KIMIA

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)

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 :

E=

   =

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 (

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 : DH^O_ò = DH^O_vap + DH^O_diss + DH^O_EA + DH^O_ion + U

Di mana suku – suku entalphi adalah bagi penguapan natrium (DH^O_vap) di sosiasi Cl₂(g) menjadi atom – atom gas (DH^O_diss) penarikan electron dari Cl memberikan k Cl^- (g) (DH^O_EA) pengionan Na (g) menjadi Na ⁺ + e (DH^O_ion) 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).