Struktur zat padat ZAT PADAT
129
b 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. 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 34 .
Gambar 3. 12 Deformasi sruktur logam Sumber www.chemguide.com
130 Kristal Molekular
Kristal dengan molekul terikat oleh gaya antarmolekul sejenis 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 sejenis iodin tidak dapat dianggap berbentuk bola. Walaupun tersusun teratur di kristal, arah molekulnya bergantian Gambar 35.
Namun, karena strukturnya yang sederhana, permukaan kristalnya teratur. Ini alasannya mengapa kristal iodin memiliki kilap.
Gambar 3. 13 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.
c 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 sp
3
Gambar 36. 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
131 mirip dengan intan. Contoh yang sangat terkenal juga adalah silikon dioksida
kuarsa; SiO
2
Gambar 36. 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.
Sudut ∠C-C-C adalah sudut tetrahedral, dan setiap atom karbon dikelilingi oleh
empat atom karbon lain.
Sumber www.chemguide.com Gambar 3. 15 Struktur kristal silikon dioksida
Bila atom oksigen diabaikan, atom silikon akan membentuk struktur mirip intan. Atom oksigen berada di antara atom-atom silikon.
Sumber www.chemguide.com Gambar 3. 14 Struktur kristal intan
132
d Kristal Cair
Kristal memiliki titik leleh yang tetap yaitu kristal akan mempertahankan suhu dari awal hingga akhir proses pelelehan. Sebaliknya, titik leleh zat amorf berada di
nilai suhu yang lebar, dan suhu 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 38 ditunjukkan beberapa contoh kristal cair.
Gambar 3. 16 Beberapa contoh kristal cair
Dalam kristal-kristal cair ini, dua cincin benzen membentuk rangka planar. Terdapat tiga jenis kristal cair: smektik, nematik, dan kholesterik. Kristal cair
digunakan secara luas untuk tujuan praktis semacam layar TV atau jam tangan. Keteraturan dalam kristal adalah tiga dimensi. Dalam kristal cair smektik dapat
dikatakan keteraturannya di dua dimensi, dan dinematik satu dimensi.
2 Sifat-sifat dan kegunaan dari struktur kristal
Sifat-sifat dan kegunaan dari struktur Kristal dapat dilihat pada tabel 18 berikut:
133
Tabel 3. 7 Sifat-sifat dan kegunaan dari struktur Kristal molekuler, ionic, kovalen dan logam
Molekuler Ionik
Kovalen Logam
Satuan kimia pada
tempat kisi Molekul atau
atom Ion positif dan
negatif Atom-atom
Ion positif
Gaya yang mengikat
zat padat Gaya London
dipol-dipol ikatan hidrogen
Gaya tarik elekrostatik
antara ion + dan ion -
Ikatan kovalen Gaya tarik
elektrostatik antara ion +
dan lautan elektron.
Beberapa sifat
Lunak, umumnya titik
leleh rendah, bukan konduktor
listrik Keras rapuh,
titik leleh tinggi , bukan
konduktor kecuali bila
telah dilelehkan
Sangat keras, titik leleh tinggi,
bukan konduktor
Keras sampai lunak, titik leleh
rendah sampai tinggi,
konduktor yang baik
Beberapa contoh
CO
2
, es kering, H
2
Oes, C
12
H
22
O
11
gula NaCl garam,
CaCO
3
gamping kapur,
MgSO
4
garam inggris SiC
karborundum, C berlian, WC
tungsten karbida
digunakan sebagai alat
pemotong Na, Fe, Cu,
Hg,dll
3 Struktur Kristal
Struktur kristal yang umumnya terbentuk pada logam murni yaitu BCC, FCC dan HCP. Terbentuknya struktur kristal BCC, FCC, HCP tersebut dipengaruhi oleh
temperatur. Berubahnya temperatur dapat merubah struktur kristal tersebut.
134 Contohnya besi pada temperatur dibawah 910 derajat celcius strukturnya akan
membentuk BCC jika temperaturnya 910-1400 derajat celcius maka susunannya akan berubah menjadi FCC dan jika temperaturnya berubah menjadi 1400 derajat
celcius maka susunannya akan berubah menjadi BCC lagi. Untuk pengertian dari masing-masing struktur tersebut adalah :
a Kubus Berpusat Badan body centered cubicBCC
Sumber www.chemguide.com Gambar 3. 17Struktur kristal kubus berpusat badan BCC: a gambaran model bola
pejal sel satuan BCC, b Sel satuan BCC digambarkan dengan bola padat kecil, c Sel satuan BCC yang berulang dalam padatan kristalin
Gambar 2. Contoh logam yang mempunyai struktur kristal BCC antara lain Fe , Cr, Li, Mo,
W, V. Dari gambar sel satuan terlihat bahwa atom pusat dikelilingi oleh 8 atom terdekat dan dikatakan mempunyai bilangan
koordinasi 8. Dari gambar isolated unit cell terlihat bahwa ada satu atom utuh terletak di tengah sel satuan
dan 18 atom terdapat pada tiap-tiap sudut sel satuan, sehingga dalam satusel satuan BCC terdapat 2 atom Berdasarkan gambar 48
atom-atom atau inti ion bersentuhan satu sama lain sepanjang diagonal ruang. Hubungan panjang sisi
kristal BCC a, dengan jari-jari atomnya R diberikan sebagai berikut:
Dari gambar hard sphere unit cell dimana sel satuan BCC digambarkan sebagai bola faktor penumpukan atom atomic facking faktor dapat dihitung dengan
formula :