Ikatan-Ikatan Pada Zat Padat

Zsmart.id. - Pada artikel kali ini kita akan membahas mengenai ikatan-ikatan di dalam zat padat. Ikatan-ikatan yang dimaksud yakni ikatan ionik, kovalen, logam serta ikatan-ikatan sekunder. 

A. Interaksi Interatomik

Ketika dua buah atom didekatkan maka elektron-elektron valensi dari kedua atom tersebut akan berinteraksi satu sama lain juga akan berinteraksi dengan inti atom yang bermuatan positif. Hasilnya, ikatan antar atom tersebut akan terbentuk dan menghasilkan molekul.

Molekul yang terbentuk merupakan molekul yang stabil yang berarti bahwa energi dari sistem dua atom tersebut agar tetap bersama harus lebih kecil dibandingkan energi ketika kedua atom tersebut berada pada jarak tertentu. Sehingga, pembentukan molekul tersebut akan menguntungkan secara energetik.

Ketika dua buah atom mendekat satu sama lain, mereka berada di bawah pengaruh gaya tarik dan gaya tolak yang menghasilkan suatu interaksi elektrostatik bersama. Pada kebanyakan jarak tertentu, gaya tarik lebih mendominasi dibandingkan gaya tolaknya. Meskipun begitu, ketika dua buah atom berada pada jarak yang sangat dekat, maka kulit terluar dari masing-masing atom akan tumpang tindih dan menghasilkan gaya tolak yang kuat antar elektron-elektron pada kulit tersebut yang dikenal sebagai gaya tolak inti. 

Sumber: quizlet.com

Gambar di atas merupakan ilustrasi dari hubungan antara energi antar atom sebagai fungsi dari jarak. Terlihat bahwa, sistem memiliki energi yang nol apabila kedua buah atom terpisah pada jarak yang sangat jauh tak terhingga. Lebih lanjut terdapat dua buah energi yang dihasilkan ketika kedua atom tersebut berinteraksi yakni energi gaya tarik (bernilai negatif) dan energi tolakan (bernilai positif). Resultan dari dua buah energi tersebut akan menghasilkan nilai yang minimum ketika kedua buah atom berada pada jarak seimbangnya. dan terjadi pada saat energi tarikan akan sama dengan energi tolakannya. 

Sejak gaya tarik (attractive) menurunkan energi potensial dan gaya tolak (repulsive) menaikkanyya, maka jumlah energi sistem itu sebanding dengan penjumlahan aljabar dari kedau energi tersebut sehingga :

di mana A, B, m dan n merupakan konstanta yang bergantung pada atom-atom yang berinteraksi. Persamaan ini mengindikasikan bahwa besar dari energi tolak dan tarik ini meningkat seiring dengan memendeknya jarak antar sistemnya. Secara umum, n > m mengindeikasikan bahwa peningkatan gaya tolak itu lebih cepat dibandingkan kenaikan gaya tariknya. 

B. Ikatan Ionik

Ikatan ini terbentuk dari serah terima atau transfer elektron dari satu atom ke atom yang lainnya sehingga setiap atom mencapai konfigurasi elektron yang seimbang. Atom yang kehilangan elektron akan menjadi lebih bermuatan positif dan atom lainnya akan mendapatkan elektron dan menjadi lebih negatif. Ion-ion ini menyusun dirinya sehingga gaya Coulomb antar ion-ion tersebut mendominasi.

Garam dapun atau NaCl merupakan contoh yang paling sering digunakan untuk menjelaskan ikatan ionik ini. Ikatan ion sering ditemukan pada material-material  yang merupakan paduan dari logam dan non logam. Sebagai contoh, NaCl, elektron valensi dari Na bermigrasi ke Cl menghasilkan ion positif Na dan ion negatif Cl.

Ikatan ionik secara umum memiliki energi ikat pada rentang beberapa elektron volt (eV). Energi yang dibutuhkan untukn memisahkan atom Na dan Cl dalam NaCl merupakan energi kohesif yang besarnya sekitar 3.15eV per atomnya. 

Seperti yang dituliskan sebelumnya bahwa kebanyakan material yang memiliki ikatan ionik itu tersusun atas logam dan non logam. Adapun beberapa contohnya: LiF, MgO, CsCl dan ZnS. karakteristik dari material ini adalah kuat, memiliki temperatur leleh yang tinggi. Kebanyakan mereka larut dalam larutan polar semisal air. Sejak semua elektron berada di dalam struktur ion, tidak ada elektron yang bebas bergerak seperti elektron di dalam logam. Sehingga, padatan yang memiliki ikatan ionik biasanya memiliki sifat sebagai isolator panas dan listrik yang baik dan memiliki nilai konduktivitas termal yang rendah.

Sekarang kita akan mencoba mengidentifikasi lebih detail untuk NaCl. Perhatikan tampilan 2D dari struktur kristal NaCl berikut:

sumber: chem.libretexts.org

Di sini kita mengambil ion Na+ sebagai titik acuan 0, dan terlihat bahwa potensial yang dirasakan oleh ion Na+ ini adalah pengaruh dari dua buah ion Cl- yang terpisah jarak sebesar r0 dari ion pusat Na+. Sehingga, besar potensial total yang dirasakan oleh kulit pertama ini adalah :

dan untuk kulit kedua yakni, ion postif Na+ berinteraksi dengan dua buah ion Na+ yang berjarak 2r0 dari ion posat Na+, sehingga besar potensial yang dirasakan adalah :

Hal serupa untuk kulit ke tiga akan diperoleh:

Sehingga, total energi yang dirasakan oleh ion pusat tersebut untuk N buah ion-ion diperoleh:

Namun, untuk tinjuan 3D maka ion pusat Na+ akan berinteraksi dengan 6 ion Cl- pada jarak r, 12 ion Na+ pada jarak 2r, 8 ion Cl- berjarak 3r dari ion pusat dan seterusnya, sehingga diperoleh energi total yakni memenuhi persamaan:

dengan M merupakan konstanta Madelung yang besarnya :

Perlu diketahui bahwa, nilai M ini berbeda-beda untuk setiap molekul. 

C. Ikatan Kovalen

Berbeda dengan ikatan ion, pada ikatan kovalen terjadi karena adanya penggunaan elektron secara bersama-sama. Penggunaan elektron bersama ini bertujuan untuk menghasilkan kondisi konfigurasi elektron yang sifatnya stabil. Contoh sederhana dalam ikatan kovalen ini adalah pembentukan molekul CH₄. Berdasarkan tabel periodik unsur, nomor atom dari Carbon dan Hidrogen berturut-turut adalah 6 dan 1. Sehingga, pada carbon terdapat empat buah elektron valensi sedangkan pada hidrogen hanya memiliki 1 buah elektron. 

Sehingga, agar tercapai kondisi yang stabil, maka carbon memerlukan empat buah elektron tambahan dan hidrogen memerlukan satu buah elektron tambahan. Maka, dengan informasi ini, agar carbon menjadi stabil, maka ia harus menangkap empat buah hidrogen sehingga terdapat delapan buah elektron pada kulit terluar  carbon dan dua elektron pada kulit terluar hidrogen. 

Ikatan kovalen merupakan ikatan yang sangat kuat. Pada gambar di atas memperlihatkan ikatan kovalen dari sebuah struktur kristal silikon,Si. Silikon memiliki empat buah elektron valensi dan membagi dirinya ke masing-masing atom Si sehingga terbentuk ikatan kovalen.

D. Ikatan Logam

Atom-atom yang berada di dalam logam hanya memiliki sedikit elektron valensi, elektron-elektron valensi dalam logam ini dapat berpindah dari kulitnya dengan mudah dan terdelokalisasi kemudian membentuk awan-awan elektron. Interaksi antara muatan-muatan negarif dalam awan elektron tersebut dengan ion positif membentuk ikatan logam. 

Ikatan logam ini bersifat isotropik. Konsekuensinya, ion-ion selalu mencoba untuk berada pada jarak sedekat mungkin yang mengantarkan pada pembentukan struktur termampatkan dengan banyak bilangan koordinasi jika dibandingkan dengan ikatan kovalen. Elektron bebas pada awan-awan elektron dapat dengan cepat merespon dari pemberian medan listrik dan bergerak dengan gaya yang berasal dari medan listrik tersebut. Hal inilah yang menyebabkan logam-logam memiliki konduktivitas listrik yang baik. Selain itu, jika diberikan gradien temperatur pada logam, maka elektron-elektron bebas juga berkontribusi dalam proses transfer panas dari daerah panas ke daerah yang dingin. Sehingga, logam juga dikatakan sebagai material yang memiliki konduktivitas panas yang baik.

Demikianlah informasi singkat mengenai ikatan-ikatan primer dalam zat padat. Semoga bermanfaat!

Share :