Karakteristik Umum Ikatan Kimia

A. Landasan Teori

Ketika dua buah atom didekatkan satu sama lain, elektron-elektron valensi kedua atom tersebut akan berinteraksi satu sama lain begitupun dengan inti-inti atom yang bermuatan positif. Interaksi ini menghasilkan ikatan antar atom-atom tersebut menghasilkan molekul. Pembentukan ikatan yang stabil berarti bahwa energi yang mengikat kedua atom tersebut harus lebih kecil dari energi yang diperlukan untuk memisahkan kedua atom tersebut. 

Saat kedua atom saling mendekati satu sama lain, keduanya berada di bawah pengaruh gaya tarik dan gaya tolak satu sama lain sebagai konsekuensi dari gaya elektrostatik. Pada kebanyakan jarak, gaya tarik mendominasi daripada gaya tolaknya. Meskipun begitu, ketika kedua atom tersebut berada pada jarak yang sangat dekat, maka kulit-kulit elektron akan saling tumpang tindih menghasilkan gaya tolakan yang besar antar elektron pada kedua atom tersebut. 

Gambar 1. Energi potensial interatomik sebagai fungsi jarak

Gambar 1 tersebut memperlihatkan energi interaksi atomik sebagai fungsi dari jarak pisah kedua atom tersebut. Sistem akan memiliki energi bernilai nol jika kedua atom terpisah pada jarak jauh tak berhingga. Pada gambar, angka negatif merupakan gaya tarik yang dihasilkan dan angka positif merupakan gaya tolak Resultan keduanya akan menghasilkan sebuah angka minimum yang mengindikasikan adanya keseimbangan antara gaya tarik dan gaya tolak. Titik ini disebut sebagai titik kesetimbangan.

Penjelasan tersebut juga dapat diaplikasikan pada ikatan antara banyak atom. Meskipun nyatanya nilai-nilai karakteristik akan berubah tergantung jenis bahannya, konsep umum mengenai ikatan energi dasar dan jarak kesetimbangannya masih tetap berlaku. Karakteristik-karakteristik inilah yang banyak mempengaruhi sifat-sifat zat padat seperti koefisien ekspansi termal dan modulus elastik bahan.

B. Contoh Kasus

Diketahui dua atom dalam kisi kristal memiliki energi potensial interaksi yang mengikuti model Lennard-Jones dengan parameter A = 0.8eV dan B = 0.4nm. 

\[U\left(r\right)=A\left[\left(\frac{B}{r_{0}}\right)^{12}-2\left(\frac{B}{r_{0}}\right)^{6}\right]\]

Tentukan jarak keseimbangan r0 sehingga energi potensial antara kedua atom tersebut menjadi minimum.

Dalam menyelesaikan kasus ini, maka jarak keseimbangan antar dua atom dapat diketahui dengan melakukan diferensiasi fungsi terhadap jarak bernilai nol. Secara matematis dituliskan:

\[\frac{dU\left(r\right)}{dr}=0\]

\[-12\left(\frac{B}{r_{0}}\right)^{13}+12\left(\frac{B}{r_{0}}\right)^{7}=0\]

\[\left(\frac{B}{r_{0}}\right)^{7}\left[\left(\frac{B}{r_{0}}\right)^{6}-1\right]=0\]

Suku di dalam kurung siku haruslah bernilai nol, maka

\[\left(\frac{B}{r_{0}}\right)^{6}=1\]

sehingga diperoleh bahwa jarak keseimbangan dua atom tersebut yakni r0 = B = 0.4nm.

Share :