Download - BAB II Kristal Logam
![Page 1: BAB II Kristal Logam](https://reader036.vdokumen.com/reader036/viewer/2022082315/55721138497959fc0b8e99ed/html5/thumbnails/1.jpg)
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
![Page 2: BAB II Kristal Logam](https://reader036.vdokumen.com/reader036/viewer/2022082315/55721138497959fc0b8e99ed/html5/thumbnails/2.jpg)
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
![Page 3: BAB II Kristal Logam](https://reader036.vdokumen.com/reader036/viewer/2022082315/55721138497959fc0b8e99ed/html5/thumbnails/3.jpg)
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
![Page 4: BAB II Kristal Logam](https://reader036.vdokumen.com/reader036/viewer/2022082315/55721138497959fc0b8e99ed/html5/thumbnails/4.jpg)
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
![Page 5: BAB II Kristal Logam](https://reader036.vdokumen.com/reader036/viewer/2022082315/55721138497959fc0b8e99ed/html5/thumbnails/5.jpg)
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