Lebih dari delapan puluh unsur yang ada di sistem periodik unsur adalah logam. Logam bersifat padat pada temperatur dan tekanan standar, dengan pengecualian unsur merkuri dan galium yang keduanya berupa cairan. Sebagai pengingat, sifat-sifat logam adalah sebagai berikut:1. Mempunyai konduktivitas termal dan listrik yang tinggi.

2. Berkilau dan memantulkan cahaya.

3. Dapat ditempa.

4. Mempunyai variasi kekuatan mekanik.

Ikatan logam adalah suatu kekuatan utama yang menyatukan atom-atom logam. Ikatan logam merupakan akibat dari adanya tarik menarik muatan positif dari logam dan muatan negatif dari elektron yang bergerak bebas. Sifat-sifat logam tidak dapat dimasukkan dalam kriteria ikatan seperti ikatan kovalen maupun ikatan ion. Senyawa ionik tidak dapat mengantarkan listrik pada fase padatan, dan senyawa ionik bersifat rapuh (berlawanan dengan sifat logam). Atom dari senyawa logam hanya mengandung satu sampai tiga elektron valensi. Dengan demikian atom tersebut tidak mampu membentuk ikatan kovalen. Senyawa kovalen merupakan penghantar listrik yang buruk dan umumnya berupa cairan (dengan sifat berkebalikan dengan pembentukan logam). Dengan demikian, logam membentuk model ikatan yang berbeda.

Sifat fisika ikatan pada logam tidak dapat di jelaskan dengan teori ikatan ionik dan ikatan kovalen. Untuk menjelaskan sifat fisika ikatan logam , di kemukakan beberapa teori yang sejalan dengan perkembangan teori mengenai struktur atom dan teori ikatan utuk senyawa kovalen

1. Teori Lautan Elektron

Terdapat beberapa teori yang menerangkan ikatan pada logam, di antaranya adalah teori lautan elektron dan teori pita. Teori ikatan logam kali pertama dikembangkan oleh Drude (1902), kemudian diuraikan oleh Lorentz (1916) sehingga dikenal dengan teori elektron bebas atau teori lautan elektron dari Drude-Lorentz. Menurut teori ini, kristal logam tersusun atas kation-kation logam yang terpateri di tempat (tidak bergerak) dikelilingi oleh lautan elektron valensi yang bergerak bebas dalam kisi kristal. Ikatan logam terbentuk antara kation-kation logam dan elektron valensi.

Gambar. Kation-kation logam yang kaku dikelilingi lautan elektron valensi yang bergerak bebas

Elektron-elektron valensi logam bergerak bebas dan mengisi ruangruang di antara kisi-kisi kation logam yang bermuatan positif. Oleh karena bergerak bebas, elektron-elektron valensi dapat berpindah jikan dipengaruhi oleh medan listrik atau panas.Teori lautan atau awan elektron ini dapat menjelaskan berbagai sifat fisika dari logam.

a. Berupa padatan pada suhu ruang

Atom-atom bergabung oleh ikatan logam yang sangat kuat membentuk struktur kristal yang rapat. Hal ini menyebabkan atom-atom tidak memiliki kebebasan bergerak seperti halnya pada zat cair. (pengecualiannya adalah Hg)

b. Bersifat keras tetapi lentur/tidak mudah patah jika ditempa

Logam dapat ditempa, dapat dibengkokkan, direntangkan dan tidak rapuh Hal ini disebabkan atom-atom logam tersusun secara teratur dan rapat sehingga ketika diberi tekanan atom-atom tersebut dapat tergelincir di atas lapisan atom yang lain

Gambar. Sifat fisika logam dapat dibegkokkan dan ditempa

c. Sifat Mengkilap Di dalam ikatan logam, terdapat elektron-elektron bebas. Sewaktu cahaya jatuh pada permukaan logam, maka elektron-elektron bebas akan menyerap energi cahaya tersebut. Elektron-elektron akan melepas kembali energi tersebut dalam bentuk radiasi elektromagnetik dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi cahaya awal. Oleh karena frekuensinya sama, maka kita melihatnyta sebagai pantulan cahaya yang datang. Pantulan cahaya tersebut memberikan permukaan logam tampak mengkilap. Bila Cahaya tampak jatuh pada permukaan logam, sebagian elektron valensi yang mudah bergerak tersebut akan tereksitasi. Ketika elektron yang tereksitasi tersebut kembali kepada keadaan dasarnya, maka energi cahaya dengan panjang gelombang tertentu akan dipancarkan kembali. Peristiwa ini dapat menimbulkan sifat kilap yang khas pada logam. d. Daya hantar listrik Di dalam ikatan logam, terdapat elektron valensi yang bebas (mudah bergerak) yang dapat membawa muatan listrik. Jika diberi suatu beda tegangan, maka elektron-elektron ini akan bergerak dari kutub negatif menjadi kutub positif.e. Daya hantar panas Elektron-elektron yang bergerak bebas di dalam kristal logam memiliki energi kinetik. Jika dipanaskan, elektron-elektron akan memperoleh energi kinetik yang cukup untuk dapat bergerak/bervibrasi dengan cepat. Dalam pergerakannya, elektron-elektron tersebut akan bertumbukkan dengan elektron-elektron lainnya. Hal ini menyebabkan terjadinya transfer energi dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah.

Gambar Sifat logam menghantarkan panas

f. Titik didih dan titik leleh tinggi Pada logam, Ikatan logam tidak sepenuhnya putus sampai logam mendidih ini menunjukkan bahwa ikatan logam memiliki titik didih yang tinggi. Hal ini dikarenakan atom-atom logam terikat oleh ikatan logam yang kuat. Untuk mengatasi ikatan tersebut, diperlukan energi dalam jumlah yang besar. g. Memberi efek fotolistrik

Apabila eketron bebas pada ikatan logam memperolah energi yang cukup dari luar, maka elektron tersebut dapat lepas dari logam. Elektron tersebut dapat ditarik keluar oleh suatu beda potensial positif. Jika energi yang diperoleh elektron bebas berasal dari berkas cahaya, maka fenomena pelepasan elektron dari logam disebut efek fotolistrik. Sedangkan jika energi tersebut berasal dari pemanasan, maka disebut efek termionik.

2. Teori Pita

Dikenal logam yang tidak begitu baik menghantarkan listrik yang disebut semikonduktor, di samping logam yang menghantarkan listrik dengan baik yaitu konduktor. Sifat logam konduktor, semikonduktor dapat dijelaskan melalui Teori Pita. Teori Pita yang menggunakan pendekatan Teori Orbital Molekul, mulai dikembangkan pada tahun 1970. Melalui pendekatan tersebut dianggap orbital atom logam dalam kisi kristalnya, membentuk orbital molekul berupa pita.

Misalnya kisi kristal Li dalam satu dimensi. Konfigurasi elektron Li adalah 1s2 2s1. pada pemebentukan rantai Li Li Li .......Li Li Li, 2 atom Li membentuk Li2, 3 atom Li membentuk Li3 dan seterusnya. Pembentukan Li2, orbital 2s dari masing masing atom Li menghasilkan sebuah orbital bonding dan sebuah orbital anti bonding. Elektronelektron yang berasal dari orbital 2s kedua atom Li , akan menempati orbital molekul bonding sedangkan orbital molekul anti bonding tidak ditempati elektron. Pada pembentukan Li3 dihasilkan 1 orbital molekul bondingyang ditempati 2 elektron , 1 orbital anti bonding dimana terdapat sebuah elektron dan 1 orbital molekul anti bonding yang masih kosong. Pada pembentukan Li4dihasilkan 2 orbital molekul bonding yang masing masing ditempati 2 elektron dan 2 orbital molekul anti bonding yang masih kosong. Kita dapat bayangkan bahwa N atom Li yang terdapat dalam kisi Kristal Li dapat membentuk N/2 orbital molekul bonding dan N/2 orbital molekul anti bonding. N/2 orbital molekul bonding yang terbentuk mempunyai tingkat energy yang sama dan menempati ruang yang sangat berdekatan sehingga menjadi kontinu. Hal sama juga terjadi pada N/2 orbital molekul anti bonding yang kontinu menyerupai pita.

3. Ikatan logam berdasarkan teori resonansi Pada tahun 1965 Pauling mengemukakan ikatan logam dengan menetapkan konsep resonansi. Menurut teori ini ikatan logam merupakan ikatan kovalen dan sesuai dengan struktur kristal logam yang dapat diamati pada eksperimen maka dapat diperkirakan teradi resonansi. Dalam mengembangkan teorinya Pauling meninjau kristal logam Li. Dari tafsiran analisis terhadap pola difraksi sinar-X oleh kristal logam Li dapat diketahui bahwa setiap atom Li dikelilingi oleh 8 atom Li yang lain. Karena elekton valensi Li adalah 1, maka tidak mungkin 1 atom Li mengikat 8 atom Li lainnya.

Bila atom Li menggunakan elektron valensinya, maka resonansi pasangan ikatan Li-Li terjadi secara serempak didalam kisi kristalnya. Dinyatakan dalam 2 dimensi, resonansi yang memungkinkan adalah:

Pada struktur III, IV, V, VI terdapat sebuah atom Li yang bermuatan negatif membentuk ikatan kovalen dengan 2 atom Li yang lain. Terjadinya ikatan kovalen dapat dijelaskan sebagai berikut:

Empat atom Li yaitu Lia Lib Lic Lid masing-masing mempunyai struktur elektron 1s2 2s1 2 2 2 . Bila atom Lid memberikan elektron valensinya pada atom Libmaka Lid menjadi ion (1s2)dan atom Lib menjadi Lib- (1s2 2s1 2 2 2 ). Orbital 2s1 dan 2 pada ion Lib membentuk orbital hibrida sp yang masing-masing dapat membentuk ikatan kovalen dengan atom Lia dan Lic. Orbital 2 dan 2 pada ion Lib- yang disebut orbital logam dapat menerima aliran elektron dan memberi sumbangan pada daya hantar listrik.

Logam memiliki sedikit elektron valensi dan memiliki elektronegativitas yang rendah. Semua jenis logam cenderung melepaskan elektron terluarnya sehingga membentuk ion-ion positif /kation logam. Kulit terluar unsur logam relatif longgar (terdapat banyak tempat kosong) sehingga elektron terdelokalisasi, yaitu suatu keadaan dimana elektron valensi tidak tetap posisinya pada suatu atom, tetapi senantiasa berpindah pindah dari satu atom ke atom lainnya.

Elektron valensi logam bergerak dengan sangat cepat mengitari intinya dan berbaur dengan elektron valensi yang lain dalam ikatan logam tersebut sehingga menyerupai awan atau lautan yang membungkus ion-ion positif di dalamnya. Elektron bebas dalam orbit ini bertindak sebagai perekat atau lem. Kation logam yang berdekatan satu sama lain saling tarik menarik dengan adanya elektron bebas sebagai lemnya. Dapat digambarkan seperti gambar di bawah ini.

Contoh-contoh Ikatan logam adalah:1. Ikatan Logam NatriumNatrium memiliki konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p6 3s1. Tiap atom Natrium tersentuh oleh delapan atom natrium yang lainnya dan terjadi pembagian (sharing) antara atom tengah dan orbital 3s di semua delapan atom yang lain. Dan tiap atom yang delapan ini disentuh oleh delapan atom natrium lainya secara terus menerus hingga diperoleh seluruh atom dalam bongkahan natrium. Semua orbital 3s dalam semua atom saling tumpang tindih untuk memberikan orbital molekul dalam jumlah yang sangat banyak yang memeperluas keseluruhan tiap bagian logam.

Elektron dapat bergerak dengan leluasa diantara orbital-orbital molekul tersebut, dan karena itu tiap elektron menjadi terlepas dari atom induknya. Logam terikat bersamaan melalui kekuatan daya tarik yang kuat antara inti positif dengan elektron yang terdelokalisasi.

Gambar inti positif Na yang terikat pada elektron yang terdelokalisasi

2. Ikatan Logam MagnesiumIkatan logam magnesium lebih kuat dan titik leleh juga lebih tinggi dibanding dengan ikatan logam pada natrium. Magnesium memiliki struktur elektronik terluar 3s2. Diantara elektro-elektronnya terjadi delokalisasi, karena itu lautan yang ada memiliki kerapatan dua kali lipat daripada yang terdapat pada natrium. Sisa ion juga memiliki muatan dua kali lipat dan tentunya akan terjadi dayatarik yang lebih banyak antara ion dan lautan. Atom-atom magnesium memiliki jari-jari yang sedikit lebih kecil dibandingkan atom-atom natrium dan karena itu elektron yang terdelokalisasi lebih dekat ke inti.

Pengertian Ikatan Logam

PENDAHULUAN

PENGERTIAN

TEORI IKATAN LOGAM

PEMBENTUKAN IKATAN LOGAM

Ikatan Logam22