CACAT KRISTAL

CACAT KRISTAL Cacat kristal yang terjadi dalam suatu

bahan padat dapat mempengaruhi sifat fisis

tertentu seperti sifat mekanik atau sifat listrik.

Jenis-jenis cacat kristal:

Cacat titik (Vacancy), cacat ini terjadi akibatpenumpukan yang salah ketika proseskristalisasi atau dapat juga terjadi akibatenergy termal yang tinggi sehinggamemungkinkan atom-atom meninggalkanposisinya yang menghasilkan kekosongan(vacancy)

Cacat Titik : Cacat yang disebabkan oleh adanya kekosongan/lolosnya atom dari susunannya Penyebabnya : 1. Tumpukan atom tidak sempurna selama

proses kristalisasi 2. Akibat vibrasi atom pada saat penurunan

suhu Cacat titik dapat berupa: Vacancy, Divacansy, dan Trivacancy

Kekosongan Hilangnya atom dari sebuah sisi kristal Atom-atom di sekitar kekosongan yang

berpindah medan tegangan Gaya tarik yang

diproduksi di sekitarnya

Kekosongan atom dapat mengakibatkan distorsi pada bidang

Cacat sisipan, cacat ini terjadi pada kristal yang memiliki factor tumpukan rendah, cacat sisipan dapat mengakibatkan distorsi atom

Cacat frenkel (frenkel defect) Cacat ini cenderung terjadi apabila

perbedaan ukuran kation dan anion besar. Pada Kristal anion dengan ukuran anion lebih besar dari ukuran kation, anion-anion dapat membentuk susunan eutaktik, yaitu suatu susunan yang menyerupai susunan rapat akan tetapi anion-anion tersebut tidak saling bersinggungan untuk mengurangi tolakan antar mereka.

Contoh : AgI , CaF2

Cacat frenkel semakin mudah terjadi apabila perbedaan ukuran kation dan anion semakin besar. Kecenderungan terjadinya cacat frenkel pada Kristal KI adalah lebih tinggi dibandingkan pada Kristal KCl karena perbedaan ukuran kation dan anion pada KI lebih besar dibandingkan pada KCl. Terjadinya cacat frenkel juga semakin bertambah dengan naiknya temperatur karena kenaikkan temperatur akan menaikkan mobilitas ion yang ukurannya lebih kecil sehingga ion tersebut semakin mudah pindah dari tempat selitan normal ketempat selitan tidak normal. Timbulnya cacat frenkel dalam kristal ionik tidak merubah rumus kimia maupun masssa jenis.

Cacat frenkel juga dapat terjadi aibat pindahnya anion dari tempat selitan normal ke tempat selitan tidak normal. CaF2misalnya, mengalami cacat frenkel akibat pindahnya sebagian ion F- dari tempat selitan normal ke tempat selitan tidak normal karena ukuran ion F- lebih kecil dibandingkan ukuran ion Ca2+.

 

Cacat ini disebut juga dengan cacat schottky-wagner dan dapat terjadi baik pada Kristal senyawa ionik maupun Kristal senyawa nonionik. Pada Kristal senyawa ionik cacat ini ditandai dengan hilangnya kation dan anion dari kisi kristalnya. Pada Kristal senyawa ionik murni hilangnya kation dan anion dari tempat-tempat normalnya itu akan menghasilkan tempat-tempat kosong intrinsic (intrinsic vacancies) atau tempat selipan intrinsik.

Cacat schottky

Pada Kristal ionik yang mengalami cacat schottky, adanya sejumlah kation yang hilang dari kisi kristalnya dengan muatan yang seimbang, sehingga Kristal yang ada tetap netral dan rumus kimianya tidak berubah. Kristal NaCl, KCl, dan KI selalu mengalami cacat schottky. Pada tempaeratur ruang dalam 1 mg Kristal NaCl terdapat sekitar 104 cacat schottky.

Cacat schottky cenderung terjadi apabila kation dan anion yang terdapat dalam Kristal ukurannya relatif sama. Bertambahnya perbedaan ukuran kation dan anion menyebabkan berkurangnya kemungkinan terjadinya cacat schottky. Kecenderungan terjadinya cacat schottky pada Kristal KCl adalah lebih tinggi dibandingkan pada Kristal KI karena perbedaan ukuran kation dan anion pada KCl lebih kecil daripada KI

Pada proses pengkristalan penurunan temperatur yang dilakukan dengan cepat cenderung meningkatkan cacat schottky. Kemungkinan terjadinya cacat schottky dapat diperkecil apabila pada proses pengkristalan penurunan temperatur dilakukan secara pelan. Pengkristalan yang dilakukan dengan penurunan temperatur secara pelan juga dapat meningkatkan ukuran dan kualitas Kristal yang terbentuk. Timbulnya cacat schottky akan menurunkan massa jenis Kristal.

KERUSAKAN PADATAN IONIK

FRENKEL DEFECTCATION VACANCY+CATION INTERSTITIAL

SCHOTTKY DEFECTCATION VACANCY+ANION VACANCY

Cacat ekstrinsik berkaitan dengan kemurnian

Kotoran dalam padatan setiap atom dari jenis yang tidak termasuk dalam

struktur kristal yang sempurna (lihat 'semikonduktor ekstrinsik')

Host kristal dengan pengotor disebut larutan padatan

CACAT EKSTRINSIK

Larutan padatan substitusi Atom pengotor menempati situs yang sama atom utama Pengotor "menggantikan" atom utama

Larutan padatan interstisi Atom pengotor menempati celah di Bagian utama struktur kristal Pengotor biasanya memiliki ukuran kecil dibandingkan dengan atom utama

Energi Bebas dan Cacat Kristal

Kristal senyawa ionik yang ada didunia ini selalu merupakan Kristal dengan cacat-cacat tertentu. Hal ini disebabkan dengan adanya suatu cacat Kristal pada tingkatan atau persentase tertentu maka kristal yang bersangkutan akan memiliki energi bebas yang lebih rendah dibandingkan energi bebasnya tanpa adanya cacat Kristal. 

Pada waktu Kristal ionik sempurna mengalami suatu cacat, misalnya ada kation dan anion yang hilang dari kisi Kristal, maka diperlukan sejumlah energi untuk, menghasilkan cacat ini sehingga terjadi kenaikkan entalpi Kristal (H > 0). Apabila jumlah kation dan anion yang hilang dari kisi Kristal bertambah maka akan terjadi kenaikkan entalpi Kristal secara ajeg. Bertambahnya jumlah kation dan anion yang meninggalkan kisi Kristal menunjukkan semakin besarnya persentase cacat yang terjadi pada suatu Kristal.

Timbulnya cacat kristal ionik sempurna mengakibatkan terjadinya kenaikan entropi Kristal (S > 0) secara cepat sampai pada persentase cacat tertentu, akan tetapi pada waktu terjadi kenaikkan persentase cacat berikutnya, kenaikkan entropi Kristal adalah relatif kecil. Hal ini menyebabkan harga –T S Kristal turun secara cepat pada perubahan Kristal sempurna menjadi Kristal dengan persentase cacat tertentu, kemudian diikuti dengan perubahan harga –T S secara lambat dengan naiknya persentase cacat berikutnya pada Kristal. Hubungan antara perubahan entalpi, entropi dan energi bebas Kristal dinyatakan dengan persamaan

  G = DH – T S.

Perubahan harga  H dan –T S dengan pola seperti dijelaskan di muka menyebabkan terjadinya penurunan energi bebas Kristal ( G < 0) sampai Kristal memiliki cacat dengan persentase tertentu, kemudian diikuti dengan kenaikkan energi bebas Kristal ( G > 0) dengan bertambahnya persentase cacat berikutnya .