11/4/2011

1

1

MATERIAL TEKNIK1. STRUKTUR ATOM DAN

IKATANNYA

Diploma 4

Mengapa perlu dipahami?

Ikatan interatomik sifat material

Contoh: Wujud karbon Grafit / Intan

2

11/4/2011

2

3

Struktur atom

Atom merupakan struktur dasar dari seluruh bahan-bahan teknik.

Atom terdiri dari tiga partikel sub-atom dasar : proton, neutron dan elektron.

Model sederhana atom terdiri dari nukleus yang sangat kecil dengan diameter 10-14 m dan dikelilingi oleh awan elektron yang sangat tipis dengan densitas yang bervariasi sehingga diameter atom ada dalam orde 10-10 m.

4

Struktur atom

Nukleus terdiri dari proton dan neutron

dan sebagian besar masa atom berada di

nukleus.

11/4/2011

3

5

Nomor atom dan massa atom

Nomor atom = menunjukkan jumlah proton (kutub positif) yang berada di nukleus.

Massa atom = massa atom relatif adalah masa dalam satuan gram dari sejumlah.6,023 x 1023 atom (bilangan avogadro NA).

Atom C dengan 6 proton dan 6 neutron (atom karbon 12) menjadi referensi untuk 1 unit massa atom C memiliki masa 12 gr/mol.

6

Tabel periodik

11/4/2011

4

7

Contoh perhitungan

Berapa massa satu atom Cu ?

Massa atom Cu = 63,54 gr/mol

Dalam 63,54 gr Cu terdapat 6,02 x 1023 atom

Maka massa satu atom Cu adalah:

grxatomxmolatomx

molgr

atom

Cugrx

molatomx

Cumolgr

22

23

23

1005,11/1002,6

/54,63

1/1002,6

/54,63

8

Penyerapan dan pelepasan energi

11/4/2011

5

9

Persamaan Planck

h = konstanta Planck = 6,63 x 10-34 J.s

c = kecepatan cahaya = 3 x 108 m/s

= panjang gelombang

hcE

hE

10

Nomor kuantum

Nomor n principal quantum number

menunjukkan tingkat energi utama dari elektron

kulit lintasan elektron K,L,M, …

11/4/2011

6

11

Nomor kuantum

Nomor l azimuthal quantum number

menunjukkan tingkat sub kulit s,p,d,f, …

12

Nomor kuantum

Nomor ml magnetic quantum number menunjukkan tingkat energi setiap sub kulit s,p,d,f, …

11/4/2011

7

13

Nomor kuantum

Nomor ms electron spin quantum number menunjukkan arah putaran elektron nilai + ½ atau – ½

14

Konfigurasi elektron

Jumlah elektron maksimun setiap kulit

adalah 2n2

Kulit K n = 1 maksimun elektron 2

Kulit L n = 2 maksimum elektron 8

Kulit M n = 3 maksimum elektron 18

11/4/2011

8

15

Orbital

16

Jenis ikatan atom

Ikatan kimia antar atom dapat terjadi

apabila ada pengurangan energi potensial

atom sampai pada status harus berikatan

atom memiliki kestabilan energi

Ikatan kimia atom dibagi menjadi dua

kelompok :

Ikatan primer atau ikatan kuat

Ikatan sekunder atau ikatan lemah.

11/4/2011

9

17

Ikatan primer

Ikatan primer atom dengan gaya

interatomik yang besar dapat dibagi

menjadi tiga kelompok

Ikatan ion

Ikatan kovalen

Ikatan logam

18

Ikatan ion

Gaya interatomik yang besar dibentuk oleh transfer elektron dari atom ke atom menghasilkan ion-ion yang mengikat atom-atom dengan gaya coulomb (interaksi antara muatan negatif dan positif ion-ion).

Ikatan ion memiliki ikatan nondirectional yang kuat.

11/4/2011

10

19

Ikatan kovalen

Gaya interatomik yang besar dibentuk oleh penggunaan elektron secara bersamaan antar atom.

Ikatan terbentuk dengan lokalisasi directional.

20

Beda ikatan kovalen dan ion

11/4/2011

11

Beda ikatan kovalen dan ion

21

Ikatan Kovalen

Jika kedua elektron diantara inti, mengisi overlaping 1s orbitals

Kedua elektron dapat menurunkan energinya dengan menempati 1s orbitals dari kedua atom pada saat yang bersamaan

Perbedaaan keelektronegatifan atom besar

Ikatan Ion

Jika kedua elektron hanya berada disekitar salah satu inti

Terbentuk ion positif dan negatif

Terjadi daya tarik elektrostatik

Perbedaaan keelektronegatifan atom kecil (posisi dalam tabel periodik berdekatan)

22

Ikatan logam

Gaya interatomik yang besar dengan penggunaan elektron secara bersamaan dengan kecenderungan de-lokalisasi untuk membentuk ikatan non-directional yang kuat.

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.

11/4/2011

12

Ikatan sekunder / Van der Waals

Ikatannya lemah.

Berada diantara hampir semua

atom atau molekul, namun

keberadaannya akan

dikaburkan jika ada ikatan

primer.

Ikatan dihasilkan dari daya

tarik coulomb diantara ujung

positif salah satu dipole dan

daerah negatif yang

berdekatan.

Jenis: Induksi dan permanen

23

24

Sifat logam dikaitkan dengan ikatan atom

1. Sifat Mengkilap

Mengapa logam mengkilap ? Bila cahaya tampak jatuh pada permukaan

logam, sebagian electron valensi yang mudah bergerak tersebut tereksitasi

(electron berpindah dari tingkat energi yang lebih rendah ke tingkat energy

yang lebih tinggi). Ketika electron tereksitasi tersebut kembali pada

keadaan dasarnya, maka energy cahaya dengan panjang gelombang

tertentu ( di daerah cahaya tampak) akan dipancarkan kembali. Peristiwa ini

dapat menimbulkan sifat kilap yang khas pada logam.

2. Daya Hantar Listrik

Mengapa logam dapat menghantarkan listrik? Daya hantar listrik pada

logam disebabkan adanya elektron valensi yang mudah bergerak. Elektron–

elektron itu bebas bergerak dalam medan listrik yang ditimbulkan sumber

arus sehingga lisrik dapat mengalir dalam logam.

11/4/2011

13

25

Sifat logam dikaitkan dengan ikatan atom

3. Daya Hantar Panas

Sama dengan daya hantar listrik, daya hantar panas juga disebabkan

adanya electron yang dapat bergerak bebas. Jika bagian tertentu dari

logam dipanaskan, maka electron pada bagian logam itu menerima

sejumlah energi sehingga energi kinetiknya bertambah dan gerakannya

makin cepat. Elektron – elektron yang bergerak dengan cepat tersebut

menyerahkan sebagian energi kinetiknya kepada elektron lain sehingga

seluruh bagia logam menjadi panas dan suhunya menjadi naik.

4. Dapat Ditempa, Dibengkokkan dan Ditarik.

Ikatan dalam kisi Kristal logam tidak kaku seperti Kristal senyawa kovalen,

sebab dalam kisi Kristal logam tidak terdapat ikatan terdelokalisasi. Karena

daya tarik setiap ion logam bermuatan positif terhadap elektron valensi

sama besarnya, maka suatu lapisan ion logam bermuatan positif dalam kisi

Kristal mudah bergeser.Jadi sebelum ikatan logam putus, maka akan

segera terbentuk ikatan logam yang baru. Oleh karena itu, logam dapat

ditempa menjadi lempeng yang sangat tipis, dapat ditarik menjadi kawat

yang halus atau dibengkokkan.