KRISTAL
UJUD ZAT GAS CAIR PADAT
Kristal adalah padatan dimana atom-atomnya tersusun dalam satu pola yang berulang secara periodik dalam struktur tiga dimensi. Semua kristal adalah padatan, tetapi tidak semua padatan berupa kristal. Padatan non kristal disebut padatan amorf. Beberapa senyawa dapat membentuk kristal dengan komposisi yang sama tetapi dengan susunan atom/ molekul yang berbeda sehingga menghasilkan struktur tiga dimensi yang berbeda. Beberapa senyawa mempunyai struktur tiga dimensi yang sama, tetapi bentuknya berbeda jika dilihat di bawah mikroskop.
SIMETRI Simetri merupakan salah satu sifat dari sistem kristal yang dapat digunakan untuk membedakan satu sistem kristal dengan lainnya. Tiga elemen simetri sederhana dalam kristal: Simetri pada titik (pusat simetri) Simetri pada garis (sumbu simetri) Simetri pada bidang (bidang simetri)
Simetri TERHADAP titik Suatu kristal dikatakan memiliki pusat simetri apabila setiap titik pada permukaan kristal memiliki satu titik yang identik pada sisi yang berseberangan dan berjarak sama dari titik pusat. Contoh: kubus
Simetri TERHADAP GARIS Jika sebuah kristal diputar 360 berpusat pada sebarang poros, maka kristal tersebut akan kembali ke posisi semula. Jika kristal tampak seperti kembali ke posisi semula lebih dari sekali dalam satu kali putaran, maka sumbu yang digunakan disebut SUMBU SIMETRI.
DIAD AXIS TRIAD AXIS SUMBU SIMETRI TETRAD AXIS HEXAD AXIS Diputar 180 Simetri lipat 2 DIAD AXIS TRIAD AXIS Diputar 120 Simetri lipat 3 SUMBU SIMETRI TETRAD AXIS Diputar 90 Simetri lipat 4 Diputar 60 Simetri lipat 6 HEXAD AXIS
Simetri garis pada kubus
Simetri TERHADAP BIDANG Bidang simetri membelah objek padat menjadi 2 bagian sedemikian rupa sehingga satu bagian merupaka bayangan cermin bagi bagian lainnya. Simetri bidang pada kubus
Kubus (heksahedron) merupakan bentuk sangat simetris yang memiliki 23 elemen simetri (1 pusat, 9 bidang, dan 13 sumbu). Disamping kubus, bentuk lain yang sangat simetris adalah oktahedron, yang juga memiliki 23 elemen simetri.
ELEMEN SIMETRI
Perubahan dari bentuk kubus/heksahedron ke oktahedron
SIMETRI GABUNGAN Simetri gabungan/Compound symmetry adalah simetri pada “rotation-reflexion axis” atau “axis of rotatory inversion”. Simetri ini diperoleh apabila salah satu permukaan kristal dapat dihubungkan dengan permukaan yang lain dengan cara melakukan 2 operasi: Memutar kristal pada satu sumbu. Mencerminkan pada bidang cermin yang terletak pada sumbu, atau membalik posisi kristal dengan berpusat pada titik pusat.
Permukaan A dapat ditransformasikan ke permukaan B dengan cara: Diputar 90C Dibalik
SISTEM KRISTAL 32 kelas/group 7 sistem kristal Komponen simetri: Simetri titik Simetri garis Simetri bidang Simetri gabungan Tanpa simetri Regular (5 kelas) Tetragonal (7 kelas) Orthorhombic (3 kelas) Monoclinic (3 kelas) Triclinic (2 kelas) Trigonal (5 kelas) Hexagonal (7 kelas)
3 Sumbu 4 Sumbu yz = xz = xy = yz = 90 xy = yu = ux = 60 Sumbu kristalografi
SPACE LATTICE Space lattice adalah susunan beraturan dari titik- titik pada bangun tiga dimensi, masing-masing titik menggambarkan satu unit struktural, seperti ion, atom, atau molekul. Keseluruhan struktur homogen, yang berarti bahwa setiap titik dalam lattice/kisi memiliki lingkungan yang identik dengan titik lainnya.
Point lattice : serangkaian titik yang tersusun sedemikian rupa sehingga setiap titik memiliki lingkungan yang sama
Satu point lattice ditandai dengan tiga spatial dimension a, b, dan c, serta tiga sudut , , dan . Panjang (a, b, c) dan sudut (, , ) disebut lattice parameter. Satu sel yang dikonstruksi dengan tersusun atas parameter-parameter ini disebut unit cell. Satu unit cell
Kombinasi dari ukuran panjang parameter a, b, dan c, serta besarnya sudut , , dan akan menghasilkan berbagai susunan lattice yang berbeda-beda. Pada tahun 1868 Bravais menyatakan bahwa hanya ada 14 kemungkinan konstruksi point lattice. Point lattice ini dapat dibagi menjadi 7 kategori sistem kristal.
The simple cubic system has one lattice point on each corner of the cube with each lattice point shared equally between eight adjacent cubes.
OCTAHEDRAL
Tiga macam kisi-kisi kubus: Face-centered cubic Body-centered cubic Simple Cubic
Prisma Tetragonal Bipiramid Tetragonal
Kisi Orthorhombic dibuat dengan cara menarik kisi kubus sepanjang 2 vektor kisi membentuk prisma segi empat dengan alas segi empat.
Kisi monoclinic lattice digambarkan sebagai vektor-vektor dengan panjang tidak sama yang membentuk prisma segi empat dengan alas jajaran genjang.
Kisi triclinic crystal digambarkan sebagai vektor-vektor dengan panjang tidak sama; semua vektor tidak saling tegak lurus.
Kristal rhombohedral (atau trigonal) digambarkan sebagai vektor-vektor yang panjangnya sama, masing-masing tidak saling tegak lurus. Sistem rombhohedral dapat dibayangkan sebagai sistem kubus yang ditarik sepanjang garis diagonal ruang.
Protoprisma heksagonal adalah prisma yang memiliki 6 permukaan vertikal. Irisan horizontal dari prisma ini selalu berupa heksagonal yang sama bentuk dan ukurannya.
INDEKS MILLER Jika kita anggap satu titik pada satu kisi kristal sebagai titik awal/asal/origin, maka kita dapat mendifinisikan vektor-vektor dari titik asal dengan menggunakan 3 koordinat. Misal kita punya sel kubus dan kita definisikan satu vektor mulai dari titik asal ke titik 1,1,1, maka garis tersebut akan bergerak ke arah positif sepanjang garis diagonal ruang, dan selanjutnya akan memotong titik 2,2,2 dan seterusnya. Arah gerakan vektor tersebut disingkat dengan [1,1,1], dimana nomor yang ada disebut indeks arah. Angka negatif ditandai dengan garis datar di atas angka, sehingga berarti bahwa indeks pertama bernilai negatif. KONVENSI: semua indeks ditulis dalam serangkaian angka bulat terkecil, atau pecahan sederhana.
INDEKS ARAH
Untuk menyatakan bidang-bidang pada kisi kristal digunakan konvensi seperti pada indeks Miller. Setiap bidang dinyatakan dengan tiga parameter (hkl), yang didefinisikan sebagai kebalikan dari perpotongan antara bidang dengan tiga sumbu kristal. Jika satu bidang sejajar dengan satu sumbu, maka indeks Miller-nya sama dengan nol. Contoh indeks Miller untuk sistem kubus ditunjukkan pada gambar di slide berikut ini.
Indeks Miller untuk bidang-bidang pada sistem kubus
IKATAN DALAM PADATAN IONIK KOVALEN IKATAN DALAM PADATAN MOLEKULER Terdiri dari ion-ion Terikat oleh Gaya elektrostatis Contoh: NaCl IONIK KOVALEN Terdiri dari atom-atom netral Terikat oleh ikatan kovalen Contoh: berlian IKATAN DALAM PADATAN MOLEKULER Terdiri atas molekul-molekul Terikat oleh gaya tarik lemah Contoh: senyawa organik LOGAM Terdiri atas kation-kation Terikat oleh ikatan logam Contoh: Cu, Fe
STRUKTUR KRISTAL NaCl
ISOMORF Isomorf adalah dua senyawa atau lebih yang membentuk kristal dengan bentuk yang identik. Senyawa isomorf dapat mengkristal bersama dari suatu larutan membentuk “kristal campuran”. Contoh: chrome alum K2SO4.Cr2(SO4)3.24H2O (ungu) dan potash alum K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O (tak berwarna) mengkristal dari larutannya masing-masing sebagai octahedra reguler. Jika satu larutan mengandung keduanya dikristalkan, maka akan terbentuk kristal octahedra reguler, akan tetapi warna kristal bervariasi dari hampir tak berwarna sampai ungu tua, tergantung perbandingan keduanya di dalam larutan.
KRISTAL CHROME ALUM
POLIMORF Polimorf adalah satu senyawa yang membentuk kristal dalam berbagai bentuk tergantung pada kondisi pertumbuhan kristal (temperatur, tekanan, pengotor, kecepatan tumbuh, dll.) Polimorf dari senyawa yang sama akan memiliki sifat fisik berbeda, seperti density, kapasitas panas, titik leleh, konduktivitas termal, dan aktivitas optik. Contoh:
ARAGONITE
CRISTOBALITE
TRIDYMITE
QUARTZ
Bentuk-bentuk polimorf dari berbagai senyawa
Apabila kita akan mengkristalkan senyawa yang memiliki polimorf, maka: Kita harus mengontrol kondisi operasi operasi sedemikian rupa agar kita dapat memperoleh bentuk yang kita inginkan. Setelah bentuk yang diinginkan kita peroleh, maka kita perlu menghindari perubahan/transformasi ke bentuk/polimorf yang lain. Senyawa yang dapat membentuk polimorf sering berubah dari satu bentuk ke bentuk lain disebut transisi polimorf. Kadang perubahan sedikit temperatur akan menyebabkan perubahan bentuk. Dalam banyak kasus, satu bentuk dari polimorf adalah metastabil, yang berarti bahwa setelah kristalisasi, pada akhirnya bentuk itu akan berubah menjadi bentuk lain yang lebih stabil.
Transformasi ini dapat berlangsung sangat cepat, ataupun sangat lambat, tergantung masing-masing sistem. Pada umumnya transformasi ini berlangsung paling cepat apabila kristal tersuspensi dalam larutan. Jika suatu senyawa memiliki beberapa polimorf dan salah satu polimorf merupakan bentuk yang stabil di semua temperatur, maka sistem tersebut MONOTROPIK. Jika beberapa polimorf stabil pada temperatur yang berbeda, maka sistem tersebut dinamakan ENANTIOTROPIK. Dalam sistem enantiotropik, polimorf yang kelarutannya paling kecil adalah yang paling stabil.
CRYSTAL HABIT Crystal habit adalah penampakan luar dari kristal. Deskripsi kuantitatif suatu kristal berarti mengetahui luas permukaan relatif, panjang ketiga sumbu, sudut antara permukaan, dan shape factor dari kristal. Shape factor adalah cara matematis untuk menggambar- kan geometri dari suatu kristal. Jika ukuran kristal didefinisikan dalam satu dimensi karakterisasi L, maka ada 2 macam shape factor: Volume shape factor : V = L3 Area shape factor : A = L3
BENTUK LUAR DARI KRISTAL HEKSAGONAL
Crystal habit dipengaruhi oleh: Struktur internal Kondisi pertumbuhan kristal (laju pertumbuhan, solven yang digunakan, keberadaan impuritas) Berbagai bentuk kristal sodium chlorate yang terbentuk dalam kondisi pertumbuhan yang berbeda: (a) cepat; (b) lambat
(b) larutan NaCl dengan adanya urea 10% Berbagai bentuk kristal sodium chloride yang terbentuk dalam kondisi pertumbuhan yang berbeda: (a) larutan murni; (b) larutan NaCl dengan adanya urea 10%