Struktur logam dapat dianggap terbentuk oleh tataan atom-atom yang terkemas (packed) bersama dalam suatu kristal. Cara penataan atom-atom logam ini sangat penting dalam kimia anorganik, karena hal ini merupakan dasar pemahaman kemasan ion dalam senyawa padatan ionik (bahkan juga kovalen) yang akan dibahas kemudian. Konsep kemasan kristal mengasumsikan bahwa atom-atom berupa bola keras dan tentunya mempunyai ukuran yang sama untuk atom yang sama. Dalam suatu kristal logam, atom-atom tertata dalam rangkaian terulang yang disebut kisi kristal.
Gambar 1.11 Model lapis sebelah-menyebelah dengan empat bola tetangga terdekat (a), model tumpang atas A-A menghasilkan kemas kubuskubus sederhana (b), dan model kemas kubus pusat badan (c)
(a) (b) (c)
Pengemasan atom-atom logam merupakan problem geometri; cara yang paling mudah adalah menata bola-bola atom dalam bentuk satu
Ikatan pada Logam dan Senyawa-senyawanya lapis (atau layer), kemudian menempatkan lapisan-lapisan berikutnya di atas lapisan yang terdahulu. Ada dua macam tataan bola-bola dalam lapisan yaitu pertama dengan bola tertata persis sebelah-menyebelah (side by side) satu sama lain sehingga setiap bola disentuh oleh empat bola lain dan membentuk dua diagonal bujursangkar (Gambar 1.11a). Apabila lapis kedua ditata persis di atasnya, artinya tiap bola pada lapis kedua persis di atas tiap bola lapis pertama, demikian seterusnya sehingga diperoleh susunan lapisan A-A-A- ..., maka diperoleh model kemasan kubus sederhana (simple cubic packing), Gambar 1.11b. Jika di dalam rongga antara kedua lapis A-A ini terdapat satu bola ukuran sama yang tepat menyinggung kedelapan bola dari kedua lapis dan berakibat bola-bola pada tiap lapis A merenggang tidak lagi saling bersinggungan, maka diperoleh model bangun kubus pusat badan (body centered cube - bcc), Gambar 1.11c. Model tataan demikian ini bukanlah kemas rapat, karena memang bukan paling rapat. Dalam bangun kubus sederhana, tiap bola (atom) disentuh oleh enam bola (atom) tetangga yaitu empat bola pada lapisannya dan masing-masing satu bola pada lapisan atas dan lapisan bawahnya. Dengan demikian dapat dikatakan, bahwa tiap atom mempunyai bilangan koordinasi enam. Tetapi dalam bangun kubus pusat badan, tiap atom mempunyai bilangan koordinasi delapan. Dengan demikian, bangun kubus pusat badan lebih rapat ketimbang bangun kubus sederhana.
Penataan yang kedua berdasarkan pembentukan lapisan heksa-gon. Dalam lapisan ini, setiap bola disentuh oleh enam bola yang lain (Gambar 1.12a), dan tataan demikian ini merupakan cara yang paling rapat (mampat), oleh karena itu disebut kemas rapat (closest packing). Jika bola-bola lapisan kedua ditempatkan persis di atas rongga-rong-ga antara bola-bola lapisan pertama, ternyata hanya setengahnya saja jumlah rongga lapis pertama yang terisi (tertutupi) oleh bola-bola lapis kedua (Gambar 1.12b); penataan dua lapis demikian ini menghasilkan kemasan A-B, karena posisi lapis pertama tidak sama dengan posisi lapis kedua. Penataan lapis ketiga dan selanjutnya ada dua cara. Alternatif
4 Kimia Anorganik Logam pertama, bola-bola lapisan ketiga ditempatkan di atas rongga-rongga lapisan kedua sedemikian sehingga bola-bola lapisan ketiga tepat lurus di atas bola-bola lapisan pertama, demikian seterusnya lapisan keem-pat tepat lurus dengan lapisan kedua; tataan demikian adalah kemasan lapisan A-B-A-B- ... (Gambar 1.12b), dan hasilnya adalah suatu bangun kemas rapat heksagonal (heagonal closest packing, hcp), Gambar 1.12c. Alternatif kedua, lapisan bola-bola ketiga ditempatkan di atas rongga-rongga lapisan kedua dan tepat lurus di atas rongga-Alternatif kedua, lapisan bola-bola ketiga ditempatkan di atas rongga-rongga lapisan pertama yang belum tertutupi oleh lapisan kedua, sedangkan lapisan keempat tepat lurus dengan lapisan pertama. Tataan demikian adalah kemasan lapisan A-B-C-A-B-C-A ... (Gambar 1.12d), dan hasilnya ada- lah suatu bangun kemas rapat kubik (cubic closest packing, ccp), atau ku-bus pusat muka, fcc (face centered cube), Gambar 1.12e. Tiap atom pada kedua bangun geometri ini mempunyai bilangan koordinasi duabelas, enam pada lapis yang sama, dan masing-masing tiga pada lapis di atas dan di bawahnya.
Gambar 1.12 Model lapis heksagon (a), dengan tumpang atas A-B-A ... (b) menghasilkan bangun kemas rapat heksagonal, hcp (c), dan tumpang atas A-B-C .... (d) menghasilkan bangun kemas rapat kubus pusat muka, fcc (e).
Ikatan pada Logam dan Senyawa-senyawanya 5 Gambar 1.13 Rongga tetrahedral (a) dan oktahedral (b) dalam kemas rapat Kemas rapat bola-bola dengan ukuran sama menyisakan 2 tipe celah / ruang terbuka atau rongga (atau lubang) antara lapis-lapisnya. Ada dua macam rongga dalam suatu kemas rapat yaitu rongga tetrahedral dan rongga oktahedral (Gambar 1.13). Rongga tetrahedral lebih kecil ukurannya daripada rongga oktahedral. Rongga tetrahedral adalah rongga sebagai titik pusat bangun bola tetrahedron. Jadi, jika rongga ini ditempati oleh bola (atom) lain yang tepat ukurannya, yaitu tepat menyinggung keempat bola tetrahedron, maka ia mempunyai bilangan koordinasi empat. Rongga oktahedral adalah rongga sebagai titik pusat bangun oktahedron. Jadi, jika rongga ini ditempati oleh bola (atom) lain yang tepat ukurannya yaitu tepat menyinggung keenam bola oktahedron, maka atom tersebut mempunyai bilangan koordinasi enam.
Jumlah rongga tetrahedral adalah dua kali jumlah rongga okta-hedral. Untuk mengetahui hubungan jumlah dan tipe rongga, perlu diingat bahwa pada penyusunan kemas rapat lapisan heksagon terse-but, bola-bola lapis kedua hanyalah menempati rongga di bagian atas lapis pertama saja. Bagian bawah lapis pertama tentu juga menghasil-kan jumlah rongga yang sama pula. Ronga-rongga lapis pertama yang ditempati bola-bola lapis ke dua menghasilkan rongga tetrahedral, dan rongga-rongga lapis pertama yang tidak ditempati bola-bola lapis kedua menghasilkan rongga oktahedral. Dalam satu larikan (array) ke-mas rapat terdapat dua rongga tetrahedral dan satu rongga oktahedral untuk setiap bola kemas rapat.
Kimia Anorganik Logam Hubungan volume ruang suatu kristal yang ditempati atau diisi oleh bola (atom) dengan tipe bangun kemasan kira-kira 52 % untuk kubus sederhana, 68 % untuk kubus pusat badan, dan 74 % untuk kemas rapat heksagonal maupun kemas rapat kubus pusat muka. Ini berarti bahwa makin besar persentase volume isian makin kecil ruang kosong yang ditinggalkan dan makin dekat / rapat atom-atom terkemas. Logam umumnya mengadopsi bcc, hcp, dan fcc. Sulit diramalkan bangun mana yang diadopsi oleh suatu logam, namun ada kecende-rungan umum bahwa naiknya jumlah elektron terluar paralel dengan perubahan bangun dari bcc ke hcp kemudian fcc. Jadi, logam-logam alkali (Li, Na, K, Cs) mengadopsi kemasan bcc, demikian juga ham-pir semua logam golongan 2 sampai 8 (Ba, α-Cr, α-Fe, �-Fe, Mo, β-W). Logam-logam golongan 7, 8, dan 12 (Zn) mengadopsi bangun hcp, dan logam-logam golongan 8 -11 (γ-Fe, β-Ni, Cu, Ag, Au) mengadopsi ba-ngun fcc. Hal ini hanyalah kecenderungan umum dan tentunya terdapat beberapa kekecualian, misalnya magnesium, titanium, γ-Ca, Cd, α-Co, dan β-Cr, mengadopsi bangun hcp; kristal stronsium dapat mengadopsi bangun ketiga-tiganya bergantung pada kondisi pengkristalan. Gambar 1.14. Satuan sel sistem kristal : (a) kubus primitif, (b) kubus pusat badan bcc, (c) kubus pusat muka fcc, dan (d) kemas rapat heksagonal hcp