CACAT KRISTAL

BAB IPENDAHULUAN1.1 LATAR BELAKANG

Sebagaimana kita telah ketahui bahwa semua zat terdiri atas atom-atom dan atom itu sendiri dari inti atom yang berupa sejumlah proton dan neutron yang dikelilingi oleh sejumlah elektron. Elektron ini menempati cell tertentu. Suatu atom dapat mempunyai satu atau bahkan lebih cell. Setiap cell dapat ditempati oleh elektron sebanyak 2 kali dari nomor cell (dihitung mulai dari yang terdalam sebagai cell nomor 1) yang dikuadratkan. Jumlah elektron pada cell terluar banyak menentukan sifat dari unsur-unsur tersebut. Atom yang memiliki sejumlah elektron yang sama pada cell terluar yaitu unsur pada group yang sama akan memilki sifat yang hampir sama. Semua gas mulia mempunyai 8 elektron pada cell terluar, kecuali Helium yang hanya memiliki satu cell dan jumlah elektron pada cell itu adalah 2. Semuanya adalah unsur yang sangat stabil dan tidak bereaksi dengan unsur lain. Atom-atom dapat membuat ikatan dengan atom yang sejenis atau atom lain membentuk molekul dari suatu zat atau senyawa. Molekul ialah sekelompok atom yang terikat oleh gaya tarik menarik antar atom itu sendiri dengan cukup kuat, sedang untuk atom-atom yang sejenis mempunyai ikatan yang lemah. Namun ikatan antar molekul itu lemah. Kristal ialah susunan pola ulang atom-atom (yang mengatur secara teratur) dalam 3 arah koordinat (dimensi).Dalam beberapa hal atom-atom juga dapat menjalin ikatan dengan atom sejenis atau atom lainnya tanpa membentuk molekul seperti halnya pada logam.Ikatan AtomAda tiga jenis ikatan atom yang utama, yaitu :Ikatan ionicSebenarnya ikatan atom yang paling stabil itu seperti pada konfigurasi elektron pada gas mulia, yaitu terdapat delapan electron pada cell terluar (dua electron bila atom hanya memiliki satu cell). Bila suatu atom hanya memiliki satu electron pada cell terluar maka ia cenderung untuk melepas electron tersebut dan cell yang lebih kedalam yang biasanya sudah terisi penuh akan menjadi cell terluar, hal inilah yang menyebabkan lebih stabil. Tetapi hal ini pula mengakibatkan atom kelebihan proton (muatan positip) sehingga atom itu akan bermuatan positip (atom itu berubah menjadi ion positip). Sebaliknya bila suatu atom lain yang memiliki tujuh electron pada cell terluarnya, ia cenderung akan menerima satu electron lagi dari luar. Dan bila hal ini terjadi maka atom tersebut akan menjadi bermuatan negatip (karena akan menjadi ion negatip). Dan bila kedua ion ini berdekatan akan terjadi tarik menarik karena kedua ion ini memiliki muatan listrik yang berlawanan. Kedua ion ini akan terikat satu sama lainnya dengan gaya tarik menarik itu. Ikatan ini dinamakan ikatan ionic (ionic bonding), misalnya pada NaCl.

Ikatan kovalenBeberapa atom dapat memperoleh konfigurasi electron yang stabil dengan saling meminjamkan elektronnya. Dengan saling meminjamkan electron ini atom-atom akan memperoleh susunan electron yang stabil tanpa menyebabkannya menjadi bermuatan. Elektron ini masih mempunyai ikatan dengan atom asalnya, tetapi juga sudah terikat dengan atom yang meminjamnya, misalnya Ikatan kovalen dari chloride

Ikatan LogamPada ikatan logam sebenarnya juga masih terdapat kegiatan saling meminjamkan electron, hanya saja jumlah atom yang bersama-sama saling meminjamkan elektron valensinya (elektron yang berada pada cell terluar) ini tidak hanya antara dua atau beberapa atom tetapi dalam jumlah yang tidak terbatas. Setiap atom menyerahkan electron valensinya untuk digunakan bersama. Dengan demikian akan ada ikatan tarik menarik antra atom-atom yang saling berdekatan. Jarak antar atom ini akan tetap sama, maksudnya seumpama ada atom yang bergerak menjauh maka gaya tarik menarik akan menariknya kembali ke posisi semula dan bila bergerak terlalu mendekat maka akan timbul gaya tolak menolak karena inti-inti atom berjarak terlalu dekat padahal muatan listriknya sama sehingga kedudukan atom relatip terhadap atom lain akan tetap.Ikatan yang semacam ini biasanya terdapat pada logam sehingga dikenal dengan ikatan logam. Pada ikatan logam, inti-inti atom berjarak tertentu dan terlelat beraturan sedangkan elektron yang saling dipinjamkan seolah-olah membentuk kabut elektron yang mengisi sela-sela antar ini.

Mengingat atom-atom pada logam mempunyai posisi tertentu relatip terhadap atom lainnya maka dapat dikatakan bahwa atom logam tersusum.1.2 Tujuan 1.3 ManfaatBAB IIISIKristal terbentuk dari komposisi atom-atom, ion-ion atau molekulmolekul zat padat yang memiliki susunan berulang dan jarak yang teratur dalam tiga dimensi. Pada hubungan lokal yang teratur, suatu kristal harus memiliki rentang yang panjang pada koordinasi atom-atom atau ion dalam pola tiga dimensi sehingga menghasilkan rentang yang panjang sebagai karakteristik dari bentuk kristal tersebut. Ditinjau dari struktur atom penyusunnya, bahan padat dibedakan menjadi tiga yaitu kristal tunggal (monocrystal), polikristal (polycrystal), dan amorf (Smallman, 2000: 13). Pada kristal tunggal, atom atau penyusunnya mempunyai struktur tetap karena atom-atom atau molekul-molekul penyusunnya tersusun secara teratur dalam pola tigadimensi dan pola-pola ini berulang secara periodik dalam rentang yang panjang tak berhingga. Polikristal dapat didefinisikan sebagai kumpulan dari kristal-kristal tunggal yang memiliki ukuran sangat kecil dan saling menumpuk yang membentuk benda padat. Struktur amorf menyerupai pola hampir sama dengan kristal, akan tetapi pola susunan atom-atom, ion-ion atau molekul-molekul yang dimiliki tidak teratur dengan jangka yang pendek. Amorf terbentuk karena proses pendinginan yang terlalu cepat sehingga atom-atom tidak dapat dengan tepat menempati lokasi kisinya. Bahan seperti gelas, nonkristalin ataupun vitrus yaitu memiliki struktur yang identik dengan amorf. Susunan dua-dimensional simetris dari dua jenis atom yang berbeda antara kristal dan amorfditunjukan pada Gambar 1.

Struktur Kristal Susunan khas atom-atom dalam kristal disebut struktur kristal. Struktur kristal dibangun oleh sel satuan (unit cell) yang merupakan sekumpulan atom yang tersusun secara khusus, secaraperiodik berulang dalam tiga dimensi dalam suatu kisi kristal (crystal lattice). Geometri kristal dalam ruang dimensi tiga yang merupakan karakteristik kristal memiliki pola yang berbeda-beda. Suatu kristal yang terdiri dari jutaan atom dapat dinyatakan dengan ukuran, bentuk, dan susunan sel satuan yang berulang dengan pola pengulangan yang menjadi ciri khas dari suatu kristal.

Sumbu-sumbu a, b, dan c adalah sumbu-sumbu yang dikaitkan dengan parameter kisi kristal. Untuk , , dan merupakan sudut antara sumbu-sumbu referensi kristal. Menurut anggapan Bravais (1848), berdasarkan kisi bidang dan kisi ruang kristal mempunyai 14 kisi dan berdasarkan perbandingan sumbu-sumbu kristal dan hubungan sudut satu dengan sudut yang lain, kristal dikelompokkan menjadi 7 sistem kristal seperti yang dapat dilihat pada Tabel 1.

Cacat KristalCacat pada material selalu ada, secara khusus cacat pada kristal. Padatanselalu mengandung diskontinuitas struktural dan daerah tertentu yang tidak teratur. Heterogenitas ini terdapat pada skala mikroskopik dan makroskopik, dengan cacat atau ketidaksempurnaan,mulai dari atom yang hilang atau salah tempat, hingga cacat yang kasat mata. Kebanyakan material yang digunakan untuk komponen rekayasa dan struktur terbuat dari sejumlah besar butir atau kristal. Oleh karena itu wajar apabila permukaan batas butir dari agregat polikristalin seperti itu dianggap sebagai ketidaksempurnaan. Cacat lain yang relatif besar seperti pori penyusutan, gelembung gas, inklusi material asing, dan retak ditemukan tersebar didalam butir suatu material logam atau keramik.Cacat ini biasanya dipegaruhi oleh pemrosesan material dan bukan merupakan sifat dasar material..Kecacatan ini biasanya diakibatkan adanya :1. Efek vibrasi yang ada pada atom, sehingga atom mudah berpindah2. Inklusi atau adanya atom asing3. Gaya-gaya dari luar yang memungkinkan atom-atom berpindah tempat, contoh: beban termal, dan beban mekanikakibat adanya ketidaksempurnaan susunan atom , maka kekuatan menjadi turun. Adapun jenis-jenis ketidaksempurnaan atau jenis-jenis cacat adalah

a. Cacat Titik(Point Defect)Cacat titikatau point defect terdiri dari kekosongan, penggantian atom (substitusi), dan penyisipan atom (interstisi). Substitusi atau interstisi ditentukan oleh ukuran atau diameter atom asingnya. Intertisi jika atom yang nyisip lebih kecil dengan perbedaan diameter atom lebih besar dari 15%. Sedangkan substitusi jika diameter atom hampir sama atau perbedaan diameter atom lebih kecil.a.1. KekosonganCacat titik yang paling sederhana adalah kekosongan (vacancy) disini ada atom yang hilang dalam kristal. Cacat titik ini merupakan hasil dari penumpukan yang salah sewaktu kristalisasi atau juga dapat terjadi pada suhu yang tinggioleh karena energi thermal meningkat.Bila energi thermal tinggi, ada kemungkinan bagi atom-atom untuk melompat meninggalkan tempatnya (dimana energi terendah akan ikut naik pula). Maka akan terdapat kekosongan tunggal saat kristalisasi.Dan bila terdapat kekosongan ada 2 (dua) maka dapat disebut sebagai kekosongan ganda.Cacat titik kekosongan, yaitu cacat yang diakibatkan satu atom hilang dan tempatnya kosong tidak terisi. Kekosongan memudahkan atom untruk berpindah tempat. Proses pemindahan atom dari suatu tempat ke tempat lain disebut DIFUSIa.2. Penggantian (Substitusi)Cacat titik Substitusi, yakni cacat yang diakibatkan satu atom diganti oleh atom lain yang diameternya hampir sama atau lebih besar.a.3. Penyisipan (Interstisi)Cacat titik interstisi, yakni cacat yang diakibatkan satu atom asing yang lebih kecil, nyisip di rongga.a.4. Impurity (ketidakmurnian),Yaitu adanya atom asing yang menggantikan tempat yang seharusnya diisi oleh atom. Impuritas adalah atom asing yang hadir pada material. Logam murni yang hanya terdiri dari satu jenis atom adalah tidak mungkin. Impuritas bisa menyebabkan cacat titik pada kristal. Ada paduan dimana atom impuritas sengaja ditambahkan untuk mendapatkan karakteristik tertentu pada material seperti untuk meningkatkan kekuatan mekanik atau ketahanan korosi.a.5. Cacat Schottky dan FrenkelCacat ini banyak dijumpai pada kristal ionik. Cacat Schottky adalah berupa kekosongan pada suatu titik kisi bersama-sama dengan cacat sisipan di permukaan. Sedangkan bila kekosongan berpasangan dengan sisipan di dalam kristal membentuk cacat Frenkel.

b. Cacat Garis (Line Defect)Cacat garis disebut juga dislokasi atau dislocation. Dislokasi terbagi dua, yakni dislokasi garis (edge dislocation), dan dislokasi ulir (screw dislocation).b.1 Dislokasi GarisDislokasi sisi terjadi jika garis dislokasinya tegak lurus dengan vector BURGER yaitu arah pergerakan slip.Vektor burger menentukan pergeseran atomik ketika dislokasi bergerak melalui bidang slip. Nilainya ditentukan oleh struktur kristal karena sewaktu terjadi slip perlu dipertahankan struktur kisi identik baik sebelum maupun sesudah dislokasi terjadi. Gerak dislokasi garis atau sisi dibatasi pada stu bidang saja.b.2. Dislokasi UlirDislokasi Ulir terjadi jika : Garis dislokasinya sejajar dengan vector BURGER. Jika dislokasinya diteruskan sampai permukaan,maka akan terjadi DEFORMASI. Dibawah pengaruh tegangan (dimana tegangan > y material tersebut), maka dislokasi dapat bergerak (hanya yang terletak pada bidang geser). Dislokasi akan bergerak terus jika tegangan lebih besar dari y, sehingga kedua dislokasi akan bertemu, maka vector bergeser tidak terletak pada bidang geser akan menyebabkan terkuncinya dislokasi (CESSILE DISLOCATION). Mudah tidaknya dislokasi digerakkan erat kaitannya dengan kekuatan logam atau ketahanan terhadap DEFORMASI PLASTIS Gerakan yang mencapai permukaan logam menandakan logam tersebut telah mengalami deformasi. Agar logam kuat maka dislokasinya dibuat tidak/sukar bergerak, jika kedua dislokasi bertemu maka dislokasinya akan sempurna (dislokasi makin banyak). Pola tersebut terjadi saat pengerjaan logam mengalami pendinginan. Maka tinggi dislokasi, logam makin keras, disebut STRAIN HARDENING (jka beban >y). Yang menghambat suatu dislokasi biasanya dislokasi lain atau bisa juga penyebab yang lain (misalnya :pelarut) . Perbedaan penting antara gerak dislokasi ulir dan gerak dislokasi garis terjdi karena dislokasi ulir memiliki simetri silindris terhadap sumbunya dan vektor burger sejajar dengan sumbu ini.

c. Cacat BidangCacat bidang adalah cacat pada atom, dimana satu bidang atom mengalami cacat. Cacat bidang terbagi jadi dua, yakni: batas butir (Grain boundary), dan garis kembar (Twin).

c.1. Batas Butir ( Grain Boundary)Batas butir merupakan garis batas yang terjadi dari pertemuaan orientasi butir yang berbeda. Awalnya ketika terjadi pembekuan, pembekuan dimulai dari dari satu titik pengintian dengan orientasi butir yang berbeda dari tiap titik pengintian padat, sebagaimana terlihat pada gambar a. Tiap butir berkembang terus mengikuti orientasi butir masing-masing, sejalan dengan berkurangnya temperatur, sebagaimana terlihat pada gambar b. Tiap butir berkembang terus mengikuti orientasinya sampai bertemu atau berpotongan dengan orientasi butir lain, sebagaimana terlihat pada gambar c. Garis tertemuan atau perpotongan tiap butir disebut batas butir, sebagaimana terlihat pada gambar d. Berikut gambar batas butir yang diamati dengan mikroskop.

c.2.Garis Kembar Garis kembar (Twin) adalah dua garis sejajar yang terjadi akibat slip, dan initerjadi pada material yang memiliki banyak bidang slip atau bidang geser, yaknimaterial yang memiliki sel satuan FCC. Garis kembar terjadi karena butir-butir saling berdesakanButir halus logam kuat atas butir banyak akibatnya cacat bidang banyak, karena terjadi banyak dislokasi.d. Cacat VolumeCacat ruang adalah cacat apabila satu ruangan atom hilang. Cacat ini bisa dikenali juga sebagai porositas. Pada logam besi cor, porositas ini bisa terjadi akibat udara yang terjebak saat pengecoran. Cacat yang menempati volume dalam kristal berbentuk void, gelembung gas, dan rongga. Cacat ini dapat terjadi akibat perlakuan panas, iradiasi , atau deformasi dan sebagian besar energinya berasal dari energi permukaan (1-3 J/m2). Pada void, pembentukan void dipicu oleh laju kuens rendah dan temperatur penuaan tinggi, dan kerapatan void bertambah apabila terdapat gas dalam lartan padat ( misal hidrogen dalam tembaga dan hidrogen atau oksigen dalam perak). Pada alumunium dan magnesium pembentukan void dipicu oleh kuens dari lingkungan lembab, yang mungkin disebabkan oleh reaksi oksida yang menghasilkan hidrogen. Void bukanlah gelembung gas konvensional, kerana hanya diperlukan beberapa atom gas untuk nukleasi void dan setelah itu void tumbuh dengan adsorpsi kekosongan. Akibat dari adanya cacat pada suatu material, diantaranya yaitu : Impuritas bisa menyebabkan cacat titik pada kristal. Ada paduan dimana atom impuritas sengaja ditambahkan untuk mendapatkan karakteristik tertentu pada material seperti untuk meningkatkan kekuatan mekanik atau ketahanan korosi. akibat adanya ketidaksempurnaan susunan atom, maka kekuatan menjadi turun dan lain sebagainya.

BAB IIIPENUTUP