Oleh : Lia Nova Sari
makalah ini merupakan tugas matakuliah ikatan kimia semester 4 di Universitas Negeri Medan
IKATAN LOGAM
BAB I
PENDAHULUAN
Ikatan kimiapadaprinsipnyaberasaldariinteraksiantarelektron-elektron yang adapada orbit luar, atau orbit yang terisisebagianatau orbit bebasdalam atom lainya.Dalam interaksi antar atom logam, ikatan kimia dibentuk oleh gaya tarik menarik-menarik elektron oleh inti (nucleus) yang berbeda. Asalnya elektron milik satu atom yang ditarik oleh inti atom tetangganya yang bermuatan +, dan elektron ini disharing dengan gaya tarik yang sama oleh inti lain yang mengitarinya. Akibat jumlah elektron valensi yang rendah dan terdapat jumlah ruang kososng yang besar, maka e- memiliki banyak tempat untuk berpindah. Keadaan demikian menyebabkan e- dapat berpindah secara bebas antar kation-kation tersebut. Elektron ini disebut “delocalized electron” dan ikatannya juga disebut “delocalized bonding”. Elektron bebas dalam orbit ini bertindak sebagai perekat atau lem. Kation yang tinggal berdekatan satu sama lain saling tarik menarik dengan elektron sebagai semennya.
Teori awan elektron yang dikemukakan oleh Drude dan Lorentz pada awal abadke-20
Menurut teori ini di dalam kristal logam, setiap atom melepaskan elektron valensinya sehingga membentuk awan elektron dan kation yang bermuatan positif dan tersusun rapat dalam awan elektron tersebut. Ion logam yang bermuatan positif tersebut terdapat pada jarak tertentu satu sama lain dalam kristalnya. Karena elektron valensi tidak terikat pada salah satu ion logam atau pasangan ion logam, tapi terdelokalisasi terhadap semua ion logam, maka elektron valensi tersebut bebas bergerak ke seluruh bagian dari kristal logam, sama halnya dengan molekul-molekul gas yang dapat bergerak dengan bebas dalam ruangan tertentu.
Jadi menurut teori ini, kristal logam terdiri dari kumpulan ion logam bermuatan positif di dalam larutan elektron yang mudah bergerak. Ikatan logam terdapat antara ion logam positif dan elektron yang mudah bergerak tersebut. Teori awan elektron juga disebut teori elektron bebas, teori larutan elektron atau fluida elektron secara kualitatif dapat menjelaskan berbagai sifat fisika dari logam, seperti sifat mengkilap, dapat menghantarkan listrik dan panas, dapat ditempa, dibengkokkan dan ditarik.
BAB II
1. DEFENISI IKATAN LOGAM
Ikatan logam adalah ikatan antaratom dalam suatu unsur logam dengan menggunakan interaksi antar elektron valensi. Unsur logam memepunyai kecendrungan untuk menjadi ion positifkarena energi potensial ionisasi yang rendah dan mempunyai elektron valensi kecil. Ketika atom-atom logam yang bermuatan ini saling berdekatan, kemudian elektron valensinya akan terdelokalisasi membentuk ”lautan elektron” disekitar ion-ion positif. Lautan elektron ini akan bertindak sebagai perekat atom-atom logam. Hal ini mengakibatkan lautan elektron dalam atom-atom logam bebas bergerak dari atom satu keatom yang lain untuk membentuk suatu ikatan yang disebut ikatan logam. Kenyataan ini dapat menjelaskan alasan logam sebagai penghantar listrik yang baik. Kekuatan ikatan logam bergantung pada banyaknya elektron valensi yang terdapat pada atom logam tersebut.
Pengertian ikatan logam adalah Suatu jenis ikatan atom yang terjadi ketika atom "berbagi" elektron yang mengambang tentang di awan elektron umum. Logam disatukan oleh ikatan logam. Pada ikatan kovalen, elektron-elektron ikatan seolah-olah menjadi milik sepasang atom, sehingga tidak dapat bergerak bebas. Pada logam, elektron-elektron yang menyebabkan terjadinya ikatan di antara atom-atom logam tidak hanya menjadi milik sepasang atom saja, tetapi menjadi milik semua atom logam, sehingga elektron-elektron dapat bergerak bebas. Karena itulah maka logam-logam dapat menghantarkan arus listrik.
Unsur logam memiliki sedikit elektron valensi, sehinggga kulit terluar unsur logam relatif longgar (terdapat banyak ruang kosong). Keadaan seperti itu memungkinkan elektron valensi logam dapat berpindah dari satu atom keatom lain. Mobilitas elektron dalam logam semakin bebas, sehingga electron valensi logam mengalami delokalisasi, yaitu suatu keadaan dimana elektron valensi tersebuttidak tetap posisinya pada suatu atom, tetapi senantiasa berpindah-pindah dari satu atom keatom lain. Elektron-elektron valensi tersebut berbaur sehingga menyerupai awan atau lautan yang membungkus ion-ion positif logam didalamnya. Jadi, struktur logam dapat dibayangkan sebagai ion-ion positif yang dibungkus oleh awan atau lautan atau elektron valensi. Seperti gambar berikut :
Adapun ciri-ciri ikatan logam adalah sebagai berikut :
vAtom-atom logam dapat diibaratkan seperti bola pingpong yang terjejal rapat satu sama lain.
vAtom logam mempunyai sedikit elektron valensi, sehingga sangat mudah untuk dilepaskan dan membentuk ion positif.
vMaka dari itu kulit terluar atom logam relatif longgar (terdapat banyak tempat kosong) sehingga elektron dapat berpindah dari 1 atom ke atom lain.
vMobilitas elektron dalam logam sedemikian bebas, sehingga elektron valensi logam mengalami delokalisasi yaitu suatu keadaan dimana elektron valensi tersebut tidak tetap posisinya pada 1 atom, tetapi senantiasa berpindah-pindah dari 1 atom ke atom lain.
vElektron-elektron valensi tersebut berbaur membentuk awan elektron yang menyelimuti ion-ion positif logam.
vStruktur logam seperti gambar di atas, dapat menjelaskan sifat-sifat khas logam yaitu :
1).Berupa zat padat pada suhu kamar, akibat adanya gaya tarik-menarik yang cukup kuat antara elektron valensi (dalam awan elektron) dengan ion positif logam.
2).Dapat ditempa (tidak rapuh), dapat dibengkokkan dan dapat direntangkan menjadi kawat. Hal ini akibat kuatnya ikatan logam sehingga atom-atom logam hanya bergeser sedangkan ikatannya tidak terputus.
3).Penghantar / konduktor listrik yang baik, akibat adanya elektron valensi yang dapat bergerak bebas dan berpindah-pindah. Hal ini terjadi karena sebenarnya aliran listrik merupakan aliran elektron.
2. klasifikasi dan contoh ikatan logam
Logam cenderung memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi sehingga memberikan kesan kuatnya ikatan yang terjadi antara atom-atomnya. Secara rata-rata logam seperti natrium (titik leleh 97.8°C) meleleh pada suhu yang sangat jauh lebih tinggi dibanding unsur (neon) yang mendahuluinya pada tabel periodik.
Ikatan logam pada natrium
Natrium memiliki struktur elektronik 1s22s22p63s1. Ketika atom-atom natrium datang secara bersamaan, elektron pada orbital atom 2s dari satu atom natrium membagi ruang dengan elektron yang bersesuaian pada atom tetangganya untuk membentuk sebuah orbital molekulkebanyakan sama atau serupa dengan cara pembentukan ikatan kovalen.
Adapun perbedaannya pada tiap atom natrium tersentuh oleh delapan atom natrium yang lainnyadan terjadi pembagian (sharing) antara atom tengah dan orbital 3s di semua delapan atom yang lain. Dan tiap atom yang delapan ini disentuh oleh delapan atom natrium, yang kesemuanya disentuh oleh delapan atom natrium, terus dan terus sampai diperoleh seluruh atom dalam bongkahan natrium.
Semua orbital 3s dalam semua atom saling tumpang tindih untuk memberikan orbital molekul dalam jumlah yang sangat banyak yang memeperluas keseluruhan tiap bagian logam. Terdapat jumlah orbital molekul yang sangat banyak, tentunya, karena tiap orbital hanya dapat menarik dua elektron.
Elektron dapat bergerak dengan leluasa diantara orbital-orbital molekul tersebut, dan karena itu tiap elektron manjdi terlepas dari atom induknya. Elektron tersebut disebut terdelokalisasi. Logam terikat bersamaan melalui kekuatan daya tarik yang kuat antara inti positif dengan elektron yang terdelokalisasi.
Hal ini kadang-kadang dilukiskan sebagai "susunan inti positif di lautan elektron". dimana logam merupakan atom.Setiap pusat positif pada diagram menggambarkan sisa atom yang terlepas dari elektron terluar, tetapi elektron tersebut tidak menghilang, ini mungkin tidak termasuk tambahan pada atom yang istimewa, tetapi pusat positif tetap berada dalam struktur. Oleh karena itu logam natrium ditulis dengan Na – bukan Na+.
Ikatan logam pada magnesium
Pada magnesium, akanikatan yang terlihat lebih kuat dan tentunya titik leleh yang lebih tinggi. Magnesium memiliki struktur elektronik terluar 3s2. Diantara elektron-elektronnya terjadi delokalisasi, karena itu "lautan" yang ada memiliki kerapatan dua kali lipat dari pada yang terdapat pada natrium. Sisa "ion" juga memiliki muatan dua kali lipat (jika kamu menggunakan tinjauan ikatan logam) dan tentunya akan terjadi daya tarik yang lebih banyak antara "ion" dan "lautan".
Lebih realistis, tiap atom magnesium memiliki satu proton lebih banyak pada intinya dibandingkan yang dimiliki oleh natrium, dan karena itu tidak hanya akan terdapat jumlah elektron yang terdelokalisasi tetapi juga akan terjadi lebih banyak daya tarik yang terjadi diantaranya. Atom-atom magnesium memiliki jari-jari yang sedikit lebih kecil dibandingkan atom-atom natrium dan karena itu elektron yang terdelokalisasi lebih dekat ke inti. Tiap atom magnesium juga memiliki 12 atom terdekat dibandingkan delapan yang dimiliki natrium. Faktor-faktor inilah yang meningkatkan kekuatan ikatan secara lebih lanjut.
Ikatan logam pada unsur-unsur transisi
Logam transisi cenderung memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi. Alasannya adalah logam transisi dapat melibatkan elektron 3d yang ada dalam kondisi delokalisasi seperti elektron pada 4s. Lebih banyak elektron yang dapat dilibatkan, kecenderungan daya tarik yang lebih kuat yang akan peroleh.
Ikatan logam pada leburan logam
Pada leburan logam, ikatan logam tetap ada, meskipun susunan strukturnya telah rusak. Ikatan logam tidak sepernuhnya putus sampai logam mendidih. Hal ini berarti bahwa titik didih merupakan penunjuk kekuatan ikatan logam dibandingkan dengan titik leleh. Pada saat meleleh, ikatan menjadi longgar tetapi tidak putus.
3. Bukti eksperimen dari adanya ikatan logam
Drude dan Lorentz mengemukakan model, bahwa logam sebagai suatu kristal terdiri dari ion-ion positif logam dalam bentuk bola-bola keras dan sejumlah elektron yang bergerak bebas dalam ruang antara. Elektron-elektron valensi logam tidak terikat erat (karena energi ionisasinya rendah), sehingga relatif bebas bergerak. Hal ini dapat dimengerti mengapa logam bersifat sebagai penghantar panas dan listrik yang baik, dan juga mengkilat. Gambar 1 berikut mengilustrasikan suatu model logam dengan elektron-elektron membentuk suatu “lautan” muatan negatif.
Gambar 1. Struktur Logam menurut Teori "Lautan Elektron"
Model lautan elektron ini sesuai dengan sifat-sifat logam, seperti: dapat ditempa menjadi lempengan tipis, ulet karena dapat direntang menjadi kawat, memiliki titik leleh dan kerapatan yang tinggi. Logam dapat dimampatkan dan direntangkan tanpa patah, karena atom-atom dalam struktur kristal harus berkedudukan sedemikian rupa sehingga atom-atom yang bergeser akan tetap pada kedudukan yang sama. Hal ini disebabkan mobilitas lautan elektron di antara ion-ion positif merupakan penyangga (Gambar 1).
Keadaan yang demikian ini berbeda dengan kristal ionik. Dalam kristal ionik, misalnya NaCl, gaya pengikatnya adalah gaya tarik menarik antar ion-ion yang muatannya berlawanan dengan elektron valensi yang menempati kedudukan tertentu di sekitar inti atom. Bila kristal ionik ini ditekan, maka akan terjadi keretakan atau pecah. Hal ini disebabkan adanya pergeseran ion positif dan negatif sedemikian rupa sehingga ion positif berdekatan dengan ion positif dan ion negatif dengan ion negatif, keadaan yang demikian ini mengakibatkan terjadi tolak-menolak sehingga kristal ionik. menjadi retak (gambar 2)
Gambar 2. Adanya Tekanan terhadap kristal ionik
4. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KEKUATAN IKATAN LOGAM DANPENGARUH IKATAN LOGAM TERHADAP SIFAT FISIK LOGAM
Drude Lorentz mengemukakan dalam teorinya pada awal abad ke-20 yaitu teori awan elektron, Menurut teori ini di dalam kristal logam, setiap atom melepaskan elektron valensinya sehingga membentuk awan elektron dan kation yang bermuatan positif dan tersusun rapat dalam awan elektron tersebut. Ion logam yang bermuatan positif tersebut terdapat pada jarak terttentu satu sama lain dalam kristalnya. Karena elektron valensi tidak terikat pada salah satu ion logam atau pasangan ion logam, tapi terdelokalisasi terhadap semua ion logam, maka elektron valensi tersebut bebas bergerak ke seluruh bagian dari kristal logam, sama halnya dengan molekul-molekul gas yang dapat bergerak dengan bebas dalam ruangan tertentu.
Sehingga dapat disimpulkan, kristal logam terdiri dari kumpulan ion logam bermuatan positif di dalam larutan elektron yang mudah bergerak. Ikatan logam terdapat antara ion logam positif dan elektron yang mudah bergerak tersebut. Teori awan elektron juga disebut teori elektron bebas, teori larutan elektron atau fluida elektron secara kualitatif dapat menjelaskan berbagai sifat fisika dari logam, seperti sifat mengkilap, dapat menghantarkan listrik dan panas, dapat ditempa, dibengkokkan dan ditarik.
vSifat mengkilap
Bila cahaya tampak jatuh pada permukaan logam, sebagian elektron valensi yang mudah bergerak tersebut akan tereksitasi. Ketika elektron yang tereksitasi tersebut kembali kepada keadaan dasarnya, maka energi cahaya dengan panjang gelombang tertentu (di daerah cahaya tampak) akan dipancarkan kembali. Peristiwa ini dapat menimbulkan sifat kilap yang khas untuk logam.
vDaya hantar listrik
Pada logam, daya hantar listrik disebabkan karena adanya elektron valensi yang mudah bergerak. elektron-elektron valensi tersebut bebas bergerak dalam medan listrik yang ditimbulkan sumber arus sehingga listrik dapat mengalir melalui logam. Logam merupakan konduktor listrik dan kalor yang baik, karena adanya arus elektron, maka bila sebuah batang logam kita pegang ujungnya, ujung yang lain dikenakan api, maka rambatan kalornya cepat sekali, begitu pula bila ujung yang lain terkena arus listrik.
vDaya hantar panas
Sama halnya dengan daya hantar listrik, daya hantar panas juga disebabkan adanya elektron yang dapat bergerakan dengan bebas. Bila bagian tertentu dipanaskan, maka elektron-elektron pada begian logam tersebut akan menerima sejumlah energi sehingga energi kinetisnya bertambah dan gerakannya makin cepat. Elektron-elektron yang bergerak dengan cepat tersebut menyerahkan sebagian energi kinetisya kepada elektron lain sehingga seluruh bagian logam menjadi panas dan naik suhunya.
vDapat ditempa, dibengkokkan dan ditarik
Karena elektron valensi mudah bergerak dalam kristal logam, maka elektron-elektron tersebut mengelilingi ion logam yang bermuatan positif secara simetri, karena gaya tarik antara ion logam dan elektron valensi sama kesegala arah. Ikatan dalam kisi kristal logam tidak seperti pada ikatan dalam senyawa kovalen, sebab dalam kisi kristal logam tidak terdapat ikatan yang terlokalisasi.
Karena gaya tarik setiap ion logam yang bermuatan positif terhadap elektron valensi sama besarnya, maka suatu lapisan ion logam yang bermuatan positif dalam kisi kristal mudah bergeser. Bila sebuah ikatan logam putus, maka segera terbentuk ikatan logam baru. karena itu logam dapat ditempa menjadi sebuah lempeng yang sangat tipis dan ditarik menjadi kawat yang halus dan dibengkokkan. Karena adanya ikatan logam itulah maka logam dapat ditempa. Arus elektronnya yang mempertahankan agar ion positif logam tetap terikat menyatu oleh kisi kristal.
BAB III
KESIMPULAN
Berdasarkan teori yang telah dikemukakan oleh beberapa ahli mengenai ikatan logam dapat diambil kesimpulan yaitu :
vIkatan logam adalah ikatan antaratom dalam suatu unsur logam dengan menggunakan interaksi antar elektron valensi.
vKetika atom-atom logam yang bermuatan saling berdekatan, kemudian elektron valensinya akan terdelokalisasi membentuk ”lautan elektron” disekitar ion-ion positif. Lautan elektron ini akan bertindak sebagai perekat atom-atom logam. Sehingga mengakibatkan lautan elektron dalam atom-atom logam bebas bergerak dari atom satu keatom yang lain untuk membentuk suatu ikatan yang disebut ikatan logam. Oleh karena itulah logam dikatakan sebagai penghantar listrik yang baik.
vKekuatan ikatan logam bergantung pada banyaknya elektron valensi yang terdapat pada atom logam tersebut.
vTeori awan elektron juga disebut teori elektron bebas, teori larutan elektron atau fluida elektron secara kualitatif dapat menjelaskan berbagai sifat fisika dari logam, seperti sifat mengkilap, dapat menghantarkan listrik dan panas, dapat ditempa, dibengkokkan dan ditarik.
Daftar pustaka
http://www.chem-is try.org/materi_kimia/struktur_atom_dan_ikatan/ikatan_kimia/ikatan_logam/
http://www.blogpribadi.com/2009/07/ikatan-logam-dan-sifat-sifatnya.html
http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2008/MULYANI%20DWI%20M%20(0606421)/ikatanlogam.html
http://free.vlsm.org/v12/sponsor/Sponsor-Pendamping/Praweda/Kimia/0235a%20Kim%202-12e.htm
http://id.wikipedia.org/wiki/Ikatan_kimia