Makalah Ikatan Logam [PDF]

Citation preview

MAKALAH IKATAN KIMIA “IKATAN LOGAM”



DISUSUN OLEH : PUTRADI AMANDA EKI WIRYA SATI I WAYAN MARDHAWA SANTA



FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS MATARAM 2015



IKATAN LOGAM A. DEFENISI IKATAN LOGAM Logam mempunyai beberapa sifat yang unik seperti mengkilat, menghantarkan arus listrik atau panas, dapat ditempa, ditarik, dan dibengkokkan. Sifat – sifat logam tersebut tidak dapat di jelaskan dengan menggunakan teori ikatan ionik dan ikatan kovalen. Logam tersusun secara teratur dalam suatu kisi kristal yang terdiri dari ion – ion positif logam di dalam lautan elektron. Lautan elektron tersebut merupakan elektron valensi dari masing – masing atom yamg saling tumpang tindih. Masing – masing elektron valensi tersebut dapat bergerak bebas mengelilingi inti atom yang ada dalam Kristal tersebut dan tidak hanya terpaku pada salah satu inti atom. Gaya tarik inti atom – atom logam dengan lautan elektron mengakibatkan terjadinya ikatan logam. Pada ikatan logam terdapat elektron yang bebas mengeliling inti , inti tersusun secara teratur dikelilingi elektron – elektron. Elektron bebas yang mengelilingi inti itu tidak terikat pada salah satu inti, hingga mudah pindah – pindah ke tempat – tempat yang energinya rendah. Dengan adanya elektron yang tidak terikat secara khusus pada inti tertentu, maka ikatan logam itu kuat dan logam tersebut mudah menghantarkan listrik. Elektron yang paling luar pada sebagian besar logam biasanya mempunyai hubungan yang tidak erat dengan ini karena letaknya yang jauh dari muatan positif inti. Semua elektron valensi logam-logam bergabung membentuk lautan elektron yang bergerak bebas di antara inti atom. Elektron yang bergerak bebas beraksi sebagai ikatan terhadap ion bermuatan positif. Ikatan logam tidak mempunyai arah. Akibatnya, ikatan tidak rusak ketika logam ditempa. Skema ikatan logam dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Elektron valensi menjadi terdisosiasi dengan inti atomnya dan membentuk lautan elektron.



Gambar Skema ikatan Logam



Pada umumya Ikatan logam adalah ikatan yang terbentuk akibat adanya gaya tarik – menarik antara muatan positif dari ion – ion logam dengan muatan negatif dari elekton – elektron yang bebas bergerak dalam logam tersebut. Berdasarkan pernyataan dan penjelasan diatas maka



defenisi ikatan logam dapat di



kembangkan sebagai berikut : 1. Ikatan logam adalah ikatan yang disebabkan oleh adanya elektron valensi suatu logam yang tidak terarah. Misalnya pada logam Li memiliki struktur 1s 2 2s1. Elektron 1s2 terdapat dalam orbital yang terarah sedangkan elektron dalam 2s1 terdapat pada orbital tidak terarah. Elektron 2s inilah yang akan membentuk ikatan. 2.



Ikatan logam adalah ikatan yang disebabkan oleh tumpang tindih orbital valensi dari atom-atom logam. Akibatnya elektron-elektron yang ada pada orbitalnya dapat berpindah ke orbital valensi atom tetangganya.



3.



Ikatan logam adalah ikatan antara inti positif unsur logam di dalam lautan elektron yang dihasilkan oleh elektron valensi unsur logam yang bersangkutan.



Contoh : Ikatan logam pada logam Natrium Natrium memiliki konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p6 3s1. Tiap atom Natrium tersentuh oleh delapan atom natrium yang lainnya dan terjadi pembagian (sharing) antara atom tengah dan orbital 3s di semua delapan atom yang lain. Dan tiap atom yang delapan ini disentuh oleh delapan atom natrium lainya secara terus menerus hingga diperoleh seluruh atom dalam bongkahan natrium. Semua orbital 3s dalam semua atom saling tumpang tindih untuk memberikan orbital molekul dalam jumlah yang sangat banyak yang memeperluas keseluruhan tiap bagian logam. Elektron dapat bergerak dengan leluasa diantara orbital-orbital molekul tersebut, dan karena itu tiap elektron menjadi terlepas dari atom induknya. Logam terikat bersamaan melalui kekuatan daya tarik yang kuat antara inti positif dengan elektron yang terdelokalisasi.



Gambar ikatan anatar ion – ion Na+ dengan elektron terdelokalisasi



B. KLASIFIKASI IKATAN LOGAM Berdasarkan golongannya ikatan logam dapat di klasifikasikan menjadi ikatan logam pada logam golongan utama dan ikatan logam pada logam golongan transisi . 1. Ikatan logam pada logam golongan utama Ikatan logam pada unsur golongan utama relatif lebih lemah dibandingkan dengan dengan unsur golongan transisi. Contohnya kristal besi lebih kuat dibandingkan dengan kristal logam magnesium. 2. Ikatan logam pada logam golongan transisi Logam transisi cenderung memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi. Alasannya adalah logam transisi dapat melibatkan elektron 3d yang ada dalam kondisi delokalisasi seperti elektron pada 4s. Lebih banyak elektron yang dapat terlibat, kecenderungan daya tarik akan semakin lebih kuat. Contoh ikatan logam pada unsur transisi transisi adalah Ag, Fe, Cu dan lain-lain. Berdasarkan unsur penyusunnya ikatan logam terbagi 2 yaitu: 1. Ikatan logam antar unsur sejenis Misalnya Ikatan antara unsur litium dengan unsur litium yang lainnya. 2. Ikatan logam antar unsur yang berbeda jenis (aloi). Bahan-bahan logam yang bukan hanya dibuat dari satu jenis unsur logam tetapi telah dicampur atau ditambah dengan unsur-unsur lain disebut aloi atau sering disebut lakur atau paduan. Misalnya logam Baja Stainless steel yang terdiri dari logam Besi 72%, logam Krom 18% dan logam Nikel 8%. Aloi terbentuk apabila leburan dua atau lebih macam logam dicampur atau leburan suatu logam dicampur dengan unsur-unsur nonlogam yang campuran tersebut tidak saling bereaksi serta masih menunjukan sifat sebagai logam setelah didinginkan. Aloi dibagi menjadi dua macam yaitu aloi selitan dan aloi substitusi. Disebut aloi selitan bila jari-jari atom unsur yang dipadukan sama atau lebih kecil dari jari-jari atom logam. Sedangkan aloi substitusi terbentuk apabila jari-jari unsur yang dipadukan lebih besar dari jari-jari atom logam. C. FAKTA EKSPERIMEN Sifat fisika ikatan pada logam tidak dapat di jelaskan dengan teori ikatan ionik dan ikatan kovalen. Untuk menjelaskan sifat fisika ikatan logam , di kemukakan beberapa teori yang sejalan dengan perkembangan teori mengenai struktur atom dan teori ikatan utuk senyawa kovalen.



1. Teori Awan Elektron Teori ini dikemukakan oleh Drude dan Lorentz pada awal abad ke-20. Menurut teori ini, didalam Kristal logam, setiap atom melepaskan elektron valensinya sehingga terbentuk awan elektron dan ion bermuatan positif yang tersusun rapat dalam awan elektron awan tersebut. 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 gas yang dapat bergerak bebas dalam ruangan tertentu.



Gambar Ikatan logam menurut Teori Awan Elektron



Misalnya logam magnesium yang memiliki 2 elektron valensi. Berdasarkan model awan elektron, logam magnesium dapat dianggap terdiri dari ion positif Mg2+ yang tersusun secara teratur, berulang dan disekitarnya terdapat awan atau lautan lektron yang dibentuk dari elektron valensi magnesium.



Gambar ikatan logam pada Logam Magnesium



Maka, 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 lautan atau awan elektron ini dapat menjelaskan berbagai sifat fisika dari logam. 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



. Gambar Sifat fisika logam dapat dibegkokkan dan ditempa



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 melihatnyta 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.



Gambar Sifat logam menghantarkan panas



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. 2. Teori Resonansi Pada tahun 1965 Pauling mengemukakan ikatan logam dengan menetapkan konsep resonansi.Menurut teori ini ikatan logam merupakan ikatan kovalen dan sesuai dengan struktur kristal logam yang dapat diamati pada eksperimen maka dapat diperkirakan terjadi resonansi.Dalam mengembangkan teorinya Pauling meninjau kristal logam Li.Dari tafsiran analisis terhadap pola difraksi sinar-X oleh kristal logam Li dapat diketahui bahwa setiap atom Li dikelilingi oleh 8 atom Li yang lain.Karena elekton valensi Li adalah 1,maka tidak mungkin 1 atom Li nmengikat 8 atom Li lainnya. Bila atom Li menggunakan elektron valensinya,maka resonansi pasangan ikatan Li-Li terjadi secara serempak didalam kisi kristalnya. 3. Teori Pita Dikenal logam yang tidak begitu baik menghantarkan listrik yang disebut semikonduktor, di samping logam yang menghantarkan listrik dengan baik yaitu konduktor. Sifat logam konduktor, semikonduktor dapat dijelaskan melalui Teori Pita. Teori



Pita



yang



menggunakan



pendekatan Teori



Orbital



Molekul,



mulai



dikembangkan pada tahun 1970. Melelui pendekatan tersebut dianggap orbital atom logam dalam kisi kristalnya, membentuk orbital molekul berupa pita. Misalnya kisi kristal Li dalam satu dimensi. Konfigurasi elektron Liadalah 1s22s1. Pada pemebentukan rantai Li – Li – Li .......Li – Li – Li, 2 atom Li membentuk Li2, 3 atom Li membentuk Li3 dan seterusnya. Pembentukan Li2, orbital 2s dari masing – masing atom Li menghasilkan sebuah orbital bonding dan sebuah orbital anti bonding. Elektron – elektron yang berasal dari orbital 2s kedua atom Li , akan menempati orbital molekul bonding sedangkan orbital molekul anti bonding tidak



ditempati elektron. Pada pembentukan Li 3 dihasilkan 1 orbital molekul bondingyang ditempati 2 elektron , 1 orbital anti bonding dimana terdapat sebuah elektron dan 1 orbital molekul anti bonding yang masih kosong. Pada pembentukan Li4 dihasilkan 2 orbital molekul bonding yang masing – masing ditempati 2 elektron dan 2 orbital molekul anti bonding yang masih kosong. Kita dapat bayangkan bahwa N atom Li yang terdapat dalam kisi Kristal Li dapat membentuk N/2 orbital molekul bonding dan N/2 orbital molekul anti bonding. N/2 orbital molekul bonding yang terbentuk mempunyai tingkat energy yang sama dan menempati ruang yang sangat berdekatan sehingga menjadi kontinu. Hal sama juga terjadi pada N/2 orbital molekul anti bonding yang kontinu menyerupai pita. D. FAKTOR – FAKTOR YANG MEMPENGARUHI IKATAN LOGAM 1. 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. Titik leleh dan titik didih logam berkaitan langsung dengan kekuatan ikatan logamnya. Titik didih dan titik leleh logam makin tinggi bila ikatan logam yang dimiliki makin kuat. Contohnya pada logam alkali semakin kebawah titik didih semakin rendah sehingga ikatan logamnya akan semakin lemah.



Logam



Titik lebur (°C)



Titik didih (°C)



Li



180



1330



Na



97,8



892



K



63,7



774



Rb



38,9



688



29,7



690



Cs



Tabel Titik Lebur dan Titik Didih Logam Alkali



Titik didih dan titik leleh berhubungan dengan sifat periodik unsur yaitu sifat jarijari atomnya. Semakin besar jari-jari atomnya maka semakin kecil titik didih dan titik lelehnya sehingga mengakibatkan ikatan lebih lemah.



2. Jari-jari atom Dalam sistem periodik unsur, pada satu golongan dari atas kebawah, ukuran kation logam dan jari-jari atom logam makin besar. Hal ini menyebabkan jarak antara pusat kationkation logam dengan awan elektronnya semakin jauh, sehingga gaya tarik elektrostatik antara Logam



Jari-jari (pm)



atom



logam Kation logam



Jari-jari kation logam (pm)



Li



157



Li+



106



Na



191



Na+



132



K



235



K+



165



Rb



250



Rb+



175



Cs 272 Cs+ 188 kation-kation logam dengan awan elektronnya semakin lemah.



Tabel Jari-Jari Atom Logam Alkali 3.



Jumlah elektron valensi (elektron yang terdelokalisasi) Logam-logam golongan 1 seperti natrium dan kalium memiliki ikatan logam yang relatif rendah karena tiap atomnya hanya memiliki satu elektron untuk dikontribusikan pada ikatan. Sedangkan pada logam golongan II seperti magnesium memiliki dua elektron untuk dikontribusikan pada ikatan sehingga logam golongan II



memiliki ikatan yang relatif lebih kuat dibanding logam golongan I. 4. Bilangan koordinasi Logam natrium dikelilingi oleh delapan logam natrium yang lainnya, sedangkan logam magnesium dikelilingi oleh dua belas logam magnesium lainnya. Hal ini menyebabkan ikatan logam pada magnesium lebih besar dibandingkan dengan ikatan logam pada natrium.



KESIMPULAN 1. Ikatan logam merupakan salah satu jenis ikatan kimia yang tak dapat dijelaskan secara teori ikatan ionik dan ikatan kovalen. 2. Ikatan logam adalah ikatan yang terbentuk akibat adanya gaya tarik – menarik antara muatan positif dari ion – ion logam dengan muatan negatif dari elekton – elektron yang bebas bergerak dalam logam tersebut. 3. Sifat Fisika dari logam seperti dapat ditempa, menghantarkan arus listrik, mengkilap, dan titik didih yang tinggi dapat dijelaskan dengan teori awan elektron, dan teori pita. 4. Ikatan logam dapat dibagi menjadi 2 bagian berdasarkan golongan yaitu ikatan logam pada golongan utama dan ikatan logam pada golongan transisi dan berdasarkan unsure penyusunnya ikatan logam juga dibagi 2 yaitu ikatan logam antar unsur sejenis dan ikatan logam antar unsure yang berbeda. 5. Teori awan elektron atau teori elektron bebas, ikatan logam terdapat antara ion logam bermuatan positif dan elektron yang mudah bergerak dalam lautan elektron. 6. Teori pita dapat menjelaskan mengenai sifat logam sebagai konduktor, semikonduktor dan isolator. 7.



Faktor-faktor yang mempengaruhi kuatnya ikatan logam adalah: titik didih dan titik leleh, jari-jari atom, jumlah elektron valensi yang terdelokalisasi, dan bilangan koordinasi.



DAFTAR PUSTAKA Jahro, Iis S. 2014. Ikatan Kimia. Medan : Jurusan Kimia FMIPA UNIMED Petrucci, Ralph H. 1987. Kimia Dasar . Jakarta: Erlangga Sukardjo. 1990. Ikatan Kimia. Jakarta: Rineka Cipta Sukardjo. 1997. Kimia Fisika.Jakarta : Rineka Cipta Syarifuddin, Nuraini. 2002. Ikatan Kimia. Jakarta: Universitas Terbuka http://www.ilmukimia.org/2013/01/ikatan-logam.html http://www.chem-is-try.org/?s=ikatan+logam http://hildajunandaharahap.wordpress.com/2012/05/31/ikatan-logam-10/