Struktur Atom dan Ikatan Antar Atom Pada Material Teknik

Selama akhir abad kesembilan belas, disadari bahwa banyak fenomena melibatkan elektron dalam padatan tidak dapat dijelaskan dalam istilah mekanika klasik. Pembentukan seperangkat prinsip dan hukum yang mengatur sistem atom dan entitas subatomik diciptakan yang kemudian dikenal sebagai mekanika kuantum. Sebuah pemahaman tentang perilaku elektron dalam atom dan padatan kristal tentu melibatkan diskusi dari konsep mekanika kuantum. Namun, eksplorasi rinci dari prinsip-prinsip ini adalah di luar cakupan teks ini, dan hanya perlakuan yang sangat dangkal dan disederhanakan yang diberikan.

Salah satu hasil awal mekanika kuantum adalah model atom Bohr yang disederhanakan, di mana elektron diasumsikan berputar di sekitar inti atom dalam orbital diskrit, dan posisi elektron tertentu kurang lebih didefinisikan dengan baik dalam hal orbit. Model Bohr merupakan upaya awal untuk menggambarkan elektron dalam atom, dalam baik posisi (orbital elektron) dan energi (tingkat energi terkuantisasi).

Model Bohr ini akhirnya ditemukan memiliki beberapa keterbatasan yang signifikan karena: ketidakmampuannya untuk menjelaskan beberapa fenomena yang melibatkan elektron. Penambahan resolusi tercapai dengan model gelombang-mekanik, di mana elektron dianggap menunjukkan kedua gelombang dan karakteristik seperti partikel. Dengan model ini, elektron tidak lagi diperlakukan sebagai sebuah partikel bergerak dalam orbital diskrit; alih-alih, posisi dianggap sebagai probabilitas dari elektron berada di berbagai lokasi di sekitar inti.

Model atom Bohr dan Model Gelombang Mekanik

Konfigurasi Elektron

Untuk menentukan jumlah subkulit atom yang teriisi dengan elektron yang mengorbit, prinsip Pauli dapat digunakan bahwa setiap keadaan elektron dapat menampung tidak lebih dari dua elektron yang harus memiliki putaran yang berlawanan. Jadi, subkulit s, p, d, dan f masing-masing dapat mengakomodasi, berturut-turut sebanyak 2, 6, 10, dan 14 elektron. Konfigurasi elektron atau struktur atom mewakili cara di mana subkulit ini diduduki elektron. Dalam notasi konvensional, jumlah elektron dalam setiap subkulit ditunjukkan oleh superskrip setelah subkulit. Misalnya, konfigurasi elektron untuk hidrogen, helium, dan natrium berdasarkan tabel periodik berturut-turut adalah 1s1 (1),1s2 (2), dan 1s22s22p63s1 (11).

Skema energi elektron relatif untuk berbagai subkulit atom

Konfigurasi elektron ini salah satu output yang digunakan adalah mencari elektron valensi. Elektron valensi adalah elektron yang menempati kulit terluar. Elektron ini sangat penting seperti yang akan terlihat, mereka berpartisipasi dalam ikatan antar atom untuk membentuk sekumpulan atom dan molekul. Selanjutnya, banyak dari sifat fisik dan kimia didasarkan pada elektron valensi ini yang dapat diamati di tabel periodik. Pengelompokkan golongan unsur juga dipengaruhi oleh elektron valensi.

Contoh konfigurasi elektron pada setiap unsur

Ikatan Antar Atom

Ikatan Ion

Ikatan ionik mungkin yang paling mudah untuk digambarkan dan divisualisasikan. Ikatan ini ditemukan di senyawa yang terdiri dari unsur logam dan unsur nonlogam pada tabel periodik. Atom unsur logam dengan mudah melepaskan elektron valensinya kepada atom nonlogam. Dalam prosesnya, semua atom mendapatkan konfigurasi gas yang stabil atau inert (yaitu, kulit orbital terisi penuh) dan, Selain itu, mereka bermuatan listrik—yaitu, mereka menjadi ion. Natrium klorida (NaCl) adalah bahan ion klasik. Atom natrium dapat mengasumsikan struktur elektron neon (dan satu muatan positif bersih dengan pengurangan ukuran) dengan transfer satu muatan elektron valensi 3s ke atom klorin.

Ikatan Kovalen

Ikatan kovalen ditemukan pada bahan yang atomnya memiliki perbedaan keelektronegatifan yaitu yang terletak berdekatan satu sama lain dalam tabel periodik. Untuk bahan-bahan ini, konfigurasi elektron yang stabil diasumsikan dengan berbagi elektron antara atom yang berdekatan. Dua atom yang terikat secara kovalen masing-masing akan berkontribusi pada paling sedikit satu elektron ke ikatan, dan elektron bersama dapat dianggap milik kedua atom. Biasanya ikatan kovalen terjadi pada unsur nonlogam terikat dengan unsur nonlogam.

Ikatan Van Der Walls

Ikatan sekunder, atau ikatan van der Waals (fisik), lemah dibandingkan dengan ikatan ikatan primer atau kimia; energi ikatan berkisar antara sekitar 4 dan 30 kJ/mol. Ikatan sekunder ada di antara hampir semua atom atau molekul, tetapi keberadaannya mungkin dikaburkan jika salah satu dari tiga jenis ikatan utama hadir. Ikatan sekunder dibuktikan untuk gas inert, yang memiliki struktur elektron stabil. Selain itu, sekunder (atau antarmolekul) ikatan dimungkinkan antara atom atau kelompok atom, yang bergabung bersama oleh ikatan (atau intramolekul) ikatan ionik atau kovalen.

Gaya ikatan van der walls muncul dari dipol atom atau molekul. Intinya, dipol listrik ada setiap kali ada pemisahan positif dan negatif bagian dari atom atau molekul. Ikatan dihasilkan dari gaya tarik coulombik antara ujung positif dari satu dipol dan daerah negatif dari yang berdekatan. Interaksi dipol terjadi antara dipol terinduksi, antara dipol terinduksi dan molekul polar (yang memiliki dipol permanen), dan antara molekul. Ikatan hidrogen, jenis khusus dari ikatan van der walls, ditemukan di antara beberapa molekul yang memiliki hidrogen sebagai salah satu unsurnya.

Skema Ikatan Van Der Walls antar dua dipol

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR MATERIAL TEKNIK LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Callister, William D. Jr, dan Rethwisch, David G. 2018. Materials Science and Engineering An Introduction (10th ed). Amerika Serikat: John Wiley & Sons, Inc.

Author: admin

0 replies

Leave a Reply

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *