Struktur Logam

Struktur Logam

Halaman ini menggambarkan struktur logam, dan hubungan antara struktur tersebut dengan sifat fisik dari suatu logam.

Struktur logam

Susunan atom-atom

Logam merupakan struktur raksasa dari atom-atom yang berikatan satu sama lain melalui ikatan logam. “Raksasa” menunjukkan jumlah yang sangat banyak tetapi jumlah atom yang terlibat sangat bervariasi – tergantung pada ukuran potongan logam.

Koordinasi 12

Kebanyakan logan adalah terjejal (close packed) – yakni, struktur tersebut memuat atom sebanyak mungkin pada volum yang tersedia. Setiap atom pada struktur mengalami 12 sentuhan dari atom tetangganya. Keadaan logam yang seperti ini digambarkan sebagai terkoordinasi 12.

Tiap atom memiliki 6 sentuhan dari atom yang lain pada tiap lapisan.

Dan juga tiga atom yang menyentuhnya pada lapisan diatasnya dan tiga atom yang lain pada lapisan dibawahnya.

Diagram yang kedua tersebut menunjukkan lapisan yang terletak di atas lapisan yang pertama. Lapisan tersebut akan saling berhubungan dengan lapisan dibagian bawahnya. (Keduanya tersusun dengan cara penempatan yang berbeda dengan lapisan yang ketiga pada struktur terjejal, tetapi hal ini dipelajari pada pembahasan tingkat dasar)

Koordinasi 8

Beberapa logam (khususnya yang terletak pada golongan 1 pada tabel periodik) terjejal kurang efektif, atom-atom logam tersebut hanya memiliki 8 sentuhan atom tetangganya. Inilah yang disebut dengan terkoordinasi 8.

Diagram sebelah kiri menunjukkan bahwa tidak ada atom yang saling bersentuhan satu sama lain pada satu lapisan yang sama. Atom-atom tersebut hanya tersentuh oleh atom pada lapisan di atas dan dibawahnya. Diagram sebelah kanan menunjukkan 8 atom (4 di atas dan 4 di bawah) yang menyentuh atom yang berwarna gelap).

Butiran kristal

Adalah sesuatu hal yang dapat menyesatkan jika mengira bahwa semua atom pada sepotong logam tersusun pada cara yang teratur. Tiap potong logam terdiri dari jumlah “butiran kristal”, yang sangat banyak, yang mana tiap butiran memiliki daerah yang seragam. Pada atom yang terletak pada batas butiran dapat memiliki struktur yang tidak lurus.

Sifat fisik logam

Titik leleh dan titik didih

Logam-logam cenderung memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi karena kekuatan ikatan logam. Kekuatan ikatan berbeda antara logam yang satu dengan logam yang lain tergantung pada jumlah elektron yang terdelokalisasi pada lautan elektron, dan pada susunan atom-atomnya.

Logam-logam golongan 1 seperti natrium dan kalium memiliki titik leleh dan titik didih yang relatif rendah karena tiap atomnya hanya memiliki satu elektron untuk dikontribusikan pada ikatan – tetapi ada hal lain yang menyababkan hal ini terjadi:

· Unsur-unsur golongan 1 juga tersusun dengan tidak efektif (terkoordinasi 8), karena itu tidak terbentuk ikatan yang banyak seperti kebanyakan logam.

· Unsur-unsur golongan 1 memiliki ukuran atom yang rekatif besar (berarti bahwa inti jauh dari elektron yang terdelokalisasi) yang juga menyebabkan lemahnya ikatan.

Daya hantar listrik

Logam menghantarkan listrik. Elektron yang terdelokalisasi bebas bergerak di seluruh bagian struktur tiga dimensi. Elektron-elektron tersebut dapat melintasi batas butiran kristal. Meskipun susunan logam dapat terganggu pada batas butiran kristal, selama atom saling bersentuhan satu sama lain, ikatan logam masih tetap ada.

Cairan logam juga menghantarkan arus listrik, hal ini menunjukkan bahwa meskipun atom logam bebas bergerak, elektron yang terdelokalisasi masih memiliki daya yang tersisa sampai logam mendidih.

Daya hantar panas

Logam adalah konduktor panas yang baik. Energi panas diteruskan oleh elektron sebagai akibat dari penambahan energi kinetik (hal ini memnyebabkan elektron bergerak lebih cepat). Energi panas ditransferkan melintasi logam yang diam melalui elektron yang bergerak.

Kekuatan dan kemampuan kerja

Sifat dapat ditempa dan sifat dapat diregang

Logam digambarkan sebagai sesuatu yang dapat ditempa (dapat dipipihkan menjadi bentuk lembaran) dan dapat diregang (dapat ditarik menjadi kawat). Hal ini karena kemampuan atom-atom logam untuk menggelimpang antara atom yang satu dengan atom yang lain menjadi posisi yang baru tanpa memutuskan ikatan logam.

Jika tekanan yang kecil dikenakan pada logam, lapisan atom akan mulai menggelimpang satu sama lain. Jika tekanan tersebut dilepaskan lagi, atom-atom tersebut akan kembali pada posisi asalnya. Pada kondisi seperti itu, logam dikatakan menjadi elastis.

Jika tekanan yang lebih besar dikenakan pada logam, atom-atom akan menggelimpang satu sama lain sampai pada posisi yang baru, dan logam berubah secara permanen.

Kekerasan logam

Penggelimpangan lapisan atom antara yang satu dengan yang lain ini dihalangi oleh batas butiran karena baris atom tidak tersusun sebagai mana mestinya. Hal ini mengakibatkan semakin banyak batas butiran (butiran-butiran kristal lebih kecil), menyebabkan logam lebih keras.

Untuk mengimbangi hal ini, karena batas butiran merupakan suatu daerah dimana atom-atom tidak berkaitan dengan baik satu sama lain, logam cenderung retak pada batas butiran. Kenaikan jumlah batas butiran tidak hanya membuat logam menjadi semakin kuat, tetapi juga membuat logam menjadi rapuh.

Pengontrolan ukuran butiran kristal

Jika kamu memiliki bagian logam yang murni, kamu dapat mengontrol ukuran butiran kristal melalui perlakuan panas atau melalui pengerjaan logam.

Pemanasan logam cenderung untuk mengocok atom-atom logam menjadi susunan yang lebih rapi – penurunan jumlah batas butiran, dan juga membuat logam lebih lunak. Pembantingan logam ketika logam tersebut mendingin cenderung untuk memhasilkan butirn yang kecil. Pendinginan membuat logam menjadi keras. Untuk memperbaiki kinerja ini, kamu dapat memanaskannya lagi.

Kamu juga dapat memutuskan susunan yang atom teratur melalui penyisipan atom yang memiliki ukuran sedikit berbeda pada struktur logam. Alloy seperti kuningan (campuran tembaga dan seng) lebih keras dibandingkan logam asalnya karena ketidakteraturan struktur membantu pencegahan barisan atom tergelincir satu sama lain.

Struktur Molekul

Halaman ini menggambarkan bagaimana sifat fisik suatu zat memiliki struktur molekul yang bervariasi dengan dayatarik antarmolekul – ikatan hidrogen dan gaya van der Waals.

Sifat fisik substansi molekuler

Molekul terdiri dari sejumlah atom yang bergabung melalui ikatan kovalen, dan atom tersebut berkisar dari jumlah yang sangat sedikit(dari atom tunggal, seperti gas mulia) sampai jumlah yang sangat banyak (seperti pada polimer, protein atau bahkan DNA).

Ikatan kovalen yang mengikat molekul secara bersamaan dengan sangat kuat, tetapi hal itu tidak berhubungan dengan sifat fisik suatu zat. Sifat fisik suatu zat ditentukan oleh gaya antarmolekul – gaya tarik antara suatu molekul dengan tetangganya – dayatarik van der Waals atau ikatan hidrogen.

Titik leleh dan titik didih

Substansi molekuler cenderung untuk menjadi gas, cairan atau padatan yang bertitik leleh rendah, karena gayatarik antar-molekul terhitung lemah. Anda tidak harus memutus ikatan kovalen yang ada untuk melelehkan atau mendidihkan sebuah zat molekuler.

Ukuran titik leleh dan titik didih akan tergantung pada kekuatan gaya antarmolekul. Kehadiran ikatan hidrogen akan meningkatkan titik leleh dan titik didih. Molekul yang berukuran lebih besar memungkinkan dayatarik van der Waals yang lebih besar pula – dan molekul tersebut akan lebih membutuhkan lebih banyak banyak energi untuk pemutusan ikatannya.

Kelautan dalam air

Kebanyakan substansi molekuler tidak larut dalam (atau hanya sangat sedikit larut) dalam air. Substansi molekuler yang dapat larut setelah bereaksi dengan air, atau yang lainnya dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air.

Kenapa metana, CH4, tidak larut dalam air?

Metana sendiri tidak masalah. Metana adalah suatu gas, dan karena itu molekulnya terpisah – air tidak dibutuhkan untuk mengambil sebagian metana dari bagian yang lain.

Masalahnya adalah ikatan hidrogen antara molekul air. Jika metana dilarutkan, metana memiliki gaya untuk menarik molekul air dan karena itu memutuskan ikatan hidrogen. Hal ini membutuhkan sejumlah energi.

Daya tarik yang memungkinkan antara molekul metana dan molekul air lebih lemah dibandingkan gaya van der Waals – dan tidak cukup energi yang dapat dilepaskan ketika gaya van der Waals terbentuk. Kemudahan ini tidak menguntungkan secara energetik untuk pencampuran metana dan air.

Kenapa amonia, NH3, larut dalam air?

Amonia memiliki kemampuan untuk membentuk ikatan hidrogen. Ketika ikatan hidrogen antara molekul air putus, ikatan tersebut dapat digantikan oleh ikatan yang setara antara molekul air dan molekul metana.

Sebagian amonia juga bereaksi dengan air untuk menghasilkan ion amonium dan ion hidroksida.

Panah dua arah menunjukkan bahwa reaksi tidak berkesudahan. Pada tiap waktu hanya sekitar 1% amonia yang dapat bereaksi untuk membentuk ion amonium. Kelarutan amonia terutama tergantung pada ikatan hidrogen dan bukan pada reaksi.

Kebanyakan substansi molekuler yang lain larut dengan bebas pada air karena substansi molekuler tersebut dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air termasuk etanol (alkohol) dan sukrosa (gula).

Kelarutan dalam pelarut organik

Substansi molekuler acapkali larut dalam pelarut organik – yang berbentuk molekul. Antara zat terlarut (zat yang larut) dan pelarut keduanya memiliki molekul-molekul yang tertarik satu sama lain melalui gaya van der Waals. Meskipun dayatarik tersebut akan diganggu ketika keduanya bercampur, dayatarik digantikan oleh dayatarik yang lain yang sama antara dua molekul yang berbeda.

Daya hantar listrik

Substansi molekuler tidak akan dapat menghantarkan listrik. Seperti pada kasus dimana elektron dapat terdelokalisasi pada molekul tertentu, tidak terdapat kontak yang cukup antar molekul untuk memperbolehkan elektron untuk bergerak di seluruh bagian cairan atau padatan.

Beberapa contoh tersendiri

Iodium, I2

Iodium merupakan padatan kristalin abu tua dengan uap ungu. Titik leleh: 114°C. B.Pt: 184°C. Iodium sedikit, sedikit larut dalam air, tetapi larut dengan sangat leluasa dalam pelarut organik.

Karena itu Iodium merupakan padatan bertitik leleh rendah. Kristalinitas memberikan susunan molekul yang teratur.

Strukturnya digambarkan sebagai kubus terpusat permukaan – ini adalah kubus molekul iodium dengan molekul yang lain berada pada pusat tiap muka.

Orientasi molekul iodium dengan struktur ini sungguh sulit untuk digambarkan (apalagi diingat!). Jika silabus pengajaran dan ujian akhir yang kamu ikuti mengharuskan untuk mengingatnya, perhatikan dengan hati-hati urutan diagram yang menunjukkan setiap lapisannya.

Dengan catatan bahwa seiring kamu melihatnya menurun pada kubus, semua molekul di sebelah kiri dan kanan bersekutu dengan cara yang sama. Satu molekul yang ditengah bersekutu dengan yang diseberangnya.

Semua diagram menunjukkan sudut pandang “mengambang” tentang kristal. Molekul iodium, tentu saja, saling bersentuhan satu sama lain. Pengukuran jarak antar atom pusat pada kristal menunjukan dua harga yang berbeda:

Atom-atom iodium pada tiap molekul tertarik berdekatan secara bersamaan melalui ikatan kovalen. Dayatarik van der Waals antara molekul-molekulnya lebih lemah, dan kamu dapat memikirkan atom pada dua molekul yang terpisah hanya saling menyentuh satu sama lain.

Es

Es adalah contoh yang baik padatan yang berikatan hidrogen.

Terdapat sedikit perbedaan sususun molekul air pada es. Ini adalah salah satunya, tetapi bukan yang biasanya – saya tidak dapat menggambarkannya dengan cara lain supaya dapat dimengerti! Satu-satunya yang berikut dikenal dengan “es kubik”, atau “es Ic”. Molekul air tersusun seperti pada struktur intan.

Ini hanya sebagian kecil dari sebuah struktur yang memiliki jumlah molekul yang sangat banyak dalam bentuk tiga dimensi. Pada diagram, garis menunjukkan ikatan hidrogen. Pasangan elektron mandiri yang mana atom hidrogen tertarik padanya disimpan di sebelah kiri untuk lebih jelas.

Es kubik hanya stabil pada suhu dibawah -80°C. Es yang biasa memiliki struktur yang berbeda, struktur heksagonal. Disebut dengan “es Ih”.

Kerapatan luar biasa yang merupakan sifat dari air

Gaya ikatan hidrogen yang terjadi pada es strukturnya lebih terbuka – jika kamu membuat modelnya, kamu akan menemukan sejumlah ruang kosong yang signifikan. Ketika es meleleh, struktur menjadi rusak dan molekul cenderung untuk menempati ruang kosong tersebut.

Hal ini berarti bahwa air yang terbentuk mengambil jarak yang sempit dibandingkan dengan jarak es semula. Dalam hal ini es merupakan padatan yang luar biasa – kebanyakan padatan menunjukkan kenaikan volum pada saat pelelehan.

Ketika air membeku, terjadi kebaliknya – terjadi ekspansi sebagai pembentukan ikatan hidrogen. Kebanyakan dari cairan saling kontak ketika terjadi proses pembekuan.

Sisa ikatan hidrogen yang kaku tetap ada pada cairan air yang sangat dingin, dan tidak menghilang sampai suhu 4°C. Kerapatan air meningkat dari 0°C sampai 4°C sebagai akibat dari molekul terbebas dari struktur terbuka dan mengambil ruangan yang kosong. Setelah 4°C, pergerakan termal dari molekul menyebabkan molekul tersebut untuk bergerak menjauh dan kerapatannya menjadi turun. Hal tersebut adalah sifat normal yang terjadi pada cairan selama dipanaskan.

Polimer

Ikatan pada polimer

PPolimer seperti poly(etena) – biasa disebut politena – berada pada bentuk molekul yang sangat panjang. Molekul Poli(etena) terbentuk melalui penggabungan molekul etena pada untai atom karbon yang berikatan secara kovalen dengan menarik hidrogen. Untai tersebut dapat becabang sepanjang rantai utama, juga mengandung untai karbon yang menarik hidrogen. Molekul tertarik satu sama lain pada padatan melalui gaya dispersi van der Waals.

Pengontrolan kondisi pada saat etena terpolimerisasi, memungkinkan untuk mengontrol jumlah cabang untuk menghasilkan dua tipe polietena yang berbeda.

Polietena dengan kerapatan tinggi

Polietena dengan kerapatan tinggi memiliki rantai yang tidak bercabang. Sedikit cabang mengakibatkan molekul untuk saling mendekat satu sama lain pada bentuk yang teratur seperti yang sering dijumpai ada bentuk kristalin.

Karena molekul berdekatan satu sama lain, gaya dispersi menjadi lebih efektif, dan karenanya plastik relatif lebih kuat dan memiliki titik leleh yang lebih tinggi dibanding polietena dengan kerapatan rendah.

Polietena dengan kerapatan tinggi digunakan untuk wadah barang-barang kimia rumah tangga seperti cairan pencuci, sebagai contoh, atau mangkok atau ember.

Polietena dengan kerapatan rendah

Polietena dengan kerapatan rendah memiliki cabang pendek di sepanjang untai. Cabang tersebut menghalangi untai tersesun dengan rapi dan rapat. Sebagai hasilnya gaya dispersi berkurang dan kekuatan plastik lebih lemah dan titik leleh lebih rendah. Kerapatannya lebih rendah, dan tentunya menyebabkan ruang yang kosong pada susunan strukturnya.

Polietena dengan kerapatan rendah digunakan untuk sesuatu seperti kantong plastik.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: