RSL ALUMINA SILIKA2 1

Bentonit

Bentonit

KBI Anorganik

Departemen Kimia FMIPA

Universitas Indonesia

PADAT (SOLID)Entopi (S): Spadat <S cair<Sgas

susunan atom lebih teraturmateri/zat yang mempunyai bentuk,volume dandensitas tertentu (tahan terhadap deformasi dankompresi) dan pada suhu tertentu

Berdasarkan struktur dan keberaturan atom atauBerdasarkan struktur dan keberaturan atom ataumolekul, zat padat terdiri dari 2 jenis yaitu :

Padat Amorf, mis SiO2

Padat Kristal

RSL ALUMINA SILIKA2 2

PADAT (SOLID)1. Padatan amorphous/ amorf (non-kristalin) atau gelas:

padat yang tidak mempunyai bentuk/struktur yang beraturan,

serta interaksi antar partikelnya bervariasi sehingga titik

lelehnya tidak tajam pada titik tertentu.

Contoh : gelas dan tar, karet, nilon dan beberapa jenis

plastik.plastik.

2. Padat kristal:

padatan yang mengandung atom atau molekul yang terikat

dengan struktur tertentu yang beraturan, sehingga titik lelehnya

juga tertentu.

Contoh : Es,kuarsa (SiO2), intan, tembaga, gula, NaCl,

KNO3.

RSL ALUMINA SILIKA2 3

Padat kristalBerdasarkan jenis partikel dan ikatannya,padat kristal terbagi atas:

1. Padat atom

2. Padat ionik2. Padat ionik

3. Padat molekular

4. Padat kovalen - network/jaringan

RSL ALUMINA SILIKA2 4

Berbagai jenis padat kristal, amorf dan sifat-sifatnya

padatan Contoh Interaksi Sifat khusus

Ionik NaCl, K2SO4,

CaCl2, (NH4)3PO4

Ionic: gayaelektrostatik (interaksimuatan positif dannegative)

Keras, rapuh, penghantar yangburuk, titik leleh tinggi (400-3000oC), biasanya larut dalam air

Logam Li, K, Ca, Fe,Cr,Ni, Ag, Cu, Au,logam lain sertaalloy/aliase

Ikatan logam/metalik,gaya tarik antar ionlogam dan awanelektron

Dapat ditempa, penghantar yangbaik, kekerasan dan titik lelehbervariasi (-39 s/d3000 oC)

rsl STRUKTUR PADAT IONIK-LOGAM 5

alloy/aliase elektronMolekular H2, O2, P4, S8, Ar,

H2O, CO2, CH4,CH3COOH, Gula

Gaya dispersi London,dipole-dipol, ikatanhidrogen

Titik leleh rendah-sedang (--272s/d 400 OC, penghantar yangburuk/lemah,

Jaringankovalen

C (intan), SiO2

(kuarsa), feldspar,mika

Kovalen, ikatanlangsung pasanganelektron

Titik leleh tinggi (1200-4000 OC),kekerasan bervariasi, ikatan 3dimensi>2 dimensi> 1 dimensi,penghantar listrik yang buruk

Amorf /glassy

Gelas, polietilen,nilon

Kovalen, ikatanlangsung pasanganelektron

Non-kristalin, rentang titik lelehluas dan bervariasi, penghantarburuk

PADAT KRISTALKristal adalah atom-atom yang mengatur diri secarateratur dan berulang dalam pola tiga dimensi.

Dua jenis pola pengemasan atom dalam kristal yangsering ditemukan adalah ccp (fcc) dan hcp.

Masing-masing memiliki nilai APF (Atomic PackingFactor) sebesar 0,74.

Bilangan koordinasi adalah jumlah ion atau atom yanglangsung mengelilingi atom pusat.

Bilangan koordinasi dalam sistem kristal ionikbergantung pada perbandingan antara radius kationdengan anion (r/R).

RSL ALUMINA SILIKA2 6

Bilangan koordinasi kristal ionik

r/R Bilangan Koordinasi Maksimum Bentuk Koordinasi<0,155 2 linear0,155-0,225 3 segitiga planar0,225-0,414 4 tetrahedral beraturan0,225-0,414 4 tetrahedral beraturan0,414-0,732 6 oktahedral beraturan0,732-1,000 8 kubus1,000 12 kuboktahedron

RSL ALUMINA SILIKA2 7

Unit sel

Unit sel

Unit volume terkecil dari suatu kristal disebut unit sel.

Unit sel adalah bangun dasar yang berbentuk kotak dengan sisi a, b,c (yang berhubungan dengan ruang antar lapisan d) dan , dan

Setiap kristal dibedakan berdasarkan panjang unit sel, sudut dansimetri kerangka 3 dimensinya.

Kristal mempunyai simetri yang sama dengan penyusun unit selnyakarena kristal adalah penggandaan susunan berulang dari unit sel.

Dikenal 7 jenis struktur kristal, bentuk kristal ini disimpulkan dalamTabel 2

RSL ALUMINA SILIKA2 8

RSL ALUMINA SILIKA2 9

Tabel 2 Hubungan unit sel untuk 7 sistem kristal

Sel Unit

Sistem panjang sudut Contoh

Kubus a = b = c = = = 90o NaCl (garam batu)

tetragonal a = b c = = = 90o TiO2, (rutil)

RSL ALUMINA SILIKA2 10

orthorombis a b c = = = 90o MgSO4.7H2O(epsomit)

monoklinik a b c = = 90o; 90o CaSO4.2H2O (gips)

triklinik a b c = 90o K2Cr2O7 (Kalium bikhromat)

heksagonal a = b c = = 90o; 120o SiO2 (silikat)

rhombohedral a = b = c = = 90o CaCO3 (kalsit)

RSL ALUMINA SILIKA2 11

1 octahedral / anion sehingga 100% situs octahedral terisi.Koordinasi # Na = 6; coordination # Cl =6.

Rutile, TiO2

RSL ALUMINA SILIKA2 12

Titanium(II)oksida, TiO

Jenis Kristal kubus adalah:

Kubus sederhana (cubic)

Kubus berpusat badan

RSL ALUMINA SILIKA2 13

Kubus berpusatmuka (FaceCentered Cubic)

Kubus berpusat badan(Body Centered Cubic)

Alat untuk mengetahui susunan partikel dalam kristal =Diffraktometer difraksi sinar-X

d

RSL ALUMINA SILIKA2 14

Refleksi berkas sinar monokhromatis oleh dua bidang kisi (Lapisan atom)dalam kristal

Hukum Bragg:n = 2 d sin atau sin = n /2 d

Keterangan:n : bilangan bulat, 1, 2, 3, 4, …. : panjang gelombang X-rayd : jarak antara unit-unit lapisan kristal : sudut difraksi

KristalografiKristalografi:

Atomic Packing Factor (APF) atau Fraksi packing:

Fraksi volume dalam struktur kristal yang ditempati atom

Tanpa dimensi dan selalu < 1

Secara praktis, dalam APF stuktur kristal diassumsikan bahwaatom adalah bola keras (pejal) (rigid sphere)

Untuk Kristal satu komponen (mengandung satu jenis atom), Untuk Kristal satu komponen (mengandung satu jenis atom),APF dinyatakan dengan:

Natomjumlah atom dalam kristal , Vatom volume atom,

VKristal = volume yang ditempati oleh kristal

RSL ALUMINA SILIKA2 15

Kristal

AtomAtom

V

.VNAPF

Kristalografi Untuk struktur satu komponen, penataan atom yang

paling rapat (dibuktikan secara matematik) adalahmempunyai APF = 0.74.

Kenyataannya, bilangan ini dapat lebih besar karenaadanya faktor spesifik intermolecularadanya faktor spesifik intermolecular

Untuk struktur multiple-component, APF dapatmelampaui 0.74.

RSL ALUMINA SILIKA2 16

StrukturKUBUS SEDERHANA (SIMPLE CUBIC) (SC)

Kubus sederhana (cubic)

• Jarang, karena paking yang buruk (hanya Po yangmempunyai struktur ini)

• Close-packed directions adalah tepi sudut kubus(cube edges). • Coordination # = 6

(# nearest neighbors)

RSL ALUMINA SILIKA2 174

(Courtesy P.M. Anderson)

ATOMIC PACKING FACTOR, APF

APF =Volume of atoms in unit cell*

Volume of unit cell

*assume hard spheres

• APF untuk struktur simple cubic = 0.52

volume

RSL ALUMINA SILIKA2 185

APF =

a3

4

3(0.5a)31

atoms

unit cellatom

volume

unit cell

volumeclose-packed directions

a

R=0.5a

contains 8 x 1/8 =1 atom/unit cell

Adapted from Fig. 3.19,Callister 6e.

StrukturBODY CENTERED CUBIC (BCC)

• Coordination # = 8

• Close packed directions are cube diagonals.

--Note: Semua atom adalah identik; the center atom is shadeddifferently only for ease of viewing.

RSL ALUMINA SILIKA2 198

Adapted from Fig. 3.2,Callister 6e.

(Courtesy P.M. Anderson)

ATOMIC PACKING FACTOR, APF : BCC• APF untuk struktur body-centered cubic = 0.68

Close-packed directions:length = 4R

= 3 a

Unit cell contains:1 + 8 x 1/8

RSL ALUMINA SILIKA2 20

aR

9

1 + 8 x 1/8= 2 atoms/unit cell

Adapted fromFig. 3.2,Callister 6e.

APF =

a3

4

3( 3a/4)32

atoms

unit cell atom

volume

unit cell

volume

StrukturFACE CENTERED CUBIC (FCC)

• Coordination # = 12

• Close packed directions are face diagonals.--Note: Semua atom adalah identik; the face-centered atoms are shaded

differently only for ease of viewing.

RSL ALUMINA SILIKA2 216

Adapted from Fig. 3.1(a),Callister 6e.

(Courtesy P.M. Anderson)

ATOMIC PACKING FACTOR (APF) : FCC

Unit cell contains:6 x 1/2 + 8 x 1/8

• APF untuk struktur body-centered cubic = 0.74Close-packed directions:

length = 4R= 2 a

RSL ALUMINA SILIKA2 22

APF =

a3

4

3( 2a/4)34

atoms

unit cell atom

volume

unit cell

volume

6 x 1/2 + 8 x 1/8= 4 atoms/unit cell

a

7

Adapted fromFig. 3.1(a),Callister 6e.

FCC STACKING SEQUENCE• ABCABC... Stacking Sequence• 2D Projection

A sites

B sites B B

B

BB

B BC C

CA

A

RSL ALUMINA SILIKA2 2320

B sites

C sites

B B

• FCC Unit Cell AB

C

StrukturHEXAGONAL CLOSE-PACKED (HCP)

• ABAB... Stacking Sequence

• 3D Projection • 2D Projection

A sites

Middle layer

Top layer

RSL ALUMINA SILIKA2 2410

• Coordination # = 12

• APF = 0.74

B sites

A sites Bottom layer

Middle layer

Adapted from Fig. 3.3,Callister 6e.

Contoh: NaCl

RSL ALUMINA SILIKA2 25

1 octahedral / anion sehingga 100% situs octahedral terisi.Koordinasi # Na = 6; coordination # Cl =6.

RSL ALUMINA SILIKA2 26

Alotropi: materi yang mempunyai lebih dari strukturkristal

Contoh alotropi:

1. Karbon (C)

rsl STRUKTUR PADAT IONIK-LOGAM 27

2. Sulfur (S)

grafit

intanFullerene/buckyball

grafit

Intan dan grafit – polymorf carbon

Struktur INTAN

Semua atom carbon dalam koordinasi IV

hardhard--sphere modelsphere model

ballball--andand--stick modelstick model polyhedral modelpolyhedral model blue C onlyblue C onlyFCC unit cellFCC unit cell

Allotropes Sulfur dan Phosphorous

2. Sulfur

RSL ALUMINA SILIKA2 30

RSL ALUMINA SILIKA2 31

Group Silicate

RSL ALUMINA SILIKA2 32

Gambar:Tiga cara menggambarkan silica tetrahedron:

a) Kiri: Model Bola & Tongkat (ball & stick), kation silicon cation(orange) dikelilingi oleh 4 anion oxygen (biru)

b) Tengah: Model pengisian ruang (space filling);

c) geometric shorthand. c) geometric shorthand.

RSL ALUMINA SILIKA2 33

STRUKTUR SILIKAT

Silica tetrahedron

RSL ALUMINA SILIKA2 34

Rantai tunggal

Rantai dobel(ganda-2)

STRUKTUR SILIKAT

Silikat lembaran(Sheet)

RSL ALUMINA SILIKA2 35

Silikat kerangka(Framework)

AluminosilikatSenyawa-senyawa aluminosilikat struktur nya

diturunkan dari senyawa-senyawa silikat.

RSL ALUMINA SILIKA2 36

Lembar alumina dan Silika

RSL ALUMINA SILIKA2 37

Alumina Silika Mineral 1:1,

1 Tetrahedron silika berikatandengan 1 OktahedronAluminium

Mineral 2:1,

2 Tetrahedron silika berikatandengan 1 OktahedronAluminium

RSL ALUMINA SILIKA2 38

Struktur Silikat

RSL ALUMINA SILIKA2 39

Diagram Fasa SIlika Silica, SiO2

RSL ALUMINA SILIKA2 40

Bentonite: montmorilonite

RSL ALUMINA SILIKA2 41

BENTONITE-KAOLIN

RSL ALUMINA SILIKA2 42

Zeolite

RSL ALUMINA SILIKA2 43