TEORIZat padat terdiri dari sejumlah besar atom-atom, ion-ion atau molekul-molekul yang letaknya berdekatan dan tersusun secara teratur. Atom-atom atau molekul-molekul yang membentuk zat padat ini terikat dalam beberapa macam ikatan antara lain: ikatan ionik, ikatan kovalen, ikatan Van der Waals, ikatan Hidrogen, dan ikatan logam. Ikatan pada zat padat berbeda dengan ikatan molekul. Ikatan molekul akan membentuk molekul. Ikatan zat padat akan membentuk zat padat. Molekul-molekul ada yang tersusun secara berulang dan teratur membentuk suatu rantai panjang dalam 3 dimensi yang disebut kristal. Molekul-molekul lain ada yang tersusun dengan keteraturan yang pendek. Susunan seperti ini dinamakan amorf (amorphous= tak berbentuk) Salah satu jenis ikatan pada zat padat adalah ikatan kovalen. Apabila ada dua atom hidrogen yang terpisah pada jarak yang cukup jauh satu sama lainnya sehingga tidak ada interaksi di antara elektronnya, maka masing-masing atom memiliki orbit 1s. Jika kedua atom saling mendekat dan membentuk molekul H2, maka orbital molekulnya merupakan kombinasi linier dari kedua orbital atom 1s. Orbital molekul tersebut mempunyai dua kemungkinan, yaitu genap = 1 + 2 dan ganjil = 1 2dimana 1 dan 2 merepresentasikan keadaan 1s pada dua proton. Keberadaan sepasang elektron di antara atom hidrogen menyebabkan terjadinya ikatan yang kuat dalam molekul hidrogen. Ikatan yang terjadi karena pemakaian bersama sepasang elektron oleh atom untuk mencapai konfigurasi gas mulia dalam suatu molekul disebut ikatan kovalen. Hal ini merupakan bukti bahwa semua atom adalah identik sehingga transfer elektron dari satu atom ke yang lain tidak menimbulkan akibat apapun.Keadaan fisis ikatan kovalen dalam kristal sama dengan dalam molekul. Gaya tarikan terjadi antara elektron dan proton di sepanjang garis yang menghubungkan inti berturutan sedangkan gaya tolaknya terjadi karena interaksi prinsip eksklusi Pauli saat inti saling merapat. Gaya tarikan elektron-proton lebih dari cukup untuk mengimbangi penolakan langsung elektron-elektron ataupun proton-proton. Ikatan kovalen juga kuat, seperti ditunjukkan oleh intan yang tingkat kekerasannya tinggi dan titik leleh di atas 30000C. Ikatan dua atom karbon dalam struktur intan memiliki energi kohesi 7,3 eV peratom. Ikatan kovalen yang terus menerus terjadi dapat membuat jaringn yang akan membentuk alotrop pada unsur. Ikatan lain adalah ikatan logam. Setiap logam mempunyai elektron valensi (elektron terluar) yang sangat mudah bergerak. Elektron valensi ini mudah berpindah dari satu atom ke atom lain. Elektron-elektron valensi dilukiskan sebagai gas elekron yang membungkus ion-ion positif untuk menunjukkan bahwa elektron-elektron ini dipakai bersama-sama oleh semua atom.Gas elektron ini bertindak sebagai perekat yang mengikat ion-ion positif yang membentuk suati kristal logam. Ikatan oleh gas elektron ini dinamakan ikatan logam. Gas elektron ini umumnya berbentuk fcc atau bcc. Tetapi ada juga yang berbentuk hcp (hexagonal close packed) yang maksudnya berbentuk heksagonal terpadatkan rapat. Cahaya yang datang pada logam akan diserap oleh elektron-elektron logam sehingga cahaya tidak bisa menembus logam. Cahaya yang diserap ini kemudian dipancarkan kembali sehingga logam tampak bercahaya (mengkilap). Logam yang memiliki sifat hantaran (konduktivitas) yang baik, hal ini disebabkan karena adanya gas elektron yang mudah bergerak dari satu atom ke atom lainnya.

10. Apa yang anda ketahui tentang valence band, conduction band, energy gap (Eg) atau band gap? Bagaimana cara menghitung energy gap? Apa fungsi energy gap dan bagaimana mengurangi energy band gap tersebut?Pita energi adalah kumpulan garis pada tingkat energi yangsama akan saling berimpit dan membentuk pita. Tingkat- tingkat energi pada digambarkan dengan cara yang sama dengan atom tunggal. Interaksi antar-atom pada kristal hanya terjadi pada elektron bagian luar sehingga tingkat enrgi elektron pada orbit bagian dalam tidak berubah. Pada orbit bagian luar terdapat elektron yang sangat banyak dengan tingkat- tingkat energi yang berimpit satu sama lain.Berdasarkan asas Pauli, dalam suatu tingkat energi tidak boleh terdapat lebih dari satu elektron pada keadaan yang sama , maka apabila ada elektron yang berada pada keadaan yang sama akan terjadi pergeseran tingkat energi sehingga tidak pernah ada garis garis energi yang bertindihan. Jenis-jenis dari pita energi antara lain adalah pita valensi dan pita konduksi. Pita valensi (valence band) adalah pita energi teratas yang terisi penuh oleh elektron, pita konduksi (conduction band) adalah pita energi di atas pita valensi yang terisi sebagian atau tidak terisi oleh elektron. Pada umumnya, antara pita valensi dan pita konduksi terdapat suatu celah yang disebut celah energy (energy gap). Setiap padatan memiliki struktur celah energy sendiri. Variasi dalam struktur pita bertanggung jawab atas berbagai karakteristik listrik diamati dalam berbagai bahan. Dalam semikonduktor dan isolator, elektron terbatas pada sejumlah celah energi, dan dilarang dari daerah lain. Istilah celah energi mengacu pada perbedaan energi antara bagian atas pita valensi dan bagian bawah pita konduksi. Elektron dapat melompat dari satu kelompok ke kelompok lainnya. Namun, dalam rangka untuk sebuah elektron untuk melompat dari pita valensi ke pita konduksi, membutuhkan jumlah minimum energi tertentu untuk transisi. Energi yang dibutuhkan berbeda dengan bahan yang berbeda. Elektron dapat memperoleh energi yang cukup untuk melompat ke pita konduksi dengan menyerap baik phonon (panas) atau foton (cahaya). Kita misalkan energi potensial sebuah elektron di titik x dalam kristal itu sebagai:

Maka kita dapat menentukan nilai energi celah, Eg (yaitu perbedaan energi antara kedua gelombang berdiri) sebagai berikut: Jadi, nilai energi celah ini sama dengan komponen dari deret Fourier energi potensial. Hubungan antara celah energi dengan temperatur dapat diekspresikan dengan persamaan Varshni.

dimana Eg(0), dan adalah konstanta material. Celah energi cenderung menurun dengan meningkatnya suhu. Ketika suhu meningkat, amplitudo getaran atom meningkat, menyebabkan jarak interatomik yang lebih besar.

11. Tuliskan sifat fisika dan kimia unsur karbon? Apa keistimewaan unsure karbon dan apa fungsi karbon ataupun senyawa derivatifnya, tuliskan dan jelaskan yang anda ketahui! Apa yang anda ketahui tentang allotrope, jelaskan persamaan dan perbedaannya dengn grafit dan karbon? Jelaskan pula ikatan kimia yang terbentik diantara unsur karbon apda berlian atau grafit? Berikan contoh gambarnya dengan jelas sehingga anda mengetahui proses transformasinya! Karbon merupakan salah satu unsur dari unsur-unsur yang terdapat dalam golongan IV A dan merupakan salah unsur terpenting dalam kehidupan sehari-hari karena terdapat lebih banyak senyawaan yang terbentuk dari unsur karbon.Keistimewaan karbon yang unik adalah kecenderungannya secara alamiah untuk mengikat dirinya sendiri dalam rantai-rantai atau cincin-cincin,tidak hanya dengan ikatan tunggal, C - C , tetapi juga mengandung ikatan ganda C = C, serta rangkap tiga,CC.Akibatnya, jenis senyawa karbon luar biasa banyaknya. kini diperkirakan terdapat sekitar dua juta jenis senyawa karbon,dan jumlah itu makin meningkat dengan laju kira-kira lima persen per tahun.Alasan bagi kestabilan termal rantai-rantai karbon adalah kekuatan hakiki yang tinggi dari ikatan tunggal C - C. Karbon mempunyai sifat fisik yang khas yaitu mempunyai dua bentuk kristalin yaitu intan dan grafit. intan lebih rapat daripada grafit (3,51 g cm-3, 2,22 g cm-3),namun grafit lebih stabil, dengan 2,9 kJ mol-1, pada 300 K dan tekanan 1 atm. Titik leleh dan titik didih dari karbon sangat tinggi.atom karbon sangat kecil apabila dibandingkan dengan atom-atom lainnya. Jari-jari ion yang dihitung dalam kristal unsur-unsur ini bahkan lebih kecil lagi.karena atom-atomnya berada dalam keadaan oksidasi positif. Karena rapatan muatan karbon, ion-ionnya tidak terdapat sebagai partikel yang berdiri sendiri dalam senyawa, tetapi tertahan dengan ikatan kovalen.karbon merupakan zat padat yang tegar, yang biasa dianggap sebagai molekul-molekul raksasa yang terdiri dari banyak sekali atom.Adapun sifat kimia karbon antar lain, karbon sangat tak reaktif pada suhu biasa. Apabila karbon bereaksi, tidak ada kecenderungan dari atom-atom karbon untuk kehilangan elektron-elektron terluar dan membentuk kation sederhana seperti C4+. Ion ini akan mempunyai rapatan-rapatan muatan begitu tinggi sehingga eksistensinya tidaklah mungkin. Alotrop adalah modifikasi struktural yang berbeda-beda dari sebuah unsur. Alotropisme adalah perilaku yang diperlihatkan oleh beberapa unsur kimia. Unsur-unsur seperti ini dapat ditemukan dalam dua bentuk atau lebih, yang dikenal sebagai allotrop unsur tersebut. Pada tiap alotrop, atom-atom unsur tersebut terikat dalam bentuk yang berbeda-beda. Sebagai contoh unsur karbon memiliki dua alotrop umum: intan, yang terdiri atas atom karbon yang terikat bersama-sama dalam susunan kisi tetrahedral, dan grafit, yang terdiri atas atom karbon yang terikat dalam lembaran-lembaran kisi heksagonal. Intan dan grafit sama-sama merupakan karbon. Namun, perbedaan strukturnyalah yang membuat perbedaan sifat fisisnya.

Gambar (x). Struktur intan dan grafitStruktur dari grafit dan intan dapat dilihat pada gambar (x). Dalam intan, keempat elektron valensi dari tiap atom C digunakan semua untuk ikatan. Karena keempat elektron valensi ini berikatan dengan 4 atom C lain, terbentuklah struktur tetrahedral yang simetri. Tetrahedral-tetrahedral ini berikatan dengan sangat kuat membentuk struktur raksasa. Struktur ini memiliki bentuk kristal kubus. Grafit, memiliki struktur kristal yang berbeda dengan intan, karena tidak semua elektron valensinya digunakan untuk ikatan. Hanya 3 elektron dari 4 elektron valensinya yang digunakan untuk ikatan. Satu elektron yang tak berikatan ini dalam keadaan bebas. Karena itulah grafit dapat menghantar listrik, sehingga dapat digunakan sebagai konduktor, salah satunya sebagai elektroda inert. Tampak struktur grafit adalah heksagonal datar dan berlapis-lapis. Tiga elektron valen atom C yang saling berikatan, membentuk lapisan heksagonal. Satu elektron valensi yang bebas menyebabkan terjadinya ruang kosong antar lapisan satu dengan lapisan lainnya. Ikatan antar lapisan ini sangat lemah, sehingga grafit mudah patah. Intan adalah mineral paling keras sedangkan grafit tergolong salah satu mineral yang lunak dan mudah patah.

Tabel (x). Perbandingan antara intan dan grafitIntanGrafit

Terbentuk secara alami dan sintetis.Terbentuk secara alami dan sintetis.

Zat yang diketahui paling kuatLembut dan lunak

Massa jenis relatif 3.5Massa jenis reltif 2.3

Transparan dengan indeks bias relatif (2.45) Berwarna hitam dan opaque

Non-konduktor panas dan listrikKonduktor yang baik

Terbakar di udara pada suhu 900C untuk menghasilkan CO2.Terbakar di udara pada suhu 700-800C untuk menghasilkan CO2.

Kristal oktahedralKristal hexagonal

Tak larut pada semua pelarutLarut pada pelarut tertentu

12. Bagaimana proses pemisahan K dan Ca dipisahkan dari karbon yang terkandung dalam tulang manusia sekitar 85%? Dapatkan rujukan mengenai proses diatas dan bagaimana proses pembuatan grafit menjadi berlian, apabil sebelumnya sintesi berlian dapat dilakukan dengan berbagai rute kimia dan fisik? Jawablah dengan menggunakan rujukan yang sesuai secara singkat dan sistematis!Pemisahan dapat dilakukan menggunakan Graphite intercalation compounds (GICs) yaitu bahan yang kompleks dengan rumus XCY dimana unsur atau molekul X dimasukkan (diselingi) antara lapisan grafit (karbon) sehingga K dan Ca dapat dipisahkan dari karbon yang terkandung dalam tulang manusia. Berlian sintetis adalah berlian yang dihasilkan dalam proses buatan, sebagai lawan dari berlian alami, yang diciptakan oleh proses geologi. Berlian sintetis juga dikenal luas sebagai HPHT diamond atau berlian CVD setelah dua metode produksi umum (mengacu pada suhu tinggi tekanan tinggi dan metode pembentukan uap kimia deposisi kristal, masing-masing). Pada tahun 1955 dilaporkan adanya suatu sintesis intan dari grafit yang berhasil. meskipun grafit dapat langsung diubah menjadi intan pada kira-kira 30000 K dan tekanan diatas 125 kbar, untuk mendapatkan laju perubahan yang berguna, digunakan suatu katalis logam transisi seperti Cr,Fe,atau Pt.tampak suatu lelehan logam terbentuk diatas grafit, melarutkan sebagian dan mengendap sebagai intan, yang kurang larut. Intan sampai dengan 0,1 karat (20 mg) dari kualitas industri yang tinggi dapat dihasilkan secara rutin dengan harga yang bersaing. Intan akan terbakar diudara pada 900 hingga 8000 C tetapi kereaktifan kimianya jauh lebih rendah dari grafit atau karbon amorft.Menurut Khachatryan et al., (2008), kristal berlian berukuran mikron dapat disintesis dari suspensi dari grafit dalam cairan organik pada tekanan atmosfer dan suhu kamar menggunakan kavitasi ultrasonik. Hasil berlian adalah sekitar 10% dari berat grafit awal. Teknik ini membutuhkan peralatan dan prosedur yang relatif sederhana, tetapi hanya dilaporkan oleh dua kelompok peneliti, dan belum digunakan dalam industri karena kualitasnya yang masih buruk. Banyak parameter proses, seperti penyusunan bubuk grafit awal, pilihan daya ultrasonik, sintesis waktu dan pelarut, belum dioptimalkan, membuat kesempatan untuk perbaikan potensi efisiensi dan pengurangan biaya sintesis ultrasonik terbuka lebar.Para peneliti di Fraunhofer Institute of for Applied Solid State Physics IAF di Freiburg, dengan menggunakan dasar prinsip-prinsip reaktor baru saat ini telah berhasil membuat intan buatan berbentuk cakram berdiameter 5 s/d 15 centimeters dan ketebalan sampai 3 milimeter. Profesor Christoph Wild dan DR. Michael Funer untuk itu telah diberi penghargaan Fraunhofer Prize tahun yang lalu atas prestasinya.Prinsip kerja adalah sebagai berikut. Pertama, mikrowave menghasilkan plasma methane hidrogen dalam reaktor. Dengan jalan Chemical Vapor Deposition (CVD) kristal intan dibentuk berupa subtraksi serupa wafer silikon. Maksud kami awalnya yakni untuk membuat intan pelapis guna penerapan tertentu. Namun, dengan reaktor sediakala, kami segera mencapai hasil limit dari apa yang dapat kami capai. Ujar Profesor DR. Peter Koidl dari IAF. Dengan bantuan simulasi Finite Element Methode (FEM), Profesor Koidl dan team kerjanya menetapkan bentuk geometri terbaik untuk suatu reaktor yang dapat menghasilkan intan buatan berbentuk cakram besar. Sasaran kami yakni untuk membuat plasma dapat tetap stabil dalam bentuk dalam jangka perioda waktu yang cukup lama, Koidl selanjutnya melaporkan, Hanya dengan begitulah maka kami dapat memastikan bahwa lapisan-lapisan kristal intan dapat terus menerus untuk terbentuk pada substraksi tersebut. Simulasi tersebut menuntun kita untuk mengembangkan lebih lanjut reaksi pembuatan intan elips berbentuk telur. Perusahaan Aixtron yang berpusat di Aachen sekarang membuat reaktor CVD dibawah lisensi dan memasarkannya ke seluruh dunia dalam bentuk dua jenis produk. Cakram intan yang dihasilkan alat dengan metode baru itu tidak hanya lebih besar bentuknya, melainkan juga lebih murah. Intan buatan yang bisa dipesan ini dengan demikian sangat cocok untuk beragam aplikasi baru, contohnya sebagai lapisan kisi celah bukaan jendela yang luar biasa kokoh dalam peralatan generator laser dan mikrowave, sebagai bahan dasar untuk komponen elektronik, atau sebagai elemen pendingin untuk pemakaian dalam sistem peralatan elektronik tegangan tinggi atau optoelektronika.

13. Menurut Khachatryan et al., (2008, dari rujukan Diamond & Related Materials 17 (2008) 931-936, sungguh menarik untuk diteliti lebih lanjut karena pada suhu tidak terlalu tinggi dan hanya pada teknan atmosfer, berlian dapat dihasilkan meskipun yield (hasil) masih relative kecil. Bagaimana pendapat saudara, apabila dikaitkan dengan Indonesia yang mempunyai SDA dan SDM yang luar biasa, dapatkah dihsilkan berlian dengan mengikut pengembangan dri tekonologi yang ada? Apa perbedaan berlian sintetik dan alami? Apakah berlian hasil sintetis dapat dikategorikan sebagai berlian sintetis? Kriteria apa yang harus dimiliki untuk suatu berlian dikatakan berkualitas?Bila SDA dan SDM di Indonesia dikembangkan maka potensi industri intan dapat menjadi salah satu potensi pemasukan Negara yang sangat besar. Terlebih, Indonesia sendiri memiliki cadangan intan alami yang sangat besar di Kalimantan, belum lagi bila teknologi dikembangkan sehingga intan sintetis juga dapat dibuat sangat serupa seperti intan alami bahkan melebihi kualitas intan alami. Intan alami terbentuk oleh tenaga endogen diperut bumi selama ratusan tahun hingga jutaan tahun sehingga intan jenis ini memiliki kualitas terbaik. Intan alami ditambang di deposit primer (Kimberlite dan Lamporite) dengan pipa-pipa vulkanis dan deposit sekunder (alluvial, onshore, dan offshore), tempat kandungan intan berasal dari bahan - bahan yang di keluarkan dari dalam bumi dan karena tekanan dan temperaturnya sesuai untuk pembentukan intan. Intan yang berada di dalam perut bumi di gali secara mekanis, tanah,batu-batuan dan pasir yang diambil dengan menggunakan peralatan canggih, dipilah dalam pabrik pemrosesan untuk menyortir mana yang batu biasa, pasir, dan intan.Namun karena kebutuhan akan intan yang semakin meningkat untuk industri permata (bahan perhiasan) dan proses alami memakan waktu terlalu lama, maka dibuatlah makmal (pemanas buatan) untuk mempercepat proses terjadinya intan secara buatan. Hampir empat kali berat intan dihasilkan dari proses ini intan buatan disebut juga dengan intan sintetis. Saat ini banyak sekali teknologi yang dikembangkan untuk membuat intan secara sintetis. Intan sintetis adalah intan yang dihasilkan dari laboratorium. Ia duplikat intan yang terjadi secara alamiah dalam struktur atom dan sifat fisik, membuat intan sintetis bersifat layaknya intan asli. Intan sintetis sekarang tersedia secara komersial dalam berbagai ukuran, bentuk dan warna. Karena intan sistetis ini tumbuh pesat dalam hitungan hari, intan sintetis jauh lebih murah daripada intan alami.Berlian (intan yang sudah dihaluskan) memiliki beberapa kriteria untuk dikatakan sebagai berlian yang berkualitas, antara lain:1. WarnaSemakin bening dan tempus pandang (transparan) warna sebuah berlian maka harganya akan semakin mahal. Berlian banyak warnanya, mulai dari bening, kuning, hijau, merah muda, dan biru. Berlian berwarna hijau, merah muda, dan kuning adalah berlian yang langka. Sehingga tidak ada patokan harga yang jelas untuk berlian jenis ini. Diantaranya semua berlian, yang termurah adalah berlian kuning.

2. KejernihanSemakin jernih dan sedikit goresan yang terdapat di berlian tersebut maka harga berlian akan semakin mahal. Untuk memeriksa goresan tersebut dapat digunakan kaca pembesar dengan tingkat pembesaran minimal 10 kali.

3. BeratBerlian yang paling laku di pasaran adalah berlian dengan berat sekitar 0,7 gram, oleh sebab itu berlian ini memiliki harga lebih tinggi.

4. Bentuk PotonganBentuk potongan dan simetrisnya potongan sebuah berlian akan menentukan kualitas dan harga dari sebuah perhiasan berlian. Kilau yang dihasilkan oleh berlian tergantung pada rapinya potongan pada perhiasan tersebut. Potongan berlian bermacam-macam mulai dari bulat, diamond, pir, dan lain-lain. Makin rumit potongan berlian maka harga berlian juga dipatok semakin mahal. Berlian yang bagus dan berkualitas adalah yang memantulkan cahaya, bukan berlian yang memancarkan cahaya.

5. SertifikatSertifikat berlian merupakan hal yang paling penting yang tidak boleh luput dari perhatian Anda. Sertifikat berlian dikeluarkan oleh sebuah lembaga di Amerika Serikat yang bernama GIA. Berlian yang telah disertifikasi oleh GIA sudah dapat dipastikan keasliannya. Berikut ciri-ciri berlian yang telah bersertifikat GIA:

Memiliki nomor laser di bagian pinggang berlian. Nomor ini dapat di cek dengan menggunakan kaca pembesar. Angka sertifikasi dimulai dengan nama lembaga yang mengeluarkan sertifikat. Membeli berlian yang telah bersertifikat memberikan jaminan bahwa Anda telah membeli berlian secara aman dan bergaransi internasional.

DAFTAR PUSTAKAAlonso, M., Finn, EJ. 1972. Fundamental University Physics III: Quantum and Statistical Physics. California: Addison Wesley Publishing CompanyAshcroft, NW,. Mermin, ND. 1976. Solid State Physics. Philadelphia: Sounders CollegeChrisman, FR. 1984. Fundamental of Solid State Physics. Singapura: John Wiley & Sons, IncKittel, C. 1991. Introduction to Solid State Physics. Singapura: John Wiley & Sons, IncOmar, MA. 1975. Elementary Solid State Physics. Reading-Massachusetts: Addison Wesley Publishing Company