KEGIATAN. 13 ZAT PADAT
Zat padat terdiri dari atom-atom, ion-ion, atau molekul-molekul yang letaknya berdekatan dan tersusun secara teratur. Perbedaan sifat dalam berbagai zat padat disebabkan
oleh perbedaan gaya ikat di antara atom-atom, ion-ion, atau molekul-molekul tersebut. Semua ikatan dalam zat padat melibatkan gaya listrik, dan perbedaan utama di antara ikatan
itu terletak pada distribusi elektron terluar. Walaupun zat padat hanya mengisi sebagian kecil dari alam semesta ini, namun zat padat mengisi sebagian besar dunia fisik kita, dan sebagian
besar dari teknologi modern bertumpu pada sifat-sifat khusus dari zat padat.
a. Tujuan
Setelah mempelajari modul ini Anda diharapkan dapat: membedakan pengertian kristal dan amorf
membedakan beberapa jenis ikatan atom dalam kristal zat padat. menjelaskan konduktivitas listrik berdasarkan teori pita energi
Pelajarilah modul ini secara cermat agar tujuan-tujuan tersebut dapat tercapai.
b. Uraian Materi dan Contoh
1. Kristal dan Amorf
Berdasarkan struktur partikel penyusunnya, zat padat dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu kristal dan amorf. Kristal memiliki susunan partikel yang teratur dan berulang
secara periodik dalam rentang yang panjang. Contoh zat padat yang memiliki struktur kristal antara lain gula, garam dapur, belerang, silikon, germanium, dan besi.
1
Gambar 1 a Amorf memiliki keteraturan berjangkauan pendek, b Kristal memilki keteraturan berjangkauan panjang
Amorf adalah zat padat yang memiliki keteraturan susunan partikel dalam rentang yang pendek. Contoh zat padat yang memiliki struktur amorf antara lain, plastik, aspal, dan
kaca. Untuk melihat perbedaan keteraturan susunan partikel, perhatikan gambar 1 yang menunjukkan sebuah bahan yang dapat berada dalam bentuk kristal dan amorf.
Sifat fisis zat padat yang mudah diamati untuk membedakan struktur kristal dan amorf adalah titik lebur. Kristal memiliki titik lebur yang jelas, karena gaya ikat diantara
partikel penyusunnya hampir sama sehingga putusnya ikatan akibat pemanasan akan tepat pada suatu temperatur tertentu. Sedangkan, amorf akan melunak secara berangsur-angsur
karena ikatan yang paling lemah akan putus pada temperatur yang lebih rendah dari yang lainnya.
2. Jenis-jenis Kristal
Seperti telah diketahui, sifat zat padat sangat dipengaruhi oleh jenis ikatan yang terjadi diantara partikel-partikel penyusunnya. Oleh karena itu, kita dapat membedakan
jenis-jenis kristal berdasarkan ikatan yang terjadi diantara partikel-partikel penyusunnya, yaitu kristal ionik, kristal kovalen, kristal logam, kristal molekuler, dan kristal ikatan
hidrogen.
Kristal Ionik
Kristal ionik adalah kristal yang terbentuk berdasarkan ikatan ionik, yaitu partikel- partikel penyusunnya saling memberi dan menerima elektron sehingga terjadi gaya tarik
menarik antara ion positif dan ion negatif. Contoh kristal ionik antara lain NaCl dan CsCl. Kristal NaCl memikili struktur fcc face centered cubic = kubus berpusat muka
seperti tampak pada gambar 2b. setiap ion Na
+
dikelilingi oleh enam ion Cl
-
seperti tetangga terdekat dan demikian juga setiap ion Cl
-
dikelilingi oleh enam ion Na
+
. Jarak rata-rata antara ion Na
+
dan ion Cl
-
adalah sekitar 2,81 A , sedangkan jarak rata-rata antara ion Na
+
dan Na
+
atau Cl
-
dan Cl
-
adalah sekitar 3,97 A .
2
Gambar 2 a Kristal ionik NaCl, b kristal ionik CsCl
Kristal CsCl memiliki struktur bcc body-centered cubic = kubus berpusat badan seperti tampak pada gambar 2b. Setiap ion Cs
+
dikelilingi oleh delapan ion Cl
-.
Pada umumnya struktur kristal bcc terbentuk jika ukuran ion-ion penyusunnya hampir sama.
Kristal ionik memiliki sifat-sifat antara lain keras dan stabil, konduktor yang buruk, titik lebur tinggi, tembus cahaya, menyerap radiasi inframerah, dan mudah larut dalam cairan
polar seperti air.
Kristal Kovalen
Kristal kovalen adalah kristal yang terbentuk berdasarkan ikatan kovalen, yaitu pemakaian bersama elektron-elektron dan atom-atom penyusunnya. Contoh kristal kovalen
antara lain intan, silikon, germanium, dan silikon karbid SiC. Pada kristal intan, satu atom karbon berikatan kovalen dengan empat atom karbon
lainnya dalam bentuk tetrahedral seperti tampak pada gambar 3. Bentuk kristal lain yang terbentuk dari atom karbon adalah grafit. Grafit terdiri dari lapisan atom karbon berbentuk
heksagonal dan setiap atom karbon berikatan kovalen dengan tiga atom karbon lainnya. Sedangkan, lapisan-lapisan ini terikat dengan ikatan Van der Waals. Walaupun intan dan
grafit merupakan kristal yang sama-sama terbentuk dari atom karbon, namun memiliki sifat fisis yang sangat berbeda karena perbedaan struktur kristalnya.
Kristal kovalen memiliki sifat-sifat antara lain sangat keras, titik lebur sangat tinggi, tembus cahaya, konduktor yang buruk, dan sukar larut dalam zat cair biasa.
3
Gambar 3 Kristal kovalen intan
Kristal Logam
Kristal logam adalah kristal yang terbentuk berdasarkan ikatan logam, yaitu ikatan antara gas elektron dengan ion positif penyusun logam tersebut. Dalam suatu logam, elektron
valensi dari tiap atom mudah bergerak dari satu atom ke atom lain sehingga seolah-olah elektron-elektron valensi ini menjadi milik bersama seluruh atom dalam logam. Dengan
demikian, logam dapat digambarkan sebagai lautan gas elektron dengan deretan muatan positif di dalamnya seperti tampak pada gambar 4.
Semua logam, termasuk besi, perak, seng, dan tembaga merupakan contoh kristal logam. Kristal logam memiliki sifat-sifat antara lain konduktor yang baik, tidak tembus
cahaya, mengkilap, dan dapat dicampur dengan kristal logam lainnya.
Kristal Molekuler
Kristal molekuler adalah kristal yang terbentuk berdasarkan ikatan van der Waals, yaitu ikatan antara
molekul-molekul yang memiliki dipol listrik tidak permanen. Contoh kristal molekuler antara lain He, Ne, Ar, CH
4
, dan GeCl
4
dalam bentuk padatan. Untuk memahami terbentuknya kristal molekuler,
marilah kita tinjau salah satu atom dari golongan gas mulia, yaitu He. Atom helium memiliki dua elektron pada kulit K.
Pada suatu saat posisi kedua elektron dan inti tidak simetris sehingga terjadi dipol listrik sementara seperti tampak pada
gambar 5. Dalam keadaan ini atom helium dapat
4
Gambar 5 Kristal molekuler helium terbentuk dari ikatan van der Waals
Gambar 4 Gas elektron dan ion positif membentuk ikatan logam
mempengaruhi atom tetangganya sehingga atom tetangganya terpolarisasi dan terjadilah gaya tarik-menarik.
Kristal Ikatan Hidrogen
Kristal ikatan hidrogen adalah kristal yang terbentuk berdasarkan ikatan hidrogen. Sebagai contoh
kristal ikatan hidrogen ini adalah kristal H
2
O atau es. Dalam sebuah molekul H
2
O, atom-atom H dan atom O terikat secara kovalen sehingga molekul H
2
O bersifat netral. Akan tetapi, pasangan elektron bersamanya lebih
tertarik ke arah atom O sehingga terjadilah dipol listrik. Dipol-dipol listrik ini saling berinteraksi yaitu sisi O dari
satu molekul H
2
O akan menarik sisi H dari molekul H
2
O yang lain seperti tampak pada gambar 6.
3. Pita Energi
