makalah fisika zat padat_kelompok iii

7/25/2019 Makalah Fisika Zat Padat_Kelompok III

1/39

IKATAN KRISTAL DAN KONSTANTA ELASTIK

MAKALAH

Disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Fisika Zat Padat

Dosen : Dr!"#iendartun$ %Si

Disusun oleh

Anisa Fitri %andagi &'())'**+

Ida Prati,i &'())-.(+

Kania /alih !a0sari &'()11*2+

PROGRAM STUDI FISIKA

DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

2015


2/39

KATA PENGANTAR

Pu"i dan S3ukur Penulis Pan"atkan ke hadirat Allah S#T karena 4erkat lim5ahan Rahmat

dan Karunia6N3a sehingga 5enulis da5at men3usun makalah ini te5at 5ada ,aktun3a %akalah

ini 3ang 4er"udul 7Ikatan Kristal dan Konstanta Elastik8Dalam 5en3elesaian makalah ini$ terda5at 4e4era5a ham4atan 3ang harus 5enulis hada5i

Namun 5enulis men3adari 4ah,a kelan9aran dalam 5en3usunan makalah ini tidak terle5as dari

4antuan$ dorongan$ serta motiasi dari 4e4era5a 5ihak %aka dari itu$ 5enulis mengu9a5kan

terimakasih ke5ada 5ihak65ihak 3ang telah mem4antu dalam 5en3usunan makalah ini

Penulis men3adari 4ah,a makalah ini masih "auh dari kesem5urnaan 4aik dari 4entuk

5en3usunan mau5un materin3a Kritik konstrukti0 dari 5em4a9a sangat 5enulis hara5kan untuk

5en3em5urnaan makalah 3ang 4er"udul 7Ikatan Kristal dan Konstanta Elastik8

Penulis 4erhara5 semoga makalah ini da5at 4erman0aat 4agi 5em4a9a dan da5at di"adikan

se4agai motiasi 5em4a9a untuk mengka"i "udul makalah ini "auh le4ih dalam dari a5a 3ang telah

5enulis ka"i

;andung$ 2)'1

Penulis

1


3/39

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR i

DAFTAR ISI ii

BAB I PENDAHULUAN 1

'' Latar ;elakang


4/39

2. $"i&$"i A#o-.................................................................................................................20

2?' @ari6"ari Ikatan Ionik2'

2.* An$%isis R,$n,$n E%$s#is..............................................................................................22

2.An$%isis R,$n,$n E%$s#is4 Ko-!onn Rn,,$n,$n...................................................25

2.. P-n'$n %$s#i( /$n Kons#$n#$ K($('$n............................................................25

2*' Ra5at Energi Elastik2?

2*2 Konstanta kekakuan elastis kristal ku4ik2-

2.10 G%o-6$n, E%$s#is !$/$ K'6is K"is#$%.......................................................................2

2')' /elom4ang dalam arah '))B('

2')2 /elom4ang dalam arah '')B('

BAB III PENUTUP..3+

(' Rangkuman


5/39

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 L$#$" B%$($n,

Si0at Cat 5adat selain 4ergantung ke5ada "enis atom6atom 5en3usunn3a "uga 4ergantung

5ada struktur materialn3a$ 3aitu 9ara 5en3usunan atom di dalam Cat 5adat Zat 5adat meru5akan

Cat 3ang memiliki struktur 3ang sta4il Keseta4ilan struktur Cat 5adat dise4a4kan oleh adan3a

interaksi antara atom mem4entuk suatu ikatan Kristal

Istilah Kristal memiliki makna 3ang sudah ditentukan dalam ilmu material dan 0isika Cat

5adat Dalam kehidu5an sehari6hari kristal termasuk 5ada 4enda 5adat 3ang menun"ukkan 4entuk

geometri tertentu ;er4agai 4entuk kristal da5at ditemukan di alam

;entuk64entuk kristal ini 4ergantung 5ada "enis ikatan molekuler antara atom6atom untuk

da5at menentukan struktur kristal dan "uga keadaan ter4entukn3a kristal terse4ut ontoh kristal

3ang ada di alam 3aitu 4unga$ sal"u$ intan dan garam da5ur Struktur kristal ter"adi 5ada semua

kelas material$ dengan semua "enis ikatan kimia Kristal ikatan ion da5at ter4entuk saat

5emadatan garam$ 4aik dari lelehan 9airan mau5un kondensasi larutan

%aterial 5olimer umumn3a akan mem4entuk 4agian64agian kristal$ namun 5an"ang

molekul6molekuln3a 4iasan3a men9egah 5engkristalan men3eluruh Ikatan =an der #aals da5at

4er5eran dalam struktur kristal Ikatan =an der #aals meru5akan ikatan 3ang le4ih lemah "ika

di4andingkan dengan ikatan koalen dan ikatan logam

1.2 R'-'s$n M$s$%$

;erdasarkan latar 4elakang di atas maka di5eroleh rumusan masalah se4agai 4erikut$' A5a 3ang dimaksud dengan ikatan =an der #aals 5ada ikatan Kristal2 A5a 3ang dimaksud dengan inteaksi re5ulsi0 5ada ikatan kristal( ;agaimana menghitung keseim4angan konstanta kisi. A5a 3ang dimaksud dengan energi kohesi0

1 A5a 5engertian kristal ionik? A5a 5engertian kristal koalen- A5a 5engertian ikatan logam> A5a 5engertian ikatan hidrogen

1


6/39

* A5a 3ang dimaksud dengan analisis tegangan elastis') A5a 3ang dimaksud dengan 5emenuhan elastik dan konstanta kekakuan'' A5a 3ang dimaksud dengan gelom4ang elastik dalam kristal ku4ik

1.3 T''$n

' %ende0inisikan Kristal6kristal gas mulia2 %enghitung keseim4angan kostanta kisi( %ende0inisikan Kristal ionik. %ende0inisikan Kristal koalen1 %ende0inisikan ikatan logam dan ikatan hidrogen? %ende0inisikan analisis tegangan elastik- %ende0inisikan 5emenuhan elasti9 dan konstanta kekakuan> %ende0inisikan gelom4ang elastik dalam kristal ku4ik

1.+ Sis#-$#i($ Pn'%is$n

ntuk mem5ermudah 5enulis dan 5ara 5em4a9a maka 5enulisan makalah ini

menggunakan sistematika se4agai 4erikut:

;A; I PENDA!LANDalam 4a4 ini 5enulis men"elaskan tentang latar 4elakang$ 5erumusan masalah$ tu"uan

dan sistematika 5enulisan

;A; II PE%;A!ASAN

Dalam 4a4 ini 5enulis men"elaskan tentang teori atau konse56konse5 3ang digunakan

se4agai dasar 5emikiran untuk men"elaskan tentang masalah 3ang akan di4ahas$ se5erti Ikatan

Kristal dan Konstanta Elastis

;A; III PENTP

Dalam 4a4 ini 5enulis men"elaskan tentang kesim5ulan dan saran tentang makalah

terse4ut

2


7/39

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Kons! K"is#$%&("is#$% G$s M'%i$

2.1.1. In#"$(si V$n D" 7$$%s&Lon/on

Ikatan =an Der #aals 4iasan3a ter"adi 5ada golongan gas mulia =III A 3aitu Ne$ Ar$ Kr$

Ge$ Rn ntuk 4entuk64entuk gas atom mulia$ "ika suhun3a diturunkan maka 5erilakun3a

4eru4ah dari gas men"adi 5adatan 3ang memiliki ikatan 3ang dise4a4kan oleh momen di5ol

magnet Energi kisi ter"adi 4ila ga3a kom5resi dengan ga3a tegangan tali dalam keadaan

setim4ang sama dengan nol

3


8/39

Osi%$#o" H$"-onis

!amiltonian untuk sistem se4elum 4erinteraksi

4


9/39

%aka dida5at

!amiltonian dengan 4entuk 5ersamaan &(+ untuk !' da5at men"adi diagonal oleh mode normal

trans0ormasi

!amiltonian !oH!' setelah trans0ormasi &1+ dan &?+

Dua 0rekuensi 5asangan osilator ditemukan dari 5ersamaan &-+ men"adi

Dengan o adalah &/m+1/2

Energi sistem :

5


10/39

6


11/39

7


12/39

2. 1.2. In#"$(si Rs!'%si8

@ika dua atom saling tum5ang tindih sehingga mengu4ah energi elektrostatik sistem

Energi 3ang tum5ang tindih dise4ut re5ulsi0 Pada 4agian 3ang sem5it re5ulsi0$ sedangkan

4agian 3ang le4ar mengaki4atkan 5rinsi5 larangan 5auli Pern3ataan 3ang mendasari 5rinsi5 ini

adalah dua 4uah elektron tidak 4oleh memiliki se5erangkat 4ilangan kuantum 3ang sama$ se5erti

ditun"ukkan 5ada gam4ar . dan gam4ar 1

8


13/39

Ketika distri4usi muatan dari dua 4uah atom saling tum5ang tindih$ sehingga ter"adi

ke9enderungan untuk elektron 5ada atom ; untuk menem5ati 4agian daerah dari atom A 3ang

telah ditem5ati se4elumn3a oleh elektron A dan 4egitu 5un se4alikn3a

2. 1.3.Ksi-6$n,$n Kon#$n#$ Kisi

Ketika energi kinetik atom gas mulia dia4aikan$ energi kohesi0 kristal gas mulia di4erikan

oleh 5em"umlahan 5otensial Lennard6@ones &')+ seluruh atom 5ada kristal

9


14/39

@ika N atom dalam kristal$ energi total 5otensial adalah

Pen"umlaah dalam &''+ telah diealusai dan untuk struktur 099

10


15/39

2. 1.+.En",i Kosi8

Energi kohesi0 kristal gas mulia mutlak nol dan 5ada keadaan nol dihasilkan oleh

su4stitusi &'2+ dan &'.+ dalam &''+:

Sama untuk semua gas mulia Ini adalah 5erhitungan energi kohesi0 ketika atom dalam

keadaan diam Juantum6mekanika koreksi 4ertindak untuk mereduksi ikatan oleh 2>$ ')$ ?$ dan. 5ada 5ersamaan &'?+ untuk Ne$ Ar$ Kr$ dan Ge$ se9ara ke4etulan

2.2 K"is#$% Ioni(

Ikatan ionik ter4entuk dari ion 5ositi0 dan negati0 3aitu kation &H+ dan anion &6+ ikatan

ionik ter"adi karena ga3a tarik elektrostatik antara ion 5ositi0 dan ion negati0 ontoh ikatan

ionik: NaHH l6 Nal

Keduan3a memiliki 5er4edaan elektronegatiitas 3ang 4esar$ sehingga 5asangan elektron

3ang mem4entuk ikatan le4ih 4an3ak tertarik oleh atom l semakin 4esar 5er4edaan

elektronegati0itasn3a makin 4esar 5ula karakter ionikn3a Dalam 4entuk 5adat$ struktur ionik

se5erti Nal$ setia5 NaHdikelilingi oleh ? l 5ada "arak 3ang sama$ setia5 l 6dikelilingi oleh ?

NaH "uga 5ada "arak 3ang sama$ 3ang menun"ukkan 4ah,a setia5 NaH ditarik oleh ? l6dengan

kekuatan 3ang sama$ setia5 l6"uga ditarik oleh ? NaHdengan kekuatan 3ang sama ;entuk 5ada

ini han3a larut dalam 5elarut 5olar &air+ 3ang da5at memutus ikatan ionik dengan si0at

5olaritasn3a dan mem4entuk ion hidrat &ion 3ang diseli5uti dengan mantel air+ Energi 5er satuan

molekul kristal natrium klorida adalah &-$*61$' H ($?+ ?$. e= le4ih rendah dari5ada 5emisahan

energi atom netral energi kisi dengan ion 5emisah adalah -$* e= 5er unit molekul se5erti 3ang

ditun"ukkan 5ada gam4ar - dan gam4ar >

11


16/39

%aka energi kohesi0 energi elektrostatis M energi ionisasi H a0initas elektron

12


17/39

-$* e= M 1$' e= H ($? e=

?$. e=

K$"$(#"is#i( I($#$n Ion

Ada 4e4era5a karakteristik ikatan ion 3aitu :

' Ikatan ion mudah larut dalam air serta 4e4era5a 5elarut 5olar lainn3a

2 Ketika sen3a,a ion dilarutkan dalam 5elarut untuk mem4entuk larutan homogen$ larutan

9enderung menghantarkan listrik

( Sen3a,a ion memiliki titik leleh 3ang tinggi

2.2.1. En",i E%(#"os#$#i( $#$' En",i M$/%'n,

Energi %adelung meru5akan interaksi antar atom i &atom a9uan+ dengan atom6atom "

3ang lain &i"+ din3atakan dengan energi interaksi i"$ se5erti ditun"ukkan 5ada 5ersamaan rumus

'-

Keterangan :

i" : interaksi atom i dengan atom "

13


18/39

i : "umlah antara interaksi 9oulom4 dengan interaksi tolak6menolak

Ri" : "arak antar atom6atom i dengan atom "

%isalkan "umlah molekul : N 4uah$ maka "umlah ion 2N

@arak antara dua ion 3ang 4erdekatan

Dimana Z adalah "umlah atom terdekat

Pada "arak seim4ang &euali4rium+ &R Ro + 5ada T )K

14


19/39

Nilai energi ionik ditun"ukkan 5ada 5ersamaan 2)

2)

Energi %adelung :

2.2.2 E)$%'$si Kons#$n#$ M$/%'n,

Perhitungan 5ertama konstanta energi 9oulom4 di4uat oleh %adelung %etode umum

3ang kuat untuk 5erhitungan "umlah kisi kemudian dikem4angkan oleh E,ald dan

dikem4angkan dalam lam5iran kom5uter ; sekarang digunakan untuk 5erhitungan 5ada

kom5uter

De0inisi konstanta %adelung 3aitu 5ada 5ersamaan 2'$

2'

Pada 5ersamaan 2) untuk menda5atkan kristal 3ang sta4il mem4utuhkan nilai 5ositi0

"ika kita mengam4il re0erensi ion 4ermuatan negati0$ tanda 5lus &H+ akan 4erlaku untuk ion

5ositi0 dan tanda minus &6+ untuk ion negati0 De0inisi ekuialen adalah

Dimana r" adalah "arak dari ion " dan R adalah "arak antar ion 3ang 4erdekatan Nilai 3ang

di4erikan dari tergantung dari "arak antar ion 3ang 4erdekatan &R+ atau dalam hal 5arameter

kisi Ditun"ukkan 5ada gam4ar *

15


20/39

Se4agai 9ontoh kita menghitung konstanta %adelung untuk garis ion 3ang tak ter4atas

dengan memilih ion negati0 se4agai ion re0erensi 5ada /am4ar *$ dan R se4agai "arak antar ion

3ang 4erdekatan$ maka

16


21/39

2.3. K"is#$% Ko)$%n

Ikatan koalen diartikan se4agai ikatan antara dua atom dengan 5emakaian 4ersama

se5asang elektron atau le4ih Ikatan koalen ter"adi karena ke9enderungan atom6atom untuk

men9a5ai gas mulia Ikatan koalen ter4entuk dari atom6atom unsur 3ang memiliki a0initas

elektron le4ih tinggi serta 4eda keelektronegati0ann3a le4ih ke9il di4andingkan ikatan ion

Pengikatan molekul hidrogen adalah 9ontoh sederhana dari ikatan koalen Pada /am4ar

diatas$ ter"adi ketika s5in dari dua elektron 3ang anti5aralel S5in dari dua elektron 3ang

anti5aralel saling mengikat dan tergantung 5ada orientasi s5in relati0$ 4ukan karena ada kekuatan

di5ol magnet 3ang kuat$ teta5i karena 5rinsi5 Pauli memodi0ikasi distri4usi muatan sesuai

dengan orientasi s5in Energi 9oulom4 4ergantung 5ada s5in 3ang dise4ut exchange interaction

&interaksi 5ertukaran+

Energi hidrogen molekul &!2+ dise4ut se4agai 5emisahan atom netral ntuk mengikat

se4uah energi negati0 Kura N menga9u 5ada 5erhitungan klasik dengan ke5adatan muatan

atom 4e4as A adalah hasil untuk s5in elektron 5aralel$ dengan menggunakan 5rinsi5 eksklusi

Pauli$ dan S &keadaan sta4il+ untuk s5in anti5aralel Ke5adatan muatan di,akili oleh garis kontur

untuk keadaan A dan S

17


22/39

Prinsi5 5auli mem4erikan interaksi 3ang kuat antara atom dengan kulit atom @ika Kulit

tidak diisi 5enuh$ elektron akan oerla5 &tum5ang tindih+ energi elektron akan tinggi dan ikatan

akan le4ih 5endek ;andingkan 5an"ang ikatan &2+ dari l2dengan "arak antar &($-? + dari Ar

dalam ke5adatan Ar$ "uga 4andingkan energi kohesi0 3ang di4erikan dalam Ta4el ' Per4edaan

antara l2dan Ar23aitu atom l memiliki lima elektron dengan kulit (5 dan Atom Ar memiliki

enam elektron dengan kulit 3ang terisi 5enuh$ sehingga interaksi dari Atom Ar le4ih kuat

dari5ada Atom l

18


23/39

K$"$(#"is#i( i($#$n (o)$%n 9$i#':

' Titik le4ur dan titik didih 3ang rendah

2 Tidak da5at menghantarkan arus listrik$ akan teta5i sen3a,a koalen 5olar dalam 4entuk

larutan da5at menghantarkan arus listrik

( Tidak larut dalam air

. Larut dalam 5elarut non5olar

2.+. I($#$n Lo,$-

Ikatan logam adalah ikatan 3ang ter"adi antara atom6atom logam$ 4aik atom6atom logam

se"enis mau5un 3ang 4erlainan$ se5erti ditun"ukkan 5ada gam4ar '(

/am4ar '( meru5akan gam4ar dari ion hidrogen di0luorida !F263ang dista4ilkan oleh

se4uah ikatan hidrogen Pada 4entuk ikatan hidrogen 3ang kuat$ atom hidrogen kehilangan

elektronn3a karena di4erikan ke5ada atom atau molekul lainn3a 3ang mem5un3ai 5roton 4e4as

sehingga mem4entuk ikatan hidrogen

K$"$(#"is#i( I($#$n Lo,$-

' Permukaann3a tam5ak mengkila5

2 %emiliki konduktiitas 3ang 4aik

( %assa "enis tinggi$ titik didih dan titik le4ur tinggi

. Da5at dilarutkan dan di9am5urkan dengan logam lain sehingga mem4entuk sen3a,a 4aru

19


24/39

2.5. I($#$n Hi/"o,n

Karena hidrogen han3a mem5un3ai satu elektron$ maka hidrogen akan mem4entuk

se4uah ikatan koalen han3a dengan satu atom lainn3a !al itu telah diketahui$ sekali5un kondisi

dari atom hidrogen 3ang 4elum 5asti diikat dengan ga3a 3ang 9uku5 kuat oleh dua atom$ dan itumeru5akan 5em4entukan dari ikatan hidrogen diantara atom6atom terse4ut$ dengan energi ikat

)$' e= !al terse4ut di5astikan 4ah,a ikatan hidrogen memiliki karakter ion 3ang 4esar$ keadaan

di4entuk han3a antara atom6atom 3ang 5aling elektronegati0$ terutama F$ O$ dan N

Ikatan !idrogen adalah se4uah interaksi tarik M menarik &di5ol6di5ol+ antara atom 3ang

4ersi0at elektronegati0 dengan atom hidrogen 3ang terikat 5ada atom lain 3ang "uga 4ersi0at

elektronegati0 terutama F$ O dan N

K$"$(#"is#i( I($#$n Hi/"o,n

' Ikatan hidrogen di5engaruhi oleh 5er4edaan elektronegatiitas antara atom6atom dalam

molekul Semakin 4esar 5er4edaann3a$ semakin 4esar ikatan hidrogen 3ang ter4entuk

2 Ikatan hidrogen memengaruhi titik didih suatu sen3a,a Semakin 4esar ikatan

hidrogenn3a$ semakin tinggi titik didihn3a

2.. $"i&$"i A#o-

@ari6"ari atom adalah "arak dari inti atom ke elektron terluar dalam suatu atom ;esarn3a

"ari6"ari atom ini sangat di5engaruhi oleh ga3a tarik inti terhada5 elektronn3a Inti atom tersusun

oleh 5roton 3ang 4ermuatan 5ositi0$ sedangkan elektron 3ang 4ermuatan negati0 4erada di

sekeliling inti Dalam sistem 5eriodik "ari6"ari atom dari kiri ke kanan adalah semakin ke9il hal

ini dise4a4kan unsur6unsur satu 5eriode dari kiri ke kanan "umlah 5rotonn3a 4ertam4ah &muatan

inti 4ertam4ah+ sehingga ga3a tarik6menarik antara inti atom dengan elektron semakin kuat 3ang

mem4uat "arak inti atom dengan elektron terluar semakin dekat Sedangkan dari atas ke 4a,ah

"ari6"ari atom akan semakin 4esar karena di5engaruhi oleh "umlah kulit atom

@ika "umlah kulit atom 4esar akan mem4uat ukuran atom "uga akan mem4esar sehingga

"arak inti atom dengan elektron terluar semakin "auh @ari6"ari atom 3ang 4esar akan mem4uat

ga3a tarik menarik inti atom dengan elektron terluar men"adi semakin ke9il karena di5erlukan

energi 3ang 4esar untuk mem4uat elektron terluar terse4ut diikat oleh inti atom Ke9enderungan

20


25/39

atom 3ang memiliki "ari6"ari atom 3ang 4esar akan mele5askan elektron terluarn3a dan atom

dengan "ari6"ari atom ke9il akan 9enderung menangka5n3a$ se5erti 3ang ditun"ukkan 5ada ta4el

*

;T$6% . $"i&$"i $#o- /$n iontheditionnited States: #ile3

Za9hariasen$ #illiam ! &1*..+ Theor3 o0 G6Ra3 Di00ra9tion in r3stals hi9ago: Doer

makalah fisika zat padat_kelompok iii

Documents