TUGAS FISIKA MODERN OLEH NAMA KELOMPOK 1.ARIVANIUS S. BOMBANG (1201051021) 2.FRANSISKUS C.D. TOBI (1201051004) 3.REZKI JANOARTO AKBAR (1201051026) 4.SILSILIA NOVEMBRIANTI(120105 ) PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA UNDANA 2014 A.7 sistem kristal Sebelummendalamilebihjauhterhadapsistem-sistemkristal,adabaiknyamengetahuiapaitu kristal. Kristal merupakan suatu bangun polyeder (bidang banyak) yang teratur dan dibatasi oleh bidang-bidang rata yang tertentu jumlahnyadan mempunyai sumbusimetri tertentu pula. Atau Kristal juga dapat didefinisikan sebagai zat padat homogen dengan ciri-ciri permukaan terdiri dari bidang-bidangdatarataupunpolieder(bidangbanyak)yangteratur.7sistemkristalsebagai berikut : 1.SISTEM ISOMETRIK SistemIsometrikadalahsistemkristalyangpalingsimetridalamruangtigadimensi.Sistemini tersusun atas tiga garis kristal berpotongan yang sama panjang dan sama sudut potong satu sama lain, sistem ini berbeda dengan sistem lain dari berbagai sudut pandang. Sistem ini tidak berpolar seperti yang lain, yang membuatnya lebih mudah dikenal. Kata isometrik berarti berukuran sama, terlihatpadastrukturtigadimensinyayangsamasimetri,ataudikenalpuladengansistem kristalkubusataukubik.Jumlahsumbukristalnyaadatigadansalingtegaklurussatudengan yang lainnya. Dengan perbandingan panjang yang sama untuk masing-masing sumbunya. Pada kondisi sebenarnya, sistem kristal Isometrik memiliki axial ratio (perbandingan sumbu a1 = a2 = a3, yang artinya panjang sumbu a1 sama dengan sumbu a2 dan sama dengan sumbu a3. Dan jugamemilikisudutkristalografi===90.Haliniberarti,padasistemini,semuasudut kristalnya ( , dan ) tegak lurus satu sama lain (90) SistemIsometrikmemilikiperbandingansumbua1:a2:a3=1:3:3.Artinya,padasumbua1 ditarik garis dengan nilai 1, pada sumbu a2 ditarik garis dengan nilai 3, dan sumbu a3 juga ditarik garis dengan nilai 3 (nilai bukan patokan, hanya perbandingan). Sudut antara a1 dengan a2 = 90o, sudutantaraa2dengana3=90o,sudutantaraa3dengana1=90o,sedangansudutantaraa1 dengan a2 = 30o. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a1 memiliki nilai 30 terhadap sumbu a2. Perhatikan gambar sistem kristal Isometrik dibawah ini : Tipe kristal ini memeiliki tiga sumbu yang saling berpotongan membentuk sudut siku siku, dan ketiganyamemilikipanjangyangsama.Pirit(Fe2S3,salahsatumineralbesi)danKristalHalit (NaCl, garam) merupakan contoh dari kristal yang berbentuk isometrik, contoh laindari sistem kristalisometrikadalahseperti;Gold,Diamond,Sphalerite,Galena,Halite,Flourite,Cuprite, Magnetite,Cromite,danlain-lain. Sistem Isometrik dibagi menjadi 5 Kelas, yaitu : 1. Kelas Tetratoidal Kelas : Ke-28, Simetri : 2 3 Elemen Simetri : Terdapat empat sumbu putar tiga, dan tiga sumbu putar dua. Garis Sumbu Kristal : Tiga garis yang sama disimbolkan dengan a1, a2, dan a3 Sudut : Ketiga-tiganya 90o Bentuk Umum : Tetartoidal yang unik, serta pyritohedron, kubik, deltoidaldodecahedron, pentagonal dodecahedron, rhombik dodecahedron, dan tetrahedron. Mineral yang Umum : Changcengit, Korderoit, Gersdorffit, Langbeinit, Maghemit, Micherenit, Pharmacosiderit, Ullmanit, dan lain-lain. 2. Kelas Hexoctahedral Kelas : Ke-32, Simetri : 4/m 3bar 2/m Elemen Simetri : Merupakan kelas yang paling simetri untuk bidang tiga dimensi dengan empat sumbu putar tiga, dan tiga sumbu putar dua, dan sumbu putar dua, dengan sembilan bidang utama dan satu pusat. Garis Sumbu Kristal : Tiga garis yang sama disimbolkan dengan a1, a2, dan a3 Sudut : Ketiga-tiganya 90o Bentuk Umum:Kubik, bidang delapan, bidang duabelas, dan trapezium. Dan kadang-kadang trisoktahedron, tetraheksahedron, dan heksotahedron. Mineral yang Umum :Flurit, Galena, Intan, Tembaga, Besi, Timah, Platina, Perak,Emas, Halit,Bromargyrit,Kllorargirit,Murdosit,Piroklor,kelompokGarnet,sebagianbesar kelompok Spinel, Uraninit dan lain-lain. 3. Kelas Hextetrahedral Kelas : Ke-31, Simetri : 4bar 3/m Elemen Simetri : Terdapat empat sumbu putar tiga, dan tiga sumbu putar empat,dan enam bidang kaca. Sumbu Kristal : Tiga sumbu sama panjang yang disebut a1, a2, dan a3. Sudut : Ketiga-tiganya 90o Bentuk Umum : Empatsisi, tristetrahedron, deltoidal dodecahedron, dan hekstetrahedron serta yang jarang kubik, rhombik dodecahedron dan tetraheksahedron. Mineral yang Umum : Sodalit, Sphalerit, Domeykit, Hauyne, Lazurit, Rhodizit, danlain-lain. 4. Kelas Diploidal Kelas : Ke-29, Simetri : 2/m 3bar Elemen Simetri : Terdapat empat sumbu putar tiga, dan tiga sumbu putar dua, dan tiga bidang kaca dan satu pusat. Garis Sumbu Kristal : Tiga garis yang sama disimbolkan dengan a1, a2, dan a3 Sudut : Ketiga-tiganya 90o BentukUmum:Diploiddanpyritohedrondanjugakubik,octahedron, rhombikdodecahedron, trapezohedron dan yang jarang trisoctahedron. Mineral yang Umum : Pyrite, Kobaltit, Kliffordit, Haurit, Penrosit, Tychit, Laurit, dan lain-lain 5. Kelas Giroid Kelas : Ke-30, Simetri : 4 3 2 Elemen Simetri : Terdapat tiga sumbu putar empat, dan empat sumbu putar tiga, dan enam sumbu putar dua Garis Sumbu Kristal : Tiga garis yang sama disimbolkan dengan a1, a2, dan a3 Sudut : Ketiga-tiganya 90o Bentuk Umum : Kubik, octahedron, dodecahedron, dan trapezohedron, serta yang jarang trisoctahedron dan tetraheksahedron. Mineral yang Umum : Cuprit, Voltait, dan Sal Amoniak. 2.SISTEM TRIGONAL Jika kita membaca beberapa referensi luar, sistem ini mempunyai nama lain yaitu Rhombohedral, selain itu beberapa ahli memasukkan sistem ini kedalam sistem kristal Hexagonal. Demikian pula carapenggambarannyajugasama.Perbedaannya,bilapadasistemTrigonalsetelahterbentuk bidang dasar, yang terbentuk segienam, kemudian dibentuk segitiga dengan menghubungkan dua titik sudut yang melewati satu titik sudutnya. Pada kondisi sebenarnya, Trigonal memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a = b = d c , yang artinya panjang sumbu a sama dengan sumbu b dan sama dengan sumbu d, tapi tidak sama dengan sumbu c. Dan juga memiliki sudut kristalografi = = 90 ; = 120. Hal ini berarti, pada sistem ini, sudut dan saling tegak lurus dan membentuk sudut 120 terhadap sumbu . Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem kristal Trigonal memiliki perbandingan sumbu a : b : c = 1 : 3 : 6. Artinya,pada sumbu a ditarik garis dengan nilai 1, pada sumbu b ditarik garis dengan nilai 3, dan sumbu c ditarik garis dengan nilai 6 (nilai bukan patokan, hanyaperbandingan). Dansudutantarsumbunyaa+^b=20;d^b+=40.Halinimenjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 20 terhadap sumbu b dan sumbu d membentuk sudut 40 terhadap sumbu b+. Sistem ini dibagi menjadi 5 kelas: 1.Trigonal piramid 2.Trigonal Trapezohedral Kelas : ke-12 Simetri : 3 2 Elemen Simetri : ada 1 sumbu putar tiga, 3 sumbu putar dua. 3.Ditrigonal Piramid Kelas : ke-11 Simetri : 3m Elemen Simetri : ada 1 sumbu putar tiga dan 3 bidang simetri 4.Ditrigonal Skalenohedral Kelas : ke-13 Simetri : 3bar 2/m Elemen Simetri : ada 1 bidang putar tiga, 3 bidang putar dua, 3 bidang simetri 5.Rombohedral BeberapacontohmineraldengansistemkristalTrigonaliniadalahtourmalinedan cinabar(Mondadori, Arlondo. 1977) 3.SISTEM TETRAGONAL Sistem Tetragonal sama dengan sistem Isometrik, karena sistem kristal ini mempunyai tiga sumbu kristal yang masing-masing saling tegak lurus. Sumbu a1 dan a2 mempunyai satuan panjang sama, sedangkan sumbu c berlainan, dapat lebih panjang atau lebih pendek. Tapi pada umumnya lebih panjang. Pada kondisi sebenarnya, Tetragonal memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a1 = a2 c , yang artinyapanjangsumbua1samadengansumbua2tapitidaksamadengansumbuc,danjuga memilikisudutkristalografi===90.Haliniberarti,padasistemini,semuasudut kristalografinya ( , dan ) tegak lurus satu sama lain (90). Sistem kristal Tetragonal memiliki perbandingan sumbu a1 : a2 : c = 1 : 3 : 6. Artinya, pada sumbu a1ditarikgarisdengannilai1,padasumbua2ditarikgarisdengannilai3,dansumbucditarik garis dengan nilai 6 (nilai bukan patokan, hanya perbandingan), Sudut antara a1 dengan a2 = 90o, sudutantaraa2dengana3=90o,sudutantaraa3dengana1=90o,sedangansudutantaraa1 dengan a2 = 30o. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a1 memiliki nilai 30 terhadap sumbu a2. Perhatikan gambar sistem kristal Tetragonal dibawah ini : Kristal ini memiliki dua sumbu yang sama, sumbu horisontal yang bersudut 90 derajat dan satu sumbu(yanglebihpanjangdibandingkandengandualainnya)tegaklurusterhadapbidang antara dua sumbu yang sama tadi. Dengan kata lain, semua sumbu membentuk sudut siku-siku atau 90o terhadap satu sama lain, dan dua sumbu adalah sama panjang. Kalkopirit (atau tembaga-besisulfida)adalahcontohdarisitemkristalTetragonal,contohlaindarisistemkristal Tetragonaladalahseperti;Anatase,Zircon,Leucite,Rutile,Cristobalite,Wulfenite,Scapolite, Cassiterite, Stannite, Cahnite, dan lain-lain. Sistem Tetragonal dibagi menjadi 7 Kelas, yaitu : 1. Ditetragonal Dipyramidal Kelas : Ke-27, Simetri : 4/m 2/m 2/m Elemen Simetri : Terdapat satu sumbu putar empat, sumbu putar dua, lima sumbu simetri. Sumbu Kristal : Dua sumbu a1 dan a1 keduanya sama, dengan satu sumbu(sumbu c ) bisa lebih panjang atau pendek dari kedua sumbu lainnya. Sudut : Semuanya memiliki sudut 90o Bentuk Umum : Ditetragonal dipiramid, tetragonal dipiramid, ditetragonal prism,tetragonal prism, dan basal pinakoid. Mineral yang Umum : Apophylit, Autunit, Meta-Autunit, Torbernit, Meta-Torbernit,Xenotime, Carletonit, Plattnerit, Zircon, Hausmannit, Pyrolusit, Thorite, Anatase,Rilit, Casiterit dan lain-lain. 2. Kelas Tetragonal Trapezohedral Kelas : Ke-26, Simetri : 4/m 2/m 2/m Elemen Simetri : Terdapatsatu sumbu putar empat, dua sumbu putar dua, semuanya berpotongan tegak lurus ke sumbu putar lain. Sumbu Kristal : Dua sumbu a1 dan a1 keduanya sama, dengan satu sumbu (sumbu c ) bisa lebih panjang atau pendek dari kedua sumbu lainnya. Sudut : Semuanya memiliki sudut 90o Bentuk Umum : Tetragonal trapezohedron, ditetragonal prism, tetragonal prism, tetragonal dipyramid, dan basal pinakoid. Mineral yang Umum : Wardit dan Kristobalit. 3. Kelas Ditetragonal Pyramidal Kelas : Ke-25, Simetri : 4/m Elemen Simetri : Terdapat satu sumbu putar empat dan empat bidang simetri. Sumbu Kristal : Dua sumbu a1 dan -a1 keduanya sama, dengan satu sumbu (sumbu c ) bisa lebih panjang atau pendek dari kedua sumbu lainnya. Sudut : Semuanya memiliki sudut 90o Bentuk Umum : Ditetragonal pyramid, ditetragonal prism, tetragonal prism,tetragonal pyramid, dan pedion. Mineral yang Umum : Diaboleit, Diomignit, Fresnoit, ematophanit, dan Routhierit. 4. Kelas Tetragonal Scalahedral Kelas : Ke-24, Simetri : 4bar 2/m Elemen Simetri : Terdapat satu sumbu putar empat, dan dua sumbu putar dua, dan dua bidang simetri. Sumbu Kristal : Dua sumbu a1 dan -a1 keduanya sama, dengan satu sumbu (sumbu c ) bisa lebih panjang atau pendek dari kedua sumbu lainnya. Sudut : Semuanya memiliki sudut 90o Bentuk Umum : Tetragonal scalahedron, disphenoid, ditetragonal prism, tetragonal prism, tetragonal dipyramid, dan pinakoid. Mineral yang Umum : Kalkopirit dan Stannit termasuk Akermanit, Hardistonit, Melilit, Urea, Luzonit, Pirquitasit, Renierit, dan Tetranatrolit. 5. Kelas Tetragonal Dipyramidal Kelas : Ke-23, Simetri : 4/m Elemen Simetri : Terdapat satu sumbu putar empat dan satu bidang simetri. Sumbu Kristal : Dua sumbu a1 dan a1 keduanya sama, dengan satu sumbu (sumbu c ) bisa lebih panjang atau pendek dari kedua sumbu lainnya. Sudut : Semuanya memiliki sudut 90o Bentuk Umum : Tetragonal dipiramid, tetragonal prism, dan pinakoid. Mineral yang Umum : Scapolit, Wulfenite, Vesuvianit, Powellit, Narsarsukit, Meta-Zeunerit, Leucit, Fergusonit, dan Scheelit. 6. Kelas Tetragonal Disphenoidal Kelas : Ke-22,Simetri : 4bar Elemen Simetri : Terdapat satu sumbu putar empat. Sumbu Kristal : Dua sumbu a1 dan -a1 keduanya sama, dengan satu sumbu(sumbu c ) bisa lebih panjang atau pendek dari kedua sumbu lainnya. Sudut : Semuanya memiliki sudut 90o Bentuk Umum : Tetragonal disphenoidal, tetragonal prism, dan pinakoid. Mineral yang Umum : Cahnit, Minium, Nagyagit, Tugtupit, dan beberapa yangjarang seperti Krookesit, Meliphanit, Schreibersit, dan Vincentit. 7. Kelas Tetragonal Pyramidal Kelas : Ke-21, Simetri : 4 Elemen Simetri : Terdapat satu sumbu putar empat. Sumbu Kristal : Dua sumbu a1 dan -a1 keduanya sama, dengan satu sumbu (sumbu c ) bisa lebih panjang atau pendek dari kedua sumbu lainnya. Sudut : Semuanya memiliki sudut 90o Bentuk Umum : Tetragonal piramid, tetragonal prism, dan pedion. Mineral yang Umum : Wulfenit (diragukan), Pinnoit, Piypit dan Richelit. 4. SISTEM MONOKLIN Monoklinartinyahanyamempunyaisatusumbuyangmiringdaritigasumbuyangdimilikinya. Sumbuategaklurusterhadapsumbun;ntegaklurusterhadapsumbuc,tetapisumbuctidak tegaklurusterhadapsumbua.Ketigasumbutersebutmempunyaipanjangyangtidaksama, umumnya sumbu c yang paling panjang dan sumbu b paling pendek. System Monoklin memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a b c dan memiliki sudut kristalografi = = 90 . Hal ini berarti,padaancerini,sudutdansalingtegaklurus(90),sedangkantidaktegaklurus (miring). Pada kondisi sebenarnya, sistem Monoklin memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a b c , yang artinya panjang sumbu-sumbunya tidak ada yang sama panjang atau berbeda satu sama lain. Dan juga memiliki sudut kristalografi = = 90 . Hal ini berarti, pada ancer ini, sudut dan salingtegaklurus(90),sedangkantidaktegaklurus(miring). a b c sudut antara b dan c = 90 sudut antara a dan b = 90 sudut antara a dan c 90 sudut antara a dan b = 45 a : b : c = sembarang Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem kristal Monoklin memiliki perbandingan sumbu a : b : c = sembarang. Artinya tidak ada patokan yang akan menjadi ukuran panjang pada sumbu-sumbunya pada sistem ini. Dan sudut antar sumbunya a+^b = 30. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 45 terhadap sumbu b. Sistem Monoklin dibagi menjadi 3 kelas: 1.Sfenoid Kelas : ke-4 Simetri : 2 Elemen Simetri : 1 sumbu putar 2.Doma Kelas : ke-3 Simetri : m Elemen Simetri : 1 bidang simetri 3. Prisma Kelas : ke-5 Simetri : 2/m Elemen Simetri : 1 sumbu putardua dengan sebuah bidang simetri yangberpotongan tegak lurus Beberapa contoh mineral dengan ancer kristal Monoklin ini adalah azurite,malachite, colemanite, gypsum, dan epidot (Pellant, chris. 1992) 5.SISTEM KRISTAL TRIKLIN Sisteminimempunyai 3sumbusimetriyangsatudenganyanglainnyatidaksalingtegaklurus. Demikian juga panjang masing-masing sumbu tidak sama.Pada kondisi sebenarnya, sistem kristal Triklin memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a b c , yang artinya panjang sumbu-sumbunya tidak ada yang sama p anjang atau berbeda satu sama lain. Dan juga memiliki sudut kristalografi = 90. Hal ini berarti, pada system ini, sudut , dan tidak saling tegak lurus satu dengan yang lainnya. Padapenggambarandenganmenggunakanproyeksiorthogonal,Triklinmemilikiperbandingan sumbu a : b : c = sembarang. Artinya tidak ada patokan yang akan menjadi ukuran panjang pada sumbu-sumbunyapadasistemini.Dansudutantarsumbunyaa+^b=45;b^c+=80.Halini menjelaskanbahwaantarasumbua+memilikinilai45terhadapsumbubdanbmembentuk sudut 80 terhadap c+. Sistem ini dibagi menjadi 2 kelas: Pedial Kelas : ke-1 Simetri : 1 Elemen Simetri : hanya sebuah pusat Pinakoidal Kelas : ke-2 Simetri : 1bar Elemen Simetri : hanya sebuah pusat Tipekristalinimemiliki3(tiga)sumbuyangtidaksamayangsalingberpotonganpadasisi miringnya. Felspar-Albit (sebuah silikat natrium dan aluminium) merupakan contoh dari mineral dengan sistem kristal triklin. Sisteminimempunyai 3sumbusimetriyangsatudenganyanglainnyatidaksalingtegaklurus. Demikianjugapanjang masing-masingsumbutidaksama.System kristalTriklinmemilikiaxial ratio(perbandingansumbu)abc,yangartinyapanjangsumbu-sumbunyatidakadayang sama panjang atau berbeda satu sama lain. Dan juga memiliki sudut kristalografi = 90. Hal ini berarti, pada system ini, sudut , dan tidak saling tegak lurus satu dengan yang lainnya. BeberapacontohmineraldenganancerkristalTriklininiadalahalbite,anorthite,labradorite, kaolinite,microclinedananortoclase,kyanit,oligoclase,thodonit,pherthite,pectolite, amblygonute (Pellant, chris. 1992). 6.SISTEM KRISTAL ORTOROMBIKSistemkristalortorombikterdiriatas4bentuk,yaitu:ortorombiksederhana,bodycenter (berpusatbadan)(yangditunjukkanatomdenganwarnamerah),berpusatmuka(yang ditunjukkanatomdenganwarnabiru),danberpusatmukapadaduasisiortorombik(yang ditunjukkan atom dengan warna hijau). Panjang rusuk dari sistem kristal ortorombik ini berbeda-beda (a b c), dan memiliki sudut yang sama ( = = ) yaitu sebesar 90. Dikatakan ortorombik karena sistem ini mempunyai 3 sumbu simetri yang saling tegak lurus satu sama lain. Tetapi ketiga sumbu ini mempunyai panjag yang berbeda-beda. Sumbu-sumbu simetri ini diberi tanda huruf a, b, dan c denga parameter sumbu a 7.SISTEM KRISTAL HEXAGONAL Sisteminimempunyai4sumbukristal,dimanasumbuctegaklurusterhadapketigasumbu lainnya. Sumbu a, b, dan d masing-masing membentuk sudut 120 terhadap satu sama lain. Sambu a, b, dan d memiliki panjang sama. Sedangkan panjang cberbeda, dapat lebih panjang atau lebih pendek (umumnya lebih panjang). Pada kondisi sebenarnya, sistem kristal Hexagonal memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a = b = d c , yang artinya panjang sumbu a sama dengan sumbu b dan sama dengan sumbu d, tapi tidak sama dengan sumbu c. Dan juga memiliki sudut kristalografi = = 90 ; = 120. Hal ini berarti,padasistemini,sudutdansalingtegaklurusdanmembentuksudut120terhadap sumbu . Padapenggambarandenganmenggunakanproyeksiorthogonal,sistemHexagonalmemiliki perbandingan sumbu a : b : c = 1 : 3 : 6. Artinya, pada sumbu a ditarik garis dengan nilai 1, pada sumbu b ditarik garis dengan nilai 3, dan sumbu c ditarik garis dengan nilai 6 (nilai bukan patokan, hanyaperbandingan). Dansudutantarsumbunyaa+^b=20;d^b+=40.Halinimenjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 20 terhadap sumbu b dan sumbu d membentuk sudut 40 terhadap sumbu b+. Sistemini dibagi menjadi 7: Hexagonal Piramid Kelas : ke-14 Simetri : 6 Elemen Simetri : hanya terdapat 1 sumbu putar enam. Hexagonal Bipramid Kelas : ke-16 Simetri : 6/m Elemen Simetri : terdapat 1 sumbu putar enam, 1 bidang simetri Dihexagonal Piramid Kelas : ke-18 Simetri : 6 m m Elemen Simetri : terdapat 1 sumbu putar enam, 6 bidang simetri Dihexagonal Bipiramid Kelas : ke-20 Simetri : 6/m 2/m 2/m ElemenSimetri:terdapat1sumbuputarenam,6sumbuputardua,7bidangsimetri masing-masing berpotongan tegak lurus terhadap salah satu sumbu rotasi dan satu pusat Trigonal Bipiramid Kelas : ke-1 Simetri : 6bar (ekuivalen dengan 6/m) Elemen Simetri : terdapat 1 sumbu putar enam, 1 bidang simetri Ditrigonal Bipiramid Kelas : ke-17 Simetri : 6bar 2m Elemen Simetri : terdapat 1 sumbu putar enam, 3 sumbu putar dua, dan 4 bidangsimetri Hexagonal Trapezohedral Kelas : ke-19 Simetri : 6 2 2 Elemen Simetri : terdapat 1 sumbu putar enam, 6 sumbuputar dua Beberapa contoh mineral dengan sistem kristal Hexagonal ini adalah quartz, corundum, hematite, calcite, dolomite, apatite. (Mondadori, Arlondo. 1977). B.Jenis struktur kristal Struktur kristal terdapat dalam bentuk-bentuk yang sederhana sampai ke bentuk yangkompleks. Secara umum biasanya struktur kristal yang sederhana dapat diwakilkan olehkebanyakan bahan logam,sedangkanstrukturyangkompleksbiasanyadiwakilkanolehbahan-bahanpolimer, keramik,danlainlain.Kristalmerupakansusunanatom-atomyangteraturdalamruangtiga dimensi.Keteraturansusunantersebutterjadikarenakondisigeometrisyangharusmemenuhi adanyaikatanatomyangberarahdansusunanyangrapat.Walaupuntidakmudahuntuk menyatakanbagaimanaatomtersusundalampadatan,namunadahal-halyangdiharapkan menjadi faktor penting yang menentukan terbentuknya polihedra koordinasi susunan atom-atom. Sebagianbesarmaterifisikazatpadatadalahkristaldanelektrondidalamnya,fisikazatpadat mulaidikembangkanawalabadke20,mengikutipenemuandifraksisinar-xolehkristal.Secara ideal,susunanpolihedrakoordinasipalingstabiladalahyangmemungkinkanterjadinyaenergi per satuan volume yang minimum. Keadaan tersebut dicapai jika: 1. kenetralan listrik terpenuhi,2. ikatan kovalen yang diskrit dan terarah terpenuhi,3. gaya tolak ion-ion menjadi minimal,4. susunan atom serapat mungkin.Kisi ruang (space lattice) adalah susunan titik-titik dalam ruang tiga dimensi di manasetiap titik memiliki lingkungan yang serupa. 1.Struktur logam Dalam usaha mengklasifikasikan material perlu ditentukan apakah material berbentuk kristalin ( logampaduankonvensional),nonkristalin(gelas)ataucampurandarikeduajenisstruktur tersebut. Perbedaan yang perlu diperhatikan antara struktur kristalin dan non kristalin dapat dilakukan dengan menerapkan konsep tatanan. Susunan bahan padat tergantung pada susunan atom-atom, ion-ion atau molekul-molekul yang saling berikatan. Kristal adalah bahan padat yang atom-atomnya tersusun dalam satu pola yang berulang dalam tiga dimensi yang juga disebut sebagai padatan kristalin (Crystaline solid). Susunan atom-atom yang beraturan tersebut disebut struktur kristal. Keteraturan atau kekristalan suatu struktur tidak dapat dijumpai pada gas atau cairan. Diantara padatan, logam, keramik dan polimer dapat berupa kristalin ataupun kristalin tergantung pada proses pembuatannya atau parameter komposisinya. Sebagai contoh, logam jika didinginkan dari keadaan cairnya dengan kecepatan pendinginan yang sangat cepat akan terbentuk amorph (bukan kristal). Keteraturan susunan atom ini dapat digambarkan dengan menggunakan tiga sistem sumbu (x,y,z). Gambar 1. Strukrur Kristral dalam sistem sumbu X, Y, Z. Ada tiga cara pendekatan untuk mempelajari sifat-sifat logam, yaitu : 1. Menghitung sifat-sifat seperti konstanta elastik dan konsuktifitas listrik untuk logam yang berbeda langsung dengan menggunakan hukum-hukum yang mengatur perilaku elektron-elektron pada pada atom-atom logam dengan menggunakan teori kuantum. 2. Menggunakan prinsip parameter termodinamika seperti koefisien aktifitas dan energi bebas yang sangat efektif untuk mengetahui sifat-sifat kimia logam dan hubungan antar fasa pada paduan logam. 3. Menggunakan prinsip struktur kristal dan menghubungkan sifat-sifat logam terhadap karakteristik susunan ataom-atom penyusunnya. Ikatan logam dapat divisualisasikan secara sederhana sebagai sebaran ion positif yang terikat satu sama lain oleh elektron yang seolah-olah berfungsi sebagai perekat. Ionion positif yang saling tolak-menolak ini tertarik oleh perekat tersebut yang dikenal dengan istilah awan elektron. Struktur kristal yang umumnya terdapat pada logam murni adalah BCC (body centered cubic), FCC (face centered cubic) dan HCP ( hexagonal closed packed).Namun untuk logam paduan dan senyawa non logam struktur kristalnya sangat komplek. 2.Kubik Berpusat Badan (body centered cubic/BCC) Gambar 3.2. di bawah menunjukkan sel satua dari BCC dan contoh logam yang mempunyai struktur kristal BCC antara lain Fe , Cr, Li, Mo, W, V. Dari gambar atomic site unit cell terlihat bahwa atom pusat dikelilingi oleh 8 atom terdekat dan dikatakan mempunyai bilangan koordinasi 8. Dari gambar isolated unit cell terlihat bahwa ada satu atom utuh terletak di tengah sel satuan dan 1/8 atom terdapat pada tiap-tiap sudut sel satuan, sehingga dalam satu sel satuan BCC terdapat 2 atom. 3.Kubik Berpuast Muka (face centered cubic /FCC) Gambar di bawah menunjukkan sel satuan dari FCC dan contoh logam yang mempunyai struktur kristal FCC antara lain Fe , Al, Cu, Ni, Pb. Dari gambar di bawah terlihat bahwa sel satuan FCC terdiri dari satu titik lattice pada setiap sudut dan satu titik lattice pada setiap sisi kubus. Setiap atom pada struktur kristal FCC dikelilingi oleh 12 atom, jadi bilangan koordinasinya adalah 12. Dari gambar dibawahhardsphereunitcellterlihatbahwaatom-atomdalamstrukturkristalFCCtersusun dalam kondisi yang cukup padat. Ini terbukti dengan tingginya harga APF dari sel satuan FCC yaitu 74%dibandingkandenagAPFselsatuanBCC.SelsatuanFCCmempunyai8x1/8(padasudut kubus) + 6 x ( pada pusat sisi kubut) = 4 atom per sel satuan. 4.Hexagonal closed packed (HCP) Gambar di bawah menunjukkan sel satuan dari HCP dan contoh logam yang mempunyai struktur kristal HCP antara lain Cd, Co, Mg, Ti, Zn, Zr. Setiap atom pada strukturkristalHCPdikelilingioleh12atom,samadenganFCCmempunyaibilangan koordinasinya adalah 12. Dari gambar di bawah hard sphere unit cell terlihat bahwa atom-atom dalam struktur kristal HCP tersusun dalam kondisi yang cukup padat. Ini terbukti dengan tingginya harga APF dari sel satuan HCP yaitu 74% . Sel satuan HCP mempunyai 6 atom per sel satuan, yaitu 2 x 6 x 1/6 ( pada sudut lapisan bawah dan atas + 2 x ( pada pusat lapisan bawah dan atas) + 3 (lapisan tengah). C.ENERGI POTENSIAL DALAM KRISTAL 1.Intensitas Medan, Potensial, Energi Gaya f (newton) pada satu unit muatan positif yang berada dalam medan listrik merupakan intensitas medan listrik (volt per meter) di titik itu. f = q = dv PotensialV(volt)padatitikBrelatifterhadaptitikAadalahusaha yang diperlukan untuk menggerakkan satu unit muatan positif dari A menuju B melawan medan. Definisidiatasberlakujugauntukmedantigadimensi.Ekspresi untuk satu dimensi, dengan A pada x0 dan B pada x : Definisi : EnergipotensialU(joule)adalahpotensialdikalikandenganmuatan q yang sedang dipengaruhi potensial tersebut. 2.Hukum kekekalan energi : Jumlahenergi(W),yangmerupakanjumlahdarienergikinetikdan energi potensial, bersifat konstan di setiap titik. W = U + mv2 Perhatikan ilustrasi berikut ini : (Ingat : VB = -Vd dan muatan elektron qe = -q) -Dariilustrasidiatas,dapatdigambarkanadanyapotential-energy barrier, dimana suatu partikel tidak bisa berada pada suatu tempat karena dibatasi oleh energi potensial. 3. Satuan energi eV (elektron volt) -Satuan Joule terlalu besar untuk digunakan dalam perhitungan energi elektron. Untuk itu digunakan satuan lain, yaitu : eV (elektron Volt). 1eV = 1,6 x 10-19 JouleD.IKATAN ATOM 1.Ikatan Ionik Ikatan ionik dalam senyawa organik terbentuk melalui trransfer satu atau dua elektron valensi dari satu atom ke atom lainnya. Atom yang memberikan elektronnya dan menjadi bermuatan positifdisebutkationdanatomyangmenerimaelektrondanmenjadibermuatannegatif disebut anion. Contohnya: Na+Cl menjadi Na++Cl- Atomnatriumhanyamemilikisatuelektronvalensi.Denganmemberikanelektronitu tercapailah susunan elektron neon. Pada saat yang sama, ia menjadi bermuatan positif, yaitu kationnatrium.Atomklorinmempunyai7elektronvalensi.Denganmenerima1elektron tambahan dari Na maka tercapailahsusunan elektron argon dan ia menjadi bermuatan negatif, yaitu anion klorida. Atom elektropositif (Na) berperan memberikan elektron dan membentuk kation.Sedangkanatomelektronegatif(Cl)berperanmenerimaelektrondanmembentuk anion. Umumnya, dalam baris mendatar pada tabel periodik, unsur yang paling kiri adalah unsur yg paling elektro positif, dan yg paling elektronegatif adalah unsur yang paling kanan. Dalam lajur tegak, unsuryg lebih elektropositif terletak paling bawah, dan unsur yang lebih elektronegatif dibagianatas.Biasanyasenyawaionikterbentukbilaatomelektropositifkuatdanatom elektronegatifkuatberikatan.Padahakikatnya,ikatanioniksamasekalibukanmerupakan ikatanyangsesungguhnya.Karenamuatannyaberlawanan,ion-ioninitarikmenarikseperti dua kutub magnet yang berlawanan. 2.Ikatan Kovalen Ikatan kovalen, sering disebut ikatan valensi atau homopolar, dibangun oleh sepasang elektrondariduaatomyangberikatan.Setiapatommenyumbangsebuahelektronuntuk membentuksebuahikatankovalen.Elektron-elektronyangmembentukikatantersebut bersifat lokal(hanyaterdapat)didaerahantaraduaatom,menempati orbitalikatan dengan spinyang berlawananarahnya (anti-paralel). Untukmembahassecara lebihrinci tentangmekanismepembentukanikataninidiperlukanteorikuantumyanglebihlanjut, sehingga tidak disajikandalam catataninidemipenyederhanaan. Karena memerlukan teori kuantum inilah, maka ikatan kovalen sering juga disebut ikatan kuantum. Molekulhidrogen(H2)merupakancontohmolekuldenganikatankovalenyangpaling sederhana. Keadaan ikatan paling kuat terjadi bilamana spin kedua elektron saling anti-paralel (state S). Sedangkan apabila keadaan spinnya parelel (state A), keduaatomhidrogenberada padakeadaananti-ikatan;atom-atomsalingmenolak,karena elektron-elektronnya saling menjauhi (ingat prinsip larangan Pauli). Gambar 1.5 Dist ribusi konsentrasi elektron valensi di sekitar atom Ge dalam kristal germanium Ikatan kovalen termasukikatanyangkuat.Ikatanpadaduaatomkarbondalamkristalintimembentuk struktur tetrahedral, artinya setiap atom karbon dikelilingi oleh 4 buah atom karbon tetangga terdekat. Kristal lain yang temasuk dalam struktur intan adalah kristal silikon dan germanium. Arah ikatan kovalen nampak jelas dalam ruang tetrahedral, misalnya untuk kristalgermanium, distribusielektronpadadaerahdiskitaratom-atomyangberikatankovalendiwakilioleh angka-angka pada kontur yang bersangkutan. 3.Ikatan logam Logam dicirikan oleh tingginya konduktivitas listrik dan termal, banyak mengandung elektron bebasyangdapatbergerakdiseluruhkristal.Elektronvalensiyangdimilikioleh setiap atomlogam,akanmenjadielektronbebasbilaatom-atomtersebutmembentukKristal logam.Sebagaicontoh,perhatikanatomnatrium(11 Na)dengankonfigurasielektron dalam orbital atom sebagai berikut : 11Na : 1s2-2s2-2p6-3s1 Gambar 1.6 Struktur ikatan logam. Ikatan antar teras atom yang dikelilingi oleh elektron- elektron bebas Orbitalatomyangterisipenuhelektronbersama-samaintiatommembentukteras atom (core).Dalamkristallogam,teras-terasatomsalingberkaitan,danelektronvalensimenjadi elektronbebas(satuelektronuntuksetiapterasNa).Dalam gambarini, ikatan logam dapat dipandangsebagaikumpulanterasatomdalamlautanelektronbebas. 4.Ikatan Van der Waals Gas-gasinert(He,Ne,Ar,dst)dapatmembentukkristal-kristalsederhana.Kristaltersebut umumnya transparan, bersifat isolator, berikatan lemah dan memiliki titik leleh yang sangat rendah.Biladiperhatikan,atom-atomgasinimemilikiorbitalvalensiyannterisipenuh elektron,sehinggaelektron-elektronvalensitidaklagimemungkinkanuntukmembentuk ikatan. Lalu, gaya apakah yang membuat atom-atom tersebut dapat bertahan dalam menyusun kristal ? Atom-atom gas inert dapat mengalami distorsi yang sangat kecil pada distribusi elektronnya dalamorbitalkulitpenuhyangberbentuksimetribola.Meskipunkecil,penyimpanganini cukupmengubahatom-atommenjadidipol-dipollistrik.Interaksiantar dipolinilahyang menghasilkangayatarik-menarikyangdisebutgayaVanderWaals.Gaya ini sangat lemah, dan energi interaksinyamemiliki bentuk : EVDW = -A/r6 A tetapan dan r jarak antar atom. Untuk menjaga agar atom-atom berada dalam keseimbangan, padajarakyangsangatdekatakanterjadigayatolak-menolaksebagaiakibatberlakunya prinsip larangan pauli (lihat gambar ikatan ionik) yang menghasilkan energi tolak-menolak : Erep = B/r12 Dengan demikian bentuk lengkap energi interaksi dalam ikatan Van der Waals adalah : E(r) = -A/r6 + B/r12 dandisebutenergipotensialLennard-Jones.Besarandanadalahparameteryangdapat ditentukandarieksperimen.Selainpadagas-gasinert/mulia,ikatanVanderWaalsjuga ditentukan pada kristal molekul-molekul organik.