NOTA PENERANGAN TOPIK 2 STRUKTUR ATOM DAN KRISTAL

KERTAS PENERANGAN

PROGRAM USM 2012 SAINS BAHAN
SEMESTER
NO DAN TAJUK 2 DVM
2.0 SRUKTUR ATOM DAN KRISTAL
STANDARD
PEMBELAJARAN 2.1 Menghuraikan jenis ikatan primer antara atom

NO KOD 2.1.1 Ikatan Ion
NAMA PELAJAR
DISEDIAKAN OLEH, 2.1.2 Ikatan Kovalen

2.1.3 Ikatan logam

2.2 Menghuraikan jenis Ikatan Sekunder ( Ikatan
Van der Waals)

2.2.1 Ikatan Hidrogen

2.2.2 Ikatan dwikutub teraruh( Induced dipole
bonding)

2.2.3 Ikatan Dwikutub Kekal ( Permanent dipole
bonding)

2.2.4 Ikatan Molekul berkutub- Teraruh ( Pole
molecule - Induced)

USM 2012 Muka: 1 Drp: 13

DISEMAK OLEH,

…………………………. ……………………
(HAJAH ASLINDAH AYOB
Pensyarah KV KLANG

1

BAB 2
USM 2012
2.0 STRUKTUR ATOM DAN KRISTAL
PENGENALAN
1. Struktur atom
Semua bahan diperbuat daripada atom. Atom terdiri daripada nukleus dan
elektron.

Figure 2.1 : Gambaran Struktur Atom

Atom = Nukleus (proton and neutron) + elektron
 Nukleus atom terletak di tengah atom. Elektron mempunyai cas negatif manakala proton

bercas positif pada magnitud yang sama.
 Bilangan elektron yang mengelilingi nukleus atom sama dengan bilangan proton dalam

nukleus sesuatu atom.
 Neutron adalah neutral atau tidak bercas.
 Proton dan neutron mempunyai jisim yang sama iaitu 1.67 x 10 –27 kg
 Jisim elektron adalah jauh lebih kecil (9.11 x 10 –31 kg dan boleh diabaikan dalam

pengiraan).

Jisim atom (A) = jisim proton + jisim neutron
Nombor atom (Z) = bilangan proton
2

 Unit jisim atom (amu) sering digunakan untuk menyatakan berat atom.
 Bilangan atom dalam mol dinamakan nombor Avogadro, (Nav)

Nav = 6.023 x 10 23 Nav = 1 gram/amu
Contoh :
 Berat atom besi = 55.85 amu / atom = 55.85 g / mol
 Elektron valens - elektron yang terletak di petala terluar sesuatu atom.
 Elektron Valens menentukan semua sifat berikut: Kimia, Elektrik, Termal, Optik
 Petala yang terisi penuh dengan elektron menghasilkan atom yang stabil.
 Elektron valens paling banyak digunakan untuk membentuk ikatan dan cenderung

mengawal sifat-sifat kimia sesuatu bahan.

2. STRUKTUR KRISTAL
 Struktur kristal ialah susunan unik atom-atom atau molekul-molekul dalam satu cecair atau

pepejal kristal.
 Struktur kristal terdiri daripada satu corak, satu set atom-atom yang disusun dalam cara

yang tertentu, dan satu kekisi yang memiliki susunan dan simetri jarak jauh.
 Corak-corak ini terletak dalam titik-titik satu kekisi, iaitu susunan titik-titik yang berulang

secara berkala dalam tiga dimensi. Titik-titik ini boleh dianggap seolah-olah membentuk
kotak-kotak kecil yang sama, dipanggil sel unit, yang mengisi ruang-ruang di antara kekisi.
 Panjang sisi-sisi satu sel unit dan sudut-sudut di antara mereka dipanggil parameter kekisi.
Ciri simetri kristal terdapat di dalam kumpulan ruangnya.

* Penerangan secara terperinci tentang kristal pada Topik 3

3

2.1 MENGHURAIKAN JENIS IKATAN PRIMER ANTARA ATOM

 Susunan atom atau molekul dalam keadaan pepejal adalah padat dan teratur berbanding
dalam keadaan cecair atau gas. Atom-atom atau molekul-molekul ini tertarik antara satu
sama lain dengan daya tarikan yang sangat kuat Daya tarikan antara atom ini secara
semulajadi adalah elektrostatik dan bergantung kepada struktur elektronik sesuatu bahan.

 Apabila atom menghampiri satu sama lain sehingga akhirnya bergabung membentuk
molekul, elektron-elektron akan membuat susunan semula untuk mencapai konfigurasi
elektron yang stabil.

 Penyusunan elektron ini akan menghasilkan jenis ikatan yang berbeza bergantung
kepada jenis atom yang bergabung.

- Ikatan boleh dikelaskan kepada :

a) Ikatan primer b) Ikatan Sekunder

IKATAN PRIMER

 Terdapat 3 gabungan ikatan primer Iaitu

i ) Logam-bukan logam ii) Bukan logam-bukan logam iii) logam-logam

 Ikatan primer merupakan ikatan antara atom yang paling kuat. Berdasarkan kepada
gabungan di atas, ikatan primer boleh dibahagikan kepada :
i) Ikatan ion

ii) Ikatan kovalen

iii) Ikatan logam

2.1 IKATAN PRIMER

2.1.1 Ikatan Ion

• Ikatan yang terbentuk antara atom logam dan bukan logam.

• Berlaku disebabkan oleh tarikan antara ion positif ( kation) dan ion negatif (anion)
• Melibatkan pemindahan elektron apabila atom logam melepaskan elektron dan

atom bukan logam menerima elektron untuk mencapai konfigurasi elektron yang
stabil.
• Elektron dipindahkan daripada atom elektropositif ke atom elektronegatif.

4

• Terdapat perbezaan keelektronegatifan yang besar (kerana kedudukan logam dan
bukan logam dalam Jadual Berkala jauh)

• Apabila logam melepaskan elektron untuk membentuk kation, jejarinya akan
mengurang ( bilangan petala berkurang) manakala apabila atom bukan logam
menerima elektron dan membentuk anion, jejarinya akan bertambah (bilangan
petala bertambah).

• Contoh: NaCl

Ikatan ion : logam + bukan logam

(Melepaskan elektron) (menerima elektron)

Penerangan :
 Atom natrium mempunyai satu elektron valens manakala atom klorin mempunyai tujuh

elektron valens. Atom natrium akan melepaskan elektronnya dan diterima oleh atom klorin.
 Atom natrium akan menjadi ion positif (Na+1) manakala atom klorin akan menjadi ion negatif

(Cl-1) dan mencapai konfigurasi elektron yang stabil.
 Atom Natrium adalah logam; oleh itu, ia mempunyai elektronegativiti (0.9) yang sangat

rendah berbanding dengan Klorin (3.0).
 Perbezaan elektronegativiti ini menyebabkan klorin dapat menarik elektron dari natrium

dan membentuk ion Cl– dan ion Na+. Oleh kerana itu, kedua-dua atom memperoleh
konfigurasi elektron yang stabil. Cl– dan Na+ dipegang bersama oleh daya elektrostatik .
Ikatan yang terbentuk daripada daya tarikan ini dinamakan Ikatan ion.
 Contoh sebatian ion: Seramik, Natrium klorida

5

Sifat-sifat sebatian Ion
i ) ikatan ion adalah tidak berarah (non-directional)
ii) kebanyakannya adalah kristal
iii) bersifat tegar ( rigid), keras, kuat, tetapi rapuh. ( sesuai dengan sifat seramik)
iv) susunan geometrinya wujud dalam keadaan pepejal untuk mengekalkan sifat neutral.
v) mempunyai takat lebur dan takat didih yang tinggi disebabkan daya tarikan
elektrostatik yang kuat.
vi ) Tidak mengkonduksi elektrik dalam keadaan pepejal tetapi mengkonduksi elektrik
dalam keadaan lebur atau larutan.
vii) Larut dalam air tetapi tidak larut dalam pelarut organik.

2.1.2 Ikatan Kovalen
 Terbentuk daripada perkongsian elektron valens antara atom bukan
logam dengan atom bukan logam untuk mencapai konfigurasi elektron
yang stabil.
 Perkongsian elektron ini membentuk molekul dwiatom.
 Terdapat perbezaan elektronegativiti yang kecil ( kerana kedudukan atom
bukan logam dalam Jadual Berkala yang dekat)

Contoh: Molekul Hidrogen

Penerangan:
 Atom hidrogen mempunyai satu elektron valens. Dua atom hidrogen akan
berkongsi dua elektron untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil
iaitu susunan elektron duplet

6

Model Ikatan Kovalen
Kemungkinan ikatan kovalen yang boleh terbentuk dalam sesuatu sebatian boleh
diwakili dengan formula 8-N’ di mana N’ adalah bilangan elektron valens.
Contoh:
1. Atom klorin: (nombor atom:17)
- Atom klorin mempunyai 7 elektron valens.
Dengan menggunakan formula 8-N’ , bilangan ikatan kovalen yang boleh dibentuk
adalah 8 -7 =1. Hanya satu ikatan kovalen yang boleh dibentuk dalam molekul klorin

Untuk mencapai kestabilan:
Setiap klorin perlu 1 elektron

2. Karbon : (nombor atom:6)
 Atom karbon mempunyai 4 elektron valens.
 Dengan menggunakan formula 8-N’ , bilangan ikatan kovalen yang boleh
dibentuk adalah 8 -4 =4. Atom karbon boleh membentuk sehingga empat ikatan
kovalen.
Misalnya atom karbon boleh membentuk 4 ikatan kovalen dengan 4 atom
hidrogen.
Untuk mencapai kestabilan:
Karbon perlu 4 elektron
Hidrogen perlu 1 elektron
 Semakin

 Apabila bertambah ikatan kovalen ( ikatan tunggal, ikatan gandadua dan
gandatiga), tenaga ikatan semakin bertambah tetapi panjang ikatan semakin
berkurang.

7

Struktur Jenis ikatan kovalen Tenaga ikatan kJ/mol Panjang ikatan (pm)
Ikatan
Ikatan tunggal 370 154
C-C Ikatan ganda dua 680 134
Ikatan ganda tiga 890 120
C=C

 Ikatan kovalen tak berkutub (non-polar covalent bond): perkongsian elektron
yang terikat adalah sama antara atom dan ikatan. Biasanya melibatkan atom yang
sama. Misalnya: C-C.

 Ikatan kovalen berkutub (polar covalent bond): perkongsian elektron yang
terikat adalah tidak sama antara atom dan ikatan. Biasanya melibatkan atom
yang berbeza. Misalnya: HF, NaF

Sifat-sifat Ikatan Kovalen
i) Secara semula jadi sebatian kovalen adalah sebatian terarah (directional).

ii) Boleh wujud sebagai pepejal, cecair dan gas.

iii) Bersifat lembut dan mempunyai takat lebur dan takat didih yang rendah.

iv) Penebat elektrik.

v) Larut dalam pelarut tak berkutub seperti benzena dan karbon tetraklorida tetapi
tidak larut dalam air.

8

2.1.3 Ikatan Logam
 Atom-atom dalam logam tersusun secara padat dan membentuk kristal.
 Ikatan logam terbentuk apabila atom daripada unsur yang sama atau berbeza
melepaskan elektron valensnya dan elektron ini tersebar di antara ruang yang
ditempati oleh atom-atom logam mengakibatkan pembentukan awan elektron.

 Elektron yang terikat longgar ini akan tertarik ke arah nukleus (bercas positif)
atom lain.

 Interaksi elektrostatik antara elektron dan kation logam ini disebut ikatan logam.
 Oleh kerana elektron ini bebas tertarik kepada atom-atom yang lain, ini

menyebabkan logam mempunyai sifat kekonduksian elektrik dan kemuluran
yang tinggi.
 Dalam ikatan logam, elektron dikongsi dengan lebih daripada satu atom.
Disebabkan ini,awan elektron tersebar di seluruh struktur kristal. Ini
menyebabkan ikatan logam tidak berarah (non-directional)
 Bilangan elektron yang dilepaskan atom logam untuk membentuk awan dan
ukuran kation menentukan kekuatan ikatan logam
 Semakin banyak bilangan elektron valens yang dilepaskan, semakin kuat ikatan
logam dan semakin tinggi tenaga ikatannya. Semakin tinggi takat lebur.
 Semakin kecil saiz kation, semakin tinggi tenaga ikatan logam.
 Tenaga ikatan logam dan takat lebur bergantung kepada bilangan elektron
valens dan peratus ikatan logam.

9

Sifat-sifat Sebatian Logam
i) Secara semula jadi adalah kristal.
ii) Konduktor elektrik yang baik.
iii) Mempunyai takat lebur dari tahap sederhana ke tinggi ( kerana ikatan logam
tidak terlalu kuat)
iv) bersifat legap terhadap cahaya.
v) konduktor haba yang baik.
vi) mempunyai daya pantulan dan kilauan yang tinggi.
vii) mudah ditempa atau dibentuk.

10

PERBANDINGAN IKATAN PRIMER

ASPEK IKATAN ION IKATAN KOVALEN IKATAN LOGAM

• Tenaga • Lebih tinggi • Lebih tinggi • Lebih rendah daripada
Ikatan semua ikatan primer
daripada daripada ikatan
• Tidak berarah (non-
ikatan logam directional)

logam

• Keadaan • Tidak • berarah

ikatan semula berarah
jadi (non-
directional)

• Pembentukan • Mudah • Ikatan terbentuk atom-atom daripada logam

ikatan terbentuk apabila dua petala atau aloi terikat dengan ikatan
apabila atom bertindih.

satu Setiap atom akan tertentu.Ikatan ini yang

daripada saling mempunyai bilangan elektron
atom menyumbang

mempunyai elektron untuk valens yang kecil dan ikatan

bilangan dikongsi yang lemah, mudah
elektron

yang kecil dilepaskan membentuk awan

seperti elektron
alkali dan

alkali bumi •

• Daya tarikan • Daya • Daya tarikan daya tarikan elektrostatik

tarikan elektrostatik antara antara awan elektron bebas

elektrostati dua atom elektron valens dan ion positif

k antara unsur logam yang sama atau

ion positif berlainan.

dan negatif

unsur yang

berbeza

• Konduktiviti • Rendah • Rendah mempunyai konduktiviti

terhadap haba dan elektrik

yang tinggi

• Takat lebur • Tinggi • Sesetengah tinggi
dan takat
didih sebatian secara umum bersifat keras
dan mulur
• Sifat mempunyai takat
mekanikal
yang rendah,

sesetengahnya

mempunyai takat

yang tinggi

• Mempunyai • Sebatian pepejal

kekerasan keras

yang tinggi

• Keterlarutan • Larut • Tidak larut dalam tidak larut dalam air dan
dalam air, air tetapi larut pelarut organik
cecair, dalam pelarut
ammonia organik seperti
benzena

11

2.2 MENGHURAIKAN JENIS IKATAN SEKUNDER ( IKATAN VAN DER WAALS)
- Ikatan sekunder disebabkan oleh tarikan dwikutub elektrik dalam atom atau molekul.
- Dwikutub bermaksud suatu molekul mempunyai dua kutub iaitu kutub positif pada satu

hujung dan kutub negatif pada hujung yang satu lagi.
- Ini bermakna atom atau molekul dwikutub mempunyai cas yang berbeza iaitu

mempunyai sedikit cas positif pada satu hujung dan sedikit cas negatif pada hujung
yang satu lagi.
- Ikatan sekunder tidak melibatkan sebarang elektron valens.
- Terdapat dua jenis ikatan sekunder iaitu :

a ) Ikatan sekunder kekal (permanent)
b ) Ikatan sekunder turun naik (fluctuating)
Contoh-contoh Ikatan Sekunder
2.2.1 Ikatan Hidrogen
2.2.2 Ikatan dwikutub teraruh( Induced dipole bonding)
2.2.3 Ikatan Dwikutub Tetap ( Permanent dipole bonding)
2.2.4 Ikatan Molekul berkutub- Teraruh ( Pole molecule - Induced bonding)

2.2.1 Ikatan Hidrogen
 merupakan ikatan dwikutub yang kuat dan ikatan sekunder kekal.
 Ikatan hidrogen melibatkan suatu tarikan elektrostatik separa antara suatu atom
hidrogen (H) yang terikat pada atom yang lebih elektronegatif seperti nitrogen (N),
oksigen (O) atau fluorin (F), dengan satu atom berkutub yang bersebelahan dengan
sepasang elektron yang tunggal.

12

Contoh ikatan hidrogen dalam molekul air

 Dalam molekul air, dua atom hidrogen yang mengelilingi atom oksigen tidak diagih secara
sekata . Perkongsian elektron yang tidak sama di antara atom-atom ini dan bentuk molekul
yang tidak simetri mengakibatkan molekul air mempunyai dua kutub iaitu kutub positif pada
bahagian hidrogen manakala kutub negatif pada bahagian oksigen.

 Oleh itu molekul air merupakan sebatian polar berkutub elektrik.

 Atom hidrogen dan oksigen dalam molekul air terikat dengan ikatan kovalen. Atom oksigen
adalah lebih elektronegatif daripada atom hidrogen.

 Oleh itu atom oksigen lebih cenderung menarik elektron daripada atom hidrogen molekul
air bersebelahan. Akibatnya, elektron-elektron ditarik lebih rapat ke arah atom oksigen
dalam molekul air.

13

2.2.2 Ikatan dwikutub teraruh ( Induced dipole bonding)
 dikenali sebagai dwikutub naik turun atau daya serakan London.
 Ikatan ini berlaku apabila agihan cas elektron dalam atom adalah tidak sekata

(asymmetrical distribution). Cas awan elektron berubah dengan masa.

Pada rajah 1 (b) dan Rajah 2 ditunjukkan agihan cas elektron lebih kepada kutub negatif
berbanding kutub positif.

kutub kutub
Positif negatif

Rajah 1 (a) Rajah 1 (b) daya tarikan elektrostatik
Rajah 2

Agihan sekata Agihan tidak sekata
cas elektron (cas berubah dengan masa)

 Rajah 1(a) menunjukkan agihan cas elektron dalam atom berkutub adalah sekata.
 Manakala pada Rajah 1(b) iaitu atom tak berkutub, agihan cas elektron tertumpu pada satu

bahagian kutub dan tidak sekata. Disebabkan agihan yang tidak sekata ini, wujud tarikan
di antara kutub positif dan negatif antara dua atom bersebelahan.
 Daya tarikan ini menghasilkan ikatan dwikutub teraruh.

14

2.2.3 Ikatan Dwikutub Kekal ( Permanent dipole bonding)
 Daya tarikan yang lemah di antara molekul berkutub kekal.
 Ikatan dwikutub ini kekal dan tidak turun naik.
 Ini berlaku apabila dua atom dalam molekul mempunyai keelektronegatifan
yang berbeza misalnya molekul air dan hidrogen klorida.
 Satu atom menarik elektron lebih daripada yang lain, menjadi lebih negatif,
manakala atom lain menjadi lebih positif.
 Ikatan kovalen yang membawa kepada pembentukan dwikutub kekal dipanggil
ikatan kovalen berkutub.

Contoh: Molekul air

Tarikan dwikutub kekal
 Tarikan dwikutub kekal molekul air disebabkan oleh kecenderungan oksigen

untuk menarik elektron ke arahnya kerana oksigen lebih elektronegatif
daripada hidrogen.
 Elektron yang terdapat dalam molekul air tertarik ke bahagian oksigen yang
menyebabkan oksigen lebih bercas negatif dan hidrogen bercas positif.
 Berlaku tarikan di antara oksigen molekul air yang bercas separa negatif
dengan hidrogen yang bercas separa positif daripada molekul air yang
bersebelahan.

15

Contoh : Hidrogen klorida

 Tarikan dwikutub kekal molekul hidrogen klorida disebabkan oleh
kecenderungan klorin untuk menarik elektron ke arahnya kerana klorin lebih
elektronegatif daripada hidrogen.

 Hujung kutub separa negatif pada atom klorin molekul hidrogen klorida tertarik
dengan hujung kutub separa positif pada molekul hidrogen klorida yang satu
lagi untuk menghasilkan Ikatan dwikutub kekal.

2.2.4 Ikatan Molekul berkutub- Teraruh ( Pole molecule - Induced)
 Molekul berkutub boleh mengaruh dwikutub molekul tidak berkutub yang
bersebelahan dengan mengganggu konfigurasi elektronnya.
 Ikatan akan terbentuk akibat daripada tarikan antara dua molekul ini.
 Ikatan yang terbentuk adalah ikatan molekul Berkutub-Teraruh.

 Kekuatan daya tarikan bergantung kepada jarak molekul dan kekutuban
molekul tak berkutub.

16

-TAMAT-
TAMAT

17