1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Mineral adalah suatu benda padat homogen terbentuk secara anorganik,

mempunyai komposisi kimia pada batas-batas tertentu dan mempunyai atom-atom

yang tersusun secara teratur (Berry dan Mason, 1959). Mineral adalah suatu bahan

padat yang secara struktural homogen mempunyai komposisi kimia tertentu,

dibentuk oleh proses alam yang anorganik (Whitten dan Brooks, 1972). Mineral

dibumi ini umumnya berbentuk kristalin.

Tak ada gading yang tak retak, pepatah ini merupakan pepatah yang telah

sering didengar. Yang memiliki arti tak ada sesuatupun yang sempurna di dunia

ini walaupun memiliki kekerasan yang sangat luar biasa dan sangat sulit jika

dihancurkan. Begitupula dengan sebuah kristal, ada sebuah pernyataan dalam

ilmu bahan yang mengatakan tak ada kristal yang tak cacat. Ini membuktikan

bahwa kristal yang memiliki warna dan bentuk yang cantik masih memiliki cacat.

Kata cacat disini mewakili kerusakan yang terjadi pada sebuah kristal.

Kerusakan yang dimaksudkan bukan berarti kerusakan yang terjadi pada

permukaan kristal, seperti warna yang tidak seharusnya atau adanya sebuah

goresan yang tidak seharusnya.

Cacat yang dimaksudkan disini adalah lebih kepada kerusakan pada

struktur kristal. Seperti diketahui, kristal adalah material padat yang tersusun atas

atom-atom yang teratur dan berulang atau berbentuk kristalin. Stuktur kristal

terdiri atas kisi dan basis. Pada kisi dan basis inilah yang terjadi sebuah kerusakan

atau cacat.

Kerusakan atau cacat kristal sendiri mempunyai tiga jenis yaitu cacat titik,

cacat baris dan cacat permukaan. Itu mengetahui lebih lanjut lagi maka makalah

ini akan membahasnya lebih lanjut.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang yang telah dijelaskan, maka rumusan masalah yang

akan dipecahkan adalah

2

1.2.1 Apa yang dimaksud dengan kerusakan atau cacat kristal?

1.2.2 Bagaimana proses terjadinya kerusakan kristal?

1.3 Tujuan

Sehingga tujuan yang ingin dicapai pada makalah ini adalah,

1.3.1 Mengetahui yang dimaksud dengan kerusakan kristal,

1.3.2 Mengetahui proses terjadinya kerusakan kristal.

1.4 Manfaat

Manfaat dari makalah ini adalah,

1.4.1 Dapat menjadi bahan referensi dikemudian harinya,

1.4.2 Menjadi bahan bacaan dan penambah wawasan.

3

BAB II

ISI

2.1 Kristal

Kristal ialah suatu padatan yang atom, molekul, atau ion penyusunnya

terkemas secara teratur dan polanya yang berulang secara tiga dimensi yang dapat

mendifraksikan sinar-x. Susunan atom-atom yang beraturan tersebut disebut

struktur kristal. Keteraturan atau kekristalan suatu struktur tidak dapat dijumpai

pada gas atau cairan. Diantara padatan, logam, keramik dan polimer dapat berupa

kristalin ataupun kristalin tergantung pada proses pembuatannya atau parameter

komposisinya. Sebagai contoh, logam jika didinginkan dari keadaan cairnya

dengan kecepatan pendinginan yang sangat cepat akan terbentuk amorph (bukan

kristal).

Jika digambarkan dalam gambaran 2 dimensi (2D), maka struktur Kristal

dapat terlihat seperti :

Gambar 2.1.1 Struktur Kristal 2D

dimana : T = Vektor translasi

A, B, dan C = Atom penyusun Kristal

a1 = Jarak antar atom

Jika menggunakan tiga sistem sumbu (x,y,z), maka struktur kristal:

Gambar 2.1.2 Struktur Kristal 3D

4

Secara umum, zat cair membentuk kristal ketika mengalami proses

pemadatan. Pada kondisi ideal, hasilnya bisa berupa kristal tunggal, yang semua

atom-atom dalam padatannya "terpasang" pada kisi atau struktur kristal yang

sama, tapi, secara umum, kebanyakan kristal terbentuk secara simultan sehingga

menghasilkan padatan polikristalin. Misalnya, kebanyakan logam yang kita temui

sehari-hari merupakan polikristal. Struktur kristal mana yang akan terbentuk dari

suatu cairan tergantung pada kimia cairannya sendiri, kondisi ketika terjadi

pemadatan, dan tekanan ambien. Proses terbentuknya struktur kristalin dikenal

sebagai kristalisasi.

Struktur kristal terjadi pada semua kelas material, dengan semua jenis

ikatan kimia. Hampir semua ikatan logam ada pada keadaan polikristalin; logam

amorf atau kristal tunggal harus diproduksi secara sintetis, dengan kesulitan besar.

Kristal ikatan ion dapat terbentuk saat pemadatan garam, baik dari lelehan cairan

maupun kondensasi larutan. Kristal ikatan kovalen juga sangat umum. Contohnya

adalah intan, silika dan grafit. Material polimer umumnya akan membentuk

bagian-bagian kristalin, namun panjang molekul-molekulnya biasanya mencegah

pengkristalan menyeluruh. Gaya Van der Waals lemah juga dapat berperan dalam

struktur kristal.

Suatu kristal dapat digolongkan berdasarkan susunan partikelnya dan

dapat pula berdasarkan jenis partikel penyusunnya atau interaksi yang

menggabungkan pertikel tersebut. Berdasarkan hal ini, kristal dapat digolongkan :

a. Kristal logam

Kristal dengan kisi yang terdiri atas atom logam yang terikat melalui

ikatan logam. Atom logam merupakan atom yang memiliki energi ionisasi

kecil sehingga elektron valensinya mudah lepas dan menyebabkan atom

membentuk kation. Bila dua atom logam saling mendekat, maka akan terjadi

tumpah tindih antara orbital-orbitalnya sehingga membentuk suatu orbital

molekul. Semakin banyak atom logam yang saling berinteraksi, maka akan

semakin banyak terjadi tumpang tindih orbital sehingga membentuk suatu

orbital molekul baru. Terjadinya tumpang tindih orbital yang berulang-ulang

menyebabkan elektron-elektron pada kulit terluar setiap atom dipengaruhi

oleh atom lain sehingga dapat bergerak bebas di dalam kisi.

5

Salah satu sifat kristal logam adalah dapat ditempa. Sifat ini diperoleh

dari ikatan logam yang membentuknya. Dalam ikatan logam, terjadi

interaksi antara atom/ion dengan elektron bebas di sekitarnya sehingga dapat

membuat logam mempertahankan strukturnya bila diberikan suatu gaya

yang kuat.

b. Kristal ionik

Kristal ionik terbentuk karena adanya gaya tarik antara ion bermuatan

positif dan negatif. Umumnya, kristal ionik memiliki titik leleh tinggi dan

hantaran listrik yang rendah. Contoh dari kristal ionik adalah NaCl. Kristal

ionik tidak memiliki arah khusus seperti kristal kovalen sehingga pada

kristal NaCl misalnya, ion natrium akan berinteraksi dengan semua ion

klorida dengan intensitas interaksi yang beragam dan ion klorida akan

berinteraksi dengan seluruh ion natriumnya.

c. Kristal kovalen

Atom-atom penyusun kristal kovalen secara berulang terikat melalui

suatu ikatan kovalen membentuk suatu kristal dengan struktur yang mirip

dengan polimer atau molekul raksasa. Contoh kristal kovalen adalah intan

dan silikon dioksida (SiO2) atau kuarsa. Intan memiliki sifat kekerasan yang

berasal dari terbentuknya ikatan kovalen orbital atom karbon hibrida sp3.

d. Kristal molekular

Pada umumnya, kristal terbentuk dari suatu jenis ikatan kimia antara

atom atau ion. Namun, pada kasus kristal molekular, kristal terbentuk tanpa

bantuan ikatan, tetapi melalui interaksi lemah antara molekulnya. Salah satu

contoh dari kristal molekular adalah kristal iodine.

Jenis-jenis Kristal Logam Ionik Molekular Kovalen

Li NaCl Ar C (Intan) Ca LiF Xe Si Al AgCl Cl SiO2 Fe Zn CO2

Kebanyakan material kristalin memiliki berbagai jenis cacat kristalografis.

Jenis dan struktur cacat-cacat tersebut dapat berefek besar pada sifat-sifat material

tersebut. Beberapa material kristalin mungkin menunjukkan sifat-sifat elektrik

6

khas, seperti efek feroelektrik atau efek piezoelektrik. Kelakuan cahaya dalam

kristal dijelaskan dalam optika kristal. Dalam struktur dielektrik periodik

serangkaian sifat-sifat optis unik dapat ditemukan seperti yang dijelaskan dalam

kristal fotonik.

Kristal tunggal juga disebut sebagai monokristalin, yaitu suatu padatan

kristal yang mempunyai kisi kristal yang susunannya teratur secara kontinyu dan

kisi-kisi kristal yang membentuk bingkai tersebut tidak rusak atau tetap struktur-

nya. Menurut Milligan (1979), kristal tunggal adalah suatu padatan yang atom-

atom dalam molekul-molekulnya diatur dalam keterulangan dimana sebagian

padatan kristal tersusun dari jutaan kristal tunggal yang disebut grain.

Dalam proses pembentukan struktur kristal tersebut, dalam ilmu

kristalografi dijelaskan dengan dua jalan yaitu HCP (hexagonal close-packed)

dimana kristal terbentuk dengan urutan atom ABABAB dan seterusnya serta

urutan pembentukan kristal lainnya adalah CCP (cubic close-packed) dimana

urutan atom pembentuknya adalah ABCABC dan seterusnya (Hammond, 2009).

Dalam identifikasi kristal tunggal tidak akan lepas dengan kisi Bravais

karena dengan mengetahui sistem kristal atau kisi Bravais dapat diidentifikasi

jenis dari kristal tunggal tersebut. Kisi Bravais merupakan sistem kristal atau

bentuk dasar dari kisi kristal. Terdapat empat belas kisi Bravais dan untuk sistem

kristalnya terdapat tujuh sistem. Keempat-belas kisi tersebut memiliki perbedaan

dalam bentuk dan ukuran unit sel (Hammond, 2009).

2.2 Struktur Kristal

Susunan atom-atom yang beraturan tersebut disebut struktur kristal.

Struktur kristal dapat digambarkan dalam bentuk kisi, dimana setiap titik kisi akan

ditempati oleh atom atau sekumpulan atom. Kisi kristal memiliki sifat geometri

yang sama seperti kristal. Kisi yang memiliki titik-titik kisi yang ekuivalen

disebut Kisi Bravais sehingga titik-titik kisi tersebut dalam kristal akan ditempati

oleh atom-atom yang sejenis.

7

Gambar 2.2.1 Struktur Kisi Bravais

Titik A,B dan C adalah ekuivalen satu sama lain. Titik A dan A1 tidak

ekivalen (non-Bravais) Titik-titik kisi Bravais dapat ditempati oleh atom atau

sekumpulan atom yang disebut basis. Kisi adalah Sekumpulan titik-titik yang

tersusun secara periodik dalam ruang. Basis adalah Atom atau sekumpulan atom.

Sehingga apabila atom atau sekumpulan atom tersebut menempati titik-titik kisi

maka akan membentuk suatu struktur kristal.

Gambar 2.2.2 Struktur Kristal

2.3 Kerusakan Kristal

Kisi kristal logam terbentuk dari tatanan atom-atom yang sempurna dan

beraturan. Teori ini berpijak pada pandangan tentang kristal ideal, meskipun telah

diketahui bahwa kristal sejati (kristal dalam kenyataan sehari-hari) tidak pernah

demikian sempurna. Struktur dasar kristal logam sejati memang beraturan, namun

distorsi kisi serta ketidaksempurnaan tertentu lain memang ada. Salah satu

8

penyebab ketidakteraturan itu adalah karena atom-atom tidak pernah diam

melainkan bergetar disekitar kedudukan pusat dalam kisi, dengan frekuensi yang

ditentukan oleh gaya antar atom dan dengan amplitudo yang bergantung pada

temperatur kristal. Panas jenis (specifi heat) logam terjadi karena adanya efek ini.

Komplikasi yang kedua adalah adanya kristal mungkin mengandung atom-atom

asing, baik disengaja seperti pada unsur paduan (alloy) atau tidak disengaja

disebut tak murnian (impurities), yang karena berbeda ukuran atomnya

menyebabkan distorsi-distorsi lokal pada kisi pelarut (solvent) bersangkutan.

Atom-atom terlarut (solvent) itu mungkin tersebar secara acak dalam kristal.

Disamping akibat adanya atom-atom asing, ketidakmurnian lain adalah

yang umumnya digolongkan sebagai ketidasempurnaan atau cacat kisi.

Ketidaksempurnaan ini berupa : cacat volume (misalnya karena adanya retakan

atau rongga), cacat garis (misalnya karena adanya dislokasi), atau cacat titik

(misalnya karena adanya kedudukan kisi yang kosong dan adanya atom intertisi).

Salah susun (stacking fault) timbul karena pada pendekatan pertama secara

elektrostatik sedikit sekali pilihan yang dapat diambil dari urutan menurut bidang

susunan rapat dalam logam f.c.c. ABCABC… dan menurut bidang susunan rapat

dalam logam c.p.h ABABAB… Jadi pada logam seperti tembaga atau emas,

atom-atom disebagian dari salah satu lapisan susunan rapat mungkin masuk ke

posisi yang “salah” dalam hubungan dengan atom-atom di lapisan sebelah atas

serta di sebelah bawahnya, sehingga terjadilah salah susun yang dimaksudkan

(misalnya, ABCBCABC…). Susunan demikian sesungguhnya stabil, namun

karena harus ada usaha khusus untuk membuatnya dengan sengaja, kondisi salah

susun lebih sering dijumpai pada logam yang diubah bentuknya.

Dislokasi juga ditemukan pada kristal sejati. Ketidaksempurnaan ini

berpengaruh sekali terhadap sifat-sifat kristal yang erat kaitannya dengan struktur,

misalnya kekuatan ulur (yield strength), kekerasan, dan sebagainya. Diketahui

bahwa, menurut perhitungan kekuatan ulur serta kekuatan patah (breaking

strength) kristal ideal sekitar 100 hingga 10.000 kali lebih besar ketimbang pada

kristal sejati. Ini karena dislokasi baris menyebabkan banyak diameter atomik

pada kisi menjadi lebih panjang. Cacat titik juga berpangaruh terhadap sifat

9

mekanik, akan tetapi lebih besar lagi pengaruhnya terhadap gejala sepeti difusi,

misalnya, yang melibatkan gerak tiap atom secara sendiri-sendiri didalam kristal.

Berdasarkan hal tersebut diatas, kerusakan atau cacat pada kristal dapat

digolongkan :

1. Cacat titik (point defects)

Terjadi dalam kaitannya dengan posisi satu atau dua atom dalam

kristal. Cacat titik yang paling sederhana adalah kekosongan (vacancy), ada

atom yang hilang dalam kristal. Cacat ini merupakan hasil dari penumpukan

yang salah sewaktu kristalisasi, atau dapat juga terjadi pada suhu tinggi,

yang dikarenakan meningkatnya energi termal. Bila energi termal tinggi

memungkinkan bagi atom-atom untuk melompat meninggalkan tempatnya

(dimana energi terendah akan naik pula). Selian kekosongan, ada juga

penyisipan (self-interstitial) yang terjadi jika satu atom kristal yang

menyesaki ruang kecil di antara atom yang tidak ditempati.

Gambar 2.3.1 Cacat titik

Pada cacat titik, kerusakan kristal dapat digolongkan menjadi :

a) Kerusakan intrinsik

Berupa kerusakan stokiometri yaitu tidak mengubah keseluruhan

komposisi. Kerusakan intrinsik yang terjadi pada kristal dengan komposisi

MX (M kation, X anion) rasio perbandingannya adalah 1:1. Ada 2 jenis

kerusakan intrinsik, diantaranya :

- Kerusakan Schottky (Kekosongan atom atau pasangan ion pada kisi)

Terdapat dalam senyawa yang harus mempunyai keseimbangan

muatan. Cacat ini mencakup kekosongan pasangan ion dengan muatan

Vacancy

Self-interstitial

10

yang berlawanan. Kekosongan ion dan kekosongan tunggal

mempercepat difusi atom. Contoh kerusakan Schottky adalah pada

NaCl.

Gambar 2.3.2 Contoh Kerusakan Schottky

Anion dan kation diasumsikan menempati permukaan dalam jumlah

yang sama. Secara stoikiometri jumlah vakansi atau kekosongan dari

anion dan kation haruslah sama. Satu kation Na+ bergerak menjauhi

kisi. Perpindahan tersebut menyebabkan vakansi pada situs yang

ditinggalkannya. Vakansi terdistribusikan secara acak, tetapi

cenderung mengelompok karena pengaruh muatan yang berlawanan

dekat vakansi. Pada suhu kamar, untuk kebanyakan alkali halida

memiliki ~1 di 1.015 pasangan vakansi, sehingga untuk sampel 1 mg

NaCl akan memiliki ~ 10.000 cacat Shottky.

- Kerusakan Frenkel (terjadi akibat gerakan sebuah atom atau ion

menuju posisi interstitial)

Merupakan perpindahan ion dari kisi ke tempat penyisipan (self-

interstitial). Struktur tumpukan padat lebih sedikit sisipan dan ion

pindahannya dari pada kekosongan, karena diperlukan energi

tambahan untuk menyisipkan atom. Contoh kerusakan Frenkel adalah

pada AgCl.

Gambar 2.3.2 Contoh Kerusakan Frenkel

11

Kation bergerak keluar dari posisi dan menjejalkan ke situs interstitial

(ruang kosong diantara atom pada posisi normal), yang berpindah

adalah kation, sedangkan anion sulit berpindah karena ukurannya

relatif terlalu besar. Ag+ akan dikelilingi oleh 4Cl- sehingga dapat

menstabilkan cacat ini. Posisi vakansi dan interstitial ini cenderung

akan berdekatan untuk membentuk kestabilan pasangan. Cacat ini juga

memenuhi stokiometri (jumlah vakansi = jumlah interstitial).

b) Kerusakan ekstrinsik

Terjadi jika terdapat atom asing yang masuk ke dalam kisi. Sebagai

catatan selama perpindahan :

- Pada bahan logam, perpindahan tidak mengikutkan soal kenetralan

elektrik (muatan).

- Pada kristal ionik, total muatan di dalam kisi dan di permukaan harus

mendekatai netral.

2. Cacat garis (linear defects)

Kerusakan secara satu dimensi. Cacat garis yang paling banyak

dijumpai didalam kristal adalah dislokasi. Dislokasi garis dapat digambarkan

sebagai sisipan satu bidang atom tambahan dalam struktur kristal. Disekitar

dislokasi garis terdapat daerah yang mengalami tekanan dan tegangan,

sehingga terdapat energi tambahan sepanjang dislokasi tersebut. Jarak geser

atom disekitar dislokasi disebut Vektor geser (b*). Vektor ini tegak lurus

pada garis dislokasi.

Dislokasi adalah kerusakan linear atau satu dimensional yang terjadi

pada beberapa atom yang sejajar. Dislokasi adalah perubahan yang terjadi

secara kontras pada jajaran atom biasa atau sepanjang garis (dislokasi line)

di solid. Dislokasi umumnya terjadi pada bahan dengan kepadatan yang

tinggi dan sangat penting dalam sifat mekanik material. Kehadiran dislokasi

sangat mempengaruhi beberapa sifat bahan di alam. Pembentukan dan studi

dislokasi sangat penting untuk bahan struktural seperti logam.

Vektor geser atau vektor Burger (b*) merupakan suatu vektor yang

menunjukkan besar dan arah distorsi kisi terkait dengan dislokasi. Vektor

12

Burger dari suatu dislokasi adalah jumlah bersih baris dan kolom tambahan

yang digabungkan menjadi vektor (kolom, baris).

Gambar 2.3.3 Vektor Burgers

Dislokasi dicirikan oleh vektor Burgers dan diperoleh dengan

melakukan pengelilingan di sekitar garis dislokasi dengan memperhatikan

jarak interatomik tambahan yang dibutuhkan untuk menutup loop. Untuk

bahan logam, vektor Burgers dislokasi akan menunjuk ke arah kristalografi

tertutup dan besarnya sama dengan jarak interatomik.

Tipe-tipe dislokasi ada beberapa macam, diantaranya :

a) Dislokasi tepi

Terjadi pada bagian ekstra atau tepi kristal. Pada dislokasi tepi, vektor

Burgers tegak lurus terhadap garis dislokasi. Kadang-kadang, dislokasi

tepi (simbol ┴) juga menunjukkan posisi dislokasi garis.

Gambar 2.3.4 Dislokasi tepi

Dislokasi tepi bertanggung jawab atas keuletan (ductility) dan kelenturan

(malleability) suatu bahan. Proses penekanan dan peregangan bahan juga

sering melibatkan pergerakan dislokasi. Mutasi dislokasi menimbulkan

perilaku plastic (kemampuan untuk berubah bentuk). Dislokasi garis

biasanya tidak berakhir dalam kristal, melainkan melingkar pada

permukaan kristal tunggal.

b) Dislokasi garis

Line vector

Burgers vector

13

Merupakan kerusakan linear yang berpusat di sekitar garis bidang atom.

Terjadi karena ada ketimpangan dalam orientasi baagian-bagian yang

berdekatan dalam kristal yang tumbuh sehingga ada suatu deretan atom

tambahan ataupun deretan yang kurang. Pada dislokasi garis terjadi cacat

linier pada sisi bidang atom tambahan. Vektor geser (b*) menggambarkan

hasil pergeseran.

c) Dislokasi ulir

Menyerupai spiral dengan garis cacat sepanjang sumbu ulir. Vektor

gesernya sejajar dengan garis cacat. Atom-atom disekitar dislokasi ulir

mengalami gaya geser, oleh karena itu terdapat energi tambahan disekitar

dislokasi tersebut. Seperti yang dibentuk oleh tegangan geser yang

diterapkan untuk menghasilkan distorsi. Dislokasi ulir lebih sulit untuk

digambarkan daripada dislokasi tepi. Dislokasi ulir terjadi ketika

penggantian bidang relatif terhadap satu sama lain melalui pergeseran.

Dalam hal ini, vektor Burgers sejajar dengan garis dislokasi.

Gambar 2.3.5 Dislokasi ulir

Bagian depan atas kristal bergeser dengan jarak satu atom relatif tepat ke

bagian bawahnya. Dislokasi ulir memudahkan pertumbuhan kristal karena

atom dan sel satuan tambahan dapat tertumpuk pada setiap anak tangga

ulir. Istilah ulir sangat tepat karena anak tangga melingkari sumbu pada

proses pertumbuhan. Untuk dislokasi ulir, vektor Burgers sejajar dengan

garis dislokasi.

14

d) Dislokasi campuran

Kebanyakan dislokasi yang ditemukan dalam material kristalin berupa

campuran dan tidak mungkin hanya dislokasi tepi atau ulir saja. Pada

kebanyakan kristal dislokasi akan melibatkan campuran tipe dislokasi,

tidak ada yang satu tipe dislokasi. Tipe ini disebut sebagai dislokasi

campuran.

Gambar 2.3.6 Dislokasi campuran

3. Cacat permukaan (interfacial defects)

Terjadi kerusakan pada tepi secara dua dimensi. Batas yang paling

nyata adalah permukaan luar. Permukaan dapat dilukiskan sebagai akhir

atau batas struktur kristal, koordinasi atom pada permukaan tidak sama

dengan koordinasi atom dalam kristal. Atom permukaan hanya mempunyai

tetangga pada satu sisi saja, oleh karena itu memiliki energi yang lebih dan

ikatannya kurang kuat. Jumlah tetangga pada atom di permukaan ini menjadi

tidak maksimal, seperti pada di bagian dalam kristal. Kalau pada cairan akan

menyebabkan tegangan muka, di padatan meskipun tidak signifikan kadang

menghasilkan kerusakan dalam rangka atom mencari kestabilan.

15

Gambar 2.3.7 Atom permukaan dan dalam kristal

Kristal-kristal yang memiliki orientasi yang berbeda disebut butir.

Bentuk butir dalam bahan padat biasanya diatur oleh adanya butir-butir lain

disekitarnya. Dalam setiap butir, semua sel satuan teratur dalam satu arah

dan satu pola tertentu. Pada batas butir, antara dua butir yang berdekatan

terdapat daerah transisi yang tidak searah dengan pola dalam kedua butiran

tadi.

Batas butir dianggap berdimansi dua, memiliki ketebalan 2-3 jarak

atom. Batas butiran adalah termasuk cacat antarmuka. Batas yang

memisahkan dua butiran kecil kristal akan memiliki orientasi kristalografi

yang berbeda dalam bahan polikristalin. Ketidakseragaman orientasi antara

butiran yang berdekatan menghasilkan tumpukan atom yang kurang efisien

sepanjang batas. Oleh karena itu, atom sepanjang batas butir memiliki energi

yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang terdapat dalam butir. Hal inilah

yang menyebabkan mengapa daerah perbatasan lebih mudah terkikis. Energi

atom batas butir yang lebih tinggi juga penting bagi proses nukleasi selama

perubahan fasa polimorfi. Tumpukan atom yang lebih sedikit pada batas

butir memperlancar difusi atom, dan ketidakseragaman orientasi pada butir

yang berdekatan mempengaruhi kecepatan gerak dislokasi, jadi batas butir

merubah regangan plastik dalam bahan.

2.4 Penyabab Terjadinya Kerusakan Kristal

Cacat kristal dapat terjadi karena ada gaya pendorong. Gerakan atom

memerlukannya untuk memutus interaksi sehingga bersifat endotermik, dan pada

sisi ini akan menyambung interaksi kembali yang bersifat eksotermik. Mengingat

atom bergerak dari situs internal (misal memecah 6 ikatan ) dan menjauh ke luar

kisi (misal membentuk 3 ikatan) sehingga total keseluruhan proses akan bersifat

16

endotermis. Keberadaan cacat ini dapat meningkatkan laju kerusakan kristal lebih

lanjut. Hal ini karena atom-atom yang berada di dekat ruang kosong akan

bervibrasi lebih kuat daripada kristal sempurna.

Jumlah kerusakan Schottky untuk kristal yang berkomposisi MX (M

kation, X anion) :

NSchottky = N eks (−∆ HSchottky

2kT )

Jumlah kerusakan Frenkel :

NFenkel = N eks (−∆ HFenkel

2kT )

Catatan :

N : total jumlah situs atom

∆H : entalpi kerusakan

T : temperatur (K)

k : konstanta Boltzmann (1,38 x 1023 J/atom-K, atau 8.62 x 105 eV/atom-K )

Entalpi kerusakan berbagai jenis kristal dapat diketahui berdasarkan tabel berikut :

Jumlah kekosongan (vacancy) pada saat kesetimbangan (Nv) untuk suatu

bahan ditentukan dari :

Nv = Nexp �−Qv

kT�

Dimana :

N : total jumlah situs atom

Qv : energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan satu kekosongan

17

T : temperatur (K)

k : konstanta Boltzmann (1,38 x 1023 J/atom-K, atau 8.62 x 105 eV/atom-K)

Pusat Warna

Pusat warna disebut juga F-center (bhs jerman:farbenzentre). Fenomena

ini terbentuk saat kristal halide dikenakan paparan sinar-X kemudian akan

menghasilkan warna terang. Posisi tersebut terjadi pada situs vakansi anion berisi

elektron yang terjebak di dalamnya. Hal itu dapat terjadi karena kemungkinan saat

radiasi energi tinggi (x-ray, γ-ray) berinteraksi dengan halida alkali maka

menyebabkan halida akan kehilangan elektron. Elektron tersebut bergerak melalui

kristal sampai posisi di vakansi anion pada halida. Elektron akan terjebak di

vakansi oleh gaya elektrostatik yang kuat.

Serangkaian tingkat energi yang tersedia untuk elektron dalam vakansi ini

sering di daerah sinar tampak (ungu di KCl, kuarsa berasap, amethyst). Fenomena

ini dijumpai pada serangkaian halida alkali. Beberapa jenis pusat warna

diantaranya :

- F-center

- F’-center (dua elektron yang terperangkap pada sebuah vakansi anion)

- FA-center (seperti F’-center dimana satu dari enam kation tetangga

merupakan kation monovalen asing, contoh K+ dalam NaCl)

- M-center (merupakan pasangan F-center yang berdekatan)

- R-center (merupakan pasangan tiga F-center yang berdekatan dan

terletak pada bidang (1 1 1)).

- Pusat kluster bermuatan atau terionisasi seperti M+, R+ dan R-.

18

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

3.2 Saran

19

DAFTAR PUSTAKA

Berry, L. G. and Mason, B. 1959. Mineralogy: Concepts, Descriptions,

Determinations. San Francisco, CA: W. H. Freeman.

Harsolumakso, A.H., Magetsari, N.A., dan Abdullah, I.C., 1997. Buku Panduan

Praktikum Geologi Struktur. Bandung : Teknik Geologi ITB.

Liu, Z and Stavrinadis, A., 2008. Growth of Bulk Single Crystal and its

Application to SiC, Physics of Advanced Materials Winter School.

Tahir I., 2013. Kimia Zat Padat. Yogyakarta : Universitas Gadjah Mada.

Whitten D.G.A., dan Brooks, J.R.V., 1972. Dictionary of Geology. London :

Penguin book.