7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
1/206
LAPORAN
HIBAH PENULISAN BUKU AJAR
MATA KULIAH
KIMIA ANORGANIK FISIK DAN MATERIAL
Oleh
Dr. INDAH RAYA, M.Si
Dibiayai oleh dana DIPA Layanan Umun
Universitas Hasanuddin 2014SK Rektor Unhas Nomor: 813/UN4.12/PP.12/2014
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS HASANUDDIN
2014
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
2/206
i
HALAMAN PENGESAHAN
HIBAH PENULISAN
BUKU AJAR BAGI TENAGA AKADEMIK
UNIVERSITAS HASANUDDINTAHUN 2014
Judul Buku Ajar : Kimia Anorganik Fisik dan Material
Nama Lengkap : Dr. Indah Raya, M.Si
N I P : 196411251990022001
Pangkat/Golongan : Pembina/IIId
Jurusan/Bagian/Program Studi : Jurusan Kimia/Program Studi Kimia
Fakultas/Universitas : FMIPA/Universitas HasanuddinAlamat e-mail : [email protected]
Biaya : Rp. 5.000.000,- (Lima juta rupiah)
Dibiayai oleh : Dibiayai oleh Dana DIPA Layanan Umum
Universitas Hasanuddin Tahun 2014
Sesuai dengan SK Rektor Unhas Nomor
813/UN4.12/PP.12/2014 Tanggal 8 April 2014
Makassar, 17 Desember 2014
Ketua Program Studi Kimia, Penulis,
Dr. Indah Raya, M.Si Dr. Indah Raya, M.Si
NIP. 196411251990022001 NIP. 196411251990022001
Mengetahui :Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Hasanuddin,
Prof. Dr. H. Hanapi Usman, M.S
NIP. 195702281987031001
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
3/206
ii
KATA PENGANTAR
Tiada perbuatan yang pantas dilakukan selain mengucapkanAlhamdulillahyang tak henti-hentinya kepada Allah SWT atas segala nikmat,
baik nikmat iman, nikmat ilmu, dan nikmat kesehatan yang terus dicurahkan
sehinggabuku Dasar-dasar Kimia Anorganik Fisikdan Material dapat disajikan
sebagaimana adanya buku. Buku ini diperkaya oleh hasil-hasil penemuan penulis,
disamping hasil ramuan dari berbagai literatur, dan penelitian orang lain
sebagaimana tercermin pada kepustakaan. Untuk itu, penulis mengucapkan
banyak terima kasih kepada pihak-pihak bersangkutan, terutama kepada Erna
Mayasari, Asmawati, dan Yusi Anda Rizky. Semoga kebaikan yang diperoleh dari
buku ini, memberikan berkah yang terus mengalir kepada mereka juga, Aamiin.Penulis telah berusaha untuk memaparkan konsep dan fakta yang penting
untuk memahami Kimia Anorganik Modern. Nyaris semua unsur telah
ditemukan, dan kerangka teoritis ikatan, struktur, dan reaksi telah dibangun.
Tujuan kimia anorganik di masa mendatang adalah mensintesis senyawa-senyawa
dengan ikatan dan struktur yang unik, dan penemuan reaksi-reaksi baru serta sifat-
sifat senyawa tersebut. Untuk itu, diharapkan buku ini dapat membantu dalam
pencapaian tujuan mulia tersebut.
Buku ini memaparkan struktur-struktur dari senyawa penting sepanjang
tabel peridok unsur, bentuk kristal unsur logam,, bagaimana unsur-unsur tersebutberikatan satu sama lain, membentuk reaksi substitusi, dan banyak hal lainnya
yang sangat penting dalam memahami konsep dasar kimia anorganik modern.
Buku ini hanyalah acuan dasar yang masih perlu dikembangkan mengingat
pesatnya perkembangan kimia anorganik modern di masa sekarang. Hal ini dapat
dibuktikan dengan semakin banyaknya penemuan-penemuan bahan-bahan
anorganik baik dalam bentuk makro maupun dalam bentuk mikro di alam yang
tentunya memiliki banyak kegunaan pada kehidupan manusia saat ini, contohnya
saja penemuan-penemuan senyawa nanopartikel.
Pada akhirnya, penulis meminta maaf yang sebesar-besarnya jika dalampembuatan buku ini masih banyak terdapat kesalahan dalam proses pembuatannya
ataupun dalam penafsiran dan penyaduran literatur pendukung yang digunakan
dalam pembuatan buku ini.
Makassar, 17 Desember 2014
Penulis
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
4/206
iii
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN ...................................................................... i
KATA PENGANTAR .............................................................................. ii
DAFTAR ISI ............................................................................................. iii
BAB I Pendahuluan ................................................................................. 1
1.1 Gambaran Profil Lulusan Program Studi Kimia................... 1
1.2 Kompetensi Lulusan ............................................................. 3
1.3 Analisis Kebutuhan Pembelajaran ....................................... 4
1.4 Tinjauan Mata Kuliah ........................................................... 8
1.5 Rancangan Pembelajaran...................................................... 9
BAB II Struktur Elektron Unsur dan Keberkalaan .................................. 22
2.1 Struktur Elektron Atom......................................................... 23
2.2 Tabel Periodik....................................................................... 29
2.3 Beberapa Sifat Periodik Unsur-Unsur ................................. 31
2.4 Kepustakaan.......................................................................... 35
BAB III Ikatan Senyawa Kovalen, Senyawa Ion, dan Zat Padat............... 36
3.1 Ikatan Senyawa Kovalen ..................................................... 36
3.2 Senyawa Ion dan Ikatan Ion ................................................. 43
3.3 Zat Padat .............................................................................. 47
3.4 Kepustakaan.......................................................................... 58
BAB IV Reaksi Substitusi Anorganik ...................................................... 59
4.1 Pengantar .............................................................................. 59
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
5/206
iv
4.2 Reaksi Substitusi Ligan Kompleks Oktahedral ................... 61
4.3 Reaksi Substitusi Ligan Kompleks Persegi Planar .............. 63
4.4 Mekanisme Reaksi Substitusi Ligan .................................... 65
4.5 Mekanisme Reaksi Redoks ................................................... 66
4.6 Reaksi Substitusi Ligan dalam Geometri yang lain .............. 67
4.7 Kepustakaan.......................................................................... 68
BAB V Asam Basa dan Aspek Termodinamika Kimia Anorganik ............ 69
5.1 Asam dan Basa...................................................................... 69
5.2 Beberapa Aspek Termodinamika untuk Kimia Anorganik... 78
5.3 Hukum Termodinamika dalam Interpretasi Kimia ............... 84
5.4 Kepustakaan.......................................................................... 89
BAB VI Senyawa Transisi........................................................................ 90
6.1 Bilangan koordinasi ............................................................. 90
6. 2Kepustakaan.......................................................................... 97
BAB VII Semikonduktor ........................................................................... 98
7.1 Pendahuluan.......................................................................... 98
7.2 Semikonduktor Intrinsik ....................................................... 101
7.3 Semikonduktor Ekstrinsik..................................................... 102
7.4 Arus Drift .............................................................................. 105
7.5 Arus Difusi............................................................................ 107
7.6 Klasifikasi Tipe Semikonduktor ........................................... 108
7.7 Pembuatan Semikonduktor .................................................. 111
7.8 Gap Pita................................................................................. 112
7.9 Cacat Semikonduktor........................................................... 113
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
6/206
v
7.10 Sel Fotovoltaik .................................................................... 116
7.11 Sel Fotoelektrolit................................................................ 116
7.12.Kepustakaan........................................................................ 117
BAB VIII Polimorfisme dan Fase Transisi............................................... 118
8.1 Stabilitas Termodinamika ..................................................... 118
8.2 Stabilitas Kinetika................................................................. 119
8.3 Polimorfisme......................................................................... 119
8.4 Tahap Transisi....................................................................... 122
8.5 Diagram Fasa ........................................................................ 125
8.6 Kepustakaan.......................................................................... 130
BAB IX Ukuran Efektif Atom.................................................................. 131
9.1 Jari-jari Van Der Waals......................................................... 132
9.2 Jari-jari Atom Logam............................................................ 133
9.3 Jari-jari kovalen .................................................................... 134
9.4 Jari-jari Ionik......................................................................... 135
9.5 Kepustakaan.......................................................................... 138
BAB X Struktur Molekul I: Senyawa Golongan Unsur Utama................ 139
10.1 Teori Kulit Valensi Penolakan Pasangan Elektron ............. 139
10.2 Kepustakaan....................................................................... 145
BAB XI Teori Orbital Molekul dan Ikatan Kimia Padatan ....................... 146
11.1 Teori Orbital Molekul ......................................................... 146
11.2 Hibridisasi ........................................................................... 146
11.3 Fungsi Lokalisasi Elektron.................................................. 148
11.4 Distorsi Peierls .................................................................... 149
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
7/206
vi
11.5 Jumlah Orbital Tumpang Tindih Kristal (COOP)............... 152
11.6 Ikatan pada Dua dan Tiga Dimensi..................................... 156
11.7 Ikatan pada Logam.............................................................. 158
11.8 Kepustakaan....................................................................... 160
BAB XII Struktur Senyawa Seperti Intan.................................................. 161
12.1 Senyawa Poliner Seperti Intan ............................................ 161
12.2 Struktur SiO2. Pelebaran Kisi-kisi Intan ............................. 162
12.3 Kepustakaan....................................................................... 167
BAB XIII Kemasan Bola Pada Struktur Logam........................................ 168
13.1 Pendahuluan........................................................................ 168
13.2 Kemasan Bola Paling Dekat (Closest Packing of Sphere).. 168
13.3 Kemasan Bola Kubik Berpusat di Tubuh (BCC)................ 172
13.4 Struktur Logam Lainnya ..................................................... 174
13.5 Kepustakaan....................................................................... 175
BAB XIV Sambungan Polihedral .............................................................. 176
14.1 Pendahuluan........................................................................ 176
14.2 Oktahedral tersambung Simpul (Vertex-sharing Octahedra) 179
14.3 Oktaherdal tersambung Tepi (Edge-sharing Octahedra) ... 184
14.4 Oktahedral tersambung Sisi (Face-sharing Octahedra) ..... 187
14.5 Oktahedra tersambung Simpul dan Tepi (Octahedra Sharing
Vertices and Edges............................................................. 188
14.6 Oktaherdal tersambung Tepi dan Sisi (Octahedra Sharing Edge
and Faces).......................................................................... 191
14.7 Linked Trigonal Prisma....................................................... 193
14.8 Tetrahedral tersambung Simpul untuk Silikat (Vertex-sharing
Tetrahedra for Silicates) .................................................... 194
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
8/206
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Gambaran Profil Lulusan Program Studi Kimia
Kimia Anorganik Fisik dan Material adalah salah satu cabang ilmu dalam
bidang ilmu kimia anorganik yang penyajiannya di Program Studi (Prodi) Kimia
pada semester VI. Mata kuliah ini sangat penting disajikan di dalam kurikulum
Prodi kimia untuk memberikan pengetahuan kepada mahasiswa mengenai
struktur-struktur senyawa penting sepanjang tabel peridok unsur, bentuk kristal
unsur logam, bagaimana unsur-unsur tersebut berikatan satu sama lain,
membentuk reaksi substitusi, dan banyak hal lainnya yang sangat penting dalam
memahami konsep dasar kimia anorganik modern. Penguasaan pengetahuan
tersebut akan menunjang pencapaian Profil L ulusan Prodi Kimia FMIPA Unhas,
yaitu sebagai:
(1)Peneliti di bidang ilmu kimia,
(2)Pranata laboratorium kimia,
(3)Pengajar ilmu kimia di tingkat SMA/SMK/MA/Bimbingan Belajar,
(4)Pembelajar yang baik dalam ilmu kimia pada strata yang lebih tinggi, atau
(5)
Wirausahaan di bidang produsen/penggunaan bahan kimia, khususnya
yang berkaitan dengan bahan-bahan anorganik yang tersedia di alam.
Untuk menghasilkan lulusan dengan profil seperti di atas maka perlu adanya
deskripsi capaian pembelajaran minimum. Adapun kaitan antara propil lulusan
Prodi Kimia FMIPA Unhas dengan capaian pembelajaran minimum dipaparkan
seperti dalam Tabel 1.1.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
9/206
2
Tabel 1.1Capaian Pembelajaran Minimum Profil Lulusan Prodi Kimia FMIPA
Unhas
Propil Lulusan Prodi S1
Kimia FMIPA UnhasCapaian Pembelajaran Minimum
1Peneliti di bidang ilmu
kimia
Mampu melaksanakan suatu penelitian
kimia
Mampu menganalisis hasil-hasil
pengukuran dari instrumen kimia modern
Mampu mengkomunikasikan hasil-hasil
penelitian kimia
Memiliki moral, etika, dan kepribadian yang
baik di dalam melaksanakan penelitian dan
mengkomunikaskan hasil penelitian
2Pranata laboratorium
kimia
Mampu menata suatu laboratorium kimia
dengan baik Mampu mengoperasikan instrumen standar
laboratorium kimia
Mampu membuat larutan standar
Memiliki pengetahuan yang memadai
tentang manajemen limbah laboratorium
kimia
3
Pengajar di ilmu kimia di
tingkat
SMP/SMA/SMK/MA
Mengusai konsep dasar ilmu kimia
Mampu berkomunikasi dengan baik
Memiliki moral, etika, dan kepribadian yang
baik di dalam menyelesaikan tugasnya
4
Pembelajar yang handal
dalam ilmu kimia pada
strata yang lebih tinggi
Mengusai konsep dasar ilmu kimia Mampu melaksanakan suatu penelitian
kimia
Mampu menganalisis hasil-hasil
pengukuran dari instrumen kimia modern
Mampu mengkomunikasikan hasil-hasil
penelitian kimia
Mampu mengikuti perkembangan IPTEKS
5
Wirausahaan di bidang
produsen/penggunaan
bahan kimia, khususnya
yang berkaitan dengan
bahan bahan-bahan
anorganik di alam
Mengusai konsep dasar ilmu kimia
Memiliki pengetahuan yang memadai
tentang sifat-sifat bahan kimia
Memiliki kemampuan mengelolah bahan
kimia
Memiliki kesadaran, kepedulian, dan
komitmen terhadap pengembangan dan
pemanfaatan sumber daya alam .
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
10/206
3
1.2 Kompetensi Lulusan
Berdasarkan kurikulum berbasis standar KKNI Prodi Kimia yang telah
dirumuskan, dan mulai diterapkan pada tahun akademik 2014/2015, pembelajaran
yang diberikan dalam mata kuliah Kimia Anorganik Fisik dan Material akan
menunjang pencapaian kompetensi lulusan Prodi Kimia sebagaimana telah
dirumuskan seperti berikut:
A. Penguasaan Pengetahuan (PP)
1. Menguasai konsep teoritis tentang struktur, sifat, perubahan energi dan
kinetik, identifikasi, pemisahan, karakterisasi, transformasi, sintesis bahan
kimia dan terapannya.
2. Menguasai pengetahuan tentang fungsi, cara mengoperasikan instrumen
kimia yang umum, dan analisis data dari instrumen tersebut.
3. Menguasai prinsip dasar piranti lunak analisis dan sintesis pada bidang
kimia umum atau lebih spesifik (kimia organik, biokimia, kimia analitik,
kimia fisika, atau kimia anorganik).
B. Kemampuan Kerja (KK)
1.
Memiliki keterampilan analisis dan kemampuan untuk menerapkan
berbagai metode, prinsip dasar, dan logika kimia dalam memecahkan
masalah kimia.
2. Memiliki kemampuan dan keterampilan dalam pengolahan data dan
informasi secara kimia.
3. Memiliki kemampuan dan keterampilan melakukan penelitian dengan
menerapkan pengetahuan dan teknologi terkait dalam proses identifikasi,
isolasi, transformasi, dan sintesis kimia secara mandiri.
4. Memiliki kemampuan mengelola bahan kimia di lingkungan dan proses
manufaktur pada institusi pemerintah dan swasta.
5. Memiliki kemampuan menerapkan konsep kimia dalam berwirausaha.
6. Memiliki kemampuan mengidentifikasi dan menganalisis permasalahan
yang ada pada masyarakat.
7. Memiliki kemampuan mengikuti perkembangan IPTEKS.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
11/206
4
C. Karakter dan Kepribadian (KDK)
1. Bertakwa kepada Tuhan Yang Maha Esa.
2. Memiliki moral, etika, dan kepribadian yang baik dalam menjalankan
tugasnya.
3. Berperan sebagai warga negara yang bangga dan cinta tanah air serta
mendukung perdamaian dunia.
4. Memiliki kesadaran, kepedulian, dan komitmen terhadap pengembangan
dan pemanfaatan sumber daya alam berbasis benua maritim.
5. Memiliki pemahaman, kesadaran dan kearifan tentang berbagai aspek
sosial, ekonomi dan budaya akibat dampak laju perkembangan IPTEKS
yang pesat.
6. Menghargai keanekaragaman budaya, pandangan, kepercayaan, dan
agama serta pendapat/temuan original orang lain.
Adapun kompotensi yang ditunjang oleh mata Kimia Anorganik Fisik dan
Material dipaparkan dalam Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Kompetensi Lulusan Prodi Kimia FMIPA Unhas yang Didukung oleh
Mata Kuliah Kimia Anorganik Fisik dan Material
MK PK KK KDK
Kimia
Anorganik
Fisik dan
Material
1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8
1.3 Analisis Kebutuhan Pembelajaran
Pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan Material memiliki peran penting
di dalam pembelajaran mata kuliah Praktikum Kimia Anorganik dan mata kuliah
tergolong tugas akhir mahasiswa, di antaranya adalah mata kuliah Seminar I,
Seminar II, dan Skripsi pada semester berikutnya dan sekaligus menunjang
pencapaian kompetensi lulusan Prodi Kimia. Meskipun demikian, mata kuliah ini
masih dianggap sulit dimengerti bagi mahasiswa peserta mata kuliah. Hal ini
menjadi tantangan bagi pengajar untk membuat mata kuliah tersebut menjadi
menarik dan mudah dimengerti. Untuk itu perlu dipikirkan dengan
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
12/206
5
sungguh-sungguh tentang norma pedagogis yang akan digunakan di dalam
pembelajarannya. Norma pedagogis ini akan mengarahkan kepada pemilihan
metode dan materi ajar untuk kepentingan pembelajaran.
Di dalam upaya untuk memahami norma pedagogis yang sejalan dengan
kebutuhan belajar mata kuliah Kimia Anorganik Fisik dan Material, maka perlu
adanya pembahasan tentang:
1) Kondisi awal mahasiswa;
2) Norma pedagogis pemilihan materi pembelajaran;
3) Pendekatan pembelajaran yang dilakukan; dan
4) Metode Pembelajaran yang digunakan.
(a) Kondisi awal mahasiswa peserta mata kuliah Kimia Anorganik Fisik dan
Material
Mahasiswa peserta mata kuliah Kimia Anorganik Fisik dan Material
adalah mahasiswa semester VI sehingga dapat diharapkan telah memiliki
pengetahuan dasar yang kuat tentang beberapa bidang ilmu kimia. Dari segi
psikologi, mereka telah mulai memasuki ranah kedewasaan, sehingga di dalam
merangcang sistem pembelajaran yang diterapkan kepadanya harus
mempertimbangan aspek pedagogis terpelajar dewasa, di antaranya: (1) merekasudah mampu menelusuri materi pembelajaran di banyak media, dan (2) suka
mengespresikan diri mereka, mempresentasikan sesuatu, dan mengemukan
pendapat. Meskipun demikian, kemampuan berpikir secara analisis dan sintesis
tidak paralel dengan kedewasaan, melainkan melalui latihanproblem solvingyang
banyak. Padahal kemampuan semacam itu sangat diperlukan dalam dunia kerja.
Kondisi awal mahasiswa sebagaimana telah digambar di atas sangat cocok
dengan penerapan sistem pembelajaran dengan metode Student Center Learning
(SCL) yang secara bertepatan dengan sistem pembelajaran yang dipilih dan
ditetapkan oleh Unhas. Di samping dapat meningkatkan pengetahuan mahasiswa
tentang substansi pembelajaran, sistem ini juga memberikan peluang kepada
setiap mahasiswa untuk mengekspresikan diri melalui teknik presentasi dan
mengemukakan pendapat tanpa mengucilkan pendapat orang lain.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
13/206
6
(b) Norma pedagogis pemilihan materi pembelajaran
Substansi pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan Material adalah
bagaimana suatu atom membentuk ikatan dengan atom lain sehingga mencapai
kestabilan menggunakan kaidah-kaidah yang benar. Hal ini melibatkan konsep-
konsep hasil pemikiran analisis dan sintesis yang telah dipelajari pada mata kuliah
Kimia Unsur pada semester III meliputi konsep hibridisasi, ikatan logam, kisi
kristal, asam basa, dan lain-lain.
Substansi pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan Material mempunyai
karakter yang menuntut mahasiswa untuk berpikir secara analisis dan sintesis
sehingga cocok untuk peningkatan daya pikir analisis dan sintesis mahasiswa.
Oleh karena itu, norma pedagogis pembelajarannya secara signifikan
mengarahkan pengajar dalam pemilihan materi yang sesuai dengan karakter
tersebut, serta memberikan latihan secara langsung untuk menjelaskan tentang
kaitan antara atom pusat, ligan, dan jenis ikatan yang terbentuk untuk mencapai
kestabilan.
(c) Pendekatan pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan Material
Satuan kredit semester matakuliah Kimia Anorganik Fisik dan Material
adalah 4 sks. Pertemuan di kelas dilakukan sebanyak dua kali per minggu.
Pendekatan yang digunakan dalam pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan
Material dititik beratkan pada penggunaan konsep-konsep teoritis yang telah ada
untuk menentukan bagaimana pembentukan ikatan antara unsur/senyawa satu
dengan yang lainnya. Sistem pembelajaran menggunakan metode SCL di mana
dosen di dalam pembelajaran lebih banyak memposisikan dirinya sebagai
fasilitator dan mitra bicara. Di dalam hal ini, pengajar memberikan penjelasan
singkat tentang GBRP, membuat kontrak kuliah, serta melakukan pembagiankelompok dan tugas kelompok di setiap awal perkuliahan. Hasil pekerjaan
kelompok akan dipresentasikan pada pertemuan berikutnya. Pada setiap segmen
akhir perkuliahan, pengajar melakukan umpan balik sebagai koreksi apa yang apa
yang telah dipresentasikan.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
14/206
7
(d) Metode pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan Material
Untuk menetapkan pilihan metode pembejalan suatu mata kuliah, ada
beberapa hal yang seharusnya dipertimbangkan di antaranya adalah kondisi awal
peserta kuliah, jumlah peserta kuliah, fasilitas yang tersedia, dan sasaran
pembelajaran. Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya bahwa (1) peserta mata
kuliah Kimia Anorganik Fisik dan Material adalah mahasiswa semester VI dengan
jumlah peserta rata-rata di atas 40 orang per kelas, dan pembelajaran Kimia
Anorganik Fisik dan Material dititik beratkan pada penggunaan konsep-konsep
teoritis yang telah ada untuk menjelaskan dan menuliskan mekanisme reaksi
kimia organik, maka untuk kondisi seperti itu cukup ideal apabila pengajar
merapkan metode pembelaran SCL.
Ada beberapa metode pembelajaran yang lazim digunakan dalam sistem
pembelajaran SCL, di antaranya adalah:
1. Small Group Discussion
2. Role-Play & Simulation
3. Case Study
4. Discovery Learning (DL)
5.
Self-Directed Learning (SDL)
6. Cooperative Learning (CL)
7. Collaborative Learning (CbL)
8. Contextual Instruction (CI)
9. Project Based Learning (PBL)
10.Problem Based Learning and Inquiry (PBL)
Berdasarkan kondisi di atas maka metode yang dapat diterapkan di dalam
pembelajaran Kimia Anorganik Fisik dan Material adalah Collaborative Learning(CbL) danProject Based Learning (PBL).
Di dalam Project Based Learning (PBL), mahasiswa dibagi menjadi
beberapa kelompok dan diberi tugas untuk dikerjakan, masing-masing kelompok
akan menpresentasikan hasil pekerjaan di depan kelas dan dilanjutkan diskusi
antara kelompok presenter dengan kelompok yang bukan presenter. Pada akhir
presentasi, fasilitaor akan melakukan koreksi dan membuat kesimpulan.
Sedangkan Di dalam Project Based Learning (PBL), Fasilitator akan memberikan
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
15/206
8
soal yang menyangkut tentang fakta yang diperoleh senyawa tertentu untuk
dijelaskan oleh peserta mata kuliah secara bergiliran dengan menggunakan
konsep-konsep yang telah dipelajari.
1.4 Tinjauan Mata Kuliah
Kimia Anorganik Fisik dan Material membahas tentang kaitan antara
sifat-sifat atom, atom pusat, ligan, dan ikatan yang terbentuk untuk pencapaian
kestabilan suatu senyawa. Mata kuliah ini merupakan kelanjutan mata kuliah
Kimia Unsur yang diajarkan pada semester sebelumnya. Pemahaman yang baik
tentang materi yang ada di dalam kedua mata kuliah tersebut akan sangat
membantu mahasiswa dalam melakukan Praktkum Kimia anorganik. Di samping
itu, materi yang menekankan pada cara berpikir secara analisis dan sintesis akan
memberikan modal yang sangat baik bagi mahasiswa dalam bekerja di kemudian
hari.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
16/206
9
1.5 RANCANGAN PEMBELAJARAN
Nama / Kode Matakuliah/SKS : Kimia Anorganik Fisik dan Material / 303H3113 /4 sks
Komptensi Sasaran :
1.Penguasaan Pengetahuan:
Menguasai konsep teoritis struktur, sifat, dan perubahannya baik pada energi maupun kinetiknya,
identifikasi, pemisahan, karakterisasi, transformasi, sintesis bahan kimia mikromolekul dan terapannya.
2.Kemampuan Kerja:
Memiliki keterampilan analisis dan kemampuan untuk menerapkan berbagai metode, prinsip dasar,
dan logika kimia dalam memecahkan masalah kimia.
Memiliki kemampuan dan keterampilan dalam pengolahan data dan informasi secara kimia.
Memiliki kemampuan dan keterampilan melakukan penelitian dengan menerapkan pengetahuan dan
teknologi terkait dalam proses identifikasi, isolasi, transformasi, dan sintesis kimia secara mandiri.
3.Karakter dan Kepribadian:
Memiliki moral, etika, dan kepribadian yang baik di dalam menyelesaikan tugasnya.
Berperan sebagai warga negara yang bangga dan cinta tanah air serta mendukung perdamaian dunia.
Sasaran Belajar : Kemampuan menuliskan struktur dan jenis ikatan kimia (senyawa, ion, dan kompleks), menjelaskan
faktor-faktor internal dan eksternal struktur yang mempengaruhi kestabilan dan sifat spesies, dan
menentukan sisi reaktif dan jenis reaksi yang dapat dialaminya.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
17/206
10
Pekan
ke :Sasaran Pembelajaran Materi Pembelajaran
Strategi
PembelajaranIndikator Penilaian
Bobo
t
Nilai
(%)
1 Membuat kontrak
mata kuliah,
membentuk
kelompok kerja, dan
memilih ketua kelas
secara demokratis
Menjelaskan tentang
garis-garis besar
Kimia Anorganik
Fisik dan Material
Informasi Kontrak dan
Rencana Pembelajaran
Tujuan umum tentang
asal mula pembentukan
atom menurut beberapa
ahli.
Struktur penyusun atom
Sifat-sifat atom
berdasarkan golongan
dan periode
Tata cara penulisan
konfigurasi elektron
Active learning:
Diskusi
Proj ect Based
Learning (PBL ):
Menyelesaikan
soal latihan di
kelas
Terbentuknya kelompok
kerja dan adanya ketua
kelas yang defenitif
Ketepatan dan
kemampuan
mendeskripsikan
batasan/definisi/konsep
Kemampuan
mengemukaan pendapat
dan pertanyaan
Kesantunan dalam
berdiskusi
5
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
18/206
11
2 Menjelaskan tentang
jenis-jenis ikatan kimia
dan zat padat
Ikatan senyawa kovalen
Ikatan ionic dan
senyawa ionik
Karakteristik ikatan
kovalen dan ikatan ionik
beserta kekuatan
masing-masing ikatan
Teori Ikatan Valensi
Bentuk Molekul
Hibridisasi
Energi Kidi
Zat padat
Tipe-tipe padatan
Active learning:
Diskusi
Proj ect Based
Learning (PBL ):
Menyelesaikan
soal latihan di
kelas
Kemampuan menuliskan
mekanisme reaksi kimia
organik dengan benar
Ketepatan dan
kemampuan
mendeskripsikan hal-hal
yang karakteristik pada
setiap jenis reaksi kimia
organik
Kemampuan
mengemukaan pendapat
dan pertanyaan
Kesantunan dalam
berdiskusi
5
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
19/206
12
3 Menjelaskan tentang
prinsip-prinsip
terjadinya reaksi
substitusi anorganik,
kemampuan ion
kompleks dalam
melakukan reaksi
substitusi pada ligan
dalam lingkungan
koordiansinya,reaksi
reduksi dan oksidasi,
dan lain-lain
Reaksi Substitusi Ligan
Kompleks Oktahedral
Reaksi substitusi Ligan
Kompleks Persegi
Planar
Mekanisme Reaksi
substitusi Ligan
Reaksi Redoks
Reaksi Substitusi Ligan
dalam geometri yang
lain
Collaborative
Learning:
Kerja Kelompok
dan diskusi
Proj ect Based
Learning (PBL ):
Menyelesaikan soal
latihan di kelas
Kemampuan membuat
makalah dan power
point
Ketepatan dan
kemampuan
mendeskripsikan
batasan/definisi/konsep
Kemutakhiran pustaka
Kemampuan menuliskan
mekanisme reaksi kimia
organik dengan benar
Kemampuan
bekerjasama
Kemampuan
mengemukaan pendapat
dan pertanyaan
Kesantunan dalamberdiskusi
5
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
20/206
13
4 Menjelaskan tentang
asam basa dan beberapa
aspek termodinamika
untuk kimia anorganik
Defenisi asam dan basa
menurut beberapa ahli
Kestabilan
termodinamika
Kestabilan kinetik
Besaran entalpi dan
entropi
Entropi gas
Entropi zat padat
Entropi dan pengaruh
temperature dalam
kesetimbangan
Hukum termodinamika
Meliputi energi kisi dan
potensial elektroda
beserta konstanta
kesetimbangan
Collaborative
Learning:
Kerja Kelompok
dan diskusi
Proj ect Based
Learning (PBL ):
Menyelesaikan soal
latihan di kelas
Kemampuan membuat
makalah dan power
point
Ketepatan dan
kemampuan
mendeskripsikan
batasan/definisi/konsep
Kemutakhiran pustaka
Kemampuan menuliskan
mekanisme reaksi kimia
organik dengan benar
Kemampuan
bekerjasama
Kemampuan
mengemukaan pendapat
dan pertanyaan
Kesantunan dalamberdiskusi
5
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
21/206
14
5-6 Menjelaskan tentang
semikonduktor
Pengetahuan dasar
mengenai
semikonduktor
Jenis-jenis
semikonduktor
Arus drift
Arus Difusi
Pembuatan
semikonduktor
Gap pita
Cacat Semikonduktor
Sel fotovoltaik
Sel fotoelektrolitik
Collaborative
Learning:
Kerja Kelompok
dan diskusi
Proj ect Based
Learning (PBL ):
Menyelesaikan soal
latihan di kelas
Kemampuan membuat
makalah dan power
point
Ketepatan dan
kemampuan
mendeskripsikan
batasan/definisi/konsep
Kemutakhiran pustaka
Kemampuan menuliskan
mekanisme reaksi kimia
organik dengan benar
Kemampuan
bekerjasama
Kemampuan
mengemukaan pendapat
dan pertanyaan
Kesantunan dalamberdiskusi
10
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
22/206
15
7 Menjelaskan tentang
senyawa transisi
Beberapa senyawa
dengan berbagai macam
bilangan koordinasi
Collaborative
Learning:
Kerja Kelompok
dan diskusi
Proj ect Based
Learning (PBL ):
Menyelesaikan soal
latihan di kelas
Kemampuan membuat
makalah dan power
point
Ketepatan dan
kemampuan
mendeskripsikan
batasan/definisi/konsep
Kemutakhiran pustaka
Kemampuan menuliskan
mekanisme reaksi kimia
organik dengan benar
Kemampuan
bekerjasama
Kemampuan
mengemukaan pendapat
dan pertanyaan
Kesantunan dalamberdiskusi
5
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
23/206
16
9 Menjelaskan tentang
polimorfisme dan fase
transisi.
Stabilitas termodinamika
Stabilitas kinetika
Polimorfisme
Fase transisi
Diagram fasa
Collaborative
Learning:
Kerja Kelompok
dan diskusi
Proj ect Based
Learning (PBL ):
Menyelesaikan soal
latihan di kelas
Kemampuan membuat
makalah dan power
point
Ketepatan dan
kemampuan
mendeskripsikan
batasan/definisi/konsep
Kemutakhiran pustaka
Kemampuan menuliskan
mekanisme reaksi kimia
organik dengan benar
Kemampuan
bekerjasama
Kemampuan
mengemukaan pendapat
dan pertanyaan
Kesantunan dalamberdiskusi
5
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
24/206
17
10 Menjelaskan tentang
ukuran efektifitas atom
Jari-jari Van der Waals
Jari-jari atom logam
Jari-jari kovalen
Jari-jari ionik
Collaborative
Learning:
Kerja Kelompok
dan diskusi
Proj ect Based
Learning (PBL ):
Menyelesaikan soal
latihan di kelas
Kemampuan membuat
makalah dan power
point
Ketepatan dan
kemampuan
mendeskripsikan
batasan/definisi/konsep
Kemutakhiran pustaka
Kemampuan menuliskan
mekanisme reaksi kimia
organik dengan benar
Kemampuan
bekerjasama
Kemampuan
mengemukaan pendapat
dan pertanyaan
Kesantunan dalamberdiskusi
10
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
25/206
18
11 Menjelaskan tentang
Struktur molekul
golongan unsur utama
Teori Kulit Valensi
Penolakan Pasangan
Elektron
Pasangan elektron bebas
Penurunan
elektronegatifitas atom
ligan
Ukuran efektif ligan
Distorsi
Collaborative
Learning:
Kerja Kelompok
dan diskusi
Proj ect Based
Learning (PBL ):
Menyelesaikan soal
latihan di kelas
Kemampuan membuat
makalah dan power
point
Ketepatan dan
kemampuan
mendeskripsikan
batasan/definisi/konsep
Kemutakhiran pustaka
Kemampuan menuliskan
mekanisme reaksi kimia
organik dengan benar
Kemampuan
bekerjasama
Kemampuan
mengemukaan pendapat
dan pertanyaan
Kesantunan dalamberdiskusi
5
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
26/206
19
12 Menjelaskan tentang
teori orbital molekul dan
ikatan kimia padatan.
Teori orbital molekul
Hibridisasi
Fungsi Lokalisasi
Elektron
Distorsi Peierls
Jumlah orbital tumpang
tindih Kristal (COOP)
Ikatan pada dua dan tiga
dimensi
Ikatan pada logam
Collaborative
Learning:
Kerja Kelompok
dan diskusi
Proj ect Based
Learning (PBL ):
Menyelesaikan soal
latihan di kelas
Kemampuan membuat
makalah dan power
point
Ketepatan dan
kemampuan
mendeskripsikan
batasan/definisi/konsep
Kemutakhiran pustaka
Kemampuan menuliskan
mekanisme reaksi kimia
organik dengan benar
Kemampuan
bekerjasama
Kemampuan
mengemukaan pendapat
dan pertanyaan
Kesantunan dalamberdiskusi
5
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
27/206
20
13 Menjelaskan tentang
struktur senyawa seperti
intan.
Senyawa Poliner seperti
intan
Struktur SiO2. Pelebaran
kisi-kisi Intan
Collaborative
Learning:
Kerja Kelompok
dan diskusi
Proj ect Based
Learning (PBL ):
Menyelesaikan soal
latihan di kelas
Kemampuan membuat
makalah dan power
point
Ketepatan dan
kemampuan
mendeskripsikan
batasan/definisi/konsep
Kemutakhiran pustaka
Kemampuan menuliskan
mekanisme reaksi kimia
organik dengan benar
Kemampuan
bekerjasama
Kemampuan
mengemukaan pendapat
dan pertanyaan
Kesantunan dalamberdiskusi
5
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
28/206
21
14 Menjelaskan tentang
kemasan bola pada
struktur logam dan
sambungan polihedral.
Closest packing of
sphere
Kemasan bola kubik
berpusat di tubuh
Struktur logam lain
Oktahedral tersambung
simpul
Oktahedral tersambung
tepi
Oktahedral tersambung
sisi
Octahedral tersambung
simpul dan tepi
Oktahedral tersambung
tepid an sisi
Linked trigonal prisma
Tetrahedral tersambung
simpul
Collaborative
Learning:
Kerja Kelompok
dan diskusi
Proj ect Based
Learning (PBL ):
Menyelesaikan soal
latihan di kelas
Kemampuan membuat
makalah dan power
point
Ketepatan dan
kemampuan
mendeskripsikan
batasan/definisi/konsep
Kemutakhiran pustaka
Kemampuan menuliskan
mekanisme reaksi kimia
organik dengan benar
Kemampuan
bekerjasama
Kemampuan
mengemukaan pendapat
dan pertanyaan
Kesantunan dalam
berdiskusi
5
8 dan
15UJI KOMPETENSI 30
16 REMEDIAL
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
29/206
22
BAB II
STRUKTUR ELEKTRON UNSUR DAN KEBERKALAAN
Walaupun telah ditemukan 200 partikel penting oleh para ahli Fisika, namun
hanya 3 partikel saja yang menarik perhatian mereka yaitu: proton, elektron dan
neutron. Ketiga partikel inilah yang menarik para ahli kimia. Unit massa suatu atom
dapat dikatakan mendekati proton dan neutron (~ 10-24 g), ini disebut Unit Massa Atom
(a.m.u). Massa dari sebuah elekton sangatlah kecil dibandingkan proton dan neutron
sekitar 1/2000 a.m.u. Muatannya sama besarnya namun berbeda tanda. Muatan
elektron sekitar -1,6x10
-19
C, simbolnya adalah e
-
. Neutron tidak bermuatan, protonmemiliki unit massa dan muatan positif, neutron juga memiliki unit massa dengan
muatan nol. Tabel berikut ini menjelaskan muatan dan massa dari partikel-partikel
tersebut.
Tabel 2.1Partikel Proton, Elektron, dan Neutron
PARTIKEL MUATAN (COULOMB) MASSA
Proton P1
+e = 1.6021 x 10- 1.007
Neutron 1N0
0 1.008
Elektron0e
-1
-e = -1.6021 x 10- 0.000
Sumber: Mackay, 1973
Dasar dari teori modern struktur atom berdasarkan penemuan Rutherford yaitu
percobaan penembakan partikel alpha pada sebuah lempengan emas yang sangat tipis.
Dia menemukan bahwa bila partikel alpha (massa = 4 a.m.u, muatan = 2e) ditembakkan
pada lempengan tipis maka hampir semua partikel yang pada lempengan tipis maka
hampir semua partikel yang ditembakkan dapat menembus dan dalam jumlah yang
sedikit partikel tersebut dipantulkan kembali dengan arah yang berlawanan, sementara
sebagian kecil dipantulkan kembali dengan sudut besar. Dari pengamatan ini diyakini
bahwa atom berupa suatu padatan dengan partikel positif di tengahnya yang dikelilingi
oleh elektron-elektron. Partikel alpha adalah partikel yang masif sehingga dia akan
dibelokkan bila melewati inti. Dia akan terus melewati elektron dan bila tepat
menumbuk inti maka akan dipantulkan kembali dengan arah yang berlawanan.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
30/206
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
31/206
24
l = 2 maka m = -2, -1, 0, 1, 2. Sehingga terdapat lima orbital dan jumlah maksimum
elektron 10 buah.
d.
Bilangan Kuantum SpinBilangan ini menyatakan arah perputaran elektron terhadap sumbunya (spin).
Karena elektron bermuatan listrik, maka bila elektron berputar akan menimbulkan suatu
medan magnet yang sangat kecil. Bila elektron berputar berlawanan dengan arah jarum
jam, maka harga s = +1/2 dan arah medan magnetnya keatas. Sebaliknya bila elektron
berputar searah jarum jam maka harga s = -1/2 dan arah medan magnetnya ke bawah.
Diagram pengisian elektron pada tingkat energi
1sI
2sII
2pIII
3s 3pIV
3dV
4s 4p 3dVI
4fVII
5s 5p 5d 5fVIII
6s 6p 6d
7s 7p
Pengisian-pengisian orbital sesuai dengan peningkatan energi seperti terlihat
diagram di atas. Dimana orbital berhubungan dengan nilai n yang tertulis secara
horizontal dan pengisiannya mengikuti garis-garis diagonal. Diagram ini hanya untuk
menentukan pengisian elektron yang secara teoritis benar adanya, namun ada sedikit
pengecualian pada atom-atom yang lebih berat. Pada kenyataanya suatu elektron
memasuki orbital 5d terlebih dahulu sebelum 4f diisi dan ada beberapa ketidakpastian
mengenai distribusi elektron antara orbital 6d dan 5f pada atom-atom yang lebih berat.
Setiap orbital (yang ditentukan oleh nilai n, l dan m) mungkin akan memiliki
hanya 2 elektron s = -1/2 dan +1/2. Dengan perkataan lain setiap elektron dijelaskan
dengan 4 bilangan kuantum, dimana tidak mungkin ada elektron yang mempunyai
keempat bilangan kuantum yang sama.
Sedangkan bila jumlah orbital sama dengan jumlah energi yang tersedia, maka
elektron-elektron tersebut lebih senang sendiri-sendiri dalam menempati orbital dan
mempunya arah spin yang paralel sebelum spin berpasangan dimulai.
Elektron hidrogen bila dijelaskan memakai keempat bilangan kuantum menjadi
(1,0,0,1/2). Pada atom Helium elektron yang kedua haruslah memiliki spin yang
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
32/206
25
berlawanan dengan arah elektron pertama dan bilangan kuantumnya menjadi
(1,0,0,-1/2). Selanjutnya kita tinjau mengisian elektron pada atom yang lebih berat
misalnya Fe, Z = 26, pengisian elektronnya (1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d6). Sepuluh
elektron pertama terisi sesuai dengan konfigurasi elektron neon, sedangkan delapan
berikutnya mengisi orbital 3s dan 3p, mengikuti pola pengisian pada kulit kedua untuk
membentuk konfigurasi argon. Jumlahnya hingga di sini ada 18 elektron. Berikutnya
setelah pengisian 3p diikuti oleh 4s yang lebih stabil dari pada 3d. elektron ke-19 dan
20 mengisi 4s meninggalkan 6 elektron yang diisi dalam 5 orbital d. Lima elektron
pertama masuk tidak berpasangan dengan spin yang paralel, kemudian satu elekton
yang terakhir masuk berpasangan dengan elektron yang telah masuk terlebih dahulu
dengan arah spin yang berlawanan. Dengan demikian, konfigurasi elektron Fe sekarang
menjadi [Ar](3d6)(4s2) dengan 4 elektron yang tidak berpasangan. Dalam hal ini, 3d
sekarang lebih stabil dari 4s.
Contoh kedua yaitu Gadolinium (Gd) Z = 64. Pengisian elektronnya
meneruskan konfigurasi Fe, elektron berikutnya mengisi 3d dan 4p untuk membentuk
konfigurasi elektron Kripton, Z = 36. Delapan belas elektron berikutnya mengulangi
pola ini pada 5s, 4d dan 5p untuk membentuk konfigurasi Xenon Z = 54. Pengisian
berikutnya adalah pada 6s kemudian 5d dan 4f yang sangat dekat tingkatan energinya.
Pada situasi ini elektron pertama memasuki 5d, ketujuh elektron terakhir memasuki
orbital 4f. di sana telah tersedia 7 orbital, dimana kemudian diisi masing-masing satu
elektron. Sehingga Gd mempunyai konfigurasi [Xe](4f7)(5d1)(6s2) dengan 8 buah
elektron yang tidak berpasangan, 1 elektron pada d dan 7 elektron pada f. sebagaimana
tingkat energi orbital 5d dan 4f sangatlah mirip, maka konfigurasi elektron pada
unsur-unsur blok f pada tabel periodik sangatlah bervariasi. Hampir tak pernah ada
elekron lebih dari satu pada 5d, tetapi lebih sering tidak ada sama sekali. Dengandemikian Europium dengan Z = 63, memiliki konfigurasi elektron [Xe](4f7)(5d0)(6s2).
Pada unsur-unsur dengan Z > 86, konfigurasi elektron dalam membentuk
konfigurasi Radon. Dua elektron berikutnya mengisi orbital 7s, dan ada hubungan
antara orbital 5f dan 6d sama halnya seperti pada 4f dan 5d. di sini ada celah energi
yang meskipun kecil, namun menimbulkan kesulitan dan keraguan tentang unsur berat.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
33/206
26
Tabel 2.2 Konfigurasi Elektron Unsur
UNSUR SIMBOL Z KONFIGURASI ELEKTRON
Hidrogen H 1 (1s )
Helium He 2 (1s2)
Litium Li 3 [He](2s )
Berilium Be 4 [He](2s )
Boron B 5 [He](2s )(2p )
Karbon C 6 [He](2s )(2p )
Nitrogen N 7 [He](2s2)(2p3)
Oksigen O 8 [He](2s )(2p )Flourin F 9 [He](2s )(2p )
Neon Ne 10 [He](2s2)(2p6)
Natrium Na 11 [Ne](3s )
Magnesium Mg 12 [Ne](3s )
Aluminium Al 13 [Ne](3s )(3p )
Silikon Si 14 [Ne](3s )(3p )
Posfor P 15 [Ne](3s2)(3p3)
Belerang S 16 [Ne](3s )(3p )
Klor Cl 17 [Ne](3s )(3p )
Argon Ar 18 [Ne](3s2)(3p6)
Kalium K 19 [Ar](4s )
Kalsium Ca 20 [Ar](4s )
Scandium Sc 21 [Ar](3d1)(4s2)
Titanium Ti 22 [Ar](3d )(4s )
Vanadium Va 23 [Ar](3d )(4s )
Kromium Cr 24 [Ar](3d )(4s )
Mangan Mg 25 [Ar](3d )(4s )
Besi Fe 26 [Ar](3d )(4s )
Kobalt Co 27 [Ar](3d )(4s )
Nikel Ni 28 [Ar](3d )(4s )
Tembaga Cu 29 [Ar](3d )(4s )
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
34/206
27
Seng Zn 30 [Ar](3d )(4s )
Galium Ga 31 [Ar](3d10)(4s2)(4p1)
Germanium Ge 32 [Ar](3d )(4s )(4p )
Arsen As 33 [Ar](3d )(4s )(4p )
Selenium Se 34 [Ar](3d10)(4s2)(4p4)
Bromium Br 35 [Ar](3d )(4s )(4p )
Kripton Kr 36 [Ar](3d )(4s )(4p )
Rubidium Rb 37 [Kr](5s1)
Stronsium Sr 38 [Kr](5s )
Yitrium Y 39 [Kr](4d )(5s )
Zirkonium Zr 40 [Kr](4d )(5s )
Niobium Nb 41 [Kr](4d )(5s )
Molibden Mo 42 [Kr](4d )(5s )
Technetium Tc 43 [Kr](4d )(5s )
Ruthenium Ru 44 [Kr](4d )(5s )
Rhodium Rh 45 [Kr](4d )(5s )
Palladium Pd 46 [Kr](4d )(5s )
Perak Ag 47 [Kr](4d )(5s )
Kadmium Cd 48 [Kr](4d )(5s )
Indium In 49 [Kr](4d )(5s )(5p )
Timah Putih Sn 50 [Kr](4d )(5s )(5p )
Antimon Sb 51 [Kr](4d )(5s )(5p )
Tellurium Te 52 [Kr](4d )(5s )(5p )
Iodin I 53 [Kr](4d )(5s )(5p )
Xenon Xe 54 [Kr](4d )(5s )(5p )Cesium Cs 55 [Xe](6s )
Barium Ba 56 [Xe](6s2)
Lanthanum La 57 [Xe](5d )(6s )
Cerium Ce 58 [Xe](4f )(6s )
Praseodymium Pr 59 [Xe](4f3)(6s2)
Neodymium Nb 60 [Xe](4f )(6s )
Promethium Pm 61 [Xe](4f )(6s )
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
35/206
28
Samarium Sm 62 [Xe](4f )(6s )
Europium Eu 63 [Xe](4f7)(6s2)
Gadolinium Gd 64 [Xe](4f )(5d )(6s )
Terbium Tb 65 [Xe](4f )(6s )
Dysprosium Dy 66 [Xe](4f10)(6s2)
Holmium Ho 67 [Xe](4f )(6s )
Erbium Er 68 [Xe](4f )(6s )
Tulium Tn 69 [Xe](4f13)(6s2)
Ytterbium Yb 70 [Xe](4f )(6s )
Luttetium Lu 71 [Xe](4f )(5d )(6s )
Hafnium Hf 72 [Xe](4f )(5d )(6s )
Tantalum Ta 73 [Xe](4f )(5d )(6s )
Tungsten W 74 [Xe](4f )(5d )(6s )
Rhenium Re 75 [Xe](4f )(5d )(6s )
Osmium Os 76 [Xe](4f )(5d )(6s )
Iridium Ir 77 [Xe](4f )(5d )(6s )
Platina Pt 78 [Xe](4f )(5d )(6s )
Emas Au 79 [Xe](4f )(5d )(6s )
Air Raksa Hg 80 [Xe](4f )(5d )(6s )
Thallium Tl 81 [Xe](4f )(5d )(6s )(6p )
Timah Hitam Pb 82 [Xe](4f )(5d )(6s )(6p )
Bismuth Bi 83 [Xe](4f )(5d )(6s )(6p )
Polonium Po 84 [Xe](4f )(5d )(6s )(6p )
Astatin At 85 [Xe](4f )(5d )(6s )(6p )
Radon Rn 86 [Xe](4f )(5d )(6s )(6p )Francium Fr 87 [Rn](7s )
Radium Ra 88 [Rn](7s2)
Actinium Ac 89 [Rn](6d )(7s )
Thorium Th 90 [Rn](6d )(7s )
Protoactinium Pa 91 [Rn](5f2)(6d1)(7s2)
Uranium U 92 [Rn](5f )(6d )(7s )
Neptunium Np 93 [Rn](5f )(7s )
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
36/206
29
Plutonium Pu 94 [Rn](5f )(7s )
Americium Am 95 [Rn](5f7)
Curium Cm 96 [Rn](5f )(6d )(7s )
Berkelium Bk 97 [Rn](5f )(6d )(7s )
Californium Cf 98 [Rn](5f10)(7s2)
Einsteinium Es 99 [Rn](5f )(7s )
Fermium Fm 100 [Rn](5f )(7s )
Mendelevium Md 101 [Rn](5f13)(7s2)
Nobelium No 102 [Rn](5f )(7s )
Lawrencium Lr 103 [Rn](5f )(6d )(7s )
Unsur 104 ? 104 [Rn](5f )(6d )?(7s )
Hahnium Ha 105 [Rn](5f )(6d )?(7s )?
Sumber: Mackey, 1973
2.2. Tabel Periodik
Sebagaimana diketahui sifat-sifat kimia suatu unsur berkaitan dengan interaksi
elektron-elektronnya dan terutama diakibatkan oleh interaksi elektron-elektron terluar.
Atom-atom yang memiliki elektron terluar dari jenis orbital yang sama niscaya
memiliki kesamaan sifat kimia. Sebagai contoh s2p3membentuk awan elektron yang
sama.
Jika unsur-unsur tersebut disusun berdasarkan konfigurasi elektron terluar, maka
hasilnya adalah kelompok-kelompok yang membentuk tabel periodik unsur-unsur.
Konfigurasi elektron unsur-unsur ditemukan dari teori struktur atom, yang
memungkinkan penjelasan hukum periodik yang dibuat oleh Mendeleyev dan Lothar
Meyer sekitar 90 tahun yang lalu.
Tabel periodik merefleksikan tingkatan energi dalam atom yang ditemukan dari
persamaan gelombang. Ini digambarkan dengan blok-blok dalam tabel seperti tertera di
bawah ini.
Skema tabel periodik
Dari sistem tabel periodik tersebut dapatlah dibayangkan adanya kesamaan sifat
pada unsur-unsur yang menempati blok yang sama. Namun demikian masih ada
sejumlah kecil pengecualian. Dalam hal ini menyebabkan tidak ada distribusi elektron
pada keadaan dasar antara orbital s dan d pada unsur-unsur transisi, demikian pula tidak
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
37/206
30
ada yang secara lengkap menguraikan keadaan dasar pada orbital d dan f di unsur
transisi dalam, tapi perbedaan ini tidaklah mempengaruhi sifat-sifat kimia. Pada
kenyataannya semua masalah dan keberatan terhadap tabel periodik ini mungkin
disebabkan tabel ini dapat memberikan generalisasi mengenai sifat-sifat, struktur
elektron unsur-unsur tetapi tidak dapat menjelaskannya secara detail.
Nama-nama khusus diberikan pada unsur tersebut seperti tertera dalam Tabel
2.3 berikut ini.
Tabel 2.3 Nama trivial dan kelompok unsur-unsur
Logam alkali Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Logam Alkalitanah
Be, Mg, Ca, Sr, Ba,Ra
Chalcogen O,Se,Te,Po
Halogen F,Cl,Br,I,At
Gas Mulia He, Ne, Ar,Kr,Xe,Rn
Logam Jarang Sc, Y, La hingga Lu
Deret
lantanida
La hingga Lu
Lantanid Ce, hingga Lu
Seri Aktinida Ac hingga seterusnya
Aktinida Unsur-unsur yang orbital 5f sedang diisi
Trans Uranium Unsur-unsur setelah uranium
Logam mata
uang
Cu, Ag, Au
Logam platina Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt
Logam Mulia Semua yang termasuk dalam logam platina, Au dan kadang-
kadang meliputi Ag, Re bahkan Hg
Logam dan
Non logam
Dua istilah ini digunakan luas meskipun tidak ada kejelasan
yang tepat mengenai hal ini. Istilah metalloid sering
digunakan untuk unsur yang memiliki sifat intermediate
misalnya: B, Si, Ge, As
Sumber : Mackay, 1973
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
38/206
31
2.3Beberapa sifat periodik unsur-unsur
2.3.1 Potensional ionisasi
Jika tersedia energi dalam jumlah yang cukup, maka memungkinkan satu atau
beberapa elektron dari atom atau ion terlepas. Jumlah energi minimal yang dibutuhkan
untuk melepaskan satu elektron dalam meninggalkan atom keadaan gas dan
menghasilkan ion tanpa adanya energi kinetik disebut potensional ionisasi.
Energi ini dibutuhkan untuk melepaskan elektron melawan tarikan dari inti.
Nilai potensional ionisasi selalu positif. Energi yang dibutuhkan untuk melepaskan
elektron pertama, kedua dan ketiga disebut potensional ionisasi pertama, kedua, ketiga
dan seterusnya. Dari sini jelaslah bahwa potensial ionisasi berikutnya meningkat
sejalan dengan semakin sulitnya memindahkan elektron dari pengaruh anti yang
bermuatan posistif. Potesional ionisasi menunjukkan ikatan energi elektron luar
mempunyai nilai yang paling rendah.
Elektron pertama [Ne] (3s2)(3p1) Al+[Ne] (3s2)
Membutuhkan energi 577 kJ mol-1
Elektron kedua [Ne] (3s2
) Al2+
[Ne] (3s1
)
Membutuhkan energi 1815 kJ mol-1
Elektron ketiga [Ne] (3s1) Al3+[Ne]
Membutuhkan energi 2740 kJ mol-1
Elektron kedua Al3+[Ne] [He] (2s2) (2p5)
Membutuhkan energi 11590 kJ mol
-1
Dari contoh ini terlihat bahwa dibutuhkan energi sebesar 577 Kj mol -1 untuk
melepaskan satu elektron pada orbital 3p. Energi yang dibutuhkan untuk melepaskan
elektron beikutnya semakin besar. Dan jika kita perhatikan maka untuk melepaskan
elektron pada tingkat energi yang lebih dekat ke arah inti, energi yang dibutuhkan
semakin besar. Dalam hubungannya dalam tabel periodik terlihat bahwa pada
unsur-unsur satu golongan, kenaikan nomor atom diikuti dengan semakin kecilnya
energi ionisasi.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
39/206
32
2.3.2 Afinitas Elektron
Afinitas elektron adalah proses kebalikan dari energi ionisasi yaitu
penggabungan sebuah elektron dalam keadaan gas, ion, atau molekul. Afinitas elektron
sukar untuk diukur dalam percobaan dan hanya sedikit saja yang dapat diukur secara
langsung. Zollweg telah menyusun suatu persamaan yang berhubungan dengan afinitas
elektron.
M(g) + e- M-(g)
Hanya afinitas alektron pertama pada umumnya bernilai negatif atau reaksinya bersifat
eksotermis sedangakan elektron kedua biasanya selalu lebih dan bernilai positif. Secara
umum bila diperhatikan dalam sistem tabel periodik, maka dalam satu periode dari kiri
ke kanan nilai afinitas elektron bertambah besar. Dalam satu golongan dari atas ke
bawah, nilai afinitas semakin kecil.
2.3.3 Jari-jari Atom dan Jari-jari Lainnya
Meskipun jari-jari atom bukanlah suatu ukuran/konsep yang eksak, namun hal
ini bermanfaat untuk menentukan jarak interaksi antara atom. Dari sini dapat diketahui
panjang ikatan dan dari sini pula dapat diketahui perbedaan jenis ikatan yang terbentuk
yang dapat digunakan untuk meramalkan bentuk ikatan kovalen, ionik dan logam.
Jari-jari kovalen dapat diperoleh dari percobaan mengukur panjang ikatan dalam
unsur-unsur. Jika panjang ikatan ini dibagi dua, maka dapat ditentiukan jari-jari atom
tersebut. Beberapa contoh sederhana di bawah ini dapat dilihat pada Tabel 2.4 berikut.
Tabel 2.4Panjang Ikatan dan Jari-jari atom
UNSURPANJANG IKATAN
(pm)
JARI-JARI ATOM
(pm)
F2 142F = 171
Cl2 199Cl = 99
Br2 228Br = 114
I2 267I = 134
C (intan) 154C = 77
Sumber: Mackay, 1973
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
40/206
33
Dari hasil percobaan ini terlihat bahwa perhitungan di atas cocok untuk halogen
yang berat. Namun, tidak demikian halnya dengan Fluorin. Jika dalam suatu senyawa
terdapat banyak unsur F, maka nilai jari-jari F yang ditemukan dapat lebih baik yaitu 64
pm. Hasil ini sepenuhnya murni empiris data percobaan.
Tabel 2.5Jari-jari Berdasarkan Perhitungan dan Percobaan
MOLEKUL FAKTAPANJANG IKATAN BERDASARKAN
KALKULASISELISIH
CF4 C-F 132 148 16
CCl4 C-Cl 177 176 1
CBr4 C-Br 191 191 0
CI4 C-I 214 211 3
Sumber: Mackay, 1973
Dengan cara yang sama nilai tersebut digunakan untuk menentukan jari-jari
H = 2,9; meskipun panjang molekul sesungguhnya 74 pm. Dengan cara-cara ini
kesamaan empiris dilakukan koreksi-koreksi berdasarkan data-data percobaan.
Tabel 2.6Jari-jari Atom Pada Molekul Kovalen
Be
89
B
80
C
77
N
70
O
66
F
64
H
29
Al
126
Si
177
P
110
S
104
Cl
99
Zn
131
Ga
126
Ge
122
As
121
Se
117
Br
114
Cd
148
In
144
Sn
140
Sb
141
Te
137
I
133
Hg
148
Tl
147
Pb
146
Bi
151
Ikatan Rangkap Dua
B
71
C
67
N
62
O
62
Ikatan Rangkap Tiga 64 70 55
Sumber : Mackay, 1973
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
41/206
34
Pada tabel periodik unsur-unsur jari-jari atom secara umum dapat digambarkan
sebagai berikut: dalam satu periodik dari kiri ke kanan sejalan dengan kenaikan nomor
maka jari-jari atom semakin kecil. Hal ini disebabkan dengan bertambahnya elektron
sesuai dengan kenaikan nomor atom, maka pada tingkat energi yang sama gaya tarikan
antara inti atom terhadap elektron semakin kuat. Dalam hal ini muatan inti semakin
bertambah besar dengan demikian jaraj inti dengan elektron terluar semakin mengecil.
Dalam satu golongan jari-jari atom bertambah besar dari atas ke bawah. Hal ini
disebabkan karena semakin banyaknya tingkat energi yang ditempati elektron atau
secara sederhana dapat dikatakan bertambahnya kulit, sehingga semakin bertambah
besar jari-jari atom tersebut. Meskipun terdapat kecenderungan umum dalam jari-jari
ini, namun dijumpai pula adanya pengecualian. Misalnya pada unsur-unsur transisi,
dimana kenaikan nomor atom tidak diikuti dengan kenaikan ukuran jari-jari. Jari-jari
atom pada unsur transisi relatif sama. Hal ini disebabkan pengisian orital-orbital pada
tingkat energi tidaklah berbeda jauh, sehingga dalam hal ini tarikan inti pengaruhnya
begitu kuat yang menyebabkan jari-jari atom tidak mungkin mekar lebih besar.
Bahkan pada lantanida dan aktinida terjadi pengkerutan.
2.3.4 Elektronegativitas
Satu parameter yang digunakan luas untuk membahas sifat-sifat kimia dari
suatu unsur yaitu elektronegativitas. Elektronegativitas didefinisikan sebagai
kemampuan atom dari suatu molekul untuk menarik sebuah elektron pada dirinya.
Tidak ada cara langsung yang dapat mengukur hal ini. Elektronegativitas sangat
berguna untuk menggambarkan distribusi elektron dalam suatu ikatan. Misalnya A-B
antara dua atom, dalam hal ini densistas elektron bergantung pada atom mana yang
bersifat elektronegatif. Secara sederhana dapat dikatakan telah terjadi polarisasi. Pada
keadaan tertentu densitas elektron seluruhnya dapat berada pada atom B. sebuah
elektron yang sepenuhnya ditransfer dari A ke B, maka terbentuklah senyawa ionik.
Dari sini dapat pula densitas distribusi elektron dapat pula digunakan meramalkan sifat
elektronegatif dari A dan B. jika A dan B memiliki nilai elektronegatif yang relatif
sama, maka tarikan terhadap elektron dalam ikatan A dan B adalah sama dan tidak
terjadi polarisasi. Jika B lebih elektronegatif daripada A, maka tarikan ikatan terhadap
elektron lebih besar sehingga terbentuklah polarisasi. Derajat dari polarisasi ini
sebanding dengan perbedaan elektronegatif. Perbedaan elektronegatif yang besar
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
42/206
35
cenderung untuk membentuk senyawa ion. Sebagai pedoman (meskipun kurang akurat)
suatu senyawa ionik yang dibentuk oleh A dan B mempunyai perbedaan elektronegatif
lebih dari 2 unit. Dengan demikian unsur yang memiliki nilai elektronegatif sangat
tinggi dan unsur-unsur dengan elektronegatif sangat rendah cenderung membentuk
senyawa ionik dibandingkan dengan nilai elektronegatif menengah.
Elektronegatif secara unsur semakin meningkat sejalan dengan bilangan
oksidasinya. Sebagai contoh Mn dalam permanganate lebih elektronegatif dari pada ion
Mn2+. Selain itu juga bergantung pada atom lain yang menjadi pasangan untuk
membentuk senayawa.
Secara umum nilai elektronegatifitas pada tabel sistem periodik unsur-unsur
menunjukkan kecenderungan semakin besar dari kiri ke kanan dalam satu periode. Hal
ini dapat dijelaskan dengan sederhana yaitu dengan semakin mengecilnya jari-jari atom
maka semakin meningkat sifat elektronegatif. Sedangkan dalam satu golongan,
keelektronegatifan semakinkecil dari atas ke bawah.
KEPUSTAKAAN
K.M. Mackay dan R. Ann Mackay, Introduction to Modern Inorganic Chemistry,
Second Edition, Intertet Books, London, !973.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
43/206
36
BAB III
IKATAN SENYAYAWA KOVALEN, SENYAWA ION, DAN ZAT PADAT
3.1 IKATAN SENYAWA KOVALEN
3.1.1 Pengantar
Berdasarkan jenis ikatan antara atom-atom, secara garis besar dikenal ikatan
kovalen, ikatan ion, gaya interaksi Van der Waals dan ikatan logam.1)
Ikatan kovelan mengunakan sepasang elektron secara bersama-sama untuk
ikatan dan ikatan ini didasarkan pada mekanisme donor-aseptor elektron dengan
pembentukkan anion-kation. Dikenal dua jenis pendekatan mengenai ikatan kovalen
yaitu, teori Orbital Molekul (MO) dan teori Ikatan Valensi (VB).
Teori Orbital Molekul mengandaikan suatu sistem molekul yang stabil dengan
berbagai inti yang ada dalam keadaan setimbang serta menghasilkan fungsi gelombang
molekul yang menggambarkan tingkat energi molekul atau orbital molekul. Ke dalam
orbital molekul ini dimasukkan elektron-elektron. Orbital molekul dapat dibentuk dari
orbital atom dengan cara kombinasi linear dari orbital-orbital atom (cara LCAO).
Model MO dapat menerangkan terjadinya spekrum dari senyawa serta kekuatan ikatan.
Teori yang lain adalah teori ikatan valensi yang mengcakup suatu metode pendekatan,
yaitu bahwa ikatan terjadi akibat terbentuknya pasangan elektron dan setiap pasang
elektron mengikat dua inti.
3.1.2 Teori Orbital Molekul
Suatu molekul diatom homonuklir sederhana, yaitu dua atom yang identik saling
terikat pada sejumlah elektron, misalnya atom A dan B. kedua atom ini kemudian
bergabung membentuk atom gabungan dengan massa dan muatan dua kali lipat dari inti
A atau B tunggal. Atom gabungan ini dapat diperlakukan seperti atom dengan elektron
lainnya. Orbital dinyatakan oleh ketiga bilangan kuantum n, m, l, dan masing-masing
dapat diisi dua elektron. Atom gabungan kedua atom dapat dilihat dari gambar di
bawah ini.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
44/206
37
Gambar 3.1. Atom Gabungan dengan Orbital dan .2)
Orbital atom s menghasilkan orbital molekul . Sedangkan orbital p dapat
memberikan satu orbital molekul sepanjang sumbu A-B, dan dua orbital molekul
yaitu di atas dan di bawah sumbu A-B berupa awan muatan berupa silinder di muka dan
di belakang sumbu A-B.
Orbital atom yang dapat membentuk orbital molekul yang memenuhi syarat
harus memenuhi persyaratan tertentu yaitu:
a.
Harus menggambarkan keadaan dengan energi yang sama
b. Saling tumpang tindih yang berarti
c. Mempunyai simetri yang sama terhadap sumbu molekul A-B
Bila persyaratan ini kurang dipenuhi, maka nilai c (syarat c) kecil dan fungsi
gelombang yang bersangkutan sumbangannya kecil terhadap kombinasi linear 1).
Seperti halnya pada orbital atom, maka pada orbital molekul terdapat bilangan
kuantum baru, yaitu , komponen momentum sudut h/2 sekitar sumbu antar inti.
Nilai dapat mempunyai harga 0, +1, +2, orbital jenis mempunyai = 0, jenis mempunyai = 1. Sedangkan orbital dengan = 2, disebut orbital , yang didapat dari
kombinasi orbital atom d. Orbital molekul dapat disusun menurut energinya (Gambar
2.2). dari data spektroskopi, urutan orbital molekul adalah sebagai berikut:
1s < *1s < *2s < 2p < y2p = z2p < *
y2p = *z2p <
*2p
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
45/206
38
Gambar 3.2 Pembentukan Orbital Molekul untuk N2.2)
3.1.3 Teori Ikatan ValensiMenurut teori ini, terjadinya ikatan kovalen adalah akibat terbentuknya
pasangan elektron yang mengikat dua inti.
Pembahasan dimulai dari molekul diatom homonuklir seperti H2+. Molekul H2
+
adalah molekul yang paling sederhana, karena mengcakup 2 inti dan satu elektron.
Mula-mula, kedua inti berjauhan, sedangkan elektronnya berdekatan dengan salah satu
inti. Apabila kedua inti tersebut mendekat, maka terjadi tolakan karena kedua inti
tersebut bermuatan positif, tapi pada saat bersamaan elektron akan tertarik pada kedua
inti dan seakan-akan berfungsi sebagai perekat molekular. Apabila gaya tarik ini lebih
besar dari gaya tolaknya, maka akan terbentuk molekul stabil. Gambar 3.3
menunjukkan bagaimana energi total dari sistem berubah dengan jarak antar inti.
Gambar 3.3. Variasi Energi dengan Jarak Antar Inti Ion H2+.1)
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
46/206
39
Pada saat kedua inti mendekat, tempat adanya gaya tarik dan energi berkurang
sesuai dengan pembentukan energi molekul yang stabil. Bila jarak muatan inti makin
berkurang, maka gaya tolak yang lebih berperan, sehingga kurva naik dengan cepat.
3.1.4 Bentuk Molekul
Langkah-langkah dalam meramal bentuk molekul:
1. Hitung jumlah elektron valensi (elektron kulit terluar) dari atom pusat.
2. Tambahkan dengan besarnya muatan jika spesi bermuatan negatif atau kurangi
dengan besarnya muatan jika spesi bermuatan positif.
3. Tambahkan dengan jumlah atom yang terikat
4. Bagi dengan 2 menghasilkan jumlah pasangan elektron
5. Tempatkan pasangan elektron sehingga mengililingi atom pusat
6. Jumlah pasangan elektron (d) dikurangi jumlah elektron yang terikat adalah
sama dengan pasangan elektron bebas.
Tabel 3.1 Susunan Pasangan Elektron 1)
Pasangan Elektron Bentuk Susunan Elektron Sudut Ikatan
2 Linear 180o
3 Segitiga Planar 120o
4 Tetrahedral 109,5o
5 Trigonal Bipiramidal 120o/90o
6 Oktahedrall 90o
3.1.4 Hibridisasi
Aturan Hibridisasi 1,3)
1.
Hibridisasi adalah proses pencampuran orbital-orbital dalam suatu atom.
2. Hanya orbital yang mempunyai energi yang hampir sama yang membentuk orbital
hibrida.
3. Orbital hibrida yang terbentuk sama banyak dengan jumlah orbital yang bercampur.
4. Dalam hibridisasi yang bercampur adalah jumlah orbital, bukan jumlah elektron.
5. Oleh karena orbital s tidak berarah dalam ruang x,y,z maka orbital Ini tidak
mempunyai arah dalam proses hibridisasi.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
47/206
40
6. Sebagain besar hibrida adalah mirip tetapi tidak selalu mempunyai bentuk yang
identik.
7. Orbital px, py, dxy, dzy dan sebagainya menentukan sifat arah dan hibridisasi.
8.
Bagi hibrida yang ekivalen, orientasi dalam ruang ditentukan oleh:
a. Jumlah hibrida yang diperoleh
b. Arah x, y atau z
c. Anggapan bahwa elektron akan menempati orbital hibrida sedemikian sehingga
tidak terganggu oleh elektron lain.
9. Macam hibridisasi yang diterapkan untuk suatu struktur ditentukan oleh geometri
molekul yang diperoleh dari eksperimen.
Proses Hibridisasi
Tabel 3.2 Macam Hibridisasi1,3)
Orbital Hibrida
Jumlah Pasangan
Elektron Ikatan
Bebas
Bentuk Molekul Contoh
sp 2Garis lurus,
diagonalBeCl2
sp 3 Trigonal
C2H2sp3 4 Bujursangkar
sp3d 5
Bipiramidal
trigonalPCl5
d2sp3 6 Oktahedrall
SF6sp
3d
2 6 Oktahedrall
sp Linearsp2 Trigonal sp3 Tetrahedral
Sp3d Bipiramidal trigonal dsp2 Segiempat planar sp
3d2 Oktahedrall
Gambar 3.4. Struktur Orbital Hibridisasi 1)
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
48/206
41
Proses hibridisasi berlangsung pada tahap-tahap berikut:
1. Elektron mengalami promosi ke orbital dengan tingkat energinya lebih tinggi.
2. Orbital-orbital bercampur atau berhibridisasi membentuk orbital hibrida yang
ekivalen.
Tabel 3.3.Susunan Pasangan Elektron, Bentuk Molekul dan Hibridisasi3)
No Senyawa
Pasangan Elektron
Satuan
Elektron
Bentuk
Molekul
Hibridisasi
Atom
PusatIkatanNon-
ikatanJumlah
1. BeCl2 2 0 2 Linear Linearsp
2. BCl3 3 0 3 Segitiga Segitiga sp2
3. CH4 4 0 4 TetrahedralTetrahedral sp3
4. NH3 3 1 4 Tetrahedral Piramidasp
5. PCl5 5 0 5Trigonal-
bipiramida
Trigonal-
bipiramida
sp3d
6. AlCl3 3 0 3Segitiga
datar
Segitiga
datar
sp2
7. KrF2 2 3 5Trigonal-
bipiramidaLinear sp
3d
8. BrF3 3 2 5Trigonal-
bipiramidaBentuk T sp
3d
9. PH4- 4 0 4 Tetrahedral Tetrahedral sp3
10. PCl6-
6 0 6 OktahedrallOktahedrall
sp3d
3
11. XeF4 4 2 6 Oktahedrall Bujursangkar
sp3
d2
12. OCl2 2 2 4 Tetrahedral Sudutsp
3
13. BrF4-
4 2 6 OktahedrallBujur
sangkar
sp3d
2
14. ICl3 3 2 5 Trigonal Bentuk Tsp d
15. SiF5- 5 0 5
Trigonal-
bipiramida
Trigonal-
bipiramida
sp3d
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
49/206
42
3.1.5 Karakteristik Senyawa Kovalen
Padatan dengan ikatan kovalen tiga dimensi tidak banyak jenisnya. Contoh
yang paling baik adalah intan (Gambar 3.5). Unsur lain adalah unsur golongan 14 dari
sistem periodik yang mempunyai struktur intan yaitu : Si, Ge dan Sn (abu-abu). Timah
adalah dimorph, karena di samping bentuk putih dengan struktur logam. Apabila
diperhatikan unsur logam 14 dari C ke Pb, maka terjadi perubahan kontinu dari jenis
ikatan, yaitu dari ikatan kovalen ke ikatan logam.
Perubahan ini diamati dari resistivitas listrik(ohm m) sebagai berikut:
C (intan) = 5.1012
Si = 2.109
Ge = 5.10-1
Sn (abu-abu) = 1.10-5
Sn (putih) = 1.10-7
Pb = 2.10-7
Gambar 3.5. Struktur Intan 4) Gambar 3.6. Struktur Sn (abu-abu) 4)
3.1.6 Karakteristik Struktur dan Fisik dari Ikatan Kovalen
Ikatan kovalen terjadi antara atom dan umumnya dengan sejumlah kecil atom
tetangganya. Setiap ikatan sangat terarah. Padatan kovalen membentuk kristal dengan
daya kompresi dan ekspansi rendah, tetapi dengan titik leleh yang tinggi. Dalam hal ini
sifatnya hampir sama dengan kristal ionik. Padatan kovalen berupa isolator dalam
keadaan padat dan lelehan. Secara kimia, padatan kovalen tak relatif dan sukar larut
dalam pelarut umum. Padatan kovalen agak berbeda dari senyawa organik. Senyawa
organik berikatan kovalen antar atomnya, tetapi dalam keadaan padat, molekul-molekul
saling terikat oleh gaya Van der Waals.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
50/206
43
3.1 SENYAWA ION DAN IKATAN ION
Bila ada perpindahan elektron dari suatu kelompok atom ke atom yang lainnya
dan menghasilkan kation bermuatan positif dan anion bermuatan negatif yang diikat
oleh gaya elektrostatik berarti menghasilkan ikatan ion dan terbentuk senyawa ion.
Sebagai sontoh: atom Natrium dapat kehilangan sebuah elektron valensi 3s-nya
membentuk anion Cl-. Dalam Natrium Klorida, ion Na+ dan Cl- diikat oleh gaya
elektrostatik antara ion yang bermuatan positif dan negatif dan senyawanya bersifat
ionik.
Dalam proses ini kedua atom Natrium dan Klorin mencapai konfigurasi yang
stabil. Contoh senyawa ion yang lain adalah K2SO4, NH4NO3, dan sebagainya.
Senyawa-senyawa ion mempunyai sifat umum yang menyebabkan ion-ion
terdapat pada rangka kisinya. Beberapa sifat-sifat tersebut adalah:
1. Titik lebur yang tinggi, titik didih yang tinggi, tingginya panas dan entalpi fusi serta
penguapan dan sebagainya. Sebagai suatu aturan, tingginya titik lebur dapat
mengidentifikasi meningginya derajat sifat ion. Ini menyebabkan fakta bahwa gaya
ion membesar sepanjang kisi zat padat yang sama kuat dalam semua arah.
2. Dalam bentuk padat, senyawa ion tidak menghantarkan listrik, sebab posisi ion
dalam kisinya tertentu. Namun, bila keadaan yang kaku tersebut hancur akibat fusi
(pembelahan) dalam larutan, senyawa tersebut merupakan penghantar listrik yang
baik.
3. Senyawa-senyawa ion adalah keras. Kekerasan zat padatnya tergantung pada
bertambahnya muatan ionik dan berkurangnya jarak ion dalam kristal di mana ini
merupakan suatu ukuran sifat ion.
4. Senyawa-senyawa ion adalah rapuh sehingga dapat menjadi powder dengan mudah.
Dengan menggeser lapisan ionik dalam kristal dengan cara menempanya, antaraksiionik berubah menjadi tolakan yang kuat yeng terjadi antara ion-ion yang sama
muatannya.
5. Senyawa-senyawa ion umumnya larut dalam pelarut polar dengan tetapan dielektrik
yang tinggi, menyebabkan rendahnya antaraksi elektrostatik antara-ion dan interaksi
ion pelarut.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
51/206
44
3.2.1 STRUKTUR SENYAWA-SENYAWA ION
Struktur senyawa-senyawa ion ditentukan oleh susunan ion paling stabil yang
tolakan kation-kation dan anion-anionnya minim serta atraksi kation-kation maksimum.
Kisi-kisi (susunan ion) stabil yang umum didasarkan atas susunan tetrahedral,
oktahedral dan kubik dari ion-ion di sekitar ion pusat.
Mengingat ion merupakan bola-bola yang keras perbandingan jari-jari kation
dan anion yang disebut ratio radius dapat digunakan untuk mengukur kestabilan
susunan kristal.
Gambar 3.7. (a) Tetrahedral, (b) Oktahedral, (c) kubik1)
Namun dalam senyawa-senyawa nyata, aturan perbandingan jari-jari dapat
dilanggar untuk alasan-alasan berikut:
1. Banyak ion-ion yang tidak bulat, contohnya: CN-, NO2
-, SCN-.
2. Beberapa garam mengkristal dengan dua cara, contohnya: kisi garam batu Rb
berubah menjadi kisi Caesium klorida di bawah tekanan tinggi.
3. Anion-anion yang dapat berpolarisasi dan sedikit kation cenderung membentuk
senyawa kovalen. Perhatikan Litium halida LiX. Perbandingan jari-jari LiX
(kecuali LiF) di bawah 0,33 yang diduga adalah kisi tetrahedral. Kenyataannya LiXmembentuk kisi oktahedral. Hal ini mungkin dari Li ke atom-atom X yang
menyebabkan bersifat kovalen. Karenanya, jari-jari ionik efektif Li+ lebih besar
dari pada yang dihitung pada ionisasi sempurna elektron 2s. Perbandingan jari-jari
berubah sesuai dengan itu.
4. Tolakan anion-anion mengikat sesuai dengan naiknya bilangan koordinasi dan dapat
menurunkan kestabilan kisi CsCl dalam perbandingannya dengan kisi NaCl.
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
52/206
45
Contohnya: BaO, SrO dan CaO (perbandingan jari-jari di atas 0,80) mengkristal
dalam bentuk kisi garam batu.
5. Jari-jari ionik tergantung pada bilangan koordinasi. Oleh sebab itu, untuk senyawa
real aturan perbandingan jari-jari tidak mempunyai implikasi yang berguna,
khususnya jika sifat kovalen terdapat di dalamnya. Ikatan kovalen adalah kuat dan
tidak mengikuti aturan perbandingan jari-jari.
Gambar 3.8. Kisi-kisi yang umum. a) Spalerite b) Wurzite c) Garam batu
d) Caesium klorida e)Rutile f)Fluorite1)
3.2.2 ENERGI KISI, U
Energi kisi suatu senyawa ion didefinisikan sebagai energi yang dilepaskan bila
1 mol senyawa terbentuk menjadi struktur kisi tetap dari konstituen ion dalam keadaan
gas.
mMn+(g) + n Xm-
(g) Mn+
m Xm-
n (s) U = H
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
53/206
46
Pentingnya energi kisi dapat dilihat pada pembentukan ion dari masing-masing
atomnya. Energi ionisasi (I) paling kecil untuk pembentukan kation adalah
373,7 kJ/mol (untuk Cs) sementara afinitas elektron (EA) paling tinggi hanya 348,7
kJ/mol (untuk Cl). Karena itu pembentukan pasangan ion (Cs+, Cl-) dalam keadaan gas
membutuhkan masukan energi sebesar 27 Kj/mol.
Energi kisi suatu pasangan ion dengan muatan z+ dan z- pada jarak antar-inti r,
adalah jumlah total antraksi elektrostatik (z+) (z-) e2/(4or) dan gaya tolakan (B/r
n)
menyebabkan tolakan antar elektron antara ion-ion. n adalah koefisien Born yang sama
dengan 5, 7, 9, 10, 12 dan 14 untuk masing-masing ion dengan 2, 10, 18, 36, 54 dan 86
elektron, sedangkan B adalah tetapan.
Untuk energi minimum, dU/dr = 0 pada kesetimbangan jarak antar-inti ro, diberikan:
Sehingga energi minimum atau energi kesetimbangan Uodiberikan sebagai berikut:
Dalam suatu kisi kristal akan ada lebih banyak interaksi Coulomb dari pada
dalam pasangan ion. Contohnya: dalam Kristal NaCl, setiap Na+menjadi 6 ion Cl-pada
jarak ro, 12 ion Na+pada (2ro)1/2, 8 ion lebih pada (3ro)1/3dan seterusnya di seluruh kisi.
Untuk setiap interaksi ini, energi diberikan oleh ungkapan yang sama dengan pers. (3),
sehingga untuk setiap bilangan Avogadro N, pasangan ion Uo = (NA) x (energi
pasangan ion), dimana A adalah tetapan Madelung, yang dapat ditentukan dari geometri
susunan ionik.
Lebih lanjut energi kisi Uo, adalah:
Pada 298 K. Harga Uo pada 0 K dinyatakan dengan simbol Uo. Energi kisi
selalu negatif sedang z+ dan z- mempunyai tanda yang berlawanan. Hal ini juga
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
54/206
47
mengidentifikasi bahwa atraksi elektrostatik selalu menstabilkan sistem dengan
merendahkan energi.
KEPUSTAKAAN
1) Manku, G. S., 1984, Inorganic Chemistry, Tata McGraw-Hill Co. Ltd. New
Delhi.
2) Mackay, 1974, Introduction To Modern Inorganic Chemistry, Intertext-Book.
London.
3) Hiskia, A. dan Tupamahu, 1992, Struktur Atom, Struktur Molekul dan Sistim
Periodik. PT Citra Aditya Bakti, Bandung.
4) Santoso, T., Grafit dan Intan, http://www.teguhsantoso.net/2011/08/grafit-dan-
berlian.html,diakses 8 Desember 2014.
3.3 ZAT PADAT
Telah dipelajari model ikatan sederhana, gaya elektrostatika untuk
senyawa-senyawa ion, bermacam-macam teori ikatan kovalen, sifat ionik dan kovalen
dan banyak lagi yang dapat menerangkan sifat-sifat kimia dan fisika dari
senyawa-senyawa penting dari kimia anorganik. Disamping itu beberapa faktor lain
seperti momen dipol dan gaya Van der Waalsyang mempengaruhi sifat-sifat tersebut
dan akan dibahas kemudian. Dalam bab ini dijelaskan contoh-contoh zat padat yang
saling berikatan dengan ikatan ion atau kovalen atau campuran kedua ikatan tersebut.
Kristal-kristal saling berikatan dengan gaya-gaya ionik, seperti MgO yang mempunyai
struktur mirip dengan NaCl (Gambar 3.9), dan juga kristal-kristal yang berikatan
dengan gaya-gaya kovalen murni, seperti intan (Gambar 3.10). kedua Kristal ini
memiliki sifat-sifat fisika yang hampir sama. Tipe-tipe kristal ionik dan kovalen inibersifat mekanik kuat, insulator keras dan memiliki titik leleh yang sangat tinggi (titik
leleh MgO = 2852oC, intan = 3550oC). Selain itu kedua kristal ini dapat larut dalam
banyak pelarut dengan permitivitas tinggi (air dapat melarutkan beberapa senyawa ion
dan ion-ionnya dapat menghantarkan listrik, sedang senyawa kovalen tidak melarut
dalam air, sehingga tidak dapat menghantarkan listrik). Dalam keadaan kristal,
senyawa ion tidak dapat menghantarkan listrik.
http://www.teguhsantoso.net/2011/08/grafit-dan-berlian.htmlhttp://www.teguhsantoso.net/2011/08/grafit-dan-berlian.htmlhttp://www.teguhsantoso.net/2011/08/grafit-dan-berlian.htmlhttp://www.teguhsantoso.net/2011/08/grafit-dan-berlian.html7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
55/206
48
Gambar 3.9Struktur MgO Gambar 3.10Struktur intan
3.3.1 Cacat Kristal (Defek)
Kristal diasumsikan mempunyai susunan atom-atom yang sempurna. Kristal
yang sempurna ini dalam interaksi kation-kation yang maksimal dan tolak menolak
kation-kation dan anion-anion yang minimal dan ini merupakan sumber gaya dorong
yang kuat. Hal inilah yang menyebabkan NaCl dalam keadaan gas terkondensasi
menjadi zat padat. Dalam keadaan kondensasi, harga entropi akan berkurang sehingga
lebih cenderung ke keadaan yang lebih teratur yaitu keadaan padat. Antagonis entalpi
entropi cenderung menitikberatkan besarnya entalpi karena energi kristal ditentukan
oleh entalpi tetapi kesetimbangannya tergantung faktor entropi. Faktor entropi
mempengaruhi kesetimbangan di dalam cacat kristal pada semua suhu di atas nol
absolut.
Tipe sederhana dari cacat kristal tersebut Cacat Schotkty-Wagner. Cacat
Schotkty adalah peristiwa pindahnya atom dari kisi atom-atom logam netral sehingga
terjadi kekesongan/lubang. Dalam Kristal ionik, jika terjadi lubang maka perubahan
muatan yang terjadi akan disetimbangkan dengan beberapa cara. Cara yang paling
sederhana dari hilangnya kation, disetimbangkan dengan Cacat Schotkty, demikian juga
jika terjadi kehilangan anion (Gambar 3.11)
Gambar 3.11Kesetimbangan dua defek schottky
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
56/206
49
Sebagai alternatif, berkurangnya/hilangnya ion dapat disetimbangkan dengan
ion-ion pengotor yang bermuatan lebih tinggi. Sebagai contoh, kristal AgCl
dimasukkan (doped) dengan sejumlah kecil kadmium klorida, ion Cd2+dapat dengan
mudah masuk ke dalam kisi AgCl karena jari-jari ion Ag+hampir sama dengan ion Cd2+
(r ion Ag+ = 81 pm, r ion Cd2+ = 92 pm). Ion positif yang mengisi lubang untuk
menyeimbangkan perubahan muatan yang terjadi (Gambar 3.12).
Gambar 3.12Defek Schottky dengan kation valensi tinggi
Hal ini dapat dijelaskan dengan konsep valensi control, yaitu perbedaan muatan
disetimbangkan dengan kation yang stabil. Kation-kation ini merupakan
senyawa-senyawa logam transisi yang memiliki macam-macam bilangan oksidasi.
Kesetimbangan muatan ini dicapai dengan menangkap atau melepaskan
elektron-elektron oleh logam transisi. Sebagai contoh, senyawa stokiometri NiO seperti
larutan air yang mengandung ion-ion Ni+2 yang berwarna hijau muda. Dengan
penambahan (doping) sedikit Li2O diinduksi oleh sedikit ion-ion M2+untuk melepaskan
elektron-elektron menjadi ion Ni+3sehingga kristal itu bermuatan netral. Sifat dari NiO
berubah, warnanya berubah dari hijau muda menjadi abu-abu gelap (hitam
keabu-abuan) dan kristal isolator ini sekarang berubah menjadi semi konduktor (gambar
3.13).
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
57/206
50
Gambar 3.13Valensi Kontrol (Ni+2 Ni+3) dengan penambahan ion Li+dalam NiO
Pengaruh-pengaruh yang agak mirip dapat terjadi dengan penjelasan
senyawa-senyawa non stoikiometri, seperti Cu2S tidak mempunyai perbandingan yang
tepat yaitu 2 : 1 seperti rumus molekulnya. Beberapa ion Cu+mungkin lepas/hilang jika
diganti dengan sejumlah ekivalen ion-ion Cu2+. Ketika kedua ion Cu+dan Cu2+stabil,
mungkin tercapai perbandingan yang ideal secara stoikiometri ke non stokiometri yaitu
Cu1,77S.
Jika lubang itu bukan lubang yang sebenarnya tetapi terisi dengan elektron yang
terjebak, cacat kristal seperti ini disebut pusat F. Sebagai contoh logam Na yang
ditambahkan ke dalam kristal NaCl, energi kristal menyebabkan logam Na terionisasi
menjadi Na+ dan e-. Elektron yang dilepaskan akan terjebak di dalam lubang yang
mungkin akan diisi dengan ion klorida (Gambar 3.14). Akibat electron yang terjebak
itu dapat mengabsorbsi cahaya dalam daerah tampak dan senyawa ini berwarna
(F =Farbe, Jerman = warna).
Gambar 3.14Pusat F
7/25/2019 Kimia Anorganik Fisik dan Material BOPTN.pdf
58/206
51
Jika muatan netral dicapai tidak dengan pindahnya ion secara total, dimana
anion dan kation yang pindah jumlahnya sama (tipe cacat kristal Schottky) tetapi
dengan pindahnya ion ke tempat interstisi yang dekat (sebagai cacat