KUIS ILMU MATERIAL

1.     Sifat suatu materi baik berupa molekul yang tersusun oleh 1 jenis atom atau terdiri dari beberapa jenis atom sangat dipengaruhi oleh interaksi elektron-elektron yang terlibat dalam ikatan diantara atom-atom tersebut. Komposisi dan tata letak dari berbagai atom atau molekul yang berkumpul menjadi satu akan mempengaruhi keadaan elektron ikatan (gaya tolak, gaya tarik, kekuatan, kesetabilan, dll). Material adalah sekumpulan molekul atau atom dalam ukuran makro dimana sifat kimia dan fisika dari material ini sangat dipengaruhi oleh ikatan yang terbentuk pada skala atom penyusun dari material tersebut.

2.     Interaksi elektronik secara garis besar dibagi menjadi dua, yakni interaksi intra molekuler dan ekstra molekuler (antar molekul). Interaksi intra molekul dibagi menjadi tiga berdasarkan perbedaan keelektronegatifan dari atom yang berikatan, yakni kovalen, ionik, dan logam. Ikatan kovalen terbentuk bila perbedaan keelektronegatifan dari atom yang berikatan diantara 0-1,7 sedangkan ionik terbentuk apabila perbedaannya lebih dari 1,7. Ikatan logam terbentuk apabila elektron atom logam dengan atom logam lainnya dapat bergerak bebas mengelilingingi daerah luar dari atom logam yang tersusun. Interaksi elektronik intra molekul dapat terjadi bila molekul memiliki muatan parsial positif atau negatif. Muatan parsial dapat terbentuk dari perbedaan keelektronegatifan atom penyusun suatu molekul yang sangat tinggi, adanya elektron bebas, geometri molekul, dll. Beberapa inetaksi ekstra molekul adalah ikatan dipol permanen dan sesaat, hidrogen, Vander Waals, dll.

3.     Berdasarkan konduktivitasnya material dibagi menjadi tiga bagian, yakni isolator (10-20 samapai 10-10 (Ω· M )^-1), semi konduktor (10-6 sampai 104 (Ω· M )^-1 ) , dan konduktor (lebih dari 107 (Ω· M )^-1 ). Perbedaan ini disebabkan oleh perbedaan potensi perpindahan elektron dari orbital yang lebih rendah ke yang lebih tinggi. Elektron dari material konduktor dapat dengan mudah pindah dari orbital yang lebih rendah ke orbital yang lebih tinggi. Elektron semikonduktor dapat pindah dengan sedikit energi sedangkan isolator membutuhkan energi yang besar untuk berpindah. Potensi perpindahan atau kemungkinan perpindahan yang disebutkan di atas disebabkan oleh besarnya jarak antara orbital terluar yang ditempati elektron dengan orbital yang tingkat energinya di atasnya. Semakin kecil jarak, maka semakin besar potensi perpindahan elekton dari tingkat dasarnya.

4.     Momen magnetik yang dimiliki oleh material ditentukan oleh susunan elektron dari material tersebut. Berdasarkan susunan elektron yang dimiliki oleh suatu material, material dibagi menjadi lima, yakni diamagnetik, paramagnetik, ferimagnetik,  feromagnetik, dan anti-feromagnetik. Diamagnetik adalah material yang orbital molekulnya terisi penuh sehingga momen yang ditimbulkan pada material ini hanya terbatas pada jungkir balik elektron (pertukaran posisi) pada orbital tersebut sehingga momen yang dihasilkan sangat kecil dan singkat. Paramagnetik, ferimagnetik, feromagnetik, dan anti-feromagnetik adalah material yang memeiliki elektron tak berpasangan pada orbital molekulnya. Akan tetapi perbedaan dari keempatnya terletak pada posisi atau struktur elektronnya. Paramagnetik tidak teratur sehingga material ini memiliki momen permanen akan tetapi kekuatannya tidak besar. Ferimagnetik teratur akan tetapi momennya sedikit saling meniadakan karna momen ke atas berlawanan dengan momen ke bawah akan tetapi momen ke atas lebih besar dari pada momen ke bawah sehingga momennya permanen dan lebih besar dari pada paramagnetik. Anti-fero memiliki struktur yang teratur dan saling menguatkan karna susunyannya searah sehingga momen yang dimiliki material ini sangat besar. Anti-feromagnetik teratut akan tetapi saling meniadakan karna momen ke atas sama dengan momen ke bawah sehingga resultan momennya nol.

5.     Material logam mengabsorp cahaya dan menngunakannya untuk eksitasi elektron. Logam memiliki elektron gap yang sangat kecil dan atau memiliki orbital tidak penuh sehingga eksitasi elektron dari logam sangat dimungkinkan dengan adanya radiasi elektromagnetik (REM) seperti cahaya. Cahaya datang akan digunakan hampir seluruhnya oleh material ini untuk eksitasi elektronyya sehingga tidak ada yang diteruskan dan hal ini menyebabkan material ini tidak transparan.

6.     Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor buatan yang didasarkan pada peningkatan jumlah elektron atau pengurangan elektron pada suatu material dengan cara menyisipkan material ‘pengotor’ pada kisi-kisi atau beberapa tempat pada kristal atau material yang dikehendaki dirubah sebagai semikonduktor. Semikonduktor ektrinsik dibagi menjadi tipe P dan N. Hal mendasar yang membedakan keduanya adalah material pengotor yang disisipkan pada material netral. Akan menjadi tipe P bila atom pengotor memiliki elektron kurang dari mterial netral yang digantikan posisinya, sebaliknya pada tipe N.

7.     Vibrasi atomik terjadi pada ikatan antara dua atom. Semakin tinggi termpratur, maka semakin besar frekuensi vibrasi pada ikatan. Akan tetapi pada material tertentu seperti polimer organik, protein, dll, tempratur yang melebihi kapasitas termalnya akan mengakibatkan kerusakan atau pemutusan ikatan.

8.     Karakteristik yang dimiliki oleh material nano baik fisik ataupun kimia bertumpu pada ukurannya yang kecil sehingga dengan jumlah atom yang sama material nano memiliki survace area atau luas area yang sangat besar. Survace area inilah yang kemudian membawa sifat atau karakteristik khas yang dimiliki oleh material nano. Contohnya adalah meningkatnya absorbansi (cahaya, zat, larutan, dll.), reaktivitas, magnetic, dll.

9.     Fungsi dan aplikasi material berkembang seiring dengan berkembangnya manusia dari segi peradaban dam pemikiran. Aplikasi material yang berkembang mulai ditemukannya dibagi menjadi tiga yakni struktural, fungsional, dan smart. Struktural material adalah material yang digunakan sesuai dengan sifat fisik yang dimilikinya seperti keras dan berat digunakan untuk melempar hewan buruan misalnya batu. Benda yang memiliki sifat dapat ditempa dan dibentuk seperti besi digunakan sebagai alat untuk memotong. Fungsional material adalah material-material yang digunakan berdasarkan sifat kimia, elektronik, dan sifat fisiknya seperti logam yang memiliki elektron terluar yang dapat dengan mudah tereksitasi digunakan sebagai penghantar listrik (kabel). Smart material adalah material yang digunakan berdasarkan pengembangan dan peningkatan sifat-sifat yang dimilikinya seperti peningkatan daya absorb dengan komposit, memperkecil material sehingga luas areanya bertambah, dll.

10.  Material nano dapat dibuat dengan dua cara, yakni top-down dan bottom-up. Top-down adalah cara membuat meterial nano dengan memisahkan molekul yang berkumpul dalam jumlah besar menjadi kecil suhingga ukurannya tidak lebih dari 100 nm. Metode top-down menggunakan berbagai teknik penggilingan dan homogenisasi. Contoh dari pembuatan material nano dengan metode top-down adalah pembuatan nano silica dari cangkang kerang. Metode bottom-up adalah cara membuat material nano dengan menggabungkan beberapa molekul sehingga terbentuk struktur material dalam ukuran nano. Dalam metode bottom-up diperlukan stabilisasi zat aktif untuk mencegah terbentuknya material skala mikro. Contohnya adalah pembuatan carbon nano tube.

Keterkaitan antara ukuran atom pusat dengan harga 10 Dq berdasarkan data.

Ti³⁺      20400                          Fe³⁺     21000

V³⁺       19000                          Fe²⁺     10500

Cr³⁺      17700                          Co³⁺     19000

Cr²⁺      12500                          Co²⁺     9750

Mn³⁺    21000                          Ni²⁺     8500

Mn²⁺    7500                            Cu²⁺     12600

Menurut Prof. Effendi dalam bukunya Kimia Koordinasi, Dalam satu golonagan untuk ion-ion dengan muatan yang sama kekuatan medan yang timbul akibat interaksi antara ion pusat dengan ligan-ligan yang sama bertambah dengan bertambahnya periode. Bertambahnya periode dalam satu golongan dapat diartikan jika semakin besar suatu atom pusat dalam satu golongan dengan muatan yang sama, maka semakin besar pula kekuatan medan ligannya. Data yang diberikan adalah data dari harga 10 Dq beberapa kompleks dengan atom pusat satu periode, berbeda golongan. data yang diberikan dapat dikelompokkan menjadi atom pusat mutan 2+ dan 3+.

Golongan 2+

Cr²⁺      12500

Mn²⁺    7500

Fe²⁺      10500

Co²⁺     9750

Ni²⁺      8500

Cu²⁺     12600

Golongan 3+

Ti³⁺      20400 

V³⁺       19000

Cr³⁺      17700

Mn³⁺    21000

Fe³⁺      21000

Co³⁺     19000

Ukuran atom dalam satu periode dari kiri ke kanan semakin kecil. Hal ini disebabkan oleh bertambahnya daya tarik inti. Jika mengikuti aturan ‘ukuran atom pusat’ dalam penentuan harga 10 Dq, maka seharusnya atom pusat dalam satu periode, dengan ligan dan muatan yang sama dari kiri ke kanan memiliki harga 10 Dq yang menurun. Akan tetapi, data yang diberikan tidak mengikuti aturan ini. Menurut data yang diberikan, harga 10 Dq dari kompleks dengan atom pusat satu periode berbeda golongan memiliki harga yang tidak beraturan. Hal ini dapat diartikan, bahwa aturan ‘ukuran suatu atom pusat’ hanya berlaku bagi atom pusat dengan golongan yang sama pada periode berbeda.

Data di atas masuk pada penggolongan menurut kestabilan muatan kompleks. Semakin stabil suatu kompleks, semakin  besar harga 10 Dq nya.

kalo ada yang salah koreksi ya...

faktor yang mempengaruhi harga 10 Dq pada transisi elektronik orbital d-d pada senyawa kompleks.

1.      Transisi elektronin d-d hanya akan terjadi bila suatu kompleks memiliki atom pusat yang orbital ‘d’ nya ada yang kosong dan atau tidak terisi penuh. Jika semua orbital ‘d’ pada atom pusat sama sekali tidak terisi atau penuh, maka yang terjadi adalah transisi dari d-s, d-ikatan, atau ikatan-d. Orbital ikatan yang dimaksud disini adalah orbital yang terbentuk akibat tumpang tindih orbital ligan dengan orbitl atom pusat. ligan dapat mengeksitasi elektronnya dari orbitalnya ke orbital atom pusat jika atom pusat memiliki orbital d yang kosong. Orbital ‘s’ yang dimaksud disini adalah orbital s yang energinya diatas orbital d yang terisi penuh pada atom pusat (3d ke 4s).

a.       Muatan atom pusat. semakin besar muatan atom pusat maka semakin besar pula kekuatanam medan ligan. Hal ini disebabkan oleh semakin positif suatu atom pusat, maka semakin besar pula gaya tarik elektrostatis atom pusat dan ligan sehingga pemisahan obital d semakin besar dan medan kristal yang ditimbulkan semakin kuat pula.

b.      Jumlah ligan. jumlah ligan berpengaruh pada geometri kompleks dimana kompleks oktahedral lebih besar dari pada tetrahedral. Faktor yang mempengaruhi perbedaan kekuatan medan ini da dua, yakni: a) interaksi antara ligan-ligan dengan orbital-orbital d atom pusat pada kompleks oktahedral lebih kuat dibandinkan pada medan tetrahedral, dan b) bertambahnya jumlah ligan akan memperbesar kekuatan interaksi dan pemisahan orbital-orbital d dari atom pusat.

c.       Jenis ligan. jenis ligan yang berbeda akan mengahislkan kekuatan medankristal yang berbeda pula. Kekuatan medankristal atau harga 10Dq dipengaruhi juga kekuatan ligan, yang dituliskan dalam deret spektrokimia I^-< Br^-< S^2-< SCN <Cl^-< NO₃^-< F^-< urea ~ OH^-< ox^2- ~ O^2-< H₂O < NCS- < CH₃CN < NH₃ ~ py< en <bipy ~ phen< NO₂^-<fosfina< C₆H₅< CN- < CO.

Jenis Ion Pusat. Dalam satu golonagan untuk ion-ion dengan muatan yang sama kekuatan medan yang timbul akibat interaksi antara ion pusat dengan ligan-ligan yang sama bertambah dengan bertambahnya periode. Ini disebabkan karena dalam satu golongan dari atas ke bawah terjadi kenaikan muatan inti effektif dengan bertambahnya periode.