BAB II iut KRISTAL LOGAM
Pendahuluan
Semua logam, sebagian besar keramik dan beberapa polimer membentuk kristal ketika bahan tersebut membeku. Bahan padat seperti logam ditinjau dari segi struktur atau susunan atomnya cukup sederhana seperti kpr (kubik pemusatan ruang), kps (kubik pemusatan sisi) dan htp (heksagonal tumpukan padat). Kita perlu mengenal cara-cara penandaan tata letak sel satuan dan arah kristal, karena akan digunakan selanjutnya untuk mengkaitkan struktur kristal dengan sifat dan perilaku bahan. 2.1
Kristal
Tata jangkau panjang merupakan karakteristik kristal seperti terlihat pada Gambar 2.1. Model ini memperlihatkan beberapa pola atom kisi yang dapat terjadi bila terdapat satu jenis atom. Karena pola atom ini berulang secara tak terh terhin ingg gga, a, untu untukk mudah udahny nyaa kisi kisi kris krista tall ini ini dala dalam m sel sel satu satuan an.. Sel Sel satu satuan an mempunyai volume terbatas, masing-masing memiliki ciri yang sama dengan kristal secara keseluruhan. Jarak yang selalu terulang, yang disebut konstanta kisi, dalam pola jangkau panjang kristal, menentukan ukuran sel satuan.
Gambar Gambar 2.1: 2.1: Pola kristal kristal yang yang memiliki memiliki sel satuan satuan berbentuk berbentuk kubik kubik dan a adalah konstanta kisi dalam tiga arah koordinat (x,y,z). Sistem Kristal
II - 1
Kristal kubik memiliki pola yang sama sepanjang ketiga sumbu tegak lurus: a1 = a2 = a3. Kebanyakan logam dan beberapa jenis keramik berbentuk kubik. Ada tujuh system kristal yaitu; kubik, tetragonal, ortorombik, ortorombik, monoklinik, triklinik, heksagonal, rombohedral. Khusus dalam pelajaran ini, pembahasan lebih tertuju pada bentuk kristal kubik yang lebih sederhana, dan kristal heksagonal. Contoh soal 2.1
Sel satuan krom adalah kubik dan mempunyai dua atom. Tentukan konstanta kisi krom. Berat jenis krom=7,20 Mg/m3. Massa atom = 52,0 g/mol. Jawab :
Massa per sel satuan = 2 . (52,0 g/mol)/(0,602 x 10 24 mol-1) = 172,76 x 10 -24 g Volume = a3 = berat jenis /densitas = (172,76x10 -24 g)/ (7,20x106 g/m3) Konstanta kisi (a) = 0,2884x10-9 m 1.2. .2.
Kisi isi Kub Kubik ik (Cub ubic ic Latt attices ices))
Kristal kubik terdiri dari 3 bentuk kisi, kisi kubik sederhana, kubik pemusatan ruang dan kubik pemusatan sisi. Sebagian besar logam memiliki kisi kubik pemusatan ruang (kpr) atau kisi kubik pemusatan sisi (kps). 1.2.1. 1.2.1. Logam Logam kubi kubik k pemus pemusat atan an ruan ruang g
Besi Besi meru merupa paka kann stuk stuktu turr kubi kubik. k. Pada Pada suhu suhu ruan ruangg sel sel satu satuan an besi besi mempunyai atom pada tiap titik sudut kubus dan satu atom pada pusat kubus (Gambar (Gambar 2.2). Tiap atom besi dalam struktur struktur kubik pemusatan pemusatan ruang (kpr) ini dikelilingi oleh delapan atom tetangga; hal ini berlaku untuk setiap atom, baik yang terletak pada pada titik sudut maupun atom dipusat sel satuan.
II - 2
Gambar 2.2. Struktur kubik pemusatan ruang logam
Gambar 2.3: Sel satuan kubik kubik pemusatan ruang (logam) Pada logam antara konstanta kisi a dan jari-jari atom r terdapat hubungan sebagai berikut: (a kpr)logam = 4r/√3
.............................................. ........................................................... ...................... ......... (2.1)
Dalam hal ini, konsep tumpukan atom (FT) dapat juga diterapkan pada logam kpr seperti terlihat pada ilustrasi berikut. Dengan menggunakan model bola keras, maka fraksi volum dari sel satuan yang ditempati oleh bola-bola tersebut adalah: Faktor Tumpukan=Volume Tumpukan=Volume atom/Volume sel satuan
................. ............ ....... (2.2)
Pada sel satuan logam kpr terdapat dua buah atom sehingga: FT= 2.(4.л.R 3/3)/ a3 = 2.(4.л.R 3/3)/ (4R/√3)3 = 0,68 1.2.2. 1.2.2. Logam Logam kubi kubik k pemus pemusat atan an sisi sisi
Pengaturan atom dalam tembaga, tidak sama dengan pengaturan atom dalam besi, meski keduanya kubik. Disamping atom pada setiap titik sudut sel
II - 3
satuan tembaga, terdapat sebuah atom ditengah setiap bidang permukaan, namun tidak satupun dititik pusat kubus. Struktur kubik pemusatan sisi ini sering dijumpai pada logam antara lain; aluuminium, tembaga, timah hitam, perak dan nikel dan mempunyai pengaturan atom pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4: Struktur kubik pemusatan sisi pada logam
Gambar 2.5 : Sel kubik pemusatan sisi Loga Lo gam m deng dengan an stru strukt ktur ur kps kps memp mempun unyyai 4 kali kali lebi lebihh bany banyak ak atom atom.. Kedelapan atom pada titik sudut menghasilkan satu atom dan ke-enam bidang sisi lain lain meng menghas hasil ilka kann 3 atom atom per per sel sel satu satuan an.. Dalam Dalam loga logam, m, hubu hubung ngan an anta antara ra konstanta kisi a dengan jari-jari atau R dinyatakan dengan persamaan: (a kps)logam = 4R/√2 1.3.
............................................. ................................................................... ...................... (1.3)
Kristal Heksagonal
Volume sel untuk kristal htp, lebih besar daripada kpr dan kps. Logam tidak akan membentuk kristal dengan susunan atom heksagonal sederhana karena faktor tumpukannya terlalu rendah. Tetapi logam cenderung membentuk struktur
II - 4
kristal dengan tumpukan yang lebih padat seperti pada magnesium dan disebut heksagonal tumpukan padat (htp) gambar 2.6. Ciri khasnya adalah; bahwa setiap atom dalam lapisan tertentu terletak tepat diatas atau dibawah sela antara tiga atom pada lapisan berikutnya. Akibatnya setiap atom menyinggung tiga atom lainnya pada lapisan dibawahnya, enam atom dibidangnya sendiri dan tiga atom pada lapisan atasnya.
Gambar 2.6 : Struktur heksagonal heksagonal tumpukan padat (htp) 2.4.
Latihan Soal
2.4.1. Hitunglah faktor Tumpukan atom logam kps !. 2.4.2. Nikel memiliki massa atom= 58,71 g/mol dan berstruktur kubik pemusatan sisi (kps). Berat jenisnya= 8,9 g/cm3 a. Hitunglah Hitunglah volum volumee sel satuan satuan berdas berdasarkan arkan berdas berdasarkan arkan berat jenisnya!. jenisnya!. b. Dari hitungan pada a,tentukan jari-jari nikel. 2.4.3. 2.4.3. Tembag Tembagaa mempuny mempunyai ai strukt struktur ur kps dan jari-ja jari-jari ri atomy atomyaa 0,1278 0,1278 nm. nm. Hitung Hitunglah lah Bjnya!
II - 5
