i
ii
iii KIMIA TERAPAN IKATAN KIMIA PADA BAHAN (EDISI REVISI) Noor Hidayati
iv
v KIMIA TERAPAN IKATAN KIMIA PADA BAHAN (EDISI REVISI)
vi Hak Cipta Sanksi Pelanggaran Pasal 113 Undang-undang Nomor 28 Tahun 2014 Tentang Hak Cipta • Setiap Orang yang dengan tanpa hak melakukan pelanggaran hak ekonomi sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf i untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 1 (satu) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp. 100.000.000,00 (seratus juta rupiah). • Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/atau tanpa izin Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf c, huruf d, huruf f, dan/atau huruf h untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 3 (tiga) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp. 500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah). • Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/ a tau tanpa izin Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf a, huruf b, huruf e, dan/atau huruf g untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 4 (empat) tahun dan/ a tau pidana denda paling banyak Rp. 1.000.000.000,00 (satu miliar rupiah). • Setiap Orang yang memenuhi unsur sebagaimana dimaksud pada ayat (3) yang dilakukan dalam bentuk pembajakan, dipidana dengan pidana penjara paling lama 10 (sepuluh) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp4.000.000.000,00 (empat miliar rupiah).
vii KIMIA TERAPAN IKATAN KIMIA PADA BAHAN (EDISI REVISI) Noor Hidayati Penerbit PNJ Press Anggota APPTI No: 001.004.1.06.2018
viii KIMIA TERAPAN IKATAN KIMIA PADA BAHAN (EDISI REVISI) Noor Hidayati Editor Nunung Martina, Dewi Yanti Liliana Desain Sampul Noor Hidayati Tata Letak Dimas Surya Perdana Penerbit PNJ Press Gedung Q, Politeknik Negeri Jakarta, Jl. G.A. Siwabessy, Kampus Baru UI, Depok Cetakan Pertama, November 2021 ISBN : 978-623-7342-93-9 Hak Cipta Dilindungi Oleh Undang-Undang Dilarang mengutip atau memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini tanpa izin tertulis dari penerbit.
ix PRAKATA Alhamdulillahirabbil’alamin, Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas segala rahmat dan hidayah-Ny, penulis dapat menyelsaikan buku ini. Shalawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada junjungan Nabi Muhammad SAW yang telah menyampaikan petunjukan Allah SWT untuk kita semua. Nabi yang kita nantikan syafa’atnya di akhirat nanti. Terdorong untuk menuangkan pemikiran dalam bentuk karya yang dapat dimanfaatkan oleh orang banyak maka penulis menuliskan buku ‘KIMIA TERAPAN_IKATAN KIMIA PADA BAHAN Edisi 1 Jilid I‘ dengan harapan pembaca dapat menganalisis dan mengaplikasikan ilmu kimia dalam industri maupun kehidupan sehari-hari. Penulis ucapkan terima kasih kepada tim P3AI Politeknik Negeri Jakarta. Atas usahannya memfasilitasi civitas akademika PNJ untuk menuliskan karya, yang bermanfaat bagi dunia pendidikan. Terima kasih juga diucapkan untuk orang tua penulis yang selalu berkerja keras mendidik dan membahagiakan anak-anaknya agar kelak dapat bermanfaat dan berbahagia baik dunia dan akhirat. Tak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada suami atas dukungan dan pengertiannya. Dalam proses penulisan buku ini penulis berusaha untuk menghubungkan antara konsep dasar ilmu kimia dengan kehidupan sehari-hari dan kemajuan teknologi yang ada saat ini. Karena semakin kita memahami dasar dari ilmu kimia semakin kita tahu bahwa diri kita dan dunia sekitar kita tak akan ada tanpa unsuunsur senyawa kimia yang memiliki karakteristik tersendiri ditiap unsurnya. Sebgai buku pertama, Penulis yakin bahwa dalam buku ini terdapat kekurangan, Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang
x sifatnya membangun akan menyempurnakan penyusunan buku ajar ini serta bermanfaat bagi penulis, pembaca, dan bagi penyusunan buku lainnya.
xi KATA PENGANTAR Pengetahuan akan penerapan kimia dibidang teknik mesin dan manufaktur sangatlah penting dan tidak dapat dipisahkan. Terutama dalam menunjang pekerjaan yang berhubungan dengan proses manufaktur. Penerapan kimia dalam industri sangatlah luas. Mulai dari penyediaan dan pembersihan utilitas untuk pabrik, perlindungan serta pelapisan pada logam, pemilihan bahan serta reaksi pembakaran. Untuk menguasai penerapan kimia diatas, maka dibuatlah buku ‘Kimia Terapan Untuk Teknik Mesin dan Manufaktur’ ini. Susunan pada Buku dibuat berdasarkan capaian pembelajaran yang telah disusun pada RPS dan Kontrak kuliah, sesuai dengan peta kompetensi yang diperlukan dalam memahami penerapan kimia. Pembahsans pada buku dibuat sesederhana dan semudah mungkin agar dapat mudah dipahami. Diikuti dengan contoh kontekstual pada kehidupan sehari-hari serta penerapannya pada industri. buku ini sangat cocok dipakai terutama untuk mahasiswa bidang Teknik Mesin dan Manufaktur. Informasi pada materi ini akan terus dikembangkan sesuai dengan perkembangan teknologi saat ini. Besar harapan kami bahwa buku ini dapat membantu dalam memahami penerapan kimia di industri khususnya pada perawatan dan penggunaan bahan
xii
xiii DAFTAR ISI Prakata Kata Pengantar Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Tabel Daftar Persamaan Tinjauan Mata Kuliah Pendahuluan BAB I KONFIGURASI ELEKTRON BAB II SISTEM PERIODIK UNSUR BAB III IKATAN KIMIA Daftar Pustaka Biografi Penulis ix xi xiii xiv xvii xviii xix xx 1 21 51 119 122
xiv DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Model atom dalton Gambar 2. Model atom J.J.Thomson Gambar 3.model atom rutherford Gambar 4. Anatomi Atom Carbon Gambar 5. Ilustrasi ‘awan’ orbitas pada atom Gambar 6. Urutan Pengisian Orbital pada Atom Gambar 7. Ilustrasi aturan setengah penuh dan aturan hund Gambar 8. Anatomi konfigurasi elektron Gambar 9. Konfigurasi elektron untuk karbon Gambar 10. Pengisian Orbital unsur Galium Gambar 11. Tabel Periodik Gambar 12. grafik jumlah penemuan unsur unsur selama tahun 1600an-1990 Gambar 13. Pola energi ionisasi berdasarkan kenaikan no. atom Gambar 14. Hubungan nilai ∆EN terhadap Jenis Ikatan Gambar 15 Ion Cu2+ dalam larutan CuSO4 Gambar 16 Proses N-Type dan P-Type Pada silica Gambar 17. Kerangka lewis asam sulfat Gambar 18. Kerangka lewis asam sulfat dengan PEB Gambar 19. a) pergeseran elektron b) struktur akhir lewis pada asam sulfat Gambar 20. mekanisme ikatan Ion Gambar 21. Wujud NaCl (garam dapur) Gambar 22. Potensial Energi berdasarkan jarak atom Gambar 23. Jenis Ikatan kovalent Gambar 24. Contoh senyawa polar 2 2 4 5 6 9 10 12 13 14 23 25 32 36 40 43 54 54 55 56 58 60 62 63
xv Gambar 25. Mekanisme Kovalent Polar Gambar 26. Contoh senyawa dengan ikatan kovalent non polar Gambar 27 Ilustrasi Teori Elektron Bebas pada Ikatan Logam Gambar 28. Ilustrasi Elektron Bebas melindunggi sifat metal dari patahan Gambar 29. Ikatan logam pada magnesium Gambar 30. Struktur ikatan hydrogen Gambar 31. Molekul air Gambar 32. bentuk susunan atom dalam molekul Gambar 33. Menempelnya molekul gas alam pada proses kondensasi karena ikatan van der waals Gambar 34. (a)Pengaruh Jarak antar atom terhadap Gaya Tolak, Menarik, dan total pada atom yang terisolasi, (b)Pengaruh Jarak antar atom terhadap Energi Tolak, Menarik, dan total pada atom yang terisolasi. Gambar 35. perubahan kedalaman ‘cekungan’ pada kurva energi Gambar 36. variasi Asymetris pada pada suhu T1-T5 didalam kurva energi Gambar 37. Gambar 32. Kurva symetris pada pada suhu T1-T5 didalam kurva energi Gambar 38. Kurva Hubungan energi antar atom vs jarak antar atom Gambar 39. (a)Grafik Strain-stress material (b) contoh percobaan menghitung ‘E’ Gambar 40. defromation berdasarkan kurva stress strain Gambar 41. Kurva energi terhadpa elastisitas material. Gambar 42. Segitiga Api 64 65 68 69 70 71 73 75 77 79 83 85 86 87 91 92 93 95
xvi Gambar 43. Proses elektrokimia dalam pembentukan Karat Gambar 44. Pengaruh asam sulfat terhadap laju korosi pada baja beton ST-37 dengan perendaman selama 24 jam Gambar 45.Skema proteksi katodik Gambar 46. Molekul Methane Hydrate Gambar 47. systim pigging pada pipa Gambar 48. slugh cather system 98 100 103 105 106 108
xvii DAFTAR TABEL Tabel 1. Nomor Kuantum Utama Untuk Orbital Pada Atom Tabel 2. Nomor kuantum pada Atom Tabel 3. Maksimum elektron di sub-kulit Tabel 4. Kemungkinan penulisan Nomor Kuantum Galium Tabel 5. Perbedaan titik didih dan lebur pada Logam Tabel 6. Titik Leleh Material Berdasarkan Jenis Ikatan 7 10 12 14 70 82
xviii DAFTAR PERSAMAAN Persamaan 1 ionisasi Magnesium tingkat 1 Persamaan 2 ionisasi Magnesium tingkat 2 Persamaan 3 : panas reaksi Floride Persamaan 4. Reaksi Pembakaran Persamaan 5 Oksidasi Besi Persamaan 6 Reduksi Udara Persamaan 7 Pembentukan H+ Persamaan 8 Reaksi Redoks Besi dengan Udara (Oksigen) Persamaan 9 Reaksi Korosi 34 34 36 95 98 98 98 98 99
xix TINJAUAN MATA KULIAH Pada buku ini akan membahas secara runut mengenai kimia terpan pada industri.khususnya pada pengaruh ikatan kimia terhadap sifat material. Pembahasan akan dimulai dari dasar hingga penerapan. Sehingga pembaca diharapkan dapat memahami konsep dasar penerapan kimia di industri. Pada bab awal di buku ini akan membahas mengani dasar kimia, yaitu atom pada unsur , tujuan pembahasan ini untuk mereapkan pondasi yang kuat kepada para pembaca bahwa ada penyebab mengapa tiap unsur dialam semesta ini memiliki sifatyang berbeda-beda, dilanjutkan dengan penysunan unsur pada tabel periodik, yang berguna dalam mengetahui sifat suatu unsur. Dan diakhir dengan penjelasan akan ikatan kimia serta aplikasinya terhadap perawatan bahan ataupun proses dalam industri.. Pada akhir bab dibuku ini akan dijelaskan contoh penerapan kimia dalam menyelesaikan permaslah di industry khususnya pada perawatan bahan, sehingga memudahkan pembaca untuk memahami pengaplikasian kimia dalam industry
xx PENDAHULUAN Semua material di alam semesta ini tersusun dari unsur-unsur yang saling berikatan. Berbeda Jenis ikatan serta unsur yang terikat, antara suatu material dengan material lainnya, maka akan menghasilkan material dengan sifat yang berbeda pula. pada buku ini akan memberikan informasi kepada pembaca mengenai ketepatan penggunaan, perawatan, dan pencegahan kerusakan pada bahan sesuai sifat pada material bahan tersebut berdasarkan ikatan kimia dan unsur penyusunnya. Khusunya pada material yang berkaitan dengan industry seperti pembentukan dan sifat hydrat, keramik, metal, polimer. Buku ini akan membahas secara mendetail mulai dari susunan element kemudian meningkat hingga ikatan kima dan pengaruhnya pada sifat bahan. pembahasaan pada buku ini akan menjabarkan keterkaitan yang erat antara komposisi penyusun, jenis ikatan kimia pada sifat bahan material. Dengan keterkaitan ikatan kimia dan unsur penyusunya pada sifat bahan, akan memberikan informasi kepada pembaca.bahwa dengan memahami jenis ikatan kimia akan membantu dalam mengetahui pencegahan kerusakan ,melakukan perawatan, serta penggunaan yang tepat pada material sesuai dengan jenis ikatan kimia pada bahan tersebut.
xxi
xxii
1 BAB I KONFIGURASI ELEKTRON 1.1 Perkembangan Teori Atom penjelasan akan teori atom berkembang seiring kemajuan ilmu. Banyak sumber telah membahas perkembangan teori atom, perkembangan teori atom saat ini akan dijelaskan mengacu pada sumber (H.Petruci and Suminar 1992), (Myers, The Atom 2003) dan (SmarterIndo, Youtube.Com 2015) sebagai berikut: III.I.1 Jhon Dalton: Pada postulatnya, Dalton menyatakan bahwa: 1. materi tersusun dari partikel yang sangat padat dan kecil yang tidak dapat dipecah lagi yang disebut dengan Atom. 2. Atom dalam suatu unsur identik dalam segala hal, namun berbeda dengan atom pada unsur lain. 3. Dalam reaksi Kimia atom dapat berpisah dan bergabung dengan atom lain membentuk suatu molekul Postulat tersebut menghasilkan Hukum susunan tetap (atau dapat disebut dengan Hukum Perbandingan Tetap). Dalam hukum tersebut berprgang pada prinsip bahwa suatu senyawa kimia sealu mempunyai susunan yang sama, yaitu perbandingan massa unsurunsurnya tetap.bila diilustrasikan model atom Dalton berbentuk seperti bola pejal yang tidak dapat di pecah lagi
2 Gambar 1. Model atom dalton III.I.2 Josehp Jhon Thompson Setelah ditemukan penemuan electron, maka J.J Thompson menyempurnakan Teori Dalton, menurut Thompson, atom terdiri dari electron electron yang menyebar merata di seluruh permukaan atom. Gambar 2. Model atom J.J. Thomson III.I.3 Rutherford Rutherford menemukan postulatnya setelah melakukan experiment dengan menembakan sinar alfa ke dalam lempengan emas. Hasilnya sebagian besar sinar diteruskan dan hanya beberapa sinar
3 dipantulkan. Berdsarkan experiment tersebut Rutherford menyatakan bahawa: 1. atom sebagaian bersar tersusun dari ruang hampa, hal ini dibuktikan dengan banyaknya sinar yang melewati lempengan emas. 2. atom memiliki inti Positif. Hal ini dibuktikan denga terpantulny kembali sinar alpha, dan kenapa bermuatan positif? Karena menurut Rutherford apabila inti atom bermuata negatif maka sinar alpha akan tertarik bukannya terpantulkan. Massa atom berpusat pada inti atom 3. karena atom harus bersifata netral, maka jumlah inti positif harus seimbang dengan jumlah electron 4. Elektron bermuatan negatif, selalu bergerak mengelilingi inti atom Namun, kekurangan pada model Rutherford ini berada pada pergerakan electron. Karena apabila electron bergerak secara terus menerus maka electron akan mengeluarkan energi yang hasilnya electron akan kehabisan enegi dan akhirnya bertumbukan dengan inti atom.
4 Gambar 3.model atom rutherford III.I.4 Niels Bhor Teori Niels Bhor datang untuk menyempurnakan teori atom Rutherford. Menurut Niels bhor 1. bahwa electron mengelilingi atom pada tingkatan energi tertentu yang saat ini kita kenal dengan kulit atom. Selama berada dalam kulit tersebut maka energi atom adalah tetap 2. electron dapat berpindah pindah lintasan. Besarnya energi yang dilepas (untuk turun ke subkulit bawah) dan energi yang diserap (untuk naik ke subkulit atas) sama dengan konstanta plack 3. kulit pada lintasan electron memiliki n= 1,2,3 dst 4. Lintasan electron memiliki momentum sudut dinyatakan dengan persamaan L= nh/2 ; dimana n adalah bilangan kuantum dan h adalah konstanta plack
5 1. Anatomi Atom Berdasarkan konsep atom oleh Niels Bhor, maka atom memiliki, initi berupa proto, yang dikelilingi oleh electron yang mengorbit inti pada orbital-orbitalnya, dimana jumlah electron sama dengan jumlah proton di inti dan electron dapat berpindah pindah orbital sesuai dengan energi yang dilepaskan ataupun di terima.Gambar 4 menunjukan anatomi dari atom karbon yang memiliki 6 proton pada intinya dan dikelilingi oleh 6 elektron. 2 pada orbital pertama, dan empat electron pada orbital ke dua. Gambar 4. Anatomi Atom Carbon III.I.5 Mekanika Kuantum Teori atom berdasarkan mekanika quantum lebih mengedepankan asumsi bahwa electron mengelilingi inti atom dalam suatu awan orbital yang biasa disebut dengan kulit atom.jumlah electron yang
6 mengeliligi inti atom sama banyaknya dengan jumlah proton pada inti atom.Orbital yang paling dekat dengan inti atom memiliki energi level paling renda, dan orbital paling jauh dari inti atom memiliki energi paling tinggi.Jadi, jauh dekatnya kulit pada atom menunjukan pula energi level tiap electron. Orbital pada atom dapat dinyatakan dalam bentuk nomor kuantunya. Inti dari nomor kuantum adalah untuk menentukan lokasi electron pada atom. Gambar 5. Ilustrasi 'awan' orbitas pada atom Empat karakteristik nomor kuantum pada atom adalah sebagai berikut: 1. Nomor Kuantum Utama, disimbolkan dengan n, melambangakan kulit ke-berapa electron berada. Semakin tinggi no n maka semakin tinggi pula energi level elektrin pada kulit tersebut. 2. Nomor Momentum angular, Disimbolkan dengan l, nilai l bergantung pada nomor kuantum utama, nilainya berkisar antra 0 hingga n-1. Apabila l = 0 maka bentuk orbital adalah bulat. Seperti terlihat pada Gambar 5 di kulit S bentuk orbita
7 adalah Bulat. Apabila nilai l = 1, maka bentuk orbital seperti Gambar 5 di point P dalam bentuk 3D. dan apabila nilai l semakin meningkat maka bentuk orbital akan semakin abstrak. 3. Nomor kuantum magnetic, disimbolkan dengan ml. menginfokan arah orientasi orbital. Nilai ml adalah -1,0, dan +1. Apabila l=0 maka nilai m1 hanya memungkinkan bernilai 0. 4. Nomor arah kuantum. Disimbolkan dengan ms, menunjukan arah perputaran electron pada axisnya, nilai ms disimbolkan dengan +1/2 atau -1/2, yang mengartikan apakah gerakan searah jarum jam atau berlawanan jarum jam. Tabel 1. Nomor Kuantum Utama Untuk Orbital Pada Atom Nomor kuantum Utama n 1 2 3 4 5 6 Kulit K L M N O P
8 Kaidah-kaidah penulisan Konfigurasi Elektron 4 point diatas adalah karakteristik dalam penomoran kuantum atom. Adapun dalam penulisan nomor kuantum suatu atom haruslah memenuhi aturan-aturan tertentu. Seperti berikut: III.II.1 Aturan PAULI: (Myers, The Atom 2003) Menyatakan bahwa: ‘tidak ada elektron pada atom yang memiliki ke-empat nomor kuantum sama persis’.Sebagai contoh. bila nilai n=1, maka nilai l dan ml= 0, namun arah putaran spinnya tau ms nya akan berbeda yaitu ms =+1.2 atau ms= -1/2, maka terbukti tidak aka nada electron yang memiliki 4 nomor kuantum identic sama. Minimal terdapat perbedaan pada nilai ms. Dengan aturan pauli tersebut maka ditetapkan bahwa terdapat jumlah maksimum elektron yang dapat ditampung dalam kulit atom. Dimana kulit S dapat menampung 2 elektron, kulit P dapat menampung 8 elektron dst,sebeperti yang tertera pada Tabel 2 pada kolom maximum electron III.II.2 Aturan Aufbau, (Moeller 1952) Menyatkan bahwa pengisian nomor kuantum dimulai dari tingkat energi terendah, kemudian dalam pengisian electron mengikuti kaidah pengisian orbitan sesuai tingkat energi yang ditunjukan pada Gambar 6. Sebagai contoh. Pada unsur Ge dengan nomor atom 32 akan memiliki konfigurasi electron sebagai berikut :1 s2 2 s2 2p6 3s2
9 3p6 4s2 3 d10 4 p2 ; dari contoh tersebut terlihat bahawa pengisian harus melewati. 4s2 terlebih dahulu baru ke 3d10, mengikuti kaidah Aufbau seperti Gambar 6. Gambar 6. Urutan Pengisian Orbital pada Atom pada aturan Aufbau juga mengatur pengisian electron pada orbital , dimana sebaiknya mengsisi orbital dalam kondisi setengah penuh atau pun penuh seluruhnya. Aturan Aufbau tersebut dilengakapi dengan aturan hund yang menyatakan ‘bahwa elektron yangmengisi kulit kulit akan tersebar pada energi level yang sama di dalam orbital sebagai contoh dalam
10 Gambar 7. Ilustrasi aturan setengah penuh dan aturan hund Tabel 2. Nomor kuantum pada Atom
11 Menuliskan dan Menggambarkan konfigurasi electron Pada subab sebelumnya telah dijelaskan mengenai perkemabangan teori atom, mulai dari oenemuan konsep atom oleh Dalton, teori sebaran electron diatas bola pejal proton oelh J.J. Thompson, dilanjukan dengan teori inti atom oleh Rutherford, dan teori orbital/subkulit atom oleh Niels Borh, dan terbaru mengenai teori atom berdasarkan mekanika kuantum. Pada subab ini akan menjelaskan mengenai penulisan konfigurasi electron berdasarkan konsep mekanika kuantum yang telah dijelaskan sebelumnya. Penulisan konfigurasi electron mengikuti kaidah Pauli, Aufbau, an hund. Yang akan dicontohkan sebagai berikut. Contoh 1. suatu unsur dengan inti atom bermuatan proton sebanyak 6 maka akan memiliki 6 buah electron untuk menetralkan muatan tersebut. Apabila ingin diketahui dimana saja posisi electron pada suatu atom dapat dijelaskan menggunakan nomor kuantum, dengan mengikuti kaidah yang ada. • kaidah Aufbau mengenai urutan pengisian electron • Kaidah setengah penuh/penuh dan kaidah sebaran energi electron yang sama pada sub kulit electron. • Dan aturan pauli mengenai tidak ada electron yang memiliki nomor kuantum identic ke empat-empatnya (minimal terdapat perbedaan dalam nilai ms)
12 Langkah pertama. Tentukan urutan pengisain electron menggunakan Gambar 6. , bersamaan dengan menggunakan Error! Reference source not found. untuk menentukan jumalah maksimum electron di tiap kulit.(K,L,M,N). untuk maksimum electron di tiap sub-kulit dapat dilihat pada table berikut. Tabel 3. Maksimum elektron di sub-kulit maksimum elektron 2 6 10 14 Sub-kulit s p d f 0 1 2 3 Berdasarkan urutan pengisian dan jumlah maksimum electron pada sub-kulit.Maka, untuk atom berelectron 6 didapatkan nomor konfigurasi elektronnya adalah 1S2 2S2 2P2 Dengan penjelasan dalam berikut ini Gambar 8. Anatomi konfigurasi elektron
13 Untuk memastikan apakahkonfiguarasi electron diatas benar dapat digambarkan orbital electron sesuai kaidah setengah penuh/penuh maupun kaidah hund. Gambar 9. Konfigurasi elektron untuk karbon untuk nilai n=2 dan m=p adalah fix, karena mengikuti kaidah Aufbau, yaitu menyetabilkan energi level terrendah terlebih dahulu, namun untuk nilai ml, dan ms electron tidak pisa dipastikan. Karena tidak ada kaidah yang mengharuskan pengisian electron dapat dimulai dari -1 terlebih dahulu atau tidak. Sehingga nilai ml dapat dituliskan dalam bentuk kemungkinan posisi, dimana nilai ml dapat bernilai 0 (seperti gambar di atas), -1atau bernilai +1. untuk nilai ms juga tidak dapat dipastikan, yang ada hanya perkiraan spinnya akan bernilai +1/2 seperti gambar di atas atau -1/2 apabila tanda panah didalam kotak mengarah ke bawah (counter clock wise). Contoh 2. Tentukan nilai n dan m pada Galium yang memiliki 31 proton, serta tuliskan semua kemungkinan posisi ml, dan ms. Jawab: Tentukan nilai n dan m menggunakan urutan Aufbau pada Gambar 6, didapatkan konfigurasi elektron sebagai berikut, 1s2 2s2 2p6 3s2
14 3p6 4s2 3d10 4p1. Bila digambarkan dalam bentuk orbital akan menjadi seprti berikut: Gambar 10. Pengisian Orbital unsur Galium Bila berdasarkan gambar diatas maka nilai ml dan ms adalah -1 dan +1/2. Namun karena tidak adanya kaidah yang mengatur urutan pengisian pada orientasi orbital dan arah spin orbital maka akan ada beberapa kemungkinan nilai kuantum ml dan ms. dimana ml memiliki nilai -1,0 dan +1; sedangkan ms memiliki nilai +1/2 atau - 1/2 maka akan terdapat kemungkinan enam kemungkinan kombinasi nomor kuantum untuk Galium seperti pada table berikut Tabel 4. Kemungkinan penulisan Nomor Kuantum Galium ms\ml -1 0 +1 +1/2 4,1,-1,+1/2 4,1,0,+1/2 4,1,+1,+1/2 -1/2 4,1,-1,-1/2 4,1,0,-1/2 4,1,-1,-1/2
15 KESIMPULAN Unsur terdiri dari atom. Didalam atom terdapat proton yang dikelilingi oleh elektron sesuai dengan level energi pada elektron tersebut. Berdasarkan teori kuantum terbaru diketahui bahwa dalam menyatakan identitas suatu unsur dapat menggunakan nomor kuantum yang terdiri dari n yaitu orbital (kulit atom), l sebagai Momentum angular elektron atau bentuk orbital (sub kulit) didalam atom, ml adalah orientasi orbital biasa disebut juga dengan bilangan kuantum magnetic , dan ms sebagai arah orientasi putaran elektron.
16 EVALUASI 1) Energi ionisasi adalah... a. energi yang dibutuhkan untuk menambah elektron kedalam atom b. Besarnya energi yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron dari suatu atom c. energi yang dibutuhkan untuk melindungi elektron terluar dari nukleus d. suatu pengukuran kemampuan atom untuk menarik elektron 2) manakah konfigurasi dari Aluminum (Al)? a. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 b. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 c. 1s2 2s2 2p6 3s2 4p1 3) element apakah ini 1s22s22p63s2? a. Neon b. Magnesium c. Aluminum d. Potassium
17 4) konfigurasi elektron suatu unsur adalah 1s22s22p6. berapa elektron yang dimiliki dalam unsur tersebut? a. 3 b. 6 c. 8 d. 10 5) Manakah yang merupakan konfigurasi oksigen? a. 1s22s22p63s23p64s23d104p5 b. 1s22s22p4 c. 1s22s22p6 d. 1s22s22p63s23p64s23d1
18 BIBLIOGRAPHY H.Petruci, R., & Suminar. (1992). Kimia Dasar,Prinsip dan Terapan Modern (Vols. Edisi IV, Jilid 1). Jakarta: Erlangga. Myers, R. (2003). The Atom. In R. Myers, The Basics of Chemistry. Connecticut : Greenwood Press. SmarterIndo. (2015, April 7). (SmarterIndo) Retrieved mei 1, 2020, from Youtube.Com: https://www.youtube.com/watch?v=Xr0IC5iHTcA Darkdadaah. (2005, Desember 5). https://commons.wikimedia.org/. Retrieved mei 4, 2020, from https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sphere_- _monochrome_simple.svg#/media/File:Sphere_- _monochrome_simple.svg Silvestre, V. (n.d.). Pixabay.com. Retrieved mei 4, 2020, from Image by <a href="https://pixabay.com/users/E_ScienceLearning13881682/?utm_source=linkattribution&utm_medium=referral&utm_campaig n=image&utm_content=4993619">Vanessa Silvestre</a> from <a href="https://pixabay.com/?utm_source=link-attributio
19 By Bensteele1995 - Own work, C. B.-S. (2012, September 14). commons.wikimedia.org. Retrieved Mei 4, 2020, from https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rutherford_atomi c_planetary_model.svg#/media/File:Rutherford_atomic_pla netary_model.svg Moeller, T. (1952). Inorganic Chemistry. New York: Jhon Wiley and Sons,Inc.
20
21 BAB II SISTEM PERIODIK UNSUR Pada bab I kita telah mengetahui bahwa unsur terdiri dari atom atom, didalam atom terdapat elektron yang mengelilingi inti bermuatan proton. Kita juga telah mempelajari cara menuliskan bilangan kuantum n, m, ml, ms. Pada atom. Pada bab ini. kita akan membahas menganai sifat unsur yang akan dipetakan dalam table periodic. Pembahasan akan diimulai dari perkembangan system periodic dan review struktur atom dalam table periodic, dilanjutkan dengan perkembangan table periodic, dan pembahasan golongan dan periodic unsur didalam table periodic. Tujuan dari table periodic itu sendiri adalah untuk memudahkan dalam menentukan sifat suatu unsur. PERKENALAN SISTEM PERIODIK Sistem periodic dibuat berdasarkan kenaikan nomor atom. Dari kiri atas ke kanan, lalu ke kiri bawah dan lanjut ke kanan. Dalam system periodic terdapat unsur unusr yang diletakan berdasarkan kesamaan sifat. Sifat-sifat tersebutlah yang akan dibahas secara mendalam dalam bab ini. Hal utama yang harus dipahami dalam penyusunan unsur di table periodic adalah inti atom dan elektron valensi. unsur terdiri dari atom. Tiap atom memiliki proton. Jumlah proton dalam inti atom setiap unsur berbeda-beda. Tidak ada unsur yang memiliki jumlah
22 proton dalam inti atom sama dengan unsur lainnya. Sebagai contoh, unsur Hidrogen memiliki satu proton dalam inti. Hal ini mengartikan tidak mungkin Hidrogen memiliki proton dalam inti lebih dari 1, dua misalnya. Karena apabila hydrogen memiliki dua proton dalam inti. Maka unsur dengan dua proton dalam inti bukanlah hydrogen, melainkan Helium. Jumlah elektron valensi dalam suatu unsur, merupakan salah satu factor yang menentukan sifat suatu unsur. Mari gunakan Hidrogen sebagai contoh kembali. Hidrogen dengan satu proton dalam inti memiliki satu elektron di orbitalnya untuk menetralkan muatan didalam unsur atom. Helium dengan dua proton dalam inti memiliki dua elektron terluar (elektron Valensi) pada orbitalnya. Dengan kaidah duplet dimana gas pada orbital 1S dapat setabil apabila memiliki dua elektron terluar, membuat Helium menjadi gas mulia yang stabil dan cenderung tidak reaktif dibandingkan dengan Hidrogen yang tidak stabil karena hanya memiliki satu elektron di kulit terluarnya (1S). Hal ini membuat hydrogen sangat reaktif untuk menyetabilkan dirinya. Kereaktifan hydrogen ini pula yang menyebabkan kita tidak pernah menemukan senyawa H dalam kondisi tidak berikatan, namun kita akan melihat unsur H, minimal berikatan dalam bentuk H2. tabel periodic yang saat ini ada dapat dilihat pada
23 Gambar 11. Tabel Periodik Sumber gambar: (2012rc, commons.wikimedia.org/ 2009)
24 PERKEMBANGAN TABLE PERIODIC DARI MASSA KE MASSA Gambar 11 menunjukan table periodic modern yang kita gunakan. Namun sebelum mencapai pembuatan table periodic modern, perlu diketahui sejarah perkembangan penyusunan table periodic tersebut agar kita memahami dasar-dasar penyusunan table periodic yang saat ini kita gunakan. Merangkum dari (Myers, TheBasic of Chemistry 2003) dan (SmarterIndo, Perkembangan Sistem Periodik 2015). Diketahui bahwa, seiring dengan perkembangan zaman makin banyak temuan unsur-unsur, hingga awal abada ke 19 ditemukan 116 unsur dan system peletakan posisi unsur unsur ini dibutuhkan untuk mempermudah ilmuan. Maka pada tahun 1829 Johann Döbereiner menyusun unsur unsur berdasarkan rata-rata berat atom. Johann Döbereiner mengemukakan bahwa nilai rata-rata massa atom suatu unsur akan memiliki sifat yang sama dengan dua unsur lainnya. Sebagai contoh saat Cl (massa atom 35) dirata-rata denga Iodine (massa atom 127) maka akan didapatkan atom Bromin dengan massa atom 81 yang merupakan hasil rata rata dari masssa atom klorin dan Iodine.dimana sifat bromine akan mirip klorin dan bromin, sistem ini disebut dengan TRIADE
25 Gambar 12. grafik jumlah penemuan unsur unsur selama tahun 1600an-1990 Kelemahan dari system Triad, adalah tidak semua unsur cocok dengan system triad, dan menunjukan ketidak konsistenan sifat. Oleh karena itu, pada tahap berikutnya John Newlands mengurutkan sifat suatu unsur berdasarkan kenaikan massa atomnya, dimana ditemukan bahwa unsur kedelapan akan memilki sifat yang sama dengan unsur ke pertamanya ,pola ini dinamakan dengan hukum oktaf. Namun, kelemahan dari table dengan hukum oktaf ini adalah ketidak sesuaian sifat seperti hukum oktaf. Selanjutnya Mendeleev dan Meyer (1869) mengamati 63 unsur yang dikenal dan mendapat hasil bahwa sifat unsur merupakan fungsi periodik dari massa atom relatifnya. Sifat tertentu akan berulang secara periodik bila unsurunsur disusun sesuai kenaikan massa atom relatifnya. Menurut sistem periodik Mendeleev terdiri dari 12 baris mendatar dan 8 kolom tegak yang disebut golongan
26 Sistem periodik mendeleev disebut sistem periodik pendek. Kelebihan sistem periodik mendeleev membetulkan massa atom massa In 76 menjadi 113, Be 13,5 menjadi 9 dan U dari 120 menjadi 240. Pada table milik Mendeleev juga menyediakan ruang kosong pada table dengan argument bahwa element tersebut belumlah ditemukan. Mendelev mengasumsikan bahwa yang belum ditemukan diberi nama sebagai eka-alumunium dan eka silicon (eka dalam Bahasa sangsekerta artinyapertama), dengan kejeniusannya dia dapat mempredisksi properties dari eka aluminium dan ekasilikon. Table medeleev dipublikasikan di tahun 1869. Adapun pada tahun 1875 ditemukan gallium oleh ilmuan prancis yang ternyata adalah eka-alumunium yang telah diprediksi oleh Mendeleev. Sama halnya dengan temuan germanium pada tahun 1886 yang erupakan eka-silikon dari prediksi Mendeleev.Adapun kelemahan dalam system medeleev adalah adanya penempatan unsur yang tidak sesuai dengan kenaikan massa atomnya Hingga pada akhirnya table periodic unsur modern ada atas kontribusi Henry Moseley’s melalui percobaaanya pada tahun 1913 mengenai pola difraksi x-ray logam. Hasil kerja Moseley menyimpulkan bahwa penyusunan unsur didasarkan pada nomor atom. Dimana, nomor atom adalah banyaknya jumlah proton dalam inti atom. Dari penemuan ini kita mengenal system periodic dan golongan yang saat ini kita tahu. (disebut golongan unsur) dan lajur horizontal (disebut periode unsur). Dalam satu periode disusun
27 berdasarkan kenaikan nomor atomnya, dalam satu golongan disusun berdasarkan kemiripan sifat Penggolongan Unsur dalam Tabel Periodik Penggolongan unsur dalam table periodic bisa didasarkan dari, kesamaan elektron valensi, dan juga kesamaan pada sifat bahan itu sendiri. Seperti pada golongan unsur 1A seluruh unsur dari atas kebawah di golongan 1A merupakan unsur yang memiliki jumlah elektron valensi 1. Begitu pula dengan golongan 2A, seluruh unsur dari atas kebawah di golongan 2A merupakan unsur yang memiliki jumlah elektron valensi 2. Namun kenapa He ada digulongan 8A (gas mulia)? Karena Helium sudah memenuhi kaidah duplet dimana elektron valensi berjumlah 2 pada kulit 1S yang menyebabkan He bersifat stabil dan memilki kesamaan sifat seperti gas mulia lainnya yang memenuhi kaidah octet. Efek dari penyusunan golongan berdasarkan nomor atom membuat susunan jari-jari atom dari atas ke bawah semakin besar. Hal ini karena, semakin kebawah jumlah kulit dalam suatu atom semakin bertambah. Meskipun jumlah proton dalam inti dari atas kebawah juga bertambah, namun pengaruh jumlah kulit terluar sangat besar dibandingkan dengan pengaruh penambahan proton dalam inti atom.Dari pengaruh elektron valensi, Golongan dalam table periodic dibagi menjadi, golongan utama, dan golongan transisi. Penyusunan semua golongan didasarkan pada
28 elektron valensi, yang akan dijelaskan dengan contoh sebagai berikut: Pada golongan utama I dan IIA. Disusun apabila elektron valensi berada pada kulit SX (S adalah orbital dan X jumlah maksimum elektron di kulit S yaitu 2) 1. Blok S SX = Golongan XA Contoh: 4Be = 1S2 2S2 Golongan II A Pada golongan V-VIII A, disusun berdasarkan elektron valensi, dimana elektron mencapai posisi diorbital P sehingga penentuan golongan didasarkan pada penjumlahan elektron pada kulit terluar di sub kulit S dan P 2. Blok P SX Py = Golongan (X + Y) A Contoh: 9F = 1S2 2S2 2P5 = Golongan VII A Untuk golongan transisi, dibagi menjadi dua yaitu transisi dalam dan transisi luar. Transisi dalam dipetakan berdasarkan posisi elektron valensi yang berada disubkulit d dan transisi luar dipetakan apabila elektron valensi berada di sub kulit f.
29 Pada blok d (transisi dalam) peletakan unsur didasarkan dari jumlah elektron pada orbital bentuk s dan d bila jumlah elektron di s dan d bernilai 3 hingga 7. maka akan diletakan digolongan 3,4,5,6,7 tergantung dari jumlah elektron apabila 4s2 3d5 maka akan diletakan di golongan VII B. untuk jumlah x dan y berjumlah 8-10 maka akan diletakan di golonga VIIIB dan untuk jumlah X+Y =11 maka akan diletakan di group IB dan X+Y =12 akan diletakan di group IIB. Perlu diingat. Bahwa sesuai aturan Aufbau mengenai setengah penuh maka subkulit di d harus dipenuhi terlebih dahulu sebelum memenuhi elektron di sub kulit S pada level energi atasnya 1. Blok d (transisi dalam) sX dy = (X + Y) B untuk 3 ≤ x+y < 7 VIII B untuk 8 ≤ x+y < 10 I B untuk x+y = 11 II B untuk x+y = 12 Pada unsur blok f (transisi luar) disusun berdasarkan pengisian pada orbital f pada kulit ke 4 maka akan diposisilan di lantanida, dan pada posisi kulit k 5 pada orbital f akan ditempatkan di blok 5f aktinida 2. Blok f (transisi luar) 4f = Lantanida (II B) 5f = aktinida (III B)
30 Keperiodikan Sifat Unsur-Unsur Kimia Bila dalam penggolongan merupakan urutan dari atas kebawah (vertical), maka peletakan secara periodic adalah penyusunan unsur dari kiri ke kanan (Horizontal). Seperti yang telah dijelaskan dalam awal bab ini bahwa system keperiodikan disusun berdasarkan penambahan jumlah proton dalam inti suatu atom. Dengan bertambahnya proton dalam inti atom akan berakibat pada naiknya energi inti untuk menarik elektron di bagian kulit(orbital) untuk lebih mendekat ke arah inti. Mengingat kembali pada satu periode dari kiri ke kanan jumlah kulit sama namun jumlah proton bertambah. Mengingat kembali pada satu periode dari kiri ke kanan jumlah kulit sama namun jumlah proton bertambah. Hal ini berakibat pada jari jari atom dari kiri ke kanan didalam table periodic akan semakin mengkerut mengkecil Urutan penyusunan periodic pertama (baris horizontal pertama), kedua, ketiga hingga ketuju didasari dari jumlah kulit dimana elektron valensi berada. Bila kita dapati elektron valensi berada di kulit ke satu seperti H dan He maka letak H dan He akan berada di periode pertama (baris horizontal pertama). Begitu pula dengan periode lainnya. Effek dari letak elektron valensi berpengaruh pula pada energi ionisasi suatu unsur. Kita tahu bahwa semakin besar jumlah proton sedangkan jumlah kulit sama. Sebagai contoh pada H dan He. Sama sama berada dalam 1 periode namun jumlah proton He lebih besar 1
31 Sifat Ionisasi dalam table periodic Sub bab ini akan membahas lebih mendalam mengani sifat ionisasi yang telah dijelaskan pada subab sebelumnya. Mengacu pada buku (Ralph.H.Petrucci and Suminar 1992) diketahui bahwa energi ionisasi adalah energi yang harus diserap oleh atom agar elektron yang paling jauh dari inti dapat lepas / dipisahkan secara sempurna. Energi ionisasi semakin meningkat seiiring semakin besarnya proton. Hal ini dikarenakan semakin banyak proton dalam inti maka akan semakin kuat daya ikat inti terhadap elektron. Menyebabkan, semakin besar energi yang harus diberikan untuk melepas elektron. Dengan kata lain, energi ionisasi dalam satu periode, dari kiri kekanan akan semakin besar.Sebaliknya, Dalam satu golongan, energi ionisasi akan semakin mengecil karena dari atas kebawah jumlah kulit akan semakin bertambah, dan semakin jauh dari inti. Menyebabkan daya Tarik inti terhadap elektron valensi lemah, sehingga memudahkan elektron untuk dapat terpisah tanpa harus menyerap energi yang besar. Hubungan antara energi ionisasi dengan kenaikan golongan dan periode dapat dilihat pada gambar berikut
32 Gambar 13. Pola energi ionisasi berdasarkan kenaikan no. atom Gambar 13 menunjukan besarnya energi ionisasi suatu atom berdasarkan penambahan no atom. Dapat kita lihat, energi ionisasi tertinggi dalam satu periode dimiliki oleh unusr-unsur yang berada di golongan 8A, golongan gas mulia. Hal ini dikarenakan, pada golongan gas mulia, jumlah elektron valensi sudah memenuhi kaidah duplet (He) dan Oktet sehingga atom dalam kondisi stabil dan enggan untuk melepaskan salah satu elektronnya, sehingga dibutuhkan energi yang besar untuk melepaskan elektron dalam kulit tersebut. Hal berlainan ditunjukan pada unsur-unsur di golongan 1A yang memiliki energi paling rendah dalam satu periode. Sebagai contoh pada pada periode 3, Na menduduki posisi paling bawah dibandingkan dengan unsur lainnya pada periode tersebut. Hal ini dikarenakan Na sebagai golongan 1A, memiliki 1 elektron valensi yang posisinya jauh dari inti (dikulit terluar) sehingga daya tarik inti
33 terhadap elektron valensi minim dan memudahkan elektron tersebut untuk terlepas tanpa pemberian/menyerap banyak energi. Energi ionisasi memilki satuan eV. 1 eV = 1.602×10−19 joule, yaitu jumlah energi yang dibutuhkan/diserap untuk melepaskan 1 elektron dari atomnya. Energi ionisasi juga memiliki tingkatan tingkatan sebagai berikut. (Petrucci and Suminar 1992) menjelaskan contoh tingkatan energi ionisasi menggunakan magnesium: Persamaan 1 ionisasi Magnesium tingkat 1 Mg(g) Mg+ (g) + e- I 1 = 7,65 eV/atom (738 kJ/mol) Persamaan 2 ionisasi Magnesium tingkat 2 Mg+ (g) Mg2+ (g) + e- I 2 = 15,04 eV/atom (1451 kJ/mol I1 merupakan energi ionisasi pertama memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan I2 hal ini dikarenakan pada energi ionisasi tingkat 2 dan seterusnya akan lebih sulit bagi elektron untuk melepaskan diri dari atom yang bermuatan (memisahkan e- pada Mg+ yang bermuatan +1).
34 AFINITAS ELEKTRON Menurut (Chang 2017) Afinitas elektron adalah Perubahan energi yang terjadi pada suatu atom dalam fase gasnya untuk menerima satu atau lebih elektron menjadi anion (bermuatan negatif). Kebutuhan energi dalam afinitas elektron berlawan dengan energi pada ionisasi. energi ionisasi besar apabila unsur tersebut menerima/menyerap energi proses endoterm, maka pada proses afinitas elektron energi dibebaskan (eksoterm) untuk menerima elektron dan berubah menjadi anion, perubahan energi pada afinits elektron dapat diwakilkan dengan perubahan entalphi. Pada persamaan dibawah ini dapat kita lihat bahwa reaksi penerimaan elektron oleh gas floride diikuti dengan peristiw pelepasan panas sebesar -328 kJ/mol Persamaan 3 : panas reaksi Floride F(g) +e- F - (g) ∆H = -328 kJ/mol Afinitas elektron suatu unsur sama dengan perubahan entapi dalam proses ionisasi menjadi anion, seperti yang ditunjukan pada Persamaan 3 : Semakin ke kanan afinitas elektron semakin tinggi, hal ini dapat dipahami dimana pada golongan 7A yaitu golongan halogen sangat membutuhkan tambahn satu elektron lagi untuk mencapai stabil. Sehingga keinginan untuk menerima elektron besar. sebaliknya berdasarkan golongan dari atas kebawa afinitas elektron semakin kecil, karena semakin jauh jarak orbital dari inti semakin sulit bagi inti untuk menerima elektron.
35 Elektronegativity Mengutip dari (Dosen Pendidikan 2 2020) elektronegativitas adalah suatu ukuran kecendrungan elektron untuk berikatan dengan unsur lain dengan cara menarik elektron secara elektrik. Trend elektronrgativitas unsur dalam table periodic sama dengan trend pada afinitas elektron. Semakin ke kanan elektronegativitas semakin tinggi, hal ini dapat dipahami dimana pada golongan 7A yaitu golongan halogen sangat membutuhkan tambahn satu elektron lagi untuk mencapai stabil. Sehingga keinginan untuk menerima elektron besar. Sebaliknya berdasarkan golongan dari atas kebawa elektronegativitas semakin kecil, karena semakin jauh jarak orbital dari inti semakin sulit bagi inti untuk menerima elektron Mengutip pada laman (Flowers, et al. 2019) besarnya beda nilai elektronegatifitas (∆ ) suatu molekul dapat menentukan polaritas dan jenis ikatan kimia yang digunakan dalam molekul tersebut. Semakin kecil atau nol ∆ makai katan kimianya berupa kovalent murni, saat nilai ∆ besar maka ikatan dapat berisfat kovalent polar atau ionic. Sebgai contoh, nilai absolut perbedaan elektronegativitas antara atom dalam ikatan H – H adalah nol maka iaktan berjenis ikatan nonpolar/kovalent murni, H-Cl memiliki nilai ∆ 0,9 maka berjenis kovalent polar, dan Na-Cl adalah 2,1 maka Na-Cl berikatan ionik. Untuk lebih mudahnya dapat melihat pada gambar berikut.
36 Gambar 14. Hubungan nilai ∆EN terhadap Jenis Ikatan Gambar 14 digunakan sebagai petunjuk umum, tidak semua senyawa dapat digolongkan berdasarkan gambar diatas. Sebagai contoh, atom H dan F dalam senyawa HF memiliki nilai ∆EN 1.9. dengan nilai tersebut berdasarkan gambar diatas HF dapat digolongkan sebgai ikatan ion, namun pada kenyataanya HF digolongkan sebagai ikatan kovalent polar yang sama seperti pada atom N dengan H dalam NH3 memiliki ∆EN sebesar 0.9 (berikaan kovanet polar sesuai data Gambar 14). Hal ini dikarenakan H dan F merupakan senyawa non logam. Dan kita tahu bahwa ikatan ionic hanya terbentuk antra senyawa logam dengan non logam, sehingga senyawa HF digolongkan sebagai senyawa berikatan kovalent polar karena tersusun dari unsur non logam dengan non logam. Contoh lainnya, atom Na dan Cl dalam NaCl memiliki nilai beda electronegativity sebesar 2.1, disisi lain atom Mn dan I pada MnI2 memiliki nilai beda electronegativity sebesar 1.0, seharusnya MnI2 dengan nilai 1 termasuk senyawa dengan ikatan kovalent polar namun pada kenyataanya MnI2 digolongkan sebagai senyawa
37 berikatan ionic dikarenakan MnI2 tersusun dari senyawa Logam dan non-logam. (Flowers, et al. 2019) Perlu diketahui tidak semua senyawa hanya memiliki satu jenis ikatan. Seperti MnI2 NaCl dan HF, ada juga senyawa yang dalam satu senyawa memiliki lebih dari satu jenis ikatan kimia. Sebagai contoh pada unsur dengan polyatomic ion seperti KOH, O-H antara O dan H berikatan secara kovalent, sedangkan antra K dengan OH- berikatan secara ionic, sehingga dalam satu senyawa KOH terdapat dua jenis ikatan yaitu ikatan kovalent dan ikatan ionic. LOGAM Suatu material dapat dibagi menjadi 3 jenis yaitu metal, non metal dan mettaloid. (Chang 2017). Material metal atau biasa disebut logam bersifat konduktif terhadap panas dan listrik, non metal tidak memiliki sifat konduktif/konduktor yang buruk, metalloid atau logam transisi memilki sifat diantara logam dan non logam. Dalam table periodic pada Gambar 11 dapat dilihat posisi material berdasarkan warna pada table periodic. Semakin kekanan maka sifat unsur menjadi non logam. Untuk membedakan unsur logam dengan non logam dalam table periodic berlangsung secara perlahan, dalam artian penyusunan unsur dalam table berlangsung secara bertahap dari unsur logam, disusun selanjutnya unsur logam transisi kemudian baru menujuh unsur non logam. Pada subab ‘Penggolongan Unsur dalam Tabel Periodik’ dijelaskan penggolongan berdasarkan posisi elektron
38 valensi pada orbital atom. Pada subab penjelasan logam dalam table periodic akan dijelaskan menggunakan pendekatan golongan. Merujuk kepada (Husted, et al. 2016) dan penjelasan table periodic pada ( (royal society of Chemistry 2020)penggolongan logam dan non logam dalam table periodic dijelaskan sebagai berikut: 1) Logam Alkali Merupakan nama kelompok logam yang berada pada golongan IA, berdasarkan pembahasan sebelumnya kita ketahui bahwa pada golongan 1A seluruh unsur (dari atas kebawah) di golongan 1A merupakan unsur yang memiliki jumlah elektron valensi 1.artinya pada subkulit terluar orbital terdapat satu elektron. Sifat golongan logam alkali adalah reactive karena ketidak setabilan elektron pada kulit terluarnya. Hidrogen merupakan bagian dari golongan 1A karena memiliki 1 elektron valensi, namun hydrogen memiliki sifat yang berbeda dengan logam. Selebihnya untuk logam Li, Na, K, Rb, Cs, hingga Fe memiliki sifat yang hampir sama antara satu dengan lainnya, yaitu lunak dan sangat reaktif. Semakin kebawah kereaktifan akan semakin besar.hal ini disebabkan semakin kebawah jumlah kulit pada orbital akan semakin jauh dari inti, menyebabkan elektron terluar semakin mudah untuk terlepas/bereaksi dengan unsur lainnya.
39 2) Logam Alkali Tanah Merupakan logam yang berada pada golongan IIA, yang berarti memiliki 2 elektron valensi. Terdiri dari berilium (Be), Magnesium (Mg), Kalsium (Ca), Strosium (Sr), Barium (Ba) dan Radium (Ra). Karakter logam pada golongan ini umumnya lebih keras, lebih padat dari logam pada golongan IA, pada golongan ini logam yang terbakar akan memiliki nyala Warna api yang unik. 3) Logam Transisi Logam transisi merupakan unsur senyawa yang elektronvalensinya berada di subkulit d. Karena berada disub kulit d, golongan logam transisi dimulai pada periode ke empat. Golongan logam transisi dimulai dari golongan 3-12 (berdasarkan nomor penggolongan modern) termasuk didalamnya unsur logam transisi lantanida dan aktinida (yang akan dibahas lebih mendetail). logam yang umum seperti besi, perak, emas, serta tembaga masuk kedalam golongan logam transisi ini. sifat umum pada logam transisi adalah konduktor panas dan listrik yang baik, serta berfase padat pada suhu ruangan dan memiliki titik leleh yang tinggi, kecuali pada raksa. Hampir semua unsur dalam golongan logam transisi bersifat reaktif, kecuali Au, Pt, Ru, Rh, Pd, Os, dan Ir (hitung 2015). Adapun sifat lain dari unsur transisi adalah: • Cenderung membentuk ion-ion kompleks, dan pada beberapa logam unsur transisi memiliki tingkat oksidasi
40 lebih dari satu Contoh pada Kobalt dan besi. Besi dapat teroksidasi menjadi Fe2+, Fe3+; dan kobalt dapat teroksidasi menjadi Co2+ dan Co3+. • Ion Sebagian besar logam transisi berwarna, sebagai contoh ion logam tembaga akan berwarna biru dalam larutan CuSO4 Gambar 15 Ion Cu2+ dalam larutan CuSO4 a. Lantanida Merupakan bagian dari golongan logam transisi. Berdasarkan penjabaran sebelumnya pada subab penggolongan unsur. Lantanida merupakan logam transisi dengan elektronvalensi berada pada subkulit 4f. logam transisi lantanida dimulai dari lantanida bernomor atom 57, hingga ke lutelium bernomor atom 71. b. Aktinida Merupakan bagian dari golongan logam transisi. Berdasarkan penjabaran sebelumnya pada subab penggolongan unsur. aktinida merupakan logam transisi dengan elektronvalensi berada pada subkulit
41 5f. logam transisi aktinida dimulai dari Aktinium bernomor atom 89 hingga lawerensium bernomor atom 103. Umumnya golongan aktinida ini dimanfaatkan pada bidang nuklir karena bersifat radioaktif dan beracun. Dari kelima belas unsur aktinida hanya theorium dan uranium yang terbentuk secara alami, selebihnya adalah unsur sintetis. 4) Logam Post-transisi Alumunium, Galium, Indium, Thallium, dan Nihonium merupakan logam post transisi yang berada di golongan 13 ( IIIA) dan memiliki 1 elektronvalensi subkulit P. unsur logam post-transisi ini bersifat lebih lunak dibandingkan logam transisi dan memiliki sifat konduktifitas yang lebih rendah dibandingkan unsur logam transisi. Boron tidak termasuk kedalam golongan unusr logam post-transisi karena boron merupakan metalloid 5) Metalloid Unsur metalloid terdiri dari Boron(B), Silica (Si), Germanium (Ge), Arsenik (As), antimoni (Sb), Tellurium (Te), dan Pollonium (Po). Mettaloid atau bisa disebut juga dengan ‘logam miskin’ memiliki sifat konduktor yang buruk, karena pada kondisi normal unsur metaloid lebih bersifat semiconductors (B, Si, Ge) dibandingkan dengan sifat konduktornya.
42 a. Silica sebagai Semiconductor Semiconductor merupakan benda yang hanya dapat menghantarkan listrik pada kondisi tertentu. Silica dalam hal ini pada kondisi normal tidak dapat menghantarkan listrik karena tidak adanya elektron bebas maupun ion-ion yang dapat menghantarkan elektron. Namun hal tersebut dapat kita ubah dengan merubah struktur atomnya. Silica memiliki 4 elektron valensi saling tersusun rapat antar atom dengan ikatan kovalent. Apabila salah satu atom silica dalam susunan tersebutdiganti dengan atom fosfor (P) yang memilki 5 elektron valensi. Maka akan menyebabkan 1 elektron bebas yang tidak terikat dengan atom atom silica. Bila ini terjadi maka tipe logam silica yang telah didoping dengan fosfor ini akan disebut dengan N-Type semiconductor. Selanjutnya apabila kita mendoping boron yang hanya memiliki 3 elektron valensi kedalam susunan silica murni, maka akan terbentuk satu ‘hole’ yang tidak terisi oleh elektron. Adanya ‘hole’ ini memungkinkan terjadinya transportasi elektron untuk terjadi. Tipe silica dengan dopping boron ini akan disebut sebagai P-type semiconductor. Maka apabila Ntype dan P-Type semiconductor ini di tumpuk seperti roti sandwich maka aliran elekron akan terjadi, dengan kata lain maka silika dapat menghantarkan listrik sehngga silica tersebut bersifat konduktor.
43 Gambar 16 Proses N-Type dan P-Type Pada silica 6) NON LOGAM H, C, N, P, O, S, and Se. merupakan unsur nonlogam dimana H berada di golongan 1, C berada di golongan 14 (IVA), N dan P di golongan 15 (VA), O, S dan Se berada di golongan 16(VIA). Unsur tersebut tidak memiliki sifat konduktifitas dan bersifat lunak, beberapa bersifat gas seperti H, N, dan O pada kondisi ruang. 7) Halogen Menempati golongan VIIA atau 17. Memiliki 7 elektron valensi terluar. Sangat reaktif karena membutuhkan satu elektron untuk stabil. Terdiri dari Fluorine, chlorine, bromine, iodine, astatine, dan Tennessine. Golongan halogen pada suhu tekanan ruangan, memiliki tiga fase yang berbeda. Fluorine dan chlorine berbentuk gas, bromine berbentuk cair dan iodine berbentuk padat. 8) Gas Mulia Seperti judulnya, gas mulia bukan merupakan logam, dan gas mulia berbentuk gas pada kondisi ruang. Gas mulia ada karena unsur-unsur pada gas mulia telah memenuhi kaidah
44 octet, yaitu memiliki delapan elektron valensi terluar. Sehingga gas mulia bersifat stabil dan pada umumnya bersifat tidak reaktif. Semakin kebawah unsur semakin reaktif, dengan radon yang paling reaktif. Golongan gas mulia terdiri dari Helium, Neon,Argon,Kripton, Xenon,Radon, dan oganesson. KEREAKTIFAN Kereaktifan adalah kemudahan suatu unsur untuk dapat bereaksi atau berikatan dengan unsur lain. Adapun system berikatan suatu unsur akan dijelaskan pada bab berikutnya, namun salah satu mekanisme beriktan adalah dengan berbagi maupun mentrasfer elektron. Semakin reaktif artinya sama dengan semakin mudah untuk menerima atau melepaskan suatu elektron. Halini akan mudah dipahami setalah kita megetahui jari-jari atom, afinitas elektron dan elektronegatifitas pada table periodic yang telah kita bahas. Dari penjelasan diatas kita tau bahwa semakin ke kanan, tingkat elektronegativitas dan afinitas semakin tinggi terutama pada golongan halogen, secra tidak langsung mengartikan bahwa semakin ke kanan maka reaktifitas semakin tinggi. Begitupun pada golongan. Khusus untuk senyawa logam, dari atas kebawah kereaktifan semakin tinggi karena pada semakin mudah elektron valensi untuk terlepas dan beriktan dengan unsur lainnya. Sedangkan pada unsur non logam kereaktifan dari atas kebawah semakin berkurang. karena makin sukar menangkap electron.
RkJQdWJsaXNoZXIy MTM3NDc5MQ==