STRUKTUR KRISTAL

MATERIAL TEKNIK II

STRUKTUR KRISTAL

        Nama : Moch. Mustakim

NBI     : 1421404641

UNIVERSITAS 17 AGUSTUS 1945

SURABAYA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Sebuah padatan dengan mata telanjang tampak sebagai benda tegaryang kontinu. Akan tetapi hasil eksperimen telah menunjukkan bahwasemua padatan disusun oleh satuan dasar dari atom-ataom yang brsifatdiskrit. Atom-atom tersebut tidak terdistribusi secara random tetapitersusun dalam susunan yang sangat teratur relatif terhadap atom-atomyang lain. Susunan dari kelompok atom-atom yang memeliki keteraturansangat tinggi tersebut disebut kristal. Terdapat beberapa jenis strukturkristal bergantung pada geometri dari susunan atom-atomnya.Pengetahuan tentang struktur kristal dalam Fisika Zat Padat menjadisangat penting karena struktur kristal mempengaruhi sifst-sifst fisika daripadatan, yang akan dibahas pada bab berikut.

1.2.Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya, makarumusan masalah dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.

1.2.1.Bagaimanakah keadaan suatu kristal?

1.2.2.Sebutkanlah beberapa definisi dasar dari kristal

1.2.3.Apakah kisi bravais dan tujuh sistem kristal?

1.2.4.Apakah nomenklatur kristal?

1.2.5.Bagaimanakah jarak antar bidang pada kristal

1.2.6.Bagaimnanakah jumlah atom dalam satuan sel suatu kristal

1.2.7.Sebutkanlah beberapa struktur kristal

1.3.Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.

1.3.1.Untuk mengetahui keadaan suatu kristal.

1.3.2.Untuk mengetahui beberapa definisi dasar dari kristal.

1.3.3.Untuk mengetahui kisi bravais dan tujuh sistem kristal.

1.3.4.Untuk mengetahui Apakah nomenklatur Kristal.

1.3.5.Untuk mengetahui jarak antar bidang pada kristal.

1.3.6.Untuk mengetahui jumlah atom dalam satuan sel suatu Kristal.

1.3.7.Untuk mengetahui beberapa struktur Kristal.

1.4.Manfaat Penulisan

Adapun manfaat dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.

14.1.Bagi penulis, penulisan makalah ini dapat meningkatkan pengetahuanpenulis mengenai kristal

14.2.Bagi pembaca, makalah ini diharapkan dapat menambah pengetahuanpembaca mengenai Kristal dan bagiannya.

1.5.Metode Penulisan

Metode yang digunakan dalam penulisan makalah ini adalah metodekepustakaan yaitu menganalisis dan merefleksi ulang berbagai tulisan yang terkaitdengan topik makalah lalu menguraikannya kembali.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Keadaan Kristal

Suatu padatan dikatan menjadi kristal jika atom-atom penyusun padatantersusun sedemikian posisi masing-masing atom adalah sangat periodik, sepertiditunjukkan gambar 1.1. Jarak antara dua atom tetangga terdekat sepanjang sumbu  x adalah ‘a’ dan sepanjang sumbu y adalah ‘b’ ( pada mana x dan  y tidak harussaling orthogonal). Sebuah kristal sempurna dipandang memiliki sifat periodik pada kedua sumbu dari -∞ sampai ∞. Berdasarkan sifat periodisitasnya maka atom A,B, C dan seterusnya adalah ekuivalen. Dengan kata lain pengamatanatom-atom pada setiap titik kisi kristal adalah sama. Ide yang sama menunjukkanbahwa sebuah kristal memlilki simetri translasi,

Gb. 1.1 Susunan priodik dari atom-atom kristal pada dua dimensi

berarti bahwa jika kristal ditranslasi oleh setiap vektor yang menghubungkan duaatom katakanlah R dalam gambar 1.1 kristal tampat sama seperti sebelumdilakukan trnslasi, dengan kata lain kristal memiliki sifat invarian terhadaptranslasi

2.2 Beberapa Definisi Dasar

Untuk membahas secara tepat tentang struktur kristal, maka dalam hal inidikenalkan beberapa definisi-definisi dasar , yang diterapkan pada kristal dua atautiga dimensi. Kisi Kristal , dalam kristallographi hanya sifat-sifat yang muncul dari geometrikristal yang lebih ditekankan dari pada sifat-sifat yang muncul dari atom-atompenyusun kristal. Oleh karenanya penggantian satu atom yang menempati sebuah titik geometri pada posisi kesetimbangan, menghasilkan sebuah pola titik-titik baru yang memiliki sifat geometri yang sama tapi memiliki sifat fisis yangberbeda. Pola geometri tersebut disebut kisi kristal, atau sering disebut kisi saja.Semua atom-atom kisi menempati kisi tersebut.Terdapat dua kelas kisi yaitu; Kisi Bravais dan kisi non Bravais. Dalamkisi Bravais, semua titik-titik kisi adalah ekuivalen, dengan demikian semua atom-atom dalam kristal adalah sama jenisnya. Sedangkan dalam kisi non Bravaisbeberapa dari titik-titik kisi adalah tidak ekuivalen Vektor basis, Tinjalah sebuah kisi yang ditunjukkan gambar 1.2, dengankoordinat awal pada titik kisi misalkan dipilih titik A. Dengan demikian vektor posisi setiap titik pada titik kisi dinyatakan oleh;R = n 1 a + n 2 b + n 3 c  1.1 Di mana a, b, dan c adalah tiga buah vektor yang ditunjukkan dan ( 1 n 2 n 3 ) adalahbilangan-bilangan bulat yang nilainya bergantung pada titik kisi.Untuk titik D (n 1 n 2 n 3 ) = (3,3,1). Ketiga vektor a,b dan c (yang tidak harus salingtegak lurus) membentuk perangkat vektor basis untuk kisi. Dalam hal pada manaposisi dari semua titik kisi dapat secara tepat ditentukan oleh persamaan 1.1.Perangkat dari semua vektor-vektor yang dinyatakan oleh persamaan 1.1 disebutvektor-vektor kisi.Satuan Sel,Bangun parallelogram yang sisi-sisinya adalah vektor basis a, b dan c  disebut satuan sel dari kisi

Gamabr 1.2 Vektor basis dari kisi kristal

Untuk titik D (n 1 n 2 n 3 ) = (3,3,1). Ketiga vektor a,b dan c (yang tidak harus salingtegak lurus) membentuk perangkat vektor basis untuk kisi. Dalam hal pada manaposisi dari semua titik kisi dapat secara tepat ditentukan oleh persamaan 1.1.Perangkat dari semua vektor-vektor yang dinyatakan oleh persamaan 1.1 disebutvektor-vektor kisi.Satuan Sel, Bangun parallelogram yang sisi-sisinya adalah vektor basis a, b dan c  disebut satuan sel dari kisi

Satuan sel merupakan bangun geometri terkecil dari suatu kristal, olehkarena itu kisi dapat dipandang sebagai tersusun dari sejumlah besar satuan selyang ekuivalen, seperti pola mosaik.Atom-atom dalam sebuah kristal disusun dalam sebuah deretan pariodik,oleh karenanya memungkinkan untuk mengisolasi sebuah satuan sel dari berbagai jenis kristal. Satuan sel tersebut akan merepresentasikan struktur kristal dari zatpadatan bersangkutan. Sekelompok ion-ion, atom-atom atau melekul-molekulpenyusun padatan kristal dalam satuan sel tersebut membentuk susunan berulangsecara translasi dalam arah tiga dimensi yang ditunjukan gambar

2.3 Kisi Bravais dan Tujuh Sistem Kristal

Satuan sel diklasifikasi dalam 14 kelas ruang kisi sesuai dengan adanya 14kemungkinan ruang kisi yang berbeda, yang didasarkan pada bentuk parallelogram dari satuan sel, yang disebut dengan

1. Triklinik

, tidak ada sumbu kisi kristal yang saling tegak lurus, intervalperulangan kisi pada ketiga arah sumbu tidak ada yang sama satu dengan yanglainnya. Kisi kristal ini hanya terdiri dari kisi kristal triklinik sederhana (P).

 2. . Monoklinik

, dua sumbu kristal tidak saling tegak lurus, tapi sumbukristal ke tiga tegak lurus pada dua sumbu yang tidak saling tegak lurus, intervalperulangan kisi pada masing-masing arah sumbu kristal tidak sama satu denganyang lainnya. Kisi kristal monoklinik terdiri dari kisi kristal monoklinik sederhana(P) dan kisi kristal monoklinik pusat badan (I).

 3. Orthorhombik

, sumbu-sumbu kristal satu dengan yang lainnya salingtegak lurus, tapi interval perulangan kisi pada masing-masing arah sumbu kristaltidak sama. Kisi kristal orthorhombic terdiri dari, kisi kristal orthorhombicsederhana (P), kisi kristal orthorhombic pusat dasar (C), kisi kristal orthorhombicpusat badan (I), dan kisi kristal orthorhombic pusat muka (F).

 4. Tetragonal

, sumbu-sumbu kristal satu dengan yang lainnya saling tegak lurus, interval perulangan kisi sepanjang dua arah sumbu adalah sama, tapiinterval perulangan pada arah sumbu ke tiga tidak sama. Kisi kristal tetragonalterdiri dari kisi kristal tetragonal sederhana (P) dan kisi kristal tetragonal pusatbadan

 (I).5. Heksagonal, dua sumbu kristal membentuk sudut 60 o , semestara sumbuketiga tegak lurus pada dua sumbu yang membentuk sudut 60 o . Intervalperulangan sepanjang kedua sumbu yang membentuk sudut 60 o adalah sama, tapiinterval perulangan pada sumbu ketiga tidak sama.

Gb. 1.6 Satuan sel heksaonal

Struktur satuan heksagonal sederhana sering dikenal dengan strukturrhombik.seperti ditunjukkan gambar di bawah. Satuan sel heksagonal memilikiempat sumbu pada mana tiga sumbu saling membentuk sudut 120 o terletak dalamsatu bidang, sedangkan sumbu ke empat tegak lurus terhadap bidang ketiga sumu.Interval perulangan satuan sel pada ketida sumbu adalah sama.

6. Trigonal

yang sering disebut Rhombohedral , Sudut dari masing-masing pasangan sumbu kristal adalah sama tapi tidak 90 o , interval perulangansepanjang ketiga arah sumbu kisi kristal adalah sama.7.  Kubus , sumbu-sumbu kristal satu dengan yang lainnya saling tegak lurus dan interval perulangan kisi pada ketiga arah sumbu adalah sama. Kisikristal kubus terdiri dari kisi kristal kubus sederhana (P), kisi kristal kubus pusatbadan (I), dan kisi kristal kubus pusat muka (F).Terdapat tiga buah jenis kisi dalam system kubus yaitu: kubus sederhana(P), kubus pusat badan (I) dan kubus pusat muka (F). Sifat-sifat dari ketiga jeniskubus tersebut dirangkum pada table 01 berikut. Orthorhombik Orthorhombik Orthorhombik OrthorhombikTetragonalTetragonalHeksagonalTrigonal PKubus PKubus F Kubus I

Perlu dicatat bahwa sebuah kisi premitif (sederhana) hanya memiliki titik-titik atom pada sudutnya, kisi pusat badan memiliki satu titik atom tambahan dipusat selnya, sedangkan sebuah kisi pusat muka memiliki enam titi-titik atomtambahan pada masing-masing muka sel kisi.

2.4 Nomenklatur Kristal

Untuk menjelaskan fenomena fisis dalam kristal, dapat dilakukan denganmenggambarkan arah atau bidang kristal. Untuk menentukan arah dari suatukristal (misalnya seperti pada gambar aa), maka harus dipilih salah satu titik kisipada garis tersebut sebagai sebuah titik awal, misalkan titik A. Vektor kisi yangmenghubungkan A dengan titik-titik kisi yang lain seperti B pada garis tersebutdapat dinyatakan dengan

2.5 Jumlah Atom dalam Satuan Sel

Pada setiap titik-titik kisi dalam kristal ditempati oleh atom-atompenyusun kristal yang bersifat sangat periodik. Jumlah atom-atom penyusunkristal dalam satu satuan sel kristal bergantung pada struktur kristal bersangkutan.Untuk lebih jelasnya pada bagian ini dibahas beberapa struktur kristal sederhanadari sistem kubus (Yasa, 2004).

Kubus sederhana (P)

,Struktur kristal kubus sederhana ditunjukkan oleh gambar 2.2a padamasing-masing titik sudut kubus ditempati masing-masing oleh ⅛ bagian atom.Dengan demikian dalam kristal sistem kubus sederhana dalam satu satuan selnyaditempati oleh satu atom penyusun kristal.

Kubus pusat badan (I)

,Sruktur kristal kubus pusat badan ditunjukkan oleh gambar 2.2b padamasing-masing titik sudut kubus ditempati masing-masing oleh ⅛ bagian atom sehingga dari kedelapan titik sudut secara komulatif disusun oleh satu buah atom.Atom yang menempati pusat kubus adalah sebuah atom utuh. Dengan demikiandalam kristal system kubus pusat badan dalam satu satuan selnya ditempati olehdua atom penyusun kristal.

Kubus pusat muka (F ),

Struktur Kristal kubus pusat muka ditunjukkan oleh gambar 2.2c padamasing-masing titik sudut kubus ditempati oleh masing-

masing oleh ⅛ ba gianatom sehinggga dari kedelapan titik sudut secara komulatif disusun oleh satu buah atom. Atom yang menempati muka pusat kubus adalah ½ bagian atom, karenadalam kubus karena dalam kubus terdapat enam pusat muka secara komulatif yang menempati pusat muka adalah tiga buah atom. Dengan demikian dalamkristal system kubus pusat muka dalam satu satuan selnya ditrmpati oleh empatatom penyusun kristal.

maka dimensi satuan sel dari masing-masingstruktur kristal kubus dapat dihubungkan dengan jejari atom-atom penyusunkristal. Untuk menentukan hubungan dimensi satuan sel dengan jejari atomdiasumsikan bahwa atom penyusun kristal dianggap sebagai sebuah bola pejal.Dengan demikian jika dimensi satuan sel kubus adalah d dan jejari atom adalah rmaka dapat dibuktikan bahwa untuk struktur kristal kubus sederhana (P) diperoleh

d ≈2r, untuk struktur kristal kubus pusat badan d sedangkan untuk struktur kristal kubus pusat maka d Dengan anggapan bahwa atom-atom dalam kristal suatu zat padat sebagaibola pejal maka dalam kristal sebagian besarnya adalah merupakan ruang kosong.Untuk struktur kristal kubus dimensi satuan sel kristal dapat ditentukan oleh  beberapa faktor yaitu; massa jenis padatan kristal (ρ), massa atom kristal (M), danstruktur kristal itu sendiri. Untuk menentukan dimensi satuan sel kristal dilakukandengan cara sebagai berikut;Tinjaulah sebuah suatu jenis kristal dengan struktur kristal kubus yangdimensi satuan selnya adalah α yang menyatakan sisi-sisi kubus tersebut disusunoleh atom-atom yang memiliki massa atom M. dalam satuan selnya terdapat n

2.6 Beberapa Struktur Kristal

a. Kristal logamKisi kristal logam terdiri atas atom logam yang terikat dengan ikatanlogam. Elektron valensi dalam atom logam mudah dikeluarkan (karena energiionisasinya yang kecil) menghasilkan kation. Bila dua atom logam salingmendekat, orbital atom terluarnya akan tumpang tindih membentuk orbitalmolekul. Bila atom ketiga mendekati kedua atom tersebut, interaksi antarorbitalnya terjadi dan orbital molekul baru terbentuk.Sifat-sifat logam yang bemanfaat seperti kedapat-tempa-annya, hantaranlistrik dan panas serta kilap logam dapat dihubungkan dengan sifat ikatan logam.Misalnya, logam dapat mempertahankan strukturnya bahkan bila ada deformasi.Hal ini karena ada interaksi yang kuat di berbagai arah antara atom (ion) danelektron bebas di sekitarnya

Logam akan terdeformasi bila gaya yang kuat diberikan, tetapi logamtidak akan putus. Sifat ini karena interaksi yang kuat antara ion logam danelektron bebas (Takeuchi, 2008).

b. Kristal ionik Kristal ionik semacam natrium khlorida (NaCl) dibentuk oleh gaya tarik antara ion bermuatan positif dan negatif. Susunan ion dalam kristal ion yangpaling stabil adalah susunan dengan jumlah kontak antara partikel bermuatanberlawanan terbesar, atau dengan kata lain, bilangan koordinasinya terbesar.Namun, ukuran kation berbeda dengan ukuran anion, dan akibatnya, adakecenderungan anion yang lebih besar akan tersusun terjejal, dan kation yanglebih kecil akan berada di celah antar anion (Anonim, 2009).Dalam kasus natrium khlorida, anion khlorida (jari-jari 0,181 nm) akanmembentuk susunan kisi berpusat muka dengan jarak antar atom yang agak panjang sehingga kation natrium yang lebih kecil (0,098 nm) dapat dengan mudahdiakomodasi dalam ruangannya (Gambar 8.9(a)). Setiap ion natrium dikelilingioleh enam ion khlorida (bilangan koordinasi = 6). Demikian juga, setiap ionkhlorida dikelilingi oleh enam ion natrium (bilangan koordinasi = 6)(Takeuchi,2008).

Dalam cesium khlorida, ion cesium yang lebih besar (0,168nm) dari ionnatrium dikelilingi oleh 8 ion khlorida membentuk koordinasi 8:8. Ion cesiummaupun khlorida seolah secara independen membentuk kisi kubus sederhana, dansatu ion cesium terletak di pusat kubus yang dibentuk oleh 8 ion khlorida.

Setiap ion dikelilingi oleh delapan ion dengan muatan yang berlawanan.Struktur ini juga bukan struktur terjejal (Anonim, 2009).c. Kristal MolekularKristal dengan molekul terikat oleh gaya antarmolekul semacam gaya vander Waals disebut dengan kristal molekul. Kristal yang didiskusikan selama initersusun atas suatu jenis ikatan kimia antara atom atau ion. Namun, kristal dapatterbentuk, tanpa bantuan ikatan, tetapi dengan interaksi lemah antar molekulnya.Bahkan gas mulia mengkristal pada temperatur sangat rendah. Argon mengkristaldengan gaya van der Waaks, dan titik lelehnya -189,2°C. Padatan argonberstruktur kubus terjejal.Molekul diatomik semacam iodin tidak dapat dianggap berbentuk bola.Walaupun tersusun teratur di kristal, arah molekulnya bergantian. Namun, karenastrukturnya yang sederhana, permukaan kristalnya teratur. Ini alasannya mengapakristal iodin memiliki kilap. Pola penyusunan kristal senyawa organik dengan struktur yang lebih rumittelah diselidiki dengan analisis kristalografi sinar-X. Bentuk setiap molekulnyadalam banyak kasus mirip atau secara esensi identik dengan bentuknya dalam fasagas atau dalam larutan.

d. Kristal kovalen

Banyak kristal memiliki struktur mirip molekul-raksasa atau mirippolimer. Dalam kristal seperti ini semua atom penyusunnya (tidak harus satu jenis) secara berulang saling terikat dengan ikatan kovelen sedemikian sehinggagugusan yang dihasilkan nampak dengan mata telanjang. Intan adalah contoh khas jenis kristal seperti ini, dan kekerasannya berasal dari jaringan kuat yangterbentuk oleh ikatan kovalen orbital atom karbon hibrida sp3. Intan stabil sampai3500°C, dan pada temperatur ini atau di atasnya intan akan menyublim.Kristal semacam silikon karbida (SiC)N atau boron nitrida (BN)nmemiliki strukturyang mirip dengan intan. Contoh yang sangat terkenal juga adalah silikondioksida (kuarsa; SiO2). Silikon adalah tetravalen, seperti karbon, dan mengikatempat atom oksigen membentuk tetrahedron. Setiap atom oksigen terikat padaatom silikon lain. Titik leleh kuarsa adalah 1700 °C.

Satuan sel dari kristal intan adalah kubus pusat muka (F) dengan sebuahbasis, dimana basis disusun oleh dua atom Carbon yang berhubungan denganmasing-masing titik-titik kisi pusat muka. Posisi dari kedua atom-atom basisadalah 000, ¼ ¼ ¼, seperti ditunjukan oleh gambar 2.7 Tidak ada cara untuk memilih sedemikian sehingga basis dari struktur intan hanya terdiri dari sebuahatom.

Masing-masing atom basis dikelilingi oleh empat atom terdekat yangmembentuk sebuah tetrahedral yang pusatnya adalah atom basis tersebut.Konfigurasi ini biasanya ditemukan dalam semikonduktor seperti struktur kristalGe dan Si (Yasa, 2004).e. Kristal cairKristal memiliki titik leleh yang tetap, dengan kata laun, kristal akanmempertahankan temperatur dari awal hingga akhir proses pelelehan. Sebaliknya,titik leleh zat amorf berada di nilai temperatur yang lebar, dan temperatur selamaproses pelelehan akan bervariasi.Material seperti ini disebut dengan kristal cair. Molekul yang dapat menjadikristal cair memiliki fitur struktur umum, yakni molekul-molekul ini memiliki

satuan struktural planar semacam cincin benzen. Di Gambar….., ditunjukkan

beberapa contoh ristal cair (Takeuchi, 2008).

DAFTAR PUSTAKA

https://www.scribd.com/doc/123741305/STRUKTUR-KRISTAL