Struktur Logam

download Struktur Logam

of 15

Transcript of Struktur Logam

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    1/36

    METALS AND ALLOYS

      LOGAM dan PADUAN

    Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M. Sc.

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    2/36

    Struktur Logam

    Metallic Structures

    2

    http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/8/8e/Close-packed_spheres.jpg

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    3/36

    Struktur 

    • Sifat-2 kebanyakan bahan/materi

    berkaitan langsung dengan struktur

    kristallnya.

    • Perbedaan sifat secara signifikan

    terdapat antara bahan kristal dan non

    kristal yang memiliki komposisi sama.

    3

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    4/36

    • !on dense" random packing

    • #ense" ordered packing

    Struktur yang rapat dan penyusunan teratur $ordered packed%

    cenderung memiliki energi rendah/kecil.

    &nergi dan Penyusunan/Packing

    Energy

    typical neighbor  bond length 

    typical neighbor  bond energy 

    Energy 

    typical neighbor  bond length 

    typical neighbor  bond energy 

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    5/36

    'ristal Logam'ristal Logam

    • Logam umumnya bahan padatan $highmelting points%.

    • (da ikatan kuat antara atom-atom logam.• )katan pada logam dan paduan $alloy%

    berbeda berdasarkan komposisinya* intipositif terdapat pada lautan elektron%

    +

    +

    +

    +

    +

    +++

    + –

     –

     –

     –

     – – –

     –

     –

     – – –

     – – –  –

     – –

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    6/36

    +

    • atom tersusun secara periodik dan

    dalam 3 #

    ,ahan kristalin.

    -logam

    -beberapa keramik

    -beberapa polimer 

    • atom tersusun bukan periodik

    ,ahan non kristallin

    -struktur kompleks-pendinginan tiba2/

     rapid cooling

    kristallin Si2

    !on kristallin Si2 (morf  0 !oncrystalline

    Materi dan Penyusunan/Packing

    Si Oksigen

    • 1ontoh*

    • teradi pada*

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    7/36

     Struktur Kristal Logam

    •,gm kita menyusun atom-atom logam untukmeminimalkan ruang kosong $dalam 2-

    dimensi%4

    vs.

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    8/36

    5

    • 1enderung tersusun rapat $densely packed%.• (lasan tersusun rapat*

    - )katan logam $Metallic bonding% tidak berarah

    - 6arak atom tetangga terdekat $nearest neighboratom% cenderung mengecil untuk memperkecil

    energi ikat.

    - 'abut elektron $electron cloud% menutupi satu

    sama lainnya.

    • Merupakan struktur kristal paling sederhana.

     Struktur Kristal Logam

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    9/36

    7

    • 6arang ditemukan disebabkan kerapatan penyusuan

    $packing density% sangat kecil $hanya Po memiliki struktur S1%• 1lose-packed directions merupakan sisi kubus.

    • 1oordination 8 0 +

      $8 nearest neighbors%

    Simple 1ubic Structure $S1%

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    10/36

    9:

    • (P; untuk struktur kubik sederhana 0 :.olume of unit cell

    ?diasumsikan bola padat

    close-packed directions

    a

    R 0:.<

    a

    contains 5 @ 9/5 09 atom/unit cell

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    11/36

    99

    • 1oordination 8 0 5

    • (tom bersentuhan satu sama lainnya sepanang diagonal

    kubus.• Semua atom identik

    ,ody 1entered 1ubic Structure $,11%

    1ontoh*

    1r" A" ;e $α%" Bantalum" Molybdenum

    2 atoms/unit cell* 9 center C 5 corners @ 9/5

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    12/36

    92

     (tomic Packing ;actor* ,11

    a

     (P; 0

    3π $ 3a/%32

    atoms

    unit cell atom

    =olume

    a3

    unit cell

    =olume

    length 0 R  0

    1lose-packed directions*

    3 a

    • (P; untk struktur body-centered cubic 0 :.+5

    aR 

    a2

    a3

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    13/36

    93

    • 1oordination 8 0 92

    • (tom-atom bersentuhan satu sama lainnya sepanangdiagonal sisi bidang.

    ;ace 1entered 1ubic Structure $;11%

    1ontoh* (l" 1u" (u" Pb" !i" Pt" (g

    atoms/unit cell* + face @ 9/2 C 5 corners @ 9/5

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    14/36

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    15/36

    9<

    • (P; untuk struktur face-centered cubic 0 :.

     (tomic Packing ;actor* ;11

     (P; 0

    3π $ 2a/%3

    atoms

    unit cell atom=olume

    a3

    unit cell

    =olume

    1lose-packed directions*

    length 0 R  0 2 a 

    Dnit cell contains*  + @ 9/2 C 5 @ 9/5

    0 atoms/unit cella

    2 a

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    16/36

    9+

    Ee@agonal 1lose-Packed Structure

    $E1P %

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    17/36

    9

    • 1oordination 8 0 92

    • (,(,... Stacking SeFuence

    • (P; 0 :.

    • 3# Proection • 2# Proection

    Ee@agonal 1lose-Packed Structure

    $E1P%

    + atoms/unit cell

    e@* 1d" Mg" Bi" Gn

    • c /a 0 9.+33

    a

     ( sites

    , sites

     ( sites ,ottom layer 

    Middle layer 

    Bop layer 

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    18/36

     (,(,... Stacking SeFuence

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    19/36

    !"ay Diffraction

    97

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    20/36

    Xray-Tube

    Detector 

    Sample

    Bragg´s Equation

    d = λ2 sin!

    d " distance bet#een t$e  same atomic planesλ " monochromatic  #a%elengt$! " angle o& di&&racto-

      meter 

    Xray-Tube

    Detector 

    'etal Target

    ()u or )o*

     s a m p l e

    X-Ray Diffractometer

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    21/36

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    22/36

    22

    Kera#atan Teoritis,

    dimana n 0 umlah atom/sel satuan

       A 0 berat atom

    V C  0 >olume sel satuan 0 a3 untuk kubik

      N  ( 0 bilangan (=ogadro 

    0 +.:22 @ 9:23 atoms/mol

    'erapatan/#ensity 0 ρ  0

    V C  

    N  (

    n  Aρ  0

    1ellDnitof >olumeBotal

    1ellDnitin (tomsof Mass

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    23/36

    23

    • 1ontoh* 1r $,11%

     A $berat atom% 0 

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    24/36

    2

    ;aktor-2 yng menentukan struktur kristal9. Dkuran relatif )on H ;ormasi strukur yang stabil*

      --umlah maksimum muatan ion tetangga yang berlainan.- -

    - -C

    unstable

    - -

    - -C

    stable

    - -

    - -C

    stable

    2. 'enetralan Muatan *  --!et charge in ceramic

    should be Iero.

      --Jeflected in chemicalformula*

    1a;2*1a2C

    cation

    ;-

    ;-

    anionsC

     (mKp

    !ilai m" p untuk mencapaikenetralan muatan

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    25/36

    +enis ,atan

    Types o& Bonding

    ,onic

    Bonding

    .an Der /aals

     Bonding

    'etallic

     Bonding

    )o%alent

     Bonding

    0ydrogen

    Bonding 

    $ig% Melting

    Point

    $ar& an& 'rittle

    (on con&ucting

     soli&

    (a)l, )s)l, *nS

    Lo Melting Points

    Soft an& 'rittle

    (on!)on&ucting

     (e, r, Kr an& e

    -ariable

    Melting

    Point

    -ariable

    $ar&ness

    )on&ucting

    e, )u, g

    -ery $ig%

    Melting

    Point

    -ery $ar&

    /sually not

    )on&ucting

    Diamon&, 0ra#%ite

    Lo Melting

    PointsSoft an& 'rittle

    /sually(on!)on&ucting

    1ce,

    organic soli&s

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    26/36

    2+

    • ,onding*

      -- 1an be ionic and/or co=alent in character.  -- ionic character increases ith difference in

      electronegati=ity of atoms.

    • #egree of ionic character may be large or small*

     (tomic ,onding in 1eramics

    Si1* small1a;2* large

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    27/36

    2

    • 1oordination 8 increases ith

    1oordination 8 and )onic Jadii

    2

    r cationr anion

    1oord

    8

    N :.9

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    28/36

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    29/36

    27

    )om#utation of Minimum )ation!nion"a&ius "atio

    • #etermine minimumr 

    cation /r 

    anion for an octahedral site $1.!. 0 +%

    a = 2r anion

     2r anion + 2r cation = 2 2r anion

     r anion + r cation = 2r anion  r cation = $ 2 −9%r anion

    ar r  222 cationanion =+

    9.:92

    anion

    cation=−=

    a Measure the radii $blue

    and yello spheres%

    Substitute for 2a3 in theabo=e eFuation

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    30/36

    3:

    • n the basis of ionic radii" hat crystal structure ould you

    predict for ;e4

    • (nser*

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    31/36

    39

    "ock Salt Structure

    Same concepts can be applied to ionic solids in general.

    &@ample* !a1l $rock salt% structure

    r !a 0 :.9:2 nm

    r !a/r 1l 0 :.

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    32/36

    32

    MgO an& eO

    2- r  0 :.9: nm

    Mg2C r Mg 0 :.:2 nm

    r Mg/r  0 :.

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    33/36

    33

    )rystal Structures

    737.:959.:

    9:.:

    1l

    1s==

    +

    1esium 1hloride structure*

    ∴  Since :.32 N :.737 N 9.:"

    cubic sites preferredSo each 1sC has 5 neighbor 1l-

     (KHBype 1rystal Structures include !a1l" 1s1l" and Iinc blende

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    34/36

    3

    4 )rystal Structures

    •  1alcium ;luorite $1a;2%

    •  1ations in cubic sites

    •  D2" Bh2" Gr2" 1e2

    •  (ntifluorite structure H

    positions of cations and

    anions re=ersed

    ;luorite structure

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    35/36

    3<

    '5 )rystal Structures

    •Pero=skite structure

    &@* comple@ o@ide

    ,aBi3

  • 8/9/2019 Struktur Logam

    36/36

    3+

    • (toms may assemble into crystalline or amorphous structures.

    • Ae can predict the density of a material" pro=ided e kno the

    atomic eight" atomic radius" and crystal geometry $e.g." ;11"

    ,11" E1P%.

    SDMM(JO

    • 1ommon metallic crystal structures are ;11" ,11 and E1P.

    1oordination number  and atomic packing factor  are the same

    for both ;11 and E1P crystal structures.

    • 1eramic crystal structures are based on*

      -- maintaining charge neutrality

      -- cation-anion radii ratios.

    • )nteratomic bonding in ceramics is ionic and/or co=alent.