03. STRUKTUR ATOM 2

A. Struktur Elektronik Ion

Halaman ini mengeksplorasi tentang bagaimana cara supaya kamu dapat menuliskan struktur elektronik untuk ion-ion monoatomik sederhana (ion-ion yang hanya mengandung satu atom saja) dengan menggunakan notasi s, p, dan d. Cara penulisan struktur elektronik ion ini mengasumsikan bahwa kamu sudah mengerti tentang bagaimana cara menuliskan struktur elektronik untuk atom.

Penyusunan struktur elektronik ion

Ion merupakan atom (atau golongan atom) yang membawa sebuah muatan listrik karena ion tersebut memeperoleh atau kehilangan satu atau lebih elektron. Jika sebuah atom memperoleh elektron maka atom tersebut mendapatkan sebuah muatan negatif. Jika kehilangan elektron, maka atom tersebut menjadi bermuatan positif.

Struktur elektronik ion blok-s dan blok-p

Tuliskan struktur elektronik untuk atom netral, dan kemudian tambahkan elektron (untuk ion negatif) atau kurangi elektron (untuk ion positif).

Penulisan struktur elektronik untuk Cl ^–:

Cl		1s22s22p63s23px23py23pz1		tetapi Cl– kehilangan satu buah elektron
Cl–		1s22s22p63s23px23py23pz2

Penulisan struktur elektronik untuk O^2-:

O		1s22s22px22py12pz1		tetapi O2- kehilangan dua buah elektron
O2-		1s22s22px22py22pz2

Penulisan struktur elektronik untuk Na⁺:

Na		1s22s22p63s1		tetapi Na+ kekurangan satu buah elektron
Na+		1s22s22p6

Penulisan struktur elektronik untuk Ca²⁺:

Ca		1s22s22p63s23p64s2		tetapi Ca2+ kekurangan dua buah elektron
Ca2+		1s22s22p63s23p6

Struktur elektronik ion blok-d

Di sini kamu dihadapkan pada salah satu fakta yang paling menjengkelkan dalam A’level chemistry! Kamu dapat mengingat kembali bahwa urutan unsur-unsur transisi yang pertama (dari skandium sampai seng) merupakan hasil pengisian orbital-orbital 3d terlebih dahulu setelah pengisian orbital-orbital 4s.

Bagaimanapun, sekali elektron menempati orbitalnya, maka terjadi perubahan tingkat energi – dan pada semua sifat kimia unsur-unsur transisi, orbital 4s berkedudukan sebagai orbital paling luar, orbital yang memiliki energi paling tinggi. Urutan yingkat orbital 3d dan 4s hanya digunakan untuk pengisian atom pada tempat pertama. Dalam segala hal, elektron 4s merupakan elektron yang harus diperhatikan terlebih dahulu.

Kamu harus mengingat hal ini:

Ketika unsur-unsur blok-d membentuk ion, elektron-elektron 4s menghilang terlebih dahulu.

Untuk mengingatkan kamu tentang hal tersebut, penyusunan struktur ion blok-d tidak berbeda dari penyusunan struktur, katakanlah, ion natrium.

Penulisan struktur elektronik untuk Cr³⁺:

Cr		1s22s22p63s23p63d54s1
Cr3+		1s22s22p63s23p63d3

Elektron 4s menghilang terlebih dahulu diikuti oleh dua elektron 3d.

Penulisan struktur elektronik untuk Zn²⁺:

Zn		1s22s22p63s23p63d104s2
Zn2+		1s22s22p63s23p63d10

Kali ini tidak menggunakan elektron 3d satu pun.

Penulisan struktur elektronik untuk Fe³⁺:

Fe		1s22s22p63s23p63d64s2
Fe3+		1s22s22p63s23p63d5

Elektron 4s menghilang terlebih dahulu diikuti oleh satu elektron 3d.

Aturannya sangatlah sederhana. Ambil elektron 4s terlebih dahulu, dan kemudian ambil elektron 3d sebanyak yang kamu perlukan untuk menghasilkan muatan positif yang benar.

B. Struktur Kovalen Raksasa

Halaman ini menggambarkan struktur dari zat kovalen raksasa seperti intan, grafit dan silikon dioksida (silikon(IV) oksida), dan hubungan antara struktur tersebut dengan sifat fisik dari zat tersebut.

Struktur intan

Struktur kovalen raksasa dari intan

Karbon memiliki susunan elektronik 2,4. Pada intan, tiap atom karbon berbagi elektron dengan empat atom karbon yang lain – membentuk empat ikatan tunggal.

Pada diagram beberapa atom karbon terlihat hanya membentuk dua ikatan (atau bahkan satu ikatan), tetapi hal ini bukanlah kasus yang sebernarnya. Kami hanya menunjukkan sebagian kecil dari struktur secara keseluruhan.

Struktur tersebut merupakan struktur kovalen raksasa – yang mana struktur tersebut terus berlanjut pada struktur tiga dimensi. Struktur ini bukan sebuah molekul, karena jumlah atom yang bergabung pada intan yang sebenarnya sangatlah bervariasi – tergantung pada ukuran kristal.

Bagaimanakah cara menggambarkan struktur intan

Jangan mencoba untuk kelihatan sangat pintar dengan berusaha menggambarkan terlalu banyak struktur! Pelajarilah cara menggambar diagram yang diberikan di atas. Lakukan hal tersebut dengan mengikuti urutan-urutan:

Berlatihlah sampai kamu dapat menggambarkan dengan menggunakan tangan dalam waktu 30 detik.

Sifat fisik intan

Intan

• Memiliki titik leleh yang sangat tinggi (hampir 4000°C). Ikatan kovalen karbon-karbon yang sangat kuat pada seluruh struktur harus diputuskan seluruhnya terlebih dahulu sebelum terjadinya pelelehan.
• Sangat keras. Sekali lagi hal ini membutuhkan pemutusan ikatan kovalen yang sangat kuat pada struktur 3 dimensi.
• Tidak menghantarkan listrik. Semua elektron berikatan dengan sangat rapat antara atom-atomnya, dan elektron-eklektron tersebut tidak dapat bergerak dengan leluasa.
• Tidak larut dalam air dan pelarut organik. Dalam hal ini tidak memungkinkan terjadinya dayatarik antara molekul pelarut dan atom karbon yang dapat membongkar dayatarik antara atom-atom karbon yang berikatan secara kovalen.

Struktur grafit

Struktur kovalen raksasa dari grafit

Grafit memiliki struktur lapisan (layer structure) yang sedikit sulit untuk digambarkan secara meyakinkan pada bentuk tiga dimensi. Diagram dibawah ini menunjukkan susunan atom pada tiap lapisan, dan cara lapisan menempati ruang.

Perlu diperhatikan bahwa kamu tidak dapat menggambarkan salah satu sisi lapisan yang tinjau dengan benar pada skala yang tepat sama seperti atom pada suatu bagian lapisan atau bagian lapisan yang lain dari diagram yang ditampilkan atau dibatasi.

Pada kasus seperti itu, adalah suatu hal yang penting untuk memberikan beberapa ide mengenai jarak yang terlibat. Jarak antar lapisan kurang lebih 2,5 kali dari jarak antara atom pada tiap lapisan.

Lapisan, tentunya, terdiri dari jumlah atom yang sangat banyak – tidak hanya beberapa atom seperti yang ditampilkan pada diagram.

Kamu mungkin membantah bahwa karbon dapat membentuk empat ikatan kovalen karena karbon memiliki empat elektron yang tidak berpasangan, yang mana pada diagram hanya terlihat membentuk tiga ikatan dengan atom karbon tetangganya. Diagram ini merupakan suatu bentuk penyedarhanaan, dan cenderung lebih menonjolkan susunan atom-atom dibandingkan dengan ikatan yang terbentuk.

Ikatan pada grafit

Tiap atom karbon menggunakan tiga elektron yang dimilikinya untuk membentuk ikatan yang sederhana pada tiga atom karbon tetangga terdekatnya. Keadaan seperti ini membiarkan elektron keempat berada pada tingkat ikatan. “Cadangan” elektron pada tiap atom karbon tersebut menjadi terdelokalisasi pada seluruh bagian lembaran atom pada satu lapisan. Cadangan elektron tersebut tidak berhubungan secara langsung dengan pasangan atom tertentu, tetapi elektron tersebut bebas mengembara melintasi seluruh bagian lembaran atom.

Sesuatu hal yang penting bahwa elektron yang terdelokalisasi tersebut bebas bergerak ke bagian mana saja pada lembaran atom – iap elektron tidak terpaku pada atom karbon tertentu. Keadaan ini, bagaimanapun, tidak terjadi kontak secara langsung antara elektron yang terdelokalisasi pada suatu lembaran atom tertentu dengan elektron yang lain pada lembaran atom tetangganya.

Atom-atom yang terletak pada suatu lembaran berikatan satu sama lain melalui ikatan kovalen yang kuat – lebih kuat, pada faktanya, dibandingkan dengan ikatan pada intan karena adanya tambahan kekuatan ikatan yang disebabkan oleh elektron yang terdelokalisasi. Jadi bagaimana dengan lembaran-lembaran yang berikatan satu sama lain?

Pada grafit kamu memiliki contoh gaya dispersi van der Waals yang sangat istimewa. Selama elektron yang terdelokalisasi bergerak di seluruh bagian lembaran atom, dipol sesaat yang sangat besar dapat terbentuk dimana dipol sesaat ini akan menyebabkan dipol yang berlawanan pada lembaran-lembaran atom di atas dan dibawahnya – dan tentunya keadaan seperti ini terjadi pada seluruh bagian kristal grafit.

Sifat fisik grafit

Grafit

• Memiliki titik leleh tinggi, sama seperti intan. Untuk melelehkan grafit, tidak hanya cukup memisahkan salah satu lembaran atom dari lembaran atom yang lainnya. Kamu harus memutuskan seluruh ikatan kovalen yang terdapat pada seluruh bagian struktur grafit.
• Memiliki sifat lunak, terasa licin, dan digunakan pada pensil dan sebagai pelumas kering seperti pada kunci. Kamu dapat berfikir bahwa grafit kurang lebih seperti tumpukan kartu – tiap kartu kuat, tetapi kartu akan saling bergeser satu sama lain, atau akan merosot secara keseluruhan. Ketika kamu menggunakannya sebagai pensil, lembaran atom digosokkan dan menempel pada kertas.
• Memiliki kerapatan yang lebih rendah dibandingkan intan. Hal ini disebabkan karena terdapat ruangan dalam jumlah yang relatif banyak yang mana ruangan tersebut merupakan “sampah” di antara lembaran-lembaran atom.
• Tidak larut dalam air dan pelarut organik – dengan alasan yang sama seperti intan yang tidak larut. Dayatarik antara molekul pelarut dan atom karbon tidak akan pernah cukup kuat untuk melampaui ikatan kovalen yang kuat pada grafit.
• Menghantarkan listrik. Elektron yang terdelokalisasi bebas bergerak di seluruh bagian lembaran atom. Jika setiap bagian grafit terhubung pada suatu sirkuit, elektron akan dapat berpindah dari ujung lembaran dan dapat digantikan oleh elektron yang baru pada ujung yang lain.

Struktur silikon dioksida, SiO₂

Silikon dioksida juga dikenal sebagai silikon(IV) oksida.

Struktur kovalen raksasa dari silikon dioksida

Terdapat tiga bentuk kristal silikon dioksida yang berbeda. Salah satu yang paling mudah diingat dan digambarkan adalah struktur yang berdasarkan pada struktur intan.

Silikon kristalin memiliki struktur yang sama dengan intan. Untuk mengubahnnya menjadi struktur silikon dioksida, sesuatu hal yang kamu perlukan adalah memodifikasi struktur silikon melalui penambahan beberapa atom oksigen.

Dengan catatan bahwa setiap atom silikon dijembatani ke atom silikon tetangganya dengan atom oksigen. Jangan lupa bahwa struktur ini hanya sebagian kecil dari keseluruhan struktur raksasa pada bentuk tiga dimensi.

Sifat fisik silikon dioksida

Silikon dioksida

• Memiliki titik leleh yang tinggi – sangat bervariasi tergantung pada penyusun strukturnya (harus diingat bahwa struktur yang diberikan hanya salah satu dari tiga kemungkinan struktur), tetapi sekitar 1700°C. Ikatan kovalen silikon-oksigen yang sangat kuat harus diputuskan di seluruh bagian struktur sebelum pelelehan terjadi.
• Keras. Karena itu dibutuhkan pemutusan ikatan kovalen yang sangat kuat.
• Tidak menghantarkan listrik. Tidak terdapat elektron yang terdelokalisasi. Semua elektron terikat dengan kuat diantara atom-atomnya, dan tidak bebas bergerak.
• Tidak larut dalam air dan pelarut organik. Tidak terdapat dayatarik yang memungkinkan antara molekul pelarut dan atom silikon atau oksigen yang dapat melampaui kekuatan ikatan kovalen pada struktur raksasa.

C. Struktur Logam

Halaman ini menggambarkan struktur logam, dan hubungan antara struktur tersebut dengan sifat fisik dari suatu logam.

Struktur logam

Susunan atom-atom

Logam merupakan struktur raksasa dari atom-atom yang berikatan satu sama lain melalui ikatan logam. “Raksasa” menunjukkan jumlah yang sangat banyak tetapi jumlah atom yang terlibat sangat bervariasi – tergantung pada ukuran potongan logam.

Koordinasi 12

Kebanyakan logan adalah terjejal (close packed) – yakni, struktur tersebut memuat atom sebanyak mungkin pada volum yang tersedia. Setiap atom pada struktur mengalami 12 sentuhan dari atom tetangganya. Keadaan logam yang seperti ini digambarkan sebagai terkoordinasi 12.

Tiap atom memiliki 6 sentuhan dari atom yang lain pada tiap lapisan.

Dan juga tiga atom yang menyentuhnya pada lapisan diatasnya dan tiga atom yang lain pada lapisan dibawahnya.

Diagram yang kedua tersebut menunjukkan lapisan yang terletak di atas lapisan yang pertama. Lapisan tersebut akan saling berhubungan dengan lapisan dibagian bawahnya. (Keduanya tersusun dengan cara penempatan yang berbeda dengan lapisan yang ketiga pada struktur terjejal, tetapi hal ini dipelajari pada pembahasan tingkat dasar)

Koordinasi 8

Beberapa logam (khususnya yang terletak pada golongan 1 pada tabel periodik) terjejal kurang efektif, atom-atom logam tersebut hanya memiliki 8 sentuhan atom tetangganya. Inilah yang disebut dengan terkoordinasi 8.

Diagram sebelah kiri menunjukkan bahwa tidak ada atom yang saling bersentuhan satu sama lain pada satu lapisan yang sama. Atom-atom tersebut hanya tersentuh oleh atom pada lapisan di atas dan dibawahnya. Diagram sebelah kanan menunjukkan 8 atom (4 di atas dan 4 di bawah) yang menyentuh atom yang berwarna gelap).

Butiran kristal

Adalah sesuatu hal yang dapat menyesatkan jika mengira bahwa semua atom pada sepotong logam tersusun pada cara yang teratur. Tiap potong logam terdiri dari jumlah “butiran kristal”, yang sangat banyak, yang mana tiap butiran memiliki daerah yang seragam. Pada atom yang terletak pada batas butiran dapat memiliki struktur yang tidak lurus.

Sifat fisik logam

Titik leleh dan titik didih

Logam-logam cenderung memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi karena kekuatan ikatan logam. Kekuatan ikatan berbeda antara logam yang satu dengan logam yang lain tergantung pada jumlah elektron yang terdelokalisasi pada lautan elektron, dan pada susunan atom-atomnya.

Logam-logam golongan 1 seperti natrium dan kalium memiliki titik leleh dan titik didih yang relatif rendah karena tiap atomnya hanya memiliki satu elektron untuk dikontribusikan pada ikatan – tetapi ada hal lain yang menyababkan hal ini terjadi:

• Unsur-unsur golongan 1 juga tersusun dengan tidak efektif (terkoordinasi 8), karena itu tidak terbentuk ikatan yang banyak seperti kebanyakan logam.
• Unsur-unsur golongan 1 memiliki ukuran atom yang rekatif besar (berarti bahwa inti jauh dari elektron yang terdelokalisasi) yang juga menyebabkan lemahnya ikatan.

Daya hantar listrik

Logam menghantarkan listrik. Elektron yang terdelokalisasi bebas bergerak di seluruh bagian struktur tiga dimensi. Elektron-elektron tersebut dapat melintasi batas butiran kristal. Meskipun susunan logam dapat terganggu pada batas butiran kristal, selama atom saling bersentuhan satu sama lain, ikatan logam masih tetap ada.

Cairan logam juga menghantarkan arus listrik, hal ini menunjukkan bahwa meskipun atom logam bebas bergerak, elektron yang terdelokalisasi masih memiliki daya yang tersisa sampai logam mendidih.

Daya hantar panas

Logam adalah konduktor panas yang baik. Energi panas diteruskan oleh elektron sebagai akibat dari penambahan energi kinetik (hal ini memnyebabkan elektron bergerak lebih cepat). Energi panas ditransferkan melintasi logam yang diam melalui elektron yang bergerak.

Kekuatan dan kemampuan kerja

Sifat dapat ditempa dan sifat dapat diregang

Logam digambarkan sebagai sesuatu yang dapat ditempa (dapat dipipihkan menjadi bentuk lembaran) dan dapat diregang (dapat ditarik menjadi kawat). Hal ini karena kemampuan atom-atom logam untuk menggelimpang antara atom yang satu dengan atom yang lain menjadi posisi yang baru tanpa memutuskan ikatan logam.

Jika tekanan yang kecil dikenakan pada logam, lapisan atom akan mulai menggelimpang satu sama lain. Jika tekanan tersebut dilepaskan lagi, atom-atom tersebut akan kembali pada posisi asalnya. Pada kondisi seperti itu, logam dikatakan menjadi elastis.

Jika tekanan yang lebih besar dikenakan pada logam, atom-atom akan menggelimpang satu sama lain sampai pada posisi yang baru, dan logam berubah secara permanen.

Kekerasan logam

Penggelimpangan lapisan atom antara yang satu dengan yang lain ini dihalangi oleh batas butiran karena baris atom tidak tersusun sebagai mana mestinya. Hal ini mengakibatkan semakin banyak batas butiran (butiran-butiran kristal lebih kecil), menyebabkan logam lebih keras.

Untuk mengimbangi hal ini, karena batas butiran merupakan suatu daerah dimana atom-atom tidak berkaitan dengan baik satu sama lain, logam cenderung retak pada batas butiran. Kenaikan jumlah batas butiran tidak hanya membuat logam menjadi semakin kuat, tetapi juga membuat logam menjadi rapuh.

Pengontrolan ukuran butiran kristal

Jika kamu memiliki bagian logam yang murni, kamu dapat mengontrol ukuran butiran kristal melalui perlakuan panas atau melalui pengerjaan logam.

Pemanasan logam cenderung untuk mengocok atom-atom logam menjadi susunan yang lebih rapi – penurunan jumlah batas butiran, dan juga membuat logam lebih lunak. Pembantingan logam ketika logam tersebut mendingin cenderung untuk memhasilkan butirn yang kecil. Pendinginan membuat logam menjadi keras. Untuk memperbaiki kinerja ini, kamu dapat memanaskannya lagi.

Kamu juga dapat memutuskan susunan yang atom teratur melalui penyisipan atom yang memiliki ukuran sedikit berbeda pada struktur logam. Alloy seperti kuningan (campuran tembaga dan seng) lebih keras dibandingkan logam asalnya karena ketidakteraturan struktur membantu pencegahan barisan atom tergelincir satu sama lain.

D. Struktur Molekul

Halaman ini menggambarkan bagaimana sifat fisik suatu zat memiliki struktur molekul yang bervariasi dengan dayatarik antarmolekul – ikatan hidrogen dan gaya van der Waals.

Sifat fisik substansi molekuler

Molekul terdiri dari sejumlah atom yang bergabung melalui ikatan kovalen, dan atom tersebut berkisar dari jumlah yang sangat sedikit(dari atom tunggal, seperti gas mulia) sampai jumlah yang sangat banyak (seperti pada polimer, protein atau bahkan DNA).

Ikatan kovalen yang mengikat molekul secara bersamaan dengan sangat kuat, tetapi hal itu tidak berhubungan dengan sifat fisik suatu zat. Sifat fisik suatu zat ditentukan oleh gaya antarmolekul – gaya tarik antara suatu molekul dengan tetangganya – dayatarik van der Waals atau ikatan hidrogen.

Titik leleh dan titik didih

Substansi molekuler cenderung untuk menjadi gas, cairan atau padatan yang bertitik leleh rendah, karena gayatarik antar-molekul terhitung lemah. Anda tidak harus memutus ikatan kovalen yang ada untuk melelehkan atau mendidihkan sebuah zat molekuler.

Ukuran titik leleh dan titik didih akan tergantung pada kekuatan gaya antarmolekul. Kehadiran ikatan hidrogen akan meningkatkan titik leleh dan titik didih. Molekul yang berukuran lebih besar memungkinkan dayatarik van der Waals yang lebih besar pula – dan molekul tersebut akan lebih membutuhkan lebih banyak banyak energi untuk pemutusan ikatannya.

Kelautan dalam air

Kebanyakan substansi molekuler tidak larut dalam (atau hanya sangat sedikit larut) dalam air. Substansi molekuler yang dapat larut setelah bereaksi dengan air, atau yang lainnya dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air.

Kenapa metana, CH₄, tidak larut dalam air?

Metana sendiri tidak masalah. Metana adalah suatu gas, dan karena itu molekulnya terpisah – air tidak dibutuhkan untuk mengambil sebagian metana dari bagian yang lain.

Masalahnya adalah ikatan hidrogen antara molekul air. Jika metana dilarutkan, metana memiliki gaya untuk menarik molekul air dan karena itu memutuskan ikatan hidrogen. Hal ini membutuhkan sejumlah energi.

Daya tarik yang memungkinkan antara molekul metana dan molekul air lebih lemah dibandingkan gaya van der Waals – dan tidak cukup energi yang dapat dilepaskan ketika gaya van der Waals terbentuk. Kemudahan ini tidak menguntungkan secara energetik untuk pencampuran metana dan air.

Kenapa amonia, NH₃, larut dalam air?

Amonia memiliki kemampuan untuk membentuk ikatan hidrogen. Ketika ikatan hidrogen antara molekul air putus, ikatan tersebut dapat digantikan oleh ikatan yang setara antara molekul air dan molekul metana.

Sebagian amonia juga bereaksi dengan air untuk menghasilkan ion amonium dan ion hidroksida.

Panah dua arah menunjukkan bahwa reaksi tidak berkesudahan. Pada tiap waktu hanya sekitar 1% amonia yang dapat bereaksi untuk membentuk ion amonium. Kelarutan amonia terutama tergantung pada ikatan hidrogen dan bukan pada reaksi.

Kebanyakan substansi molekuler yang lain larut dengan bebas pada air karena substansi molekuler tersebut dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air termasuk etanol (alkohol) dan sukrosa (gula).

Kelarutan dalam pelarut organik

Substansi molekuler acapkali larut dalam pelarut organik – yang berbentuk molekul. Antara zat terlarut (zat yang larut) dan pelarut keduanya memiliki molekul-molekul yang tertarik satu sama lain melalui gaya van der Waals. Meskipun dayatarik tersebut akan diganggu ketika keduanya bercampur, dayatarik digantikan oleh dayatarik yang lain yang sama antara dua molekul yang berbeda.

Daya hantar listrik

Substansi molekuler tidak akan dapat menghantarkan listrik. Seperti pada kasus dimana elektron dapat terdelokalisasi pada molekul tertentu, tidak terdapat kontak yang cukup antar molekul untuk memperbolehkan elektron untuk bergerak di seluruh bagian cairan atau padatan.

Beberapa contoh tersendiri

Iodium, I₂

Iodium merupakan padatan kristalin abu tua dengan uap ungu. Titik leleh: 114°C. B.Pt: 184°C. Iodium sedikit, sedikit larut dalam air, tetapi larut dengan sangat leluasa dalam pelarut organik.

Karena itu Iodium merupakan padatan bertitik leleh rendah. Kristalinitas memberikan susunan molekul yang teratur.

Strukturnya digambarkan sebagai kubus terpusat permukaan – ini adalah kubus molekul iodium dengan molekul yang lain berada pada pusat tiap muka.

Orientasi molekul iodium dengan struktur ini sungguh sulit untuk digambarkan (apalagi diingat!). Jika silabus pengajaran dan ujian akhir yang kamu ikuti mengharuskan untuk mengingatnya, perhatikan dengan hati-hati urutan diagram yang menunjukkan setiap lapisannya.

Dengan catatan bahwa seiring kamu melihatnya menurun pada kubus, semua molekul di sebelah kiri dan kanan bersekutu dengan cara yang sama. Satu molekul yang ditengah bersekutu dengan yang diseberangnya.

Semua diagram menunjukkan sudut pandang “mengambang” tentang kristal. Molekul iodium, tentu saja, saling bersentuhan satu sama lain. Pengukuran jarak antar atom pusat pada kristal menunjukan dua harga yang berbeda:

Atom-atom iodium pada tiap molekul tertarik berdekatan secara bersamaan melalui ikatan kovalen. Dayatarik van der Waals antara molekul-molekulnya lebih lemah, dan kamu dapat memikirkan atom pada dua molekul yang terpisah hanya saling menyentuh satu sama lain.

Es

Es adalah contoh yang baik padatan yang berikatan hidrogen.

Terdapat sedikit perbedaan sususun molekul air pada es. Ini adalah salah satunya, tetapi bukan yang biasanya – saya tidak dapat menggambarkannya dengan cara lain supaya dapat dimengerti! Satu-satunya yang berikut dikenal dengan “es kubik”, atau “es Ic”. Molekul air tersusun seperti pada struktur intan.

Ini hanya sebagian kecil dari sebuah struktur yang memiliki jumlah molekul yang sangat banyak dalam bentuk tiga dimensi. Pada diagram, garis menunjukkan ikatan hidrogen. Pasangan elektron mandiri yang mana atom hidrogen tertarik padanya disimpan di sebelah kiri untuk lebih jelas.

Es kubik hanya stabil pada suhu dibawah -80°C. Es yang biasa memiliki struktur yang berbeda, struktur heksagonal. Disebut dengan “es Ih”.

Kerapatan luar biasa yang merupakan sifat dari air

Gaya ikatan hidrogen yang terjadi pada es strukturnya lebih terbuka – jika kamu membuat modelnya, kamu akan menemukan sejumlah ruang kosong yang signifikan. Ketika es meleleh, struktur menjadi rusak dan molekul cenderung untuk menempati ruang kosong tersebut.

Hal ini berarti bahwa air yang terbentuk mengambil jarak yang sempit dibandingkan dengan jarak es semula. Dalam hal ini es merupakan padatan yang luar biasa – kebanyakan padatan menunjukkan kenaikan volum pada saat pelelehan.

Ketika air membeku, terjadi kebaliknya – terjadi ekspansi sebagai pembentukan ikatan hidrogen. Kebanyakan dari cairan saling kontak ketika terjadi proses pembekuan.

Sisa ikatan hidrogen yang kaku tetap ada pada cairan air yang sangat dingin, dan tidak menghilang sampai suhu 4°C. Kerapatan air meningkat dari 0°C sampai 4°C sebagai akibat dari molekul terbebas dari struktur terbuka dan mengambil ruangan yang kosong. Setelah 4°C, pergerakan termal dari molekul menyebabkan molekul tersebut untuk bergerak menjauh dan kerapatannya menjadi turun. Hal tersebut adalah sifat normal yang terjadi pada cairan selama dipanaskan.

Polimer

Ikatan pada polimer

PPolimer seperti poly(etena) – biasa disebut politena – berada pada bentuk molekul yang sangat panjang. Molekul Poli(etena) terbentuk melalui penggabungan molekul etena pada untai atom karbon yang berikatan secara kovalen dengan menarik hidrogen. Untai tersebut dapat becabang sepanjang rantai utama, juga mengandung untai karbon yang menarik hidrogen. Molekul tertarik satu sama lain pada padatan melalui gaya dispersi van der Waals.

Pengontrolan kondisi pada saat etena terpolimerisasi, memungkinkan untuk mengontrol jumlah cabang untuk menghasilkan dua tipe polietena yang berbeda.

Polietena dengan kerapatan tinggi

Polietena dengan kerapatan tinggi memiliki rantai yang tidak bercabang. Sedikit cabang mengakibatkan molekul untuk saling mendekat satu sama lain pada bentuk yang teratur seperti yang sering dijumpai ada bentuk kristalin.

Karena molekul berdekatan satu sama lain, gaya dispersi menjadi lebih efektif, dan karenanya plastik relatif lebih kuat dan memiliki titik leleh yang lebih tinggi dibanding polietena dengan kerapatan rendah.

Polietena dengan kerapatan tinggi digunakan untuk wadah barang-barang kimia rumah tangga seperti cairan pencuci, sebagai contoh, atau mangkok atau ember.

Polietena dengan kerapatan rendah

Polietena dengan kerapatan rendah memiliki cabang pendek di sepanjang untai. Cabang tersebut menghalangi untai tersesun dengan rapi dan rapat. Sebagai hasilnya gaya dispersi berkurang dan kekuatan plastik lebih lemah dan titik leleh lebih rendah. Kerapatannya lebih rendah, dan tentunya menyebabkan ruang yang kosong pada susunan strukturnya.

Polietena dengan kerapatan rendah digunakan untuk sesuatu seperti kantong plastik.

E. penentuan Tipe Struktur Yang Dimiliki Oleh Suatu Zat

Halaman ini menjelaskan bagaimana cara kamu menentukan struktur yang dimiliki oleh suatu zat melalui tinjauan sifat fisiknya. Penentuan ini dimulai dengan tinjauan yang sederhana pada padatan, cairan dan gas.

Perubahan keadaan sebagai acuan untuk gaya antara partikel

Susunan partikel pada padatan, cairan dan gas

Tinjauan sederhana mengenai susunan partikel pada padatan, cairan dan gas dapat dilihat seperti berikut ini:

Padatan

Pada padatan, partikel-partikel saling bersentuhan, dan satu-satunya pergerakan yang ada pada padatan adalah vibrasi. Partikel-partikel dapat tersusun secara teratur (pada kasus ini, padatan adalah kriatalin), atau tersusun secara acak (memberikan padatan melilin seperti lilin atau beberapa bentuk polietena, sebagai contohnya).

Partikel-partikel terikat pada padatan melalui gaya yang tergantung pada zat sesunguhnya – ikatan ionik, ikatan kovalen, ikatan hidrogen atau dayatarik van der Waals.

Pelelehan dan pembekuan

Jika energi diberikan melalui pemanasan padatan, energi kalor menyebabkan vibrasi yang lebih besar sampai akhirnya partikel terlepas dari partikel yang lain membentuk cairan. Energi kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 mol padatan menjadi cairanan pada titik lelehnya disebut dengan entalpi peleburan entalpi fusi.

Ketika cairan membeku, terjadi kebalikannya. Pada temperatur yang sama, pergerakan partikel cukup lambat memaksa dayatarik untuk dapat mengikat partikel sebagai padatan. Selama pembentukan ikatan yang baru, melibatkan energi kalor.

Cairan

Pada cairan, kebanyakan partikel-partikel cairan tersebut saling bersentuhan, tetapi terdapat beberapa perbedaan yang muncul pada struktur. Perbedaan ini mengakibatkan partikel untuk bergerak, dan karena itu partikel tersusun secara acak. Kecuali pelelehan yang memutuskan ikatan zat yang hanya memiliki ikatan kovalen (sebuah struktur kovalen raksasa), gaya yang mengikat partikel padatan juga terdapat pada cairan tetapi kadang kala dalam bentuk yang longgar.

Pendidihan dan pengkondensasian

Jika energi yang diberikan lebih banyak, partikel-partikel bergerak cepat untuk memutuskan semua dayatarik antara partikel-partikelnya dan cairan mendidih. Energi kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 mol cairan menjadi gas pada titik didihnya disebut dengan entalpi penguapan entalpi vaporasi

Jika gas didinginkan, pada beberapa temperatur partikel gas bergerak cukup lambat untuk memaksa dayatarik yang cukup efektif untuk mengkondensasi gas tersebut menjadi cairan. Sekali lagi, gaya tersebut dikembalikan, maka energi kalor dilepaskan.

---

Ingat: Pemutusan ikatan membutuhkan energi, pembentukan ikatan melepaskan energi.

---

Gas

Pada gas, partikel-partikel bergerak bebas. Pada kondisi tekanan yang biasa, jarak antara masing-masing partikel adalah 10 kali diameter partikel. Pada jarak tersebut, setiap dayatarik antar partikel dapat diabaikan.

Penentuan tipe ikatan dari sifat fisik

Keadaan fisik dan sifat yang lain

Tempat terbaik untuk memulainya adalah selalu pada keadaan fisik.

Titik leleh tidak selalu merupakan acuan yang baik untuk ukuran dayatarik antara partikel, karena dayatarik tersebut hanya menghilang pada saat meleleh – tidak putus sama sekali. Titik didih adalah acuan yang lebih baik, karena kalor yang cukup diberikan untuk memutuskan gaya tarik secara sempurna. Dayatarik yang lebih besar, titik didih lebih tinggi.

Dapat dikatakan, titik leleh lebih sering digunakan untuk menentukan ukuran gaya tarik antara partikel pada padatan, tetapi anda kadang-kadang akan menemukan keanehan. Keanehan tersebut akan menghilang jika anda mempertimbangkan titik didih.

---

Sebagai contoh: anda akan mengira bahwa ikatan logam pada alumunium lebih kuat dibandingkan pada magnesium, karena alumunium memiliki 3 elektron untuk didelokalisasikan pada “lautan elektron” dibandingkan dua elektron kepunyaan magnesium. Titik didihnya: Al 2470°C, Mg 1110°C. Walaupun, titik leleh alumunium hanya 10°C ebih tinggi dibandingkan dengan magnesium: Al 660°C, Mg 650°C.

---

Jadi, jika substansi tersebut suatu gas, cairan atau padatan dengan titik didih rendah, substansi tersebut akan ada sebagai molekul yang berikatan kovalen (kecuali gas mulia yang memiliki molekul berupa atom tunggal).

Ukuran titik leleh atau titik didih memberikan acuan pada kekuatan gaya antarmolekul. Jika substansi tersebut juga larut dalam air (tanpa bereaksi), hal tersebut memberikan molekul kecil memperoleh ikatan hidrogen – atau, setidaknya, molekul kecil yang bersifat sangat polar).

Jika substansi tersebut merupakan padatan bertitik didih tinggi, substansi tersebut akan menjadi struktur raksasa – baik itu ionik, logam atau kovalen raksasa.

Kelarutan dalam air (tanpa reaksi) menunjukkan substansi tersebut bersifat ionik. Jika substansi juga mengalami elektrolisis ketika melebur, hal tersebut mengkonfirmasikan bahwa substansi tersebut bersifat ionik.

---

Catatan: Elektrolisis adalah pemisahan senyawa dengan menggunakan listrik. Sebagai contoh, lelehan natrium klorida menghantarkan listrik dan memisahkan natrium dan klor pada prosesnya.

---

Daya hantar listrik pada tingkat padatan menghasilkan elektron yang terdelokalisasi, dan karena itu terjadi pada logam atau grafit. Kuncinya akan diperoleh dari data – tampilan sifat dapat ditempa, dan lain-lain.

---

Catatan: Semikonduktor seperti silikon – suatu struktur kovalen raksasa dengan susunan atom yang sama dengan intan – juga menghantarkan listrik.Teori semikonduktor terdapat pada A’level syllabuses.

---

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

F. Struktur Unsur-Unsur Perioda 3

Halaman ini menggambarkan struktur unsur-unsur perioda 3 mulai dari natrium sampai argon, dan menunjukkan bagaimana struktur tersebut dapat digunakan untuk menjelaskan sifat fisik unsur-unsur tersebut.

Variasi sifat fisik pada perioda 3

Titik leleh dan titik didih

Saat ini kita akan menjelaskan semua hal yang mengalami peningkatan dan penurunan seperti yang digambarkan pada pada diagram.

Daya hantar listrik

Natrium, magnesium dan alumunium semuanya adalah konduktor listrik yang baik. Tidak satu pun dari sisanya menghantarkan listrik.

Penjelasan kecenderungan sifat

Tiga Struktur logam

Natrium, magnesium dan alumunium semuanya memiliki struktur logam, yang menentukan pada konduktifitas listriknya dan titik leleh dan titik didih yang relatif tinggi.

Titik leleh dan titik didih meningkat seiring dengan urutan logam karena kenaikan jumlah elektron yang mana tiap atom dapat mengkontribusikannya untuk mendelokaliasasi “lautan elektron”. Ukuran atomya juga lebih kecil dan memiliki lebih banyak proton seiring urutan dari natrium ke magnesium dan ke alumunium.

Daya tarik dan juga titik leleh dan titih didihnya meningkat karena:

• Inti atom memperoleh lebih banyak muatan positif.
• Lautan elektron menghasilkan muatan yang lebih negatif.
• Lautan elektron lebih dekat ke inti dan karena itu tertarik lebih kuat.

Silikon – suatu struktur kovalen raksasa

Silikon adalah non logam, dan memiliki struktur kovalen raksasa sama persis dengan karbon pada intan – karena itu memiliki titik leleh tinggi. Kamu harus memutuskan ikatan kovalen terlebih dahulu untuk melelehkannya.

Tidak terdapat elektron bebas pada struktur, dan meskipun silikon dapat menghantarkan arus listrik, hal itu tidak sama dengan logam. Silikon adalah sebuah semikonduktor.

Empat unsur molekuler

Fosfor, belerang, klor dan argon adalah substansi melekuler sederhana dengan hanya memiliki dayatarik van der Waals diantara molekul-molekulnya. Titik leleh dan titik didihnya akan lebih kecil dibandingkan dengan anggota pertama perioda yang memiliki struktur raksasa. Keberadaan molekul yang menyendiri mencegah elektron untuk mengalir, dan tidak satupun dari keempat unsur tersebut yang dapat menghantarkan listrik.

Ukuran titik leleh dan titik didih ditentukan oleh ukuran molekul:

Molekul argon berada dalam bentuk atom argon tunggal.

Fosfor

Terdapat bentuk umum fosfor. Data pada diagram di atas berlaku untuk fosfor putih yang mengandung molekul P₄. Untuk melelehkan fosfor kamu tidak perlu memutuskan satu ikatan kovalen pun – hanya terdapat gaya van der Waals yang lebih lemah.

Belerang

Belerang berada pada bentuk atom cincin S₈. Molekulnya lebih besar dibandingkan molekul fosfor, dan karena itu dayatarik van der Waals akan lebih kuat, dan hal ini mengawali pada titik leleh dan titik didih yang lebih tinggi.

Klor

Klor, Cl₂, merupakan molekul yang lebih kecil dengan dayatarik van der Waals yang lemah, dan karena itu klor akan memiliki titik leleh dan titik didih yang lebih rendah dibandingkan dengan belerang atau fosfor.

Argon

Molekul argon hanya terdiri dari atom argon tunggal, Ar. Kemungkinan dayatarik van der Waals sangat terbatas dan karena itu titik leleh dan titik didih argon lebih rendah lagi.

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org