Logam

1. LOGAM

Logam bersifat liat dan dapat ditempa serta memiliki kekuatan tarik yang tinggi, serta menghantar panas dan listrik yang baik dan tak dapat tembus pandang sampai cerah, tetapi mengkilap, dapat dicampur dengan logam lain atau nonlogam menghasilkan loigam campuran dengan sifat yang beragam. Semua ciri tersebut merupakan akibat lansung dari gabungan ikatan atau struktur Kristal yang dimiliki logam.

A. Bentuk-Bentuk Kristal Logam

Kebanyakan Logam membentuk Kristal diantaranya:

1. Struktur Kubus Pusat Badan (kpb)

Pada struktur ini hanya atom yang terletak pada diagonal yang bersinggungan dengan kedelapan atom tetangga dengan rapatan Kristal yaitu 0,162 m/R²;

2. Kemasan rapat heksagonal (krh)

Dimulai dengan satu lapisan atom yang bersinggungan dan ditutup dengan lapis kedua dengan semua atomnya sama, hanya setengan lubang yang dapat ditutup oleh lapis kedua. Dalam struktur ini atom pada lapis ketiga menempati kedudukan tapak yang sama diaas lapis pertama dan semua atom pada lapis keempat mengulangi polah seperti lapis kedua, dan seterusnya. Maka demikian lubang yang tidak tidak dapat ditutupi lagi walaupun suda berlapis-lapis, sehingga struktur dari krh memiliki cirri berupa deretan lubang yang menembus kisi.

3. Kemasan Rapat Kubus (krk)

Dalam kemasan rapat kubus yang juga disebut kubus pusat muka (kpm), struktur terdiri dari lapis 1 dan 2 seperti krh. Namun atom pada lapis keiga tidak menempati tapak ulam lapis satu tetapi menutup lubang yang terlihat pada lapis dua, lapis selanjutnya mengulangi polah lapis 1, 2, dan 3, sehingga pada struktur ini tidak tampak lubnag-lubang yang menembus kisi.

Pada Kristal-kristal ini dengan adanya atom-atom yang banyak, sebagai atam-atom tetangga terdekat, sebagaimana yang terjadi dalam banyak logam yang lazim (Na, Ag, Au), hanya satu elektron tersedia untuk ikatan. Teori Pasangan Elektron tidak dapat menjelaskan dengan memuaskan ikatan antara begitu banyak atom dengan jumlah elektron yang demikian sedikit. Kekuatan ikatan logam juga tidak dapat dijelaskan berdasarkan gaya Van Der Waals.

B. Ikatan Logam

Untuk memahami sifat ikatan dalam Kristal logam, harus mempertimbangkan teori orbital molekul (OM). Dalam perlakuan OM pada molekul dwiatom Li₂, kedua orbital 2s pada atom bergabung membenuk OM ikatan dan anti ikatan dengan dua elektron menempati tingkat yang lebih rendah . untuk empat atom dalam barisan diperoleh empat OM.

Kekuatan ikatan logam tercermin dalam kalor sublimasi logam, dengan kata lain, perubahan entalpi untuk proses endoterm:

M (padat) à M (berwujud gas) ∆H= H_sub

Logam	∆H sub (kJ/mol)
Li Na K Rb Cs	159 109 88 84 79

Ada kesejajaran antara kedudukan yang rendah dalam tabel berkala dengan rendahnya energy disosiasi molekul dwiatom. Penurunan dapat disebabkan oleh karena meningkatnya ukuran atom dan jarak antar atom, karena menipisnya lem elektron yang ditimbulkan.

∆Hsub beragam pada logam dalam periode panjang yang pertama, karena ada beberapa faktor yang terlibat: perbedaan dalam struktur Kristal dan ukuran atom logam, dan jumlah serta jenis elektron yang berperan, serta keadaan spinnya. Beberapa hasil amatan yang berguna ialah (1) bahwa kekuatan ikatan meningkat dari K ke Ca (satu elektron tambahan ternyata berpengaru) dan 2 elektron d dalam logam transisi memang berperan dalam ikatan. Cekungan kurva pada Mn (d⁵) mungkin disebabkan oleh kemantapan spin tambahan pada kulit d yang setengah terisi karena elektron memilih tinggal pada orbital terlokalosasi dari pada berperan serta dalam pembentukan ikatan logam.

C. Sifat-Sifat

Logam yang liat mudah dibengkokan atau direnggang menjadi kawat tanpa putus; logam dapat ditempa kebentuk yang baru. Kedua sifat itu berkaitan dengan sifat lem elektron dan dengan kemudahan bidang-bidang kristal saling menggeser satu sama lain. Yang disebut bidang geser ialah bidang yang merupakan rintangan yang berenergi nisbi renda bilah terjadi kerja penggeseran. Dengan demikian, jika ada tekanan maka satu lapis atom mudah digeser satu sama lain ke kedudukan kesetimbangan yang baru. Ikatan yang tak berarah diperlukan agar geseran dapat berlansung tanpa mematahkannya.

Daya hantar listrik tidak bergantung pada banyaknya elektron yang terlibat dalam ikatan. percobaan menyatakan bahwa satu elektron per atom sudah dapat membawa arus. Bagaimanapun, daya hantar memang bergantung pada pengemasan atom dalam kristal logam. Jika elektron pembawa arus merupakan gelombang, maka elektron ini mampu bergerak melalui kisi Kristal yang sangat teratur tampa hambatan, seperti layaknya sinar X melalui Kristal.

Kebanyakan logam tidaklah dipakai untuk menunjukan identitas atom lain di sebelahnya karena ciri yang tidak berarah pada ikatan logam. Hal ini disebabkan karena atom asing menempati secara acak sehingga mengakibatkan ketidakaturan dalam kisi dasar. Ketidak aturan ini menyebabkan banyak sifat-sifat berbeda.

2. Logam Semikonduktor

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator dan konduktor (logam sejati). Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor. Meningkatnya suhu akan meningkatkan hantaran karena lebih banyak elektron tereksitasi (ingat bahwa hantaran logam selalu menurun dengan meningkatnnya suhu). Bahan semikonduksi yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide.

Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut materi doping).

Untuk informasi bagaimana semikonduktor digunakan sebagai alat elektronik, lihat alat semikonduktor.

Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah IC (integrated circuit). Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan- bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas.

Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti 29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian dalam membentuk inti yang disebut nucleus. Dibutuhkan energi yang sangat besar untuk dapat melepaskan ikatan elektron-elektron ini. Satu buah elektron lagi yaitu elektron yang ke-29, berada pada orbit paling luar.

Orbit terluar ini disebut pita valensi dan elektron yang berada pada pita ini dinamakan elektron valensi. Karena hanya ada satu elektron dan jaraknya 'jauh' dari nucleus, ikatannya tidaklah terlalu kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron terluar ini mudah terlepas dari ikatannya.

Gambar-1 : ikatan atom tembaga (Cu)

Jika diberi tegangan potensial listrik, elektron-elektron tersebut dengan mudah berpindah ke arah potensial yang sama. Phenomena ini yang dinamakan sebagai arus listrik.

Isolator adalah atom yang memiliki elektron valensi sebanyak 8 buah, dan dibutuhkan energi yang besar untuk dapat melepaskan elektron-elektron ini. Dapat ditebak, semikonduktor adalah unsur yang susunan atomnya memiliki elektron valensi lebih dari 1 dan kurang dari 8. Tentu saja yang paling "semikonduktor" adalah unsur yang atomnya memiliki 4 elektron valensi.

Golongan semikonduktor lain meliputi semikonduktor tak murni atau ekstrinsik. Semikonduktor intrinsik seperti Ge dengan satu ppm (1 dalam 10⁶) atau As atau Ga sebagai pengotor substitusional menunjukan peningkatan antara ribuan kali di banding denan Ge murni. Perubahan ini sangat mencolok dibandingkan dengan yang teramati pada logam jika mengandung pengotor, dan arahnyapun berlawanan (dalam logam, atom pengotor membaurkan gelombang elektron dan menurunkan hantaran).

Susunan Atom Semikonduktor

Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O₂). Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak mengandung unsur silikon. Dapatkah anda menghitung jumlah pasir dipantai.

Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat rendah (0^oK), struktur atom silikon divisualisasikan seperti pada gambar berikut.

Gambar-2 : Struktur dua dimensi kristal Silikon

Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat berpindah untuk menghantarkan listrik. Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi panas, sehingga memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi konduktor yang baik.

Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu mencoba memberikan doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang diharapkan akan dapat mengahantarkan listrik. Kenyataanya demikian, mereka memang iseng sekali dan jenius.

Tipe-N

Gambar 3 : doping atom pentavalen

Misalnya pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki kelebihan elektron. Kelebihan elektron membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.

Tipe-P

Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya adalah bahan trivalen yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima elektron. Dengan demikian, kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-p.

Gambar 4 : doping atom trivalen

Resistansi

Semikonduktor tipe-p atau tipe-n jika berdiri sendiri tidak lain adalah sebuah resistor. Sama seperti resistor karbon, semikonduktor memiliki resistansi. Cara ini dipakai untuk membuat resistor di dalam sebuah komponen semikonduktor. Namun besar resistansi yang bisa didapat kecil karena terbatas pada volume semikonduktor itu sendiri.

K E L O M P O K 2

Sintesis

SINTESIS

A. PENGERTIAN SINTESIS

Sintesis (berasal dari bahasa Yunani syn = tambah dan thesis = posisi) yang biasanya berarti suatu integrasi dari dua atau lebih elem yang ada yang menghasilkan suatu hasil baru. Istilah ini mempunyai arti luas dan dapat digunakan ke fisika, ideologi, dan fenomenologi. Ada beberapa jenis sintesis diantaranya:

1. Sintesis organik adalah konstruksi molekul organik melalui proses kimia. Molekul-molekul organik sering memiliki tingkat kompleksitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan senyawa-senyawa anorganik, oleh karena itu sintesis senyawa-senyawa organik telah berkembang menjadi salah satu aspek kimia organik yang paling penting. Ada dua bidang penelitian dalam bidang kimia organik secara umum - sintesis total dan metodologi.

2. sintesis kimia adalah suatu proses reaksi yang bertujuan untuk memperoleh suatu produk kimia, ataupun beberapa produk. Sintesis terjadi berdasarkan peristiwa fisik dan kimia yang melibatkan satu reaksi atau lebih. Sintesis kimia adalah suatu proses yang dapat direproduksi selama kondisi yang diperlukan terpenuhi.

3. Sintesis indola Fischer adalah sebuah reaksi kimia antara fenilhidrazina (bersubstituen) dengan aldehida atau keton di bawah kondisi asam yang menghasilkan heterolingkar aromatik indola. Reaksi ini ditemukan pada tahun 1883 oleh Hermann Emil Fischer. Zaman sekarang, obat-obatan antimigrain sering disintesis menggunakan metode ini.

Pilihan penggunaan katalis asam sangatlah penting. Asam Bronsted seperti HCl, asam sulfat, asam fosfat, dan asam p-toluenasulfonat dapat digunakan. Asam Lewis seperti boron trifluorida, seng klorida, perak klorida, dan aluminium klorida juga merupakan katalis yang cukup baik.

4. Sintesis Gabriel, dinamakan dari kimiawan Jerman Siegmund Gabriel, adalah reaksi kimia yang mengubah alkil halida primer menjadi amina primer dengan menggunakan kalium ftalimida.

Garam kalium ataupun natrium bereaksi dengan alkil halida primer, membentuk alkil ftalalat imida. Reaksi ini tidak akan berjalan untuk alkil halida sekunder.

Setelah dihidrolisis menggunakan asam, amina primer dilepaskan sebagai garam amina. Selain itu, ia juga dapat dilakukan via prosedure Ing-Manske, yang melibatkan reaksi dengan hidrazina akuatik ataupun dalam etanol dengan refluks. Prosedur ini akan mengendapkan ftalhidrazia bersamaan dengan amina primer. Teknik ini sering kali menghasilkan rendemen yang rendah. Oleh karena itu, terdapat pula metode lain yang digunakan untuk melepaskan amina dari ftalimida.

Awal dari sintesis kimia dimulai dengan pemilihan suatu senyawa kimia yang biasa dikenal dengan sebutan reaktan. Biasanya Proses ini membutuhkan pengadukan dan dilakukan dalam labuh reaksi sederhana. Beberapa reaksi membutuhkan prosedur tertentu sebelum menghasilkan produk yang diinginkan. Jumlah produk yang dihasilkan dalam suatu sintesis kimia dikenal dengan istilah perolehan reaksi. Umumnya, perolehan reaksi dinyatakan sebagai berat dalam satuan gram atau sebagai persentase dari jumlah produk yang secara teoritis dapat dihasilkan. Dalam suatu sintesa kimia, terdapat kemungkinan adanya reaksi samping yang menghasilkan produk yang tidak diinginkan. Reaksi samping menyebabkan turunnya perolehan produk yang diinginkan. Bila menginginkan produk dengan kemurnian yang tinggi, tahap pemurnian perlu dilakukan dengan melakukan proses pemisahan.

Contah dari sintesis kimia

Reaksi antara fenilhidrazina bersubstituen dengan aldehida atau keton pada awalnya menghasilkan fenilhidrazon, yang kemudian akan berisomerisasi menjadi enamina. Setelah protonasi, reaksi penataan ulang 3,3-sigmatropik tejadi, dan menghasilkan imina. Imina yang dihasilkan akan membentuk aminosetal siklik (amina), yang di bawah kondisi asam akan mengeliminasi amonia, menghasilkan indola aromatik.

Kajian pelabelan isotopik menunjukkan bahwa nitrogen aril (N1) dari fenilhidrazina semula terkandung dalam indola yang dihasilkan.