BAB 4 PADATAN IONIK
4-1 PENDAHULUAN
Sejumlah besar padatan anorganik, dan bahkan sedikit
padatan organic , biasanya dapat di pandang terdiri atas tatanan ion- ion
dimensi tiga.
Model ionic ini di kembangkan oleh dua cara utama
1. Misalkan
bahwa energy tatanan ion demikian dapat di kelola sebagai jumlah sumbangan
sebagai berikut :
a. Energy
tarikan dan tolakan coloumb ( elektrostatik )
b. Energy
tolakan tambahan akibat tolakan antara tumpang tindih rapatan electron luar
dari ion – ion tetangga
c. Sejumlah
kecil energy kecil lainnya , terutama energy van der waals dan energy vibrasi
titik nol
Hal penting yang perlu
di perhatikan di sini ialah tidak adanya keterangan secara eksplisit mengenaia
ikatan kovalen.
2. Dengan
mengelola zat sebagai tatanan ion – ion terkemas secara efisien , dapat di
fahami hal – hal utama mengenai struktur mengenai struktur yang di anutnya.
Selain gagasan kualitatif bahwa pengemasan harus memaksimalkan banyajnya kontak
antara ion – ion yang berlawanan muatan , sementara itu secara terus menerus
menjaga agar muatan – muatannya sejenis terletak sejauh – jauhnya, banyak yang perlu di tinjau lebih terinci.
4-2 ENERGI KISI DAN NATRIUM KLORIDA
Akan di mulai dengan meninjau bagaiman dengan
menghitung entalpi pembentukan senyawaan ion padat dari himpunan ion
pembentuknya dalam bentuk gas encer.
Energy tatanan dapat di hiitung sebagai berikut
jarak contoh NaCl,jarak terpendek antara
Na+_ Cl- di sebut
dengan r0 . energy elektrostatik anatara ion – ion
bertetangga di betrikan di mana e adalah muatan electron dalam couloumb.
E( joul ) =
2
)
![](file:///C:\Users\PROFES~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image002.gif)
![](file:///C:\Users\PROFES~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image004.gif)
Setiap ion Na+di kelilingi oleh enam Cl- pada
jarak r0 ( dalam meter ) memberika suku
energy 6e2/
tetangga – tetangga berikutnya yang terdekat
dengan suatu ion Na+ yang menurut trigono metri sederhana , terletak
sajauh Ö2r0
, jadi untuk energy lainnya dengan tanda minus karena bersifat menolak adalah -12e2/Ö2r0
. Dengan mengulangi
cara- cara ini dapat di peroleh suku – suku berikutnya menghasilkan pernyataan
:
![](file:///C:\Users\PROFES~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image006.gif)
![](file:///C:\Users\PROFES~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image008.gif)
E=
![](file:///C:\Users\PROFES~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image010.gif)
![](file:///C:\Users\PROFES~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image010.gif)
= ![](file:///C:\Users\PROFES~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image012.gif)
![](file:///C:\Users\PROFES~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image012.gif)
Table
mendelung bagi beberapa struktur
Jenis struktur
|
M
|
NaCl
|
1,74756
|
CsCl
|
1,76267
|
CaF2
|
5,03878
|
Zinc blende
|
1,63805
|
Wurtzite
|
1,64132
|
Bial satu mol ( N ion
dari setiap jenis , dimana N adalah bilangan Avogadro ) natrium klorida trebentuk dari ion – ion gas
, energy elektrostatik total di keluarkandan di nyatakan oleh :
Ee
= NM NaCl (![](file:///C:\Users\PROFES~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image014.gif)
![](file:///C:\Users\PROFES~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image014.gif)
Hal ini memang benar
karena pernyataan bagi energy elektrostatikbagi satu ion Cl – akan
sama dengan bagi satu ion Na+.
energy elektrostatik yang yang dinyatan pada persamaan di
atas bukan energy sebenarnya yang di
keluarkan dalam proses Na + (g) + Cl- (g) = NaCl (s)
secara umu di tuliskan enrgi tolakan [ermol pada harga r mana
pun yaitu : Erep = NB/rn di mana B adalah suatu tetapan.
4-3 GENERALISASI DAN PENYEMPURNAAN PERHITUNGAN ENERGI KISI
Tetapan mendelug hanya di tentukan oleh geometri struktur .
Untuk membuat hitungan yang sangat teliti mengenai energy –
energy Kristal yang kadang – kadang di sebut dengan energy Kisi beberapa
penyempurnaan perlu di masukkan yang paling utama adalah sebagai berikut :
1. Pernyataan
kuantum yang lebih teliti mengenai energy tolakakkan
2. Koreksi
bagi energy vander wals
3. Koreksi
bagi energy titik nol energy vibrasi yang terdapat pada OK
Dua yang berlawanan tandanya , dan seringkali besarnya sama .
jadi bagi NaCl penyempurnaan perhitungan menghasilkan :
Energi coloumb -
860
Energy tolakkkan +99
Energy van der wals -13
Energy titik no - + 8
Jumlah =
- 766 kj mol -1
4- 4 DAUR BOM – HABER
Suatu uji apakah model ionic merupakan pemerian yang
bermanfaatmengenai zatseperti natrium klorida ialah kemampuannya menghasilkan nilai
entalpi pembentukan yang teliti.
Untuk mengeloloa masalah
energy, suatu daur termodinamika yang di sebut dengan daur Born Haber.
Hokum kekekalan energy yang biasa dis ebut dengan hokum pertama
termodinamika dengan demikian persamaannya : DHOò =
DHOvap
+
DHOdiss
+
DHOEA
+
DHOion
+
U
![](file:///C:\Users\PROFES~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image016.gif)
Di mana suku – suku entalphi adalah bagi penguapan natrium (DHOvap)
di sosiasi Cl2(g) menjadi atom – atom gas (DHOdiss)
penarikan electron dari Cl memberikan k Cl- (g) (DHOEA)
pengionan Na (g) menjadi Na + + e (DHOion)
dan pembentukan Na Cl(s) dari ion – ion
gas (U) .
Sering kali daur Born Haber
atau sejenisnya , di gunakan secara berlainan . bila di misalkan U yang
di hitung terhadap model ionic benar , daur tersebut dapat di gunakan menaksir
beberapa suku energy lainnya.
4-5 JARI – JARI ION
Ion adala atom yang
berm,uatan . bila sebuah atom yang mula – mula netral menangkap electron maka
atom ini akan bermuatan negative (
kation ) , sebaliknya bila atom kehilangan electron maka atom ini menjadi
bermuatan positif(anion ) . jari – jari ion adalah jarak antara atom pusat (
pusat inti atom ) ke electron terluar dari katoin maupun anion . Untuk senyawa
– senyawa ionic yang terukur adalah jari – jari ion nya bukan atomnya karena
senyawa – senyawa ionic yang terukur adalah ion positif dan ion negatifnya
membentuk suatu sistemkristal tertentu
Ion mempunyai jari – jari yang berbeda beda secara nyata (
siknifikan ) jika di bandingkan dengan jari – jari atom netralnya . ion positif
mempunyai jari – jari yang lebih kecil , sedangkan ion negative mempunyai jari
– jari yang lebih besar
Dengan cara yang pada dasarnya sama dengan cara penaksiran jari
– jari kovalen nilai jari –jari ion dapat pula di tentukan jarak antara inti d
antara dua ion dalam struktur ion di misalkan sama dengan jumlah jari – jari
ion jumlahnya : d= r+ + r – dengan membandingkan jarak
dengan senyawaaan – senyawaan yang berlainan untuk suatu ion yang umum , segera
dapat di tunjukan bahwa jari – jari ion memeng benar – benar kontsan .
4-5 STRUKTUR KRISTAL IONIK
Dalam Krista ionic , seperti logam , halide , oksida dan
sulfidakation dan anion di susun bergantian dan padatannya di ikat oleh ikatan
elektrostatik . banyak logam halide melarut dalam pelarut polar misalnya NaCl
sementara logam oksida dan sulfide yang mengandung kontribusi ikatan kovalen
yang signifikan . biasanya tidak larut bahkan di pelarut yang paling polar
sekalipun struktur dasar dari Kristal ion adalah ion yang lebih besar biasanya
membentuk susunan susunan terjejal dan
ion yang lebih kecil biasanya kation masuk kedalam lobang tetra hedral atau
octahedral dianatra anion. Senyawa ionic dapat berada pada fase padat , cair
dan gas secara umum senyawa iaonic yang berada pada fase gas lebih sederhana di
bandingkan dengan cair dan padatsenyawa ionikdalam fase gas terdiri dari
pasangan – pasangan ion misalnya NaCl dalam fase cair terdiri dari ion – ion
positif dan ion – ion negative tersusun secara acar tetapi ion positif selalu
berpasangan dengan ion negtaif sebaliknya. Senyawa ionic dalam fase padat
mempunyai skruktur tertentu Kristal senyawa ionic terdiri dari kation – kation
dan anion – anion yang tersusun secara teratur dan begantian serta berulang .
pola susunan teratur berulang terdapat dalam suatu Kristal menghasilkan kisi
Kristal contoh kisi Kristal senyawa ionic yaoti diantaranya NaCl natrium
klorida , CsCl ( sesium klorida ), ZnS dan lain –lain
Secar umum hal yang
terdapat dalam semua sturuktur ialah bahwa ion – ion terkemas untuk mengadakan
kontak maksimum antara ion – ion yang berlawanan muatan dan mengusahakan
tolakan minimum antara ion – ion yang sama muatannya . dalam tatanan berdimensi
tiga ion – ion yang berlawanan muatan
terletak berselingan . namun secara kualitatif tidak menerangkan semua
hal tampak
4-6 STRUKTUR DENGAN ANION
KEMASAN RAPAT
Banyaknya senyawaan ion, terutama bila kation – kation relative
kecil di bandingkan anion – anion , mempuntai struktur berdasarkan atas
pengemasan yang rapat anion – anion yang bulat , dengan kation kation yang
menempatai satu atau lebih setengan intertisi . struktur NaCl sebenarnya dari
jenis tersebut walaupun biasanya tidak bermanfaat memandangnya secara demikian.
Kemas
rapat bola – bola dengan ukuran sama menyisakan dua tipe celah, lubang, ruan
terbuka, atau rongga antara lapis – lapisnya. Satu metode pendekatan untuk
visualisasi struktur kristal senyawa ionik yaitu menggambarkan rakitan (array)
kemas rapat ion – ion, dengan ion – ion yang lebih kecil ukurannya menempati
rongga. Biasanya, anion – anion yang umumnya lebih besar ukurannya membentuk
kemas rapat, dan kation yang lebih kecil ukurannya menempati rongga yaitu
rongga tetrahedral dan atau rongga oktahedral; tetapi dalam beberapa kasus
situasi ini dapat terbalik
4-7 OKSIDA – OKSIDA LOGAM CAMPURAN
Terdapat sejumlah oksida – oksida logam yang di dalam keilmuan
dan teknik sangat penting yang ternyata berupa zat – zat ionic .
Struktur
Spinel, MgAl2O4, memiliki struktur dengan Mg2+ menempati 1/8 lubang
tetrahedral dan Al3+ menempati 1/2 lubang oktahedral dari susunan ccp atom
oksigen . Di antara oksida dengan komposisi A2+B3+2O4 (A2+ adalah Mg, Cr, Mn,
Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Sn, dan B3+ adalah Al, Ga, In, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co,
Ni, dan Rh), bila lubang tetrahedralnya diisi oleh A2+dihasilkan spinel normal,
bila diisi B3+ dihasilkanlah spinel inversi. Mineral spinel memiliki struktur
spinel normal, sementara MgFe2O4 dan Fe3O4 memiliki struktur inversi. Energi
penstabilan medan kristal berbeda bergantung apakah medan kristal atom oksigen
berbentuk oktahedral atau tetrahedral. Oleh karena itu, bila komponen logamnya
adalah logam transisi, perbedaan energinya merupakan faktor yang menentukan
distribusi kation (apakah spinel normal atau invers yang akan diadopsi).
Struktur
IImenit , IImenit adalah mineral FeTiO3 strukturnya terkait dengan
struktur korundum , kecusli bahwa terdapat dua jenis kation dalam ilmenit kation – kation adalah Fe2+ dan
Ti 4+ namun banyak struktur dengan struktur ilmenit memiliki kation – kation
yang bermuatan
( +1,+5) atau (+3 , +3).
Struktur
Perovskit, CaTiO3, adalah oksida ABO3 (muatan netto A dan B menjadi 6+),
dan memiliki struktur dengan atom kalsium ada di pusat TiO3 yang berstruktur
ReO3. Di antara senyawa jenis ini, BaTiO3, biasa disebut barium titanat,
khususnya sangat penting. Material fungsional feroelektrik ini digunakan
sebagai device resistans nonlinear (varistor).