Kecenderungan Sifat Non-Logam dan Logam Pada Unsur-Unsur Golongan 4

Kecenderungan Sifat Non-Logam dan Logam Pada Unsur-Unsur Golongan 4

Halaman ini membahas kecenderungan sifat-sifat non-logam dan logam pada unsur-unsur golongan 4 – karbon (C), silikon (Si), germanium (Ge), timah (Sn), dan timbal (Pb). Disini menjelaskan bagaimana kecenderungan yang ada dapat ditunjukkan dari struktur dan sifat-sifat fisik unsur, namun tidak seluruhnya dapat menjelaskan kecenderungen tersebut.

Struktur dan sifat-sifat fisik

Struktur unsur

Kecenderungan dari non-logam ke logam jika anda turun dalam satu golongan jelas terlihat pada struktur unsur-unsur itu sendiri.

Karbon pada posisi paling atas mempunyai struktur kovalen raksasa dengan dua allotropi yang sangat dikenal – intan dan grafit.

Intan memiliki struktur tiga dimensi dari atom-aton karbon yang masing-masing tergabung secara kovalen dengan 4 atom lainnya. Gambar berikut menunjukkan bagian kecil dari strukturnya.

Struktur yang sama seperti ini ditemukan pada silikon, germanium, dan pada salah satu allotropi timah – "timah abu-abu" atau "alfa-timah".

Allotropi yang umum untuk timah ("timah putih" atau "beta-timah") merupakan logam dan atom-atomnya terikat oleh ikatan logam. Strukturnya berupa terjejal yang terdistorsi. Pada struktur terjejal, masing-masing atom dikelilingi oleh 12 atom tetangga terdekat.

Selanjutnya anda dapatkan timbal, atom-atomnya tersusun dalam struktur logam berkoordinasi 12.

Hal itu merupakan kecenderungan yang jelas dari ikatan kovalen yang umum ditemukan pada non-logam dan ikatan logam pada logam, dengan perubahan yang jelas, terdapat dua struktur yang sangat berbeda pada timah.

Sifat-sifat fisik unsur

Titik leleh dan titik didih

Jika anda melihat kecenderungan titik leleh dan titik didih pada golongan 4 dari atas ke bawah, sangat sulit membuat alasan yang masuk akal tentang pengaruh perubahan dari ikatan kovalen ke ikatan logam. Kecenderungan menggambarkan ikatan kovalen atau ikatan logam makin lemah dengan makin besarnya atom dan makin panjang ikatan.

Titik leleh timah yang lebih rendah dibandingkan dengan timbal dikarenakan timah membentuk struktur koordinasi 12 yang terdistorsi, bukan murni. Nilai titik leleh dan titik didih timah pada tabel merupakan nilai untuk logam timah putih.

Kerapuhan

Terdapat perbedaan yang jelas antara non-logam dan logam jika anda melihat kerapuhan unsurnya.

Karbon sebagai intan, tentu, sangat keras – menggambarkan kekuatan ikatan kovalen. Namun demikian, jika anda memukulnya dengan palu, intan akan pecah. Anda memerlukan energi yang cukup untuk memecah keberadaan ikatan karbon-karbon.

Silikon, germanium, dan timah abu-abu (semuanya memiliki struktur yang sama dengan intan) juga berupa padatan yang rapuh.

Timah putih dan timbal mempunyai struktur logam. Atom-atom dapat diputar satu sama lain tanpa menimbulkan kerusakan permanen pada ikatan logam – disebabkan oleh sifat-sifat logam yang umum seperti dapat ditempa dan dapat diubah bentuknya. Timbal merupakan logam yang lunak.

Konduktivitas listrik

Karbon sebagai intan tidak menghantarkan listrik. Pada intan elektron terikat erat dan tidak bebas bergerak.

Tidak seperti intan (yang tidak menghantarkan listrik), silikon, germanium, dan timah abu-abu merupakan semikonduktor.

Timah putih dan timbal merupakan logam yang dapat menghantarkan listrik. Hal itu merupakan kecenderungan sifat konduktivitas karbon sebagai intan yang berupa non-logam, dan timah putih dan timbal yang merupakan logam.

Hal itu merupakan kecenderungan sifat konduktivitas karbon sebagai intan yang berupa non-logam, dan timah putih dan timbal yang merupakan logam.

Mencoba menjelaskan kecenderungan yang terjadi

Karakteristik utama logam adalah membentuk ion positif. Yang perlu dilakukan adalah mengamati faktor yang dapat meningkatkan kemungkinan terbentuknya ion positif pada golongan 4 dari atas ke bawah.

Elektronegativitas

Elektronegativitas merupakan ukuran kecenderungan suatu atom untuk menarik elektron. Biasanya diukur dengan skala Pauling, dimana unsur yang paling elektronegatif (fluor) elektronegativitasnya 4.

Suatu atom yang elektronegativitasnya rendah, kurang kuat menarik elektron. Artinya bahwa atom ini akan cenderung kehilangan pasangan elektron bila berikatan dengan atom lain. Atom yang kita amati cenderung membawa muatan positif parsial atau membentuk ion positif.

Sifat logam biasanya dikaitkan dengan elektronegativitas yang rendah.

Jadi apa bagaimanakah elektronegativitas unsur golongan 4? Apakah terjadi penurunan jika anda bergerak ke bawah dalam satu golongan, yang menunjukkan kecenderungan sifat logam?

Elektronegativitas turun dari karbon ke silikon, tetapi setelah itu terjadi ketidakteraturan.

Karena itu sepertinya tidak ada kecenderungan hubungan antara non-logam hingga logam dengan elektronegativitas.

Energi ionisasi

Jika anda memikirkan pembentukan ion positif, cara tepat untuk memulai adalah bagaimana energi ionisasi berubah dari atas ke bawah pada golongan 4.

Energi ionisasi didefinisikan sebagai energi yang diperlukan untuk melepas satu elektron terluar, dinyatakan dalam kJ mol-1.

Energi ionisasi pertama:

Energi ionisasi kedua:

. . . dan seterusnya

Unsur golongan 4 tidak ada yang membentuk ion 1+, jadi mengamati energi ionisasi pertama saja tidak berguna. Beberapa unsur membentuk ion 2+ dan (untuk beberapa tingkat) 4+.

Tabel pertama menunjukkan energi ionisasi total yang diperlukan untuk membentuk ion 2+, bervariasi dari atas ke bawah dalam satu golongan. Nilainya dinyatakan dalam kJ mol-1.

Anda dapat melihat bahwa energi ionisasi cenderung turun dari atas ke bawah dalam satu golongan – meskipun ada sedikit peningkatan pada timbal. Kecenderungan ini karena:

Atom-atom menjadi lebih besar karena bertambahnya elektron. Elektron terluar makin jauh dengan inti atom, sehingga daya tarik inti kurang – dan elektron lebih mudah lepas.

Elektron terluar terlindungi dari pengaruh inti dengan bertambahnya elektron yang lebih dalam.

Dua pengaruh tersebut lebih besar dibanding pengaruh kenaikan muatan inti.

Jika anda melihat besarnya energi ionisasi yang diperlukan untuk membentuk ion 4+, polanya sama, tetapi tidak semuanya mirip. Sekali lagi, nilainya dinyatakan dalam kJ mol-1.

Apa yang dapat dilihat dengan jelas dari dua grafik di atas adalah bahwa anda memerlukan energi ionisasi dalam jumlah besar untuk membentuk ion 2+, dan lebih besar lagi untuk membentuk ion 4+.

Namun demikian, pada tiap contoh ada penurunan energi ionisasi jika anda bergerak dari atas ke bawah dalam satu golongan yang sepertinya menjadikan timah dan timbal dapat membentuk ion positif – namun demikian, tidak ada indikasi dari gambar ini bahwa mereka mungkin membentuk ion positif.

Energi ionisasi karbon pada puncak golongan terlalu besar dan tidak memungkinkan untuk membentuk ion positif yang sederhana.

sumber: 

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_anorganik1/unsur-unsur_golongan_4/kecenderungan_sifat_non_logam_dan_logam_pada_unsur_unsur_golongan_4/