Download - Cover Makalah 1

Transcript
Page 1: Cover Makalah 1

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

MEDAN

2014

Page 2: Cover Makalah 1

KATA PENGANTAR

Puji 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 Rinando

Nim : 4131210010

Page 3: Cover Makalah 1

DAFTAR ISI

Kata pengantar i

Daftar isi ii

Daftar gambar iv

Bab I. Pendahuluan 1

1.1 Latar belakang 1

1.2 Identifikasi masalah . 2

1.3 Tujuan penulisan 2

1.4 Mamfaat penulisan 2

Bab II. Tinjauan teoritis 3

2.1 Sejarah penemuan sinar-X 3

2.2 Defenisi sinar-X 4

2.3 Pengertian Difraksi Sinar-X 8

Bab III. Metode Penulisan 10

3.1 Objek penulisan 10

3.2 Dasar pemilihan objek 10

3.3 Metode pengumpulan data 10

3.4 Metode Analisis 10

Bab IV. Pembahasan 11

4.1 Penghamburan (difraksi) sinar –X oleh kristal 11

4.2 Struktur kristal 12

Page 4: Cover Makalah 1

4.3 Struktur kristal Molekular 14

4.4 Struktur kristal ionik 16

4.5 Struktur kristal logam 19

4.5 Struktur kristal kovalen 20

Bab V Kesimpulan dan Saran 21

5.1 Kesimpulan 21

5.2 Saran 22

Daftar Pustaka 23

DAFTAR GAMBAR

Page 5: Cover Makalah 1

Gambar 1. Tabung sinar-X 5

Gambar 2. Pola difraksi sinar-X 6

Gambar 3. Sinar-X yang dihamburkan membentuk pola interferensi 7

Gambar 4. Model susunan ion-ion dalam sebuah kristal NaCl 8

Gambar 5. Interverensi konstruktif dari sinar-X 12

Gambar 6. Struktur kpb 13

Gambar 7. Sruktur kpm 14

Gambar 8. struktur muolekul triazida sianurat 15

Gambar 9. Struktur natrium kolorida 17

Gambar 10. Struktur sesium klorida 18

Gambar 11. Dua kisi ionik dalam sistem kpm 19

Gambar 12. Struktur kristal unsur logam pada suhu 250c 20

Gambar 13. Struktur intan 21

BAB I. PENDAHULUAN

Page 6: Cover Makalah 1

1.1 LATAR BELAKANG

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. 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.

Page 7: Cover Makalah 1

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 MASALAH

Bagaimana penerapan difraksi sinar-X dalam menentukan struktur kristal

molekuler, ionik, logam dan kovalen?

1.3 TUJUAN PENULISAN

a. 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 PENULISAN

a. 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.

Page 8: Cover Makalah 1

BAB II. TINJAUAN TEORITIS

2.1 SEJARAH PENEMUAN SINAR-X

Sejarah 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-x

2. hamburan (scattering) gelombang elektromagnetik

3. sifat kekristalan bahan (kristalografi)

Penemuan sinar-x memiliki sejarah yang, tentu saja, lebih panjang. Tahun

1895, W.C. Röntgen menghasilkan penemuan yang sangat vital dalam

perkembangan sains modern. Röntgen 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

Page 9: Cover Makalah 1

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 2.5Å. (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-X

Pada 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)

Page 10: Cover Makalah 1

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

Page 11: Cover Makalah 1

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.

Page 12: Cover Makalah 1

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 tingkat–tingkat 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

Page 13: Cover Makalah 1

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-X

Sinar-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

Page 14: Cover Makalah 1

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)

Page 15: Cover Makalah 1

BAB III. METODE PENULISAN

3.1 Objek penulisan

Objek penulisan mencakup sejarah, pengertian, dan penerapan difraksi

sinar-X dalam menentukan struktur kristal molekular, ionik, kovalen, dan logam.

3.2 Dasar pemilihan objek

Objek 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 data

Dalam 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 analisis

Penyusunan 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.

Page 16: Cover Makalah 1

BAB IV. PEMBAHASAN

4.1 PENGHAMBURAN (DIFRAKSI) SINAR-X OLEH KRISTAL

Pada 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 θ dengan sekumpulan bidang sejajar dari atom-atom didalam

kristal. Sudut penghamburan 2θ kemudian divarasikan dengan merotasi kristal

pada sumbu yang tegak lurus pada bidang gambar.

Page 17: Cover Makalah 1

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 2θ.

4.2 STRUKTUR KRISTAL

Unsur-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 Å.

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

Page 18: Cover Makalah 1

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 ½ = 3

atom), dan satu atom di setiap ujung sel (menyumbang 8X ½ = 1 atom), sehingga

keseluruhannya ialah empat atom per sel satuan

Volume sel satuan diberikan dengan rumus

vc¿abc √1−cosα−cos 2 β−cos2 γ+2cos α cos β cos γ

Page 19: Cover Makalah 1

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 ialah

Kerapatan = ρ = massavolume

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 MOLEKULAR

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.

Page 20: Cover Makalah 1

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.

Page 21: Cover Makalah 1

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 IONIK

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, 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.

Page 22: Cover Makalah 1

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

Page 23: Cover Makalah 1

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.

Page 24: Cover Makalah 1

Gambar 11. Dua kisi ionik dalam sistem kpm. Pada masing-masing kisi,

ditunjukkan satu sel satuan kubik (nonpirimitif) tunggal.

4.5 STRUKTUR KRISTAL LOGAM

Sifat 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 (σ3s), dan pada

yang lainnya, kedua antisimetrik (σ3s)

Page 25: Cover Makalah 1

Gambar 12. Struktur kristal unsur logam pada suhu 250c dan tekanan 1

atm. Jari–jari atom (dalam angstrom) dihitung dari model bulatan keras.

4.6 STRUKTUR KRISTAL KOVALEN

Pembahasan 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.

Page 26: Cover Makalah 1

Gambar 13. Struktur intan. Setiap atom karbon mempunyai empat

tetangga-terdekat yang mengelilingi-nya pada pojok-pojok tetrahedron.

Page 27: Cover Makalah 1

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.

Page 28: Cover Makalah 1

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.

Page 29: Cover Makalah 1

DAFTAR PUSTAKA

Atkins. P W. 1993. Kimia Fisika jilid dua edisi ke empat. Jakarta : Erlangga

Beiser,A,1987, Konsep Fisika Modren. Jakarta :Erlangga

D. yuong, Hough dan A. Freedman. 2001. Fisika Universitas edisi kesepuluh jilid

ke dua. Jakarta : Erlangga.

Giancoli. 2001. Fisika Jilid Dua Edisi Kelima. Jakarta : Erlangga

Krane, K.1992. Fisika Modren.Jakarta: UI

Oxtoby, David W., dkk. 2001. Prinsip Prinsip Kimia Modren Edisi Ke empat

Jilid dua. Jakarta : Erlangga.

Sartono, A.A., 2006. Difraksi sinar-X (X-RD). Tugas Akhir Mata kuliah proyek

Laboratorium. 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 dari

Daerah 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


Top Related