ABSTRAK

Struktur kristal terdapat dalam bentuk-bentuk yang sederhana sampai ke bentuk yang

kompleks. Secara umum biasanya struktur kristal yang sederhana dapat diwakilkan oleh

kebanyakan bahan logam, sedangkan struktur yang kompleks biasanya diwakilkan oleh

bahan-bahan polimer, keramik , dan lain lain.

Kristal merupakan susunan atom-atom yang teratur dalam ruang tiga dimensi.

Keteraturan susunan tersebut terjadi karena kondisi geometris yang harus memenuhi adanya

ikatan atom yang berarah dan susunan yang rapat. Walaupun tidak mudah untuk menyatakan

bagaimana atom tersusun dalam padatan, namun ada hal-hal yang diharapkan menjadi faktor

penting yang menentukan terbentuknya polihedra koordinasi susunan atom-atom.

Sebagian besar materi fisika zat padat adalah kristal dan elektron di dalamnya, fisika

zat padat mulai dikembangkan awal abad ke 20, mengikuti penemuan difraksi sinar-x oleh

kristal.

Secara ideal, susunan polihedra koordinasi paling stabil adalah yang memungkinkan

terjadinya energi 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 mana

setiap titik memiliki lingkungan yang serupa. Titik dengan lingkungan yang serupa itu disebut

simpul kisi (lattice points). Simpul kisi dapat disusun hanya dalam 14 susunan yang berbeda,

yang disebut kisi-kisi Bravais. Jika atom-atom dalam kristal membentuk susunan teratur yang

berulang maka atom-atom dalam kristal haruslah tersusun dalam salah satu dari 14 bentuk

kisi-kisi tersebut. Perlu dicatat bahwa setiap simpul kisi bisa ditempati oleh lebih dari satu

atom, dan atom atau kelompok atom yang menempati tiap-tiap simpul kisi haruslah identik

dan memiliki orientasi sama sesuai dengan pengertian simpul kisi.

Karena kristal yang sempurna merupakan susunan atom secara teratur dalam kisi

ruang, maka susunan atom tersebut dapat dinyatakan secara lengkap dengan menyatakan

posisi atom dalam suatu kesatuan yang berulang. Kesatuan yang berulang di dalam kisi ruang

itu disebut sel unit (unit cell). Jika posisi atom dalam padatan dapat dinyatakan dalam sel unit

ini, maka sel unit itu merupakan sel unit struktur kristal. Rusuk dari suatu sel unit dalam

struktur kristal haruslah merupakan translasi kisi, yaitu vektor yang menghubungkan dua

simpul kisi. Jika sel unit disusun bersentuhan antar bidang sisi, mereka akan mengisi ruangan

1

tanpa meninggalkan ruang kosong dan membentuk kisi ruang. Satu kisi ruang yang sama

mungkin bisa dibangun dari sel unit yang berbeda; akan tetapi yang disebut sel unit dipilih

yang memiliki geometri sederhana dan mengandung hanya sejumlah kecil simpul kisi. Sel

unit dari 14 kisi Bravais diperlihatkan pada Gb.1.1

Gambar.1.1. Sel unit dari 14 kisi ruang Bravais.

Jika kita pilih tiga rusuk non-paralel pada suatu sel sedemikian rupa sehingga simpul

kisi hanya terletak pada sudut-sudut sel, sel itu disebut sel sederhana atau sel primitif. Pada

Gb.1.1. sel primitif diberi tanda huruf P. Sel primitif hanya berisi satu simpul kisi; jika kita

lakukan translasi sepanjang rusuknya, simpul kisi yang semula ada pada sel menjadi tidak lagi

berada pada sel tersebut. Sel dengan simpul kisi yang terletak pada pusat dua bidang sisi yang

paralel diberi tanda C (center); sel dengan simpul kisi di pusat setiap bidang kisi diberi tanda

F (face); sel dengan simpul kisi di pusat bagian dalam sel unit ditandai dengan huruf I. Huruf

R menunjuk pada sel primitif rhombohedral.

Sel unit yang paling sederhana adalah kubus yang semua rusuk dan sudutnya sama

yaitu, o a − a − a, α = β = γ = 90° . Ada tiga variasi pada kubus ini yaitu kubus sederhana

(primitive), face centered cubic, dan body centered cubic. Jika salah satu rusuk tidak sama

dengan dua rusuk yang lain tetapi sudut tetap sama 90°, kita dapatkan bentuk tetragonal, a − a

− c, α = β = γ = 90° ; ada dua variasi seperti terlihat pada Gb.1.1. Jika rusuk-rusuk tidak sama

tetapi sudut tetap sama 90° kita dapatkan bentuk orthorombic dengan 4 variasi. Selanjutnya

lihat Gb.1.1.

2

BAB I

JENIS-JENIS STRUKTUR KRISTAL DAN IKATAN ATOM

1.1 Jenis-jenis Struktur Kristal

Kristalisasi adalah proses pembentukan kristal padat dari suatu larutan induk yang

homogen. Proses ini adalah salah satu teknik pemisahan padat-cair yang sangat penting dalam

industri, karena dapat menghasilkan kemurnian produk hingga 100%. Contoh proses

kristalisasi : pembuatan gula pasir dari jus tebu/beet, pembuatan kristal pupuk dari larutan

induknya, dll. Kristal itu sendiri merupakan susunan atom yang beraturan dan berulang, yang

bentuknya dapat berupa kubik, tetragonal, orthorombik, heksagonal, monoklin, triklin dan

trigonal. Bentuk itu nantinya, tergantung dari proses downstream ( pemurnian ) yang

dilakukan dan juga spesifikasi produk yang diharapkan pasar. Kristal merupakan susunan

atom yang teratur dan membentuk pola yang berulang.

Menurut Bravais, struktur Kristal dapat dikelompokkan menjadi 14 macam, beberapa

diantaranya sangat kompleks. Pada bahan logam hanya dikenal 3 jenis Kristal yaitu kubus

pusat badan atau body-centre cubic (bcc), kubus pusat muka atau face-centre cubic (fcc) dan

hexagonal rapat atau hexagonalclose-packed (hcp). Desain, operasional, dan properties pada

material-material logam sangat tergantung pada bidang pengolahan logam, ilmu metalurgi,

material teknik, dan ilmu rekayasa material sehingga diharuskan bagi mahasiswa yang

mengikuti kuliah ini, sudah sangat akrab dengan bidang ilmu ini. Materi pembahasan modul

metalurgi ini, tidak membahas lagi persoalan pengolahan logam dan material tetapi hanya

membahas struktur Kristal logam serta hubungan antara jari-jari atom dengan panjang sisi

kubus. Bilangan koordinasi dan factor kerapatan atom atau atomic packing factor (APF)

merupakan dua karakteristik penting dari Kristal yang akan dibahas secara lebih mendatail

pada bagian ini.

Struktur atom yang paling sederhana adalah struktur atom hidrogen; yang terdiri dari 1

(satu) inti/proton dan 1 (satu) elektron yang mengitari inti pada orbitnya. Karena elektron di

dalam atom yang normal ada pada posisi yang stabil, maka pastilah energi total elektron

tersebut dalam keadaan minimal. (Ingat bahwa jika stabil ® E <<< ) Sehingga akan timbul

pertanyaan dasar yaitu : Berapakah total energi minimal elektron-elektron tersebut diadalam

atom? Untuk mendapatkan solusinya, perlu ditinjau keadaaan energi elektron didalam atom

hidrogen sebagai suatu struktur atom yang paling sederhana tersebut. Pada kasus ini maka

dapatlah digunakan model gelombang elektromagnetik/foton. Dengan mengasumsikan bahwa

orbit atom berupa suatu lingkaran berjari-jari R, dimana elektron dianggap sebagai suatu

3

gelombang,maka didalam atom gelombang elektron tersebut berjalan pada lintasan tertutup

( lihat gambar dibawah ini ).

Jika atom kelebihan elektron maka muatanya negatif dan jika atom kekurangan

elektron maka muatanya positif. Sehingga sebuah atom yang memiliki satu lintasan saja bisa

dikatakan stabil maka jumlah elektronya 2 buah, tetapi jika sebuah atom yang memiliki lebih

dari satu lintasan maka jumlahnya harus 8 buah.

Kristal telah diklasifikasikan berdasarkan cara penyusunan partikelnya. Kristal juga

dapat diklasifikasikan dengan jenis partikel yang menyusunnya atau dengan interaksi yang

menggabungkan partikelnya (Tabel 1.2.1).

Tabel 1.2.1 berbagai jenis kristal dan ikatanya

Logam Ionik Molekular Kovalen

Li 38 LiF 246,7 Ar 1,56 C(intan) 170

Ca 42 NaCl 186,2 Xe 3,02 Si 105

Al 77 AgCl 216 Cl 4,88 SiO2 433

Fe 99 Zn 964 CO2 6,03

W 200 CH4 1,96

Nilai yang tercantum di atas adalah energi yang diperlukan untuk memecah kristal

menjadi partikel penyusunnya (atom, ion, atau molekul (dalam kkal mol-1)).

4

1.2 Ikatan Atom

Logam seperti bahan lainnya, terdiri dari susunan atom-atom. Untuk lebih

memudahkan pengertian, maka dapat dikatakan bahwa atom-atom dalam kristal logam

tersusun secara teratur dan susunan atom-atom tersebut menentukan struktur kristal dari

logam. Susunan dari atom-atom tersebut disebut cell unit. Pada temperatur kamar, besi atau

baja memiliki bentuk struktur BCC (Body Centered Cubic). Dalam hal ini cell unit dari atom-

atom disusun sebagai sebuah kubus dengan atom-atom menempati kedelapan dari sudut kubus

dan satu atom berada di pusat kubus. Pada temperatur yang tinggi, besi atau baja memiliki

bentuk struktur FCC (Face Centered Cubic). Dalam hal ini, cell unit adalah sebuah kubus

dengan atom-atom menempati kedelapan dari sudut kubus dan atom lainnya berada pada

pusat masing-masing dari enam keenam bidang kubus. Disamping berbentuk kubus, cell unit

lainnya dapat berupa HCP (Hexagonal Close Packed), seperti halnya pada logam seng. Dalam

hal ini atom-atom menempati kedua belas sudut, atom lain menempati dua sisi dan ketiga

atom lagi menempati tengah.

Susunan atom-atom dalam struktur kristal sangat menentukan sifat-sifat logamnya.

Logam dengan struktur kristal BCC mempunyai kerapatan atom yang lebih rendah

dibandingkan logam dengan struktur kristal FCC. Perbedaan kerapatan atom itu dapat dilihat

dari jumlah bidang gesernya. Pada struktur kristal BCC, jumlah bidang gesernya lebih sedikit

dari struktur kristal FCC, sehingga kemampuan atom-atom untuk bergeser lebih sulit. Dengan

demikian, logam dengan struktur kristal BCC membutuhkan energi lebih besar untuk

mengerakkan dislokasi. Hal ini yang menyebabkan logam dengan struktur kristal BCC lebih

sulit dibentuk jika dibandingkan logam dengan struktur kristal FCC yang mempunyai

kekuatan rendah tetapi memiliki keliatan yang tinggi (ductility).

Suatu kristal dikatakan mempunyai pusat simetri bila kita dapat membuat garis

bayangan tiap-tiap titik pada permukaan kristal menembus pusat kristal dan akan menjumpai

titik yang lain pada permukaan di sisi yang lain dengan jarak yang sama terhadap pusat kristal

pada garis bayangan tersebut. Atau dengan kata lain, kristal mempunyai pusat simetri bila tiap

bidang muka kristal tersebut mempunyai pasangan dengan kriteria bahwa bidang yang

berpasangan tersebut berjarak sama dari pusat kristal, dan bidang yang satu merupakan hasil

inversi melalui pusat kristal dari bidang pasangannya.

Secara umum, ikatan kuat memiliki kekerasan yang lebih tinggi, titik leleh yang lebih

tinggi dan koefisien ekspansi termal yang lebih rendah. Ikatan kimia dari suatu kristal dapat

dibagi menjadi 4 macam, yaitu: ionik, kovalen, logam dan van der Waals (molekelar).

5

A.1 Ikatan logam

Kisi kristal logam terdiri atas atom logam yang terikat dengan ikatan logam. Elektron

valensi dalam atom logam mudah dikeluarkan (karena energi ionisasinya yang kecil)

menghasilkan kation. Bila dua atom logam saling mendekat, orbital atom terluarnya akan

tumpang tindih membentuk orbital molekul. Bila atom ketiga mendekati kedua atom tersebut,

interaksi antar orbitalnya terjadi dan orbital molekul baru terbentuk. Jadi, sejumlah besar

orbital molekul akan terbentuk oleh sejumlah besar atom logam, dan orbital molekul yang

dihasilkan akan tersebar di tiga dimensi.

Karena orbital atom bertumpang tindih berulang-ulang, elektron-elektron di kulit

terluar setiap atom akan dipengaruhi oleh banyak atom lain. Elektron semacam ini tidak harus

dimiliki oleh atom tertentu, tetapi akan bergerak bebas dalam kisi yang dibentuk oleh atom-

atom ini. Jadi, elektron-elektron ini disebut dengan elektron bebas. Sifat-sifat logam yang

bemanfaat seperti ke dapat tempaannya, hantaran listrik dan panas serta kilap logam dapat

dihubungkan dengan sifat ikatan logam. Misalnya, logam dapat mempertahankan strukturnya

bahkan bila ada deformasi. Hal ini karena ada interaksi yang kuat di berbagai arah antara

atom (ion) dan elektron bebas di sekitarnya (Gambar 1.2).

Gambar 1.2 Deformasi sruktur logam.

A.2 Ikatan Ionik

Kristal ionik semacam natrium khlorida (NaCl) dibentuk oleh gaya tarik antara ion

bermuatan positif dan negatif. Kristal ionik biasanya memiliki titik leleh tinggo dan hantaran

listrik yang rendah. Namun, dalam larutan atau dalam lelehannya, kristal ionik terdisosiasi

menjadi ion-ion yang memiliki hantaran listrik. Biasanya diasumsikan bahwa terbentuk ikatan

6

antara kation dan anion. Dalam kristal ion natrium khlorida, ion natrium dan khlorida diikat

oleh ikatan ion. Berlawanan dengan ikatan kovalen, ikatan ion tidak memiliki arah khusus,

dan akibatnya, ion natrium akan berinteraksi dengan semua ion khlorida dalam kristal,

walaupun intensitas interaksi beragam. Demikian juga, ion khlorida akan berinteraksi dengan

semua ion natrium dalam kristal. 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. Namun, 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.

Dalam kasus natrium khlorida, anion khlorida (jari-jari 0,181 nm) akan membentuk

susunan kisi berpusat muka dengan jarak antar atom yang agak panjang sehingga kation

natrium yang lebih kecil (0,098 nm) dapat dengan mudah diakomodasi dalam ruangannya

(Gambar 1.3.(a)). Setiap ion natrium dikelilingi oleh enam ion khlorida (bilangan koordinasi

= 6). Demikian juga, setiap ion khlorida dikelilingi oleh enam ion natrium (bilangan

koordinasi = 6) (Gambar 1.3(b)). Jadi, dicapai koordinasi 6:6.

Gambar 1.3 Struktur kristal natrium khlorida Masing-masing ion dikelilingi oleh enam ion

yang muatannya berlawanan. Struktur ini bukan struktur terjejal.

Dalam cesium khlorida, ion cesium yang lebih besar (0,168nm) dari ion natrium

dikelilingi oleh 8 ion khlorida membentuk koordinasi 8:8. Ion cesium maupun khlorida seolah

secara independen membentuk kisi kubus sederhana, dan satu ion cesium terletak di pusat

kubus yang dibentuk oleh 8 ion khlorida (Gambar 1.4).

7

Gambar 1.4 Struktur kristal cesium khlorida.Setiap ion dikelilingi oleh delapan ion dengan

muatan yang berlawanan. Struktur ini juga bukan struktur terjejal.

Jelas bahwa struktur kristal garam bergantung pada rasio ukuran kation dan anion.

Bila rasio (jari-jari kation)/(jari-jari anion) (rC/rA) lebih kecil dari nilai rasio di natrium

khlorida, bilangan koordinasinya akan lebih kecil dari enam. Dalam zink sulfida, ion zink

dikelilingi hanya oleh empat ion sulfida.

Contoh : ZnS, CsCl, CsBr, CsI.

A.3 Ikatan Molekular

Kristal dengan molekul terikat oleh gaya antarmolekul semacam gaya van der Waals

disebut dengan kristal molekul. Kristal yang didiskusikan selama ini tersusun atas suatu jenis

ikatan kimia antara atom atau ion. Namun, kristal dapat terbentuk, tanpa bantuan ikatan, tetapi

dengan interaksi lemah antar molekulnya. Bahkan gas mulia mengkristal pada temperatur

sangat rendah. Argon mengkristal dengan gaya van der Waaks, dan titik lelehnya -189,2°C.

Padatan argon berstruktur kubus terjejal. Molekul diatomik semacam iodin tidak dapat

dianggap berbentuk bola. Walaupun tersusun teratur di kristal, arah molekulnya bergantian

(Gambar 1.5). Namun, karena strukturnya yang sederhana, permukaan kristalnya teratur. Ini

alasannya mengapa kristal iodin memiliki kilap.

Gambar 1.5 Struktur kristal iodin.Strukturnya berupa kisi ortorombik berpusat muka. Molekul di pusat setiap muka ditandai dengan warna lebih gelap.

8

A.4 Ikatan Kovalen.

Banyak kristal memiliki struktur mirip molekul-raksasa atau mirip polimer. Dalam

kristal seperti ini semua atom penyusunnya (tidak harus satu jenis) secara berulang saling

terikat dengan ikatan kovelen sedemikian sehingga gugusan yang dihasilkan nampak dengan

mata telanjang. Intan adalah contoh khas jenis kristal seperti ini, dan kekerasannya berasal

dari jaringan kuat yang terbentuk oleh ikatan kovalen orbital atom karbon hibrida sp3

(Gambar 1.6). Intan stabil sampai 3500°C, dan pada temperatur ini atau di atasnya intan akan

menyublim. Kristal semacam silikon karbida (SiC)n atau boron nitrida (BN)n memiliki

struktur yang mirip dengan intan. Contoh yang sangat terkenal juga adalah silikon dioksida

(kuarsa; SiO2) (Gambar 1.7). Silikon adalah tetravalen, seperti karbon, dan mengikat empat

atom oksigen membentuk tetrahedron. Setiap atom oksigen terikat pada atom silikon lain.

Titik leleh kuarsa adalah 1700 °C.

Gambar 1.6 Struktur kristal intan Sudut ∠C-C-C adalah sudut tetrahedral, dan setiap atom

karbon dikelilingi oleh empat atom karbon lain.

Gambar 1.7 Struktur kristal silikon dioksida Bila atom oksigen diabaikan, atom silikon akan

membentuk struktur mirip intan. Atom oksigen berada di antara atom-atom silikon.

9

A.5 Ikatan Cair

Kristal memiliki titik leleh yang tetap, dengan kata laun, kristal akan mempertahankan

temperatur dari awal hingga akhir proses pelelehan. Sebaliknya, titik leleh zat amorf berada di

nilai temperatur yang lebar, dan temperatur selama proses pelelehan akan bervariasi. Terdapat

beberapa padatan yang berubah menjadi fasa cairan buram pada temperatur tetap tertentu

yang disebut temperatur transisi sebelum zat tersebut akhirnya meleleh. Fasa cair ini memiliki

sifat khas cairan seperti fluiditas dan tegangan permukaan. Namun, dalam fasa cair, molekul-

molekul pada derajat tertentu mempertahankan susunan teratur dan sifat optik cairan ini agak

dekat dengan sifat optik kristal. Material seperti ini disebut dengan kristal cair. Molekul yang

dapat menjadi kristal cair memiliki fitur struktur umum, yakni molekul-molekul ini memiliki

satuan struktural planar semacam cincin benzen. Di Gambar 1.8, ditunjukkan beberapa contoh

kristal cair.

Gambar 1.8 Beberapa contoh kristal cair Dalam kristal-kristal cair ini, dua cincin benzen

membentuk rangka planar.

Terdapat tiga jenis kristal cair: smektik, nematik, dan kholesterik. Hubungan struktural antara

kristal padat-smektik, nematik dan kholesterik secara skematik ditunjukkan di Gambar 1.9

Kristal cair digunakan secara luas untuk tujuan praktis semacam layar TV atau jam tangan.

Gambar 1.9 Keteraturan dalam kristal cair.

Keteraturan adalm kristal adalah tiga dimensi.

Dalam kristal cair smektik dapat dikatakan

keteraturannya di dua dimensi, dan dinematik

satu dimensi. T adalah temperatur transisi.

10

BAB II

KRISATALOGRAFI

2.1 Pengertian

Kristalografi adalah alat yang sering digunakan oleh para ilmuwan material. Dalam

kristal tunggal, efek dari susunan kristal atom seringkali mudah untuk melihat makroskopik,

karena bentuk alami dari kristal mencerminkan struktur atom. Selain itu, sifat fisik sering

dikontrol oleh cacat kristal. Pemahaman struktur kristal merupakan prasyarat penting untuk

memahami cacat kristalografi. Sebagian besar, bahan tidak terjadi dalam bentuk kristal,

namun poli-kristal tunggal, sehingga metode difraksi bubuk memainkan peran paling penting

dalam penentuan struktur.

Kristalografi merupakan ilmu yang mempelajari tentang sifat-sifat geometri dari

kristal terutama perkembangan, pertumbuhan, kenampakan bentuk luar, struktur dalam

(internal) dan sifat-sifat fisik lainnya.

• Sifat Geometri, memberikan pengertian letak, panjang dan jumlah sumbu kristal

yang menyusun suatu bentuk kristal tertentu dan jumlah serta bentuk luar yang

membatasinya.

• Perkembangan dan pertumbuhan kenampakkan luar, bahwa disamping

mempelajari bentuk-bentuk dasar yaitu suatu bidang pada situasi permukaan, juga

mempelajari kombinasi antara satu bentuk kristal dengan bentuk kristal lainnya

yang masih dalam satu sistem kristalografi, ataupun dalam arti kembaran dari

kristal yang terbentuk kemudian.

• Struktur dalam, membicarakan susunan dan jumlah sumbu-sumbu kristal juga

menghitung parameter dan parameter rasio.

• Sifat fisis kristal, sangat tergantung pada struktur (susunan atom-atomnya). Besar

kecilnya kristal tidak mempengaruhi, yang penting bentuk dibatasi oleh bidang-

bidang kristal: sehingga akan dikenal 2 zat yaitu kristalin dan non kristalin.

Suatu kristal dapat didefinisikan sebagai padatan yang secara esensial mempunyai

pola difraksi tertentu (Senechal, 1995 dalam Hibbard,2002). Jadi, suatu kristal adalah suatu

padatan dengan susunan atom yang berulang secara tiga dimensional yang dapat mendifraksi

sinar X. Kristal secara sederhana dapat didefinisikan sebagai zat padat yang mempunyai

susunan atom atau molekul yang teratur. Keteraturannya tercermin dalam permukaan kristal

yang berupa bidang-bidang datar dan rata yang mengikuti pola-pola tertentu. Bidang-bidang

11

datar ini disebut sebagai bidang muka kristal. Sudut antara bidang-bidang muka kristal yang

saling berpotongan besarnya selalu tetap pada suatu kristal. Bidang muka kristal itu baik letak

maupun arahnya ditentukan oleh perpotongannya dengan sumbu-sumbu kristal. Dalam sebuah

kristal, sumbu kristal berupa garis bayangan yang lurus yang menembus kristal melalui pusat

kristal. Sumbu kristal tersebut mempunyai satuan panjang yang disebut sebagai parameter.

A.1 Kimia Kristal

Kristal merupakan susunan kimia antara dua atom akan terbentuk bilamana terjadi

penurunan suatu energi potensial dari sistem ion atau molekul yang akan dihasilkan dengan

penyusunan ulang elektron pada tingkat yang lebih rendah. Kristalografi dapat diartikan sebagai

cabang dari ilmu geologi, kimia, fisika yang mempelajari bentuk luar kristal serta cara

penggambarannya.

Komposisi kimia suatu mineral merupakan hal yang sangat mendasar, beberapa sifat-

sifat mineral / kristal tergantung kepadanya. Sifat-sifat mineral/kristal tidak hanya tergantung

kepada komposisi tetapi juga kepada susunan meruang dari atom-atom penyusun dan ikatan

antar atom-atom penyusun kristal / mineral.

A.2 Komposisi kimia kerak bumi

a. Kerak

b. Mantel, dan

c. Isi bumi

Ketebalan kerak bumi di bawah kerak benua sekitar 36 km dan di bawah kerak

samudra berkisar antara 10 sampai 13 km. Batas antara kerak dengan mantel dikenal dengan

Mohorovicic discontinuity. Kimia kristal Sejak penemuan sinar X, penyelidikan kristalografi

sinar X telah mengembangkan pengertian kita tentang hubungan antara kimia dan struktur.

Tujuannya adalah:

Untuk mengetahui hubungan antara susunan atom dan komposisi kimia dari suatu

jenis kristal.

Dalam bidang geokimia tujuan mempelajari kimia kristal adalah untuk memprediksi

struktur kristal dari komposisi kimia dengan diberikan temperatur dan tekanan.

Perubahan energi yang dihasilkan oleh ikatan kimia yang terbentuk oleh dua macam

ikatan yaitu ikatan elektrovalen dan ikatan kovalen.

a. Isomorfisme

Isomorfisme adalah suatu substansi yang mempunyai rumus analog serta

keamanan dari pada kristalografi dalam merefleksikan struktur dari dalamnya.12

b. Polimorfisme

Polimorfisme adalah kemampuan unsur atom untuk membentuk lebih satu macam

kristal. perbedaan dari sifat fisik kristal akan membentuk substansi polimerfic sebagai

morfic, trimorficdan seharusnya. Polimorfisme menunjukan bahwa struktur kristal

tidak hanya ditentukan oleh unsur kimia saja akan tetapi dapat disebabkan juga oleh

unsur dari susunan atom yang dibangaun kristal.

c. Pseudomorfisme

Mineral dapat mengalami perubahan mineral lain tanpa merubah ikatan kimianya

proses ini dikenal sebagai proses pseudomorfisme. Pseudomorfisme ini terbagi

menjadi dua yaitu :

1.Tidak terjadi perubahan unsur kimianya, akan tetapi terjadi perubahan sistem dari

pada kristalografinya.

2.Unsur lama diganti unsur baru. Pseudomorfisme disebabkan mineral lama tidak

stabil dalam lingkungan yang baru.

A.3 Daya Ikat dalam Kristal

Daya yang mengikat atom (atau ion, atau grup ion) dari zat pada kristalin adalah

bersifat listrik di alam. Tipe dan intensitasnya sangat berkaitan dengansifat-sifat fisik dan

kimia dari mineral. Kekerasan, belahan, daya lebur, kelistrikan dan konduktivitas termal, dan

koefisien ekspansi termal berhubungan secara langsung terhadap daya ikat. Secara umum,

ikatan kuat memiliki kekerasan yang lebih tinggi, titik leleh yang lebih tinggi dan koefisien

ekspansi termal yang lebih rendah. Ikatan kimia dari suatu kristal dapat dibagi menjadi 4

macam, yaitu: ionik, kovalen, logam dan van der Waals.

13

a

[110]

BAB III

LINEAR DAN PLANAR DENSITY

3.1 Kepadatan linear dan planar

Kepadatan linear dan planar adalah satu-dan dua-dimensi analog merupakan faktor

kemasan atom.

3.2 Pengertian Linear Density

Linear density merupakan kesetaraan directional yang berhubungan dengan kepadatan

linear atom dalam arti bahwa arah setara memiliki kerapatan linier identik. Vektor arah yang

diposisikan sehingga melewati pusat atom. Fraksi dari panjang garis berpotongan dengan

atom-atom adalah sama dengan kerapatan linear.

Linear density dari atom LD= nomer dari atom

Satuan panjang vektor arah

Keterangan: linier kepadatan AL pada arah 110

a= 0,45 mm

# Atom

Diolah dari

Gambar. 3.1 (a),

Callister & Rethwisch 8e.

D = M/V

= MW/A X N

A X a2

D= density (g/cm3)

M= massa (g)

V=volume (cm3)

MW=molecular weight (g/g mole)

N=atoms per unit cell

A= lattice parameter (cm)

A=avagadros number (6.02 x 1023 atom s/g mole )

14

3.3 Pengertian Kepadatan Planar

Planar Kepadatan: Bidang kristalografi yang setara memiliki kepadatan planar yang

sama atom. Pada bidang tujuan diposisikan sehingga melewati pusat atom.

Kerapatan planar adalah bagian dari bidang kristalografi total area yang ditempati oleh atom.

Sebaran densitas secara vertikal ditentukan oleh proses percampuran dan

pengangkatan massa air. Penyebab utama dari proses tersebut adalah tiupan angin yang kuat.

Lukas and Lindstrom (1991), mengatakan bahwa pada tingkat kepercayaan 95 % terlihat

adanya hubungan yang positif antara densitas dan suhu dengan kecepatan angin, dimana ada

kecenderungan meningkatnya kedalaman lapisan tercampur akibat tiupan angin yang sangat

kuat. Secara umum densitas meningkat dengan meningkatnya salinitas, tekanan atau

kedalaman, dan menurunnya suhu.

15