IKATAN LOGAM

Beberapa sifat logam antara lain:

- berwujud padat pada suhu kamar kecuali Hg

- penghantar panas atau listrik yang baik

- memiliki maleability dan ductility

- mengkilap

Sifat logam tersebut muncul karena atom-atom logam bergabung satu sama lain membentuk ikatan logam. Teori paling sederhana tentang ikatan logam adalah teori ”elektron sea”.

Logam tersusun dari atom-atom logam yang berkumpul sangat rapat satu sama lain. Atom unsur logam memiliki keelektronegatifan yang rendah dan energi ionisasi yang kecil. Hal ini menyebabkan elektronvalensi dari tiap atom mudah lepas dan bergerak bebas di antara kumpulan atom-atom logam tersebut. Atom-atom logam yang kehilangan elektron terluarnya berubah menjadi ion positif. Karena ion-ion positif berada ditengah lautan elektron-elektron yang bergerak bebas, maka terjadi interaksi tarik menarik antara ion positif dengan elektron-elektron yang bergerak bebas di antara kumpulan ion-ion logam. Interaksi tarik menarik antara ion logam dengan lautan elektron inilah yang disebut dengan ikatan logam. Ikatan logam lumayan kuat, sehingga membutuhkan energi yang besar untuk memutus ikatan. Pada umumnya logam memiliki titik leleh yang tinggi.

Jika pada salah satu sisi logam diberi tekanan maka akan terjadi pergeseran kedudukan lapisan-lapisan atom. Akan tetapi pergeseran tersebut tidak mengakibatkan terbelahnya tumpukan atom pada logam. Hal ini disebabkan karena tiap tumpukan lapisan atom diikat satu sama lain oleh lautan elektron. Sehingga kemanapun tumpukan lapisan atom digeser, mereka tetap diikat oleh lautan elektron. Sifat inilah yang menyebabkan logam dapat dibentuk dan ditempa.

LOGAM ALKALI

Dalam sistim periodik logam alkali terdapat pada kolom pertama paling kiri sering juga disebut dengan ”Golongan IA”, terdiri dari: lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs) dan francium (Fr). Disebut logam alkali karena oksidanya dapat bereaksi dengan air menghasilkan larutan yang bersifat basa (alkaline). Sebagai contoh:

Na₂O_(s) + H₂O_(l) → 2Na⁺_(aq) + 2OH^- _(aq)

Unsur-unsur logam alkali merupakan logam yang sangat reaktif. Kereaktifan tersebut berkaitan dengan elektronvalensinya. Logam alkali mempunyai 1 elektron pada kulit terluarnya, untuk mencapai kestabilan maka logam golongan ini lebih cenderung untuk melepas 1 elektron tersebut sehingga logam ini mempunyai bilangan oksidasi +1. Kereaktifan logam alkali bertambah besar sesuai dengan pertambahan jari-jari atomnya.

Kecendrungan logam alkali sangat beraturan, dari atas ke bawah, jari-jari atom dan massa jenis bertambah, sedangkan titik leleh dan titik didih berkurang. Sementara energi ionisasi dan keelektroneatifan berkurang. Li merupakan reduktor yang paling kuat dibanding unsur-unsur segolongannya, sementara Li memiliki energi ionisasi yang terbesar (terjadi penyimpangan), hal ini disebabkan karena potensial reduksi dan energi ionisasi merupakan dua hal yang berbeda dan tidak terdapat keterkaitan satu sama lain.

Salah satu ciri khas dari logam alkali adalah memiliki sprektum emisi. Sprektum ini dihasilkan bila larutan garamnya dipanaskan dalam nyala Bunsen. Ketika atom diberi energi (dipanaskan) elektronnya akan tereksitasi ke tingkat yang lebih tinggi. Ketika energi itu dihentikan, maka elektronnya akan kembali lagi ke tingkat dasar sehingga memancarkan energi radiasi elektromagnetik. Berikut warna nyala logam alkali:

Terdapatnya:

• Na, K terdapat dalam jumlah yang cukup banyak di air laut , kerak bumi, dan komponen dari tumbuh-tumbuhan.
• Li, Rb, Cs terdapat dalam jumlah yang relatif sedikit di air laut dan kerak bumi.
• Fr jarang ditemukan karena merupakan hasil peluruhan bahan radioaktif ²²⁷Ac dengan waktu paro 21 menit.

Isolasi:

• Na diperoleh dari elektrolisis leburan garam kloridanya yang dilakukan dengan menggunakan ”downs cell” seperti gambar berikut:

http://corrosion-doctors.org/Electrochem/Cell.htm

Elektrolisis lelehan NaCl dilakukan didalam sel silinder dengan menambahkan CaCl₂ guna menurunkan titih leleh dari NaCl dari 801⁰C menjadi 580⁰C. Akan tetapi dari elektrolisis tidak diperoleh Ca. Hal ini disebabkan karena Ca lebih sulit tereduksi dibanding Na karena potensial reduksi Ca lebih rendah dibanding Na.

• Suhu optimum beroperasinya downs cell 772⁰C, sementara titik leleh KCl 850⁰C dan pada suhu tersebut K akan berwujud gas sehingga K tidak mungkin dipisahkan / diisolasi dengan menggunakan downs cell. Oleh karena itu logam K, Rb, Cs diisolasi dengan mereaksikan garam kloridanya dengan Na

Na(g) + MCl (l) → M(g) + NaCl(l)

Sifat Fisika

1. logam alkali berbentuk padatan kristalin.
2. merupakan penghantar panas dan listrik yang baik.
3. mempunyai titik leleh yang rendah yang dapat dijelaskan dengan ”elektron sea” ikatan logam. Dimana, semakin besar jari-jari ion maka semakin kecil daya tarik muatan positif dengan lautan elektron sehingga ikatan logam mudah putus.

Sifat Kimia

1. merupakan reduktor paling kuat
2. tersolvasi jika dimasukkan kedalam larutan amonia (NH₃).

Ketika logam dimasukkan kedalam larutan amonia maka elektron dari logam akan tersolvasi oleh atom-atom H dari NH₃, dimana tidak terjadi serah terima elektron antara logam dengan atom H.

3. jika direaksikan dengan oksigen menghasilkan senyawa oksida, peroksida dan superoksida. Li₂O (oksida), Na₂O₂ (peroksida), KO₂ (superoksida). Na₂O₂ bereaksi dengan air menghasilkan H₂O_2, sedangkan KO₂ digunakan sebagai konverter CO₂ pada alat bantuan pernafasan.

4. mudah bereaksi dengan air, sehingga logam harus disimpan dalam minyak tanah.

2L + 2H₂O → 2LOH + H₂

Logam akan berikatan dengan OH^-. Semakin kuat sifat logamnya maka semakin kuat sifat basanya.

5. Reaksi dengan unsur-unsur Halogen

Unsur halogen bersifat sebagai pengoksidasi. Reaksi ini menghasilkan garam halida.

2L(s) + X₂ → 2LX

6. Reaksi yang berlangsung akan menghasilkan senyawa hidrida. Senyawa hidrida adalah senyawa yang mengandung atom hidrogen dengan bilangan oksidasi negatif.

2L(s) + H₂(g) → 2LH(s)

Kegunaan

• Karena memiliki titik leleh yang rendah, logam Na digunakan sebagai pendingin dalam reaktor nulkir, dimana Na menyerap panas dari reaktor nuklir kemudian Na panas mengalir melalui saluran menuju reservoar yang berisi air. Selanjutnya air dalam reservoar menguap dan uapnya dialirkan pada pembangkit listrik tenaga uap.
• Sebagai pengembang kue (NaHCO₃), jika dibakar mengeluarkan gas CO₂.
• KO₂ digunakan sebagai konverter CO₂ pada alat bantuan pernafasan. Gas CO₂ yang dihembuskan masuk kedalam alat dan bereaksi dengan KO₂ menghasilkan O₂.
• Na dipakai sebagai lampu penerangan dijalan-jalan raya atau pada kendaraan. sinar kuning natrium ini mempunyai kemampuan untuk menembus kabut.
• Logam Na digunakan dalam pembuatan tetra etil timbal, zat ini mengurangi ketukan pada bensin.
• NaCl (garam dapur); digunakan sebagai bahan baku pembuatan NaOH, Na₂CO₃, logam Na, dan gas klorin.

KECENDRUNGAN DALAM SISTIM PERIODIK

dalam satu perioda dari kiri ke kanan:

• jari-jari atom berkurang

• energi ionisasi, afinitas elektron, keelektronegatifan bertambah

dalam satu golongan atas ke bawah:

• jari-jari atom bertambah

• energi ionisasi, afinitas elektron, keelektronegatifan berkurang
  

KARAKTER KOVALEN

Jika 2 atom yang berbeda berdekatan dan membentuk ikatan kovalen, maka tarikan kedua inti atom terhadap pasangan elektron ikatan tidak sama, sehingga densitas elektron pada kedua atom menjadi tidak sama, dimana pasangan elektron ikatan akan lebih tertarik kearah atom yang lebih kuat menarik elektron.

Misal: pada molekul HCl, atom Cl mempunyai keelektronegatifan yang lebih tinggi dibanding atom H, sehingga atom Cl akan lebih kuat menarik elektron ikatan dibanding atom H, akibatnya pasangan elektron ikatan akan tertarik lebih kuat ke arah atom Cl sehingga densitas elektron akan lebih besar disekitar atom Cl dibanding atom H. Dengan lebih besarnya densitas elektron di sekitar atom Cl menyebabkan atom Cl lebih menjadi negatif, sementara atom H menjadi lebih positif karena densitas elektron kecil disekitar atom H.

Adanya densitas electron antara ke dua inti atom menjadi ciri khas dari ikatan kovalen, yang disebabkan karena terdistorsinya awan electron anion oleh kation. Kemampuan kation mempolarisasi anion tergantung pada muatan positif dan ukuran kation. Efek kation terhadap anion sebanding dengan besarnya muatan positif, dan berbanding terbalik dengan ukuran kation. Perbandingan besarnya muatan dan ukuran kation disebut juga dengan potensial ionik.

Trend karakter kovalen senyawa dalam satu perioda:

Contoh: senyawa LiCl, BeCl₂ dan BCl₃

Sebagai kation dalam senyawa adalah Li⁺, Be²⁺, B³⁺ dimana masing-masingnya terikat dengan satu atau lebih ion Cl. Dalam satu perioda, muatan inti dari kiri ke kanan semakin bertambah sementara ukuran kation dari Li⁺ ke B³⁺ semakin berkurang. Jika muatan bertambah maka semakin besar potensial ionik, semakin besar pula kemampuan muatan positifnya untuk mempolarisasi anion sehingga semakin besar karakter kovalen ikatan.

Jika senyawa tersebut diurut berdasarkan karakter kovalennya maka diperoleh;

LiCl < BeCl₂ < BCl₃

BeCl₂ lebih ionik dibanding BCl₃ dan LiCl lebih berkarakter ionik dibanding BeCl₂.

Trend karakter kovalen senyawa dalam satu golongan:

Contoh: BeCl_2, MgCl_2, CaCl₂

Dalam satu golongan dari atas ke bawah muatan kation tetap, sementara ukuran kation bertambah sehingga potensial ionik berkurang. Dengan kata lain dapat disimpulkan bahwa dari atas ke bawah dalam satu golongan kemampuan kation untuk mempolarisasi anion semakin berkurang. Jika di urut berdasarkan sifat kovalennya maka diperoleh:

BeCl₂ > MgCl₂ > CaCl₂

MgCl₂ lebih ionik dibanding BeCl₂ dan CaCl₂ lebih ionik dibanding MgCl₂.

SENYAWA ION

Senyawa ion tersusun dari tumpukan ion positif dan negatif yang teratur, sesuai dengan ukuran masing-masing ion yang terlibat. Tumpukan yang teratur menghasilkan zat yang mempunyai bentuk-bentuk tertentu dalam fasa padat yang disebut kristal.

Senyawa ion terbentuk dari reaksi antara atom logam dengan atom non logam. Atom logam mempunyai keelektronegatifan (kemampuan atom menarik elektron ikatan) dan afinitas elektron yang kecil, sementara atom non logam mempunyai keelektronegatifan dan afinitas elektron yang besar. Makin besar nilai keelektronegatifan dan afinitas elektron atom maka makin mudah atom tersebut menerima elektron, makin mudah atom tersebut menjadi ion negatif. Atom logam memiliki keelektronegatifan dan afinitas elektron yang kecil sehingga cenderung untuk melepas elektron dan berubah menjadi ion positif, sementara atom non logam lebih cenderung untuk menerima elektron dari atom logam dan berubah menjadi iobn negatif.

Perbedaan keelektronegatifan antara atom logam dengan atom non logam yang cukup besar, mengakibatkan gaya tarik menarik ion positif dan negatif besar sehingga ikatan yang terbentuk antara keduanya sangat kuat dan membutuhkan energi yang cukup besar untuk memutuskan ikatan tersebut. Hal demikianlah yang menyebabkan senyawa ion lebih stabil.

Senyawa kimia yang tergolong senyawa ion diantaranya: garam dapur (NaCl), kapur (CaCO3) dan lain-lain sebagainya. Kuatnya ikatan yang terdapat dalam senyawa ion turut mempengaruhi sifat fisis dari senyawa ion tersebut, diantaranya:

•Titik leleh dan titik didih yang tinggi
Karena beda keelektronegatifan yang cukup besar antara atom logam dan atom non logam mengakibatkan ikatan yang terbentuk antara keduanya cukup kuat sehingga untuk memutuskan ikatan tersebut dibutuhkan energi/ panas yang cukup besar.

•Dalam wujud cair dapat menghantarkan listrik
Dalam keadaan padat senyawa ion tidak dapat menghantarkan listrik, disebabkan karena pada fase padat ion-ion tidak bergerak, tetap terikat pada kisi kristal.

•Mampu larut dalam berbagai pelarut, terutama air
Senyawa ion merupakan molekul polar yang terdiri dari ion positif dan ion negatif. Molekul polar akan larut dengan mudahnya dalam pelarut polar, yang mana akan terjadi interaksi antara kutub negatif dari pelarut dengan ion positif dan interaksi antara kutub positif pelarut dengan ion negatif dari senyawa ion.

•Bersifat keras tetapi rapuh
Ion-ion dalam kisi kristal bertumpuk beraturan, selang-seling antara ion positifdan ion negatif. Jika salah satu sisi kristal mendapat tekanan, maka tumpukan bagian yang tertekan akan bergeser sehingga ion-ion yang muatannya sama menjadi saling berhadapan. Muatan yang saling berhadapan mengalami gaya tolak menolak sehingga menyebabkan tumpukan ion dalam kristal semula menjadi terbelah.

SEJARAH PERKEMBANGAN TEORI ATOM

Pada awalnya gagasan tentang atom dikemukakan oleh Demokritus dan Leukipos. Mereka menganggap bahwa pembagian materi bersifat diskontinu, jika suatu materi dibagi dan dibagi lagi maka pada akhirnya akan diperoleh partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi, partikel kecil tersebut disebut atom (a = tidak ; tomos = terbagi).

2000 tahun kemudian (1803) barulah John Dalton menempatkan konsep atom secara kokoh menjadi konsep pokok keilmuan kimia. Menurut Dalton:

• Atom berupa bola yang amat kecil, tidak dapat dibelah, tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan.
• Atom merupakan bagian terkecil dari suatu unsur
• Suatu unsur terdiri dari atom-atom yang identik
• Atom-atom suatu unsur berbeda dengan atom-atom dari unsur lain
• Dalam reaksi kimia, atom-atom tidak mengalami perubahan, yang berubah hanyalah susunan atom-atom.

Melalui teori atomnya Dalton dapat menjelaskan prilaku materi yang mengalami perubahan kimia ( Hukum dasar kimia ).

Hukum lavoiser ( Hukum kekekalan massa ) berbunyi:

”Pada reaksi kimia, massa zat sebelum dan setelah reaksi adalah sama”
Teori atom Dalton menjelaskan bahwa atom tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan atau diubah menjadi atom lain. Dengan kata lain jenis dan jumlah atom sebelum dan sesudah reaksi sama (tidak ada perubahan massa)

Hukum Proust (Hukum Perbandingan Tetap) berbunyi:

“Dalam suatu senyawa perbandingan massa unsur-unsur penyusunnya selalu tetap“
Menurut Dalton senyawa terbentuk dari penggabungan atom-atom dengan perbandingan tertentu. Karena atom-atom suatu unsur identik maka jika perbandingan jumlah atomnya tertentu maka perbandingan massanya pun tertentu pula.
Pada perkembangan selanjutnya, ditemukan berbagai fakta yang tidak dapat dijelaskan oleh teori atom Dalton, seperti masalah sifat listrik dari materi, spektrum unsur, masalah pembentukan ikatan kimia dan lain-lain sebagainya.

Pada tahun 1897 ditemukanlah adanya elektron dalam atom oleh Joseph John Thomson melalui percobaannya yang menggunakan tabung pengawa muatan. Menurut Thomson:

• Elektron merupakan komponen pokok penyusun materi
• Semua atom mengandung elektron
• Atom terdiri atas materi bermuatan positif dan elektron tersebar merata didalamnya. Secara keseluruhan atom bersifat netral.
  

Model atom Thomson ini disebut juga model ”plum-pudding” (roti kismis).
Kemudian pada tahun 1910 Ernest Rutherford bersama kedua orang asistennya, Hans Geiger dan Ernest Marsden, melakukan serangkaian percobaan untuk mengetahui lebih banyak tentang susunan atom. Mereka menembak lempeng logam tipis (emas) dengan partikel sinar alfa berenergi tinggi. Dari pecobaan mereka menemukan bahwa sebagian besar partikel alfa dapat menembus logam tanpa mengalami pembelokan yang berarti, sebagian kecil mengalami pembelokan yang cukup besar, dan beberapa diantaranya dipantulkan. Penemuan ini spontan menyebabkan gugurnya teori atom Thomson.

Dari penemuannya Rutherford berasumsi:

• Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif yang berada pada pusat atom. Massa atom terpusat pada inti.
• elektron bergerak mengitari inti seperti halnya tata surya.

Akan tetapi teori atom Rutherford ini tidak sesuai dengan teori dinamika klasik yang menyatakan:

”Jika partikel bermuatan bergerak cepat maka partikel tersebut akan kehilangan energi dalam bentuk radiasi. Jadi, jika elektron bergerak mengelilingi inti, maka lama kelamaan elektron tersebut akan jatuh ke inti”.

Karena belum bisa mejelaskan kestabilan elektron mengelilingi inti atom mengakibatkan teori atom Rutherford belum diterima pada saat itu.

Selanjutnya teori atom Rutherford disempurnakan oleh Neils Bohr. Dengan menerapkan teori kuantum Planck, Bohr menerangkan spektrum atom Hidrogen. Menurut Bohr:

• Elektron mengelilingi inti pada lintasan tertentu, yaitu lintasan yang memberikan momentum sudut sebesar , dimana h = tetapan Planck = 6,63 x 10-34J/s.
• Energi elektron dalam lintasan berbanding lurus dengan jarak lintasan dari inti. Makin jauh lintasan dari inti, makin tinggi tingkat energi lintasan. Selama elektron berada pada lintasannya elektron tidak melepas dan menyerap energi.
• Jika elektron menyerap energi maka elektron pindah ke lintasan yang tingkat energinya lebih tinggi. Dan jika elektron pindah dari lintasan dengan tingkat energi tinggi ke lintasan dengan tingkat energi rendah, maka elektron akan memancarkan energi dalam bentuk radiasi.

Teori atom Bohr ini menjadi penting karena telah dapat menggambarkan adanya tingkat tingkat energi dalam atom. Akan tetapi, teori atom Bohr tidak dapat menjelaskan spektrum atom berelektron banyak, efek Zeeman dan sifat keperiodikan unsur.

Untuk menerangkan kelemahan teori atom Bohr, maka lahirlah teori atom baru ”teori atom mekanika kuantum” yang ditopang oleh hipotesa De Broglie dan Azas ketidakpastian Heisenberg.

Hipotesa De Broglie berbunyi:
”elektron dalam atom dapat dipandang sebagai partikel dan sebagai gelombang”

Azas ketidakpastian Heisenberg berbunyi:
”tidak mungkin menentukan kecepatan sekaligus posisi yang pasti dari elektron dalam ruang, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti”

Daerah kebolehjadian menemukan elektron disebut orbital. Pada tahun 1926, Erwin Schrodinger berhasil merumuskan persamaan gelombang yang menggambarkan orbital, dimana setiap orbital mempunyai bentuk dan energi tertentu. Satu orbital dapat ditempati oleh maksimal 2 elektron.

Kedudukan elektron dalam atom dijelaskan oleh 4 bilangan kuantum:
1. bilangan kuantum utama (n) yang menyatakan tingkat energi
2. bilangan kuantum azimuth (l) yang menyatakan orbital
3. bilangan kuantum magnetik (m) yang menyatakan orientasi orbital dalam ruang
4. bilangan kuantum spin (s) yang menyatakan spin elektron.