STRUKTUR KRISTAL

BAB I PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang

Sebuah padatan dengan mata telanjang tampak sebagai benda tegar yang kontinu. Akan tetapi hasil eksperimen telah menunjukkan bahwa semua padatan disusun oleh satuan dasar dari atom-ataom yang brsifat diskrit. Atom-atom tersebut tidak terdistribusi secara random tetapi tersusun dalam susunan yang sangat teratur relatif terhadap atom-atom yang lain. Susunan dari kelompok atom-atom yang memeliki keteraturan sangat tinggi tinggi tersebut tersebut disebut kristal. Terdapat Terdapat beberapa beberapa jenis struktur kristal

bergantung

pada

geometri

dari

susunan

atom-atomnya.

Pengetahuan tentang struktur kristal dalam Fisika Zat Padat menjadi sangat penting karena struktur kristal mempengaruhi sifst-sifst fisika dari padatan, yang akan dibahas pada bab berikut.

1.2.

Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya, maka rumusan masalah dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut. 1.2.1. Bagaimanakah 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 Bagaimanakah jarak antar bidang pada kristal 1.2.6. Bagaimnanakah Bagaimnanakah jumlah atom dalam satuan satuan sel suatu kristal 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. kristal. 1.3.2. Untuk mengetahui beberapa beberapa definisi definisi dasar dari dari kristal. 1.3.3. Untuk mengetahui kisi kisi bravais dan dan tujuh sistem sistem kristal.

Pengantar Fisika Zat Padat

Page 1

1.3.4. Untuk mengetahui Apakah Apakah nomenklatur nomenklatur Kristal. 1.3.5. Untuk mengetahui jarak jarak antar bidang bidang pada kristal. 1.3.6. Untuk mengetahui jumlah atom 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 pengetahuan penulis mengenai kristal

14.2.

Bagi pembaca, makalah ini diharapkan dapat menambah pengetahuan pembaca mengenai mengenai Kristal Kri stal dan bagiannya.

1.5.

Metode Penulisan

Metode yang digunakan dalam penulisan makalah ini adalah metode kepustakaan kepustakaan yaitu menganalisis dan merefleksi ulang berbagai tulisan yang terkait dengan topik makalah lalu menguraikannya menguraikannya kembali.


Page 2

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Keadaan Kristal

Suatu padatan dikatan menjadi kristal jika atom-atom penyusun padatan tersusun sedemikian posisi masing-masing atom adalah sangat periodik, seperti ditunjukkan 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 harus

saling orthogonal). Sebuah Sebuah kristal sempurna dipandang memiliki sifat periodik periodik ∞ sampai ∞. Berdasarkan sifat periodisitasnya maka maka pada kedua sumbu dari --∞ atom A,B, C dan seterusnya adalah ekuivalen. Dengan kata lain pengamatan atom-atom pada setiap titik kisi kristal adalah sama. Ide yang sama menunjukkan bahwa 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 dua atom katakanlah R dalam gambar 1.1 kristal tampat sama seperti sebelum dilakukan trnslasi, dengan kata lain kristal memiliki sifat invarian terhadap translasi

2.2 Beberapa Definisi Dasar

Untuk membahas secara tepat tentang struktur kristal, maka dalam hal ini dikenalkan beberapa definisi-definisi dasar , yang diterapkan pada kristal dua atau tiga dimensi. Kisi Kristal , dalam kristallographi kristallographi hanya sifat-sifat yang yang muncul dari geometri kristal yang lebih ditekankan dari pada sifat-sifat yang muncul dari atom-atom penyusun kristal. Oleh karenanya penggantian satu atom yang menempati sebuah


Page 3

titik geometri pada posisi kesetimbangan, menghasilkan sebuah pola titik-titik baru yang memiliki sifat geometri yang sama tapi memiliki sifat fisis yang berbeda. Pola geometri tersebut disebut kisi kristal , atau sering sering disebut disebut kisi kisi saja. Semua atom-atom kisi menempati kisi tersebut. Terdapat dua kelas kisi yaitu; Kisi Bravais dan kisi non Bravais . Dalam kisi Bravais, semua titik-titik kisi adalah ekuivalen, dengan demikian semua atomatom dalam kristal adalah sama jenisnya. Sedangkan dalam kisi non Bravais beberapa dari titik-titik kisi adalah tidak ekuivalen Vektor basis, basis, Tinjalah sebuah kisi yang ditunjukkan gambar 1.2, dengan koordinat awal pada titik kisi misalkan dipilih titik A. Dengan demikian vektor posisi setiap titik pada titik kisi dinyatakan oleh; R = n1a + n2b + n3c

1.1

Di mana a, b, dan c adalah tiga buah vektor yang ditunjukkan dan (n 1 n2 n3) adalah bilangan-bilangan bilangan-bilangan bulat yang nilainya bergantung pada titik kisi.

A Gamabr 1.2 Vektor basis dari kisi kristal Untuk titik D (n1 n2 n3) = (3,3,1). Ketiga vektor a,b dan c (yang tidak harus saling tegak lurus) membentuk perangkat vektor basis untuk kisi. Dalam hal pada mana posisi dari semua titik kisi dapat secara tepat ditentukan oleh persamaan 1.1. Perangkat dari semua vektor-vektor yang dinyatakan oleh persamaan 1.1 disebut vektor-vektor kisi. Satuan Sel, Bangun parallelogram yang sisi-sisinya adalah vektor basis a, b dan c disebut satuan sel dari kisi


Page 4

a a

Gb. 1.3 Satuan sel parallelogram Satuan sel merupakan bangun geometri terkecil dari suatu kristal, oleh karena itu kisi dapat dipandang sebagai tersusun dari sejumlah besar satuan sel yang 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 merepresentasikan struktur kristal dari zat padatan bersangkutan. Sekelompok ion-ion, atom-atom atau melekul-molekul penyusun padatan kristal dalam satuan sel tersebut membentuk susunan berulang secara translasi dalam arah tiga dimensi yang ditunjukan gambar 1.4.

Gambar 1.4 Ruang kisi kisi disusun oleh perulangan perulangan translasi dari satuan sel

2.3 Kisi Bravais dan Tujuh Sistem Kristal

Satuan sel diklasifikasi dalam 14 kelas ruang kisi sesuai dengan adanya 14 kemungkinan

ruang

kisi

yang

berbeda,

yang

didasarkan

pada

bentuk

parallelogram dari satuan sel, yang disebut dengan 14 kisi Brevais . Geometri parallelogram dari satuan sel adalah seperti gambar 1.5 berikut.


Page 5

c

a

α

γ

β

b

Gb. 1.5 Satuan sel parallelogram. parallelogram. Sebuah ruang kisi adalah sebuah susunan tiga dimensi titik-titik sedemikian, sehingga masing-masing dari sebuah titik dikelilingi oleh titik-titik tetangga yang identik. Titik-titik tersebut ditempati ion-ion, atom-atom atau molekul-molekul sesuai dengan penyusun kristal tersebut, pada mana setiap titiktitik dalam kisi memiliki komposisi, urutan dan orientasi yang sama. Ke 14 kisi Bravais ditunjukkan pada gambar 1.6. Dari gambar 1.6 ditunjukkan bahwa ke 14 kisi Bravais dihasilkan oleh tujuh system kristal sehingga dikenal dengan tujuh system kristal yang kristal yang terdiri dari: Sistem

Kisi Bravais

Triklinik

Premitif

Simbul

P

Sifat Satuan sel

α ≠ β ≠ γ ≠ 90o

a≠b≠c Monoklinik

Orthorohombik

Tetragonal

Kubus

Trigonal

Premitif

P

α = β = 90o ≠ γ

Pusat badan

I

a≠b≠c

Premitif

P

α = β = γ = 90

Pusat dasar

B

a≠b≠c

Pusan badan

I

Pusat muka

F

Premitif

P

α = β = γ = 90

Pusat badan

I

a = b ≠c

Premitif

P

α = β = γ = 90

Pusat badan

I

a=b=c

Pusat muka

F

Premitif

P

α=β=γ

o

o

o

≠ 90o

a=b=c

Heksagonal Heksagonal

Premitif

P

o

α = β = 90 dan γ = 120

a =b ≠ c


Page 6

o

1. Triklinik, Triklinik, tidak ada sumbu kisi kristal yang saling tegak lurus, interval perulangan kisi pada ketiga arah sumbu tidak ada yang sama satu dengan yang lainnya. Kisi kristal ini hanya terdiri dari kisi kristal triklinik sederhana (P). 2. . Monoklinik, Monoklinik, dua sumbu kristal tidak saling tegak lurus, tapi sumbu kristal ke tiga tegak lurus pada dua sumbu yang tidak saling tegak lurus, interval perulangan kisi pada masing-masing arah sumbu kristal tidak sama satu dengan yang lainnya. Kisi kristal monoklinik terdiri dari kisi kristal monoklinik sederhana sederhana (P) dan kisi kristal monoklinik pusat badan (I). 3. Orthorhombik, Orthorhombik, sumbu-sumbu kristal satu dengan yang lainnya saling tegak lurus, tapi interval perulangan kisi pada masing-masing arah sumbu kristal tidak sama. Kisi kristal orthorhombic terdiri dari, kisi kristal orthorhombic sederhana (P), kisi kristal orthorhombic pusat dasar (C), kisi kristal orthorhombic pusat 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, tapi interval perulangan pada arah sumbu ke tiga tidak sama. Kisi kristal tetragonal terdiri dari kisi kristal tetragonal sederhana (P) dan kisi kristal tetragonal pusat badan (I). o

Heksagonal, dua sumbu kristal membentuk sudut 60 , semestara sumbu 5. Heksagonal o

ketiga tegak lurus pada dua sumbu yang membentuk sudut 60 . Interval o

perulangan sepanjang kedua sumbu yang membentuk sudut 60 adalah sama, tapi interval perulangan pada sumbu ketiga tidak sama.

Gb. 1.6 Sat Satuan uan sel hek heksa sa ona onal l


Page 7

Struktur satuan heksagonal sederhana sering dikenal dengan struktur rhombik.seperti ditunjukkan gambar di bawah. Satuan sel heksagonal memiliki o

empat sumbu pada mana tiga sumbu saling membentuk sudut 120 terletak dalam satu 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 masingo

masing pasangan sumbu kristal adalah sama tapi tidak 90 , interval perulangan sepanjang ketiga arah sumbu kisi kristal adalah sama. Kubus, sumbu-sumbu kristal satu dengan yang lainnya saling tegak 7. Kubus, lurus dan interval perulangan kisi pada ketiga arah sumbu adalah sama. Kisi kristal kubus terdiri dari kisi kristal kubus sederhana (P), kisi kristal kubus pusat badan (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 jenis kubus tersebut dirangkum pada table 01 berikut.

Orthorhombik

Orthorhombik

Tetragonal

Tetragonal

Kubus P

Orthorhombik

Orthorhombik

Heksagonal

Kubus F

Trigonal P

Kubus I

Gambar 1.7 Ke 14 Kisi Bravais


Page 8

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

2.4 Nomenklatur Kristal

Untuk menjelaskan fenomena fisis dalam kristal, dapat dilakukan dengan menggambarkan arah atau bidang kristal. Untuk menentukan arah dari suatu kristal (misalnya seperti pada gambar aa), maka harus dipilih salah satu titik kisi pada garis tersebut sebagai sebuah titik awal, misalkan titik A. Vektor kisi yang menghubungkan A dengan titik-titik kisi yang lain seperti B pada garis tersebut dapat dinyatakan dengan R = n1a + n2b + n3c

Arah vektor kisi dapat ditentukan sebagai tiga buah bilangan bulat

n1n2n3 

dimana ketiga bilangan bulat tersebut adalah bilangan bulat terkecil.

Dengan demikian arah vektor kisi yang ditunjukkan pada gambar aaa adalah arah

111. D C B A

Gb. 1.8 Arah Vektor Kisi Sebuah vektor kisi tidak diartikan sebagai satu garis lurus tertentu, tetapi meliputi seluruh keseluruhan garis lurus yang sejajar yang merupakan vektor kisi yang ekuivalen karena sifat simetri translasi. Bila satuan sel memiliki beberapa simetri rotasi maka akan terdapat beberapa vektor kisi yang tidak sejajar ( arah non paralel ) yang akan ekuivalen kerena sifat simetri. Dalam kristal kubus aran


100  , 010 

dan

001

adalah

Page 9

ekuivalen. Arah yang ekuivalen dari Misalnya dalam sistem kubus simbul yaitu

100  , 010  , 001 , 100 ,

0 0 1

n1n2n3 

 00 1

. Tanda negatif di atas bilangan

menyatakan sebuah harga negatif. Begitu pula dengan diagonal ruang dari kubus. Di mana arah

n1n2n3 .

menyatakan enam arah vektor kisi

100

dan

dinyatakan dengan

100

dan

111

111

menyatakan semua

tidak ekuivalen.

Bidang bidang kristal kristal dan indek Miller Dalam kristal terdapat banyak bidang-bidang kristal, pada setiap bidang kristal terdapat sejumlah atom-atom atau molekul-molekul penyusun kristal yang menempati titik kisi. Atom-atom ini berfungsi mengatur pola-pola difraksi yang sesuai dengan struktur kristal yang bersangkutan dalam difraksi sinar x. Indeks Miller digunakan untuk mengidentifikasi suatu bidang dalam

kristal. Indeks Miller didefinisikan sebagai bilangan bulat terkecil dari kebalikan perpotongan bidang pada sumbu utama kristal. Dari gambar bb bidang kristal

z

memotong sumbu x, y dan z

r p

masing-masing pada p,q dan r atau dinyatakan q

x

p

y

dengan

[pqr]

maka

dalam indeks Miller bidang tersebut dinyatakan dengan bidang (hkl) yaitu 1 (hkl) =  



1 1

 p q r 

Gb. 1.9 Bidang Kristal

1 dengan  

 merupakan bilanganr 

1 1

 p q

bilangan bulat terkecil. Prosedur dalam menentukan indeks Miller adalah sebagai berikut: 1. Jika bidang melalui titik awal, buat bidang paralel lainnya di dalam sel satuan dengan translasi. Atau dengan membuat titik awal lain di sudut lain sel satuan. 2. Bidang yang dicari bisa berpotongan atau sejajar dengan sumbu. Panjang bidang yang berpotongan ditulis dalam satuan parameter kisi a, b dan c.


Page 10

3. Ambil kebalikan dari angka-angka perpotongan tersebut. Bidang yang sejajar dengan sumbu dianggap berpotongan di tak berhingga sehingganya kebalikannya adalah nol. 4. Bila perlu robah ketiga bilangan ini ke bilangan bulat terkecil dengan mengali atau membaginya dengan suatu faktor tertentu. 5. Tulis indeks ini tanpa koma dengan diapit tanda kurung biasa, (h k l). Catatan: Jika indeks negatif, tanda negatif ditulis dengan strip diatas indeks.

Contoh Jika bidang pada gambar bb memotong sumbu x pada 3a dan memotong sumbu y pada 2b dan memotong memotong sumbu z pada 6c maka [pqr] = [326], dengan demikian 1 1 1

indeks Miller bidang tersebur adalah (hkl) =

3 2 6

bidang tersebut dikenal memiliki indeks Miller (hkl) =

 231 sengan demikian

231 

Dalam kristal terdapat banyak sekali bidang-bidang kristal yang semuanya dapat diidentifikasi diidentifikasi dengan dengan menyatakan menyatakan indeks indeks Miller bidang bidang tersebut. tersebut.

Setiap

bidang-bidang yang satu dengan yang lainnya saling sejajar akan memiliki indek Miller yang sama. Perhatikan gambar H D

G C

E A

H D

F B

(100)

G C

E A

H D

F

G C

E A

B

(110)

F B

(111)

Gb. 2.0 Bidang-bidang kristal

Dari gambar cc menunjukkan bahwa titik-titik potong bidang ABCD pada sumbu-sumbu kristal adalah [pqr] = [1~ ~] artinya bidang ABCD memotong satusatuan sumbu x dan memotong sumbu y dan sumbu z di tak hingga, dengan demikian indeks Miller bidang ABCD adalah (hkl)

1 1 1 1



 100 , sehingga

bidang ABCD dikenal dengan bidang (100). Dengan cara yang sama dapat


Page 11

ditentukan indeks Miller bidang BCGF adalah (010) dan indeks Miller bidang DCGH adalah (001). Untuk menentukan indeks Miller bidang yang memotong sumbu di titik 0, dapat dilakukan sebagai berikut; -

Jika bidang memotong sumbu kristal di titik 0 maka untuk menentukan indeks titik potong bidang tersebut pada sumbu kristal bidang tersebut dapat dimajukan atau dimundurkan sepanjang satusatuan sumbu kristal. Sehingga titik potong bidang tersebut pada sumbu kristal menjadi 1 atau – atau – 1

-

Bidang-bidang yang sejajar pada suatu sumbu kristal memiliki titik potong pada sumbu tersebut di jauh tak hingga.

Sehingga ketentuan di atas, maka bidang EFGH dapat memiliki titik-titik potong sumbu sumbu [pqr] = [1~ ~] ~] atau [pqr] = [ 1 ~ ~] tanda minus menyatakan bahwa bidang memotong sumbu pada – 1. 1. Jadi indeks Miller bidang EFGH adalah (100) atau ( 1 00 ). Demikian selanjutnya dapat ditentukan bahwa bidang ADEH memiliki indek Miller (010) atau (0 1 0 ) dan bidang ABEF memiliki indeks Miller (001) atau (00 1 ). Bidang-bidang tersebut disebut bidang muka kristal. Bidang-bidang dengan indeks Miller yang sama merupakan bidang-bidang kristal yang sejajar. Bidang ABGH dalam kristal disebut bidang diagonal, yang memili ki indeks miller (101), demikian juga dengan bidang-bidang diagonal yang lainnya. Pada sistem kristal kubus terdapat bidang sebanyak dua belas bidang yang ekuivalen yakni memiliki indek miller; (110), (101), (011), ( 1 1 0), (1 1 0 ), (10 1 ), ( 1 01 ), (0 1 1), (01 1 ), ( 1

1 0),

( 1 0 1 ), dan (0 1

1 ).

Untuk bidang AFH merupakan bidang yang dibentuk oleh tiga diagonal muka, di mana indeks miller bidang tersebut adalah (111). Dengan menggunakan aturan penentuan indeks Miller Bidang maka pada bidang yang dibentuk oleh t iga diagonal muka dapat ditentukan sejumlah delapan bidang yang memiliki indek miller (111), (11 1 ), (1 1 1), ( 1 11), ( 1


1 1),

( 1 1 1 ), (1 1

1)

dan ( 1

1 1 ).

Page 12

2.5 Jarak Antar Bidang

Pada difraksi sinar-x pada sebuah kristal, yang harus diketahui adalah jarak interplanar antara dua bidang dengan indek Miller (hkl) yang dinyatakan dengan dhkl. Untuk menentukan jarak interplanar antara dua bidang (hkl) bergantung pada struktur kristal. Dalam hal ini pembahasan dibatasi untuk kristal yang ketiga sumbunya saling tegak lurus r

.

Bidang (hkl)

dhkl γ α

β

q

p

Gb. 2.1 jarak antar bidang sejajar

Dari gambar dd bidang yang sejajar dengan bidang (hkl) adalah suatu bidang yang melalui titik (000), jarak antara kedua bidang adalah d hkl merupakan panjang dari garis normal dari titik ti tik (000) terhadap bidang. Misalkan sudut yang dibentuk antara garis normal tersebut terhadap masing-masing masing- masing sumbu kristal adalah α,β, dan γ dan titik potong-titik potong bidang (hkl) dengan sumbu kristal adalah p,q dan r maka dapat diperoleh; d hkl hkl = p cos α = q cos β = r cos γ

dari hubungan cos2

α+

cos

2

β + cos2 γ = 1 , maka jika dipecahkan untuk cos α ,

cos β , dan cos γ maka diperoleh; d hkl 

1



1

p 2

 q  r 1

2



1

1 2

2

sedangkan p,q dan r berhubungan dengan indeks Miller h,k dan l yaitu; h = n a ; k = n b , dan l = n c , dengan n menyatakan faktor yang digunakan p

q

r

untuk mereduksi indek miller menjadi bilangan bulat terkecil yang mungkin. Dari persamaan 1.4 diperoleh;


Page 13

n

d hkl 

1

 h  2  2  k 2  l 2  b c   a 2

2

2

dengan demikian jarak antar bidang (111) untuk sistem kubus adalah d 111 111 = na/√3 dengan a adalah sisi kubus, karena khusus untuk kristal sistem kubus n = 1 dan a = b = c.

2.6 Jumlah Atom dalam Satuan Sel

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



Kubus sederhana (P) ,

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



Kubus pusat badan (I) ,

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



Kubus pusat muka (F ), ),

Struktur Kristal kubus pusat muka ditunjukkan oleh gambar 2.2c pada masing-masing titik sudut kubus ditempati oleh oleh masingmasing-masing masing oleh ⅛ bagian ba gian atom sehinggga dari kedelapan titik sudut secara komulatif disusun oleh satu buah


Page 14

atom. Atom yang menempati muka pusat kubus adalah ½ bagian atom, karena dalam kubus karena dalam kubus terdapat enam pusat muka secara komulatif yang menempati pusat muka adalah tiga buah atom. Dengan demikian dalam kristal system kubus pusat muka dalam satu satuan selnya ditrmpati oleh empat atom penyusun kristal.

a. Kubus

b. Kubus Pusat Badan

c. Kubus Pusat Muka

Gb. 2.2 Struktur Kristal sederhana

Dari ganbar 2.2 diatas maka dimensi satuan sel dari masing-masing struktur kristal kubus dapat dihubungkan dengan jejari atom-atom penyusun kristal. Untuk menentukan hubungan dimensi satuan sel dengan jejari atom diasumsikan bahwa atom penyusun kristal dianggap sebagai sebuah bola pejal. Dengan demikian jika dimensi satuan sel kubus adalah d dan jejari atom adalah r maka dapat dibuktikan bahwa untuk struktur kristal kubus sederhana (P) diperoleh d ≈2r, untuk struktur kristal kubus pusat badan d struktur kristal kubus pusat maka d

√  

   √  sedangkan untuk

Dengan anggapan bahwa atom-atom dalam kristal suatu zat padat sebagai bola 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 massa atom kristal (M), dan struktur kristal itu it u sendiri. Untuk menentukan dimensi satuan sel kristal dilakukan dilakukan dengan cara sebagai berikut; Tinjaulah sebuah suatu jenis kristal dengan struktur kristal kubus yang dimensi satuan selnya adalah α yang menyatakan sisi-sisi kubus tersebut disusun oleh atom-atom yang memiliki massa atom M. dalam satuan selnya terdapat n


Page 15

atom sesuai dengan struktur kristalnya. Kristal memiliki massa jenis ρ yang menyatakan jumlah massa kristalpersatuan volume kristal t elah diketahui bahwa;

  

Jumlah molekul atau atom penyusun penyusun kristal dapat ditentukan dengan:

   

Dimana N0 menyatakan bilangan Avogadro, dengan menyatakan bahwa V 3 persama an ………..dengan …………. Diperoleh hubungan: = a , maka dari persamaan

     (  ) Catatan: untuk Kristal kubus sederhana n = 1, Kristal kubus pusatt badan n = 2 dan Kristal kubus pusat muka n = 4 (Yasa, 2004).

2.7

Beberapa Struktur Kristal

a. Kristal logam Kisi kristal logam terdiri atas atom logam yang terikat dengan ikatan logam. Elektron valensi dalam atom logam mudah dikeluarkan (karena energi ionisasinya yang kecil) menghasilkan kation. Bila dua atom logam saling mendekat, orbital atom terluarnya akan tumpang tindih membentuk orbital molekul. Bila atom ketiga mendekati kedua atom tersebut, interaksi antar orbitalnya terjadi dan orbital molekul baru terbentuk. Sifat-sifat logam yang bemanfaat seperti kedapat-tempa-annya, hantaran listrik 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) dan elektron bebas di sekitarnya (Gambar 2.3).

Gambar 2.3 Deformasi sruktur logam.


Page 16

Logam akan terdeformasi bila gaya yang kuat diberikan, tetapi logam tidak akan putus. Sifat ini karena interaksi yang kuat antara ion logam dan elektron 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 yang paling stabil adalah susunan dengan jumlah kontak antara partikel bermuatan berlawanan terbesar, atau dengan kata lain, bilangan koordinasinya terbesar. Namun, ukuran kation berbeda dengan ukuran anion, dan akibatnya, ada kecenderungan anion yang lebih besar akan tersusun terjejal, dan kation yang lebih kecil akan berada di celah antar anion (Anonim, 2009). Dalam kasus natrium khlorida, anion khlorida (jari-jari 0,181 nm) akan membentuk susunan kisi berpusat muka dengan jarak antar atom yang agak panjang sehingga kation natrium yang lebih kecil (0,098 nm) dapat dengan mudah diakomodasi dalam ruangannya (Gambar 8.9(a)). Setiap ion natrium dikelilingi oleh enam ion khlorida (bilangan koordinasi = 6). Demikian juga, setiap ion khlorida dikelilingi oleh enam ion natrium (bilangan koordinasi = 6) (Takeuchi , 2008).

Gambar 2.4 Struktur kristal natrium khlorida Dalam cesium khlorida, ion cesium yang lebih besar (0,168nm) dari ion natrium dikelilingi oleh 8 ion khlorida membentuk koordinasi 8:8. Ion cesium maupun khlorida seolah secara independen membentuk kisi kubus sederhana, dan satu ion cesium terletak di pusat kubus yang dibentuk oleh 8 ion khlorida.


Page 17

Gambar 2.5 Struktur kristal cesium khlorida. Setiap ion dikelilingi oleh delapan ion dengan muatan yang berlawanan. Struktur ini juga bukan struktur terjejal (Anonim, 2009). c. Kristal Molekular Kristal dengan molekul terikat oleh gaya antarmolekul semacam gaya van der Waals disebut dengan kristal molekul. Kristal yang didiskusikan selama ini tersusun atas suatu jenis ikatan kimia antara atom atau ion. Namun, kristal dapat terbentuk, tanpa bantuan ikatan, tetapi dengan interaksi lemah antar molekulnya. Bahkan gas mulia mengkristal pada temperatur sangat rendah. Argon mengkristal dengan gaya van der Waaks, dan titik lelehnya -189,2°C. Padatan argon berstruktur kubus terjejal. Molekul diatomik semacam iodin tidak dapat dianggap berbentuk bola. Walaupun tersusun teratur di kristal, arah molekulnya bergantian. Namun, karena strukturnya yang sederhana, permukaan kristalnya teratur. Ini alasannya mengapa kristal iodin memiliki kilap.

Gambar 2.6 Struktur kristal kristal iodin.


Page 18

Pola penyusunan kristal senyawa organik dengan struktur yang lebih r umit telah diselidiki dengan analisis kristalografi sinar-X. Bentuk setiap molekulnya dalam banyak kasus mirip atau secara esensi identik dengan bentuknya dalam fasa gas atau dalam larutan.

d. Kristal kovalen Banyak kristal memiliki struktur mirip molekul-raksasa atau mirip polimer. Dalam kristal seperti ini semua atom penyusunnya (tidak harus satu jenis) secara berulang saling terikat dengan ikatan kovelen sedemikian sehingga gugusan yang dihasilkan nampak dengan mata telanjang. Intan adalah contoh khas jenis kristal seperti ini, dan kekerasannya kekerasannya berasal dari jaringan kuat yang 3

terbentuk oleh ikatan kovalen orbital atom karbon hibrida sp . Intan stabil sampai 3500°C, dan pada temperatur ini atau di atasnya intan akan menyublim. Kristal semacam silikon karbida (SiC) n atau boron nitrida (BN)n memiliki struktur yang mirip dengan intan. Contoh yang sangat terkenal juga adalah silikon dioksida (kuarsa; SiO 2). Silikon adalah tetravalen, seperti karbon, dan mengikat empat atom oksigen membentuk tetrahedron. Setiap atom oksigen terikat pada atom silikon lain. Titik leleh kuarsa adalah 1700 °C.

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


Page 19

Gambar 2.8 Posisi atom-atom basis Masing-masing atom basis dikelilingi oleh empat atom terdekat yang membentuk sebuah tetrahedral yang pusatnya adalah atom basis tersebut. Konfigurasi ini biasanya ditemukan dalam semikonduktor seperti struktur kristal Ge dan Si (Yasa, 2004). e. Kristal cair Kristal memiliki titik leleh yang tetap, dengan kata laun, kristal akan mempertahankan mempertahankan temperatur dari awal hingga akhir proses pelelehan. Sebaliknya, titik leleh zat amorf berada di nilai temperatur yang lebar, dan temperatur selama proses pelelehan akan bervariasi. Material seperti ini disebut dengan kristal cair. Molekul yang dapat menjadi kristal 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).

Gambar 2.9 Beberapa contoh kristal cair


Page 20

STRUKTUR KRISTAL

Recommend Documents