 2
PEMBAHASAN
A. IKATAN IONIK
Pada ikatan ionik terjadi transfer elektron dari satu atom ke
atom lainnya. Oleh karena perpindahannya, maka ada atom yang
mendapatkan elektron menjadi bermuatan negatif, sedangkan atom
yang melepas elektron akan bermuatan positif. Jika atom
menadapatkan transfer elektron, maka atom tersebut menjadi ion
negatif atau disebut anion. Sedangkan jika atom melepas elektron,
maka atom tersebut menjadi ion positif atau disebut kation. Karena
adanya perbedaan muatan antar ion (ion positif dan ion negatif),
maka ion positif dan negatif saling tarik menarik oleh gaya
elektrostatik.
Sebagai contohnya adalah pembentukan NaCl. Na dengan
konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p6 3s1 atau (2,8,1) akan lebih stabil jika
melepas 1 elektron sehingga konfigurasi elektron menjadi 1s2 2s2 2p6
atau (2,8). Sedangkan Cl mempunyai konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p6
3s2 3p5 atau (2,8,7) akan lebih stabil jika menerima 1 elektron
sehingga konfigurasinya menjadi 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 atau (2,8,8). Jadi
agar keduanya menjadi lebih stabil, maka Natrium menyumbang 1
elektron dan Klorin akan menerima 1 elektron dari Natrium. Ketika
Natrium kehilangan satu elektron, maka Natrium menjadi lebih kecil
daripada ukuran sebelumnya. Sedangkan Klorin akan menjadi lebih
besar karena ketambahan satu elektron. Oleh karena itu ukuran ion
positif selalu lebih kecil daripada ukuran sebelumnya, namun ion
negatif akan cenderung lebih besar daripada ukuran sebelumnya.
Ketika pertukaran elektron terjadi, maka Na akan bermuatan positif
(Na+) dan Cl akan menjadi bermuatan negatif (Cl-). Kemudian terjadi
gaya elektrostatik antara Na+ dan Cl- sehingga membentuk ikatan
ionik.berikut adalah gambar dari proses transfer elektron.
Gambar (a) merupakan perpindahan elektron dari Na ke Cl. Sedangkan gambar (b)
merupakan gambar dari kation dan anion.
Usaha yang dilakukan untuk membawa ion dari jumlah tak
terhingga ke jarak r diberikan oleh hukum coulomb :
2.11
Dalam kasus ini z1 dan z2 adalah muatan pada ion (+1 dan -1 untuk
NaCl, -2 dan +3 untuk Al2O3, dll). Ketika z1dan z2 berlawanan tanda
makan nila dari Epot adalah negatif.
Energi repulsif didefiniskan sebagai berikut :
2.12
Dimana B dan n adalah tetapan yang bergantung pada bahan yang
bersangkutan. Biasanya disebut sebagai eksponen Born, n biasanya
terletak di antara 6 dan 12.
Enet dari sistem adalah jumlah dari atraktif dan repulsif energi :
2.13
Ketika Enet diplot sebagai fungsi dari r (kurva yang di tengah gambar
2.4a), ia melalui minimum, pada jarak yang dilambangkan dengan r0.
Minimum dalam kurva yang sesuai dengan situasi kesetimbangan
dapat ditemukan dari :
2.14
Dengan mengevaluasi B konstan dan mengeluarkannya dari
persamaan (2.13), dapat menunjukkan Ebond :
2.15
Dimana r0 adalah pemisahan kesetimbangan antara ion-ion.
Terjadinya keadaan minimal ini adalah sangat penting karena
mendefinisikan sebuah ikatan, yaitu ketika dua ion dibawa bersama-
sama dari jarak tak hingga, mereka akan menarik satu sama lain
hingga jarak r0 dan membebaskan sejumlah energi diberikan
persamaan (2.15). sebalknya, Ebond dapat dianggap sebagai energi
yang dibutuhkan untuk menarik ion tepisah.
Berikut ini adalah gaya antara ion-ion, didefiniskan sebagai
baerikut :
2.16
Fnet diplot pada gambar 2.4b. Untuk jarak lebih besar dari r0 gaya total
pada ion adalah menarik, dan untuk jarak yang kurang dari r0 gaya
totalnya menolak. Paada r0 gaya total ion adalah nol(persamaan 2.14)
yang kenapa r0 adalah jarak kesetimbangan interatomik. Gambar 2.4a
dan b menggambarkan hukum dasar alam, yaitu kesetimbangan dari
energi adalah diminimalkan dan gaya total pada sistem adalah nol.
B. IKATAN ION PADA PADATAN KERAMIK
Ikatan ionik terjadi karena gaya elektrostatik antara ion positif dan ion negatif.
Pada kristal ionik, tiap ion dikelilingi oleh ion-ion yang lain. Bagian ini membahas
bagaimana energi kisi dihitung dan secara eksperimental dibuktikan, dimulai dengan
model elektrostatik sederhana yang menyebabkan Persamaan energi ikat (Ebond).
1. Perhitungan Energi Kisi
Energi kisi menunjukan ukuran kekuatan ikatan senyawa ionik. Seringkali
didefinisikan sebagai entalpi pembentukan senyawa ionik dari ion-ion gas, dan selalu
eksotermik. Energi kisi juga dapat didefinisikan sebagai energi yang dibutuhkan untuk
memisahkan secara sempurna satu molekul padatan ionik menjadi ion-ion gas
penyusunnya. Berikut penjelasan bagaiamana perhitungan energi kisi itu.
Pertama, struktur atau kemasan dari ion harus diasumsikan, dan berbagai interaksi
antara ion harus diperhitungkan. Mulailah dengan NaCl, yang memiliki struktur FCC
yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 2.5 (a) Skema struktur NaCl. (b) pertama, 6 atom tetangga terdekat tertarik ke kation pusat, (c) yang
kedua 12 tetangga terdekat pada jarak √2 r0 tertolak, (d) yang ketiga 8 tetangga terdekat
tertarik, dll.
Dalam gambar sel satuan kubus NaCl tersebut terdapat 14 ion Cl−¿¿ dan 13 ion
Na+. Misalnya, jarak antara ion Na+ dan ion Cl−¿¿ disebelahnya adalah adalah r0. Ion
Na+ dipusat bodi memiliki:
- 6 ion Cl−¿¿ tertarik ke ion Na+ pusat pada jarak r0. Hal ini terjadi karena gaya
elektrostatik antara ion positif (Na+) dan ion negatif (Cl−¿¿).
- 12 ion Na+ ditolak oleh ion Na+ dipusat bodi yang jaraknya √2 r0 karena
keduanya merupakan ion positif (kation).
- 8 ion Cl−¿¿ tertarik ke ion Na+ pusat pada jarak √3 r0.
Jika tidak terbatas pada sel satuan tersebut, maka tinjauan dapat diteruskan dengan jarak
semakin jauh. Atom-atom yang memiliki jarak yang sama dan terdekat dari atom yang
bersangkutan diatas disebut atom tetangga terdekat. Dari contoh NaCl diatas dapat
disimpulkan interaksi elektrostatik , diperoleh:
Suku kedua dalam kurung adalah sebuah deret bergantian yang menyatu untuk beberapa nilai,
yang dikenal sebagai konstanta Madelung.
Tabel 2.4 Konstanta Madelung untuk beberapa struktur kristal keramik yang umum
Daya tarik elektrostatik total untuk 1 mol NaCl di mana ada dua kali jumlah NAV
Avogadro ion tetapi hanya ikatan NAV adalah :
NAV : Bilangan Avogadro (6,022.1023)
Z1 : muatan kation
Z2 : muatan anion
e : muatan elektron (1,6021.10-19 C)
r0 : jarak antar kation dan anion ( Å)=r1+r2
n : jarak eksponen Born
ε 0 :permitivitas vakum (8,8541585.10-12
C2/J.m)
Harga eksponen born (n) tergantung pada ukuran ion. Semakin besar ukuran ion,
semakin besar nilai n. Harga eksponen Born yang diusulkan pauling menghasilkan
energi kisi dan ketelitian yang tinggi, yaitu:
Konfigurasi e- Nilai n
He 5
Ne 7
Ar, Cu+ 9
Kr, Ag+ 10
Xe, Au+ 12
Persamaan (2.18) disebut sebagai persamaan Born-Lande. Informasi yang
diperlukan untuk menghitung Elatt adalah struktur kristal, yang menentukan α , jarak
keseimbangan interionic, baik dengan mudah diperoleh dari difraksi sinar-X, dan n yang
diperoleh dari Data kompresibilitas. Perhatikan bahwa energi kisi tidak sangat
dipengaruhi oleh kesalahan kecil di n.
Sebuah persamaan yang lebih tepat untuk energi kisi:
z1z2e2/4π ε0 pada Persamaan. (2.13) adalah konstanta yang digantikan oleh A dalam
Pers. (2.19). Suku dalam tanda kurung merupakan interaksi dipol-dipol dan dipol-
kuadrapol antara ion. Suku terakhir ini merupakan koreksi titik nol, dengan vmax menjadi
frekuensi tertinggi tipe getaran kisi. Akhirnya pada bagian ini perlu dicatat bahwa
model ion adalah pendekatan yang buruk untuk kristal yang mengandung anion besar
dan kation kecil di mana kontribusi kovalen dengan ikatan menjadi signifikan (lihat Bab
3.).
CONTOH SOAL DAN PENYELESAIAN
Hitung energi kisi dari NaCl mengingat bahwa n=8
Jawab:
Untuk menghitung energi kisi, r0, n, dan struktur NaCl semua diperlukan. Struktur
NaCl adalah struktur garam batu dan karenanya yang konstan Madelung adalah
1,748 (Tabel 2.4). Jarak keseimbangan interionic hanyalah jumlah jari-jari dari ion-
ion Na+ dan Cl- . Nilai-nilai yang tercantum pada akhir Bab. 3 dalam Lampiran 3A.
Melihat ke atas nilai jarak keseimbangan interionic, r0 = 167 + 116 = 283pm.
2. Siklus Born-Haber
Siklus Born Haber adalah suatu siklus yang dibentuk dengan menggunakan data
entalpi yaitu entalpi pembentukan standar kristal ion dari unsur-unsurnya. Siklus ini
memberi pandangan tentang pembentukan yang stabil secara termodinamik, yang
melibatkan kalor reaksi (∆ H ), bukan perubahan energi bebas. Siklus Born Haber sering
digunakan untuk:
1. Menentukan energi kisi
2. Menghitung afinitas elektron yang sulit ditentukan secara eksperimen
3. Memprediksi kemungkinan terbentuk tidaknya suatu senyawa ionik
Siklus Born Haber dapat ditunjukkan pada gambar berikut ini.
Masing-masing suku tersebut dibahas secara lebih rinci di bawah ini sehubungan
dengan NaCl
Entalpi dari pembentukan atau reaksi
Ketika reaksi
Na(s )+12
Cl2 (g)→ NaCl s
terjadi, ∆ H form adalah energi panas yang dibebaskan. Persamaan yang berlaku adalah :
Untuk NaCl pada 298 K, reaksi ini disertai dengan pelepasan -411 kJ / mol. Entalpi
pembentukan senyawa kebanyakan eksotermik.
Energi disosiasi
Energi disosiasi ( Ediss ) adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan salah
satu ikatan yang terdapat pada suatu molekul atau senyawa dalam keadaan gas. Dalam
reaksi diatas, Energi disosiasi ( Ediss ) dibutuhkan untuk memecah molekul Cl2 stabil
menjadi dua atom, yaitu perubahan energi untuk reaksi
12
Cl2 →Cl(g) Ediss=121 kJ /mol
Energi ini selalu endotermik dan untuk reaksi seperti yang tertulis sama dengan 121 kJ
/mol.
Penguapan panas
Energi yang dibutuhkan untuk reaksi
Na(s )→ Na(g ) E vap=107,3 kJ /mol
adalah kalor laten penguapan Evap, yaitu 107,3 kJ / mol untuk Na dan selalu
endotermik.
Energi Ionisasi
Energi ionisasi (Eion ) adalah energi yang dibutuhkan untuk sepenuhnya
menghapus elektron dari sebuah atom terisolasi dalam fase gas. energi lonisasi selalu
endotermik karena dalam semua kasus kerja harus dilakukan untuk menghilangkan
elektron dari intinya.
Na( g)→ Na+¿¿(g) Eion = 495,8 kj/mol
Afinitas elektron
Afinitas elektron (EA) adalah ukuran dari perubahan energi yang terjadi ketika
sebuah elektron ditambahkan ke kulit valensi atom. Beberapa nilai-nilai yang dipilih
dari EEA untuk nonmetals tercantum dalam Tabel berikut:
Tabel 2.5 Elektron afinitas + dari nonlogam dipilih pada 0 K
Afinitas elektron biasanya didefinisikan sebagai energi yang dilepaskan ketika sebuah elektron
ditambahkan ke shell valensi atom. Hal ini bisa sangat membingungkan. Untuk menghindari
kebingungan, nilai-nilai yang tercantum dalam tabel ini jelas menunjukkan apakah penambahan
elektron adalah endo-atau eksotermik. Diadaptasi dari J. Huheey, Kimia Anorganik, 2d ed, Harper &
Row, New York, 1978.
Penambahan elektron pertama biasanya eksotermik (misalnya, oksigen, sulfur),
penambahan lebih lanjut adalah dengan kebutuhan endotermik karena elektron kedua
kini mendekati entitas bermuatan negatif. Untuk reaksi
Cl(g) →Cl-(g) EA = -348,7 kj/mol
Afinitas elektron Cl adalah -348,7 kJ / mol.
Energi kisi NaCl dihitung (lihat Contoh 2.3) menjadi - 750kJ/mol. Jika kita
menempatkan semua potongan, penjumlahan Born-Haber untuk hasil NaCl
yang lebih baik dibandingkan dengan nilai eksperimen yang nilainya -411 kJ / mol. Jika
persamaan (2.19) digunakan, kesepakatan yang lebih baik diperoleh.
Ini adalah hasil yang penting karena dua alasan. Pertama, menegaskan bahwa
model sederhana untuk interaksi antara ion dalam bentuk padat untuk sebagian besar
benar. Kedua, mendukung gagasan bahwa NaCl dapat dianggap sebagai padatan ionik
terikat.
C. FORMASI IKATAN KOVALEN
Tipe kedua yang penting dari ikatan primer adalah ikatan kovalen. Dalam ikatan
kovalen, konfigurasi elektron yang stabil diasumsikan oleh penggunaan bersama pada
elektron antara atom-atom yang berdekatan. Dua atom yang terikat secara kovalen
masing masing akan menyumbangkan setidaknya satu elektron pada ikatan, dan
elektron bersama dapat dianggap milik kedua atom. Banyak molekul nonlogam (H2, Cl2,
F2, dll) serta molekul mengandung atom yang berbeda, seperti CH4, H2O, HNO3, dan
HF, yang berikatan kovalen. Selain itu, jenis ikatan yang ditemukan dalam padatan
unsur seperti berlian (karbon), silikon, dan germanium dan senyawa padat lainnya,
seperti gallium arsenide (GaAs), indium antimonide (InSb), dan silikon karbida (SiC).
Ikatan kovalen secara skematis diilustrasikan pada gambar di bawah ini untuk sebuah
molekul gas metana (CH4).
Gambar skema yang merepresentasikan ikatan kovalen dalam sebuah molekul metana (CH4).
Ikatan kovalen mungkin sangat kuat, seperti dalam berlian, yang sangat keras dan
memiliki titik leleh yang sangat tinggi, > 35500C (64000F) atau mungkin sangat lemah,
sebagaimana dengan bismuth, yang meleleh pada suhu sekitar 2700C (5180F). Energi
ikat dan titik leleh untuk beberapa bahan yang berikatan secara kovalen disajikan pada
tabel di bawah ini.
Tabel Energi Ikatan dan Titik Leleh untuk beberapa variasi bahan
Prinsip dari energi pada ikatan kovalen dapat dipahami jika dikenali bahwa
elektron menghabiskan lebih banyak waktu di area antara nukleus dibandingkan di
tempat lain. Hubungan timbal balik antara elektron – elektron dan energi potensial
nukleus rendah pada sistem membentuk sebuah ikatan. Beberapa teori dan model telah
diusulkan untuk menjelaskan formasi ikatan kovalen. Salah satunya adalah teori
molekul orbital yang telah berhasil. Teori molekular orbital (MO) memperlakukan
sebuah molekul sebagai entitas tunggal dan menjadikan orbital molekul sebagai sebuah
keseluruhan.
Untuk mengilustrasikan, berdasarkan kemungkinan molekul paling sederhana,
yaitu, molekul H2+, yang mempunyai satu elektron tetapi mempunyai dua inti.
1. Molekul Ion Hidrogen
Persamaan Schrodinger untuk molekul H2+,
dengan jarak ra, rb, dan R didefinisikan pada (Gambar 2.7a). Jika diasumsikan bahwa
jarak R diantara dua inti telah ditentukan, kemudian telah ada solusi tepat, yang mirip
dengan atom H, kecuali bahwa sekarang dua solusi atau timbulnya fungsi gelombang.
Hasil solusi pertama dalam peningkatan densitas elektron diantara nukleus Gambar
(2.7c), padahal solusi kedua menurun Gambar (2.7d). Dalam kasus pertama, kedua inti
tertarik kepada elektron diantara keduanya, hasilnya penurunan energi pada sistem
relatif terhadap kasus atom terisolasi dan dikenal sebagai ikatan orbital Gambar (2.7b).
Hasil kasus kedua dalam peningkatan energi relatif pada atom terisolasi, karena
sekarang sebagian nukleus menolak lainnya. Hal ini dikenal antiikatan orbital,
digambarkan dalam Gambar (2.7b).
Gambar 2.7 (a) Koordinat untuk molekul H2+ yang digunakan pers (2.20). (b) Interaksi pada dua atomik
hasil ikatan dan antiikatan orbital. (c) Fungsi probabilitas untuk kasus ikatan densitas elektron diantara
inti ditingkatkan. (d) Fungsi probabilitas untuk kasus antiikatan, probabilitas pada penemuan elektron
adalah penurunan volume diantara inti, hasilnya dalam orbital energi-tinggi
Solusi untuk molekul H2 adalah agak mirip. Hal ini tidak signifikan, tetapi untungnya
hasil akhir sama dengan kasus H2+; level energi individual terbelah menjadi sebuah
ikatan dan antiikatan orbital. Hasil overlap (tumpang-tindih) orbital atomik dalam
peningkatan probabilitas menemukan elektron diantara inti. Perhatikan bahwa dalam
kasus molekul H2, dua elektron terakomodasi dalam ikatan orbital. Elektron ketiga, H2-,
akan menjadi antiikatan orbital karena perkecualian prinsip Pauli.
2. Molekul HF
Pada bab sebelumnya, keelektronegatifan dua atom dan bentuk pada interaksi
orbital membuat ikatan menjadi sama. Situasi menjadi lebih komplikatif ketika salah
satu menganggap ikatan diantara atom yang tidak sama. Contoh yang baik adalah
dihasilkan oleh molekul HF. Konfigurasi elektron pada H adalah 1s1, dan pada F adalah
(He) 2s22p5. Orbital valensi pada atom F digambarkan dalam (Gambar 2.8a – inti dalam
elektron ditolak sehingga tidak terlibat dalam ikatan.
Atom ditahan pada jarak yang terpisah diantaranya, dengan dapat dihitung secara
eksperimen, dan orbital molekul HF terhitung. Perhitungan tidak signifikan dan
digambarkan dalam (Gambar 2.8b). Jumlah total pada elektron harus terakomodasi
dalam orbital molekul yaitu 8 (7 dari F dan 1 dari H). Penempatan dua di tiap orbital
mengisi 4 orbital pertama dan hasilnya adalah dalam sebuah energi untuk molekul yang
lebih rendah (lebih negatif) yang jumlahnya dari dua atom yang tidak berinteraksi.
Gambar 2.8 dapat juga direpresentasikan mengikuti : elektron F 2s, energinya
menjadi lebih dibanding hidrogen (karena muatan lebih tinggi pada inti F) menyisakan
yang tidak terganggu oleh atom hidrogen17. Fungsi gelombang elektron 1s pada atom H
dan salah satu pada orbital 2p pada F akan overlap menjadi bentuk ikatan primer
(Gambar 2.8). Sisa elektron pada atom F menyisakan tanpa gangguan dalam energi dan
dalam ruang.
Perhitungan untuk Gambar 2.8 dibuat untuk memberikan jarak interatomik.
Perhitungan yang sama dapat diulang untuk variasi pemisahan interatomik. Pada
pemisahan infinite, atom tidak dapat berinteraksi, dan energi pada sistem hanya jumlah
energi elektron pada atom terpisah. Sebagaimana yang terbawa secara dekat bersamaan,
energi potensial tarikan disebabkan tarikan antara elektron dan inti menurunkan energi
pada sistem komponen tolakan datang dan energi memulai peningkatan lagi. Pada jarak
beberapa interatomik, energi minimum terjadi dan sebuah plot energi vs jarak
interatomik dalam energi tidak seperti gambar 2.4a.
Gambar 2.8 (a) orbital atomik F. (b) Orbital molekul HF. (c) Orbital atomik H. (d) Interaksi pada orbital
H 1s dengan salah satu pada orbital F p. Overlapping pada kedua orbital menghasilkan penurunan pada
energi sistem. Garis bertitik menghubungkan (b) dan (d) menitikberatkan bahwa hanya orbital F p yang
overlap dengan orbital H yang mempunyai energi lebih rendah. 2 pasang elektron yang tidak berpasangan
mempunyai energi sama dalam molekul pad atom F, sehingga disebut pasangan tunggal yang tidak
terganggu kehadiran atom hidrogen.
D. IKATAN KOVALEN ZAT PADAT
Sampai saat ini pembahasan difokuskan pada tingkat energi dari satu ikatan
kovalen antara dua atom. Ikatan semacam itu, tidak akan mengakibatkan pembentukan
padatan yang kuat. Untuk membentuk sebuah padatan, setiap atom harus secara terikat
setidaknya dengan dua atom lainnya. Misalnya HF, tidak dapat membentuk padatan
karena ketika ikatan HF terbentuk, kedua atom mencapai konfigurasi yang paling stabil
(He untuk H dan Ne untuk F, yang pada gilirannya menunjukkan bahwa tidak ada
elektron yang tersedia untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom lain). Oleh karena
itu, HF adalah berupa gas pada temperatur kamar, meskipun fakta bahwa ikatan HF
cukup kuat.
Ikatan keramik banyak didominasi oleh kovalen, terutama Si yang berbasis
seperti silikon karbida, silikon nitrida, dan silikat, terdiri dari atom Si yang berikatan
dengan empat atom lain dalam susunan tetrahedral. Konfigurasi keadaan dasar Si, yaitu
(Ne) 3s23p2 (Gambar 2.9a). Secara alami akan mengharapkan hanya untuk membentuk
dua ikatan primer. Kontradiksi ini jelas telah dijelaskan oleh hibridisasi yang
menyatakankan bahwa antara s dan p terbentuk fungsi gelombang.
Hibridisasi terdiri dari pencampuran atau kombinasi linear orbital s dan p dalam
atom sedemikian rupa untuk membentuk orbital hibrida baru. Hibridisasi ini dapat
terjadi antara satu orbital s dan satu orbital p (membentuk orbital sp), atau satu s dan
dua orbital p (membentuk sebuah orbital trigonal sp2). Dalam kasus Si, orbital s
berhibridisasi dengan ketiga orbital p untuk membentuk apa yang dikenal sebagai
orbital hybrid sp3. Orbital hibrida memanfaatkan karakter s dan p dan terarah di suatu
ruang sebagai lobus dalam susunan tetrahedral dengan sudut ikatan 109 °, seperti yang
ditunjukkan pada Gambar.2.9c. Masing-masing orbital dihuni oleh satu elektron
(Gambar 2.9b), akibatnya setiap atom Si sekarang dapat berikatan dengan empat atom
Si lainnya, yang pada putarannya dapat menyebabkan struktur tiga dimensi. Promosi
elektron dari s ke orbital hibrida membutuhkan beberapa energi, yang lebih dari dengan
pembentukan empat ikatan utama.
Gambar 2.9 (a) Ground state pada atom Si, (b) Konfigurasi elektron setelah hibridisasi, (c) Ikatan pada
sp3 secara langsung. Perhatikan bahwa tiap lobus ikatan mengandung 1 elektron
BAB III
PENUTUP
A. KESIMPULAN
1. Ikatan ionik terdiri dari ion partikel bermuatan positif yang disebut
kation dan ion bermuatan negatif yang disebut anion.
2. NaCl merupakan salah satu contoh dari ikatan ionik.
3. Hukum Coulomb digunakan untuk mendapatkan usaha yang
dilakukan ion dari jarak tak hingga ke jarak r.
4. Energi total merupakan penjumlahan dari energi atraktif dan
energi repulsif.
5. Energi kisi menunjukan ukuran kekuatan ikatan senyawa ionik. Seringkali
didefinisikan sebagai entalpi pembentukan senyawa ionik dari ion-ion gas, dan
selalu eksotermik. Energi kisi juga dapat didefinisikan sebagai energi yang
dibutuhkan untuk memisahkan secara sempurna satu molekul padatan ionik
menjadi ion-ion gas penyusunnya.
6. Siklus Born Haber adalah suatu siklus yang dibentuk dengan menggunakan data
entalpi yaitu entalpi pembentukan standar kristal ion dari unsur-unsurnya.
7. Siklus Born Haber sering digunakan untuk menentukan energi kisi, menghitung
afinitas elektron yang sulit ditentukan secara eksperimen, memprediksi
kemungkinan terbentuk tidaknya suatu senyawa ionik.
8. Energi disosiasi (Ediss) adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan salah satu
ikatan yang terdapat pada suatu molekul atau senyawa dalam keadaan gas.
9. Energi ionisasi (Eion) adalah energi yang dibutuhkan untuk sepenuhnya menghapus
elektron dari sebuah atom terisolasi dalam fase gas. energi lonisasi selalu
endotermik karena dalam semua kasus kerja harus dilakukan untuk menghilangkan
elektron dari intinya.
10. Afinitas elektron (EA) adalah ukuran dari perubahan energi yang terjadi ketika
sebuah elektron ditambahkan ke kulit valensi atom.
11. Dalam ikatan kovalen, konfigurasi elektron yang stabil diasumsikan oleh
penggunaan bersama pada elektron antara atom-atom yang berdekatan.
12. Molekul nonlogam (H2, Cl2, F2) serta molekul mengandung atom yang berbeda,
seperti CH4, H2O, HNO3, dan HF, berikatan kovalen.
13. Salah satu teori dan model yang telah diusulkan untuk menjelaskan formasi ikatan
kovalen adalah teori molekul orbital, yang memperlakukan sebuah molekul sebagai
entitas tunggal dan menjadikan orbital molekul sebagai sebuah keseluruhan.
14. Persamaan Schrodinger ikatan kovalen yaitu terdapat di molekul H2+,
dengan jarak ra, rb, dan R.
15. Untuk membentuk sebuah padatan, setiap atom harus secara terikat setidaknya
dengan dua atom lainnya.
16. Hibridisasi terdiri dari pencampuran atau kombinasi linear orbital s dan p dalam
atom sedemikian rupa untuk membentuk orbital hibrida baru. Dalam kasus Si,
dengan susunan tetrahedral dengan sudut ikatan 109 °, masing-masing orbital
dihuni oleh satu elektron, akibatnya setiap atom Si dapat berikatan dengan empat
atom Si lainnya,
B. DAFTAR PUSTAKA
Barsoum, Michel W. 2002. FUNDAMENTAL OF CERAMICS. London : The
Institute of Physics
Callister,William D and David G. Rethwisch . 2009. Material Science and Engineering an
Introduction 8th. United States of America : John Wiley & Sons, Inc.