struktur material
TRANSCRIPT
Struktur material 2012
Material : Makroskopik : padat, cair,
dan gas Mikroskopik :atom =>molekul
Bagaimana pengaruh bentuk material terhadap sifatnya ?
Gas : Ikatan lemah, pd temp kamar mudah Cair : >> kuat dp gas lepas ok vibrasi tp tdk ckp kuat Padatan : atom2nya menahan Paling kuat Tdk ada organisasi beban tanpa memp ssn atom: molekul dukungan Kristalin/amorphus Thermal energi hilang Rangkaian mol Kristalin : ok pendinginan pendek2 ( contoh?)
Ikatan atom : Primer kovalen, ionik metalik Sekunder Gaya van der Waals
Energi ikatan : Jumlah energi yg dibutuhkan untuk memisahkan 2 atomTerlihat bhw ik. Kovalen memp. Energi yg lebih besar, diikuti ionik dan metalik Mercury : E sangat rendah= mercury dlm ruang berbentuk cair
IKATAN KOVALEN - ELECTRON SHARING IN BIG OR SMALL MOLECULESTerbentuk ok sharing elektron dr atom untuk membentuk molekul. Tipe ikatan ini biasanya terbentuk antara 2 elemen bukan metal. Molekul mgk hanya dari satu tipe elemen atau bisa dr elemen yg berbeda kimiawinya membentuk compound
Ikatan kovalen dlm molekul kecilContoh : 2 atom hidrogen membentuk H2
Cl2 ; HCl ; H2O ; NH3 (amonia) ; CH4 (methane) ; O2 ; C2H4 (ethane) N2 (nitrogen); C2H6 (Ethane) ; CH3 OH (methanol)
Ikatan Kovalen dlm mol besarStruktur 3 allotrop dr carbon (diamond, graphite); silicon dan silicon dioxide (silica) Sangat kuat membentuk pola 3 dimensi ikatan kovalen / lattice
diamond
graphit
Silica
Sifat ikatan kovalen pd mol besarSangat stabil, memp titik cair tinggi, penghantar panas yg jelek, Sangat keras dan tdk larut dlm air
Contoh ikatan kovalen :Resin Akrilik (Polimer) = polymethil methacrylate
Ikatan Ionik - Electron transferIkatan terbentuk dg transferring electron dr atom lain membentuk ion Biasanya antara logam dan bukan logam Contoh : Na+Cl- ; NaF ; MgCl2 ; AlF3;
Na = 1 elektron ; Cl= 7
Ikatan ionik NaCl (terbentuk dg perpindahan elektron dr satu atom ke atom lain
Di KG gypsum dan Semen zink fosfat :
Gipsum Kimiawi : ( CaSO4.2H2O)
Sifat Ikatan ionikGiant ionic lattice structure : biasanya garam dan oksida logam Akan sangat kuat tp britle, memp titik cair tinggi, tidak mudah menguap ( Mg 2+ O2 -) memp ttk cair lbh tinggi dp Na+ClMerupakan padatan kristalin pd temp kamar , terlarut dlm air ttp tdk semua, air kdg akan melemahkan ikatan (attractive forces) antar ion Kenapa material dg dominasi ikatan ionik tidak bisa ditempa (malleable) ?
Sifat Ikatan MetalIkatan sangat kuat ok kepadatan (densitas) ; Kuat dan memp ttk cair yg tinggiKonduktor panas maupun elektrik yg baik Silvery surface dan Malleable ( pressed, hammered)
Ikatan sekunder : Ikatan van der Walls : terjadi krn adanya gaya antar molekul a. Koesom : interaksi dipole permanen pd satu molekul (PVC, polyethylene) b. Debye : interaksi dipole dalam mol. c. London Dispersion effect : Perpindahan elektron dan proton atau molekul Ikatan hidrogen : Gaya ini terjadi krn adanya interaksi atom H dalam molekul (polimer alam, enzyme, protein)
Ikatan sekunder :tidakberbagi elektron Variasi muatan menyebabkan gaya polarisasi yg menarik molekul2. Misal : Air dg kaca Ikatan hidrogen : mol air Oksigen dan hidrogen : Berbagi elektron ==> Bila dlm jumlah banyak (bag-positif ) H pd 1 mol ditarik oleh( bag negatif ) oksigen dr mol sampingnya.==> jembatan hidrogen
Ikatan hidrogen dlm HF
Dalam H2O
Polar hidrogen chloride molekul (HCl)
Gaya van der Waals :Tarik menarik 2 kutub : Misal : dalam gas inert, medan elektron terus berubah. Kadang positif tp kdg negatif, dihasilkan 2 kutub yg berubah-ubah, yg akan menarik dua kutup lainnya.
Pembentukan padatan ionik susunan ion bisa : reguler, 3 dimensi Contoh NaCLSubstansi : Cl, Nitride dan oksida metal adlh dasar mat. Ceramicsmat. Ini stabil krn kekuatan ikatan ionik
Susunan kristal dr atom dlm padatanApbl atom tersusun teratur dan kompak, dsb kristalin
Con. Metal & padatan ionikBila tdk simetri = amorphous
kristalin
Susunan atom identik
Kristal:Semua logam sebag.besar keramik Beberapa polimer membeku kristal
Atom-atom mengatur diri secara teratur dan berulang dalam pola 3 dimensi
Struktur kristal :bgmn unit struktur tersusun dlm benda padat dan bgmn mereka disatukan (spt bola2 dlm tumpukan). Atom2 diikat oleh gy primer/sekunder==> dlm wujud padat atom-atom terssn dlm suatu aturan dg energi internal minimal misal : Na CL => semua ion Na(+) menarik semua ion CL(-) ==> konfigurasi berjarak teratur yg dikenal sbg pola ruang geometris atau kristal. Tdp : 14 bentuk pola geometris, (Logam = kubik) Kubik sederhana, berpusat di tengah, berporos di permukaan
Contoh pola geometrisA. Kubik sederhana (semua sdt=90o)
B. Kubik berpusat di tengah C. Kubik berporos di permukaan
SUSUNAN KRISTAL 1. LOGAM 2. POLIMER 3. CERAMIC 4. COMPOSITE
Susunan atom/ bentuk kristal logam1. Body-centerd cubic structure (BCC)(Iron) 2. Face centerd cubic crystal (FCC) ( Emas) 3. Hexagonal close-packed (HCP) => (Zinc Magnesium)
BCC => 3 dimensi Body centered cubic structure (BCC) : atom2 pd Iron 8 sudut dan satu di tengah
FCC : Emas
Face centered cubic crystal (FCC) atom berada pd setiap sudut dan menghadap ke tengah Juga pd Paladium, platinum
HCP Zink Magnesium
Pd permukaan atas dan bawah terisi 6 atom yg mengelilingi satu atom di tengah
Cacat struktur: 1. Point defect : dalam struktur kehilangan satu atom => krn salah letak==> distorsi
2. Impurities dalam padatan 3. Cacat garis 4. Interfacial defect 5. Cacat dlm volume 6. Vibrasi atom
Pengaruh perlakuan pd strukturGaya geser
Pada material elastik susunan akan kembali ke
Prosesing metal: Quenching and hardening
Quenching (pendinginan cepat), metal menjadi sangat keras, tp britle/getasHardening : Pendinginan lambat, keras dan kurang getas Tempering : Penempaan : Penguatan
Pembekuan diinisiasi oleh adanya impurities dlm lelehan.
Struktur bukan kristal : Bentuk struktur diluar bentuk kristal Contoh : 1. Malam KG (Amorf = acak) 2. Kaca (rangkaian pendek)= supercolled Tg : Temp. transisi : Temp. yg menunjukkan koef ekspansi termal meningkat, menunjukkan mobilitas ion meningkat.
liquid
Pembuatan kawat
Alloi mempunyai sifat lebih kuat dp logam mulia
Logam yg dietsa sebagian permukaan akan larut, warna akan berbeda dan mudah berikatan dengan material lain
Keramik di KG
Pewarnaan/ kerusakan gigi diganti dengan mahkota keramik/porselin
Struktur ceramic :metalik elemen dan non metalik (oksida, nitrat & silikat) Dalam ceramic : ion negatif tdk sama ukurannya dg ion positif. Cont : Sodium chloride.
Crystalline atau amorphus Jika padatan dipanaskan : Transisi kristal dan transisi gelas CT : Crystal melting transitions : perub. Volume material Tg : volume spesifik. Pembentukan gelas : Butuh nukleus krsistalisasi
Sifat : keras dan getas
Struktur polimer
Ikatan panjang berisi unit yg berulang Contoh : Natural : DNA, Protein, Karet alam Sintetis : PVC, Nylon PMMA Mekanisme polimerisasi : Adisi atau kondensasi Konfigurasi ikatan : polyethylene = Linier = sifat ikatan lemah, mudah putus oleh peningkatan panas Thermoplastic polymer : polimer yg dapat dilunakkan dg pemanasan diatas Tg (Polystyrene, PMMA, Polyethylene) Thermosetting polymer : polimer yg dapat rusak pada pemanasan tanpa memperlihatkan Tg.
Gigi tiruan lengkap dari polimer (polimethyl methacrylate)
1. Berat molekul : sama dg unit penyusun 2. Konfigurasi ikatan : Diikat oleh ikatan sekunder dan kekuatannya terletak pada panjangnya : Linier, bercabang crosslink 3. Kristalinisi dalam polimer : Twist and turn, criss-cross dalam posisi acak, kdg paralel satu sama lain Proporsi kristalin dan non kristalin tgt pada : * Komposisi kimiawi * Konfigurasi molekul * Metode prosesing
Ikatan polimer
bercabang
Cross-linking : keras tp getas Bila polimer diikat bersama dg ikatan kimia => Efeknya pd Sifat polimer
graft
Silicone : Tg dibawah temp.ruang.
Blok
Polyethelene : kristalin krn ikatannya simpel dan reguler. Semakin komplek maka semakin sulit memp. Regio kristalin
Komposisi polimer :* Blending : mencampur 2 atau lebih polimer sbl moulding pd thermoplastic polimer * Copolymer: Mencampur 2 polimer : random, blok * Plasticisers: Mol yg lbh rendah ditambahkan : efek pd Tg dan elastic modulus * Composites : Kombinasi material yg masing2 komponen mempertahankan identitasnya: matrik & filler
1. Susunan reguler dr atom dlm metal2. Diberi tekanan (stressed), lapisan atom dpt slide satu sama lain, ikatan tetap tp bentuknya beda 3. Alloi : Tidak menyatu ttp sec fisik tercampur( adanya camp akan mengganggu lapisan simetri=> mengurangi kemampuan slip=> keras tp kuarng malleable