Selamat Datang Dalam Kuliah Terbuka Ini

1. SelamatDatangDalamKuliah Terbuka Ini

2. Kuliahterbuka kali iniberjudul“MengenalSifat Material II”

3. DisajikanolehSudaryatno Sudirhammelaluiwww.darpublic.com

4. Sesi 3StrukturPadatan

5. STRUKTUR KRISTAL Kristal merupakansusunan atom-atom yang teraturdalamruangtigadimensi. Keteraturansusunantersebuttimbulkarenakondisigeometris yang diakibatkanolehikatan atom yang terarahdanpaking yang rapat. Sesungguhnyatidaklahmudahuntukmenyatakanbagaimana atom tersusundalampadatan. Namunadahal-hal yang diharapkanmenjadifaktorpenting yang menentukanterbentuknyapolihedrakoordinasi atom-atom. Secara ideal, susunanpolihdrakoordinasi paling stabiladalah yang memungkinkanterjadinyaenergi per satuan volume minimal. Keadaantersebutdicapaijika: • kenetralanlistrikterpenuhi • ikatankovalen yang diskritdanterarahterpenuhi • meminimalkangayatolak ion-ion • paking atom serapatmungkin

6. Strukturkristal yang biasateramatipadapadatandinyatakandalamkonsepgeometris ideal yang disebutkisi-kisiruang (space lattice) danmenyatakancarabagaimanapolihedrakoordinasi atom-atom tersusunbersama agar energidalampadatanmenjadi minimal. Kisi-kisiruangadalahsusunantigadimensititik-titik di manasetiaptitikmemilikilingkungan yang serupa. Titikdenganlingkungan yang serupaitudisebuttitikkisi (Lattice Point). Titikkisidapatdisusunhanyadalam 14 susunan yang berbeda yang disebutkisi-kisiBravais; olehkarenaitu atom-atom dalamkristalharuslahtersusundalamsalahsatudari 14 kemungkinantersebut.

7. a a a a b a a a c c a c a a a a a b b a a a b a c a a c c c a a b b a a a a c c c b a a SelSatuanpada Kisi-Kisi Ruang BRAVAIS Orthorhombic: Monoclinic: Cubic: Rhombohedral: Tetragonal: Hexagonal: Triclinic:

8. Setiaptitikkisidapatditempatiolehsatuataulebih atom, tetapi atom ataukelompok atom padasatutitikkisiharuslahidentikdenganorientasi yang sama agar memenuhidefinisikisiruang. Susunan atom dapatdisebutkansecaralengkapdenganmenyatakanposisi atom dalamsuatu unit yang secaraberulangtersusundalamkisiruang. Unit yang berulangitudisebutselsatuan. Rusukselsatuan, yaituvektor yang menghubungkanduatitikkisi, haruslahmerupakantranslasikisi, danselsatuan yang identikakanmembentukkisi-kisiruangjikamerekadisusunbidangsisikebidangsisi. Satukisi-kisiruangdapatmemilikibeberapaselsatuanberbeda yang memenuhikriteriatersebut di atas, akantetapibiasanyaselsatuandipilih yang memilikigeometrisederhanadanmemuatbeberapatitikkisisaja. Satuselsatuan yang memilikititikkisihanyapadasudut-sudutnya, ataudengan kata lain satu unit sel yang memuathanyasatutitikkisi, disebutselprimitif.

9. FCC HCP BCC Unsur Metal danUnsurMulia 3 selsatuan yang paling banyakdijumpaipadaunsuriniadalah: Posisi atom yang adadalamselbukanlattice points Bulatanmenunjukkanposisi atom yang jugamerupakanlattice points pada FCC dan BCC

10. J2 Orthorhombic UnsurDenganLebih Dari 3 ElektronValensi Unsurinibiasanyamemilikiikatankovalensehinggakristal yang terbentukakanmengikutiketentuanikatanini. Jika orbital yang takterisidigunakanseluruhnyauntukmembentukikatan, maka atom iniakanberikatandengan (8 – N) atom lain, dimana N adalahjumlahelektronvalensi yang dimilikinya. ElemenCl, Br, J, kulitterluarnyamemuat 7 elektron; olehkarenaitupadaumumnyamerekaberikatandenganhanya 1 atom darielemen yang samamembentukmolekuldiatomik, Cl2, Br2, J2. Molekuldiatomiktersebutmembangunikatandenganmolekul yang lain melaluiikatansekunder yang lemah, membentukkristal.

11. Rantai spiral Te Hexagonal Atom Group VI (S, Se, Te) memiliki 6 elektron di kulitterluarnyadanmembentukmolekulrantaiataocincin di manasetiap atom berikatandengandua atom (dengansudutikatantertentu). Molekuliniberikatansatusama lain denganikatansekunder yang lemahmembentukkristal. Rantai spiral atom Tebergabungdenganrantai yang lain membentukkristal hexagonal. Atom Group V (P, As, Sb, Bi) memiliki 5 elektron di kulitterluarnyadansetiap atom berikatandengantiga atom (dengansudutikatantertentu).

12. Atom Group V (P, As, Sb, Bi) memiliki 5 elektron di kulitterluarnyadansetiap atom berikatandengantiga atom (dengansudutikatantertentu).

13. Kristal Ionik Walausangatjarangditemuikristal yang 100% ionik, namunbeberapakristalmemilikiikatanionik yang sangatdominansehinggadapatdisebutsebagaikristalionik. Contoh: NaCl, MgO, SiO2, LiF. Dalamkristalionikmurni, polihedra anion (polihedrakoordinasi) tersusunsedemikianrupasehinggakenetralanlistrikterpenuhidanenergiikat per satuan volume menjadi minimum tanpamenyebabkanmenguatnyagayatolakantarmuatan yang bersamaantanda. Gaya tolak yang terbesarterjadiantarkationkarenamuatanlistriknyaterkonsentrasidalam volume yang kecil, olehkarenaitupolihedrakoordinasiharustersusunsedemikianrupasehinggakationsalingberjauhan.

14. Contohstrukturkristalionik Kation Anion tetrahedron oktahedron

15. Kristal Molekul Jikadua atom terikatdenganikatan primer, baikberupaikatan ion ataupunikatankovalen, makamerekadapatmembentukmolekul yang diskrit. Jikaikatan primer tersebutkuatdalamsatu sub-unit, makaikatan yang terjadiantar sub-unit akanberupabentukikatan yang berbedadariikatan primer. Kristal yang terbentukadalahkristalmolekulerdenganikatanantar sub-unit yang lemah. Jikaikatanprimernyaadalahikatan ion, molekul yang diskritterbentukjikamuatankationsamadenganhasilkalimuatan anion denganbilangankoordinasi. Contoh: sub-unit SiF4 terbentukdenganikatan ion, polihedrakoordinasiataupolihedra anion berbentuktetrahedra F mengelilingikation Si yang kemudiantersusundalamkisi-kisi BCC

16. Padaes (H2O), ikatanprimernyaadalahikatankovalendanikatansekunderantar sub-unit adalahikatanionik yang lemah Hidrogenhanyaakanmembentuksatuikatankovalen. Olehkarenaitumolekul air terdiridari 1 atom oksigendengan 2 ikatankovalen yang dipenuhioleh 2 atom hidrogendengansudutantaradua atom hidrogenadalah 105o. Dalambentukkristal, atom-atom hidrogenmengikatmolekul-molekul air denganikatanionikatauikatan dipole hidrogen. Bola-bola menunjukkanposisi atom O; atom H terletakpadagaris yang menghubungkan atom O yang berdekatan;ada 2 atom H setiapsatu atom O.

17. H C H Jikamolekulmembentukrantaianpanjangdenganpenampangmelintang yang mendekatisimetris, merekabiasanyamengkristaldalamkisi-kisiberbentukorthorhombicataumonoclinic. dilihat dari depan Molekul polyethylene

18. F C F Kebanyakanpolimer yang terbentuklebihdariduamacam atom, memilikiketidak-teraturan yang membuatiatidakmengkristal. Walaupundemikianada yang memilikipenampangsimetrisdanmudahmengkristal, sepertipolytetrafluoroethylene (Teflon). Molekulpolytetrafluoroethylene Polimer yang komplekspunmasihmungkinmemilikistruktur yang simetrisdandapatmengkristalsepertihalnya cellulose.

19. KetidaksempurnaanPada Kristal Kebanyakankristalmengandungketidak-sempurnaan. Karenakisi-kisikristalmerupakansuatukonsepgeometris, makaketidak-sempurnaankristaljugadiklasifikasikansecarageometris. • ketidak-sempurnaanberdimensinol (ketidak-sempurnaantitik), • ketidak-sempurnaanberdimensisatu (ketidak-sempurnaangaris), • ketidak-sempurnaanberdimensidua (ketidak-sempurnaanbidang). • Selainituterjadi pula ketidak-sempurnaan volume danjugaketidak-sempurnaanpadastrukturelektronik

20. Ketidaksempurnaantitik atom dariunsur yang sama (unsursendiri) berada di antara atom matriks yang seharusnyatidakterisiatom tidakada atom padatempat yang seharusnyaterisi interstitial (atom sendiri) kekosongan interstitial (atom asing) substitusi (atom asing) atom asingberada di antara atom matriks yang seharusnyatidakterisi(pengotoran) atom asingmenempatitempat yang seharusnyaditempatiolehunsursendiri (pengotoran)

21. Ketidaksempurnaantitikpadakristalionik pasangantempatkosong yang ditinggalkandankation yang meninggalkannya kekosongankationberpasangandengankekosongan anion ketidaksempurnaanSchottky ketidaksempurnaanFrenkel pengotoran substitusi pengotoran interstitial kekosongankation

22. Dislokasi Dislokasimerupakanketidak-sempurnaankristalkarenapenempatan atom yang tidakpadatempat yang semestinya.  vector Burger  screw dislocation edge dislocation

23. STRUKTUR NON KRISTAL Melihatstrukturnya, material nonkristaldapatdikelompokkanmenjadiduakelompokutama, yaitu: a) struktur yang terbangundarimolekulberbentukrantaipanjang b) struktur yang terbangundarijaringantigadimensi

24. MolekulRantaianPanjang - Organik Beberapafaktor yang mendorongterbentuknyastrukturnonkristaladalah: a) molekulrantaian yang panjangdanbercabang; b) kelompokatom yang terikatsecaratakberaturansepanjangsisimolekul; c) rantaianpanjang yang merupakankombinasidariduaataulebihpolimer, yang disebutkopolimer; d) adanyaunsuraditif, yang akanmemisahkansaturantaiandarirantaian yang lain; unsuraditifinibiasadisebut plasticizer.

25. Contohterbentuknyarantaianpanjang H H | | C C | | H H membentukrantaianpanjang polyethylene ethylene : C2H4 H H H H H H H H H H H H | | | | | | | | .... C  C C  C C  C C  C C  C C  C ... | | | | | | | | H H H H H H H H H H H H Dalamstrukturini polyethylene disebutlinear polyethylene Keadaanjauhberbedajikamolekul polyethylene bercabang. Makin bercabang, polyethylene makinnonkristal. Pengaruhadanyacabanginibisadilihatpadavinyl polymer, yaitu polymer dengan unit berulang C2H3X. Cabang X inibisaberupagugus atom yang menempatiposisi di mana atom H seharusnyaberada. H H | |  C  C | | H X

26. Ada tigakemungkinancaratersusunnyacabanginiyaitu (a) ataktik(atactic), atauacak (b) isotaktik (isotactic), semuacabangberada di salahsatusisirantai H C X H H C (c) sindiotaktik (syndiotactic), cabang-cabang secara teratur bergantian dari satu sisi ke sisi yang lain. X H H C X H

27. Jikaguguscabangkecil, sepertipadapolyvinyl alkoholdi mana X = OH, danrantaian linier, makapolimerinidenganmudahmembentukkristal. Akan tetapijikaguguscabangbesar, polimerakanberbentuknonkristalsepertipadapoyvinyl chloride, di mana X = Cl; jugapada polystyrene, di mana X = benzena yang secaraacakterdistribusisepanjangrantaian (ataktik). Polimer isotactic dansyndiotacticbiasanyamembentukkristal, bahkanjikacabangcukupbesar.

28. Kopolimerisasiataupembentukankopolimer, selalumenyebabkanketidak-teraturandanolehkarenaitumendorongterbentuknyastrukturnonkristal. (a) dua macam polimer tersusun secara acak sepanjng rantai. (b) susunanberselang-selingsecarateratur (c) susunankopolimersecarablok (d) salahsatumacampolimermenjadicabangrantaianmacampolimer yang lain

29. Cross-Linking Cross-linkingmerupakanikatanantarrantaianpanjang yang terjadi di berbagaititik, danikataninimerupakanikatan primer. Cross-linkbisaterbentukolehsegmenkecildarirantaian. Cross-linkbisajugaterbentukoleh atom ataumolekulasing.

30. JaringanTigaDimensi - Anorganik Suatusenyawaanorganikcenderungmembentukstrukturnonkristaljika: a) setiapanion terikatpadahanyaduakation; b) tidaklebihdariempat anion mengelilingisatukation; c) polihedraanion berhubungansudutkesudut, tidaksisikesisidantidak pula bidangkebidang; d) senyawamemilikisejumlahbesar atom penyusun yang terdistribusisecaratakmenentu di seluruhjaringan. Jikamuatankationbesar, sepertimisalnyasilika Si+4, denganpolihedron anion yang kecil, makastrukturnonkristalmudahsekali terbentuk. Kebanyakangelasanorganikberbahandasarsilika, SiO2, dengan sub-unit berbentuktetrahedra yang padagelassilikamurniterhubungsudutkesudut

31. Penambahanoksida alkali padastruktur yang demikianinidapatmemutusrantaiantetrahedra; atom oksigendarioksidainimenyelippadatitikdimanaduatetrahedraterhubungdanmemutushubungantersebutsehinggamasing-masingtertrahedronmempunyaisatusudutbebas. Terputusnyahubunganantartetrahedradapatmenyebabkanturunnyaviskositas, sehinggagelaslebihmudahdibentuk.

32. StrukturPadatan Strukturkristaldannonkristaladalahstrukturpadatandilihatdalamskala atom ataumolekul. Sesungguhnyakebanyakanpadatanmemilikidetilstruktur yang lebihbesardariskala atom ataupunmolekul, yang terbangundarikelompok-kelompokkristalataupunnonkristal. Kelompok-kelompokinidenganjelasdapatdibedakanantarasatudenganlainnyadandisebutfasa; bidangbatasantaramerekadisebutbatasfasa. Secaraformal dikatakanbahwafasaadalahdaerahdarisuatupadatan yang secarafisisdapatdibedakandaridaerah yang lain dalampadatantersebut. Padadasarnyaberbagaifasa yang hadirdalamsuatupadatandapatdipisahkansecaramekanis.

33. Dalamsatu unit kristaljarakantara atom dengan atom hanyabeberapa angstrom. Jika unit-unit kristaltersusunsecarahomogenmembentukpadatanmakapadatan yang terbentukmemilikibangun yang samadenganbangun unit kristal yang membentuknyanamundenganukuran yang jauhlebihbesar, dandisebutsebagaikristaltunggal; padataninimerupakanpadatansatufasa. Padaumumnyasusunankristaldalampadatansatufasatidaklahhomogen. Dislokasidanperbedaanorientasiterjadiantarakristal-kristal. Padatanjenisinimerupakanpadatanpolikristal, walaupuntetapmerupakanpadatansatufasa. Kristal-kristal yang membentukpadataninibiasa di sebutgrain, danbatasantara grain disebutbatas grain. Padapadatannonkristalsulitmengenaliadanyastrukturteraturdalamskalalebihbesardaribeberapa kali jarak atom. Olehkarenaitukebanyakanpadatannonkristalmerupakanpadatansatufasa. Padatandapattersusundariduafasaataulebih. Padatandemikiandisebutsebagaipadatanmultifasa. Padatanmultifasabisaterdirihanyadarisatukomponen (komponentunggal) ataulebih (multikomponen).

34. Kuliah Terbuka MengenalSifat Material II Sesi-3 SudaryatnoSudirham