Penentuan Struktur

8/16/2019 Penentuan Struktur

1/16

X-RAY DIFRACTION

Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah

Penentuan Struktur

Dosen Pengampu : Dr. Siti Aisyah, M. Si.

Disusun oleh :

Ari nurfitrianti 140099

Dinar Anugerah 140!"44

Maryono 14"0#$%

PROGRAM STUDI KIMIA

DEPARTEMEN PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

BANDUNG

2016


2/16

X-RAY DIFRACTION

1. Kon!" D##$

&am'uran sinar() *ihasilkan jika suatu elektro*a logam *item'akkan *engan

elektron(elektron *engan ke+epatan tinggi *alam ta'ung akum. Suatu kristal *apat*igunakan untuk men*ifraksi 'erkas sinar() *ikarenakan or*e *ari panjang gelom'angsinar() hampir sama atau le'ih ke+il *engan or*e jarak antar atom *alam suatu kristal-ulianingsih, $01$/.

arakterisasi menggunakan meto*e *ifraksi merupakan meto*e analisa yang pentinguntuk menganalisa suatu kristal. arakterisasi )D *apat *igunakan untuk menentukanstruktur kristal menggunakan sinar(). Meto*e ini *apat *igunakan untuk menentukan

jenis struktur, ukuran 'utir, konstanta kisi, *an 23&M. Sinar() merupakan gelom'angelektromagnetik *engan panjang gelom'ang *iantara 400(%00 nm -Smallman 5ishop,

1999/.

Sinar() merupakan gelom'ang elektromagnetik 'ertenaga tinggi 'erkisar antarasekitar $00e6 sampai *engan 1 Me6, terletak antara ultra(ungu *an sinar(7. Sinar ini*ihasilkan ketika partikel 'ermuatan listrik, misalnya elektron, yang 'ergerak *enganke+epatan tinggi *itum'ukkan pa*a logam 'erat. Pa*a peristi8a ini tenaga kineti+

partikel elektron 'eru'ah menja*i ra*iasi elektromagnetik. Panjang gelom'ang ra*iasiyang *ipan+arkan 'ergantung pa*a tenaga kineti+ elektron. Se'uah elektron yangmenum'uk atom sasaran menghasilkan se'uah photon sinar() *engan tenaga se'esar *engan E e a*alah tenaga elektron, yang *inamakan sinar() 5remsstrahlung. Setelah

menum'uk, elektron memiliki tenaga se'esar E E e. arena kea*aan a8al *an akrir elektron ti*ak terkuantisasi, maka photon yang *ihasilkan memiliki spektrum *engan panjang gelom'ang yang semam'ung. Se'uah elektron yang *iper+epat menggunakan 'e*a potensial se'esar olt, elektron memiliki tenaga gerak se'esar *an tenagamaksimum sinar() yang *ihasilkan a*alah . Selain ra*iasi 5remsstrahlung, elektron yang*itum'ukkan ke logam 'erat akan menghasilkan ra*iasi sinar() *engan gelom'ang+emiri. Proses terja*inya sinar() +emiri a*alah se'agai 'erikut. um'ukan antaraelektron 'e'as yang *iper+epat *engan atom sasaran menghasilkan transfer tenaga.;lektron 'e'as yang *itum'ukkan mem'erikan tenaganya kepa*a elektron or'it atomsasaran. Apa'ila tenaga yang *itransfer +ukup 'esar, terja*i peristi8a ionisasi. enaga

ionisasi elektron terluar hanyalah sekitar 100 e6 *ani tenaga ionisasi elektron *arikulit K sekitar 1$0 ke6. etapi sinar() memiliki ke'olehja*ian yang le'ih 'esar

'erinteraksi *engan elektron *i kulit *aripa*a *engan elektron *i kulit atom yang le'ihluar -Suharyana, $01$/.

Misalkan se'uah elektron *i kulit terionisasi sehingga ter*apat se'uah kekosonganelektron *i kulit K . empat yang kosong ini segera *iisi oleh elektron yang 'era*a pa*akea*aan tenaga yang le'ih tinggi, misalnya elektron *i kulit L atau M yang *isertai*engan pan+aran se'uah photon.


3/16

etika kulit L ter*apat se'uah lu'ang elektron karena *itinggalkan oleh elektron yang 'erpin*ah ke kulit , maka se'uah elektron *ari kulit M , N atau O akan 'ertransisimengisi lu'ang terse'ut. ele'ihan tenaga elektron yang 'erpin*ah *ipan+arkan *alam

'entuk se'uah photon yaitu ra*iasi sinar() +emiri. 5ila elekron yang mengisi 'erasal*ari kulit M maka sinar() yang terja*i *inamakan sinar() >a, se*angkan jika 'erasal *arikulit ? *inamakan sinar() > '

2. F%n&' #(#) XRD

Difraksi sinar ) atau )(ray *iffra+tion -)D/ a*alah suatu meto*e analisa yang*igunakan untuk mengi*entifikasi fasa kristalin *alam material *engan +ara menentukan

parameter struktur kisi serta untuk men*apatkan ukuran partikel. Profil )D juga *apatmem'erikan *ata kualitatif *an semi kuantitatif pa*a pa*atan atau sampel. Difraksi sinar) ini *igunakan untuk 'e'erapa hal, *iantaranya:@ Pengukuran jarak rata(rata antara lapisan atau 'aris atom@ Penentuan kristal tunggal@ Penentuan struktur kristal *ari material yang ti*ak *iketahui@ Mengukur 'entuk, ukuran, *an tegangan *alam *ari kristal ke+ilDifraksi sinar() terja*i karena pa*a ham'uran elastis foton(foton sinar() oleh atom*alam se'uah kisi perio*ik. &am'uran monokromatis sinar() *alam fasa terse'utmem'erikan interferensi yang konstruktif. Penggunaan *ifraksi sinar() untukmempelajari kisi kristal a*alah 'er*asarkan persamaan 5ragg 'erikut ini.

-1/

*imana a*alah panjang gelom'ang sinar() yang *igunakan, * a*alah jarak antara *ua 'i*ang kisi, B a*alah su*ut antara sinar *atang *engan 'i*ang normal, *an n a*alah 'ilangan 'ulat yang *ise'ut se'agai or*e pem'iasan.


4/16

Cam'ar 1 Difraksi sinar = -?elson, $010/


5/16

Alat analisa )D ter*iri *ari ta'ung sinar ), tempat sampel *an *etektor. a'ung sinar) 'erfungsi untuk menghasilkan sinar ). Detektor terletak 'erse'elahan *engan ta'ungsinar ) *an *apat *igerakkan *engan arah B *ari nilai 0(90o. Proses analisa *engansistem *ifraksi sinar ) *isajikan pa*a Cam'ar $. Se'uah sampel yang 'er'entuk ser'uk*itaruh *itempat sampel. Sampel *ikenakan sinar ) *ari su*ut B se'esar 0(90o. Setiapsinar yang mengenai sampel akan *i*ifraksi *an *itangkap oleh *etektor. leh *etektorsinar(sinar *iu'ah menja*i hasil *alam 'entuk gelom'ang(gelom'ang. Entensitas sinar) *ari s+an sampel *iplotkan *engan su*ut B -'iasanya *inyatakan *alam $ B/ -?elson,$010/. Fontoh hasil analisa *ifraksi sinar ) *isajikan pa*a Cam'ar ".Selain untuk menunjukkan tingkat kristalitas suatu pa*atan, *ifraksi sinar = juga *apat*igunakan untuk mengetahui *iameter kristal. Gkuran kristal yang mungkin *iukura*alah "(#0 nm. Gkuran kristal yang *iperoleh merupakan *iameter rata(rata olum

'erat. Gkuran kristal *apat *ihitung *engan persamaan S+herrer 'erikut iniH

-$/

*imana I1.000, ' a*alah le'ar peak yang telah *ikoreksi oleh faktor pele'aran alatinstrumen, a*alah panjang gelom'ang sinar() yang *igunakan, D a*alah ukurankristal *an B a*alah su*ut antara sinar *atang *engan 'i*ang normal.

Daftar Pustaka

?elson, S A, -$010/, )(ray Frystallography, 888.tulane.e*u *iakses $% Desem'er $010

*. P$'n'" +!$,# A(#)

Sinar) merupakan salah satu 'entuk ra*iasi elektromagnetik yang mempunyai energiantara $00 e6J1 Me6 *engan panjang gelom'ang antara 0,#J$,# K. Panjanggelom'angnya hampir sama *engan jarak antara atom *alam kristal, menye'a'kansinar) menja*i salah satu teknik *alam analisa mineral-Suryanarayana *an ?orton, 199%/. ;lektronelektronpa*a atom akan mem'iaskan 'erkas 'i*ang yang tersusun se+ara

perio*ik seperti yang *itunjukkan pa*a Cam'ar 4. Difraksi sinar) oleh atomatom pa*a 'i*ang atom paralel a *an a1 yang terpisah oleh jarak d . Dianggap 'ah8a *ua 'erkassinar) i1 *an i$ yang 'ersifat paralel, monokromatik *an koheren *engan panjanggelom'ang *atang pa*a 'i*ang *engan su*ut B.


6/16

Cam'ar $. Difraksi sinar) oleh atoma(tom pa*a 'i*ang -Esmunan*ar, $00!/

Persamaan -1/ *ikenal se'agai &ukum 5ragg, *engan n a*alah ' ilangan refleksi yang 'ernilai 'ulat - 1, $, ", 4, . . /. arena nilai sin B ti*ak mele'ihi 1,maka pengamatan 'era*a pa*a interal 0 B NO$, sehingga : Difraksi untuk nilai n terke+il - n I 1/, persamaan terse'ut *apat *iu'ah menja*i : $ d -"/ Persamaan -"/ menjelaskan 'ah8a panjang gelom'ang sinar) yang *igunakan untuk menentukan struktur kristal harus le'ihke+i

-akaria, $00"/.Difraksi sinar) merupakan suatu teknik yang *igunakan untuk mengi*entifikasi a*anyafasa kristalin *i *alam materialmaterial 'en*a *an ser'uk, *an untuk menganalisis sifat(sifat struktur -seperti s tress, ukuran 'utir, fasa komposisi orientasi kristal, *an +a+at

kristal/ *ari tiap fasa. Meto*e ini menggunakan se'uah sinar) yang ter*ifraksi sepertisinar yang *irefleksikan *ari setiap 'i*ang, 'erturut(turut *i'entuk oleh atom(atom

Pem'angkitan Sinar)Sinar) *ihasilkan *ari penem'akan target -logam a noda / oleh elektron 'erenergi tinggiyang 'erasal *ari hasil pemanasan filamen *ari ta'ung sinar) - R ontgen /. a'ung sinar)terse'ut ter*iri atas empat komponen utama, yakni filamen -k atoda / yang 'erperanse'agai sum'er elektron, ruang akum se'agai pem'e'as ham'atan, target se'agaianoda , *an sum'er tegangan listrik.

Cam'ar ". Skema ta'ung sinar) -Suryanarayana, 199%/


7/16

Gntuk *apat menghasilkan sinar) *engan 'aik, maka logam yang *igunakanse'agai target harus memiliki titik leleh tinggi *engan nomor atom -/ yang tinggi agartum'ukan le'ih efektif. >ogam yang 'iasa *igunakan se'agai target - anoda / a*alah Fu,Fr, 2e, Fo, Mo *an Ag.

Prinsip *ari alat )D (X-ray powder dira!tion" a*alah sinar ) yang *ihasilkan*ari suatu logam tertentu memiliki panjang gelom'ang tertentu, sehingga *enganmemfariasi 'esar su*ut pantulan sehingga terja*i pantulan elastis yang *apat*i*eteksi.Maka menurut &ukum 5ragg jarak antar 'i*ang atom *apat *ihitung *engan*ata *ifraksi yang *ihasilkan pa*a 'esar su*ut J su*ut tertentu. Prinsip ini *igam'arkan *engan *iagram *i'a8ah ini.

Difraksi sinar() terja*i pa*a ham'uran elastis foton(foton sinar() oleh atom*alam se'uah kisi perio*ik. &am'uran monokromatis sinar() *alam fasa terse'utmem'erikan interferensi yang konstruktif. Dasar *ari penggunaan *ifraksi sinar()untuk mempelajari kisi kristal a*alah 'er*asarkan persamaan 5ragg :

n. 2./.'n n 12...

*engan a*alah panjang gelom'ang sinar() yang *igunakan, * a*alah jarak antara *ua 'i*ang kisi, B a*alah su*ut antara sinar *atang *engan 'i*ang normal, *an n a*alah 'ilangan 'ulat yang *ise'ut se'agai or*e pem'iasan.

5er*asarkan persamaan 5ragg, jika se'erkas sinar() *i jatuhkan pa*a sampelkristal, maka 'i*ang kristal itu akan mem'iaskan sinar() yang memiliki panjanggelom'ang sama *engan jarak antar kisi *alam kristal terse'ut. Sinar yang *i'iaskanakan *itangkap oleh *etektor kemu*ian *iterjemahkan se'agai se'uah pun+ak *ifraksi.Makin 'anyak 'i*ang kristal yang ter*apat *alam sampel, makin kuat intensitas

pem'iasan yang *ihasilkannya. iap pun+ak yang mun+ul pa*a pola )D me8akilisatu 'i*ang kristal yang memiliki orientasi tertentu *alam sum'u tiga *imensi. Pun+ak(


8/16

pun+ak yang *i*apatkan *ari *ata pengukuran ini kemu*ian *i+o+okkan *engan stan*ar *ifraksi sinar() untuk hampir semua jenis material. Stan*ar ini *ise'ut


9/16

$. Monokromator

Sinar() *ihasilkan *i suatu ta'ung sinar kato*e *engan pemanasan ka8at pijar untukmenghasilkan elektron(elektron, kemu*ian ele+tron(elektron terse'ut *iper+epat

terha*ap suatu target *engan mem'erikan suatu oltase, *an menem'ak target *enganelektron. etika elektron(elektron mempunyai energi yang +ukup untuk mengeluarkanelektron(elektron *alam target, karakteristik spektrum sinar() *ihasilkan. Spektrum initer*iri atas 'e'erapa komponen(komponen, yang paling umum a*alah Q *an R. a

'erisi, pa*a se'agian, *ari Q1 *an Q$. Q1 mempunyai panjang gelom'ang se*ikitle'ih pen*ek *an *ua kali le'ih intensitas *ari Q$. Panjang gelom'ang yang spesifikmerupakan karakteristik *ari 'ahan target -Fu, 2e, Mo, Fr/. Disaring, oleh kertas perakatau kristal mono+hrometers, yang akan menghasilkan sinar() monokromatik yang

*iperlukan untuk *ifraksi. em'aga a*alah 'ahan sasaran yang paling umum untuk*iffra+tion kristal tunggal, *engan ra*iasi Fu Q I0#41%. Sinar() ini 'ersifat+ollimate* *an mengarahkan ke sampel. Saat sampel *an *etektor *iputar, intensitasSinar ) pantul itu *irekam. etika geometri *ari peristi8a sinar() terse'ut memenuhi

persamaan 5ragg, interferens konstruktif terja*i *an suatu pun+ak *i *alam intensitasterja*i. Detektor akan merekam *an memproses isyarat penyinaran ini *anmengkonersi isyarat itu menja*i suatu arus yang akan *ikeluarkan pa*a printer ataulayar komputer.

B. INSTRUMENTASI ALAT

Petunjuk Penggunaan, Penyiapan Sample

• Am'il sepersepuluh 'erat sample -murni le'ih 'aik/

• Cerus sample *alam 'entuk 'u'uk. Gkuran kurang *ari T10 Um atau $00(mesh le'ih*isukai

• >etakkan *alam sample hol*er


10/16

• &arus *iperhatikan agar men*apatkan permukaan yang *atar *an men*apatkan*istri'usi a+ak *ari orientasi(orientasi kisi

• Gntuk analisa *ari tanah liat yang memerlukan single orientasi, teknik(teknik yangkhusus untuk persiapan tanah liat telah *i'erikan oleh GSCS

C. DATA YANG DIPROLEH

&asil yang *iperoleh *api pengukuran *engan menggunakan instrument )(ayDiffra+tion -)D/ a*alah grafik *ikfraktogram. Difraktogram a*alah output yangmerupakan grafik antara $B -*iffra+tion angle/ pa*a sum'u ) ersus intensitas pa*asum'u V.

Entensitas sinar() yang *i*ifraksikan se+ara terus(menerus *irekam se'agai +ontoh*an *etektor 'erputar melalui su*ut mereka masing(masing. Se'uah pun+ak *alamintensitas terja*i ketika mineral 'erisi kisi(kisi *engan *(spa+ings sesuai *engan

*ifraksi sinar() pa*a nilai B Meski masing(masing pun+ak ter*iri *ari *ua pemantulanyang terpisah -Q1 *an Q$/, pa*a nilai(nilai ke+il *ari $B lokasi(lokasi pun+aktumpang(tin*ih *engan Q$ mun+ul se'agai suatu gun*ukan pa*a sisi Q 1. Pemisahanle'ih 'esar terja*i pa*a nilai(nilai B yang le'ih tinggi .

$B merupakan su*ut antara sinar *ating *engan sinar pantul. Se*angkanintensitas merupakan jumlah 'anyaknya )(ay yang *i*ifraksikan oleh kisi(kisi kristalyang mungkin. isi kristal ini juga tergantung *ari kristal itu sen*iri.

isi(kisi ini *i'entuk oleh atom(atom penyusun kristal.


11/16

D. INFORMASI YANG DIDAPAT

5er*asarkan gam'ar 'agan terse'ut *apat *ijelaskan 'ah8a pem'angkit sinar(=menghasilkan ra*iasi ektromagnetik setelah *iken*alikan oleh +elah

penyimpang -S1/selanjutnya jatuh pa*a +uplikanOsampel. Sinar yang *iham'urkan oleh+uplikan *ipusatkan pa*a +elah penerima -S$/ *an jatuh pa*a *etektor yang sekaligus

mengu'ahnya menja*i 'entuk +ahaya tampak -foton/.

Enformasi yang *apat *iperoleh *ari analisa *engan menggunakan)D terse'utyaitu se'agai 'erikut:

1. Pem'angkit sinar(= menghasilkan ra*iasi elektromagnetik setelah *iken*alikan oleh+elah penyimpang -S/

$. Posisi pun+ak *ifraksi mem'erikan gam'aran tentang parameter kisi -a/, jarak antar 'i*ang -*hkl/, struktur kristal *an orientasi *ari sel satuan -* hkl/ struktur kristal *anorientasi *ari sel satuan.

". Entensitas relatif pun+ak *ifraksi mem'erikan gam'aran tentang posisi atom *alam selsatuan.

4. 5entuk pun+ak *ifraksi mem'erikan gam'aran tentang ukuran kristal *anketi*aksempurnaan kisi. -*hkl/ *ikelompokkan *alam 'e'erapa grup, *engan intensitasrelatif paling tinggi pertama *ise'ut *1, ke*ua *$, ketiga *" *an seterusnya.


12/16

Dari pola *ifraksi pa*atan kristal yang teranalisa oleh )D terse'ut,kita jugaakan men*apatkan 'e'erapa informasi lain *iantaranya :

1. Panjang gelom'ang sinar ) yang *igunakan -/$. r*e pem'iasan O kekuatan intensitas -n/

". Su*ut antara sinar *atang *engan 'i*ang normal -B/

KEGUNAAN DAN APLIKASI

• egunaam *an aplikasi )D:

• Mem'e*akan antara material yang 'ersifat kristal *engan amorf

• Mem'e*akan antara material yang 'ersifat kristal *engan amorf.

• Mengukur ma+am(ma+am kea+akan *an penyimpangan kristal.• arakterisasi material kristal

• E*entifikasi mineral(mineral yang 'er'utir halus seperti tanah liat

• Penentuan *imensi(*imensi sel satuan

Dengan teknik(teknik yang khusus, )D *apat *igunakan untuk:1. Menentukan struktur kristal *engan menggunakan ietel* refinement$. Analisis kuantitatif *ari mineral

". arakteristik sampel film

KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN DARI XRD KRISTAL DAN BUBUK

1. ristal unggal( euntungan : ita *apat mempelajari struktur kristal terse'ut.( erugian : Sangat sulit men*apatkan senya8a *alam 'entuk kristalnya$. 5u'uk( erugian : Sulit untuk menentukan strukturnya

( euntungan : >e'ih mu*ah memperoleh senya8a *alam 'entuk 'u'uk

euntungan utama penggunaan sinar() *alam karakterisasi material a*alahkemampuan penetrasinya, se'a' sinar() memiliki energi sangat tinggi aki'at panjanggelom'angnya yang pen*ek. Sinar() a*alah gelom'ang elektromagnetik *engan

panjang gelom'ang 0,#($,0 mikron. Sinar ini *ihasilkan *ari penem'akan logam*engan elektron 'erenergi tinggi. ;lektron itu mengalami perlam'atan saat masuk ke*alam logam *an menye'a'kan elektron pa*a kulit atom logam terse'ut terpental

mem'entuk kekosongan. ;lektron *engan energi yang le'ih tinggi masuk ke tempatkosong *engan meman+arkan kele'ihan energinya se'agai foton sinar().


13/16

)(ray *ifraksi Enstrumen yang tepat *iran+ang untuk aplikasi *alammi+rostru+ture pengukuran, pengujian *an penelitian men*alam *alam penyeli*ikan.

3. C#$# "!45###n S"!+)$%4

XRD merupakan suatu metode karakterisasi dan identifkasi

yang digunakan untuk menentukan jarak antar atom, bentuk

kristal dan ukuran kristal. Prinsip XRD ini ialah dengan

melihat sudut pantul dari sinar yang di tembakkan ke

sampel. Karena setiap materi akan memiliki sudut pantul

yang spesifk. Pada XRD digunakan sudut 2θ sebagai suatuvariabel untuk mengukur sudut pantul dari tiap atom.

Seperti yang terlihat pa*a gam'ar Su*ut $B merupakan su*ut antara sinar transmisi *engansinar pantul. Su*ut *apat *itentukan 'er*asarkan kesamaan su*ut pantul *engan su*ut *atang.

?amun pa*a su*ut $B, akan *ipantulkan sangat 'anyak sinar *i 'er'agai su*ut aki'at a*anya per'e*aan atom *an struktur kristal *ari sampel.

Pa*a kristalografi a*a pula istilah miller in*i+es yaitu suatu notasi untuk menjelaskan tentangkisi kristal. 5i*ang kisi ini *itunjukkan oleh tiga 'ilangan 'ulat h, k *an l. Eni sepertikoor*inat " *imensi yang memiliki sum'u = y .

5i*ang yang *ihasilkan *ari hkl terse'ut akan menunjukkan fraksi *ari kristal terse'ut *ankita *apat mengukur jarak atau ukuran kristal terse'ut sesuai rumus.


14/16

Sampel :

mpat !i"2 komersial yang digunakan dalam per#obaan ini $

%i&'',() anatase, nanopo*der

%ii& '',+) anatase,mi#ropo*der,

%iii& '',) rutil, nanopo*der

%iv&'',') rutil, mi#ropo*der.

Prosedur :

Pengukuran XRD dilakukan pada -ruker D+ dvan#e

di/ra#tometer yang dioperasikan dalam mode re0eksi dengan 1u

K3 radiasi %4k5, 46 m& dan di77ra#ted beam mono#hromator,

menggunakan mode step s#an dengan langkah 6,6( 8 %2θ& dan 9s per langkah. Pola di7raksi dari kedua anatase dan rutil !i"2

bubuk dibandingkan dengan database :1PD;


15/16

Pola XRD nano!i"2 dan mikro!i"2 pada rutil dan 7ase anataseditunjukkan dalam &. Dari


16/16

9. ?ama *an formula kimia

. Data *i meto*e *ifraksi yang *igunakan

>. Data kristalografi

(. Data optik *an lainnya

+. Data spesi

'. Data pola *ifraksi

Spektrum yang *i*apat *i+o+okan *engan *ata'ase untuk men*apatkan info yang le'ih

lengkap lagi sehingga *ata 'isa *iolah untuk hasil yang le'ih 'aik.

Penentuan Struktur

Documents

Transcript of Penentuan Struktur