IKATAN DAN UNSUR KIMIA

Pengertian Ikatan Kimia dan Unsur Kimia

                Ikatan kimia ialah ikatan antar atom yang bergabung dalam membentuk molekul dari dua atom atau lebih dalam upaya mencapai kestabilan.Unsur-unsur lain yang susunan elektronnya tidak stabil cenderung mencapai kestabilan seperti yang di miliki gas mulia dengan cara melepaskan elektron atau menerima elektron, sehingga atom-atom tersebut saling berikatan. Ada juga atom-atom yang menggunakan pasangan elektron untuk di pakai bersama.Kestabilan akan terjadi bila suatu unsur sudah mencapai oktet.

            Unsur kimia ialah suatu zat kimia yang hanya memiliki satu jenis atom dan tidak bisa dibagi-bagi lagi menjadi lebih kecil. Atom merupakan partikel terkecil dari unsur, dan didalam atom terdiri atas nukleus (inti atom) dan dikelilingi oleh elektron. Inti atom terdiri dari proton yang bermuatan positif (+) dan neutron yang bermuatan negatif (-). Unsur kimia  dalam sistem periodik berdasarkan sifatnya unsur dikelompokkan kedalam tiga bagian yaitu unsur logam, unsur non logam dan semi logam

Jenis-Jenis Ikatan Kimia

1.      Ikatan Ion

                                           

Sumber : materikimia.com

                        Ikatan ion adalah suatu ikatan yang terjadi karena adanya muatan yang besarannya sama namun memiliki muatan yang berlainan tanda. Dengan kata lain, ikatan ion terbentuk sebagai akibat adanya gaya tarik menarik antara ion positif yang terbentuk karena unsur logam  dan negatif yang terbentuk karena unsur nonlogam. Unsur yang cenderung melepaskan elektron adalah unsur logam sedangkan unsur yang cenderung menerima elektron adalah unsur nonlogam.

2.      Ikatan Kovalen

            Ikatan kovalen adalah ikatan pasangan elektron yang dipakai secara bersama oleh dua atom yang berikatan. Ikatan ini terjadi akibat salah satu atom tidak mampu berikatan  untuk melepaskan elektron. Dalam pembentukannya, masing-masing atom mempunyai orbital pada kulit terluar yang berisi elektron tunggal, dan kedua orbtial tersebut saling tumpang-tindih (overlap) sehingga sebuah pasangan elektron terbentuk. Kemudian dipakai secara bersama oleh kedua atom. Ikatan kovalen terbentuk oleh sesama unsur non logam.

            A. Berdasarkan jumlah pasangan elektronnya, ikatan kovalen dibagi menjadi :

·         Ikatan kovalen tunggal, adalah ikatan kovalen yang menggunakan satu pasang elektron.

·         Ikatan kovalen rangkap dua, adalah ikatan kovalen yang menggunakan dua pasang elektron.

·         Ikatan kovalen rangkap tiga, adalah ikatan kovalen yang menggunakan tiga pasang elektron.

B. Berdasarkan kepolarannya, ikatan kovalen dibagi menjadi :

·         Ikatan kovalen polar, terjadi antara dua atom dengan keelektronegatifan berdeda (unsur yang berbeda).

·         Ikatan kovalen nonpolar, terjadi antara dua atom dengan keelektronegatifan sama (unsur yang sama).

3.      Ikatan Logam

          

Sumber : gurupendidikan.com

            Ikatan logam adalah ikatan yang terbentuk akibat adanya gara tarik menarik yang terjadi antara muatan positif dari ion-ion logam dengan muatan negatif dari elektron-elektron yang bebas bergerak.Logam bersifat elektropositif sehingga melepaskan elektron karena memiliki sedikit elektron valensi. Maka dari itu kulit terluar atom logam relatif longgar terdapat banyak tempat kosong, sehingga elektron dapat berpindah dari satu atom ke atom lain. Mobilitas elektron dalam logam sedemikian bebas, sehingga elektron valensi logam mengalami delokalisasi yaitu suatu keadaan dimana elektron valensi tersebut tidak tetap posisinya pada satu atom, tetapi senantiasa berpindah-pindah dari satu atom ke atom lain. Elektron-elektron valensi tersebut berbaur membentuk awan elektron yang menyelimuti ion-ion positif logam.

            Sifat-sifat logam tidak bisa dimasukkan kedalam kriteria ikatan seperti ikatan kovalen maupun ikatan ion. Senyawa ionik tidak bisa mengantarkan listrik pada fase padatan, dan senyawa ionik sifatnya rapuh (berlawanan dengan sifat logam). Atom dari senyawa logam hanya mengandung satu sampai tiga elektron valensi. Dengan demikian atom tersebut tidak dapat membentuk ikatan kovalen. Senyawa kovalen adalah penghantar listrik yang buruk dan umumnya berupa cairan. Dengan demikian, logam membentuk model ikatan yang berbeda (Bifar, 2019).

4.      Ikatan Hidrogen

       

Sumber : radenwinata.com

              Ikatan hidrogen adalah gaya tarik antar-molekul yang terjadi antara atom hidrogen yang terikat dengan atom sangat elektronegatif seperti atom H dan pasangan elektron bebas dari atom yang sangat elektronegatif seperti F, O, N, dan Cl. Hidrogen merupakan unsur bukan logam yang memiliki keelektronegatifan relatif kecil. Ketika hidrogen berikatan dengan unsur yang sangat elektronegatid maka pasangan elektron yang dipakai bersama akan lebih tertarik ke unsur tersebut,sehingga muatan agak negatif, dan hidrogen akan lebih positif.Dalam keadaan tersebutlah hidrogen dapat membentuk ikatan tambahan dengan atom elektronegatif lain yang berada di dekatnya. Ikatan tambahan inilah yang disebut sebagai ikatan hidrogen.

Faktor Geometri yang Menentukan Ikatan dan Unsur

1.      Jari - Jari Atom

           

Sumber : dosenpintar.co.id

           Jari-jari atom adalah jarak dari inti atom sampai kulit terluar. Bagi unsur-unsur yang segolongan, jari-jari atom makin ke bawah makin besar sebab jumlah kulit yang dimiliki atom makin banyak, sehingga kulit terluar makin jauh dari inti atom. Unsur-unsur yang seperiode memiliki jumlah kulit yang sama. Akan tetapi, tidaklah berarti mereka memiliki jari-jari atom yang sama pula. Semakin ke kanan letak unsur, proton dan elektron yang dimiliki makin banyak, sehingga tarik-menarik inti dengan elektron makin kuat. Akibatnya, elektron-elektron terluar tertarik lebih dekat ke arah inti. Jadi, bagi unsur-unsur yang seperiode, jari-jari atom makin ke kanan makin kecil.  
      Terdapat beberapa jenis jari-jari atom yang dipakai untuk menyatakan jarak dari inti atom ke lintasan stabil yang paling luar dari elektronnya, di antaranya yaitu (Murjana, 2019):

A.    Jari – Jari Logam

Sumber : nafiun.com

            Jari-jari atom diukur memakai jari-jari logam untuk elemen-elemen yang termasuk pada elemen-elemen logam. Jari-jari logam yaitu setengah jarak dari jarak internuklir terdekat dari atom-atom dalam kristal logam.

B.     Jari – Jari Kovalen

Sumber : maranathafirma.id

            Jari-jari atom diukur memakai jari-jari kovalen untuk elemen-elemen yang mempunyai jenis ikatan kovalen. Pada umumnya elemen-elemen ini merupakan elemen-elemen non-logam. Secara teknis jarak yang diukur yaitu setengah dari jarak internuklir antara dua atom bertetangga terdekat dalam kisi kristal. Jari-jari kovalen untuk elemen-elemen yang tidak bisa berikatan bisa diperkirakan dengan cara melakukan kombinasi jari-jari dari elemen-elemen yang bisa berikatan pada molekul untuk atom yang berbeda atau tak sama.

2.      Jari – Jari Ionik

           

Sumber : docplayer.hu

            Ion tunggal terbentuk karena sebuah atom netral melepas atau menerima elektron. Pelepasan elektron menghasilkan ion positif (kation), dan penyerapan elektron menghasilkan ion negatif (anion). Meskipun berasal dari sebuah atom netral, pelepasan atau penyerapan elektron ternyata berpengaruh kepada ukuran jari – jari ion. Ion memiliki jari – jari yang berbeda secara signifikan dengan jari – jari atom netralnya. Hal itu bisa terjadi karena penambahan atau pengurangan elektron di kulit terluar turut mengubah jumlah kulit atom. Ion positif memiliki jari – jari lebih kecil dari atom netral, dan ion negatif memiliki jari – jari lebih besar dari atom netral.
            Ketika sebuah atom netral melepas sebuah elektron dari kulit terluar, maka jumlah kulit atomnya akan berkurang sehingga jari – jari ion yang terbentuk juga lebih kecil dibandingkan jari – jari atom netralnya,begitu juga sebaliknya (Edutafsi, 2017).

Entalpi Kisi

          Walaupun kestabilan kristal dalam suhu dan tekanan tetap bergantung pada perubahan energi bebas Gibbs pembentukan kristal dari ion-ion penyusunnya, kestabilan suatu kristal ditentukan sebagian besar oleh perubahan entalpinya saja. Hal ini  disebabkan oleh sangat eksotermnya pembentukan kisi, dan suku entropinya sangat kecil. Entalpi kisi (∆HL), didefinisikan sebagai perubahan entalpi standar reaksi dekomposisi kristal ionik menjadi ion-ion gasnya (s adalah solid, g adalah gas and L adalah kisi (lattice)).

MX(s) → M+(g) + X- (g)   ∆HL

Entalpi kisi secara tidak langsung dihitung dari nilai perubahan entalpi dalam tiap tahap menggunakan siklus Born-Haber.

Sumber : alkafyouone.wordpress.com

         Siklus Born-Haber menampilkan secara grafik proses pembentukan senyawa ionik dari unsur-unsurnya. Dalam diagram siklus Born-Haber terdapat panah yang mengarah ke atas dan ke bawah. Arah panah yang mengarah ke atas menunjukkan reaksi endoterm, sedangkan arah panah yang mengarah ke bawah menunjukkan reaksi eksoterm.

Tetapan Madelung

Sumber : slideplayer.info

          Energi potensial Coulomb total antar ion dalam  senyawa ionik yang terdiri atas ion A dan B adalah penjumlahan energi potensial Coulomb interaksi ion individual, Vab.  Karena lokasi ion-ion dalam kisi kristal ditentukan oleh tipe struktur, potensial Coulomb total antar ion dihitung dengan menentukan jarak antar ion d. A adalah tetapan Madelung  yang khas untuk tiap struktur kristal. N_A adalah tetapan Avogadro dan  z_A dan  z_B adalah muatan listrik kation dan anion.  Interaksi elektrostatik antara ion-ion yang bersentuhan merupakan yang terkuat, dan tetapan Madelung biasanya menjadi lebih besar bila bilangan koordinasinya meningkat.  Sebab muatan listrik mempunyai tanda yang berlawanan, potensialnya menjadi negatif, menunjukkan penstabilan yang menyertai pembentukan kisi kristal dari ion-ion fasa gas yang terdispersi baik. Walaupun potensial listrik terendah biasanya menghasilkan struktur paling stabil, namun ini  tidak selalu benar sebab ada interaksi lain yang harus dipertimbangkan. Faktor terbesar selanjutnya yang berkontribusi pada entalpi kisi adalah gaya van der Waals, dan gaya dispersi atau  interaksi London.  Interaksi ini bersifat tarikan antara dipol listrik, yang berbanding terbalik dengan pangkat 6 jarak antar ion. Gaya van der Waals nilainya sangat kecil (Mulyono, 2011).

Struktur Kristal Logam

        Pada saat logam membeku dari bentuk cair ke padat, atom mengatur dirinya dalam baris – baris yang rapi, sebuah susunan yang disebut space lattice. Space lattice dari kristal telah dapat ditentukan untuk logam-logam yang berbeda.

            Kebanyakan bahan logam mempunyai tiga struktur kristal (Ahmad, 2018) :

·         Kubus berpusat muka (face centered cubic).

·         Kubus berpusat badan (body centered cubic).

·         Heksagonal tumpukan padat (hexagonal close packed).

A.    Face Cetered Cubic (FCC)  

Sumber : socratic.org

                        Sel satuan FCC mempunyai empat (4) buah atom, yang diperoleh dari jumlah delapan seperdelapan-atom pada delapan titik sudutnya plus enam setengah-atom pada enam sisi kubusnya (8 1/8  + 6 1/2). Atom-atom atau inti ion bersentuhan satu sama lain sepanjang diagonal sisi. Hubungan panjang sisi kristal FCC, a, dengan jari-jari atomnya, R, ditunjukkan oleh persamaan berikut:

a = 2R akar 2

                  Tiap atom dalam sel satuan FCC ini dikelilingi oleh duabelas (12) atom tetangga, hal ini berlaku untuk setiap atom, baik yang terletak pada titk sudut maupun atom dipusat sel satuan (lihat Gambar 2a). Jumah atom tetangga yang mengelilingi setiap atom dalam struktur kristal FCC yang nilainya sama untuk setiap atom disebut dengan bilangan koordinasi (coordination number). Bilangan koordinasi struktur FCC adalah 12.

            Faktor tumpukan atom (atomic packing factor, APF) adalah fraksi volum dari sel satuan yang ditempati oleh bola-bola padat, seperti ditunjukkan oleh persamaan berikut:

APF = Volume atom dalam sel satuan / Volume sel satuan

B.     Body Centered Cubic (BCC)

Sumber : e-education.psu.edu

            Logam–logam dengan struktur BCC mempunyai sebuah atom pada pusat kubus dan sebuah atom pada setiap titik sudut kubus. Sel satuan BCC mempunyai dua (2) buah atom, yang diperoleh dari jumlah delapan seperdelapan atom pada delapan titik sudutnya plus satu atom pada pusat kubus (8 1/8 + 1). Atom-atom atau inti ion bersentuhan satu sama lain sepanjang diagonal ruang. Hubungan panjang sisi kristal BCC, a, dengan jari-jari atomnya, R, diberikan sebagai berikut:

a = 4R/akar 3

          Tiap atom dalam sel satuan BCC ini dikelilingi oleh delapan (8) atom tetangga, sebagai akibatnya bilangan koordinasi struktur BCC adalah 8. Karena struktur BCC mempunyai bilangan koordinasi lebih kecil dibandingkan dengan bilangan koordinasi FCC, maka faktor tumpukan atom struktur BCC, yang bernilai 0.68, adalah juga lebih kecil dibandingkan dengan faktor tumpukan atom FCC.

C.    Hexagonal Closed Packed (HCP)

Sumber : socratic.org

            Struktur HCP banyak ditemukan pada kebanyakan logam seperti berilium, seng, kobalt, titanium, magnesium, dan cadmium. Karena jarak dari struktur lattice, baris-baris atom tidak dapat bergerak dengan mudah, sehingga logam ini memiliki plastisitas dan keuletan yang lebih rendah dari struktur kubik.

Kristal Ionik

          Senyawa ionik dapat berada dalam fasa gas, cair dan padat. Secara umum, struktur senyawa dalam fasa gas selalu lebih sederhana dibanding dalam fasa cair dan fasa padat. Senyawa ionik dalam fasa gas terdiri dari pasangan-pasangan ion misalnya NaCl, dalam fasa cair terdiri dari ion-ion positif dan ion-ion negatif yang terusun secara acak tetapi ion negatif selalu dengan ion positif begitupun sebaliknya. Senyawa ionik dalam fasa padat memiliki struktur kristal tertentu. Kristal senyawa ionik terdiri dari kation-kation dan anion-anion yang tersusun secara teratur, bergantian, dan berulang (periodik). Pola susunan yang teratur dan berulang dari ion-ion yang terdapat dalam suatu kristal menghasilkan kisi kristal dengan bentuk yang tertentu pula. Kristal ionik terbentuk karena adanya gaya tarik antara ion bermuatan positif dan negatif. Umumnya, kristal ionik memiliki titik leleh tinggi danhantaran listrik yang rendah.

          Kristal ini mengandung senyawa ion yaitu senyawa yang terbentuk oleh gaya tarik menarik antara partikel bermuatan + dan – . Setelah terjadinya serah terima elektron, gaya tarik ini sangat kuat sehingga  susah diputus. Oleh karena itu kristal ionik, pada suhu kamar berwujud padat dan memiliki titik leleh dan titik didih yang sangat tinggi. Senyawa ionik hanya bisa dengan mudah dipisahkan (disosiasi) menjadi ion + dan – jika dimasukkanke dalam air. Bagian kutub positif air akan mengelilingi ion (–) ,sedangkan kutub negatif air akan mnegelilingi ion + senyawa ion. Hal ini mengakibatkan ion–ion senyawa ion dapat bergerak bebas dalam larutan sehingga ia dapat menghantarkan arus listrik. Kisi kristal senyawa ionik ada beberapa macam yaitu diantaranya kisi kristal natrium klorida (NaCl),dan sesium klorida (CsCl) (Gaffar, 2019).

A.    Natrium Klorida (NaCl)

                             Keelektronegatifan atom Na dan Cl dalam skala Pauling adalah 0,93 dan 3,16. Perbedaan keelektronegatifan kedua atom adalah 2,23. Jadi senyawa NaCl adalah senyawa ionik yang terdiri dari ion Na⁺ dan ion Cl^–.Kisi kristal NaCl adalah kubus berpusat muka (Face Centered Cubic) seperti pada gambar.

               

Sumber : wanibesak.wordpress.com

             Susunan kubus berpusat muka ditunjukan dengan adanya ion-ion Cl^– pada pojok-pojok dan dipusat muka kubus atau adanya ion-ion Na⁺ yang terdapat pada pojok dan dipusat muka kubus. Jadi kristal ionik NaCl dapat dianggap terdiri dari kisi kubus berpusat muka yang terdiri dari ion-ion Na+ dan kisi kubus berpusat muka dari ion-ion Cl– yang saling menembus. Pada gambar di atas setiap ion Na+ dikelilingi oleh 6 ion Cl– dengan geometri oktahedral dan setiap ion Cl– dikelilingi oleh 6 ion Na+ dengan geometri oktahedral. Jadi bilangan koordinasi ion Na+ dan ion Cl– yang terdapat dalam NaCl adalah 6. 

B.     Sesium Klorida (CsCl)
        Keelektronegatifan atom Cs dan Cl dalam skala Pauling adalah 0,79 dan 3,16. Perbedaan keelektronegatifan antara kedua atom tersebut adalah 2, 37. Dengan demikian CsCl merupakan senyawa ionik yang terdiri dari ion-ion Cs⁺ dan Cl^–.

Kisi kristal dari sesium klorida adalah kubus sederhana atau kubus primitif (primitive cubic) seperti pada gambar.

Sumber : wanibesak.wordpress.com

             Kisi kristal sesium klorida bukan kubus berpusat badan (Body Centerea cubic) karena ion yang terdapat pada pusat kubus berbeda dengan ion yang terdapat pada pojok-pojok kubis. Pada gambar setiap Cs⁺ dikelilingi oleh 8 ion Cl^– dan setiap ion Cl^– dikelilingi oleh 8 ion Cs⁺ dengan geometri kubus sederhana. Jadi bilangan koordinasi ion Cl^– dan Cs⁺ dalam CsCl adalah 8.

Variasi Ungkapan Struktur Padatan

Sumber : sersanmulyono.blogspot.com

        Banyak padatan anorganik memiliki struktur 3-dimensi yang rumit.  Ilustrasi yang berbeda dari senyawa yang sama akan membantu kita memahami struktur tersebut.  Dalam hal senyawa anorganik yang rumit, menggambarkan ikatan antar atom, seperti yang digunakan dalam senyawa organik biasanya menyebabkan kebingungan. Anion dalam kebanyakan oksida, sulfida atau halida logam membentuk tetrahedral atau oktahedral di sekeliling kation logam. 

          Walaupun tidak terdapat ikatan antar anion, strukturnya akan disederhanakan bila struktur diilustrasikan dengan polihedra anion yang menggunakan bersama sudut, sisi atau muka.  Dalam ilustrasi semacam ini,atom logam biasanya diabaikan. Representasi polihedra jauh lebih mudah dipahami untuk struktur molekul besar atau padatan yang dibentuk oleh tak hingga banyaknya atom. Namun, representasi garis ikatan juga cocok untuk senyawa molekular (Mulyono, 2011).

Daftar Pustaka

Ahmad, D. 2018. Struktur Kristal Logam. https://www.sridianti.com/struktur-kristal-logam.html. (Diakses pada tanggal 16 September 2019).

Bifar. 2019. Ikatan Logam : Pengertian, Ciri, Sifat, Dan Proses Pembentukan Serta Contohnya Lengkap. https://www.gurupendidikan.co.id/ikatan-logam/. (Diakses pada tanggal 16 September 2019).

Edutafsi. 2017. Menganalisis Ukuran Jari - Jari Atom dan Jari - Jari Ion Suatu Unsur. https://www.edutafsi.com/2017/10/menganalisis-ukuran-jari-jari-atom-dan-jari-jari-ion.html. (Diakses pada tanggal 16 September 2019).

Gaffar, M. 2019.Kristal Ionik dan Kovalen. https://www.academia.edu/36493350/KRISTAL_IONIK_DAN_KOVALEN. (Diakses pada tanggal 16 September 2019).

Mulyono, S. 2011. Variasi Ungkapan Struktur Padatan. http://sersan-mulyono.blogspot.com/2011/10/variasi-ungkapan-struktur-padatan.html. (Diakses pada tanggal 16 September 2019).

Murjana, A. 2019. Jari Jari Atom – Grafik, Tabel, Cara Mencari, Kecenderungan. https://rumusrumus.com/jari-jari-atom/. (Diakses pada tanggal 16 September 2019).