Struktur Kristal

39,471 views

Published on

Published in: Education, Technology, Spiritual
5 Comments
22 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total views
39,471
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
28
Actions
Shares
0
Downloads
3,028
Comments
5
Likes
22
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Struktur Kristal

  1. 1. Kimia Anorganik II Dra. Ida Farida, Ch. MPd. Zat Padat Dan Struktur Kristal
  2. 2. ZAT PADAT DAN STRUKTUR KRISTAL <ul><li>A. ZAT PADAT KRISTALIN DAN AMORF </li></ul><ul><li>B. STRUKTUR KRISTAL </li></ul><ul><ul><li>1. STRUKTUR KEMASAN RAPAT </li></ul></ul><ul><ul><li>2. STRUKTUR KRISTAL IONIK </li></ul></ul><ul><li>C. PENENTUAN STRUKTUR KRISTAL MELALUI DIFRAKSI </li></ul><ul><li>SINAR X </li></ul><ul><li>D. PENGGOLONGAN KRISTAL </li></ul><ul><ul><li>1. KRISTAL MOLEKULAR </li></ul></ul><ul><ul><li>2. KRISTAL KOVALEN </li></ul></ul><ul><ul><li>3. KRISTAL IONIK </li></ul></ul><ul><ul><li>4. KRISTAL LOGAM </li></ul></ul><ul><li>E. KONDUKTOR DAN SEMIKONDUKTOR </li></ul><ul><ul><li>1. TEORI PITA </li></ul></ul><ul><ul><li>2. KERUSAKAN DALAM STRUKTUR KRISTAL </li></ul></ul>
  3. 3. ZAT PADAT KRISTALIN DAN AMORF <ul><li>Sifat umum zat padat : </li></ul><ul><li>tidak berubah bentuk dan volum, jika dipindahkan dan satu tempat ke tempat lain </li></ul><ul><li>volumnya tidak berkurang jika ditekan. </li></ul><ul><li>MENGAPA ? </li></ul><ul><li>akibat kuatnya gaya atraksi partikel pembentuknya sehingga partikel-partikel penyusunnya hanya dapat bergetar pada posisi tertentu dalam susunan yang kaku. </li></ul><ul><li>BAGAIMANA ? </li></ul><ul><li>bagaimana partikel-partikel itu menyusun zat padat, sehingga susunannya bersifat kaku dan gaya atraksinya begitu kuat ? </li></ul>MAKROSKOPIK NANOSKOPIK
  4. 4. <ul><li>Cobalah anda bandingkan dua contoh zat padat , misalnya serbuk garam dapur (atau gula pasir) dan potongan plastik (atau kaca). </li></ul><ul><li>Panaskan di atas api perlahan-lahan, hingga zat padat itu meleleh. Amatilah ! </li></ul><ul><li>Bagaimana melelehnya zat padat itu, dengan cara yang sama ataukah berbeda ? </li></ul>Membandingkan sifat zat padat kristalin dengan zat padat amorf MAKROSKOPIK
  5. 5. <ul><li>Ketika dipanaskan potongan plastik ataupun kaca dengan naiknya suhu akan meleleh secara perlahan-lahan secara kontinu sampai semua zat berubah menjadi cair </li></ul>MAKROSKOPIK Ketika dipanaskan gula pasir atau garam, meskipun suhu naik zat padat itu tidak meleleh. Baru meleleh jika tercapai suhu tertentu (mencapai titik lelehnya). Secara serentak dan mendadak. Plastik atau kaca : - tidak mempunyai titik leleh yang tajam (trayek titik leleh) Gula pasir - memiliki titik leleh yang tajam (tertentu)
  6. 6. <ul><li>Zat padat kristalin </li></ul><ul><li>atom, ion atau molekul penyusun zat padat tersusun teratur dalam suatu pola khusus, (susunan tiga dimensi berupa kisi kristal). </li></ul><ul><li>zat padat kristalin bersifat anistropik ( sifat –sifat fisis tergantung pada arah ketika sifat itu diukur) </li></ul><ul><li>Gejala keanisotropikan kristal menjadi petunjuk kuat adanya keteraturan pada kisi kristal. </li></ul><ul><li>Zat padat amorf </li></ul><ul><li>Atom,ion atau molekul penyusun zat padat tidak beraturan dan mengikuti pola tertentu (acak), </li></ul><ul><li>Zat padat amorf bersifat isotropik ( sifat-sifat fisis sama ke segala arah) </li></ul><ul><li>Akibat ketidak-teraturan susunan partikel-partikelnya, sifat fisisnya ekivalen ke segala arah. </li></ul>Mengapa demikian ? NANOSKOPIK
  7. 7. Contoh sifat anisotropik <ul><li>Sifat mekanis kristal, seperti ketahanan terhadap geseran, akan berbeda jika arah geseran berbeda </li></ul><ul><li>Deformasi kisi sepanjang salah satu arah melibatkan penghilangan deret yang terbentuk dari dua atom secara berselang seling, </li></ul><ul><li>Deformasi menurut arah lain melibatkan penghilangan deret yang terdiri dari atom-atom sejenis . </li></ul>
  8. 8. STRUKTUR KRISTAL <ul><li>Suatu substansi dimana partikel-partikel (atom/molekul/ion) terkemas rapat bersama-sama melalui suatu cara tertentu dengan energi potensial paling minimum. </li></ul>
  9. 9. UNIT SEL (SEL SATUAN) Unit terkecil dari struktur kristal. Pengulangan unit sel dengan suatu pola tertentu membentuk struktur kristal. Sel satuan (unit sel) Pengulangan sel satuan membentuk struktur kristal (gambar dua dimensi) Ada empat jenis Unit Sel, yaitu : P, I, F dan C P = Primitif (simple) I = Body (badan) F = Face (muka) C = Side (alas)
  10. 10. KISI KRISTAL (LATTICE) Susunan tiga dimensi titik-titik kisi dalam ruang yang menunjukkan pola rangkaian tatanan terulang (unit sel) dari partikel penyusun kristal Parameter Kisi Kristal Panjang Rusuk dinyatakan dengan Notasi : a (sepanjang sumbu x) b (sepanjang sumbu y) c (sepanjang sumbu z) Besar Sudut dinyatakan dengan Notasi :  (sudut zy)  (sudut xz)  (sudut xy)
  11. 11. TUJUH SISTEM KISI KRISTAL DASAR
  12. 13. Penentuan Koordinat Dalam Kisi Kristal Posisi P ditentukan dengan koordinat (qrs) Koordinat q dinyatakan dengan panjang qa pada sumbu x Koordinat r dinyatakan dengan panjang rb pada sumbu y Koordinat s dinyatakan dengan panjang sc pada sumbu z Setiap titik koordinat merupakan bilangan hasil pembagian Koordinat P adalah ( ½ ½ ½)
  13. 14. Contoh: Tentukan Koordinat Titik P <ul><li>Posisi titik P ( ¼ 1 ½) </li></ul>
  14. 15. <ul><li>Tentukan koordinat semua titik kisi untuk unit sel kubus pusat badan (bcc) </li></ul>Jawaban : Ada 8 titik (di setiap sudut) dan 1 di tengah (0 0 0), (1 0 0), (1 1 0), (0 1 0), (0 0 1), (1 0 1), (1 1 1), (0 1 1) (½ ½ ½),
  15. 16. Penentuan Jumlah Atom dalam Unit Sel <ul><li>Bagaimana menghitung jumlah partikel (atom) yang terdapat dalam I unit sel ? </li></ul><ul><li>Perhatikan : </li></ul><ul><li>Atom-atom yang berbeda posisinya dalam sel berbagi dengan unit sel yang lain </li></ul><ul><ul><li>Atom sudut berbagi dengan 8 sel lain, jadi ada 1 /8 atom per sel </li></ul></ul><ul><ul><li>Atom muka (face) berbagi dengan 2 sel lain, jadi ada 1/2 atom per sel </li></ul></ul><ul><ul><li>Atom badan (b ody ) ada 1 atom per sel </li></ul></ul><ul><ul><li>(tidak berbagi dengan sel lain, karena ada di tengah) </li></ul></ul>Perhatikan : Bola yang tergambar pada kisi bukan mewakili satu partikel (atom, molekul,ion) tetapi menunjukkan titik sudut persekutuan dari partikel yang menempati lokasi tersebut fcc
  16. 17. Faktor Kemasan Rapat <ul><li>Bila suatu benda berbentuk bulat disusun membentuk pola tertentu, sehingga satu sama lain saling bersentuhan (terkemas rapat) selalu saja ada rongga/lubang di antara bola-bola tersebut </li></ul><ul><li>Untuk mengetahui efesiensi susunan kemasan rapat dari setiap unit sel, dihitung dari APF (atomic packing factor) atau faktor kemasan rapat unit sel tersebut </li></ul><ul><li>Pertanyaan : Berapa faktor kemasan rapat dari setiap unit sel dalam kristal ? </li></ul>APF x 100 % menunjukkan faktor efesiensi kemasan rapat
  17. 18. Kubus Sederhana/primitif (SC) • Bilangan koordinasi # = 6 (Jumlah atom tetangga) Jumlah atom per unit sel = 1/8 X 8 = 1 atom/sel APF untuk kubik sederhana = 0.52 atau 52 % Volume/atom Volume/unit sel Atom/unit sel
  18. 19. Kubus Berpusat Badan (BCC) APF untuk bcc =  3/8 = 0.68 atau 68 % Panjang rusuk sesuai arah kemasan = 4R =  3.a Setiap unit sel mengandung = 1 + (8 x 1/8) atom = 2 atom/sel Bilangan koordinasi = 8 Volume/unit sel Atom/unit sel Volume/atom Jari-jari atom R = (  3.a) / 4
  19. 20. Kubus Berpusat Muka (FCC ) Bilangan koordinasi = 12 Panjang rusuk sesuai arah kemasan = 4R =  2. a Jari-jari atom =(  2.a )/4 Setiap unit sel mengandung = (6 x ½) + (8 x 1/8) atom = 4 atom/sel APF untuk fcc =  /(3  2) = 0.74 atau 74% Struktur kemasan rapat yang paling mungkin adalah (fcc), karena efesiensinya paling besar Volume/unit sel Atom/unit sel Volume/atom
  20. 21. STRUKTUR KEMASAN RAPAT <ul><li>Struktur kemasan rapat : </li></ul><ul><li>Struktur logam dipandang terbentuk oleh tatanan atom-atom yang terkemas (packing) bersama-sama dalam suatu kristal </li></ul><ul><li>Pada kemasan rapat tatanan atom-atom terkemas meminimalisir terdapatnya rongga-rongga, sehingga energi paling rendah  stabil </li></ul><ul><li>Konsep kemasan rapat mengasumsikan bahwa atom-atom berupa bola yang keras dan memiliki ukuran sama untuk atom yang sama </li></ul>
  21. 22. Pembentukan Lapisan Pertama A  terdapat 6 lubang/rongga Pembentukan Lapisan Kedua Pola AB (lingkaran biru), namun masih terdapat lubang (lingkaran kuning) PENYUSUNAN STRUKTUR KEMASAN RAPAT
  22. 23. Lapisan Kedua Pola A, B menghasilkan dua jenis lubang (rongga), yaitu Lubang Tetrahedral dan Lubang Oktahedral Lubang tetrahedral dikelilingi empat atom tetangga (3-merah dan 1-biru) Lubang oktahedral dikelilingi enam atom tetangga (3-merah dan 1-biru) Lapisan Kedua Bila semua lubang tetrahedral ditutup, lapisan ketiga mengikuti pola ABAB.. Bila semua lubang oktrahedral ditutup, lapisan ketiga mengikuti pola ABCABC.. Terbentuk Struktur Kemasan Rapat Heksagonal (hcp) Terbentuk Struktur Kemasan Rapat kubus pusat muka (fcc)
  23. 24. Lapisan A Lapisan B Lapisan C Lapisan A Pola…ABCABCABC… [Kubus pusat muka (FCC)] Pola…ABABAB… [Kemasan rapat heksagonal(HCP)] Lapisan Pertama A Lapisan Kedua B Proyeksi 2 Dimensi
  24. 25. Gambar tampak samping untuk ccp atau fcc Dengan pola ABC
  25. 26. <ul><li>Pola ABCABC.... = Kemasan rapat kubus ( CCP ) atau </li></ul><ul><ul><li>kubus pusat muka (FCC) : a = b = c ,  =  =  = 90° </li></ul></ul><ul><li>Ada 4 atom di dalam unit sel : </li></ul><ul><li>(0, 0, 0) (0, 1/2, 1/2) (1/2, 0, 1/2) (1/2, 1/2, 0) </li></ul><ul><li>Bilangan koordinasi : 12 </li></ul><ul><li>APF = 0,72 Effesiensi = 72 % </li></ul>
  26. 27. <ul><li>Pola ABABAB.... menghasilkan Kemasan Rapat Hexagonal ( HCP ) </li></ul><ul><li>Unit sel menunjukkan simetri penuh pengulangan Hexagonal : </li></ul><ul><li>a = b , c = 1.63 a ,  =  = 90°,  = 120° </li></ul><ul><li>Ada 2 atom di dalam unit sel : </li></ul><ul><ul><ul><li>(0, 0, 0) (2/3, 1/3, 1/2) </li></ul></ul></ul><ul><li>Bilangan koordinasi : 12 </li></ul><ul><li>APF = 0,72 Effesiensi = 72 % </li></ul><ul><li>untuk rasio ideal rusuk c/a = 1,63 </li></ul>
  27. 28. <ul><li>Beberapa logam berada dalam struktur bukan kemasan rapat, </li></ul><ul><li>Yaitu : Kubus Pusat Badan (BCC) </li></ul><ul><ul><li>APF = 0,68 </li></ul></ul><ul><ul><li>Efesiensi = 68 % </li></ul></ul><ul><ul><li>Bilangan koordinasi = 8 </li></ul></ul><ul><ul><li>Jumlah atom/unit sel = 2 </li></ul></ul>
  28. 29. Perbandingan Struktur Kristal Kemasan Rapat (Close Packing) <ul><li>Struktur kristal Bil koordinasi APF Arah </li></ul><ul><li> Kemasan rapat </li></ul><ul><li>------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ </li></ul><ul><li>Kubus Sederhana (SC) 6 0.52 sudut kubus </li></ul><ul><li>Kubus Pusat Badan (BCC) 8 0.68 diagonal badan </li></ul><ul><li>Kubus Pusat Muka (FCC) 12 0.74 diagonal muka </li></ul><ul><li>Hexagonal (HCP) 12 0.74 sisi hexagonal </li></ul><ul><li>------------------------------------------------------------------------------------------------ </li></ul>
  29. 30. Struktur Kristal Logam <ul><li>Struktur kristal logam berupa struktur kemasan rapat (close packed) </li></ul><ul><li>Kemasan rapat sederhana untuk logam ada dua jenis, yaitu ccp (fcc), dan hcp </li></ul><ul><li>Struktur kemasan rapat pada logam, mengakibatkan logam mempunyai densitas yang tinggi. </li></ul><ul><li>Logam dengan struktur ccp (fcc) mempunyai delapan bidang geser yang simetris, sehingga berhubungan erat dengan kemudahannya untuk dibengkokan atau dibentuk (ditempa) (Contoh : Al, Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Ni dan Pb) </li></ul><ul><li>Logam dengan struktur hcp mempunyai satu bidang geser, sehingga bersifat rapuh (contoh : Co, Mg, Ti dan Zn) </li></ul><ul><li>Beberapa logam dengan elektron valensi rendah mengadopsi struktur bcc yang bukan struktur kemasan rapat, sehingga sifatnya tidak sekeras logam dengan struktur ccp dan hcp (contoh : Ba, Cs, Cr, Fe, K, dan W) </li></ul><ul><li>Beberapa logam dapat mempunyai struktur yang berbeda tergantung pada suhu dan tekanan (disebut polimorfisme) </li></ul>
  30. 31. hc (4H) ; Struktur kemasan rapat kombinasi antara hcp – antikuboktahedron dan ccp - kuboktahedron
  31. 32. Menghitung Densitas Teoritis (  ) <ul><li>(Densitas = massa jenis) </li></ul><ul><li>Densitas, (  ) = massa/volume </li></ul><ul><li>massa = jumlah atom/unit sel x massa tiap atom </li></ul><ul><li>massa tiap atom = massa atom relatif/bil. Avogadro </li></ul><ul><li>Vc = Volume unit sel </li></ul>Massa molar atom (g/mol) Jml atom/unit sel Volume/unit sel (cm 3 /unit sel) Bilangan Avogadro (6 x 10 23 atom/mol)
  32. 33. Densitas teoritis (  ) Contoh : Tembaga (Cu) Struktur kristal = fcc ; 4 atom/unit sel Massa molar atom = 63,55 gram/mol Jari-jari atom R = 0,128 nm (1 nm = 10 -7 cm) Vc = a 3 : untuk fcc , a (pj.rusuk)= 4R/  2 Vc = 4,75 x 10 -23 cm 3 Massa molar atom (g/mol) Jml atom/unit sel Volume/unit sel (cm 3 /unit sel) Bilangan Avogadro (6 x 10 23 atom/mol) Massa jenis (densitas) teoritis =  Cu = 8,89 g/cm3 Bandingkan dengan hasil percobaan (lihat tabel) =  Cu = 8,94 g/cm3 (data dapat dilihat pada tabel di slide berikutnya)
  33. 34. Karakteristik Beberapa Unsur pada 20 o C
  34. 35. Soal Latihan <ul><li>1.Besi Fe mengkristal dengan struktur bcc. Diketahui panjang rusuk adalah 0,2861 nm. Hitung densitas teoritis besi dan jari-jari atomnya ? </li></ul><ul><li>2. Besi juga dapat mengkristal dalam struktur fcc (polimorfisme). Dengan asumsi jari-jari atom tetap. Hitung densitas teoritis besi ? </li></ul>Jawab : 1.  = 7,92 g/cm 3 Jari-jari atom R = 0,124 nm 2.  = 8,66 g/cm 3
  35. 36. DAFTAR RUJUKAN <ul><li>Brady, James E & John R. Holum. 1993. Chemistry, The Study Of Matter and Its Changes . Canada : John Wiley & Sons, Inc. </li></ul><ul><li>Cotton F. Albert & Geoffrey Wilkinsons.1989. Basic Inorganic Chemistry. New Yo rk. : John Wiley & Sons , Inc . </li></ul><ul><li>Gary Wulfsberg, 1991. Principles of Descriptive Inorganic Chemistry. California : University Science Book. </li></ul><ul><li>Huheey. James E. 1983. Inorganic Chemistry. Principles of Structure and Reactivity. Third Ed. New York : Harper & Row. Pub. </li></ul><ul><li>Kristian H,Sugiyarto. 2003. Kimia Anorganik II . (Common Text Book). UNY-JICA .Yogyakarta </li></ul><ul><li>Meisler, G.I & Tarr, D.A. 1991. Inorganic Chemistry. New Jersey: Prentice Hall. Shriver, </li></ul><ul><li>D.F, Atkins,P.W & Langford,C.H. 1996. Inorganic Chemistry 2nd ed. . Tokyo : Oxford University Press </li></ul>

×