Download - 123741305 Struktur Kristal
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
1/22
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sebuah padatan dengan mata telanjang tampak sebagai benda tegar
yang kontinu. Akan tetapi hasil eksperimen telah menunjukkan bahwa
semua padatan disusun oleh satuan dasar dari atom-ataom yang brsifat
diskrit. Atom-atom tersebut tidak terdistribusi secara random tetapi
tersusun dalam susunan yang sangat teratur relatif terhadap atom-atom
yang lain. Susunan dari kelompok atom-atom yang memeliki keteraturan
sangat tinggi tersebut disebut kristal. Terdapat beberapa jenis struktur
kristal bergantung pada geometri dari susunan atom-atomnya.
Pengetahuan tentang struktur kristal dalam Fisika Zat Padat menjadi
sangat penting karena struktur kristal mempengaruhi sifst-sifst fisika dari
padatan
1.2. Rumusan Masalah
erdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya! maka
rumusan masalah dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.
".#.". agaimanakah keadaan suatu kristal$
".#.#. Sebutkanlah beberapa definisi dasar dari kristal
".#.%. Apakah kisi bra&ais dan tujuh sistem kristal$
".#.'. Apakah nomenklatur kristal$
".#.(. agaimanakah jarak antar bidang pada kristal
".#.). agaimnanakah jumlah atom dalam satuan sel suatu kristal
".#.*. Sebutkanlah beberapa struktur kristal
1.3. Tujuan Penulsan
Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.
".%.". +ntuk mengetahui keadaan suatu kristal.
".%.#. +ntuk mengetahui beberapa definisi dasar dari kristal.
".%.%. +ntuk mengetahui kisi bra&ais dan tujuh sistem kristal.
".%.'. +ntuk mengetahui Apakah nomenklatur ,ristal.
".%.(. +ntuk mengetahui jarak antar bidang pada kristal.
Pengantar Fisika Zat Padat Page 1
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
2/22
".%.). +ntuk mengetahui jumlah atom dalam satuan sel suatu ,ristal.
".%.*. +ntuk mengetahui beberapa struktur ,ristal.
1.!. Man"aat Penulsan
Adapun manfaat dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.
"'.". agi penulis! penulisan makalah ini dapat meningkatkan
pengetahuan penulis mengenai kristal
"'.#. agi pembaca! makalah ini diharapkan dapat menambah
pengetahuan pembaca mengenai ,ristal dan bagiannya.
1.#. Met$%e Penulsan
etode yang digunakan dalam penulisan makalah ini adalah metodekepustakaan yaitu menganalisis dan merefleksi ulang berbagai tulisan yang terkait
dengan topik makalah lalu menguraikannya kembali.
BAB II
PEMBAHA&AN
2.1 'ea%aan 'rstal
Pengantar Fisika Zat Padat Page 2
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
3/22
Suatu padatan dikatan menjadi kristal jika atom-atom penyusun padatan
tersusun sedemikian posisi masing-masing atom adalah sangat periodik! seperti
ditunjukkan gambar ".". arak antara dua atom tetangga terdekat sepanjang sumbu
xadalah /a dan sepanjang sumbuyadalah /b0 1 pada manaxdany tidak harus
saling orthogonal2. Sebuah kristal sempurna dipandang memiliki sifat periodik
pada kedua sumbu dari -3 sampai 3. erdasarkan sifat periodisitasnya maka
atom A!! 4 dan seterusnya adalah ekui&alen. 5engan kata lain pengamatan
atom-atom pada setiap titik kisi kristal adalah sama. 6de yang sama menunjukkan
bahwa sebuah kristal memlilki simetri translasi!
7b. "." Susunan priodik dari atom-atom kristal pada dua dimensi
berarti bahwa jika kristal ditranslasi oleh setiap &ektor yang menghubungkan dua
atom katakanlah 8 dalam gambar "." kristal tampat sama seperti sebelum
dilakukan trnslasi! dengan kata lain kristal memiliki sifat in&arian terhadap
translasi
2.2 Be(era)a De"ns Dasar
+ntuk membahas secara tepat tentang struktur kristal! maka dalam hal ini
dikenalkan beberapa definisi-definisi dasar ! yang diterapkan pada kristal dua atau
tiga dimensi.Kisi Kristal! dalam kristallographi hanya sifat-sifat yang muncul dari geometri
kristal yang lebih ditekankan dari pada sifat-sifat yang muncul dari atom-atom
penyusun kristal. 9leh karenanya penggantian satu atom yang menempati sebuah
titik geometri pada posisi kesetimbangan! menghasilkan sebuah pola titik-titik
baru yang memiliki sifat geometri yang sama tapi memiliki sifat fisis yang
berbeda. Pola geometri tersebut disebut kisi kristal! atau sering disebut kisi saja.
Semua atom-atom kisi menempati kisi tersebut.
Pengantar Fisika Zat Padat Page 3
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
4/22
R
A
a
a
a
Terdapat dua kelas kisi yaitu: Kisi Bravais dan kisi non Bravais. 5alam
kisi ra&ais! semua titik-titik kisi adalah ekui&alen! dengan demikian semua atom-
atom dalam kristal adalah sama jenisnya. Sedangkan dalam kisi non ra&ais
beberapa dari titik-titik kisi adalah tidak ekui&alen
Vektor basis! Tinjalah sebuah kisi yang ditunjukkan gambar ".#! dengan koordinat
awal pada titik kisi misalkan dipilih titik A. 5engan demikian &ektor posisi setiap
titik pada titik kisi dinyatakan oleh:
8 ; n"a< n#b < n%c "."
5i mana a! b! dan c adalah tiga buah &ektor yang ditunjukkan dan 1n"n#n%2 adalah
bilangan-bilangan bulat yang nilainya bergantung pada titik kisi.
+ntuk titik 5 1n"n#n%2 ; 1%!%!"2. ,etiga &ektor a,bdan c1yang tidak harus saling
tegak lurus2 membentuk perangkat vektor basisuntuk kisi. 5alam hal pada mana
posisi dari semua titik kisi dapat secara tepat ditentukan oleh persamaan ".".
Perangkat dari semua &ektor-&ektor yang dinyatakan oleh persamaan "." disebut
&ektor-&ektor kisi.
Satuan Sel,angun parallelogram yang sisi-sisinya adalah &ektor basis a, bdan c
disebut satuan sel dari kisi
Pengantar Fisika Zat Padat Page 4
7amabr ".# =ektor basis dari kisi kristal
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
5/22
a
b
c
7b. ".% Satuan sel parallelogram
Satuan sel merupakan bangun geometri terkecil dari suatu kristal! oleh
karena itu kisi dapat dipandang sebagai tersusun dari sejumlah besar satuan sel
yang ekui&alen! seperti pola mosaik.
Atom-atom dalam sebuah kristal disusun dalam sebuah deretan pariodik!
oleh karenanya memungkinkan untuk mengisolasi sebuah satuan sel dari berbagai
jenis kristal. Satuan sel tersebut akan merepresentasikan struktur kristal dari >at
padatan bersangkutan. Sekelompok ion-ion! atom-atom atau melekul-molekul
penyusun padatan kristal dalam satuan sel tersebut membentuk susunan berulang
secara translasi dalam arah tiga dimensi yang ditunjukan gambar ".'.
7ambar ".' 8uang kisi disusun oleh perulangan translasi dari satuan sel
2.3 's Bra*as %an Tujuh &stem 'rstal
Satuan sel diklasifikasi dalam "' kelas ruang kisi sesuai dengan adanya "'
kemungkinan ruang kisi yang berbeda! yang didasarkan pada bentuk
parallelogram dari satuan sel! yang disebut dengan 1! ks Bre*as. 7eometriparallelogram dari satuan sel adalah seperti gambar ".( berikut.
Pengantar Fisika Zat Padat Page 5
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
6/22
7b. ".( Satuan sel parallelogram.
Sebuah ruang kisi adalah sebuah susunan tiga dimensi titik-titik
sedemikian! sehingga masing-masing dari sebuah titik dikelilingi oleh titik-titik
tetangga yang identik. Titik-titik tersebut ditempati ion-ion! atom-atom atau
molekul-molekul sesuai dengan penyusun kristal tersebut! pada mana setiap titik-
titik dalam kisi memiliki komposisi! urutan dan orientasi yang sama. ,e "' kisi
ra&ais ditunjukkan pada gambar ".). 5ari gambar ".) ditunjukkan bahwa ke "'
kisi ra&ais dihasilkan oleh tujuh system kristal sehingga dikenal dengan tujuh
system kristalyang terdiri dari?
&stem 's
Bra*as
&m(ul &"at &atuan
sel
Triklinik Premitif P @ B CDo
a b c
P
onoklinik Premitif
Pusat dasar
P
4
@ ; ; CDo
B
a b c
P
4
9rthorohombi
k
Premitif
Pusat dasar
Pusan
badan
Pusat muka
P
4
6
F
@ ; ; B ; CDo
a b c
P
4
6
F
Tetragonal Premitif
Pusat badan
P
6
@ ; ; B ; CDo
a = b c
P
6
,ubus Premitif
Pusat badan
Pusat muka
P
6
F
@ ; ; B ; CDo
a = b = c
P
6
F
Trigonal Premitif P @ ; ; B
CDoE"#DD
a = b = c
P
eksagonal Premitif P @ ; ; CDo
dan B ; "#Do
a = b c
P
Pengantar Fisika Zat Padat Page 6
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
7/22
1. Triklinik! tidak ada sumbu kisi kristal yang saling tegak lurus! inter&al
perulangan kisi pada ketiga arah sumbu tidak ada yang sama satu dengan yang
lainnya. ,isi kristal ini hanya terdiri dari kisi kristal triklinik sederhana 1P2.
2. . Monoklinik! dua sumbu kristal tidak saling tegak lurus! tapi sumbu
kristal ke tiga tegak lurus pada dua sumbu yang tidak saling tegak lurus! inter&al
perulangan kisi pada masing-masing arah sumbu kristal tidak sama satu dengan
yang lainnya. ,isi kristal monoklinik terdiri dari kisi kristal monoklinik sederhana
1P2 dan kisi kristal monoklinik pusat badan 162.
3. Orthorhombik! sumbu-sumbu kristal satu dengan yang lainnya saling
tegak lurus! tapi inter&al perulangan kisi pada masing-masing arah sumbu kristal
tidak sama. ,isi kristal orthorhombic terdiri dari! kisi kristal orthorhombic
sederhana 1P2! kisi kristal orthorhombic pusat dasar 142! kisi kristal orthorhombic
pusat badan 162! dan kisi kristal orthorhombic pusat muka 1F2.
4. Tetragonal! sumbu-sumbu kristal satu dengan yang lainnya saling tegak
lurus! inter&al perulangan kisi sepanjang dua arah sumbu adalah sama! tapi
inter&al perulangan pada arah sumbu ke tiga tidak sama. ,isi kristal tetragonal
terdiri dari kisi kristal tetragonal sederhana 1P2 dan kisi kristal tetragonal pusat
badan 162.
(.Heksagonal! dua sumbu kristal membentuk sudut )Do! semestara sumbu
ketiga tegak lurus pada dua sumbu yang membentuk sudut )Do. 6nter&al
perulangan sepanjang kedua sumbu yang membentuk sudut )Doadalah sama! tapi
inter&al perulangan pada sumbu ketiga tidak sama.
Pengantar Fisika Zat Padat Page 7
Gb. 1.6 Satuan sel heksa onal
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
8/22
Triklinik Mnklinik P Mnklinik !
"rt#r#$bik P"rt#r#$bik % "rt#r#$bik ! "rt#r#$bik F
Tetragnal P Tetragnal ! &eksagnal P Trignal P
'(b(s P'(b(s F '(b(s !
Struktur satuan heksagonal sederhana sering dikenal dengan struktur
rhombik.seperti ditunjukkan gambar di bawah. Satuan sel heksagonal memiliki
empat sumbu pada mana tiga sumbu saling membentuk sudut "#Doterletak dalam
satu bidang! sedangkan sumbu ke empat tegak lurus terhadap bidang ketiga sumu.
6nter&al perulangan satuan sel pada ketida sumbu adalah sama.
6. Trigonal yang sering disebut hombohe!ral! Sudut dari masing-
masing pasangan sumbu kristal adalah sama tapi tidak CD o! inter&al perulangan
sepanjang ketiga arah sumbu kisi kristal adalah sama.
*. Kubus! sumbu-sumbu kristal satu dengan yang lainnya saling tegak
lurus dan inter&al perulangan kisi pada ketiga arah sumbu adalah sama. ,isi
kristal kubus terdiri dari kisi kristal kubus sederhana 1P2! kisi kristal kubus pusat
badan 162! dan kisi kristal kubus pusat muka 1F2.
Terdapat tiga buah jenis kisi dalam system kubus yaitu? kubus sederhana
1P2! kubus pusat badan 162 dan kubus pusat muka 1F2. Sifat-sifat dari ketiga jenis
kubus tersebut dirangkum pada table D" berikut.
Pengantar Fisika Zat Padat Page )
Gambar 1.7 Ke 14 Kisi Bravais
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
9/22
A
%
*
+
Perlu dicatat bahwa sebuah kisi premitif 1sederhana2 hanya memiliki titik-
titik atom pada sudutnya! kisi pusat badan memiliki satu titik atom tambahan di
pusat selnya! sedangkan sebuah kisi pusat muka memiliki enam titi-titik atom
tambahan pada masing-masing muka sel kisi.
2.! N$menklatur 'rstal
+ntuk menjelaskan fenomena fisis dalam kristal! dapat dilakukan dengan
menggambarkan arah atau bidang kristal. +ntuk menentukan arah dari suatu
kristal 1misalnya seperti pada gambar aa2! maka harus dipilih salah satu titik kisi
pada garis tersebut sebagai sebuah titik awal! misalkan titik A. =ektor kisi yang
menghubungkan A dengan titik-titik kisi yang lain seperti pada garis tersebut
dapat dinyatakan dengan
R; n"a< n#b< n%c
Arah &ektor kisi dapat ditentukan sebagai tiga buah bilangan bulat
[ ]%#" nnn dimana ketiga bilangan bulat tersebut adalah bilangan bulat terkecil.
5engan demikian arah &ektor kisi yang ditunjukkan pada gambar aaa adalah arah
[ ]""".
7b. ".G Arah =ektor ,isi
Sebuah &ektor kisi tidak diartikan sebagai satu garis lurus tertentu! tetapi
meliputi seluruh keseluruhan garis lurus yang sejajar yang merupakan &ektor kisi
yang ekui&alen karena sifat simetri translasi.
ila satuan sel memiliki beberapa simetri rotasi maka akan terdapat
beberapa &ektor kisi yang tidak sejajar 1arah non paralel2 yang akan ekui&alen
Pengantar Fisika Zat Padat Page ,
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
10/22
-
.
p
/
0
kerena sifat simetri. 5alam kristal kubus aran
[ ]"DD!
[ ]D"D dan
[ ]DD" adalah
ekui&alen. Arah yang ekui&alen dari
[ ]%#"
nnn
dinyatakan dengan%#"
nnn
.
isalnya dalam sistem kubus simbul
"DD
menyatakan enam arah &ektor kisi
yaitu
[ ]"DD!
[ ]D"D!
[ ]DD"!
DD"
!
D"D
dan
"DD
. Tanda negatif di atas bilangan
menyatakan sebuah harga negatif. egitu pula dengan
"""
menyatakan semua
diagonal ruang dari kubus. 5i mana arah
"DD
dan
"""
tidak ekui&alen.
"i!ang bi!ang kristal !an in!ek Miller
5alam kristal terdapat banyak bidang-bidang kristal! pada setiap bidang
kristal terdapat sejumlah atom-atom atau molekul-molekul penyusun kristal yang
menempati titik kisi. Atom-atom ini berfungsi mengatur pola-pola difraksi yang
sesuai dengan struktur kristal yang bersangkutan dalam difraksi sinar H.
Indeks Miller digunakan untuk mengidentifikasi suatu bidang dalam
kristal.Indeks Millerdidefinisikan sebagai bilangan bulat terkecil dari kebalikan
perpotongan bidang pada sumbu utama kristal.
5ari gambar bb bidang kristal
memotong sumbu H! y dan >
masing-masing pada p!I dan r atau
dinyatakan dengan JpIrK maka
dalam indeks iller bidang tersebut
dinyatakan dengan bidang 1hkl2
yaitu
1hkl2 ;
rqp"""
Pengantar Fisika Zat Padat Page 1
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
11/22
A%
+*
F
&
A%
+*
F
&
A%
+*
F
&
dengan
rqp"""
merupakan bilangan-
bilangan bulat terkecil.
Prosedur dalam menentukan indeks iller adalah sebagai berikut?
". ika bidang melalui titik awal! buat bidang paralel lainnya di dalam sel
satuan dengan translasi. Atau dengan membuat titik awal lain di sudut lain
sel satuan.
#. idang yang dicari bisa berpotongan atau sejajar dengan sumbu. Panjang
bidang yang berpotongan ditulis dalam satuan parameter kisi a! b dan c.
%. Ambil kebalikan dari angka-angka perpotongan tersebut. idang yang
sejajar dengan sumbu dianggap berpotongan di tak berhingga sehingganya
kebalikannya adalah nol.
'. ila perlu robah ketiga bilangan ini ke bilangan bulat terkecil dengan
mengali atau membaginya dengan suatu faktor tertentu.
(. Tulis indeks ini tanpa koma dengan diapit tanda kurung biasa! 1h k l2.
+atatan, -ka n%eks negat" tan%a negat" %tuls %engan str) %atas n%eks.
4ontoh
ika bidang pada gambar bb memotong sumbu H pada %a dan memotong sumbu y
pada #b dan memotong sumbu > pada )c maka JpIrK ; J%#)K! dengan demikian
indeks iller bidang tersebur adalah 1hkl2 ;
( )#%")
"
#
"
%
"=
sengan demikian
bidang tersebut dikenal memiliki indeks iller 1hkl2 ;
( )#%"
5alam kristal terdapat banyak sekali bidang-bidang kristal yang semuanya
dapat diidentifikasi dengan menyatakan indeks iller bidang tersebut. Setiap
bidang-bidang yang satu dengan yang lainnya saling sejajar akan memiliki indek
iller yang sama.
Perhatikan gambar
Pengantar Fisika Zat Padat Page 11
7b. ".C idang ,ristal
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
12/22
1"DD2 1""D2 1"""2
5ari gambar cc menunjukkan bahwa titik-titik potong bidang A45 pada
sumbu-sumbu kristal adalah JpIrK ; J"L LK artinya bidang A45 memotong satu-
satuan sumbu H dan memotong sumbu y dan sumbu > di tak hingga! dengan
demikian indeks iller bidang A45 adalah 1hkl2 ( ( )"DD
""
"
"=
! sehingga
bidang A45 dikenal dengan bidang 1"DD2. 5engan cara yang sama dapat
ditentukan indeks iller bidang 47F adalah 1D"D2 dan indeks iller bidang
547 adalah 1DD"2.
+ntuk menentukan indeks iller bidang yang memotong sumbu di titik D!
dapat dilakukan sebagai berikut:
- ika bidang memotong sumbu kristal di titik D maka untuk
menentukan indeks titik potong bidang tersebut pada sumbu kristal
bidang tersebut dapat dimajukan atau dimundurkan sepanjang satu-
satuan sumbu kristal. Sehingga titik potong bidang tersebut pada
sumbu kristal menjadi " atau M"
- idang-bidang yang sejajar pada suatu sumbu kristal memiliki titik
potong pada sumbu tersebut di jauh tak hingga.
Sehingga ketentuan di atas! maka bidang NF7 dapat memiliki titik-titik
potong sumbu JpIrK ; J"L LK atau JpIrK ; J"
L LK tanda minus menyatakan bahwa
bidang memotong sumbu pada M". adi indeks iller bidang NF7 adalah 1"DD2
atau 1"
DD 2. 5emikian selanjutnya dapat ditentukan bahwa bidang A5N
memiliki indek iller 1D"D2 atau 1D"
D 2 dan bidang ANF memiliki indeks iller
Pengantar Fisika Zat Padat Page 12
b 2 %idangbidang
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
13/22
%idang #kl8
d#kl
-
.
r
1DD"2 atau 1DD"
2. idang-bidang tersebut disebut bidang muka kristal. idang-
bidang dengan indeks iller yang sama merupakan bidang-bidang kristal yang
sejajar.
idang A7 dalam kristal disebut bidang diagonal! yang memiliki
indeks miller 1"D"2! demikian juga dengan bidang-bidang diagonal yang lainnya.
Pada sistem kristal kubus terdapat bidang sebanyak dua belas bidang yang
ekui&alen yakni memiliki indek miller: 1""D2! 1"D"2! 1D""2! 1"
" D2! 1""
D 2! 1"D"
2! 1
"
D" 2! 1D
"
"2! 1D"
"
2! 1
" "
D2! 1
"
D
"
2! dan 1D
" "
2.+ntuk bidang AF merupakan bidang yang dibentuk oleh tiga diagonal
muka! di mana indeks miller bidang tersebut adalah 1"""2. 5engan menggunakan
aturan penentuan indeks iller idang maka pada bidang yang dibentuk oleh tiga
diagonal muka dapat ditentukan sejumlah delapan bidang yang memiliki indek
miller 1"""2! 1"""
2! 1""
"2! 1"
""2! 1" "
"2! 1"
""
2! 1"" "
2 dan 1" " "
2.
2.# -arak Antar B%ang
Pada difraksi sinar-H pada sebuah kristal! yang harus diketahui adalah
jarak interplanar antara dua bidang dengan indek iller 1hkl2 yang dinyatakan
dengan dhkl. +ntuk menentukan jarak interplanar antara dua bidang 1hkl2
bergantung pada struktur kristal. 5alam hal ini pembahasan dibatasi untuk kristal
yang ketiga sumbunya saling tegak lurus
.
Pengantar Fisika Zat Padat Page 13
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
14/22
Gb !" #arak antar bidang se#a#ar
5ari gambar dd bidang yang sejajar dengan bidang 1hkl2 adalah suatu bidang yang
melalui titik 1DDD2! jarak antara kedua bidang adalah dhklmerupakan panjang dari
garis normal dari titik 1DDD2 terhadap bidang. isalkan sudut yang dibentuk antara
garis normal tersebut terhadap masing-masing sumbu kristal adalah @!! dan B dan
titik potong-titik potong bidang 1hkl2 dengan sumbu kristal adalah p!I dan r maka
dapat diperoleh:
dhkl= p cos $ = q cos % = r cos &
dari hubungan cos!$ ' cos!% ' cos!& = "! maka jika dipecahkan untuk cos $,
cos %! dan cos &maka diperoleh:
( )#
"
"""
###
"
rqp
hkld
++
=
sedangkan p!I dan r berhubungan dengan indeks iller h!k dan l yaitu:
h ;p
an
: k ;q
bn
! dan l ;r
cn
! dengan n menyatakan faktor yang digunakan
untuk mereduksi indek miller menjadi bilangan bulat terkecil yang mungkin. 5ari
persamaan ".' diperoleh:
#
"
#
#
#
#
#
#
++
=
c
l
b
k
a
h
hkl nd
dengan demikian jarak antar bidang 1"""2 untuk sistem kubus adalah d"""= na()*
dengan aadalah sisi kubus! karena khusus untuk kristal sistem kubus n ; " dan a
= b = c.
2./ -umlah At$m %alam &atuan &el
Pengantar Fisika Zat Padat Page 14
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
15/22
a '(b(s 9eder#anab '(b(s P(sat %adan'(b(s P(sat M(ka
Pada setiap titik-titik kisi dalam kristal ditempati oleh atom-atom
penyusun kristal yang bersifat sangat periodik. umlah atom-atom penyusun
kristal dalam satu satuan sel kristal bergantung pada struktur kristal bersangkutan.
+ntuk lebih jelasnya pada bagian ini dibahas beberapa struktur kristal sederhana
dari sistem kubus 1Oasa! #DD'2.
K+b+s sederhana -.!
Struktur kristal kubus sederhana ditunjukkan oleh gambar #.#a pada
masing-masing titik sudut kubus ditempati masing-masing oleh bagian atom.
5engan demikian dalam kristal sistem kubus sederhana dalam satu satuan selnya
ditempati oleh satu atom penyusun kristal.
K+b+s p+sat badan I.!
Sruktur kristal kubus pusat badan ditunjukkan oleh gambar #.#b pada
masing-masing titik sudut kubus ditempati masing-masing oleh bagian atom
sehingga dari kedelapan titik sudut secara komulatif disusun oleh satu buah atom.
Atom yang menempati pusat kubus adalah sebuah atom utuh. 5engan demikian
dalam kristal system kubus pusat badan dalam satu satuan selnya ditempati oleh
dua atom penyusun kristal.
K+b+s p+sat /+ka 02!
Struktur ,ristal kubus pusat muka ditunjukkan oleh gambar #.#c pada
masing-masing titik sudut kubus ditempati oleh masing-masing oleh bagian
atom sehinggga dari kedelapan titik sudut secara komulatif disusun oleh satu buah
atom. Atom yang menempati muka pusat kubus adalah Q bagian atom! karena
dalam kubus karena dalam kubus terdapat enam pusat muka secara komulatif
yang menempati pusat muka adalah tiga buah atom. 5engan demikian dalam
kristal system kubus pusat muka dalam satu satuan selnya ditrmpati oleh empat
atom penyusun kristal.
Pengantar Fisika Zat Padat Page 15
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
16/22
5ari ganbar #.# diatas maka dimensi satuan sel dari masing-masing
struktur kristal kubus dapat dihubungkan dengan jejari atom-atom penyusun
kristal. +ntuk menentukan hubungan dimensi satuan sel dengan jejari atom
diasumsikan bahwa atom penyusun kristal dianggap sebagai sebuah bola pejal.
5engan demikian jika dimensi satuan sel kubus adalah d dan jejari atom adalah r
maka dapat dibuktikan bahwa untuk struktur kristal kubus sederhana 1P2 diperoleh
d R#r! untuk struktur kristal kubus pusat badan dr
4
33 sedangkan untuk
struktur kristal kubus pusat maka d 22r .
5engan anggapan bahwa atom-atom dalam kristal suatu >at padat sebagai
bola pejal maka dalam kristal sebagian besarnya adalah merupakan ruang kosong.
+ntuk struktur kristal kubus dimensi satuan sel kristal dapat ditentukan oleh
beberapa faktor yaitu: massa jenis padatan kristal 12! massa atom kristal 12! dan
struktur kristal itu sendiri. +ntuk menentukan dimensi satuan sel kristal dilakukan
dengan cara sebagai berikut:
Tinjaulah sebuah suatu jenis kristal dengan struktur kristal kubus yang
dimensi satuan selnya adalah @ yang menyatakan sisi-sisi kubus tersebut disusun
oleh atom-atom yang memiliki massa atom . dalam satuan selnya terdapat n
atom sesuai dengan struktur kristalnya. ,ristal memiliki massa jenis yang
menyatakan jumlah massa kristalpersatuan &olume kristal telah diketahui bahwa:
=m
V
umlah molekul atau atom penyusun kristal dapat ditentukan dengan?
Pengantar Fisika Zat Padat Page 16
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
17/22
n=m
MN
0
5imana Dmenyatakan bilangan A&ogadro! dengan menyatakan bahwa =
; a%! maka dari persamaan UUU..dengan UUUU. 5iperoleh hubungan?
a=( n .M .N0 )3
4atatan? untuk ,ristal kubus sederhana n ; "! ,ristal kubus pusatt badan n
; # dan ,ristal kubus pusat muka n ; ' 1Oasa! #DD'2.
2.0 Be(era)a &truktur 'rstal
a. ,ristal logam
,isi kristal logam terdiri atas atom logam yang terikat dengan ikatan
logam. Nlektron &alensi dalam atom logam mudah dikeluarkan 1karena energi
ionisasinya yang kecil2 menghasilkan kation. ila dua atom logam saling
mendekat! orbital atom terluarnya akan tumpang tindih membentuk orbital
molekul. ila atom ketiga mendekati kedua atom tersebut! interaksi antar
orbitalnya terjadi dan orbital molekul baru terbentuk.
Sifat-sifat logam yang bemanfaat seperti kedapat-tempa-annya! hantaran
listrik dan panas serta kilap logam dapat dihubungkan dengan sifat ikatan logam.
isalnya! logam dapat mempertahankan strukturnya bahkan bila ada deformasi.
al ini karena ada interaksi yang kuat di berbagai arah antara atom 1ion2 dan
elektron bebas di sekitarnya 17ambar #.%2.
7ambar #.% 5eformasi sruktur logam.
Pengantar Fisika Zat Padat Page 17
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
18/22
Vogam akan terdeformasi bila gaya yang kuat diberikan! tetapi logam
tidak akan putus. Sifat ini karena interaksi yang kuat antara ion logam dan
elektron bebas 1Takeuchi! #DDG2.
b. ,ristal ionik
,ristal ionik semacam natrium khlorida 1a4l2 dibentuk oleh gaya tarik
antara ion bermuatan positif dan negatif. Susunan ion dalam kristal ion yang
paling stabil adalah susunan dengan jumlah kontak antara partikel bermuatan
berlawanan terbesar! atau dengan kata lain! bilangan koordinasinya terbesar.
amun! ukuran kation berbeda dengan ukuran anion! dan akibatnya! ada
kecenderungan anion yang lebih besar akan tersusun terjejal! dan kation yang
lebih kecil akan berada di celah antar anion 1Anonim! #DDC2.
5alam kasus natrium khlorida! anion khlorida 1jari-jari D!"G" nm2 akan
membentuk susunan kisi berpusat muka dengan jarak antar atom yang agak
panjang sehingga kation natrium yang lebih kecil 1D!DCG nm2 dapat dengan mudah
diakomodasi dalam ruangannya 17ambar G.C1a22. Setiap ion natrium dikelilingi
oleh enam ion khlorida 1bilangan koordinasi ; )2. 5emikian juga! setiap ion
khlorida dikelilingi oleh enam ion natrium 1bilangan koordinasi ; )2 Takeuchi:
#DDG2.
7ambar #.' Struktur kristal natrium khlorida
Pengantar Fisika Zat Padat Page 1)
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
19/22
5alam cesium khlorida! ion cesium yang lebih besar 1D!")Gnm2 dari ion
natrium dikelilingi oleh G ion khlorida membentuk koordinasi G?G. 6on cesium
maupun khlorida seolah secara independen membentuk kisi kubus sederhana! dan
satu ion cesium terletak di pusat kubus yang dibentuk oleh G ion khlorida.
7ambar #.( Struktur kristal cesium khlorida.
Setiap ion dikelilingi oleh delapan ion dengan muatan yang berlawanan.
Struktur ini juga bukan struktur terjejal 1Anonim! #DDC2.
c. ,ristal olekular
,ristal dengan molekul terikat oleh gaya antarmolekul semacam gaya &an
der Waals disebut dengan kristal molekul. ,ristal yang didiskusikan selama ini
tersusun atas suatu jenis ikatan kimia antara atom atau ion. amun! kristal dapat
terbentuk! tanpa bantuan ikatan! tetapi dengan interaksi lemah antar molekulnya.
ahkan gas mulia mengkristal pada temperatur sangat rendah. Argon mengkristal
dengan gaya &an der Waaks! dan titik lelehnya -"GC!#X4. Padatan argon
berstruktur kubus terjejal.
olekul diatomik semacam iodin tidak dapat dianggap berbentuk bola.
Walaupun tersusun teratur di kristal! arah molekulnya bergantian. amun! karena
strukturnya yang sederhana! permukaan kristalnya teratur. 6ni alasannya mengapa
kristal iodin memiliki kilap.
Pengantar Fisika Zat Padat Page 1,
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
20/22
7ambar #.) Struktur kristal iodin.
Pola penyusunan kristal senyawa organik dengan struktur yang lebih rumit
telah diselidiki dengan analisis kristalografi sinar-Y. entuk setiap molekulnya
dalam banyak kasus mirip atau secara esensi identik dengan bentuknya dalam fasa
gas atau dalam larutan.
d. ,ristal ko&alen
anyak kristal memiliki struktur mirip molekul-raksasa atau mirip
polimer. 5alam kristal seperti ini semua atom penyusunnya 1tidak harus satu
jenis2 secara berulang saling terikat dengan ikatan ko&elen sedemikian sehingga
gugusan yang dihasilkan nampak dengan mata telanjang. 6ntan adalah contoh khas
jenis kristal seperti ini! dan kekerasannya berasal dari jaringan kuat yang
terbentuk oleh ikatan ko&alen orbital atom karbon hibrida sp%. 6ntan stabil sampai
%(DDX4! dan pada temperatur ini atau di atasnya intan akan menyublim.
,ristal semacam silikon karbida 1Si42natau boron nitrida 12nmemiliki struktur
yang mirip dengan intan. 4ontoh yang sangat terkenal juga adalah silikon
dioksida 1kuarsa: Si9#2. Silikon adalah tetra&alen! seperti karbon! dan mengikat
empat atom oksigen membentuk tetrahedron. Setiap atom oksigen terikat pada
atom silikon lain. Titik leleh kuarsa adalah "*DD X4.
Pengantar Fisika Zat Padat Page 2
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
21/22
;;
;
;
-
7/24/2019 123741305 Struktur Kristal
22/22
aterial seperti ini disebut dengan kristal cair. olekul yang dapat menjadi kristal
cair memiliki fitur struktur umum! yakni molekul-molekul ini memiliki satuan
struktural planar semacam cincin ben>en. 5i 7ambarU..! ditunjukkan beberapa
contoh ristal cair 1Takeuchi! #DDG2.
7ambar #.C eberapa contoh kristal cair
Pengantar Fisika Zat Padat Page 22