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 terhingga,

untuk mudahnya kisi kristal ini dalam sel satuan. Sel satuan 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 2.1: Pola kristal yang memiliki sel satuan berbentuk 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, 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 1024 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. Kisi Kubik (Cubic Lattices)

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. Logam kubik pemusatan ruang

Besi merupakan stuktur kubik. Pada suhu ruang sel satuan besi

mempunyai atom pada tiap titik sudut kubus dan satu atom pada pusat kubus

(Gambar 2.2). Tiap atom besi dalam struktur kubik 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 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 atom/Volume sel satuan .................. (2.2)

Pada sel satuan logam kpr terdapat dua buah atom sehingga:

FT= 2.(4.л.R3/3)/ a3 = 2.(4.л.R3/3)/ (4R/√3)3

= 0,68

1.2.2. Logam kubik pemusatan 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

Logam dengan struktur kps mempunyai 4 kali lebih banyak atom.

Kedelapan atom pada titik sudut menghasilkan satu atom dan ke-enam bidang sisi

lain menghasilkan 3 atom per sel satuan. Dalam logam, hubungan antara

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 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 volume sel satuan berdasarkan berdasarkan berat jenisnya!.

b. Dari hitungan pada a,tentukan jari-jari nikel.

2.4.3. Tembaga mempunyai struktur kps dan jari-jari atomya 0,1278 nm. Hitunglah

Bjnya!

II - 5