Makalah ikatan metalik

MAKALAH KIMIA ANORGANIK

IKATAN METALIK

DISUSUN OLEH :

KELOMPOK I

AINUNG SABRINA (1616040008)

NURUL HIKMAH HASANUDDIN (1616040011)

HILDA (1616040012)

NUR AMALIANA PUTRI (1616041004)

PRODI PENDIDIKAN IPA REGULER 2016

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI MAKASSAR

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami ucapkan atas kehadirat Allah SWT yang mana berkat rahmat dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan makalah Kimia Anorganik tentang “Ikatan Metalik” dengan tepat waktu.

Dalam kesempatan ini, kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak, khususnya kepada dosen pengampu mata kuliah Kimia Anorganik yang telah membimbing kami selama mata kuliah Kimia Anorganik.

Kami menyadari bahwa makalah ini masih banyak kekurangan dan jauh dari kesempurnaan. Oleh sebab itu, kami mengharapkan kritik dan saran yang membangun sehingga menjadi pembelajaran bagi kami agar terciptanya makalah yang lebih baik lagi. Demikian, semoga makalah ini dapat menjadi bahan pembelajaran dan bermanfaat bagi kita semua.

Makassar, 05 April 2019

Penyusun

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Dalam mempelajari ilmu kimia, kita sudah banyak mengenal berbagai macam ikatan, salah satu di antaranya adalah ikatan logam (ikatan metalik).Ikatan logam didefinisikan sebagai ikatan antar atom logam tanpa membentuk suatu molekul.  Teori ikatan metalik ini yang nantinya akan menjelaskan mengenai sifat-sifat utama logam seperti dapat menghantarkan listrik dan panas, mempunyai kilap khusus, titik didih dan titik leleh tinggi, mempunyai sifat dapat ditempa, dibengkokkan dan ter­susun dalam kristal logam. Di antara ikatan metalik yang ada, yang paling sederhana adalah teori elektron bebas (lautan elektron).

Menurut teori ini, di dalam kristal logam, setiap atom melepaskan elektron valensinya sehingga terbentuk awan elektron dan ion bermuatan positif yang tersusun rapat dalam awan elektron tersebut. Elektron dalam lautan ini adalah bebas (tidak terikat pada ion manapun). Karena elektron valensi tidak terikat pada salah satu ion logam, tetapi terdelokalisasi terhadap semua ion logam, maka elektron valensi tersebut bebas bergerak keseluruh bagian dari kristal logam. Gerakan elektron valensi inilah yang membawa dan menyampikan arus listrik  serta memindahkan kalor dalam logam.

Teori orbital molekular merupakan teori yang mampu menjelaskan bahwa ikatan kovalen ternyata mampu menyediakan model ikatan metalik yang lebih komprehensif yang sering disebut teori pita (band theory). Tataan atom-atom dalam kristal logam dapat ditafsirkan dalam bentuk bola-bola keras, baik pada logam maupun ionik padatan. Selain itu teori pita jug dapat menjelaskan mengenai sifat logam sebagai konduktor, semikonduktor dan isolator.

B.     Rumusan Masalah

1.      Apa yang dimaksud dengan teori orbital molekular

2.      Apa yang dimaksud dengan struktur metal dan model kemas geometri

3.      Apa yang dimaksud dengan satuan sel dan perhitungan geometri

C.     Tujuan Penulisan

1.      Untuk mengetahui tentang teori orbital molekular

2.      Untuk mengetahui tentang struktur metal dan model kemas geometri

3.      Untuk mengetahui tentang teori satuan sel dan perhitungan geometri

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Model Ikatan

Dalam ilmu  kimia, kita mengenal berbagai macam ikatan. Salah satunya adalah ikatan metalik. Diantara teori ikatan metalik yang ada, yang paling sederhana adalah model larutan elektron. Setiap elektron valensi mampu bergerak bebas di dalam tumpukan bangun logam dan oleh karena itu dipakai istilah larutan elektron dan bahkan meninggalkannya sehingga menghasilkan ion positif. Elektron valensi inilah yang membawa dan menyampaikan arus listrik.

Teori Elektron Bebas (Lautan Elektron) dikemukakan oleh Drude dan Lorentz pada awal abad ke-20. Menurut teori ini, di dalam kristal logam, setiap atom melepaskan elektron valensinya sehingga terbentuk awan elektron dan ion bermuatan positif yang tersusun rapat dalam awan elektron tersebut. Elektron dalam lautan ini adalah bebas (tidak terikat pada ion manapun). Karena elektron valensi tidak terikat pada salah satu ion logam, tetapi terdelokalisasi terhadap semua ion logam, maka elektron valensi tersebut bebas bergerak keseluruh bagian dari kristal logam, sama halnya dengan molekul-molekul gas yang dapat bergerak bebas dalam ruangan tertentu.

Teori awan atau lautan elektron pada ikatan logam itu didefinisikan sebagai gaya tarik antara muatan positif dari ion-ion logam (kation logam) dengan muatan negatif yang terbentuk dari elektron-elektron valensi dari atom-atom logam. Jadi logam yang memiliki elektron valensi lebih banyak akan menghasilkan kation dengan muatan positif yang lebih besar dan awan elektron dengan jumlah elektron yang lebih banyak atau lebih rapat. Hal ini menyebabkan logam memiliki ikatan yang lebih kuat dibanding logam yang tersusun dari atom-atom logam dengan jumlah elektron valensi lebih sedikit.

Teori teori elektron bebas (lautan elektron) atau awan elektron ini juga dapat menjelaskan berbagai sifat fisika dari logam, yaitu:

1.      Logam dapat ditempa, dapat dibengkokkan, direntangkan dan tidak rapuh. Hal ini disebabkan atom-atom logam tersusun secara teratur dan rapat sehingga ketika diberi tekanan atom-atom tersebut dapat tergelincir di atas lapisan atom yang lain, serta atom-atom pada logam semua sejenis sehingga atom-atom yang bergeser saat diberi tekanan seolah-olah tetap pada kedudukan yang sama. Dengan kata lain apabila sebuah ikatan logam putus maka akan segera terbentuk ikatan logam baru.

2.      Sifat Mengkilap. Di dalam ikatan logam, terdapat elektron-elektron bebas. Sewaktu cahaya jatuh pada permukaan logam, maka elektron-elektron bebas akan menyerap energi cahaya tersebut. Elektron-elektron akan melepas kembali energi tersebut dalam bentuk radiasi elektromagnetik dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi cahaya awal. Oleh karena frekuensinya sama, maka kita melihatnya sebagai pantulan cahaya yang datang. Pantulan cahaya tersebut memberikan permukaan logam tampak mengkilap. Bila cahaya tampak jatuh pada permukaan logam, sebagian elektron valensi yang mudah bergerak tersebut akan tereksitasi. Ketika elektron yang tereksitasi tersebut kembali kepada keadaan dasarnya, maka energi cahaya dengan panjang gelombang tertentu akan dipancarkan kembali. Peristiwa ini dapat menimbulkan sifat kilap yang khas pada logam.

3.      Daya hantar listrik. Di dalam ikatan logam terdapat elektron valensi yang bebas (mudah bergerak) yang dapat membawa muatan listrik. Jika diberi suatu beda tegangan, maka elektron-elektron ini akan bergerak dari kutub negatif menjadi kutub positif.

4.      Daya hantar panas. Elektron-elektron yang bergerak bebas di dalam kristal logam memiliki energi kinetik. Jika dipanaskan, elektron-elektron akan memperoleh energi kinetik yang cukup untuk dapat bergerak/bervibrasi dengan cepat. Dalam pergerakannya, elektron-elektron tersebut akan bertumbukkan dengan elektron-elektron lainnya. Hal ini menyebabkan terjadinya transfer energi dari  bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah.

5.      Titik didih dan titik leleh tinggi. Pada logam, ikatan logam tidak sepenuhnya putus sampai logam mendidih, ini menunjukkan bahwa ikatan logam memiliki titik didih yang tinggi. Hal ini dikarenakan atom-atom logam terikat oleh ikatan logam yang kuat. Untuk mengatasi ikatan tersebut, diperlukan energi dalam jumlah yang besar.

Pada teori ikatan valensi melibatkan pemakaian bersama pasangan elektron oleh dua atom (masing-masing dengan orbital valensi dan sebuah elektron) saling mendekati sampai jarak tertentu sehingga orbital valensi dari dua atom tersebut saling tumpang tindih dan dua buah elektron yang ada saling berpasangan atau memiliki spin yang berlawanan. Dua buah elektron yang berpasangan tersebut ditarik oleh inti masing-masing atom sehingga dua buah atom tersebut terikat satu dengan yang lain.

Akibat delokalisasi semua ikatan kovalen yang ada, struktur kanonis dari logam litium yang dapat digambarkan jumlahnya menjadi sangat banyak. Sebagai konsekuensinya ikatan antara atom-atom Li pada logam litium menjadi semakin kuat, melebihi kekuatan ikatan pada molekul diatomiknya (Li2). Untuk logam alkali perbandingan kekuatan ikatan tersebut ditunjukkan dengan perbandingan harga entalpi atomisasi dari logam dan entalpi atomisasi molekul diatomiknya yang diberikan.

Akibat dapatnya semua ikatan kovalen terdelokalisasi ke atom-atom yang lain di dalam kristal maka elektron valensi atom-atom litium tersebut dapat dianggap bersifat mudah bergerak, sehingga memungkinkan untuk dapatnya  logam litium menghantarkan arus listrik apabila pada logam tersebut diberi beda potensial.

B.     Teori Orbital Molekular

Teori orbital molekular mengandaikan bahwa apabila dua atom atau lebih bergabung membentuk suatu spesies, maka spesies ini tidak lagi memiliki sifat orbital atomik secara individual, melainkan membentuk orbital molekular baru. Elektron yang terlibat dalam ikatan dipengaruhi secara serentak oleh kedua inti atom yang bergabung. Pendekatan sederhana menyarankan bahwa hanya elektron - elektron dalam orbital atomik luar saja yang dianggap membentuk ikatan, sehingga elektron ikatan ini berada dalam orbital molekular sedangkan elektron-elektron dalam orbital dalam masih tetap sebagaimana keadaannya dalam masing masing atom secara individual.

Menurut pendekatan kombinasi lurus (linear combination), jumlah orbital molekular yang terbentuk sama dengan jumlah orbital atomik yang bergabung. Bila dua atom yang bergabung masing-masing menyediakan satu orbital atomik maka dihasilkan dua orbital molekular, salah satu merupakan kombinasi jumlahan kedua orbital atomik yang saling menguatkan dan lainnya kombinasi kurangan yang saling meniadakan. Kombinasi jumlahan menghasilkan orbital molekular ikat (bonding) yang mempunyai energi lebih rendah, dan kombinasi kurangan menghasilkan orbital molekular antiikat (antibonding) yang mempunyai energi lebih tinggi. Hal ini bukan berarti bahwa semua orbital molekular ini harus ditempati oleh elektron, melainkan elektron mengisi orbital orbital molekular menurut tingkat energinya dari rendah ke tinggi. Dengan demikian, terdapat perbedaan jumlah elektron dalam orbital antiikat; numerik perbedaan ini dibagi dengan jumlah atom yang berikatan disebut derajat ikatan / orde ikatan (bond order) yang dapat dipakai sebagai petunjuk kekuatan ikatan yang bersangkutan.

Orbital molekular ikat adalah orbital yang rapatan elektron ikat terpusat mendekat pada daerah antara kedua inti atom yang bergabung, dan dengan demikian menghasilkan situasi yang lebih stabil. Orbital molekular antiikat adalah orbital di mana rapatan elektron ikat terpusat menjauhi daerah antaraa kedua inti atom yang bergabung, dan dengan demikian menghasilakan situasi yang kurang stabil.

Relative terhadap energi orbital atomik, penurunan energi orbital molekular ikat sama dengan kenaikan energi orbital molekular anti ikat. Untuk molekul homonuklir, orbital atomik yang sama mempunyai tingkat energi yang sam pula, tetapi dalam molekul heteronuklir menjadi lebih rendah bagi atom yang bersifat lebih elektronegatif. Jika perbedaan elektronegatifitas antara kedua atom yang bergabung ini sangat besar, yang berarti  relatif lebih kecil, karakteristik orbital molekular ikat praktis didominasi oleh orbital atomik dari atom yang lebih elektronegatif dan sebaliknya orbital molekular antiikat didominasi oleh orbital atomik dari atom yang bersifat kurang elektronegatif. Jika pada daerah tumpang-tindih (overlap) ada orbital atomik yang tidak berinteraksi dalam pembentukan ikatan, orbital molekular yang dihasilkan disebut orbital nonikat (nonbonding) dan mempunyai tingkat energi tetap sama dengan orbital atomik dari atom yang bersangkutan.

a.       Konstruksi Diagram Energi dan Konfigurasi Elektronik Spesies Diatomik

Diagram orbital molekular untuk molekul diatomik homonuklir periode dua, Li₂ hingga F₂ dapat disusun menurut kerangka dengan energi πp > σp namun diagram ini mengabaikan adanya interaksi orbital s dengan orbital p dari atom yang lain dan ini hanya dapat berlaku jika perbedaan orbital 2s dan 2p cukup besar seperti dalam atom oksigen dan fluorin. Perbedaan energi 2s-2p unsur Li-Ne naik secara nyata sebagaimana dinyatakan dengan kenaikan potensial ionisasi, 2eV-27eV.

Oleh karena itu untuk unsur Li hingga N, interaksi s-p’ dan s’-p tidak dapat diabaikan lagi karena perbedaan energi 2s-2p dianggap kecil, dan akibatnya orbital molekular σp berinteraksi dengan orbital 2s sehingga berakibat lanjut naiknya energi yang bersangkutan hingga menjadi lebih tinggi daripada energi πp.

Perlu diingat bahwa orbital-orbital “dalam” tidak pernah berperan pada pembentukan orbital molekular. Konfigurasi elektronik ini dalam keadaan dasar, ground state menunjukkan adanya dua elektron tak berpasangan dalam molekul oksigen (cair) sehingga dapat menjelaskan sifat paramagnetik molekul ini, dan inilah yang merupakan salah satu keunggulan dari teori orbital molekular dibanding dengan teori ikatan yang lain.

b.      Konstruksi Diagram Energi Logam

Konstruksi diagram energi orbital molekular, misalnya untuk dua atom Li dalam fase gas yang membentuk molekul Li₂. Selanjutnya apabila terdapat empat orbital atom 2s dari empat atom Li bergabung dalam molekul Li₄ maka akan diperoleh empat orbital molekular σ_2s yaitu dua orbital ikat dan dua yang lainnya adalah antiikat. Namun agar tidak melanggar hukum kuantum energi orbital-orbital ini tidak setingkat, artinya energi orbital σ_2s yang satu tidak boleh mempunyai energi yang persis sama dengan orbital σ_2s yang lain. Oleh karena itu, konstruksi diagram energi orbital molekular Li₄.

Dalam kristal logam, sejumlah besar (n) orbital atomik dari n atom logam bergabung. Orbital-orbital ini berinteraksi secara tiga dimensional membentuk n orbital molekular dengan prinsip yang sama seperti halnya pada pembentukan orbital molekular Li₄ tersebut. Karena demikian banyaknya tingkat energi orbital-orbital ini, jarak tingkat yang satu dengan yang lain menjadi sedemikian dekatnya sehingga menghasilkan suatu bentuk kontinu (sinambung) atau “pita”. Dengan adanya pita energi tersebut, sifat konduktivitas listrik suatu logam secara sederhana dapat dijelaskan yaitu bahwa sebuah elektron mampu mencapai ke tingkat-tingkat energi orbital antiikat yang kosong dan sangat sedikit lebih tinggi energinya dan kemudian bergerak bebas melalui struktur logam sebagai arus listrik. Secara sama, sifat konduktivitas termal dapat dijelaskan oleh karena adanya elektron-elektron bebas melalui seluruh bangun kristalnya.

C.    Struktur Metal dan Model Kemas Geometri

Struktur logam dipandang terbentuk oleh tataan atom-atom yang terkemas (packing) bersama dalam suatu kristal. Dalam suatu Kristal logam, atom-atom tertata dalam rangkaian terulang yang disebut kisi kristal. Pengemasan atom-atom logam merupakan problem geometri. Cara yang paling mudah yaitu menata bola-bola atom dalam bentuk satu lapis (layer)lalu menempatkan lapisan selanjutnya di atas lapisan terdahulu.

Ada dua macam tatanan bola-bola dalam lapisan yaitu pertama, bola tertata persis sebelah-menyeblah (side by side) satu sama lain; hasilnya, setiap disentuh oleh empat bola lain sehingga menyusun dua diagonal bujursangkar. Penataan yang kedua yaitu berdasarkan pembentukan lapisan heksagon. Dalam lapisan ini, tiap bola disentuh oleh enam bola yang lain, dan tataan demikian ini merupakan cara yang paling rapat (mampat), oleh sebab itu disebut kemas rapat.

D.    Satuan Sel dan Perhitungan Geometri

Tatanan bola-bola paling sederhana yang apabila pada pengulangan diperoleh seluruh bangun Kristal disebut unit sel atau satuan sel. Satuan sel yang paling mudah dilihat yaitu kubus sederhana yang dibangun oleh delapan bola yang menempati kedelapan titik sudut kubus.

Jadi, tiap satuan sel berisi sejumlah tertentu atom-atom atau ion-ion. Kristal molecular intan misalnya, mengadopsi bangun utama fcc (face centered cube) ditambah 4 atom terikat secara tetrahedral di dalamnya (interior); oleh karena itu, setiap satuan sel intan terdapat: (8 x 1/8 atom)+(6 x 1/2 atom pusat muka)+ 4 atom interior = 8 atom.

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Teori awan elektron disebut juga elektron bebas atau lautan elektron yang menjelaskan berbagai sifat fisika dari logam, seperti logam dapat ditempa, dapat dibengkokkan, direntangkan dan tidak rapuh, sifat mengkilap logam, sifat logam yang dapat menghantarkan listrik, dapat menghantarkan panas, dan sifat logam yang memiliki titik leleh dan titik didih tinggi. Teori ikatan valensi melibatkan pemakaian bersama pasangan elektron oleh dua atom, yang menjelaskan bahwa ikatan logam terbentuk karena adanya delokalisasi elektron valensi atom pusat yang berinteraksi dengan atom disekelilingnya.

Teori orbital molekular mengandaikan bahwa apabila dua atom atau lebih bergabung membentuk suatu spesies, maka spesies ini tidak lagi memiliki sifat orbital atomik secara individual, melainkan membentuk orbital molekular baru. Elektron yang terlibat dalam ikatan dipengaruhi secara serentak oleh kedua inti atom yang bergabung.

Konstruksi Diagram Energi dan Konfigurasi Elektronik Spesies Diatomik adalah diagram orbital molekular untuk molekul diatomik homonuklir periode dua, Li₂ hingga F₂ dapat disusun menurut kerangka dengan energi πp > σp namun diagram ini mengabaikan adanya interaksi orbital s dengan orbital p dari atom yang lain dan ini hanya dapat berlaku jika perbedaan orbital 2s dan 2p cukup besar seperti dalam atom oksigen dan fluorin.

Konstruksi Diagram Energi Logam molekular, misalnya untuk dua atom Li dalam fase gas yang membentuk molekul Li₂. Selanjutnya apabila terdapat empat orbital atom 2s dari empat atom Li bergabung dalam molekul Li₄ maka akan diperoleh empat orbital molekular σ_2s yaitu dua orbital ikat dan dua yang lainnya adalah antiikat. Namun agar tidak melanggar hukum kuantum energi orbital-orbital ini tidak setingkat, artinya energi orbital σ_2s yang satu tidak boleh mempunyai energi yang persis sama dengan orbital σ_2s yang lain.

Struktur logam dipandang terbentuk oleh tataan atom-atom yang terkemas (packing) bersama dalam suatu kristal. Dalam suatu Kristal logam, atom-atom tertata dalam rangkaian terulang yang disebut kisi kristal. Pengemasan atom-atom logam merupakan problem geometri. Cara yang paling mudah yaitu menata bola-bola atom dalam bentuk satu lapis (layer)lalu menempatkan lapisan selanjutnya di atas lapisan terdahulu.

Satuan Sel dan Perhitungan Geometri adalah tatanan bola-bola paling sederhana yang apabila pada pengulangan diperoleh seluruh bangun Kristal disebut unit sel atau satuan sel. Satuan sel yang paling mudah dilihat yaitu kubus sederhana yang dibangun oleh delapan bola yang menempati kedelapan titik sudut kubus.

B.     Saran

Masih banyak kekurangan pada  penulisan makalah kami, untuk itu kami harap kepada pembaca untuk memberikan saran yang membangun serta kepada penulis selanjutnya untuk terus memperbaiki lagi penulisannya baik dari segi konten maupun format penulisan makalah.

DAFTAR PUSTAKA

Petrucci, R.H. 1987. Kimia Dasar : Prinsip dan Terapan Modern. Jilid II Edisi ke empat

(alih bahasa Suminar Achmadi). Jakarta: Erlangga.

Sugiyarto, KH., dan Suyanti, Retno D. 2010. Kimia Anorganik Logam. Yogyakarta: Graha

Ilmu.

Syarifuddin, Nuraini. 1994. Ikatan Kimia. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.