1. Pendahuluan
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.
Secara ideal, susunan polihedra
koordinasi paling stabil adalah yang memungkinkan terjadinya energi per satuan
volume yang minimum. Keadaan tersebut dicapai jika:
a)
kenetralan
listrik terpenuhi,
b)
ikatan
kovalen yang diskrit dan terarah terpenuhi,
c)
gaya
tolak ion-ion menjadi minimal,
d)
susunan
atom serapat mungkin.
2.
Kisi Ruang
Bravais Dan Susunan Atom Pada Kristal
Kisi ruang (space lattice) adalah susunan titik-titik dalam ruang tiga dimensi
dimana 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 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 gambar 1.
Gambar 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
Gambar 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, a – a – a , α = β = γ = 90o
. 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
90o, kita dapatkan bentuk tetragonal, a − a − c, α = β = γ = 90o
; ada dua variasi seperti terlihat pada Gambar.1. Jika rusuk-rusuk tidak sama
tetapi sudut tetap sama 90o kita dapatkan bentuk orthorombic dengan
4 variasi.
3.
Kristal Unsur
Dari empat keadaan yang harus dipenuhi
untuk terbentuknya struktur kristal, dua keadaan telah pasti dipenuhi oleh unsur-unsur
yang membentuk kristal yaitu kenetralan listrik dan gaya tolak antar ion yang
minimal. Dua keadaan lagi yang diperlukan adalah pemenuhan persyratan ikatan
kovalen dan terjadinya susunan yang rapat. Kita akan melihat terlebih dahulu unsur
metal dan gas mulia.
a)
Unsur
grup VIII dan Metal.
Gas mulia, Ne dengan kofigurasi [He] 2s2 2p6, dan Ar [Ne] 3s2
3p6, serta Kr [Ar] 3d10 4s2 4p6,
memiliki delapan elektron di kulit terluarnya. Konfigurasi ini sangat mantap.
Oleh karena itu mereka tidak membentuk ikatan dengan sesama atom atau dengan
kata lain atom-atom ini merupakan atom bebas. Dalam membentuk padatan (membeku)
atom-atom gas mulia tersusun dalam susunan yang rapat. Konfigurasi yang mantap
dari gas mulia menjadi konfigurasi yang cenderung
untuk dicapai oleh unsur-unsur lain dalam membentuk ikatan atom.
Selain gas mulia, atom metal juga
membentuk susunan rapat dalam padatan. Hal ini disebabkan karena ikatan metal
merupakan ikatan tak berarah. Syarat utama yang harus dipenuhi dalam membentuk
padatan adalah terjadinya susunan yang rapat. Tiga sel satuan yang paling
banyak dijumpai pada metal (dan gas mulia dalam keadaan beku) adalah FCC, HCP,
dan BCC yang diperlihatkan pada gambar 2.
Gambar 2. Sel
unit FCC, BCC, dan HCP.
b)
Unsur
grup VII.
Atom Cl [Ne] 3I2 3p5, Br [Ar] 4s2 4p5, J [Kr] 4d10
5s2 5p5, memuat 7 elektron di kulit terluarnya (tingkat
energi terluar). Oleh karena itu pada umumnya mereka berikatan dengan hanya 1
atom dari elemen yang sama membentuk molekul diatomik (Cl2, Br2,
J2); dengan ikatan ini masing-masing atom akan memiliki konfigurasi
gas mulia, delapan elektron di kulit terluar. Molekul-molekul diatomik tersebut
berikatan satu dengan yang lain melalui ikatan sekunder yang lemah, membentuk
kristal. Karena ikatan antar molekul yang lemah ini maka titik-leleh mereka
rendah.
c)
Unsur
grup VI.
Atom S [Ne] 3s2 3p4,
Se [Ar] 3d10 4s2 4p4, Te [Kr] 4d10
5s2 5p4, memiliki 6 elektron di kulit terluarnya. Setiap akan
mengikat dua atom lain untuk memenuhi konfigurasi gas mulia dengan delapan
elektron di kulit terluar masing-masing. Ikatan semacam ini dapat dipenuhi
dengan membentuk molekul rantai spiral atau cincin di mana setiap atom
berikatan dengan dua atom yang lain dengan sudut ikatan tertentu. Molekul rantai
spiral atau cincin ini berikatan satu sama lain dengan ikatan sekunder yang lemah
membentuk kristal. Contoh ikatan telurium yang membentuk spiral diberikan pada
Gambar 3. Satu rantaian spiral ikatan Te bergabung dengan spiral Te yang lain membentuk
kristal hexagonal.
Gambar 3. Rantai
spiral Te membentuk kristal hexagonal.
d)
Unsur
Grup V.
Atom P [Ne] 3s2 3p3, As
[Ar] 3d10 4s2 4p3, Sb [Kr] 4d10
5s2 5p3, dan Bi [Xe] 4f14
5d10 6s2 6p3
memiliki 5 elektron di kulit terluarnya dan setiap atom akan berikatan dengan
tiga atom lain dengan sudut ikatan tertentu. Atom-atom berikatan membentuk
lapisan bergelombang dan lapisan-lapisan ini berikatan satu dengan lainnya melalui
ikatan yang lemah. Contoh salah satu lapisan dari kristal As diperlihatkan pada
Gambar 4.
Gambar 4. Salah
satu lapisan kristal As.
e)
Unsur
Grup IV.
Pada Grup IV hanya unsur ringan yang
membentuk krital dimana semua ikatan yang menyatukan kristal adalah kovalen.
Ikatan ini merupakan hasil dari orbital hibrida sp3 tetrahedral yang
saling terkait dan membentuk kristal kubik pada C (intan), Si, Ge, Sn. (lihat tentang
hibridisasi). Sebagian dari unsusr grup ini dapat pula membentuk struktur
dengan ikatan kristal tidak kovalen, seperti pada grafit. Atom-atom pada grafit
terikat secara kovalen heksagonal membentuk bidang datar yang terikat dengan
bidang yang lain melalui ikatan yang lemah seperti diperlihatkan pada Gambar 5.
Gambar 5.
Kristal grafit
Dalam hal ini ikatan kovalen terjadi
antar orbital sp2 sedangkan ikatan antar bidang lebih bersifat
ikatan metal. Oleh karena itu grafit lebih mudah mengalirkan arus listrik dan panas
pada arah sejajar dengan bidang ini dibandingkan dengan arah tegak lurus.
Thanks Mr. Angah..
BalasHapusvery helpful :)
sudah bagus, terima kasih. saran saja, untuk ditambahkan daftar pustakanya.
BalasHapus