cover makalah 1

of 43/43
PENERAPAN DIFRAKSI SINAR-X (X-Ray diffractions) DALAM MENETUKAN STRUKTUR KRISTAL MOLEKULAR, IONIK, LOGAM DAN KOVALEN Oleh: PINO RINANDO 4131210010 JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

Post on 26-Dec-2015

71 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

PENERAPAN DIFRAKSI SINAR-X (X-Ray diffractions) DALAM MENETUKAN STRUKTUR KRISTAL MOLEKULAR, IONIK, LOGAM DAN KOVALEN

Oleh:PINO RINANDO4131210010

JURUSAN KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMMEDAN2014KATA PENGANTARPuji dan syukur kami ucapkan kehadirat Tuhan yang maha esa yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga makalah ini yang berjudul Penerapan Difraksi Sinar-X (X-ray diffractions) Dalam Menentukan Struktur Kristal Molekular, Ionik, Logam dan Kovalen dapat kami selesaikan.Makalah ini dibuat untuk memenuhi salah satu persyaratan dari tugas mata kuliah Fisika Umum II pada semester II tahun pembelajaran 2014.Dalam penyusunan makalah ini banyak pihak yang telah membantu kami baik secara langsung maupun tidak langsung yang tidak dapat kami sebutkan satu-persatu. Oleh karena itu kami mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu kami tersebut baik yang secara langsung maupun tidak langsung.Kami berharap semoga makalah ini dapat bermanfaat untuk kita semua. Kami pun menyadari dalam pembuatan makalah ini masih banyak kekurangan dan kesalahan, seperti kata pepatah tak ada gading yang tak retak karena kami adalah mahasiswa yang harus lebih tekun dan giat lagi dalam belajar. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk penyusunan makalah di masa depan yang lebih baik lagi. Medan , 31 Maret 2014 Penulis

Pino RinandoNim : 4131210010

DAFTAR ISIKata pengantariDaftar isiiiDaftar gambarivBab I. Pendahuluan11.1 Latar belakang11.2 Identifikasi masalah.21.3 Tujuan penulisan21.4 Mamfaat penulisan2Bab II. Tinjauan teoritis32.1 Sejarah penemuan sinar-X32.2 Defenisi sinar-X42.3 Pengertian Difraksi Sinar-X8Bab III. Metode Penulisan103.1 Objek penulisan103.2 Dasar pemilihan objek103.3 Metode pengumpulan data103.4 Metode Analisis10Bab IV. Pembahasan114.1 Penghamburan (difraksi) sinar X oleh kristal114.2 Struktur kristal124.3 Struktur kristal Molekular144.4 Struktur kristal ionik164.5 Struktur kristal logam194.5 Struktur kristal kovalen20Bab V Kesimpulan dan Saran215.1 Kesimpulan215.2 Saran22Daftar Pustaka23

DAFTAR GAMBARGambar 1. Tabung sinar-X5Gambar 2. Pola difraksi sinar-X6Gambar 3. Sinar-X yang dihamburkan membentuk pola interferensi7Gambar 4. Model susunan ion-ion dalam sebuah kristal NaCl8Gambar 5. Interverensi konstruktif dari sinar-X12Gambar 6. Struktur kpb13Gambar 7. Sruktur kpm14Gambar 8. struktur muolekul triazida sianurat15Gambar 9. Struktur natrium kolorida17Gambar 10. Struktur sesium klorida18Gambar 11. Dua kisi ionik dalam sistem kpm19Gambar 12. Struktur kristal unsur logam pada suhu 250c20Gambar 13. Struktur intan21

BAB I. PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANGMetode difraksi sinar-X adalah salah satu cara untuk mempelajari keteraturan atom atau molekul dalam suatu struktur tertentu. Jika struktur atom atau molekul tertata secara teratur membentuk kisi, maka radiasi elektromagnetik pada kondisi eksperimen tertentu akan mengalami penguatan. Pengetahuan tentang kondisi eksperimen itu dapat memberikan informasi yang sangat berharga tentang penataan atom atau molekul dalam suatu struktur. (A.A Sartono : 2006).Difraksi sinar-X dapat memberikan informasi tentang struktur polimer, termasuk tentang keadaan amorf dan kristalin polimer. Polimer dapat mengandung daerah kristalin yang secara acak bercampur dengan daerah amorf. Difraktogram sinar-X polimer kristalin menghasilkan puncak-puncak yang tajam, sedangkan polimer amorf cenderung menghasilkan puncak yang melebar. Pola hamburan sinar-X juga dapat memberikan informasi tentang konfigurasi rantai dalam kristalit, perkiraan ukuran kristalit, dan perbandingan daerah kristalin dengan daerah amorf (derajat kristalinitas) dalam sampel polimer. (Zakaria, 2003)Pada akhir tahun 1895, Roentgen (Wilhelm Conrad Roentgen) Jerman, 1845-1923), seorang profesor fisika dan rektor Universitas Wuerzburg di Jerman dengan sungguh-sungguh melakukan penelitian tabung sinar katoda. Ia membungkus tabung dengan suatu kertas hitam agar tidak terjadi kebocoran fotoluminesensi dari dalam tabung ke luar. (A Beiser ; 1987)Lalu ia membuat ruang penelitian menjadi gelap. Pada saat membangkitkan sinar katoda, ia mengamati sesuatu yang di luar dugaan. Pelat fotoluminesensi yang ada di atas meja mulai berpendar di dalam kegelapan. Walaupun dijauhkan dari tabung, pelat tersebut tetap berpendar. Dijauhkan sampai lebih 1 m dari tabung, pelat masih tetap berpendar. Roentgen berpikir pasti ada jenis radiasi baru yang belum diketahui terjadi di dalam tabung sinar katoda dan membuat pelat fotoluminesensi berpendar. Radiasi ini disebut sinar-X yang maksudnya adalah radiasi yang belum diketahui.Laporan pertama Roentgen mengenai sinar-X dimuat pada halaman 132-141 laporan Asosiasi Fisika Medik Wuerzburg tahun 1895. Di awal tahun 1896 reprint laporan Roentgen dikirimkan kepada ilmuwan-ilmuwan terkenal. Karena tidak dibelokkan oleh medan magnet, maka orang tahu bahwa sinar-X berbeda dengan sinar katoda. Pada saat itu belum ditemukan fenomena interferensi dan difraksi. Karena itu muncullah persaingan antara teori partikel dengan teori gelombang untuk menjelaskan esensi/substansi sinar-X. Teori partikel dikemukakan antara lain oleh W.H. Bragg, teori gelombang dikemukakan antara lain oleh Stokes dan C.G. Barkla. (K Krane; 1992)

1.2 IDENTIFIKASI DAN RUMUSAN MASALAHBagaimana penerapan difraksi sinar-X dalam menentukan struktur kristal molekuler, ionik, logam dan kovalen?

1.3 TUJUAN PENULISANa. Mengetahui sejarah, defenisi, dan penerapan difraksi sinar-X.b. Mengetahui penerapan difraksi sinar-X dalam menentukan struktur kristal molekuler, ionik, kovalen, dan logam.

1.4 MAMFAAT PENULISANa. Menjadikan difraksi sinar-X sebagai media yang tepat untuk menentukan struktur molekul ,ionik, logam dan kovalen.b. Penulisan ini bermamfaat sebagi media penyalur informasi tentang pentingnya penerapan difraksi sinar-X dalam bidang kimia.

BAB II. TINJAUAN TEORITIS2.1 SEJARAH PENEMUAN SINAR-XSejarah mengenai difraksi sinar-X di mulai semenjak tahun 1912 adalah awal dari studi intensif mengenai difraksi sinar-X. Dimulai dari pertanyaan M. van Laue kepada salah seorang kandidat doktor P.P. Ewald yang dibimbing A. Sommerfeld, W. Friedrich (asisten riset Sommerfeld) menawari dilakukannya eksperimen mengenai 'difraksi sinar-x'. Pada saat itu eksperimen mengenai hamburan sinar-x sudah dilakukan oleh Barkla. Laue mengawali pekerjaannya dengan menuliskan hasil pemikiran teoretiknya dengan mengacu pada hasil eksperimen Barkla. Laue berargumentasi, ketika sinar-x melewati sebuah kristal, atom-atom pada kristal bertindak sebagai sumber-sumber gelombang sekunder, layaknya garis-garis pada geritan optik (optical grating). Efek-efek difraksi bisa jadi menjadi lebih rumit karena atom-atom tersebut membentuk pola tiga dimensi. Eksperimen difraksi sinar-x yang pertama dilakukan oleh Herren Friedrich dan Knipping menggunakan kristal tembaga sulfat dan berhasil memberikan hasil pola difraksi pertama yang kemudian menjadi induk perkembangan difraksi sinar-x selanjutnya. Difraksi sinar-x merupakan proses hamburan sinar-x oleh bahan kristal. Pembahasan mengenai difraksi sinar-x mencakup pengetahuan yang berhubungan dengan hal-hal berikut ini:1. pembentukan sinar-x2. hamburan (scattering) gelombang elektromagnetik3. sifat kekristalan bahan (kristalografi)Penemuan sinar-x memiliki sejarah yang, tentu saja, lebih panjang. Tahun 1895, W.C. Rntgen menghasilkan penemuan yang sangat vital dalam perkembangan sains modern. Rntgen menemukan sejenis radiasi yang keluar dari sebuah tabung muatan (discharge tube), yang karena misteriusnya diberi nama sinar-x. Menariknya, sinar-x ditemukan sebelum ditemukannya elektron oleh J.J. Thomson. Skema tabung sinar-x pertama diperlihatkan pada Gambar 1.1. Sedangkan Gambar 1.2 menunjukkan foto tabung sinar-x sebenarnya. Sinar-x pada tabung muatan ini terbentuk dengan cara pemberian beda tegangan pada elektrodaelektroda tabung yang menghasilkan 'sinar elektron' yang ditumbukkan ke bahan tertentu (pada masa itu dinamakan anticathode, anti-katoda). Anti-katoda menjadi sumber sinar-x, yang pada saat itu belum diketahui mekanisme sebab pembentukannya. Sejalan perkembangan ilmu pengetahuan diketahui bahwa sinar-x adalah radiasi elektromagnetik transversal, seperti cahaya tampak, tetapi dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek. Jangkau panjang gelombangnya tidak terdefinisi dengan jelas tetapi diperkirakan mulai dari panjang gelombang cahaya ungu hingga sinar gamma yang dipancarkan oleh bahan-bahan radioaktif. Dalam kristalografi, panjang gelombang yang digunakan berkisar antara 0.5 hingga 2.5. (Guinier 1963). Penting untuk diketahui bahwa gelombang elektromagnetik memiliki interpretasi ganda: sebagai gelombang dan sebagai partikel. Pembahasan difraksi sinar-x banyak menggunakan sinar-x yang membawa sifat gelombang.

2.2 DEFENISI SINAR-XPada tahun 1895, W.C. Rontgen (1845-1923) menemukan bahwa ketika elektron dipercepat dengan tegangan tinggi pada tabung hampa udara dan dibiarkan menumbuk permukaan kaca (atau logam ) didalam tabung, mineral flouresen dengan jarak tertentu darinya akan bersinar, dan film fotografi akan terkena cahaya. Roentgen menghubungkan efek ini ke suatu jenis radiasi baru (berbeda dari sinar katoda). Efek ini diberi nama sinar-X dari simbol aljabar x, yang berarti besaran yang tidak diketahui. Ia segera menemukan bahwa sinar-X menembus beberapa materi dengan lebih baik dari yang lainnya, dan dalam beberapa minggu ia mempresentasikan foto sinar-X yang pertama (foto tangan istrinya). Produksi sinar-X sekarang biasanya dilakukan dalam tabung yang mirip dengan tabung Roentgen, dengan menggunakan tegangan yang biasanya berkisar antara 30 kV sampai 150 kV.( Giancoli ; 2001)

Gambar 1. Tabung sinar-X elektron-elektron yang dipancarkan oleh filamen yang dipanaskan pada tabung hampa yang dipercepat oleh tegangan tinggi. Ketika mengenai permukaan anoda,target, sinar-X akan dipancarkan.Penelitian mengenai sifat sinar-X menunjukkan bahwa sinar ini bukan merupakan partikel bermuatan (seperti elektron) karena tidak dapat dibelokkan oleh medan listrik atau magnet. Di perkirakan bahwa sinar ini merupakan satu bentuk cahaya tak tampak. Bagaimana pun, sinar ini tidak menunjukkan efek difraksi atau interfernsi dengan menggunakan kisi biasa. Tentu saja, jika panjang gelombangnya jauh lebih kecil dari jarak kisi biasa sekitar 10-6 m(=103 nm), tidak ada efek yang diharapkan terjadi. Sekitar tahun 1912, Max von Laue (1879-1960) memperkirakan bahwa jika atom pada kristal tersusun dalam array yang biasa, kristal seperti ini bisa berfungsi sebagai Kisi difraksi untuk panjang gelombang yang sangat pendek dalam orde jarak antar atom,diperkirakan sekitar 10-10 m (=10-1 nm). Eksperimen segera menunjukkan bahwa sinar-X yang dihamburkan dari kristal memang menunjukkan puncak dan lembah dari suatu pola difraksi(gambar 2). Dengan demikian yang ditunjukkan, atom tersusun dengan cara biasa pada kristal. Saat ini, sinar-X dikenal sebagai radiasi elegromagnetik dengan panjang gelombang dengan kisaran sekitar 10-2 nm sampai 10 nm, kisaran yang bisa langsung dihasilkan dalm tabung sinar-X.Cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek memberikan resolusi yang lebih besar ketika kita meneliti sebuah benda secara mikroskopis. Karena sinar-X memilik panjang gelombang yang jauh lebih pendek dari cahaya tampak, pada dasarnya, sinar ini seharusnya memberikan resoluis yang lebih tinggi. Bagaimana pun, tampakya tidak ada materi yang efektif untuk digunakan sebagai lensa untuk panjang gelombang sinar-X yang sangat pendek. Melainkan, teknik yang cerdik tetapi rumit dari difraksi (atau kristalografi) sinar-X terbukti sangat efektif untuk meneliti dunia mikroskopis dari atom dan molekul. Pada kristal sederhana seperti NaCl,atom tersusun dengan pola kubus yang teratur.

Gambar 2. Pola difraksi sinar-X ini merupakan satu dari yang terlihat oleh Max van Luoepada tahun 1912 ketika ia mengarahkan seberkas sinar-X pada kristal seng sulfida. Pola difraksi dideteksi langsung pada pelat potografis. ( Giancoli ; 2001)Menurut Tripler (1990 : 318-322) sinar-X adalah radiasi elegromagnet dengan rentang panjang gelombang kurang lebih dari 0,01 hingga 10 nm(energinya kurang lebih dari 100 eV hingga 100keV). Spektrum sinar-X kontinu dipancarkan yang dipancarkan oleh elektron yang mengalami percepatan. Dalam hal ini hanya spektrum sinar-X diskret yang dipancarkan oleh atom.Sinar-X dipancarkan dalam transisi antara berbagai tingkat energi transisi yang lebih rendah dari sebuah atom. Elektron-elektron terdalam terikat sedemikian kuatnya sehingga ukuran lebar antara tingkat energinya memadai bagi pemancaran foton dalam rentang panjang gelombang sinar-X. Sebaliknya ikatan elektron-elektron terluar relatif lemah, dan lebar tingkat energinya hanyalah beberapa elektron volt; dengan demikian transisi antara tingkattingkat ini hanya memberikan foron dalam spektrum cahaya tampak.Menurut Sears Zemansky (1985) exsperimen difraksi sinar-X (X ray difraction) yang pertama kali dilakukan pada tahun 1912 oleh friederich, knipping dan value, dengan menggunakan susunan exsperimental yang sketsanya dalam gambar dibawah ini

Gambar 3 Sinar-X yang dihamburkan membentuk pola interferensi yang direkam pada film fotografik. Gambar (b) sebuah potret dan pola difraksi sinar-X.Exsperimen ini membuktikan bahwa sinar-X adalah gelombang, atau setidak-tidaknya bersifat menyerupai gelombang dan atom-atom sebuah kristal disusun dengan pola yang teratur seperti gambar

Gambar 4. Model susunan ion-ion dalam sebuah kristal NaCl. Bola hitam adalah Na, bola merah Cl. Jarak antara atom-atom yang berdekatan adalah 0,282 nm awan elektron dari atom-atom itu sesungguhnya sedikit tumpang tindih tetapi atom-atom itu disajikan sebagi bola-bola padat yang belum jelas. Semenjak itu, difraksi sinar-X telah terbukti sebagai sebuah alat penelitian yang sangat penting untuk mempelajari struktur kristal.2.3 PENGERTIAN DIFRAKSI SINAR-XSinar-X yang merupakan radiasi elektromagnet dengan panjang gelombang sekitar 100 pm-dihasilkan dari penembakan logam dengan elektron energi tinggi. Elektron itu mengalami perlambatan saat masuk ke dalam logam dan menghasilkan radiasi dengan jarak panjang gelombang kontinu yang disebut Bremsstrahlung (bremsse adalah kata jerman yang berarti rem, strahlung berati sinar). Pada kontinu itu, tertumpuk beberapa puncak tajam yang berintensitas tinggi. Puncak ini berasal dari antaraksi antar elektron datang dengan elektron pada kulit atom. Tumbukan itu mengeluarkan sebuah elektron, dan elektron dengan energi yang lebih tinggi masuk ke tempat kosong, dengan memancarkan kelebihan energinya sebagai foton sinar-X.( P W Atkins: 1993)Menurut Giancoli (2001), difraksi sinar-X telah berguna dalam menentukan sruktur molekul yang penting secara biologis. Sering kali bisa dibuat kristal dari molekul-molekul seperti itu. Analisis kompleks, dan biasanya perlu dibuat berbagai perkiraan mengenai struktur molekul. Ramalan pola difraksi untuk setiap struktur yang diperkirakan kemudian dibandingkan dengan yang sebenarnya didapat. Untuk molekul-molekul yang lebih besar, seperti protein dan asam nukleat, penemuan yang penting adalah tekhnik atom berat. Karena atom besar menghamburkan sinar-X jauh lebih kuat dari atom C, N, O, dan H biasa dari molekul biologis, atom berat digunakan sebagai tanda. Atom berat secara kimia ditambahkan ke titik tertentu pada molekul (katakanlah, protein)-dengan harapan mengusik struktur secara signifikan. Analisi perubahn pola difraksi yang dihasilkan memberi informasi yang membantu.Bahkan ketika kristal yang baik tidak bisa dipadatkan, jika molekul yang dipelajari memiliki bentuk berulang yang teratur (seperti yang dimiliki banyak protein dan DNA), difraksi sinar-X dapat mengungkapkannya. Dalam beberapa hal, setiap molekul mirip dengan kristal tunngal dan satu sampel adalah kumpulan dari kristal-kristal yang kecil tersebut. Dan memang, dengan batuan diraksi sinar-X-lah, pada tahun 1953, J. D. Watson dan F . H. C. Crick mengungkapkan, struktur heliks ganda dari DNA. Sekitar tahun 1960 struktur detail yang pertama dari molekul protein siuraikan dengan bantuan difraksi sinar-X; ini untuk myoglobin, rekan dari unsur pokok darah, hemoglobin. Struktur hemoglobin sendiri segera diungkapkan, dan semenjak saat itu banyak struktur yang telah ditentukan dengan bantuan sinar-X. (B. E Warren ; 1969)

BAB III. METODE PENULISAN3.1 Objek penulisanObjek penulisan mencakup sejarah, pengertian, dan penerapan difraksi sinar-X dalam menentukan struktur kristal molekular, ionik, kovalen, dan logam. 3.2 Dasar pemilihan objekObjek yang penulis memilih adalah penerapan difraki sinar-X dalam menetukan struktur kristal molekular, ionik, kovalen, dan logam, yang sangat berguan untuk menetukan bentuk unsur/senyawa dalam bentuk kristal.3.3 Metode pengumpulan dataDalam penulisan makalah ini, penulis secara umum mendapatkan bahan tulisan dari berbagai referensi, baik dari tinjauan kepustakaan berupa buku buku atau dari sumber media internet yang terkait penerapan difraksi sinar-X dalam menentukan struktur kristal molekular, ionik, kovalen, dan logam.

3.4 Metode analisisPenyusunan makalah ini berdasarkan metode deskriptif analisis, yaitu dengan mengidentifikasi permasalahan berdasarkan fakta dan data yang ada, menganalisis permasalahan berdasarkan pustaka dan data pendukung lainnya, serta mencari alternatif pemecahan masalah.

BAB IV. PEMBAHASAN

4.1 PENGHAMBURAN (DIFRAKSI) SINAR-X OLEH KRISTALPada abad ke-19, ahli kristalografi dapt menggolongkan kristal ke dalam tujuh sistem kristal hanya berdasarkan simetri exsternalnya. Mereka tidak mengukur dimensi sel satuan atau posisi atom di dalamnya. Penemuan sinar-X oleh Wilhem Roentgen pada tahun 1895 menyediakan suatu alat yang sangat ampuh untuk menentukan struktur kristal. Max von Lue mengajukan teori bahwa kristal mungkin berfungsi sebagi kisi tiga-dimensi untuk difraksi radiasi elegtromagnetik dengan panjang gelombang yang sesuai dengan jarak antar bidang-bidang atom. Friederich dan knipping membuktikan dengan eksperimen pada tahun 1912 bahwa hal ini memang benar, dan von Laue diberi penghargaan Nobel dalam bidang fisika pada tahun 1914 untuk teorinya tentang difraksi sinar-X oleh kristal. Pada waktu yang hampir sama, W. H Bragg dan W. L. Bragg (ayah dan putranya) dari Cambridge University juga mendemonstrasikan difraksi sinar-X oleh kristal dan mendapatkan hadiah Nobel di bidang Fisika pada tahun berikutnya. (W. L. Bragg baru berusia 22 tahun dan masih menjadi mahasiswa di Cambridge sewaktu ia menemukan hukum difraksi) rumus yang diajukan Bragg setara dengan teori von Laue dan sedikit lebih sederhana untuk divisulkan. ( David W Oxtob.,dkk :2001)Gambar dibawah ini menunjukkan interferensi konstruktif dari sinar-X yang dihamburkan oleh elekrton-elektron dalam atom dengan bidang yang berjarak sama, yang dipisahkan sejauh d. Satu berkas sinar-X koheren dengan satu panjang-gelombang yang diketahui, ditunjukkan pada permukaan kristal, membuata sudut dengan sekumpulan bidang sejajar dari atom-atom didalam kristal. Sudut penghamburan 2 kemudian divarasikan dengan merotasi kristal pada sumbu yang tegak lurus pada bidang gambar.

Gambar 5. Interverensi konstruktif dari sinar-X yang dihamburkan oleh atom-atom dalam bidang kisi. Diperlihatkan tiga berkas sinar-X, dihamburkan oleh atom-atom dalam tiga lapisan berurutan dari suatu kristal kubik sederhana. Perhatikan bahwa fase gelombangnya sama disepanjang garis CH, mengindifikasikan interferensi 2.4.2 STRUKTUR KRISTALUnsur-unsur tertentu mengkristal dalam struktur padatan yang sangat sederhana, yang atomnya terletak pada setiap titik kisi. Polonium ialah satu-satunya unsur yang diketahui mengkristal dalam kisi kubik sederhana (simple cibic lattice), yang atom-atomnya terletak pada perpotongan tiga pasang yang berjarak sama yang membentuk sudut siku-siku. Setiap sel satuan membentuk sudut siku-siku. Setiap sel satuan mengandung satu atom Po, terpisah dari enam tetangga terdekatnya dengan jarak 3,35 .Logam alkali mengkristal dalam struktur kubik pusat-badan, kpb (body-centered cubic(b.c.c) stucture) pada tekanan atmosfer (gambar 5). Sel satuan struktur ini mengandung dua titk kisi, satu dipusat kubus dan lainnya di salah satu dari kedelapan pojoknya. Satu atom-tunggal atom logam alkali terletak pada setiap kisi. Cara alternatif untuk memvisualkan ialah dengan menyadari bahwa masing-masing dari kedelapan atom yang terletak dipojok sel satuan kpb berbagi dengan delapan sel satuan yang bertemu pada pojok tersebut. Sumbangan atom ini kepada satu sel satuan ialah 8 x 1/8 =1 atom, yang ditambahkan pada atom yang seluruhnya berada didalam pusat sel tersebut.

Gambar 6. Struktur kpb. Satu atom terletek dipusat setiap sel kubik (atom ditengah) serta disetiap pojok kubus (atom pojok). Ukuran atom diperkecil sedikit agar posisinya jelas.Logam aluminium, nikel,tembaga, dan perak,antara lain, mengkristal dalam struktur kubik pusat-muka, kpm (face-centered cubic (f.c.c) structure) yang diperlihatkan pada gambar 6. Sel satuan ini mengandung empat titik kisi, dengan satu atom tunggal terletak pada setiap titik. Tidak ada atom yang sepenuhnya terletak didalam sel satuan; ada sejumlah atom di pusat muka yang jumlahnya enam, masing-masing berbagi dengan sel yang lainnya (sumbangan 6 X = 3 atom), dan satu atom di setiap ujung sel (menyumbang 8X = 1 atom), sehingga keseluruhannya ialah empat atom per sel satuanVolume sel satuan diberikan dengan rumusvc Bila semua sudutnya 900 (sehingga cosinusnya 0), rumus ini menjadi bentuk sedehana V = abc untuk volume kotak segiempat. Jika massa dari kandungan sel satuan diketahui, secara teoritis kerapatan sel dapat dihitung. Kerapatan ini pasti mendekati kerapatan terukur kristal mengandung nc atom per sel satuan, kerapatan sel terhitungnya ialahKerapatan = =

Gambar 7. Sruktur kpm. Atom terletak di pusat muka serta di pojok-pojok kubus. Ukuran atom diperkecil sedikit agar posisinya jelas. (David W Oxtoby.,dkk : 2001) 4.3 STRUKTUR KRISTAL MOLEKULARKristal molekuler mempunyai nilai yang tinggi. Jika protein dan makromolekul lain diperoleh dalam keadaan kristalin, sturkturnya dapat ditentukan dengan dengan difraksi sinar-X. Pengetahuan mengenai struktur tiga-dimensi molekul hayati merupakan titik awal untuk penambahan fungsinya.Kristal molekuler meliputi gas mulia; oksigen; nitrogen;halogen; senyawa-senyawa seperti karbon dioksida; halida-halida logam dengan ionitas yang rendah seperti Al2Cl6, FeCl3, dan BiCl3; dan banyak lagi senyawa organik. Semua molekul ini dipertahankan dalam tapak kisinya oleh gaya antarmolekul . timbal balik antara tarik dan gaya tolak diantara molekul kecil sekalipun dalam kristal molekuler sangatlah rumit karena sangat banyak atom yang terlibat. Penyederhanaan yang berguna inilah dengan menggambarkan molekul segagai bulatan-bulatan berfusi yang berpusat pada setiap nukleous. Jari-jari setipa bulatan ialah jari-jari van der Waals unsur yang terlibat. Dalam kristal molekular, bentuk ini terkemas bersama sedemikian rupa sehingga tidak ada molekul yang bertumpan-tindih tetapi ruang kosongnya minimum. Gambar 8. Menjelaskan semacam model pengisian ruang dari triazida sianurat (C3N12), yang menunjukkan bagaimana alam memecahkan masalah pengemasan menjadi suatu tanda efisien untuk begitu banyak salinan bentuk molekul C3N12 yang agak rumit dalam suatu lapisan tungga. Dalam kristal molekuler tiga dimensi dari C3N12, banyak lapisan seperti ini menumpuk dengan sedikit perimbangan untuk meminimumkan ruang tak-terisi diantara lapisan-lapisan. (David W Oxtoby.,dkk : 2001)

Gambar 8. Jari-jari van der Waals dari atom karbon dan nitogen tersuperimpos pada garis struktur muolekul triazida sianurat, C3N12, untuk menunjukkan volume ruang dimana setiap molekul menolak molekul lainnya. Gaya van der Waals dalam kristal molekul menahan molekul tetap bersentuhan dalam pola yang meminimumkan ruang kosong. Gari hitam tipis menekankan simetri lipat -3 pada pola ini.Gaya van der Walls jauh lebih lemah dari pada gaya yang bekerja pada kristal ionik, logam dan kovalen, akibatnya kristal molekular memiliki titik leleh yang lebih rendah, bersifat lunak, dan mudah dibentuk. Meskipun pada tekanan atmosfer, unsur gas mulia mengkristal dalam kisi kubuk pusat-muka yang sangat simetris seperti gambar diatas. Molekul (terutama dengan bentuk geometri yang rumit) sering kali membentuk kristal dengan simetri-rendah dalam sistem monoklinik dan triklinik. Beberapa di antaranya menampilkan sifat fisis menyeluruh dalam hal konduktivitas listrik dan magnetisme yang merupakan karakteristik logam. Sifat menarik dari kristal ini terutama adalah sifat unik molekulernya.

4.4 STRUKTUR KRISTAL IONIKSenyawa yang terbentuk oleh sejumlah atom dengan elegtronegativitas yang berbeda secara signifikan biasanya bersifat ionik, dan pada hampiran pertama ion tersebut dapat dianggap sebagai bulatan bermuatan yang keras yang menempati posisi pada kisi kristal. Semua unsur dari golongan I dan II tabel berskala bereaksi dengan unsur golongan VI dan VII untuk menentukan senyawa ionik, yang sebagain besar mengkristal dalam sistem kubik. Khususnya, halida logam alkali (kecuali sesium halida), amonium halida, dan oksida serta sulfida logam tanah-jarang semua mengkristal dalam struktur garam-batuan (rock-salt), atau natrium klorida, yang ditunjukkan pada gambar 8. Struktur ini dapat dipandang sebagai kisi kpm anion semua tapak oktahedralnya di huni oleh anion. Dalam kedua cara itu, setiap ion dikelilingi oleh enam ion bermuatan berlawanan yang berjarak sama. Struktur garam-batuan merupakan struktur kristal stabil bila nisbah jari-jari kation-anion bernilai antara 0,414 dan 0,732, jika kation dan anionnya dianggap berperiku sebagai bulatan bermuatan yang tidak dapat dikompersi. Gambar 9. Struktur natrium kolorida, atau garam-batuan. Di sebelah kiri,ukuran ion Na+ dan Cl- ditunjukkan dengan sesuai skala. Di sebelah kanan, sisi kristalnya ialah kubik-pusat muka, sebagaimana dapat dilihat dari fakta bahwa mentranslasikan setiap atom sejauh setengah sel satuan (ditunjukkan dengan garis merah) dalamarah digonal muka akan mensuperimpos ato-atom yang identik. Terdapat delapan ion (4 Na + dan 4 Cl-)per sel satuan.Jika nisbah jari-jari bulatan-keras kation-anion melebihi 0,732, seperti pada sesium halida, struktur kristal yang berbeda yang disebut sruktur sesium klorida (cesium chloride sructure), jauh lebih stabil. Struktur ini dapat dilihat sebagi dua kisi kubik sederhana yang saling menembus, yang satu berupa kumpulan anion dan lainnya kation, seperti ditunjukkan gambar 10. Bila jari-jari kation kurang dari 0,414, dihasilkan struktur zink blende, atau sfalerit (sphalerite) (dinamai berdasarkan struktur ZnS), kristal ini terdiri dari kpm ion S2-, dengan ion Zn2+ menempati setengah daari tapak tetrahedral yang tersedia secara berselang-seling, sebagiman diilustrasikan gambar 9. Flourit (CaF2) mempunyai sruktur lain; sel satuannya didasarkan pada kisi kpm ion Ca2+, ion F- menempati kedelapan tapak tetrhahedral, dan demikian dengan sel satuan mengandung empat ion Ca2+ dan delapan ion F- . nisbah jari-jari (0,414 dan 0,732), di mana terjadi perpindahan dari satu jenis kristal ke jenis kristal lain, bukanlah angka sebarang. Angka sebarang adalah nisbah dari jari-jari tapak oktahedral terhadap jari jari atom ini dalam kisi kpm; hanya bila nisbah ini terlampaui maka ion yang disisipkan dalam tapak itu akan bersentehun dengan ion yang bermuatan berlawanan dalam struktur garam-batuan. Angka 0,732 muncul dari perhitungan nisbah jari-jari dari tapak selitan ditengah sel satuan kubik sederhana. Perlu disadari bahwa kriteria nisbah jari-jari untuk batas kestabilan sruktur senyawa ion biner bergantung pada ion-ion yang ter-kompresikan dan fungsi gelombang yang tidak bertumpang-tindih. Kriteria ini tidak berlaku bila kedua lampiran itu tidak terpenuhi. Gambar 10. Struktur sesium klorida. Kisi kristalnya ialah kubik sederhana, denag satu ion Cs+ dan satu ion Cl- persatuan sel. Kekuatan dan kisaran tarikan elekrostatik membuat kristal ionik bersifat sebagai padatan keras, bertitik leleh tinggi, dan getas sehingga baik untuk isolator listrik. Akan tetapi, pelelehan kristal ionik akan merusak kisi dan membebaskan ion-ionnya untuk bergerak, dan dengan demikian, cairan ionik merupakan penghantar listrik yang baik.

Gambar 11. Dua kisi ionik dalam sistem kpm. Pada masing-masing kisi, ditunjukkan satu sel satuan kubik (nonpirimitif) tunggal.

4.5 STRUKTUR KRISTAL LOGAMSifat yang merupakan karakteristik logam ialah kemampuannya yang baik untuk menghantarkan listrik dan kalor. Kedua gejala ini muncul karena mudahnya elektron valensi bergerak; penghantaran listrik adalah akibat aliran elekron dari daerah dengan energi potensial tinggi kedaerah yang energi potensialnya rendah, dan penghantaran kalor adalah akibat aliran elekron dari daerah bersuhu tinggi (yang energi kinetiknya tinggi) ke daerah bersuhu rendah (yang energi kinetiknya rendah). Mengapa elektron begitu mudah bergerak dalam logam tetapi terikat erat pada atom dalm padatan isolator, seperti intan atau natrium klorida?Jawabannya terletak pada jenis pengikatan yang ada pada logam, yang sangat berbeda dengan yang ada pada kristal lainnya. Elekron valensi dalam logam ternyata terdekolakisasi dalam orbital molekul yang sangat besar yang meluas diseluruh kristal. Untuk memahami asal dari orbital molekul ini, kita perhatikan dua atom natrium yang didekatkan, masing-masing pada keadaan dasar elektron valensinya dengan konfigurasi elekron 1s22s22p63s1. Sewaktu kedua atom itu mendekat, fungsi gelombang dari elektron 3s-nya bergabung membentuk dua orbital molekul-pada salah satunya. Fase keduanya simetrik (3s), dan pada yang lainnya, kedua antisimetrik (3s)

Gambar 12. Struktur kristal unsur logam pada suhu 250c dan tekanan 1 atm. Jarijari atom (dalam angstrom) dihitung dari model bulatan keras. 4.6 STRUKTUR KRISTAL KOVALENPembahasan tentang golongan padatan kristalin yang atom-atomnya dihubungkan oleh ikatan kovalen, bukan tarikan elektrotatik ion-ion atau lem elektron-valensi dalam logam. Contoh yang sempurna untuk kristal kovalen ialah intan, yang termasuk dalam sistem kubik. Konfigurasi elektron dalam keadaan-dasar atom karbon ialah 1s22s22p2 . pengikatan dapat dideskripsikan oleh empat orbital sp 3hibrid yang mengarah ke keempat pojok tetrahedron beraturan. Setiap orbital hibrid yang setara mengandung satu elektron dalam salah satu orbital sp3 dari atom karbon lainnya. Dengan demikian, setiap atom karbon dapat dihubungkan secara kovalen dengan empat atom lainnya menghasilkan jaringan pengisisan-ruang yang diperlihatkan Gambar 13. Kristal kovalen dinamakan kristal jaringan, dengan alasan yang sudah jelas. Dalam batasan tertentu, setiap atom dalam kristal kovalen merupakan bagian dari satu molekul raksasa yang merupakan kristal itu sendiri. Kristal ini memiliki titik leleh yang sangat tinggi yang disebabkan oleh tarika kuat diantara atom-atom yang terikat secara kovalen. Kristal kovalen bersifat keras dan getas.

Gambar 13. Struktur intan. Setiap atom karbon mempunyai empat tetangga-terdekat yang mengelilingi-nya pada pojok-pojok tetrahedron.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN1. Metode difraksi sinar-X adalah salah satu cara untuk mempelajari keteraturan atom atau molekul dalam suatu struktur tertentu. Jika struktur atom atau molekul tertata secara teratur membentuk kisi, maka radiasi elektromagnetik pada kondisi eksperimen tertentu akan mengalami penguatan.2. Kristal molekuler mempunyai nilai yang tinggi. Jika protein dan makromolekul lain diperoleh dalam keadaan kristalin, sturkturnya dapat ditentukan dengan dengan difraksi sinar-X. Pengetahuan mengenai struktur tiga-dimensi molekul hayati merupakan titik awal untuk penambahan fungsinya. Kristal molekuler meliputi gas mulia; oksigen; nitrogen;halogen; senyawa-senyawa seperti karbon dioksida; halida-halida logam dengan ionitas yang rendah seperti Al2Cl6, FeCl3, dan BiCl3; dan banyak lagi senyawa organik. Semua molekul ini dipertahankan dalam tapak kisinya oleh gaya antarmolekul . timbal balik antara tarik dan gaya tolak diantara molekul kecil sekalipun dalam kristal molekuler sangatlah rumit karena sangat banyak atom yang terlibat.3. Senyawa yang terbentuk oleh sejumlah atom dengan elegtronegativitas yang berbeda secara signifikan biasanya bersifat ionik, dan pada hampiran pertama ion tersebut dapat dianggap sebagai bulatan bermuatan yang keras yang menempati posisi pada kisi kristal. Semua unsur dari golongan I dan II tabel berskala bereaksi dengan unsur golongan VI dan VII untuk menentukan senyawa ionik, yang sebagain besar mengkristal dalam sistem kubik. Khususnya, halida logam alkali (kecuali sesium halida), amonium halida, dan oksida serta sulfida logam tanah-jarang semua mengkristal dalam struktur garam-batuan (rock-salt), atau natrium klorida.

5.2 SARANDengan membahas tentang penerapan difraksi sinar-X dalam menentukan stuktur kristal molekuler, ionik, kovalen dan logam dapat memperdalam pengetahuan kita tentang penerapan difraksi sinar-X dalam kehidupan, dan untuk memperoleh informasi yang lebih lengkap tantang penerapan difraksi sinar-X dalam menetukan stuktur kristal molekuler, ionik, kovalen dan logam dapat membaca journal penelitian yang terbaru dan text book.

DAFTAR PUSTAKAAtkins. P W. 1993. Kimia Fisika jilid dua edisi ke empat. Jakarta : ErlanggaBeiser,A,1987, Konsep Fisika Modren. Jakarta :ErlanggaD. yuong, Hough dan A. Freedman. 2001. Fisika Universitas edisi kesepuluh jilidke dua. Jakarta : Erlangga. Giancoli. 2001. Fisika Jilid Dua Edisi Kelima. Jakarta : ErlanggaKrane, K.1992. Fisika Modren.Jakarta: UIOxtoby, David W., dkk. 2001. Prinsip Prinsip Kimia Modren Edisi Ke empatJilid dua. Jakarta : Erlangga.Sartono, A.A., 2006. Difraksi sinar-X (X-RD). Tugas Akhir Mata kuliah proyekLaboratorium. Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia. http://www.doitpoms.ac.uk /tlplib/ xray-diffraction/single crvstal.php. Download 4 April 2014. Warren, B. E. .1969. X-ray diffraction, Addison-Wesley Pub. Co, Massachussetts.Zakaria, 2003. Analisis Kandungan Mineral Magnetik pada Batuan Beku dariDaerah Istimewe Yogyakarta dengan Metode X-Ray Diffiaction, skripsi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Medan : medan Zemansky, Sears. 1985. Fisika Universitas . Jakarta : Erlangga