STRUKTUR KRISTAL

struktur Kristal struktur kristal logam struktur kristal pdf struktur kristal hcp struktur kristal adalah

STRUKTUR KRISTAL

2.1. Struktur Atom

            Struktur kristal terdiri dari susunan atom-atom yang teratur, dan atom sendíri terdiri dari  inti (terdiri dari sejumlah proton dan neutron) yang dikelilingi oleh sejumlah elektron. Elektron-elektron ini menempati kulit tertentu. Suatu atom dapat mempunyai satu atau lebih kulit. Setiap kulit dapat ditempati oleh elektron sebanyak 2n² dimana n adalah nomor kulit (dihitung mulai dari yang terdalam sebagai kulit nomor 1).

            Jumlah elektron pada kulit terluar banyak menentukan sifat dari unsur tsb. Atom yang memiliki jumlah elektron yang sama pada kulit terluar, yaitu unsur pada group yang sama akan memiliki sifat yang hampir sama. Semua gas mulia memiliki delapan elektron pada kulit terluar, kecuali helium yang hanya memiliki satu kulit dan jumlah elektron pada kulit itu adalah dua, semuanya adalah unsur yang stabil, tidak bereaksi dengan unsur lain.

            Atom-atom dapat membuat ikatan dengan atom yang sejenis atau atom lain membentuk molekul dari suatu zat atau senyawa. Dalam beberapa hal atom-atom juga dapat menjalin ikatan dengan atom sejenis atau atom lain tanpa membentuk molekul, seperti halnya pada logam.

2.2. Ikatan atom

Ada liga jenis ikatan atom yang utama, yaitu :

-          Ikatan ionik

-          Ikatan kovalen atau homopolar

-          Ikatan logam

2.2.1. Ikatan ionik

            Atom akan paling stabil jika atom itu mempunyai konligurasi elektron seperti konfigurasi elektron pada gas mulia. yaitu terdapat delapan elektron pada kulit terluar (dua elektron bila atom memíliki hanya satu kulit). Bila suatu atom hanya memiliki satu elektron pada kulit terluar, maka ia cenderung untuk melepas elektron tersebut. dan kulit yang lebih ke dalam. yang biasanya sudah terin panuh, akan menjadi kulit terluar, ini menyebabkannya menjadi lebih stabil. Tetapi hal ini juga mengakibatkan atom itu kelebihan proton (yang bermuatan positip), sehingga atom itu akan bermuatan positip, dikatakan atom itu berubah menjadi ion positip.

            Sebaliknya bila sualu atom lain yang memiliki tujuh elektron pada kulit terluarnya, ia cenderung akan menerima satu elektron lagi dari luar. Dan bila hal ini terjadi maka atom itu akan menjadi bermuatan negatip (karena kelebihan elektron), ia akan menjadi ion negatip. Dan bila kedua ion ini berdekatan akan terjadi tarik menarik karena kedua ion itu memiliki muatan listrik yang berlawanan. Kedua atom itu akan terikat satu sama lain dengan gaya tarik menarik itu, ikatan ini dinamakan ikatan ionik (ionic bonding).

            Sebagai contoh, atom Na (dengan satu elektron pada kulit terluar) yang berada dekat atom Cl (dengan tujuh elektron pada kulit terluar) Dalam keadaan ini akan terjadi perpindahan satu elektron dari atom Na ke atom Cl. Kedua atom itu akan menjadi ion. atom Na menjadi ion Na⁺, atom Cl menjadi ion Cl^-, karena muatannya  berlawanan akan terjadi tarik menarik, menjadi suatu ikatan ionik, (Gambar 2.1), dikenal sebagai senyawa garam, yang silatnya berbeda dari kedua atom pembentuknya. Hal ini memperlihatkan betapa kuatnya suatu ikatan ionik.

Gambar 2.1. Pembentukan ikatan ionik dalam natrium chlorida, didahului adanya perpindahan elektron

2.2.2. Ikatan kovalen

             Beberapa atom dapat memperoleh konfigurasi elektron yang stabil dengan saling meminjamkan elektronnya. Dengan saling meminjamkan elektron ini atom-atom akan memperoleh susunan elektron yang stabil tanpa menyebabkannya menjadi bermuatan. Ikatan akan terjadi melalui elektron yang saling dipinjamkan itu. Elektron ini masih mempunyai íkatan dengan atom asalnya, tetapi juga sudah terikat dengan atom yang meminjamnya.

            Sebagai contoh digambarkan pada Gambar 2.2 ikatan kovalen dari Cl₂, N₂ dan HF.

Gambar 2.2. Ikatan kovalen pada molekul Cl₂, N₂ dan HF.

2.2.3. Ikatan Logam

            Di sini juga terjadi saling meminjamkan elektron, hanya saja jumlah atom yang bersama-sama saling meminjamkan elektron valensinya (elektron yang berada pada kulit terluar) ini tidak hanya antara dua atau beberapa atom tetapi dalam jumlah yang sangat banyak. Setiap atom menyerahkan elektron valensinya untuk digunakan bersama-sama. Dengan demikian akan ada ikatan tarik menarik antara atom-atom yang saling berdekatan. Jarak antar atom ini akan tetap (untuk kondisi yang sama), bila ada atom yang bergerak menjauh maka gaya tarik menarik akan menariknya kembali ke posisi semula, dan bila bergerak terlalu mendekat maka gaya tolak menolak menjadi makin besar (sedang gaya tarik menarik mengecil), karena inti-inti atom berjarak terlalu dekat padahal muatan listriknya sama, sehingga akan mendorong atom tersebut kembali ke posisi semula. Kedudukan suatu atom relatif terhadap atom lain akan tetap.

            Ikatan seperti ini biasa terjadi pada logam, karena itu dinamakan Ikatan Logam. Pada ikatan ini inti-inti atom terletak beraturan dengan jarak tertentu, sedang elektron yang saling dipinjamkan seolah-olah membentuk “kabut elektron” yang mengisi sela-sela antar inti (lihat Gambar 2.3). Elektron-elektron ini tidak terikat pada salah satu atom tertentu atau beberapa atom saja, tetapi setiap elektron dapat saja pada suatu saat berada pada suatu atom, dan pada saat berikutnya berada pada atom lain. Karena itulah logam dikenal mudah mengalirkan listrik dan panas.

Gambar 2.3. Ikatan logam, inti atom yang tersusun teratur, berada dalam kabut elektron.

            Mengingat atam-atom pada logam menempati posisi tertentu relatif terhadap atom lain (di kiri-kanan, depan-belakang dan atas-bawahnya), maka dapat dikatakan bahwa atom logam tersusun secara teratur menurut suatu pola tertentu. Susunan atom yang teratur ini dinamakan kristal, dan susunan atom pada logam selalu kristalin, tersusun beraturan dalam suatu kristal.

2.3. Struktur kristal

            Susunan atom-atom yang teratur dalam tiga dimensi menurut suatu pola tertentu dinamakan kristal.  Bila dari inti-inti atom dalam suatu struktur kristal ditarik garis-garis imajiner melalui inti-inti atom tetangganya maka akan diperoleh suatu kerangka tiga dimensi yang disebut space lattice (kisi ruang). Space lattice ini dapat dianggap tersusun dari sejumlah besar unit cell (sel satuan). Unit cell merupakan bagian terkecil dari space lattice yang bila disusun ke arah sumbu-sumbunya akan membentuk space lattice. Pada Gambar 2.4. tampak sebagian dari suatu space lattice dan satu unit cellnya digaris tebal. Suatu unit cell dinyatakan dengan lattice parameter (panjang rusuk-rusuk dan sudut antara rusuk-rusuk).

 Gambar 2.4. (a) Bagian dari suatu space lattice, dengan satu unit cellnya digaris tebal, (b) Lattice parameter dari suatu unit cell.

Tabel 2.1. Deskripsi dari 7 macam sistem kristal

1	Triclinic	Three unequal axes, no two of which are perpendicular a ≠ b ≠ c      α ≠ β ≠ γ ≠ 90o
2	Monoclinic	Three unequal axes, one of which is perpen-dicular to the other two a ≠ b ≠ c      α = β  = 90o ≠ γ
3	Orthorhombic	Three unequal axes, all perpendicular a ≠ b ≠ c      α = β = γ = 90o
4	Rhombohedral	Three equal axes, not at right angles a = b = c      α ≠ β ≠ γ ≠ 90o
5	Hexagonal	Three equal coplanar axes at 120o and a fourth unequal axis perpendicular to their plane a = b ≠ c      α = β  = 90o         γ = 120o
6	Tetragonal	Three perpendicular axes, only two equal a = b ≠ c      α = β  = γ = 90o
7	Cubic	Three equal axes, mutually perpendicular a = b = c      α = β  = γ = 90o

           
Ada 7 macam sistem struktur kristal yang mungkin terjadi, yaitu cubic, tetragonal, orthorhombic, monoclinic, triclinic, hexagonal dan rhombohedral (deskripsi dari masing-masing sistem tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.1). Dari ke 7 macam sistem kristal tersebut masih mungkin ada variasinya (face centered, body centered dan lain-lain), sehingg ada 14 macam kemungkinan jenis sistem kristal (Gambar 2.5).

       Gambar 2.5. Unit cell dari 14 macam sistem kristal yang mungkin terjadi (Bravais lattices)

                                P = Primitif,  I = Body centered,   F = Face centered,    C = Base centered

            Kebanyakan logam-logam yang penting membeku dengan membentuk kristal dengan sistem kristal cubic (kubus) atau hexagonal. Sistem kristal yang paling sering dijumpai pada logam adalah:

1.      Face Centered Cubic (FCC) atau Kubus Pemusatan Sisi (KPS), Gambar 2.6

2.      Body Centered Cubic (BCC) atau Kubus Pemusatan Ruang (KPR), Gambar 2.7

3.      Hexagonal Close-Packed (HCP) atau Hexagonal Tumpukan Padat (HTP), Gambar 2.8.

 Gambar 2.6. Unit cell  Face Centered Cubic (FCC), (a) Kisi ruang, (b) Model bola pingpong

Gambar 2.7. Unit cell Body Centered Cubic (BCC), (a) Kisi ruang, (b) model bola pingpong   

Gambar 2.8. Unit cell Hexagonal Close-Packed (HCP), (a) Kisi ruang, (b) model bola pingpong

Pada umumnya setiap logam selalu membentuk stuktur kristal dengan sistem kristal tertentu, tetapi ternyata ada beberapa unsur yang dapat dijumpai dengan sistem kristal yang berbeda, sifat yang demikian iní dinamakan polimorfi. Di antara logam-logam yang memiliki silat polimorfi ini ada yang sifat polimorfinya  bersifat  reversibel,  pada  suatu  kondisi sistem kristalnya tertentu dan bila kondisi berubah, sistem kristalnya juga akan berubah dan bila kondisi kembali seperti semula maka sistem kristal juga  akan  kembali  seperti  semula.  Sifat ini dinamakan sifat allotropi.

Ada kurang lebih lima belas unsur yang memiliki sifat allotropi, termasuk besi. Pada temperatur kamar besi memiliki sistem struktur kristal BCC (dinamakan besi alpha, α), pada temperatur antara 910 - 1400^oC sistem struktur kristalnya FCC (besi gamma, γ) dan di atas 1400 ^oC sampai mencair sistem kristalya BCC (besi delta, δ).  Bila  temperatur  kembali  lagi  maka  sistem kristalnya juga akan kembali seperti semula. Setiap perubahan tersebut ditandai dengan pemberhentian perubahan temperatur (Gambar 2.9).

.

Gambar 2.9. Kurva pemanasan dan pendinginan besi, menunjukkan adanya perubahan allotropi