PERUBAHAN KEADAAN: ( CAIRAN DAN ZAT
PADAT )
oleh: Ighnatul mawaddah , Irnani syarifa (mahasiswa tadris kimia 2010 IAIN semarang)
Perubahan
keadaan seringkali dijumpai dalam reaksi kimia. Kadang –kadang suatu zat yang
mula-mula dihasilkan dalam keadaan gas dengan cepat mengembun menjadi bentuk
cair. Perubahan energi yang menyertai suatu reaksi kimia bergantung pada
keadaan perekasi dan hasil reaksi. Meskipun reaksi dapat berlangsung dalam
keadaan gas dan zat padat , namun kebanyakan reaksi kimia berlangsung dalam
keadaan cair. Baik reaksi-reaksi yang direncanakan untuk dilakukan di
laboratorium atau dalam industri, maupun reaksi secara alamiah, biasanya
berlangsung dalam fase cair. Mayoritas reaksi yang pentinguntuk tumbuhan dan
hewan berlangsung dalam cairan yang lazim , yakni air.
Molekul
dalam cairan lebih banyak bergerak dari pada dalam zat padat, tetapi dalam
kedua media ini, gerakan itu jauh lebih terbatas dan lebih lambat dari pada
gerakan molekul dalam gas. Perubahan dalam tekanan dan temperatur memang
mempunyai sedikit efek pada volume suatu cairan atau zat padat, namun perubahan
itu sangat kecildibandingkan dengan volume gas. Memang pengaruh takanan itu
begitu kecil, sehingga cairan dan padat dikatakan” tak termampatkan” oleh
tekanan sampai beberapa ratus atmosfer.
Karakteristik Umum dari Perubahan
Keadaan
Untuk
banyak zat, perubahan zat padat—cairan—gas tidak melibatkan perubahan sifat
dasar (dari) molekul- molekul yang ada. Misalnya, dalam brom padat,molekul Br2
saling bertarikan dengan agak efektif, dalam keadaan cair, molekul Br2
dengan bebas bergerak melewati molekul lain. Dan dalam keadaan gas, molekul Br2
berupa partikel yang terpisah jauh satu sama lain, yang melenting kian kemari
dengan kecepatan tinggi dan arah acak. Gambaran ini umumnya dapat diterapkan
pada zat-zat kovalen, meskipun terdapat banyak keruwetan. Misalnya dalam hal
Alumunium bromida, bentuk molekul yang mula-mula lepas sebagai gas ialah Al2Br6.
Pada temperatur yang lebih tinggi,
molekul ini pecah menjadi dua molekul AlBr3 .
Pada temperatur yang sangat tinggi, zat padat
ion dan logam memang terurai untuk membentuk molekul yang sederhana, tetapi ini
merupakan keadaan yang sangat tidak lazim untuk zat-zat semacam itu. Untuk
senyawa ion dan logam, bentuk molekul
yang ada dalam keadaan gas tidak terspat dalam fase – fase mampat. Misalnya ,
bila cukup dipanasi agar menjadi gas, Natrium klorida membentuk molekul
sederhana seperti Na2Cl2 atau NaCl. Tetapi dalam zat
padat NaCl, sebuah ion tertarik sama kuat ke semua tetangga terdekatnya yang
muatannya berlawanan, dengan tak terbentuknya struktur- struktur molekul. Srupa
pula dalam bentuk gas, molekul logam dapat terdiri dari atom-atom tunggal,
ataupun beberapa atom yang saling terikat. Tetapi dalam logam padat, tak
terdapat molekul ynag terpastikan.
Meskipun
dapat terjadi perubahan dalmikatan dan perubahan dalam molekul, bila terjadi
perubahan keadaa , lazimnya suatu perubahan suatu keadaan dirujuk sebagai suatu
perubahan fisika, bukan perubahan kimia.
Gambar 1 meringkaskan pelbagai perubahan
keadaan dan nama proses itu.
Gas
Deposisi penguapan
Sublimasi
pengembunan
pelelehan
zat pada pemadatan cair
Terdapat
dua konsep dasar yang harus diingat untuk memulai mempelajari banyaknya energy
yang dilibatkan dalam pelbagai perubahan itu. Pertanma , banyaknya enrgi yang
dibutuhkan untuk suatu perubahan endoterm sama dengan energy yang
dibebaskan dalam perubahan eksoterm kebalikannya. Misalnya :
endo-
padat cair
exo
Azas
fundamental ini sama dengan azas yang berlaku untuk raksi kimia. Energy total
untuk suatu perubahan dari kondisi satu ke kondisi dua, yang keduanya tertentu,
akan tetap sama, tak peduli jalan yang
ditempuh untuknmencapai perubahan ini. Sebagai contoh, perhatikan perubahan 1
gram es pada -20C menjadi 1 gram uap
air pada 150 C. Energi total yang
diperlukan akan tetap sama, apakah e situ di sublimasi langsung menjadi uap air
dan kemudian uap itiu dipanasi untuk mencapai temperature akhir, ataukah ea
situ dipanasi sehingga melumer menjadi air, kemudian air di panasi agar menguap
menjadi kukus, yang di panasi untuk mencapai temperature akhir.
Secara tak resmi titk leleh dikatakn
sebagai tempratur pada mana suatu zat padat berubah menjadi suatu cairan, dan
titik didih ialah temperature pada mana suatu cairan menggelegak secara taat
azas ketika berubah menjadi gas. Pada tekanan yang berlainan, temperatur
pelelehan dan pendidihan suatu zat akan berlainan pula. Temperature utuk
perubahan suatu zat yang berdsentuhan dengan udara pada 1 atn dirujuk sebagai titik
leleh ataupun titik didih.
1.Kapasitas
panas
Kapasias
panas yaitu banyaknya kalor yang
diperlukan zait itu , degan bobot tertentu, untuk menaikkan tenperatur sebanyak
1C . Makin tinggi bobot
sutua zat maka makin besar kapasitas panasnya. Jika zat itu tepat 1 gram , maka
kuantitas energy panas itu disebut kapasitas panas per gram. Misalnya,
kalor jenis ( kapasitas panas per gram) es ialah 2,00 J/(g.C). banyaknya kalot
yang diperlukanuntuk mengubah temperature 1 mol sutu zat setinggi 1 C disebut kapasitas panas molar. Kapasitas
panas molar es adalah:
2,00 J/(gC) (8.0 g/ mol) = 36.0
J/ ( mol. C)
2.
Kalor Pelelehan
Jika
1,00 mol es pada -10,0 C dipanasi dengan hati-hati , maka untuk
menaikkan temperature menjadi 0C, akan dibutuhkan alor
sebanyak
(1,00
mol) ( 10,0 C) ( 136,0 J/ mol .C)= 360 J
Jika
itambahkan lebih banyak kalor, maka akan milai mencair, tetapi temperature
tidak berbah. Memeng 6010 J atau 6,01 kJ, diperlukan untuk mengubah 1 mol es
pada 0C. energy panas ini
digunakan untuk melawan sebagian gaya terik antar moleul. Banyaknya kalor yang
diperlikan untuk mengubah 1 mol zat pada t pada titik lelehnya menjadi cairan
pada temperature yang sama disebut kalor pelelehan molar. Kalor pelelehan molar sejumlah zat dipaparkan
dalam table berikut:
Tabel kalor dan pengupan molar
Zat
|
Kalor
pelelehan molar
kJ/
mol
|
Kalor
penguapan molar
kJ/
mol
|
Ammonia
|
5.67
|
23.26
|
Benzene
|
9.84
|
30.82
|
Brom
|
10,54
|
30.0
|
Karbondioksida
|
7.96
|
16.23
|
Hidrogen
|
0.12
|
0.904
|
Hydrogen
klorida
|
2.11
|
16.15
|
Merkurium
|
2.30
|
59.15
|
Oksigen
|
0.44
|
6.82
|
Air
|
6,01
|
40.66
|
Banyaknya energy panas yang dibebaskan bila
satu mol suatu zat memadat, disebut kalor pembekuan molar, yang besarnya sama
denga banyaknya kalor yang dibubuhkan bila satu mol zat padat meleleh.
Misalnya, 6,01 kJ dibebaskan ke sekitarnya bia 1 mol air membeku.
3.
Kalor Penguapan
Bila
1 mol air pada 100 C menguap, 40660 J, atau 40,66 kJ kalor harus
di tambahkan kepada air ini agar berubah menjadi 1 mol kukus. Tepat sama
seperti kasus pembekuan ( pelelehan), temperature tidak naik selama penguapan.
Energy panas sebanyak 4066 jJ digunakan untuk melewan gaya- gaya tarik sehingga
molekul- molekul air dapat melepaskan diri satu dari yang lain sebagai molekul
gas (kukus). Banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 1mol zat cair
menjadi gas pada temperature yang sama disebut kalor penguapan molar.
Kalor penguapa biasanya ditetapkan pada
titik didih normal suatu zat, kecuali bila dinyatakan lain.
Banyaknya
energy panas yang dibebaskan bila satu mol suatu zat mengembun, yang aisebut kalor
pengembunan molar, sama dengan kalor yang diperlukan bila 1mol zat (cair)
menguap. Misalnya, dibebaskan 40,66 kJ ke sekitarnya, bila 1 mol kukus
mengembun pada 100C.
Contoh:
Hitunglah
banyaknya kalor yang diperlikan untuk mengubah 0,0 g brom padat pada -7C menjadi uap pada 59,0
C.
Jawaban.
Dalam 10,0 g Brom , Br2 , terdapat
10,0
g X 1mol/ 159,8 g = 0,0626 mol
Untuk
melelehkan brom: ( 10,54 kJ/mol) ( 0.06262mol) = 0,660
Untuk
memanaskan brom darin7,0 kepadakalor total 59,0C :
[(0,0757
kJ/ mol.C) ( 0,0626C) = 0,313 kJ
Untuk
menguapkan brom :
(30,0
kJ/ mol) (0,0626 mol) = 1,88 kJ
Kalor
total yang diperlukan
0,660
kJ + 0,313 kJ + 1,88 kJ = 2,85 kJ
4. Perubahan Temperatur dan Perubahan Tekanan
Menurut
teori molekul kinetic, dengan ditambahkan energy kalor ke suatu zat, energy itu
digunakan untuk mengalahkan gaya- gaya tarik yang mengikat partikel-partikel .
Makin tinggi temperturnya, makin besar energy partikel- partikel- partikel.
Pada titik-titik perubahan keadaan , banyak energy terlibat meskipun
temperature tetap konstan. Juga, jika perubahan keadaan disertai dengan
penambahan volume, diperlikan energy untuk mendorong udara.
5.
Gaya Tarik dan perubahan Keadaan
Gaya
tarik yang mempengaruhi pelelehandan penguapan sangat beraneka ragam untuk
kelompok zat yang berlainan. Tiga pengelompokkan besar zat adalah kovalen, ion
dan logam. Kebanyakn zat kovalen terdirir dari molekul- molekul yang saling
bertarikan dengan gaya yang agak lemah. Ion-ion dalam zat ion dan atom dalam
logam biasanya saling bertarikan dengan gaya yang kuat.
Karena
perbedaan-perbedaan keadaan ini, zat kovalen yang memebentuk molekul- molekul
tertentu cenderung memiliki titik leleh dan titik didih rendah. Senyawa ion
memiliki titik leleh dan titik didih tinggi jangka temperature untuk logam
serupa dengan untuk senyawa ion, meskipun terdapat sejumlah kekecualian,
seperti merkurium, gallium, dan logam-logam grup 1 A table berkala, yang mudah
dilelehkan.
Sampai
bebrapa ratus derajat diatas temperature kamar, kebanyakan senyawa ion dan
logam berbentuj zat padat. Dekat tempertur kamar, senyawa kovalen berbentuk
padat, cair ataupun gas, bergantung pada kuat gaya antar molekul. Semua zat
cair di dekat tempertur kamar adalah senyawa kovalen, misalnya air, alcohol-
alcohol, dan hasil-hasil minyak bumi.
Keadaan Cair
1. Gaya
Tarik Antar Molekul
Dalam membahas gatya antar molekul dalam bab ini, kebanyakan
perhatian di batasi pada gaya tarik menarik antara dua molekul atau lebih dari
suatu zat murni. Namun, molekul-molekul zat yang berlainan juga saling tarik
menarik.
Bila sutu zat kovalen cair menguap, molekul melepaskanndiri dari
tetangganya. Gaya tarik lemah antara molekul dikalahkan, tetapi ikatan kovalen
yang kuat yang mengikat atom-atom dala molekul itu tidak terpatahkan. Dalam
seksi ini akan diperhatikan tiga macam gaya tarik menarik antar molekul. Dua
diantanranya bersama-sama disebut gaya tarik van der waals. Gaya tarik
yang lemah disebabkan oleh dipole imbasa sekejap, yang terjadi antara semua
molekul, bahkan juga molekul yang tak polar sekalipun, gaya tarik van der waals
yang kuat, yang disebut gaya tarik dipole-dpipol , terjadi antara molekul yang memiliki momen dipole permanen.
Gaya tarik ketiga dari gaya van der waals. Gaya ini terjadi hanya antara
molekul tertentu dan disebut ikatan hydrogen.
·
Dipole imbasan sekejap
Terdapat tarikan antara electron satu molekul dan inti- inti
molekul-molekul yang lain, yang dapat di bayangkan sebagai akibat menggesernya
posisi atau getaran electron dan inti- inti itu. Suatu getaran dalam sebuah
molekul mengimbas ( menginduksi) suatu getaran elaktron- electron suatu molekul
tetangga. Bila banyak molekul erkumpul bersama- sama, seperti dalam keadaan
cair, geseran-geseran ini disinkronkan, sehingga terdapat suatu tarikan netto
antara banyak molekul bertetangga , dipole-dipol imbasan dikatakan bersifat
sekejap, karena getaran itu milyaran kali dalam satu detik. Pada kejap
berikutnya dipl hilang, atau mungkin malahan arah polaritas telah dibalik.
Tarikan
lemah yang disebabkan oleh dipole-dipol imbasan sekejap, pertama kali diuraikan
dalm tahun 1930-an oleh seorang ahli fisika Jerman Fritz London, sehingga
disebut gaya-gaya London. Gaya London inilah yang menyebabkan adanya tarikan
antara molekul-molekul senyawaan non-polar. Molekul-molekul besar lebih efektif
ditarik satu sama lain dari pada molekul-molekul kecil. Dapatlah metana, CH4
, di bandingkan dengan propane. CH3CH2CH3
Dua
molekul propane saling menarik dengan lebih kuat dari pada dua molekul metana.
Molekul dengan distribusi electron yang besar dan baur lebuh kuat saling menarik,
dari pada molekul-molekul yang electronnya lebih kuat terikat.
Zat yang molekulnya bertarikan hanya berdasarkan gaya London,
mempunyai titik didih dan titk leleh yang rendah, dibandingkan dengan zt lain
yang bobot molekulnya kira-kir sama. Jika molekul-molekulnya kecil, zat-zat ini
biasanya berbentuk gas pada temperature kamar.
·
Gaya tarik dipole-dipol
Molekul ynag memunyai momen dipole permanen dikatakan sebagai
polar. Gaya tarik antara dua molekul polar disebut gaya tarik dipole-dipol. Tarikan
ini lebih kuat dari pada tarikan molekul-molekul non polar. Jadi, zat-zat yang
terdiri dari molekul polar cenderung mempunyai titik didih dan titk leleh yang
lebih tinggi dari pada molekul-molekul non polar yang besarnya kirai-kira sama.
·
Ikatan hydrogen
Tarikan antara molekul yang luar biasa kuatnya, dapat terjadi
antara molekul-molekul, jika satu molekul mempunyai sebuah atom hidrogenyang
terikat pada sebuah atom berelektronegativitas besar, dan molekul tetangganya
mempunyai sebuah atom berelektronegativitas tinggi yang mempunyai sepasang
electron menyendiri. Inti hydrogen, yakni proton, ditarik oleh pasangan
electron yang berdekatan, dan berayun bolak-balik antara kedua atom itu.
Tarikan antara dua molekul yang menggunakan bersama-sama sebuah proton yang berayun
disebut ikatan hydrogen.
Ikatan hydrogen yang kuat terbentuk hanya oleh molekul yang
mengandung nitrogen, oksigen, ataupun fluor. Kelihatannya sepasang electron
menyendiri dla sebuah atom lebih kecil lebih efektif dari pada dalam atom
besar, dalam hal menarik suatu atom hydrogen tetangganya. Misalnya, meskipun
nitrogen dan klor mempunyai keelektronegatifan yang sama, atom nitrogen yang
kecil itu memebentuk ikatan hydrogen yang jauh lebih kuat. Tiga zat yang
sifat-sifatnya sangat dipengaruhi oleh ikatan hidrogan adalah air. H2O.
ammonia NH3, dan hydrogen fluoride HF. Molekul hydrogen fluorida
saling tarik menarik begitu kuat sehingga terbentuk rantai liku-liku (zig-zag)
yang panjang rantainya tak tertentu, yang bersikap seperti molekul yang lenbih
besar. Pengukuran sinar X menunjukka bahwa struktur HF padat, dan diduga dalam
cairan terdapat rantai-rantai dengan geometri yang serupa
·
Perilaku Fisika Lain dari Cairan
Tarikan antar molekul mempengaruhi banyak sifat cairan selain
titik didih dan titik leleh. Kalor pelelehan dan kalor penguapan merupakan dua
sifat semacam itu. Yang juga dihubungkan dengan tarikan antar moleku adalah tegangan
permukaan, gaya yangmembuat cairan cenderung membentuk tetesan bulat atau memebentuk perukaan melengkung,
atau meniscus, ila cairan bersentuhan denagn suatu wadah. Baik dalam hal
tetesan mauopun meniscus, permukaan melengkung yang terbentuk itu mempunyai
luas yang sekecil mungkinpadasuasana itu dank arena itu meminimalkan energy
permukaan.
Gaya antar molekul zat yang sama atau srupa dapat disebut
sebagai gaya kohesif. Gaya -gaya antara molekul zat yang berlainan dan
terutama antara cairan atau gas di satu pihak dan zat padat dipihak lain,
disebut gaya adhesive. Naiknya sekolom caiaran dalam sutu tabung sempit disebut kenaikan pipa
kapiler.
2. Pencairan
Gas
Suatu gas dapat diembunkan atau dicaorkan oleh gabungan sesuai
dari penurunan temperature dan atau meneikkan tekanan.berkurangnya volume suatu
gas karena menurunya tempertur mengikuti hukum Charles sampai
temperature turun di dekat titik dimana gas itu milai mengembun menjadi suatu
cairan.
Menurut
teori kinetic, jika energy kinetic molekul-molekul gas diturunkan dengan
menurunkan tempertur secukupnya, gaya antar molekul akan menjadi efektif dalam mengikat partikel-
pertikel tekanan akan mengefektifken gaya antar molekul.jika molekul- molekul
itu berjauhan, maka gaya tarik akan melemah, tetapi dengan mendekatnya molekul
–molekul itu satu sama lain, maka tarikan itu akan meningkat. Gas itu mencair
jika gaya tarik itu cukup besar.
Namun untuk tiap gas terdapat suatu
temperature, yang disebut tempertur kritis, di atas mana gas itu tidak
dapat dicairkan, betapaun besarnya tekanan. Tekanan yang harus diberikan untuk
mencairkan suatu gas pada titk kritis disebut tekanan kritis.
Table tempertur dan tekanan kritis
Gas
|
Titik didih normal C
|
Tempertur kritis, C
|
Tekanan kritis, atm
|
Hydrogen
|
-25,2
|
-239,9
|
12,8
|
Nitrogen
|
-195,8
|
-146,9
|
33,5
|
Oksigen
|
-183,0
|
-118,4
|
50,1
|
Metana
|
-161,5
|
-82,6
|
5,4
|
Karbondioksida
|
(
78,5)a
|
31,0
|
72,9
|
Propane
|
-42,1
|
96,8
|
42.0
|
Ammonia
|
-33,4
|
132,4
|
111,3
|
Freon-12
|
-29,8
|
111,5
|
39,6
|
Sulfur
dioksida
|
-10,0
|
157,5
|
77,9
|
Butane
|
-0,5
|
152,0
|
37,5
|
Air
|
100,0
|
374,2
|
218,3
|
Keterangan
a : pada tekanan 1 atm,
karbondioksida tudak berbentuk cair, jadi snyawa ini tidak mempunyai titik
didih normal. Bukannya meleleh dn mendidih, zat ini bersublimasi pada t1 atm
dan -78,5 C.
3.
Penguapan Cairan
Cairan
yang mudah menguap terdiri dari molekul –molekul yang mempunyai gaya antar
moekul yang lemah, mereka cenderung tercerai- berai oleh gerakan masing-
masing. Uap ialah nama keadaan gas suatu zat pada tekanan dan tempertur,
pada mana zat itu lazimnya berbentuk cairan atau zat padat. Suatu cairan mudah
menguap dikatakan atsiri ( volatile).
Etil eter adalh cairan yang mudah
menguap, minyak pelumas sukar menguap.
·
Tekanan uap
Tekanan
uap sutu zat didefinisikan sbagai tekanan yang dilakukanoleh gas zat itu, bila
gas itu berada dalam kesetimbangan dengan fase cair atau padat. Tekanan uap
sutu cairan ( atau padatan) bertambah dengan naiknya tempertur.
Kelmbapan
relative didefinisikan sebagai penjenuhan persen dari udara dengan uap air.
Kadar kelembapan udara lazim diyatakan dalam kelembapan relative. Misalnya
cairan itu adalah air, maka kelembaan relative dalam wadah tertutup adalah 100
persen. Contoh
Jika
tekanan parsial uap air dalam udara ialah 12,8 mmHg dan temperatu 22,0 C, berapakh kelembapan relatifnya??
Jawaban: tekanan uap air pada 22
C adalah 19,83 mmHg. Ini adalah tekana parsial
uap air dalam udara yang jenuh dengan air pada tempertur itu.
Kelembapan
relative =
= x 100= 64,5 %
·
Pendidihan
Titik
didih suatu cairan ialah tempertur dimana ketika tekanan uap yang meninggalkan
cairan sama dengan tekanan luar. Bila tekanan uap sama dengan tekanan luar (
tekanan yang dikenakan), mulai terbentuk gelembung- gelembung uap dalam cairan.
Karena tekanan uap dalam gelembung sama dengan tekanan udara, maka gelembung
itu dapat mendorong diri lea\wat permukaan dan bergerak ke fase gas di atas
cairan. Cairan itu mendidih.
Titik didih air beraneka ragam
menurut tekanan udara. Titik didih normal suatu cairan ialah temperature pada
mana tekanan uapnya ialah 1 atm. Di pegunungan titik didih air kurang dari
100 , karena tekanan udara
kuranga dari 1 atm.
Keadaan
Padat
1. Pembekuan
Cairan
Titik leleh ( titk beku)
suatu zat ialah temperature pada mana fase padat dan cair ada dalam
kesetimbangan. Jilka siste semacam itu di ganggu dengan menambahkan atau
menarik energy panas, system akan berubah dengan mem bentuk lebih banyak zat
cair atau lebih benyak zat padat.
Titik didih suatu
cairan berubah secara nyata dengan berubahnya tekanan luar. Tetapi, selisih
tekanan yang kecil, seperti berubahnya tekanan udara, mempunyai pengaruh yang
dapat diabaikan pada titik beku suatu cairan. Pertambahan tekanan yang besar
memeang mnyebabkan fase yang volumenya lebih kecil, lebih disukai. Utuk
kebanyakn zat, keadaan padat lebih rapat ( volume lebih kcil untuk bobot
tertentu) dari pada keadaan cair. Beberapa zat , misalnya air dan bismut,
keadaan cairnya lebih rapat.
6. Sifat Padatan
·
Ciri Khas Molekul Zat Padat
- gaya tarik menarik sangat kuat
- susunannya berdekatan satu sama lain
- letaknya berdekatan
- gaya tarik menarik sangat kuat
- susunannya berdekatan satu sama lain
- letaknya berdekatan
7. Zat Padat Kristal
Kristal
adalah benda padat yang mempunyai permukaan-permukaan datar. Karena banyak zat
padat seperti garam, kuarsa, dan salju ada dalam bentuk-bentuk yang jelas
simetris, telah lama para ilmuwan menduga bahwa atom, ion maupun molekul zat
padat ini tersusun secara simetris.
Penampilan
kristal. Bila suatu zat dalam keadaan cair atau larutan mengkristal, kristal
dapat terbentuk dengan tumbuh lebih ke satu arah daripada ke arah lain.
Isomorfisme.
Dari kata Yunani morphe, yang artinya bentuk, dan isos yang
artinya sama. Dua zat yang memiliki struktur kristal yang sama dikatakan isomorf.
Rumus pasangan zat semacam itu biasanya meunjukkan ahwa angka banding
atom-atomnya sama. Misalnya :
NaF
dan MgO 1:1 K2SO4 dan
K2SeO4 2:1:4
Cr2O3 dan Fe2O3 2:3 NaNO3 dan CaCO3 1:1:3
Zat-zat
isomorf dapat atau tidak dapat mengkristal bersama-sama dalam campuran yang
homogen. Namun kemiripan baik dari rumus maupun sifat-sifat kimia tidaklah
cukup untuk menjamin pengkristalan yang
homogen. Dua zat seerupa yang dikenal dengan baik yang tidak mengkristal secara
homogen ialah NaCl dan KCl.
Suatu
zat tunggal yang mengkristal dalam dua atau lebih bentuk yang berlainan pada kondisi yang berlainan, dikatakan
bersifat polimorf (banyak bentuk). Kalsium karbonat (CaCO3),
silikon dioksida (SiO2), belerang (S), dan karbon (C), merupakan
contoh zat-zat polimorf. Misalnya, grafit dan intan merupakan bentuk polimorf
dari karbon. Dalam hal unsur, bentuk polimorf juga disebut bentuk alotropi.
Suatu
zat yang tampil sebagai zat padat, tetapi tidak mempunyai struktur kristal yang
berkembangbiak disebut amorf (tanpa bentuk). Ter dan kaca merupakan zat
padat semacam ini. Tak seperti zat pada kristal, zat amorf tidak
mempunyai titik-titik leleh tertentu yang tepat. Sebaliknya zat amorf melunak
secara bertahap bila dipanasi dan meleleh dalam suatu jangka temperatur.
Pengkajian
Sinar-X. Barisan tiga dimensi yang teratur (dari) titik-titik
serupa dalam suatu zat padat kristal disebut kisi kristal (crystal lattice).
Seorang ahli fisika Jerman Max von Laue
(1912) menyatakan bahwa, jika sinar-X memang sejenis radiasi
elektromagnetik seperti cahaya, sinar-X
harus mempunyai panjang gelombang yang sesuai untuk didifraksikan oleh
atom atau ion dalam suatu kisi kristal.
Radiasi-X
mempunyai panjang gelombang tunggal yakni radiasi yang bersifat monokromatik.
Bila suatu berkas monokromatik sinar-X jatuh ke suatu zat kristal, radiasi
didifraksi dengan kuat hanya bila kristal itu diputar pada sudut tertentu
terhadap berkas masuk itu.
Karakteristik
Kristal. seksi terkecil dari suatu kisi kristal yang dapat
digunakan untuk memerikan struktur kristal itu disebut suatu sel satuan. Secara
teoritis, kristal keseluruhan dapat direproduksi dengan menyusun sel-sel satuan
itu. Kisi kristal yang berlainan dikelompokkan menurut panjang relatif dari
ketiga sumbu sel satuan itu dan besar relatif ketiga sudut yang diapit oleh
sumbu-sumbu itu. Dengan dikelompokkan seperti ini, terdapat enam penataan
kristal yang secara mendasar berlainan. Penataan dan ukuran ion dapat dihitung
berdasarkan data sinar-X.
8. Senyawa Ion
Kelompok
paling dikenal dari zat-zat kristal adalah kelompok senyawa ion. Kecenderungan
ion untuk menarik ion lain yang muatannya berlawanan dan menolak ion yang
muatannya sama, mengakibatkan penataan ion tiga dimensi yang teratur. Pengaruh
utama pada pola khas yang dibentuk oleh senyawa ion adalah muatan ion, ukuran relatif kedua ion
yang terlibat, kemudahan ion itu terdistorsi atau terpolarisasi
Gaya
tolakan dan tarikan elektrostatik antara
ion-ion bekerja secara sama dalam semua arah. Sesuai dengan hukum
Coulomb, gaya ini bekerja dengan cara berbanding terbalik dan kuadrat jarak
antara muatan, oleh karena itu gaya ini paling kuat diantara gaya yang lainnya.
Titik didih dan titik leleh senyawa ion tinggi. Diperlukan cukup banyak energi
untuk melemahkan ikatan ion yang kuat dan memberikan ion itu sukup energi untuk
bergerak sebagai partikel cairan atau menguap sebagai molekul sederhana
Halangan
sterik. Seringkali satu ion dapat menempati tempat
ion lain dalam suatu kisi ion, jika ion-ion itu sama muatannya dan besarnya
kira-kira sama. Misalnya klorida dengan suatu jari-jari 1,81 A mungkin
menggantikan bromida yang berjari-jari 1,96A. Bila sebuah partikel tak dapat
menduduki suatu tempat karena keterbatasan ruang maka efek ini disebut halangan
sterik. Efek ini tidak terbatas pada zat-zai berion saja.
Menentukan
ukuran ion. Ukuran sebuah ion dapat sedikit berbeda
dari senyawa satu dengan senyawa yang lain. Misalnya jari-jari yang ditentukan
untuk ion bromida sedikit berbeda dalam lithium bromida dan dalam kalium
bromida. Ini dapat disebabkan oleh beda dalam rapatan muatan kedua ion positif
dan oleh berbagai efek kemasan (penyusunan rapat).
Polarisasi
ion. Angka banding muatan satu ion dan volumenya disebut
rapatan muatan. Ion positif dengan muatan tinggi mempunyai jari-jari kecil,
sehingga ion-ion ini mempunyai rapatan muatan yang tinggi. Ion semacam itu
menarik dengan kuat elektron-elektron dari ion dan molekul di dekatnya.
Ion
yang terdistorsi bersifat lebih negatif pada sisi yang menghadap ke ion positif
dan lebih positif pada sisi yang lain, maka dikatakan ion negatif itu
terpolarisasi. Polarisasi ini tidak berubah-ubah menurut waktu, tidak seperti
gaya London, melainkan konstan selama kedua ion itu masih berdampingan. Karena
ukurannya lebih besar, ion-ion negatif cenderung lebih mudah terpolarisasi
daripada ion-ion positif. Salah satu efek polarisasi dapat berupa penurunan
titik leleh.
9. Zat Kovalen Padat
Kebanyakan zat
yang umumnya kovalen sebagai molekul-molekul diskrit. Brom, karbondioksida,
heksana, ammonia, dan etil alcohol merupakan contoh yang khas. Titik leleh dan
titik didih kovalen cenderung lebih rendah daripada zat-zat ion. Beda dalam
titik leleh dan titik didih disebabkan karena untuk melelehkan zat padat
molekul ataupun menguapkan cairan molekul hanya membutuhkan energy secukupnya
untuk mengalahkan gaya tarik van der Waals antara molekul-molekul.
Beberapa
unsure nonlogam seperti karbon dan silicon serta beberapa senyawa seperti boron
nitride atau silicon karbida membentuk kristal-kristal, yang atom-atomnya
terikat kuat pada semua arah oleh ikatan kovalen yang kuat. zat-zat ini tidak
berada sebagai molekul-molekul kecil yang diskrit.
Dalam
unsure atau senyawa padat yang terbuat dari molekul kovalen terdapat dua tipe umum.
Bila molekul individu tidak polar atau hanya sedikit polar mereka teronggok
bersama-sama seperti kelereng dengan mengambil tempat sesedikit mungkin. Jika
molekul individu polar, mereka cenderung mengatur diri sedemikian sehingga
muatan yang berlawaanan akan berdekatan dan muatan yang sama akan berjauhan.
Zat-zat
dengan molekul nonpolar atau sedikit polar membentuk zat padat hanya pada
temperature rendah. Zat-zat ini antara lain halogen ringan, CO, CO2
dan banyak senyawa organik seperti metana dan hidrokarbon lain.
Strukutur
es dan air. Dari dimensi sebuah molekul air, bila
terkemas secara mampat, seperti kelereng dalam kotak, dihitung bahwa ruangan
yang diperlukan ialah 15 Å3. Untuk 1 mol air volume yang dikalkulasi
adalah 9 cm3. Tetapi volume yang diukur dari 1 mol air adalah 18 cm3
atau duakali harga yang dihitung. Karena itu sepertinya, separuh ruangan diisi
oleh air dan separuhnya kosong.
Pengkajian
dari sinar-X menyatakan bahwa strukturnya agak
mirip struktur es. Tetapiu ketika meleleh volume air hanya 90 % volume es. Ini
menendakan bahwa struktur es roboh sebagianj dan terdapat ruang hampa dalam air
dibandingkan dengan es. Cairan lebih rapat daripada zat padatnya merupakan hal
yang tidak biasa Karenna kebanyakan zat mengembang bila dilelehkan. Perilaku
yang luar biasa ini dihubungkan dengan struktur es dan air. Banyak ikatan
hydrogen yang putus ketika es mencair. Molekul- molekul menjadi terkemas lebih
mampat dan rapatannya naik. Setelah es meleleh, berlangsung pelepasan
molekul-molekul air yang berkaitan, dengan dipanasinya air itu. Hal ini
menyebabkan kenaikan rapatan.
10. Zat Padat Logam
Zat
padat tersederhana addalah zat padat yang mengandung atom-atom dari satu unsure
saja, misalnya logam-logam. Atom-atom dalam logam biasanya disusun dengan cara
seefisien mungkin. Dengan atom identik angkabanding jari-jari adalah 1 dan
bilangan koordinasi maksimum adalah 12. Dalam struktur kubus berpusat-tubuh,
atom apa saja (kecuali yang berada pada permukaan) mempunyai BK=8, dalam kubus
berpusat-muka BK=12, dalam struktur terkemas mampat heksagonal atom apa saja
mempunyai BK=12.
Unsure
seperti kromium, besi, wolfram, natrium dan kalium mengkristal dalam pola
berpusat-tubuh. Kisi berpusat-muka dibentukn oleh aluminium, tembaga, perak,
emasplatina, timbel dan banyak logam lain. Diantara kisi terkemas mampat
heksagonal adalah magnesium, zink, cadmium.
Zat
logam yang paling lazim adalah unsure, tetapi terdapat banyak senyawa antar
logam yang mempunyai sifat-sifat yang khas logam seperti Na3Bi,
AgZn, FeAl, dan Cu3Sn.
Sifat
logam. Sifat kimia. Logam bersifat sebagai donor
elektrondalam reaksi-reaksi. Ion-ion logam biasanya adalah ion positif
dikarenakan rendahnya energy ionisasi atom logam dan biasasnya terdapat kurang
dari empat elektron dalam tingkatan energi terluarnya.
Sifat
fisika. Daya hantar jenis listrik dan panas yang tinggi,
mengkilapnya permukaan, penataan terkemas-mampat atom-atom sehingga logam
cenderung memiliki rapatan yang relative tinggi. Kemampuan mengubah bentuk
tanpa retak bila ada tegangan. Logam dapat ditempa meskipun atom-atom mereka
berikatan kuat satu sama lain.
Electron
dalam ikatan. Sifat fisika logam menyatakan bahwa
ikatan-ikatan valensi yang mengikat atom-atom itu satu sama lain bukanlah
ikatan ion juga bukan kovalen sederhana. Suatu logam terdiri dari suatu kisi
ketat dari ion-ion positif dan di sekitarnya terdapat electron-elektron
valensi. Electron valensi ini terbatas pada permukaan-permukaan energi
tertentu, namun memiliki cukup kebebasan sehingga tidak terus menerus digunakan
bersama-sama oleh dua ion yang itu-itu saja. Bila diberikan energi,
electron-elektron ini mudah dioperkan dari atom ke atom. Sistem ini dikenal
sebagai ikatan logam.
Tidak
seperti ikatan ion maupun kovalen, ikatan logam memberikan kekuatan sekaligus
keuletan pada logam itu dan memungkinkan perubahan bentuk (deformasi). Meskipun
ion positif menghuni posisi yang relative stasioner, ion-ion ini dapat
menggelincir satu melewati yang lain dengan agak mudah. Sehingga, logam tidak
retak bila dipukul dengan palu atau digilas menjadi lembaran.
Daya
hantar listrik dari logam berasal dari ikatan logam. Jika salah satu ujung
logam dipanasi maka di ujung tersebut electron bergerak lebih cepat daripada
elektron di ujung yang dingin. Gerakan electron valensi dalam logam dan
pertukaran energi antara mereka mirip dengan gerakan acak molekul-molekul gas.
11. Susunan Partikel
Partikel
individu yang membentuk zat-zat cenderung menata diri dalam cara yang seefisien
mungkin di bawah seperangkat kondisi tertentu. Baik dalam molekul maupun dalam
Kristal, inti-inti dan electron-elektron masuk dalam pola-pola yang mana
partikel yang saling menarik akan sedekat mungkin, partikel yang saling menolak
akan sejauh mungkin, semua partikel menyusun diri dalam barisan simetris,
sedemikian sehingga energi netto tarikan dan tolakan dapat diminimalkan.
Beberapa
tipe yang lazim dari struktur cacat kisi ialah struktur yang kehilangan atom
atau ion, struktur denngan partikel sekedar suatu penataan partikel secara
kacau balau.
Struktur
cacat dapat mempunyai sifat listrik istimewa yang berguna. Semikonduktor,
transistor dan isolator dewasa ini dibuat dari Kristal sintetik yang mempunyai
cacat yang diawasi dengan seksama.
0 komentar:
Posting Komentar