STRUKTUR KRISTAL

Gaya tarik atau tarikan antara kation dan anion dalam senyawa ionik disebut dengan ikatan kimia. Suatu senyawa biner disebut sebagai senyawa ionik bila perbedaan keelektronegatifan dua atom penyusun senyawa tersebut 1,7 atau lebih.
         Senyawa ionik dapat berada dalam fasa gas, cair dan padat. Secara umum, struktur senyawa dalam fasa gas selalu lebih sederhana dibanding dalam fasa cair dan fasa padat. Senyawa ionik dalam fasa gas terdiri dari pasangan-pasangan ion misalnya NaCl, dalam fasa cair terdiri dari ion-ion positif dan ion-ion negatif yang terusun secara acak tetapi ion negatif selalu dengan ion positif begitupun sebalik.
        Senyawa ionik dalam fasa padat memiliki struktur kristal tertentu. Kristal senyawa ionik terdiri dari kation-kation dan anion-anion yang tersusun secara teratur, bergantian, dan berulang (periodik). Pola susunan yang teratur dan berulang dari ion-ion yang terdapat dalam suatu kristal menghasilkan kisi kristal dengan bentuk yang tertentu pula.
       Kisi kristal senyawa ionik ada beberapa macam yaitu diantaranya kisi kristal natrium klorida (NaCl), sesium klorida (CsCl), zink klorida (ZnS), fluorit (CaF2), rutil (TiO2) dan perovskit (SrTiO3).

Natrium Klorida, NaCl

Keelektronegatifan atom Na dan Cl dalam skala Pauling adalah 0,93 dan 3,16. Perbedaan keelektronegatifan kedua atom adalah 2,23. Jadi senyawa NaCl adalah senyawa ionik yang terdiri dari ion Na⁺ dan ion Cl^-.

Kisi kristal NaCl adalah kubus berpusat muka (Face Centered Cubic) seperti pada gambar.

Gambar Kisi kristal NaCl, kubus berpusat muka (Face Centered Cubic). Warna putih adalah ion Na⁺ (ukurannya lebih kecil) dan warna hijau Cl^-(ukurannya lebih besar).

Ion-ion Na⁺ dan Cl^- dengan bola-bol dan dihubungkan dengan garis-garis. Garis-garis yang menghubungkan bola-bola tersebut bukan lambang dari ikatan kovalen karena ikatan antara ion-ion yang ada merupakan ikatan ionik. Garis-garis tersebut digambarkan untuk memudahkan dalam mengindentivikasi bentuk dari kisi kristal senyawa ionik dan geometri yang terbentuk oleh suatu ion dengan ion-ion yang muatannya berlawanan yang ada disekitarnya pada jarak yang sama.

Susunan kubus berpusat muka ditunjukan dengan adanya ion-ion Cl^- pada pojok-pojok dan dipusat muka kubus atau adanya ion-ion Na⁺ yang terdapat pada pojok dan dipusat muka kubus. Jadi kristal ionik NaCl dapat dianggap terdiri dari kisi kubus berpusat muka yang terdiri dari ion-ion Na⁺ dan kisi kubus berpusat muka dari ion-ion Cl^- yang saling menembus.

Dalam kristal ionik, banyaknya anion yang mengelilingi kation dengan jarak yang sama merupakan bilangan koordinasi dari kation, sebaliknya banyakannya kation yang mengelilingi anion dengan jarak yang sama merupakan bilangan koordinasi dari anion.

Pada gambar di atas setiap ion Na⁺ dikelilingi oleh 6 ion Cl^- dengan geometri oktahedral dan setiap ion Cl^- dikelilingi oleh 6 ion Na⁺ dengan geometri oktahedral. Jadi bilangan koordinasi ion Na⁺ dan ion Cl^- yang terdapat dalam NaCl adalah 6. Berikut beberapa senyawa yang mengkristal dengan struktur natrium klorida.

CaO

SrO

BaO

FeO

NiO

CdO

KBr

RbCl

TiC

TiN

TiO

MnO

SrSc

LiI

LiH

NaF

NaI

AgF

BaSe

Sesium Klorida, CsCl

Keelektronegatifan atom Cs dan Cl dalam skala Pauling adalah 0,79 dan 3,16. Perbedaan keelektronegatifan antara kedua atom tersebut adalah 2, 37. Dengan demikian CsCl merupakan senyawa ionik yang terdiri dari ion-ion Cs⁺ dan Cl^-.

Kisi kristal dari sesium klorida adalah kubus sederhana atau kubus primitif (primitive cubic) seperti pada gambar.

Gambar kisi kristal sesium klorida (CsCl). Warna putih yang ukurannya lebih kecil adalah Cs⁺, sedangkan warna hijau yang ukuran ionnya lebih besar adalah ion Cl^-

Kisi kristal sesium klorida bukan kubus berpusat badan (Body Centerea cubic) karena ion yang terdapat pada pusat kubus berbeda dengan ion yang terdapat pada pojok-pojok kubis.

Pada gambar setiap Cs⁺ dikelilingi oleh 8 ion Cl^- dan setiap ion Cl^- dikelilingi oleh 8 ion Cs⁺ dengan geometri kubus sederhana. Jadi bilangan koordinasi ion Cl^- dan Cs⁺ dalam CsCl adalah 8. Beberapa senyawa yang mengkristal dengan struktur CsCl

CsBr

CsI

CsCn

NH₄Cl

NH₄Br

TiCl

TiBr

TiI

Zink Sulfida : Zink Blende dan Wurtzit

Keelektronegatifan atom Zn dan S dalam skala Pauling adalah 1,65 dan 2,58. Perbedaan keelktronegatifan antara kedua atom tersebut adalah 0,93. Dengan demikian ZnS dapat dianggap sebagai senyawa kovalen yang terdiri dari atom Zn dan S.

Sink sulfida mengkristal dalam dua kisi yang berbeda yaitu kubus berpusat muka untuk zink blende atau sfalerit dan heksagonal primitif untuk wurtzit, seperti pada gambar.

Gambar Kubus berpusat muka untuk zink blende atau sfalerit. Warna putih adalah atom Zn, sedangkan kuning adalah atom S.

Gambar Heksagonal primitif untuk wurtzit. Warna putih adalah atom Zn, sedangkan kuning adalah atom S.

Pada dua kisi tersebut, setiap atom Zn dikelilingi oleh 4 atom S dan setiap atom S dikelilingi oleh 4 atom Zn dalam bentuk tetrahedral. Jadi bilangan koordinasi atom Zn dan S dalam ZnS adalah 4.

Beberapa senyawa yang mengkristal dengan struktur ZnS seperti pada Tabel.

Beberapa senyawa dengan struktur seperti zink blende (sfalerit)

CuF

CuCl

γ-CuI

BeS

BeSe

BeTe

CdSe

ZnTe

CdSe

HgSe

HgTe

GaP

Beberapa senyawa dengan struktur wurtzit

ZnO

znSe

NH₄F

BeO

CdS

CdSe

MnS

MnSe

AgI

AlN

GaN

TaN

Zink blende dan wurtzit merupakan dua alotro dari ZnS. Alotrop merupakan kristal dari senyawa yang sama namun memiliki struktur yang berbeda. Suatu gejala dimana suatu senyawa memiliki lebih dari satu struktur disebut alotropi.

Meskipun sink blende merupakan senyawa kovalen tetapi ada senyawa ionik seperti CuF yang memiliki kisi kristal sama dengan ZnS sink blende. Pada kristal CuF, ion Cu⁺ menempati posisi atom Zn sedangkan ion F^- menempati posisi atom S.

Struktur senyawa ionik yang mengadopsi struktur ZnS wurtzit diantaranya adalah BeO dan NH₄F.

Pada kristal BeO ion Be²⁺ menempati posisi atom Zn sedangkan ion O^2- menempati posisi atom S.

Pada kristal kristal NH₄F, atom N dari ion NH₄⁺ menempati posisi atom Zn sedangkan ion F^- menempati posisi atom S.

Fluorit, CaF₂

Keelektronegatifan atom Ca dan atom F dalam skala Pauling adalah 1 dan 3,98. Perbedaan keelktronegatifan antara kedua atom tersebut adalah 2,98. Dengan demikian CaF₂ adalah senyawa ionik yang tersusun dari ion-ion Ca²⁺ dan F^-.

Kisi kristal kalsium fluorida atau fluorit adalah kubus berpusat muka seperti yang ditunjukan pada Gambar.

Gambar kisi kristal kalsium fluorida atau fluorit (CaF₂). Warna hijau atau hijau kekuningan adalah ion F^- dan warna putih adalah ion Ca²⁺. Pada kisi kristal CaF₂ setiap ion Ca dikelilingi oleh 8 ion F^- dengan geometri kubus sederhana. Sedangkan setiap ion F^- dikelilingi oleh 4 ion Ca²⁺ dengan geometri tetrahedral. Dengan demikian bilangan koordinasi ion Ca²⁺ adalah 8, sedangkan bilangan koordinasi ion F^- adalah 4.

Beberapa senyawa yang mengkristal dengan struktur seperti fluorit diberikan pada Tabel berikut.

CaF₂

BaF₂

CdF₂

HgF₂

SrF₂

SrCl₂

CeO₂

ThO₂

ZrO₂

Selain dikenal struktur fluorit dikenal juga struktur antifluorit. Bila pada struktur fluorit perbandingan jumlah kation dan jumlah anion adalah 1:2; maka pada struktur antifluorit perbandingannya adalah 2:1. Pada struktur antifluorit posisi kation-kation pada struktur fluorit diganti oleh anion-anion dan begitupun sebaliknya.

Gambar kisi kristal antifluorit K₂S (kalium sulfida). Warna ungu adalah ion Ca²⁺ dan warna kuning adalah ionF^-. Salah satu caontoh senyawa yang mengkristal dengan struktur antifluorit yaitu Kalium sulfida (K₂S) seperti pada Gambar di atas. Pada struktur K₂S, ion-ion S^2- menempati posisi ion-ion Ca²⁺ pada struktur fluorit. Beberapa senyawa yang mengkristal dengan struktur antifluorit seperti yang tertera pada tabel berikut.

Li₂O

Li₂Se

Rb₂Se

K₂S

K₂Se

K₂Te,

Li₂Te

Na₂O

Na₂S

Na₂Se

Na₂Te

K₂O