Sistem Periodik Unsur

1. Kimia Unsur

Unsur-unsur dapat diklasifikasikan menurut banyak cara, yang paling tegas adalah atas dasar wujud pada keadaan Standard Ambient Temperature and Pressure (25^o C, 100 kPa), atau biasa disebut dengan SATP. SATP berbeda dengan STP (Standard Temperature and Pressure) yang merujuk pada temperatur 0^o C dan 101 kPa. Atas dasar SATP, unsur-unsur dibedakan dalam wujud gas yaitu ada sebelas unsur, hidrogen, nitrogen, oksigen, fluorin, klorin, dan gas mulia. Wujud cair yaitu hanya unsur bromin dan merkuri. Dan sisanya adalah wujud padat. Klasifikasi wujud fisik demikian ini tentu tidak memberikan banyak aspek kimiawinya.

Klasifikasi lain yang sangat umum adalah berdasarkan dua kelompok logam atau metal dan nonlogam atau nonmetal. Namun pertanyaan yang muncul adalah apakah yang dimaksud dengan logam / nonlogam? Permukaan mengkilat ternyata bukan merupakan kriteria yang tepat bagi logam karena silikon dan iodin yang sering diklasifikasikan sebagai nonlogam ternyata permukannya bisa mengkilap.  Rapatan juga bukan kriteria yang tepat, misalkan litium yang diklasifikasikan sebagai logam ternyata rapatan hanya setengah rapatan air sedangkan osmium sebagai logam mempunyai rapatan 40 kali rapatan litium. Kekerasan juga bukan indikator yang tepat, sebab logam-logam alkali bersifat lunak. Sifat mudah ditempa menjadi lembaran dan menjadi kawat sering dipakai sebagai kriteria sifat logam, namun beberapa logam transisi bersifat rapuh, mudah pecah. Sifat penghantar panas yang tinggi juga dipakai untuk menyatakan kelompok logam, namun misalnya intan (C) yang diklasifikasikan sebagai non logam ternyata merupakan unsur terkeras dan juga merupakan unsur penghantar panas tertinggi. Barangkali, sifat penghantar listrik merupakan kriteria yang terbaik bagi logam, meskipun plutonium merupakan penghantar terburuk kira-kira seperseratus kali penghantar listrik terbaik, yaitu perak.

Klasifikasi tersebut jelas lebih banyak menekankan pada sifat-sifat fisik dan bagi para ahli kimia, sifat unsur yang paling penting adalah pola sifat kimiawinya, misalnya secara khusus kecenderungan terhadap pembentukan ikatan kovalen atau pemilihan pembentukan kation. Kriteria manapun yang dipakai, beberapa unsur selalu terklasifikasi ke dalam "daerah batas" model klasifikasi logam-nonlogam. Para ahli kimia anorganik umumnya setuju bahwa unsur-unsur boron, silikon, germanium, arsen, dan telurium termasuk dalam daerah batas ini yang sering disebut daerah batas yang menunjukkan sifat-sifat kimiawi mirip dengan semilogam. Yang termasuk unsur-unsur semilogam adalah Be, Al, Zn, Ga, Sn, Pb, Sb, Bi, dan Po.

Hubungan antara tabel sistem periodik unsur dengan sifat-sifat kimiawi serta konfigurasi elektronik unsur-unsur yang bersangkutan menyarankan adanya bermacam-macam klasifikasi.

 
2. Golongan Unsur Gas Mulia

Kelompok unsur-unsur inert yang sering disebut juga unsur-unsur gas mulia (noble gases) terdiri atas ²He, ¹⁰Ne, ¹⁸Ar, ³⁶Kr, ⁵⁴Xe, dan ⁸⁶Rn. Kecuali He yang mempunyai konfigurasi penuh 1s², kelompok unsur ini ditandai dengan konfigurasi elektronik penuh untuk setiap orbital dan dengan elektron valensi ns² np⁶.

Karakteristik pada orbital kulit terluar inilah yang biasanya dikaitkan dengan sifat inert (lembam) unsur-unsur yang bersangkutan, yaitu sangat stabil dalam arti sukar bereaksi dengan unsur-unsur lain. Namun demikian akhir-akhir ini telah berhasil dibuat beberapa senyawa xenon dan kripton seperti XeF₂, XeF₄, XeF₆, XeO₄, dan KrF₂.

Unsur-unsur inert ini sering juga diklasifikasikan sebagai golongan nol karena sifat kestabilan yang tinggi, namun lebih sering diklasifikasikan sebagai golongan VIII utama atau M8. Perlu dicatat bahwa konfigurasi elektronik unsur-unsur gas mulia dianggap sudah penuh, dan oleh karenanya dipakai sebagai standar untuk menyatakan penuh atau tidak-penuhnya konfigurasi elektronik kelompok unsur-unsur lain.

Perbandingan beberapa sifat unsur

Unsur	Konfigurasi Elektronik
Be	[He] 2s2
Mg	[Ne] 3s2
Ca	[Ar] 4s2
Sr	[Kr] 5s2
Ba	[Xe] 6s2
Ra	[Rn] 7s2
Zn	[Ar] 3d10 4s2
Cd	[Kr] 4d10 5s2
Hg	[Xe] 4f14 5d10 6s2

Catatan :
Dalam beberapa hal, Hg mempunyai sifat-sifat yang unik, jauh berbeda dengan Zn dan Cd misalnya potensial elektrode yang jauh berharga positif, berupa cairan pada suhu kamar dan mempunyai konfigurasi elektronik dengan orbital 4f¹⁴ terisi penuh.

3. Golongan Unsur Utama

Unsur-unsur golongan utama atau representatif ditandai dengan konfigurasi elektronik tidak-penuh pada satu kulit terluar ns¹ - ns² np^(4-5). Unsur-unsur ³⁰Zn, ⁴⁸Cd, dan ⁸⁰Hg masing-masing mempunyai konfigurasi elektronik [¹⁸Ar] 3d¹⁰ 4s², [³⁶Kr] 4d¹⁰ 5s² dan [⁵⁴Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s². Unsur-unsur ini dapat membentuk ion M²⁺ seperti unsur-unsur golongan M2 dengan beberapa kemiripan, namun dengan perbedaan sifat-sifat diantara kedua kelompok ini. Salah satu perbedaannya adalah bahwa unsur-unsur Zn dan Cd mempunyai sifat kecenderungan yang lebih besar untuk membentuk senyawa-senyawa kompleks dengan NH₃, ion-ion halida (X^-) dan CN^-.

Perbedaan sifat-sifat di antara kedua kelompok ini mungkin disebabkan oleh konfigurasi elektronik terluar yaitu 18 elektron bagi ion M²⁺ untuk kelompok ini. Dengan penuhnya elektron (d¹⁰) untuk kelompok ini diduga ada hubungannya dengan sifat polarisasi ion M²⁺ yang jauh lebih besar daripada sifat polarisasi ion-ion divalen dari kelompok M2 sebagai akibat sifat orbital d yang mudah mengalami distorsi. Oleh karena itu ketiga unsur tersebut sering dinyatakan pula sebagai kelompok unsur-unsur utama tetapi dengan notasi M2'.


4. Golongan Unsur Transisi

Kelompok unsur transisi. Batasan mengenai unsur transisi masih sering diperdebatkan. Dari satu sisi, unsur-unsur transisi mencakup seluruh unsur-unsur dengan orbital nd^(1-10) "sedang diisi elektron" menurut prinsip Aufbau. Secara umum, batasan ini memberikan karakteristik konfigurasi elektronik (n-1)d^(1-10) ns^(1-2), dan dengan demikian unsur-unsur dengan konfigurasi elektronik .....(n-1)d^(1-10) ns² yaitu Zn, Cd, dan Hg termasuk di dalamnya.

Sebaliknya pandangan lain, yang lebih banyak diikuti para ahli kimia, mempertimbangkan bahwa ketiga unsur kelompok terakhir ini mempunyai sifat-sifat yang berbeda dari umumnya sifat-sifat kelompok usnur-unsur transisi, misalnya dalam hal sifat magnetis dan warna. Oleh karena itu, ketiga unsur tersebut tidak dapat dipertimbangkan sebagai unsur-unsur transisi. Dengan demikian unsur-unsur transisi kemudian menunjuk pada unsur-unsur dengan konfigurasi elektronik belum penuh pada salah satu atau kedua kulit terluar yang melibatkan orbital d dengan karakteristik konfigurasi elektronik (n-1)d^(1-10) ns^(1-2). Jadi jelas bahwa dengan batasan demikian ini ketiga unsur tersebut (Zn, Cd, Hg) tidak termasuk sebagai unsur transisi. Kedua batasan ini dengan mudah dapat dibandingkan sebagai berikut:

Kelompok Transisi, d	Unsur menurut batasan pertama	Unsur menurut batasan kedua
I (pertama)	Sc - Zn	Sc - Cu
II (kedua)	Y- Cd	Y - Ag
III (ketiga)	La, dan Hf - Hg	La, dan Hf - Au

Perlu dicatat bahwa untuk kelompok transisi seri III tersebut anggota pertamanya adalah ₅₇La (.... 5d¹) dan setelah melompati kelompok unsur transisi dalam (4f) baru disambung anggota yang kedua, ₇₂Hf dan seterusnya. Dalam hal ini kelompok unsur 4f adalah ₅₈Ce - ₇₁Lu, dan kelompok 5f adalah ₉₀Th - ₁₀₃Lr. Versi lain menyarankan bahwa ₇₁Lu (.... 5d¹) merupakan anggota pertama sehingga tidak terjadi lompatan, dan konsekuensinya adalah bahwa kelomok unsur 4f terdiri atas ₅₇La - ₇₀Yb dan kelompok unsur 5f terdiri atas ₈₉Ac - ₁₀₂No. Hal yang sangat penting adalah adanya pengecualian atau penyimpangan konfigurasi elektronik terhadap prinsip Aufbau untuk beberapa unsur transisi. Penyimpangan konfigurasi elektronik tersebut sering dihubungkan dengan kestabilan bagi sistem orbital penuh dan setengah penuh.


5. Organisasi Tabel Periodik Unsur

Dalam tabel periodik unsur (TPU) modern, unsur-unsur ditempatkan secara teratur menurut naiknya nomor atom atau jumlah proton. Ada cukup banyak desain bentuk TPU, namun yang paling umum dijumpai adalah bentuk pendek dan bentuk panjang. Bentuk panjang memang benar-benar terlalu panjang karena tampilan langsung kedua seri unsur-unsur ini masing-masing mempunyai kemiripan sifat-sifat kimiawi. Inilah tabel periodik unsur bentuk panjang.

Maka dari itu keduanya lebih praktis ditampilkan secara terpisah di bagian bawah sehingga diperoleh bentuk tabel pendek yang lebih kompak.

Menurut rekomendasi Interntional Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) penomoran golongan unsur-unsur dari 1 hingga 18, hidrogen ditempatkan tersendiri terpisah tidak masuk golongan manapun karena sifatnya yang unik. Sistem ini menggantikan sistem lama yang menggunakan notasi dari kombinasi angka dan huruf Romawi yang membingungkan karena perbedaan penomoran antara Amerika Utara dengan yang lainnya. Sebagai contoh, di Amerika Utara golongan IIIB merujuk pada golongan skandinavium, Sc, sedangkan di tempat lain nomor ini merujuk pada golongan boron, B. Penomoran golongan ini tidak diberlakukan pada unsur-unsur lantanoida dan aktinoida karena kemiripan unsur-unsur tersebut dalam periode (lajur mendatar) daripada golongan (lajur vertikal).

Golongan 1 dan 2 dan 13-18 mewakili golongan utama. Golongan ini terdiri atas kelompok s dan kelompok p, artinya secara berurutan dalam kelompok masing-masing orbital s dan orbital p dari atom yang bersangkutan sedang diisi elektron untuk memperoleh konfigurasi elektronik menurut aturan Aufbau.

Ikatan Kimia

1. Struktur Lewis

Spesies yang tersusun oleh khusunya unsur-unsur nonlogam seperti H₂, O₂, N₂, H₂O, HCl, dan CH₄ ternyata mempunyai sifat yang berlawanan dengan sifat-sifat senyawa ionik, sifat tersebut misalnya bukan penghantar listrik. Oleh karena itu, pembentukan ikatan antara atom-atom penyusun molekul menurut model transfer elektron sebagaimana diterapkan untuk molekul ionik tidak lagi tepat. Pernyataan yang menantang para ahli kimia pada awal abad ke dua puluh perihal bagaimana atom-atom itu bergabung membentuk suatu molekul, dijawab oleh Gilbert N. Lewis pada tahun 1916 yang mengusulkan bahwa elektron valensi suatu atom dapat divisualisasikan seolah-olah menempati titik-titik sudut suatu kubus di seputar intinya. Suatu atom yang kekurangan elektron yang diperlukan untuk menempati kedelapan titik sudut kubus dapat mengadakan "persekutuan" melalui rusuk kubus dengan atom lain untuk melengkapi pemilikan oktet seperti pada gambar berikut:

Sebagaimana banyak ide revolusioner umumnya, ide Lewis ini juga ditolak oleh banyak ahli kimia pada waktu itu. Namun demikian konsep pembentukan pasangan-pasangan elektron sekutu kemudian dapat diterima walaupun model diagram kubus tersebut akhirnya hilang tidak mendapat dukungan. Pandangan klasik perihal ikatan kemudian segera berkembang dengan munculnya mekanika kuantum. Linus Pauling pada tahun 1937 mengenalkan model ikatan yang melibatkan tumpang tindih orbital atomik.

Lewis selanjutnya mengidentifikasi ikatan kimia sebagai pasangan elektron sekutu, meskipun tidak dapat menjelaskan mengapa pasangan elektron dan bukan jumlah yang lain harus bertanggungjawab dalam pembentukan ikatan. Pasangan elekron sekutu yang kemudian dikenal sebagai ikatan kovalen, dilukiskan sebagai ikatan tunggal A-B untuk sepasang elektron sekutu, ikatan rangkap dua A=B dan ganda tiga A≡B, masing-masing untuk dua dan tiga pasangan sekutu. Pembentukan pasangan elektron ini untuk mencapai konfigurasi elektron terluar delapan, oktet, seperti halnya dijumpai dalam gas mulia (kecuali He) yang ternyata stabil. Sebagai contoh adalah H₂O (air), NH₃ (amonia), dan CH₄ (metana) sebagai berikut:

Untuk ion, biasanya muatan dilukiskan untuk satu keseluruhan dan bukan untuk atom secara individu, khususnya jika atom-atom pengelilingnya sama. Sebagai contoh adalah ion karbonat sebagai berikut:

2. Ikatan Ion

Pengertian Ikatan Ion

Secara sederhana, definisi ikatan ion adalah ikatan antara dua macam ion (kation dan anion) oleh gaya-gaya elektrostatik Coulomb. Namun, misalnya untuk senyawa kompleks [Fe(H₂O)₆]²⁺, ion pusat Fe²⁺ dengan molekul pengeliling H₂O, juga sebagian besar diikat oleh gaya-gaya elektrostatik antara ion pusat dengan dipol listrik tetap yaitu negatif yang dihasilkan oleh molekul pengeliling. Oleh karena ikatan ion terjadi dengan cara transfer elektron, maka dapat diramalkan bahwa unsur-unsur golongan alkali dan alkali tanah dengan karakteristik ns^(1-2) mempunyai kecenderungan yang cukup kuat untuk membentuk ikatan ionik dengan unsur-unsur golongan halogen dan oksigen dengan karakteristik ns² np^(4-5). Kenyataannya ditemui berbagai tipe ion dengan konfigurasi elektronik tertentu.

Jenis-jenis Spesies Ion

• Spesies tanpa elektron valensi

Ion hidrogen H⁺, barangkali dapat dipandang sebagai satu-satunya contoh spesies tanpa elektron valensi, meskipun eksistensinya distabilkan dalam bentuk tersolvasi oleh pelarut, yaitu sebagai ion hidronium, H₃O⁺, dalam air.

• Spesies dengan dua elektron valensi

Beberapa spesies yang cukup stabil dengan dua elektron valensi adalah ion hidrida, H⁺, Li⁺, dan Be²⁺. Ion-ion ini mengadopsi konfigurasi elektronik gas mulia He.

• Spesies dengan delapan elektron valensi

Pembentukan spesies yang stabil dengan delapan elektron valensi adalah seperti Na⁺, Mg²⁺, F^- dan O^2-. Jadi, NaF, Na₂O, MgF₂, dan MgO merupakan contoh spesies ionik dengan mengadopsi konfigurasi elektron valensi gas mulia terdekat, Ne.

• Spesies dengan sembilan elektron valensi

Kenyataan bahwa banyak senyawa-senyawa golongan d juga bersifat ionik, sudah barang tentu kestabilan konfigurasi elektroniknya, khusunya jumlah elektron valensi, tidak lagi mengikuti kaidah oktet, tetapi mencapai delapan belas. Spesies ini banyak ditemui pada golongan 11, 12 bahkan juga golongan 13 mulai periode 4.

• Spesies dengan "delapan belas + dua" elektron valensi

Spesies ini umumnya terdiri atas unsur-unsur berat. Unsur ₈₁Tl dijumpai sebagai kation Tl³⁺ yaitu sistem 18 elektron valensi yang cukup stabil. Namun demikian, kation Tl⁺ ternyata juga ditemui dan bahkan lebih stabil daripada kation Tl³⁺. Kestabilan sistem konfigurasi ini sering pula dikaitkan dengan kenyataan penuhnya semua orbital yang terisi, yang secara khusus dikenal sebagai sistem konfigurasi elektronik "18+2" atau dengan istilah spesies dengan pasangan elektron inert. Unsur-unsur Ga, In, dan Tl (golongan 13 tabel periodik), Ge, Sn, dan Pb (golongan 14) dan As, Sb, dan Bi (golongan 15) dapat membentuk secara berurutan ion-ion M⁺, M²⁺ dan M³⁺ yang khas dengan pasangan elektron inert, (4-6)s².

• Spesies dengan berbagai macam elektron valensi

Ion-ion tipe ini terdiri atas unsur-unsur transisi golongan d dan f yang mempunyai konfigurasi elektronik d dan f belum penuh. Umumnya, ion-ion ini mempunyai konfigurasi elektronik terluar 8-18 yaitu ns² np⁶ nd^0-10 dengan n = 3, 4, 5. Tambahan pula, Unsur unsur golongan transisi dikenal dapat membentuk kation degan berbagai macam tingkat oksidasi.

 3. Ikatan Kovalen

Pengertian Ikatan Kovalen

Ikatan kovalen adalah ikatan kimia yang terjadi jika adanya penggunaan pasangan elektron secara bersama-sama oleh atom-atom yang berikatan. Dengan kata lain, pasangan elektron ini digunakan bersama-sama (shared electrons - elektron sekutu). Sebagai contoh sederhana adalah adanya ikatan kovalen yang terjadi antara unsur hidrogen dengan oksigen membentuk air (H₂O). Masing-masing ikatan kovalen mengandung dua elektron, yaitu satu berasal dari hidrogen dan satunya lagi berasal dari oksigen.

Atom berikatan kovalen dengan atom lain untuk mencapai kestabilan. Dengan adanya "penyekutuan" elektron valensi, atom dapat memenuhi orbital atom terluarnya dan mencapai kestabilan.

Ikatan Kovalen Polar dan Non Polar

• Ikatan Kovalen Polar

Ikatan kovalen polar adalah ikatan kovalen yang terbentuk ketika elektron sekutu di antara atom tidak benar-benar dipakai bersama. Hal ini terjadi ketika satu atom mempunyai elektronegativitas yang lebih tinggi daripada atom yang lainnya. Atom yang mempunyai elektronegativitas yang tinggi mempunyai tarikan elektron yang lebih kuat. Akibatnya elektron sekutu akan lebih dekat ke atom yang mempunyai elektronegativitas tinggi. Dengan kata lain, akan menjauhi atom yang mempunyai elektronegativitas rendah. Ikatan kovalen polar menjadikan molekul yang terbentuk mempunyai potensial elektrostatis. Potensial ini akan membuat molekul lebih polar, karena ikatan yang terbentuk dengan molekul polar lain relatif lemah. Ilustrasi ikatan kovalen polar adalah sebagai berikut:

Contoh senyawa kovalen polar adalah air, sulfida, ozon, dsb.

• Ikatan Kovalen Non Polar

Ikatan kovalen nonpolar adalah ikatan kovalen yang terbentuk ketika atom membagikan elektronnya secara setara (sama). Biasanya terjadi ketika ada atom mempunyai afinitas elektron yang sama atau hampir sama. Semakin dekat nilai afinitas elektron, maka semakin kuat ikatannya. Ikatan kovalen nonpolar terjadi pada molekul gas, atau yang sering disebut sebagai molekul diatomik. Ikatan kovalen nonpolar mempunyai konsep yang sama dengan ikatan kovalen polar, yaitu atom yang mempunyai nilai elekronegativitas tinggi akan menarik elektron lebih kuat. Pernyataan tesebut benar, namun jika terjadi pada molekul diatom (dimana atom penyusunnya adalah sama) maka elektronegativitas juga sama. Ilustrasi ikatan kovalen nonpolar adalah sebagai berikut:

Contoh senyawa kovalen nonpolar adalah gas hidrogen, gas nitrogen, dsb.

4. Ikatan Kovalen Koordinasi

Pengertian ikatan kovalen koordinasi

Pembahasan sebelumnya tentang ikatan kovalen telah menjelaskan bahwa pengertian ikatan kovalen adalah penggunaan bersama-sama pasangan "elektron sekutu" (sharing electron). Pembentukan pasangan elektron sekutu tidak harus selalu berasal dari kedua belah pihak atom yang berikatan, melainkan dapat berasal dari satu pihak saja, namun tetap menjadi milik bersama. Dengan demikian dalam kasus ini ada pihak penyumbang (donor) dan ada pihak penerima (akseptor) pasangan elektron. Ikatan demikian ini tentu saja merupakan ikatan kovalen dan sering dinyatakan secara khusus sebagai ikatan kovalen koordinasi atau ikatan kovalen koordinat dengan simbol tanda panah dari atom donor menuju akseptor, meskipun hal ini bukan suatu keharusan.

Contoh ikatan kovalen koordinasi

Sebagai contoh ikatan kovalen koordinasi adalah senyawa amonia, NH₃, terdiri atas tiga pasangan elektron sekutu untuk tiga ikatan kovalen tunggal N-H. Namun karena atom N memiliki lima elektron valensi, maka masih tersedia sepasang elektron bukan ikatan atau sepasang elektron menyendiri (lone pair electron). Jika molekul NH₃ bergabung dengan ion H⁺ (hidrogen tanpa elektron) membentuk ion NH₄⁺, maka hanya ada satu kemungkinan pembentukan pasangan elektron sekutu yang berasal dari atom N sebagai ikatan kovalen koordinasi, yang dapat dilukiskan menurut gambar berikut.

Kenyataan bahwa keempat ikatan kovalen N-H mempunyai panjang ikatan yang sama menyarankan bahwa penggambaran khusus ikatan kovalen koordinasi tidak bermanfaat kecuali hanya mengindikasikan proses pembentukan pasangan elektron sekutu saja dan oleh karena itu muatan ion menjadi milik seluruh gugus amonium.

 5. Ikatan Hidrogen

Pengertian Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen adalah sebuah interaksi tarik-menarik (dipol-dipol) antara atom yang bersifat elektronegatif dengan atom hidrogen yang terikat pada atom lain yang juga bersifat elektronegatif. Jadi, ikatan hidrogen tidak hanya terjadi pada satu molekul, melainkan bisa antara molekul satu dengan molekul yang lainnya. Ikatan hidrogen selalu melibatkan atom hidrogen. Inilah gambar ilustrasi ikatan hidrogen:

Sifat Kekuatan Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen bersifat lebih kuat dibandingkan gaya van der Waals, tetapi lebih lemah dibandingkan ikatan kovalen maupun ikatan ion.

Pembentukan Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen sangat dominan dalam kimia air, larutan air, pelarut hidroksilik, spesies yang mengandung gugus -OH umumnya, dan penting juga dalam sistem biologi misalnya sebagai penghubung rantai polipetida dalam rantai protein dan pasangan basa dari asam nukleat.

Apabila atom hidrogen terikat pada atom lain, terutama F, O, N, atau Cl, sedemikian sehingga ikatan X-H bersifat sangat polar dengan daerah positif pada atom H, maka atom H ini dapat berinteraksi dengan spesies negatif lain atau spesies kaya elektron membentuk ikatan hidrogen (X^δ- - H^δ+•••Y ; H•••Y = ikatan hidrogen). Walaupun detilnya sangat bervariasi, tetapi umumnya dipercaya bahwa sifat khas gaya elektrostatik yang besar antara atom H dan Y. Konsekuensinya, jarak ikatan X-H dengan ikatan hidrogen akan menjadi lebih panjang, sekalipun tetap sebagai ikatan kovalen tunggal, daripada panjang ikatan normal X-H tanpa ikatan hidrogen. Demikian juga jarak H•••Y umumnya lebih panjang daripada jarak ikatan normal H-Y. Dalam hal ikatan hidrogen sangat kuat, jarak X•••Y menjadi sangat pendek dan panjang ikatan antara X-H dan H•••Y keduanya menjadi pendek dan hampir sama.

Bukti Adanya Ikatan Hidrogen

Bukti adanya peran ikatan hidrogen yang mana cukup signifikan adalah perbandingan sifat fisik titik didih abnormal dari senyawa-senyawa NH₃, HF, dan H₂O. Kekuatan ikatan hidrogen dalam molekul-molekul secara berurutan adalah H₂O > HF > NH₃. Penyimpangan titik didih NH₃, HF, dan H₂O dalam hubungannya dengan titik didih senyawa-senyawa kovalen hidrida dari unsur-unsur dalam golongan yang sama menunjukkan peran ikatan hidrogen yang sangat jelas seperti gambar berikut ini:

Titik didih normal senyawa biner hidrogen golongan p

Dari studi kristalografik dapat diketahui bahwa dalam es setiap atom oksigen dikelilingi oleh empat atom-atom oksigen yang lain secara tetrahedral dan keempat atom-atom hidrogen terletak antara atom-atom oksigen sekalipun tidak tepat di tengahnya. Jadi, setiap atom O mengikat dua atom H dengan jarak yang sama ~1,01 Å dan dua atom H yang lain dengan jarak yang lebih panjang, ~1,75 Å, sebagai ikatan hidrogen. Jadi, jarak O-O ~2,76 Å. Struktur es ini terbuka dan distribusi ikatan hidrogen terbentuk secara acak. Jika es meleleh, maka sebagian ikatan hidrogen terputus sehingga struktur es tidak lagi dapat dipertahankan dan berakibat naiknya densitas air.

Ikatan Hidrogen pada Spektroskopi

Bukti adanya ikatan hidrogen yang lebih signifikan adalah melalui studi kristalografik - sinar X, difraksi neutron, demikian juga spekrum infra merah dan Nuclear Magnetic Resonance (NMR) baik untuk padatan cairan, maupun larutan. Di dalam spektrum inframerah, untuk senyawa X-H yang mengandung ikatan hidrogen, maka energi vibrasi - stretching X-H akan menjadi melemah hingga akan muncul pada spektrum dengan frekuensi yang lebih rendah dan melebar - tumpul.

 

6. Ikatan Logam

Pengertian Ikatan Logam

Lebih dari delapan puluh unsur yang ada di sistem periodik unsur adalah logam. Logam bersifat padat pada temperatur dan tekanan standar, dengan pengecualian unsur merkuri dan galium yang keduanya berupa cairan. Sebagai pengingat, sifat-sifat logam adalah sebagai berikut:

1. Mempunyai konduktivitas termal dan listrik yang tinggi.
2. Berkilau dan memantulkan cahaya.
3. Dapat ditempa.
4. Mempunyai variasi kekuatan mekanik.

Ikatan logam adalah suatu kekuatan utama yang menyatukan atom-atom logam. Ikatan logam merupakan akibat dari adanya tarik menarik muatan positif dari logam dan muatan negatif dari elektron yang bergerak bebas.

Sifat-sifat logam tidak dapat dimasukkan dalam kriteria ikatan seperti ikatan kovalen maupun ikatan ion. Senyawa ionik tidak dapat mengantarkan listrik pada fase padatan, dan senyawa ionik bersifat rapuh (berlawanan dengan sifat logam).  Atom dari senyawa logam hanya mengandung satu sampai tiga elektron valensi. Dengan demikian atom tersebut tidak mampu membentuk ikatan kovalen. Senyawa kovalen merupakan penghantar listrik yang buruk dan umumnya berupa cairan (dengan sifat berkebalikan dengan pembentukan logam). Dengan demikian, logam membentuk model ikatan yang berbeda.

Model Lautan Elektron

Untuk menjelaskan ikatan pada logam, Lorentz mengusulkan sebuah model yang dikenal dengan model gas elektron atau model lautan elektron. Model ini didasarkan pada sifat logam berikut:

Energi ionisasi yang rendah

Logam umumnya mempunyai energi ionisasi yang rendah. Secara tak langsung, pengertian ini merujuk pada elektron valensi yang tidak terikat dengan kuat oleh inti. Elektron valensi dapat bergerak dengan bebas diluar pengaruh inti. Dengan demikian, logam mempunyai elektron yang bebas bergerak.

Banyak orbital kosong

Telah diteliti bahwa logam mempunyai banyak orbital yang kosong sebagai akibat elektron valensi logam lebih rendah daripada orbital valensi logam. Sebagai contoh, logam litium mempunyai orbital 2p yang kosong; natrium mempunyai orbital 3p dan 5d yang kosong; dan magnesium mempunyai orbital 3p dan 3d yang juga masih kosong.

Contoh Ikatan Logam

Elektron yang paling luar pada sebagian besar logam biasanya mempunyai hubungan yang tidak erat dengan ini karena letaknya yang jauh dari muatan positif inti. Semua elektron valensi logam-logam bergabung membentuk lautan elektron yang bergerak bebas di antara inti atom. Elektron yang bergerak bebas beraksi sebagai ikatan terhadap ion bermuatan positif. Ikatan logam tidak mempunyai arah. Akibatnya, ikatan tidak rusak ketika logam ditempa.

Skema ikatan logam dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Elektron valensi menjadi terdisosiasi dengan inti atomnya dan membentuk lautan elektron.

Contoh ikatan unsur yang mempunyai ikatan logam adalah sebagian besar logam seperti Cu, Al, Au, Ag, dsb. Logam transisi seperti Fe, Ni, dsb membentuk ikatan campuran yang terdiri dari ikatan kovalen (pada elektron 3d) dan ikatan logam.

Rumus Kimia, Persamaan Reaksi, dan Stoikiometri

1. Persamaan Reaksi Kimia

Sebuah persamaan kimia merupakan sebuah cara singkat untuk menjelaskan peristiwa yang terjadi dalam perubahan kimia atau reaksi. Metode untuk merepresentasikan reaksi kimia dengan bantuan simbol-simbol dan rumus dari unsur yang terlibat di dalamnya dikenal sebagai persamaan kimia.
Beberapa hal yang penting mengenai reaksi kimia adalah:

• Zat yang saling bergabung atau bereaksi dikenal sebagai reaktan / pereaksi.
• Zat baru yang dihasilkan dalam reaksi dikenal sebagai produk.
• Reaktan ditulis di sisi kiri dipisahkan oleh tanda +.
• Produk ditulis di sebelah kanan, juga dipisahkan oleh tanda +.
• (g) berarti  gas.
• (l) berarti  cair.
• (s) berarti padat.
• (aq) menunjukkan suatu larutan berair atau yang dilarutkan dalam air.
• Angka di depan rumus atau simbol disebut koefisien.
• Kondisi yang diperlukan untuk reaksi yang ditentukan di atas atau di bawah panah.

Contoh berikut menggambarkan aspek-aspek dari persamaan kimia:

• Kapur ketika dipanaskan menghasilkan kalsium oksida padat dan gas karbon dioksida.
• Elektrolisis air dalam bentuk cair menghasilkan gas hidrogen dan oksigen.

PENTING

• Koefisien dari suatu reaksi kimia menunjukkan jumlah relatif (meskipun tidak mutlak) reaktan dan produk
• o biasanya menunjukkan jumlah terkecil dari atom, molekul atau ion yang akan memenuhi hukum kekekalan massa
• Massa relatif dari reaktan dan produk dari reaksi kimia dapat ditentukan dari koefisien reaksi ini
• Dapat mengkonversi mol ke massa dalam gram dengan mengalikan dengan massa relatif
• Persamaan kimia memberikan informasi kuantitatif yang berguna tetapi TIDAK memberikan indikasi apakah atau tidak pernah reaksi akan berlangsung 

 
  
2. Konsep Dasar Perhitungan Stoikiometri

Konsep dasar perhitungan stoikiometri. Stoikiometri merupakan sesuatu yang amat vital dan fatal dalam perhitungan kimia. Segala perhitungan dalam reaksi kimia melibatkan stoikiometri. Konsep mol merupakan kelanjutan dari stoikiometri. Untuk, di sini akan dibahas konsep dasar perhitungan reaksi kimia dengan stoikiometri. Subjek stoikiometri melibatkan perhitungan kuantitatif berdasarkan rumus kimia dan persamaan kimia.

• Massa Molekuler dan Rumus Massa

Massa molekuler dan rumus massa adalah massa yang dinyatakan dalam massa atom (u) dari molekul individu dan unsur gabungan. Semua dihitung dari massa atom dalam rumus empiris atau rumus molekul. Massa molekul hanya berlaku untuk senyawa molekul, rumus massa digunakan untuk senyawa ionik.

• Mol dan bilangan Avogadro

Satu mol adalah jumlah partikel yang relatif terhadap 12 g karbon-12. Bilangan ini disebut bilangan Avogadro yaitu 6,022 × 10²³ mol^-1. Mol adalah unit SI untuk jumlah zat dan digunakan secara luas dalam persamaan dan perhitungan kimia.

• Massa mol dan massa molar

Massa satu mol zat disebut sebagai massa molar. Konversi antara jumlah mol dan jumlah gram zat memerlukan massa molar sebagai faktor konversi. Perhitungan yang melibatkan volume, kepadatan, dan jumlah atom atau molekul juga dapat digunakan untuk menentukan bilangan molar.

• Komposisi Persen Massa

Persentasi massa unsur-unsur individu dalam suatu senyawa dapat ditentukan dari rumus kimia dan massa molar dengan persamaan berikut:

Kombinasi dari massa senyawa disebut sebagai komposisi persen massa

• Rumus Kimia dari Komposisi Persen Massa

Sebuah rumus empiris dapat dibentuk dari komposisi persen massa senyawa dengan menghitung rasio molar dari unsur-unsur yang berbeda. Rumus empiris yang dihitung dengan cara ini mungkin bisa sama dengan rumus molekul. Untuk membuat rumus molekul, kita juga harus mengetahui massa molekul.

• Percobaan Penentuan Komposisi Persen Massa

Persen massa karbon, hidrogen, dan oksigen dalam senyawa organik dapat ditentukan dengan analisis pembakaran. Metode lain yang diperlukan untuk menentukan komposisi persen massa adalah menggunakan senyawa anorganik.

• Menulis dan Menyetarakan Persamaan Kimia

Persamaan kimia menggunakan simbol-simbol dan rumus untuk unsur atau senyawa yang terlibat dalam reaksi. Sebuah persamaan kimia menggambarkan reaksi, ditunjukkan oleh panah, dari reaktan ke produk. Koefisien stoikiometrik ditempatkan sebelum simbol atau rumus dalam persamaan untuk menyeimbangkan persamaan. Sebagaimana dipersyaratkan oleh hukum kekekalan massa, setiap unsur berjumlah sama baik di sisi produk maupun di sisi reaktan.

• Stoikiometri Reaksi

Stoikiometri melibatkan hubungan kuantitatif dalam reaksi kimia. Faktor stoikiometri atau dikenal dengan rasio mol didasarkan pada koefisien dalam persamaan setara dan digunakan untuk menghubungkan reaktan atau produk. Massa molar dan faktor stoikiometrik digunakan untuk mengetahui informasi tentang salah satu reaktan atau produk dalam reaksi kimia. Strategi untuk perhitungan stoikiometri reaksi dapat diuraikan dengan diagram di bawah ini.

• Pereksi Pembatas

Pereaksi pembatas dalah pereaksi yang benar-benar habis digunakan dalam reaksi. Jumlah teoritis dari produk yang terbentuk dapat ditentukan dari pereaksi pembatas. Pereaksi yang lain disebut pereaksi berlebih. Dalam stoikiometri, pereaksi pembatas harus ditentukan terlebih dahulu.

• Persen Hasil

Dihitung secara teoritis dari pereaksi. Kuantitas yang diperoleh dari reaksi kimia,atau yang disebut hasil eksperimen, sering kurang dan umumnya dinyatakan sebagai persentase dari hasil teoritis.

• Larutan dan Stoikiometri Larutan

Larutan dibuat dengan melarutkan satu zat terlarut pada suatu pelarut. Zat terlarut biasanya berjumlah lebih rendahsedikit. Molaritas (M) atau konsentrasi molar larutan adalah jumlah mol zat terlarut per liter larutan.

Pengenceran merupakan peningkatan volume pelarut. Tetapi jumlah zat terlarut tidak berubah. Akibatnya, konsentrasi menurun. Perhitungan reaksi stoikiometri dalam larutan untuk sering menggunakan molaritas sebagai faktor konversi.

3. Konsep Mol

Konsep mol. Konsep mol diperlukan dalam reaksi kimia.Namun yang akan dibahas disini adalah konsep mol yang berhubungan dengan volume gas. Gambar di samping merupakan suatu konversi jika satu mol gas dikonversi menjadi volume. Inilah pembahasan konsep mol secara lengkap.

Karena tidak mungkin untuk menghitung berat partikel secara individual, jumlah partikel yang disebut mol dipakai untuk semua tujuan praktis. Avogadro menemukan bahwa dalam kondisi suhu dan tekanan standar (1 ATM dan 273 K) sampel gas menempati volume 22,4 L. Jadi, satu mol gas mempunyai volume sebanyak 22,4 L.

Hal ini ditemukan bahwa jumlah atom dalam 12 g karbon adalah 6,023 x 10²³ atom.
Hal ini disebut sebagai bilangan Avogadro.
Dalam satu mol gas terdapat sebanyak 6,023 x 10²³ partikel.
Bilangan Avogadro adalah jumlah atom dalam isotop C12 = 12 g C 

4. Konsep Mol Dalam Hal Ion,Nomor Massa dan Volume

Konsep mol dalam hal ion, nomor massa dan volume. Seperti pada pembahasan sebelumnya, konsep mol sangat diperlukan dalam setiap perhitungan kimia. Mol merupakan jumlah atom, molekul, ion atau elektron. Perhitungan kimia biasa menggunakan 'mol' dari atom, molekul, ion atau elektron.

Mol didefinisikan sebagai jumlah zat yang berisi jumlah unit kimia (atom, molekul, ion atau elektron). Satu mol mengandung sebanyak 6,023 x 10²³ unit kimia, atau yang disebut sebagai bilangan Avogadro
Misalnya:

• Satu mol atom hidrogen = 6,023 x 10²³ atom hidrogen
• Satu mol molekul hidrogen = 6,023 x 10²³ molekul hidrogen
• Satu mol elektron = 6,023 x 10²³ elektron
• Satu mol ion natrium (Na⁺) = 6,023 x 10²³ ion Na⁺

Kesimpulannya adalah:

• Satu mol atom = 6,023 x 10²³ atom = Gram massa atom unsur.
• Satu mol molekul = 6,023 x 10²³ molekul = Gram massa molekul.

Volume Molar

Volume yang ditempati oleh satu mol zat disebut volume molar. Hal ini dilambangkan dengan Vm. Volume molar zat tergantung pada suhu dan tekanan. Satu mol semua benda gas pada 273 K dan tekanan 1 atm menempati volume sebesar 22,4 liter atau 22.400 mL. Satuan volume molar adalah liter per mol atau mililiter per mol.

Hubungan mol dapat diringkas sebagai berikut: