11. PADATAN

8.1 Padatan kristalin dan amorf

Padatan digolongkan dalam dua golongan, padatan kristalin yang partikel penyusunnya tersusun teratur, dan padatan amorf yang partikel penyusunnya tidak memiliki keteraturan yang sempurna. Studi bahan kristalin mempunyai sejarah yang jauh lebih panjang karena kristal lebih mudah dipelajari daripada bahan amorf. Perkembangan paling penting dalam studi bahan kristalin adalah perkembangan analisis kristalografi sinar-X. Awalnya teknik ini hanya dapat digunakan untuk struktur yang sangat sederhana seperi garam (NaCl). Namun dalam 80 tahun terakhir analisis kristalografi telah berkembang dengan demikian cepat sehingga protein dengan massa molekul yang sangat besar kini dapat dipelajari dengan teknik ini.

Terdapat berbagai cara untuk mengklasifikasikan padatan, yang meliputi berbagai bahan. Namun, klasifikasi yang paling sederhana adalah membaginya menjadi dua golongan: padatan kristalin yang partikelnya tersusun teratur dan padatan amorf yang keteraturannya kecil atau tidak ada sama sekali.

a. Bahan kristalin

Dalam beberapa bahan kristalin, partikel penyusunnya tersusun sehingga keteraturannya kadang nampak dengan mata telanjang. Kristal yang umum kita lihat adalah natrium khlorida, tembaga sulfat hidrat, dan kuarsa. Lokasi partikel penyusun padatan kristalin (ion, atom atau molekul) biasanya dinyatakan dengan kisi, dan lokasi setiap partikel disebut titik kisi. Satuan pengulangan terkecil kisi disebut dengan sel satuan.

Gambar 8.1 Definisi sel satuan.
Sel satuan digambarkan dengan garis tebal. Jarak antar dua titik sepanjang ketiga sumbu didefiniskan sebagai a, b dan c. Sudut yang dibuat antar dua sumbu didefinisikan sebagai α, β dan γ.

Sel satuan paling sederhana adalah kubus. Tiga sumbu kubus dan beberapa sel satuan lain tegak lurus satu sam lain, namun untuk sel satuan lain sumbu-sumbu itu tidak saling tegak lurus. Faktor yang mendefinisikan sel satuan adalah jarak antar titik dan sudut antar sumbu. Faktor-faktor ini disebut dengan tetapan kisi (kadang disebut juga parameter kisi) (Gambar 8.1).

Di tahun 1848, kristalografer Perancis Auguste Bravais (1811-1863) mengklasifikasikan kisi kristal berdasarkan simetrinya, dan menemukan bahwa terdapat 14 jenis kisi kristal seperti diindikasikan dalam Gambar 8.2. Kisi-kisi ini disebut dengan kisi Bravais. Ke-empat belas kisi 14 diklasifikasikan menjadi tujuh sistem kristal.Dalam buku ini, hanya tida sistem kubus yang dikenal baik: kubus sederhana, kubus berpusat badan dan kubus berpusat muka yang akan dibahas.

Besarnya sel satuan dapat ditentukan dengan hukum Bragg, yang diusulkan oleh fisikawan Inggris William Lawrence Bragg (1890-1971) di tahun 1912. Untuk mendapatkan informasi detail susunan akurat partikel dalam kristal, pengukuran intensitas puncak difraksi perlu dilakukan.

b. Padatan amorf

Susunan partikel dalam padatan amorf sebagian teratur dan sedikit agak mirip dengan padatan kristalin. Namun, keteraturan ini, terbatas dan tidak muncul di keseluruhan padatan. Banyak padatan amorf di sekitar kita-gelas, karet dan polietena memiliki keteraturan sebagian (Gambar 8.3).

Fitur padatan amorf dapat dianggap intermediate antara padatan dan cairan. Baru-baru ini perhatian telah difokuskan pada bahan buatan seperti fiber optik dan silikon amorf (Tabel 8.1).

Gambar 8.3 Padatan kristalin dan amorf
Terdapat perbedaan besar dalam keteraturan partikel penyusunnya.

Beberapa ilmuwan bertahan dengan pendapat bahwa padatan amorf dapat dianggap wujud keempat materi.

Tabel 8.1 Beberapa contoh padatan amorf fungsional

Amorf Penggunaan material
Gelas kuarsa Serat optik
Gelas khalkogenida Membran selenium untuk mesin fotokopi
Silikon amorf Sel surya
Logam besi/kobal amorf (bahan magnetik)
polimer polistirene
Karbon amorf karbon hitam (adsorben)
Silika gel gel (adsorben)

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

8.2 Struktur padatan kristalin

a. Susunan terjejal

Banyak senyawa, khususnya kristal logam dan molekular mempunyai sifat umum yang memaksimalkan kerapatannya dengan menyusun partikel-partiklenya serapat mungkin. Sruktur kristal semacam ini disebut dengan struktur terjejal.

Sebagai contoh, perhatikan susunan terjejal kristal logam yang terdiri atas atom sferik (bola). Bola-bola ini disusun dalam lapisan. Lapisan pertama harus disusun seperti gambar 8.4(a) untuk mendapatkan susunan terjejal. Setiap bola di lapisan kedua menempati lubang yang dibentuk oleh tiga bola di lapisan pertama. Ini adalah cara yang paling efisien untuk menggunakan ruang yang tersedia (Gambar 8.4(b)). Ada dua cara untuk meletakkan lapisan ketiganya. Salah satunya adalah dengan meletakkan langsung di atas bola lapisan pertama (Gambar 8.4(c)), dan cara yang kedua adalah dengan meletakkannya di atas lubang lapisan kedua (Gambar 8.4(d)). Untuk mudahnya, cara pertama disebut dengan susunan abab, dan sruktur yang dihasilkan disebut dengan heksagonal terjejal. Cara yang kedua disebut dengan susunan abc dan sruktur yang dihasilkan disebut dengan kubus terjejal.

Susunan terjejal apapun akan memiliki sifat umum: (1) bola-bola itu akan menempati. 74% ruang yang tersedia; (2) setiap bola dikelilingi oleh 12 bola tetangganya; (3) enam bola dari 12 ada di lapis yang sama dan tiga di lapis atasnya dan tiga sisanya dari lapis di bawahnya. Jumlah bola yang beresentuhan dengan bola yang menjadi acuan disebut dengan bilangan koordinasi. Untuk struktur terjejal, bilangan koordinasi adalah 12, yang merupakan bilangan koordinasi maksimum. Dalam kasus ini, empat partikel dimasukkan dalam satu sel satuan.

Gambar 8.4 Struktur terjejal
(a) Satu lapisan khas. Setiap bola dikelilingi oleh 12 bola lain. (b) Lapisan kedua yang mirip dengan lapisan pertama. Setiap bola akan menempati lubang yang terbentuk oleh tiga bola di lapis pertama. (c) setiap bola di lapisan ketiga akan terletak persis di atas lapisan pertama (susunan aba). (d) setiap bola di lapisan ketiga terletak di atas lubang lapisan pertama yang tidak digunaka oleh lapisan kedua (susunan abc).

Perak mengkristal dalam susunan kubus terjejal. Bila kristalnya dipotong seperti ditunjukkan di Gambar 8.5, satu bola akan terletak di pusat setiap muka kubus. Karena satu bola (satu atom) terletak di setiap pusat muka kubus, maka kisi ini disebut dengan kisi berpusat muka.

Gambar 8.5 Kisi kubus berpusat muka
Dalam kasus ini, hubungan antara r, jari-jari bola dan d,
panjang sel satuan, dapat ditentukan dengan teorema Pythagoras.

Latihan 8.1 Kerapatan Logam

Radius atom perak adalah 0,144 nm. Dengan mengetahui bahwa perak berstruktur kubus berpusat muka, hitung kerapatan perak (g/cm3).

Jawab.

Penyusunan atom perak diperlihatkan di gambar 8.5. Anda perlu menentukan volume dan jumlah atom perak dalam satu sel satuan. Karena panjang diagonal adalah 4r, d dapat ditentukan dengan

teorema Pythagoras, d2 + d2 = (4r)2 Jadi : d = r√8 = 0,144√8 = 0,407 nm. Jumlah atom perak dalam satu sel satuan dapat diperoleh dari Gambar 8.5. Terlihat terdapat enam separuh bola dan delapan 1/8 bola. Sehingga totalnya ada 4 bola per sel satuan. Massa atom perak adalah m = 107,9 (g mol-1) / 6,022 x 1023 (atom mol-1) = 1,792 x 10-22 (g atom-1).

Karena kerapatan adalah (massa/volume), maka kerapatan perak dAg = [4.(atom) x 1,792 x 10–22 (g .atom1)]/(0,407 x 10-7)3 (cm3) = 10,63 (g.cm-3). Nilai yang didapat dari percobaan adalah 10,5 (g.cm-3) pada temperatur 20 °C.

b. Kubus berpusat badan

Beberapa logam , seperti logam alkali, mengkristal dalam kisi kubus berpusat badan, yang mengandung bola yang terletak di pusat kubus dan di sudut-sudut kubus sel satuan sebagaimana diperlihatkan di Gambar 8.6. Cara penyusunan ini disebut dengan kisi kubus berusat badan.

Latihan 8.2 Susunan kristal logam

Dengan bantuan gambar 8.6, jawablah: (1) tentukan bilangan koordinasi atom logam di pusat sel satuan (2) berapa bagian bola bola yang terletak di sudut sel satuan (3) tentukan bilangan koordinasi atom logam di sudut .

Jawab.

(1) 8. Bola di pusat dikelilingi delapan bola lain, satu setiap sudut kubus. (2) 1/8. Ada delapan bola (3) 8. Setiap bola di setiap sudut sel satuan hanya bersentuhan dengan delapan bola di pusat sel satuan yang mengelilinginya.

Karena bilangan koordinasinya 8, susunan kubus berpusat badan bukan susunan terjejal.

c. Analisis kristalografi sinar-X

Teknik analisis kristalografi sinar-X pertama dikenalkan di awal abad 20, dan sejak itu telah digunakan dengan meluas untuk penentuan struktur berbagai senyawa. Teknik ini dengan sempurna telah menyelesaikan berbagai masalah yang sebelumnya tidak dapat diselesaikan. Tahap awal dicapai oleh William Henry Bragg (1862-1942), sang ayah, dan William Laurence Bragg (1890-1971), anaknya, yang menentukan struktur garam dan intan.

Hingga beberapa tahun terakhir, analisis kristalografi sinar-X hanya dilakukan para spesialis, yakni kristalografer, apapun molekul targetnya. Sungguh, pengukuran dan pemrosesan data yang diperlukan memerlukan pengetahuan dan pengalaman yang banyak. Namiun kini, berkat perkembangan yang cepat dan banyak dalam bidang hardware maupun software kristalografi sinar-X, pengukuran kristalografi sinar-X telah menjadi mungkin dilakukan dengan training yang lebih singkat. Kini, bahkan kimiawan sintesis yang minat utamanya sintesis dan melakukan analisis kristalografi sinar-X sendiri. Akibatnya molekul target yang dipelajari oleh para spesialis menjadi semakin rumit, dan bahkan struktur protein kini dapat dielusidasi bila massa molekulnya tidak terlalu besar. Kini pengetahuan tentang analisis kristalografi diperlukan semua kimiawan selain NMR (Bab 13.3).

Difraksi cahaya terjadi dalam zat bila jarak antar partikel-partikelnya yang tersusun teratur dan panjang gelombang cahaya yang digunakan sebanding. Gelombang terdifraksi akan saling menguatkan bila gelombangnya sefasa, tetapi akan saling meniadakan bila tidak sefasa. Bila kristal dikenai sinar-X monokromatis, akan diperoleh pola difraksi. Pola difraksi ini bergantung pada jarak antar titik kisi yang menentukan apakah gelombang akan saling menguatkan atau meniadakan.

Gambar 8.7 Kondisi difraksi Bragg.
Difraksi sinar- X oleh atom yang terletak di dua lapis kristal. Bila selisih lintasan optis, xy + yz = 2dsinθ, sama dengan kelipatan bulat panjang gelombang, gelombang tersebut akan saling menguatkan.

Andaikan panjang gelombang sinar-X adalah λ (Gambar 8.7). Bila selisih antara lintasan optik sinar-X yang direfleksikan oleh atom di lapisan pertama dan oleh atom yang ada di lapisan kedua adalah 2dsinθ, gelombang-gelombang itu akan saling menguatkan dan menghasilkan pola difraksi. Intensitas pola difraksi akan memberikan maksimum bila:

nλ = 2dsinθ … (8.1)

Persamaan ini disebut dengan kondisi Bragg.

Kondisi Bragg dapat diterapkan untuk dua tujuan. Bila jarak antar atom diketahui, panjang gelombang sinar-X dapat ditentukan dengan mengukur sudut difraksi. Moseley menggunakan metoda ini ketika ia menentukan panjang gelombang sinar X berbagai unsur. Di pihak lain, bila panjang gelombang sinar-X diketahui, jarak antar atom dapat ditentikan dengan mengukur sudut difraksi. Prinsip inilah dasar analisis kristalografi sinar-X.

Latihan 8.3 Kondisi Bragg

Sinar-X dengan panjang gelombang 0,154 nm digunakan untuk analisis kristal aluminum. Pola difraksi didapatkan pada θ = 19.3°. Tentukan jarak antar atom d, dengan menganggap n = 1.

Jawab

d = nλ/2sinθ = (1 x 0,154)/(2 x 0,3305) = 0,233 (nm)
Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

8.3 Berbagai kristal

Sampai di sini, kristal telah diklasifikasikan berdasarkan cara penyusunan partikelnya. Kristal juga dapat diklasifikasikan dengan jenis partikel yang menyusunnya atau dengan interaksi yang menggabungkan partikelnya (Tabel 8.2).

Tabel 8.2 Berbagai jenis kristal

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))

a. Kristal 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. Hal ini sudah dilakukan di Bab 3.4 (Gambar 3.8).

Karena orbital atom bertumpangtindih 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 kedapat-tempa-annya, 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 8.8).

Gambar 8.8 Deformasi sruktur logam.
Logam akan terdeformasi bila gaya yang kuat diberikan, tetapi logam tidak akan putus. Sifat ini karena interaksi yang kuat antara ion logam dan elektron bebas.

Tingginya hantaran panas logam dapat juga dijelaskan dengan elektron bebas ini. Bila salah satu ujung logam dipanaskan, energi kinetik elektron sekitar ujung itu akan meningkat. Peningkatan

energi kinetik dengan cepat ditransfer ke elektron bebas. Hantaran listrik dijelaskan dengan cara yang sama. Bila beda tegangan diberikan pada kedua ujung logam, elektron akan mengalir ke arah muatan yang positif.

Kilap logam diakibatkan oleh sejumlah besar orbital molekul kristal logam. Karena sedemikian banyak orbital molekul, celah energi antara tingkat-tingkat energi itu sangat kecil. Bila permukaan logam disinari, elektron akan mengabsorbsi energi sinar tersebut dan tereksitasi. Akibatnya, rentang panjang gelombang cahaya yang diserap sangat lebar. Bila elektron yang tereksitasi melepaskan energi yang diterimanya dan kembali ke keadaan dasar, cahaya dengan rentang panjang gelombang yang lebar akan dipancarkan, yang akan kita amati sebagai kilap logam.

b. Kristal 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 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 8.9(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 8.9(b)). Jadi, dicapai koordinasi 6:6.

Gambar 8.9 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 8.10)

Gambar 8.10 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 (jarijari 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. Masalah ini dirangkumkan di tabel 8.3.

Tabel 8.3 Rasio jari-jari kation rC dan anion rA dan bilangan koordinasi.

Rasio jari-jari rC/rA Bilangan koordinasi contoh
0,225-0,414 4 ZnS
0,414-0,732 6 Sebagian besar halida logam alkali
>0,732 8 CsCl, CsBr, CsI

Latihan 8.4 Penyusunan dalam kristal ion

Dengan menggunakan jari-jari ion (nm) di bawah ini, ramalkan struktur litium fluorida LiF dan rubidium bromida RbBr. Li+ = 0,074, Rb+ = 0,149, F = 0,131, Br = 0<196

Jawab

Untuk LiF, rC/rA = 0,074/0,131 = 0,565. Nilai ini berkaitan dengan nilai rasio untuk kristal berkoordinasi enam, sehingga LiF akan bertipe NaCl. Untuk RbBr, rC/rA = 0,149/0,196 = 0,760, yang termasuk daerah berkoordinasi 8, sehingga RbBr diharapkan bertipe CsCl.

c. Kristal 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 8.11). Namun, karena strukturnya yang sederhana, permukaan kristalnya teratur. Ini alasannya mengapa kristal iodin memiliki kilap.

Gambar 8.11 Struktur kristal iodin.
Strukturnya berupa kisi ortorombik berpusat muka.
Molekul di pusat setiap muka ditandai dengan warna lebih gelap.

Pola penyusunan kristal senyawa organik dengan struktur yang lebih rumit telah diselidiki dengan analisis kristalografi sinar-X. Bentuk setiap molekulnya dalam banyak kasus mirip atau secara esensi identik dengan bentuknya dalam fasa gas atau dalam larutan.

d. Kristal 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 8.12). 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 8.13). 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 8.12 Struktur kristal intan
Sudut ∠C-C-C adalah sudut tetrahedral, dan setiap
atom karbon dikelilingi oleh empat atom karbon lain.

Gambar 8.13 Struktur kristal silikon dioksida
Bila atom oksigen diabaikan, atom silikon akan membentuk struktur mirip intan. Atom oksigen berada di antara atom-atom silikon.

Latihan 8.5 Klasifikasi padatan

Kristal yang diberikan di bawah ini termasuk kristal logam, ionik, kovalen, atau molekular. Kenali jenis masing-masing.

padatan Titik leleh (°C) Kelarutan dalam air Hantaran listrik
A 150 Tak larut Tidak
B 1450 Tak larut Menghantar
C 2000 Tak larut Tidak
D 1050 larut Tidak

Jawab

A = kristal molekular, B = kristal logam, C = kristal kovalen, D = kristal ionik

Kristal biasanya diklasifikasikan seprti di latihan 8.5 di atas. Dalam metoda lain, kristal diklasifikasikan bergantung pada partikel penyusunnya, yakni atom, molekul atau ion. Kristal yang tersusun atas atom meliputi kristal logam, kristal kovalen, dan kristal molekular seperti kristal gas mulia. Tabel 8.4 merangkumkan klasifikasi ini.

partikel Jenis ikatan Sifat Contoh
Jaringan atom Ikatan kovalen berarah keras
Titik leleh tinggi
Insulator
intan
logam Ikatan kovalen tak
berarah
Kekeresan bervariasi
Titik leleh bervariasi
konduktor
perak

besi

Gas mulia Gaya antarmolekul Titik leleh sangat
rendah
argon
Molekul (polar) Interaksi dipol-dipol lunak
Titik leleh rendah
Insulator
es
es kering
ion Ikatan ionik Keras
Titik leleh tinggi
insulator
natrium khlorida

e. Kristal 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 8.14, ditunjukkan beberapa contoh ristal cair.

Gambar 8.14 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 8.15. Kristal cair digunakan secara luas untuk tujuan praktis semacam layar TV atau jam tangan.

Gambar 8.15 Keteraturan dalam kristal cair. Keteraturan adalm kristal adalah tiga dimensi. Dalam kristal cair smektik dapat dikatakan keteraturannya di dua dimensi, dan di nematik satu dimensi. T adalah temperatur transisi.

Latihan

8.1 Kondisi Bragg

Kristal diukur dengan sinar-X (λ = 0,1541 nm) untuk mendapatkan pola difraksi pada θ =15,55°. Tentukan jarak antar bidang bila n = 1. Jawab 0,2874 nm.

8.2 Kristal tipe natrium khlorida

Dalam kristal ionik jenis natrium khlorida (bilangan koordinasi = 6), kation dikelilingi oleh enam anion. Tentukan rasio jari-jari kation/anion (rC/rA) bila kedua ion bensentuhan.

Jawab. rC + rA = √2 rA Maka rC/rA = 0,414. Bila rasion rC/rA lebih kecil dari nilai ini, tidak akan ada kontak antara kation dan anion.

8.3 Kerapatan kristal

Jari-jari atom nikel (Ni) adalah 1,24 x 10–10 m, dan kristalnya berstruktur kubus terjejal (berpusat muka). Hitung kerapatan kristal nikel.

Jawab. Anggap panjang sel kubus sebagai d, maka (4r)2 = 2d2 dengan teorema Pythagoras d = √2r. Volume satu sel satuan, V, V = 22,63 r3. Dalam satu sel satuan ada empat atom, maka massa satu sel satuan, w, w = (4 x 58,70 (g mol-1))/(6,022 x 1023 (mol-1)) = 3,900 x 10-22 (g). Akhirnya kerapatan, d, d = w/V = 9,04 g cm3. Cocok dengan hasil percobaan 8,90 g cm-3.

8.4 Kubus berpusat badan

Kristal titanium adalah kubus berpusat badan dengan kerapatan 4,50 g.cm-3. Hitung panjang sel satuan l, jari-jari atom titanium r. Dalam kubus berpusat badan, atom-atomnya berkontak sepanjang diagonal sel satuan.

8.4 Jawab.

Karena dua atom berada dalam sel satuan kubus berpusat badan, persamaan berikut berlaku 4,50 (g cm-3) = (2 x 47,88 (g mol-1))/( 6,022 x 1023 (mol-1) x l3 (cm3)), maka l = 3,28 x 108 cm. Dengan teorema Pythagoras, (4r)2 = (3,28 x 108)2 + [√2(3,28 x 108)]2 , maka r = 1,42 x 108 cm.

8.5 Klasifikasi kristal

Klasifikasikan kristal berikut sesuai dengan klasifikasi di Tabel 8.2: (a) es kering (CO2); (b) graphite;

(c) CaF2; (d) MnO2; (e) C10H8 (naftalen);(f) P4; (g) SiO2; (h) Si; (i) CH4; (j) Ru; (k) I2; (l) KBr; (m) H2O; (n) NaOH; (o) U; (p) CaCO3; (q) PH3. Jawab (a) molekular; (b) kovalen; (c) ionik; (d) ionik; (e) molekular; (f) molekular;(g) kovalen; (h)logam; (i) molekular; (j) logam; (k) molekular; (l) ionik, (m) molekular; (n) ionik; (o) logam; (p) ionik; (q) molekular.

Selingan-Berita besar di medan perang

William Henry Bragg (1862-1942), sang ayah, dan William Laurence Bragg (1890-1971), sang anak, mendapatkan hadiah Nobel fisika bersama di tahun 1915 karena sumbangannya pada pengembangan metoda analisis kristalografi sinar-X. Walaupun kini ada beberapa contoh lain ayah dan anak mendapatkan hadiah Nobel, namun sampai saat ini belum ada contoh lain ayah dan anak mendapatkan bersama.

Ketika William Laurence mendapatkan Nobel, ia masih sangat muda (25 tahun). Ini juga sekaligus berarti bidang sains baru, yang mengeksplorasi struktur atom juga masih sangat muda. William Laurence mendapatkan berita di basis militer ketika ia sedang terlibat dalam pengembangan alat yang didesain untuk mendeteksi lokasi kamp musuh dengan bantuan suara.

Di awal Perang Dunia I, belum ada sistem untuk merekrut saintis di riset militer. Ketika perang sudah berlangsung selama beberapa tahun, ilmuwan dipanggil untuk melakukan riset militer. Pemanggilan saintis ini menjadi sangat ekstensif dan sistematik selama Perang Dunia II sebagaimana dicontohkan dalam proyek Manhattan.

Di awal PD I, banyak saintis yang secara sukarela masuk wajib militer dan pergi ke medan perang. Moseley adalah salah satunya. Ia melamar masuk tentara Inggris segera setelah perang mulai, dan di tahun 1915, terbunuh oleh pasukan Turki di serangan tragis Gallipoli Peninsula.

Dari sudut pandang nilai saintifik yang besar dari hukum Moseley, hampir dapat dipastikan ia akan menerima hadiah Nobel di tahun 1916 atau segera setelah itu andaikan ia tidak wafat di perang. Sungguh suatu ironi dan disesalkan bahwa kandidat kuat pemenang Nobel dibunuh dalam petualangan amibisus Winston Churchill (1874-1965). Churchill akhirnya justru mendapat hadiah Nobel.

Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

9 Tanggapan to “11. PADATAN”

  1. isa Says:

    maav, saya ingin tanya..
    ni di ambil dari buku apa?

  2. junianataslima Says:

    thanks a lot sir for helping me study🙂

  3. gisnawirdya Says:

    makasih pak atas info nya, ini dapat membantu sya dalam banyak hal

  4. diahrestia Says:

    sekilas sangat menarik info ny pak, kalo nanti punya waktu senggang akan saya baca secara detail .
    terima kasih pak

  5. selvyanyayu Says:

    terima kasih pak atas informasinya, info ini sangat membantu sekali dalam proses apapun.

  6. devydestiani Says:

    trimakasih Pak atas ilmu yang telah bapak berikan🙂

  7. Faris Mustaqim Says:

    Terima kasih pak informasinya

  8. putudarmawan Says:

    Terimakasi atas infonya pak
    semoga ilmu ini dapat saya manfaatkan dgn baik
    dan dapat mmbntu saya ke dpannya

  9. Desi Riskyani ( Sepdes ) Says:

    pak, apa yang bapak berikan sngat berguna untuk saya dan bisa saya pelajari lagi
    mksh pak🙂

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s


%d blogger menyukai ini: