STRUCTURE OF A MATERIAL Engineering Material Class Monday, 2 October 2006

The Structure of a Material The structure of a material can be considered on several levels: The arrangement of the electrons surrounding the nucleus of individual atoms affects electrical, magnetic, thermal and optical behaviour. The arrangement of the atoms: A grain structure

FOUR LEVELS OF STRUCTURE IN A MATERIAL

ATOMIC ARRANGEMENT Atomic arrangement plays an important role in determining the microstructure and behaviour of a solid.

Aluminium : good ductility Iron: good strength Ceramic transducers capable of detecting tumors in the human body rely on an atomic arrangement that produces a permanent displacement of electrical charge within the material. Polyethylene: easily deformed Rubber: elastically stretched Epoxy: strong and brittle

ATOMIC BONDING The Metallic Bond

ATOMIC BONDING The Covalent Bond

ATOMIC BONDING The Ionic Bond

ATOMIC BONDING Van der Waals Bonding

BINDING ENERGY AND INTERATOMIC SPACING

I KATAN L OGAM Ikatan Logam terben- tuk bila atom menye- rahkan elektron terlu- arnya yang kemudi- an membentuk lautan elektron.

Logam yang diberi voltase, elektron-elektron pada lautan elektron akan mudah berpindah dan membawa arus.

14 SIFAT-SIFAT I KATAN L OGAM Memiliki konduktivitas listrik yang baik – karena elektronnya bebas bergerak. In-House Training PT. Hartono Wira Tanik

15 Material dengan ikatan kovalen berbagi elektronnya dengan dua atau lebih atom. I KATAN K OVALEN Atom Si memiliki 4 elektron valensi dan menggunakan bersa- ma elektronnya de- ngan 4 atom oksigen (atom O memiliki 6 elektron valensi), sehingga total 8 elektron pada tiap atom Si o In-House Training PT. Hartono Wira Tanik

Ikatan kovalen sangat kuat, tetapi material dengan ikatan ini memiliki keuletan yang rendah. Konduktivitas listrik dan termal yang rendah karena untuk elektron bisa bergerak dan mengalirkan arus, ikatan kovalen harus diputuskan (butuh energi besar: temperatur dan voltase tinggi). Bahan dengan ikatan kovalen: keramik, semikonduktor, dan polimer. SIFAT-SIFAT I KATAN K OVALEN

Bila terdapat lebih dari satu atom dalam material, satu atom berperan sebagai donor elektron untuk mengisi kulit energi terluar atom kedua (akseptor). I KATAN I ONIK

SIFAT-SIFAT I KATAN I ONIK Konduktivitas listriknya rendah, muatan listrik dipindahkan oleh perpindahan seluruh ion, dilihat dari ukurannya tidak semudah elektron bergerak.

Menggabungkan molekul atau sekelompok atom dengan gaya tarik elektrostatik yang lemah. Ikatan Van der Waals adalah ikatan sekunder di mana ikatan primer antar atom dalam kelompok adalah ionik atau kovalen. I KATAN V AN DER WAALS In-House Training PT. Hartono Wira Tanik

I KATAN V AN DER WAALS Memanaskan air sampai mendidih, memutuskan ikatan van der waals dan mengubah air menjadi uap. Tetapi dibutuhkan temperatur lebih tinggi untuk mematahkan ikatan kovalen antara atom H dan O. Plastik PVC, atom-atom Cl yang berikatan dengan rantai polimer bermuatan negatif dan atom H bermuatan positif. Antar rantai berikatan dengan van der waals.

ENERGI I KATAN A TOM Energi ikatan atom berkaitan dengan kekuatan ikatan dan nilainya tinggi untuk ikatan kovalen dan ionik. Material dengan energi ikatan yang tinggi biasanya memiliki temperatur cair tinggi, kekakuan yang tinggi, dan koefisien muai panas yang rendah.

Short Range Order Vs Long Range Order Bila kita mengabaikan ketidaksempurnaan dalam material maka susunan atom dalam material dapat dibagi menjadi 3 level: Sama sekali tidak beraturan. Beraturan dalam range pendek (bahan amorf) Beraturan dalam range panjang (bahan kristalin)

Unit Cells and Fourteen Types of Unit Cells

Characteristics of the Seven Crystal Systems In-House Training PT. Hartono Wira Tanik