Kristal Ionik.docx

KRISTAL IONIK Kristal ionik terdiri dari ion positif dan negatif. Ikatan ionik dihasilkan dari interaksi elektrostatik ion yang bermuatan berlawanan. Dua struktur kristal yang umum ditemukan untuk kristal ionik, natrium klorida dan struktur sesium klorida, ditunjukkan pada Bab 1. Konfigurasi elektronik semua ion kristal ionik sederhana berhubungan dengan cangkang elektronik tertutup, seperti pada atom gas inert. Dalam litium fluorida, konfigurasi atom netral adalah, menurut tabel periodik di kertas akhir depan buku ini, Li: Is22s, F: Is22s22p5. Ion yang diisi sendiri memiliki konfigurasi Li+ : Is2, F- : Is22s22p6. seperti untuk helium dan neon, masing-masing. Atom gas inert memiliki cangkang tertutup, dan distribusi muatannya simetris bulat. Kami berharap bahwa distribusi muatan pada setiap ion dalam kristal ionik akan memiliki simetri bulat, dengan beberapa distorsi dekat wilayah kontak dengan atom tetangga. Gambar ini dikonfirmasi oleh studi x-ray dari distribusi elektron.

Distribusi kerapatan elektron pada bidang dasar NaCl, setelah studi x-ray oleh G.Schoknecht. Angka-angka pada kontur memberikan konsentrasi elektron relatif. Perkiraan cepat menunjukkan bahwa kita tidak salah arah dalam mencari interaksi elektrostatik untuk sebagian besar energi ikat kristal ionik. Jarak antara ion positif dan ion negatif terdekat dalam kristal natrium klorida adalah 2,81x10-8 cm, dan bagian coulomb yang menarik dari energi potensial dari dua ion itu sendiri adalah 5,1 eV: Nilai ini dapat dibandingkan (Gbr. 8) dengan nilai eksperimen 7,9 eV per unit molekul untuk energi kisi kristal NaCl sehubungan dengan dipisahkan Na+ dan Cl-. Kami sekarang menghitung energi lebih dekat.

Energi per unit molekul kristal natrium klorida adalah (7,9-1,1 + 3,6) = 6,4 eV lebih rendah dari energi atom netral yang dipisahkan. Energi kisi sehubungan dengan ion yang terpisah adalah 7,9 eV per unit molekul. Semua nilai pada gambar adalah eksperimental. Nilai energi ionisasi diberikan pada Tabel 5, dan nilai afinitas elektron diberikan pada Tabel 6.

Energi Elektrostatik atau Madelung Interaksi jangka panjang antara ion dengan muatan ± q adalah interaksi elektrostatik ± / r, menarik antara ion dengan muatan yang berlawanan dan menjijikan. antara ion dengan muatan yang sama. Ion mengatur diri mereka sendiri dalam struktur kristal apa pun yang memberikan interaksi menarik terkuat yang kompatibel dengan interaksi menjijikkan pada jarak pendek antara inti ion. Interaksi menjijikkan antara ion dengan konfigurasi gas inert mirip dengan yang antara atom gas inert. Bagian van der Vaals dari interaksi yang menarik dalam kristal ionik memberikan kontribusi yang relatif kecil terhadap energi kohesif dalam kristal ionik, dengan urutan 1 atau 2 persen. Kontribusi utama pada energi pengikat kristal ionik adalah elektrostatik dan disebut energi Madelung. q2

Energi Elektrostatis merupakan penyumbang utama kepada energi ikat untuk kristal ionik Interaksi antar atom i (atom acuan) dengan atom-atom j yang lain (ij) biasa dinyatakan dengan energi interaksi  Ui 𝑖

𝑈𝑖 = ∑ 𝑈𝑖𝑗 𝑗

Uij : interaksi atom i dengan atom j, Ui  Jumlah antara interaksi Coulomb dengan interaksi tolak-menolak

𝑈𝑖𝑗 = 𝜆𝑒

−𝑅𝑖𝑗 𝜌

𝑞2

±𝑅

𝑖𝑗

, Rij : jarak antar atom-atom i dengan atom j

Misalkan jumlah molekul : N buah, maka jumlah ion 2N Energi tolak-menolak hanya terjadi antar ion acuan dengan ion tetangga terdekat saja dan Rij  ijR Jarak antara dua ion yang berdekatan. Rij = R untuk interaksi tolak-menolak.

𝑈𝑖𝑗 =

−𝑅 𝜆𝑒 𝜌

𝑞2 − 𝑅

𝑈𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑁𝑈𝑖 = 𝑁 ∑ 𝑈𝑖𝑗 = 𝑁 [∑ 𝜆𝑒 𝑗

𝑈𝑖 = 𝑍 𝜆𝑒

−𝑅 𝜌

−

𝑗 −𝑅 𝜌

− ∑± 𝑗

𝑞2 ] 𝜌𝑖𝑗 𝑅

𝑞2 𝜌𝑖𝑗 𝑅

Z adalah jumlah atom terdekat ±

𝛼 = ∑𝑗 𝜌 adalah konstanta Madelung 𝑖𝑗

𝑈𝑖 = 𝑍 𝜆𝑒

−𝑅 𝜌

− ∑± 𝑗

𝑈𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑁𝑈𝑖 =

−𝑅 𝑁(𝜆𝑍𝑒 𝜌

𝑞2 𝜌𝑖𝑗 𝑅 𝑞2 −𝛼 ) 𝑅

Pada jarak seimbang (equilibrium) ( R=R0) pada T = 0 K

𝑑𝑈𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑈𝑖 =0=𝑁 𝑑𝑅 𝑑𝑅 𝑁 (−

𝑍𝜆 𝜌

𝑒

−

𝑅 𝜌

𝑞2

+ 𝛼 𝑅2 ) R=R0 𝑅0 2 −𝜌 𝑅0 𝑒

𝑅 𝛼𝜌𝑞 2 𝛼𝜌𝑞 2 − 𝜌 = = 𝑍𝜆𝑒 = 2 𝑍𝜆 𝑅0

Pada T = 0 K 𝛼𝜌𝑞 2 𝛼𝑞 2 𝛼𝑞 2 𝜌 𝑈𝑖 = 𝑁 ( − ) = 𝑁( ) ( − 1) 𝑅0 𝑅0 𝑅0 𝑅0 Eenergi Madelung : −

𝑁𝛼𝑞 2 𝑅0

Evaluasi Konstanta Madelung perhitungan pertama konstanta energi coulomb a dilakukan oleh Modelung. Metode umum yang kuat untuk perhitungan jumlah kisi dikembangkan oleh Ewald dan dikembangkan di Lampiran B. Komputer sekarang digunakan untuk perhitungan. Definisi konstanta Madelung a adalah, oleh : 𝛼=∑ 𝑗

± 𝜌𝑖𝑗