Struktur Kristal Berbagai Senyawa Ionik

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 sebesar 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. Meskipun acak namun 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:

1. Natrium Klorida (NaCl)

2. Sesium Klorida (CsCl)

3. Zink Klorida (ZnS)

4. Fluorit (CaF₂)

5. Rutil (TiO₂)

6. Perovskit (SrTiO₃).

 

1. 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 di bawah.

 

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

 

Struktur kristal NaCl dapat pula digambarkan sebagai berikut.

Gambar Kristal NaCl. Ion natrium berwarna ungu, sedangkan ion klorida berwarna hijau.

Ion-ion Na⁺ dan Cl^– dengan bola-bola 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 mengindentifikasi 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 banyaknya 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.

Beberapa senyawa yang mengkristal dengan struktur natrium klorida sebagai berikut.

CaO SrO BaO

FeO NiO CdO

KBr KF KI

RbCl TiC TiN

TiO MnO SrSc

LiI LiH NaF

NaI AgF BaSe

 

 

2. 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 di bawah ini.

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 Centered cubic) karena ion yang terdapat pada pusat kubus berbeda dengan ion yang terdapat pada pojok-pojok kubus.

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 contoh senyawa yang mengkristal dengan struktur CsCl sebagai berikut.

CsBr CsI CsCn NH4Cl

NH4Br TiCl TiBr TiI

 

 

3. ZINK SULFIDA: ZINK BLENDE DAN WURTZIT (ZnS)

Keelektronegatifan atom Zn dan S dalam skala Pauling adalah 1,65 dan 2,58. Perbedaan keelektronegatifan 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 di bawah ini.

Gambar Kubus berpusat muka untuk zink blende atau sfalerit. Warna abu kebiruan adalah atom Zn, sedangkan yang berwarna kuning adalah atom S.

 

Gambar Heksagonal primitif untuk wurtzit. Warna abu kebiruan adalah atom Zn, sedangkan yang berwarna 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 seperti zink blende (sfalerit) sebagai berikut.

CuF CuCl γ-CuI

BeS BeSe BeTe

CdSe ZnTe CdSe

HgSe HgTe GaP

 

Beberapa senyawa yang mengkristal dengan struktur seperti wurtzit sebagai berikut.

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 zink 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.

 

4. FLUORIT (CaF₂)

Keelektronegatifan atom Ca dan atom F dalam skala Pauling adalah 1 dan 3,98. Perbedaan keelektronegatifan 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 di bawah ini.

 

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 Ca²⁺ 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 sebagai 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.

Salah satu contoh senyawa yang mengkristal dengan struktur antifluorit yaitu Li₂O (litium oksida).

Gambar kisi kristal antifluorit Litium Oksida Li₂O.

Struktur kristal Litium oksida dapat juga ditulis sebagai berikut. 

Pada struktur Li₂S di atas, ion-ion O^2– menempati posisi ion-ion Ca²⁺ pada struktur fluorit.

Beberapa senyawa yang mengkristal dengan struktur antifluorit sebagai berikut.

Li2O Li2Se Rb2Se

K2S K2Se K2Te

Li2Te Na2O Na2S

Na2Se Na2Te K2O

Rb2O Rb2S Li2S

 

 

5. RUTIL (TiO₂)

Keelektronegatifan atom Ti dan atom O dalam skala Pauling adalah 1,54 dan 3,44. Perbedaan keelektronegatifan antara kedua atom tersebut adalah 1,90. Dengan demikian senyawa TiO₂ adalah senyawa ionik yang dibentuk dari ion Ti⁴⁺ dan ion O^2–.

Kisi kristal rutil adalah trigonal primitif, seperti yang ditunjukan pada Gambar di bawah ini.

 

Gambar Kisi kristal rutil (TiO₂). Warna merah adalah ion O^2–, sedangkan warna putih adalah ion Ti⁴⁺.

 

Pada kisi kristal TiO₂, setiap ion Ti⁴⁺ dikelilingi oleh 6 ion O^2– dengan geometri oktahedral, sedangkan setiap ion O^2– dikelilingi oleh 3 ion Ti⁴⁺ dengan geometri trigonal planar. Dengan demikian bilangan koordinasi ion Ti⁴⁺ adalah 6, sedangkan bilangan koordinasi ion O^2– adalah 3.

Beberapa senyawa yang mengkristal dengan struktur rutil sebagai berikut.

TiO2 CoF2 MgF2

MgH2 MnF2 NiF2

ZnF2 GeO2 IrO2

MoO2 PbO2 SiO2

SnO2 TaO2 WO2

 

 

6. PEROVSKIT (SrTiO₃)

Keeletronegatifan atom Sr, Ti, dan O dalam skala Pauling berturut-turut adalah 0,95, 1,54, dan 3,44. Perbedaan keelektronegatifan antara atom Sr dan atom O adalah 2,49, sedangkan perbedaan keelektronegatifan antara atom Ti dan atom O adalah 1,90. Dengan demikian senyawa SrTiO₃ adalah senyawa ionik yang tersusun dari ion-ion Sr²⁺, Ti⁴⁺, dan O^2–.

Kisi kristal dari perovskit adalah kubus primitif seperti yang ditunjukan pada Gambar di bawah ini.

 

Gambar kisi kristal perovskit (SrTiO₃). Setiap ion Ti⁴⁺ (warna hitam) dikelilingi oleh 6 ion O^2– (putih) terdekat dengan geometri oktahedral

 

Kisi perovskit adalah kisi primitif karena ion Ti⁴⁺ hanya menmpati pojok-pojok kubus. Bilangan koordinasi Sr²⁺ adalah 12, bilangan koordinasi Ti⁴⁺ adalah 6.

Beberapa senyawa yang mengkristal sesuai struktur perovskit sebagai berikut.

KnBO3 KIO3 LaCrO3

LaFeO3 SrZrO3 SrThO3

CsCaF3 CsCdCl3 CsHgCl3