Struktur material 2012

*

Material :Makroskopik : padat, cair, dan gasMikroskopik :atom =>molekul

*

Bagaimana pengaruh bentuk material terhadap sifatnya ?Gas : Ikatan lemah, pd temp kamar mudah lepas ok vibrasi atom2nyaTdk ada organisasi molekulThermal energi hilang ok pendinginan ( contoh?)Cair : >> kuat dp gastp tdk ckp kuat menahanbeban tanpa dukunganRangkaian mol pendek2Padatan : Paling kuatmemp ssn atom:Kristalin/amorphusKristalin :

*

Ikatan atom : Primer kovalen, ionik metalik Sekunder Gaya van der Waals

*

Energi ikatan :Jumlah energi yg dibutuhkan untuk memisahkan 2 atom

Terlihat bhw ik. Kovalen memp. Energi yg lebih besar, diikuti ionik dan metalikMercury : E sangat rendah= mercury dlm ruang berbentuk cair

*

IKATAN KOVALEN - ELECTRON SHARING IN BIG OR SMALL MOLECULESTerbentuk ok sharing elektron dr atom untuk membentuk molekul. Tipe ikatan ini biasanya terbentuk antara 2 elemen bukan metal. Molekul mgk hanya dari satu tipe elemen atau bisa dr elemen yg berbeda kimiawinya membentuk compound

*

Ikatan kovalen dlm molekul kecil Contoh : 2 atom hidrogen membentuk H2

Cl2 ; HCl ; H2O ; NH3 (amonia) ; CH4 (methane) ; O2 ; C2H4 (ethane) N2 (nitrogen); C2H6 (Ethane) ; CH3 OH (methanol)

*

Ikatan Kovalen dlm mol besar Struktur 3 allotrop dr carbon (diamond, graphite); silicon dan silicon dioxide (silica)Sangat kuat membentuk pola 3 dimensi ikatan kovalen / lattice diamondgraphitSilica

*

Sifat ikatan kovalen pd mol besarSangat stabil, memp titik cair tinggi, penghantar panas yg jelek, Sangat keras dan tdk larut dlm air

*

Contoh ikatan kovalen :Resin Akrilik (Polimer) = polymethil methacrylate

*

Ikatan Ionik - Electron transferIkatan terbentuk dg transferring electron dr atom lain membentuk ionBiasanya antara logam dan bukan logam Contoh : Na+Cl- ; NaF ; MgCl2 ; AlF3; Na = 1 elektron ; Cl= 7

*

Ikatan ionik NaCl (terbentuk dg perpindahan elektron dr satu atom ke atom lain

*

Di KG gypsum dan Semen zink fosfat :

3.bin

*

GipsumKimiawi : ( CaSO4.2H2O)

*

Sifat Ikatan ionikGiant ionic lattice structure : biasanya garam dan oksida logamAkan sangat kuat tp britle, memp titik cair tinggi, tidak mudah menguap ( Mg 2+ O2 -) memp ttk cair lbh tinggi dp Na+Cl-Merupakan padatan kristalin pd temp kamar , terlarut dlm air ttp tdk semua, air kdg akan melemahkan ikatan (attractive forces) antar ionKenapa material dg dominasi ikatan ionik tidak bisa ditempa (malleable) ?

*

*

Sifat Ikatan MetalIkatan sangat kuat ok kepadatan (densitas) ; Kuat dan memp ttk cair yg tinggiKonduktor panas maupun elektrik yg baikSilvery surface dan Malleable ( pressed, hammered)

*

Ikatan sekunder :Ikatan van der Walls : terjadi krn adanya gaya antar molekula. Koesom : interaksi dipole permanen pd satu molekul (PVC, polyethylene)b. Debye : interaksi dipole dalam mol.c. London Dispersion effect : Perpindahan elektron dan proton atau molekulIkatan hidrogen : Gaya ini terjadi krn adanya interaksi atom H dalam molekul (polimer alam, enzyme, protein)

*

Ikatan sekunder :tidak berbagi elektronVariasi muatan menyebabkan gaya polarisasi yg menarik molekul2.Misal : Air dg kacaIkatan hidrogen : mol airOksigen dan hidrogen : Berbagi elektron ==> Bila dlm jumlah banyak (bag-positif ) H pd 1 mol ditarik oleh( bag negatif ) oksigen dr mol sampingnya.==> jembatan hidrogen

*

Ikatan hidrogen dlm HFDalam H2O

*

Polar hidrogen chloride molekul (HCl)

*

Gaya van der Waals : Tarik menarik 2 kutub :Misal : dalam gas inert, medan elektron terus berubah. Kadang positif tp kdg negatif, dihasilkan 2 kutub yg berubah-ubah, yg akan menarik dua kutup lainnya.

*

Pembentukan padatan ioniksusunan ion bisa : reguler, 3 dimensiContoh NaCL

Substansi : Cl, Nitride dan oksida metal adlh dasar mat. Ceramicsmat. Ini stabil krn kekuatan ikatan ionik

*

Susunan kristal dr atom dlm padatan Apbl atom tersusun teratur dan kompak, dsb kristalinCon. Metal & padatan ionikBila tdk simetri = amorphouskristalinSusunan atom identik

*

Kristal:Semua logamsebag.besar keramikBeberapa polimer

membeku

kristalAtom-atom mengatur diri secara teratur dan berulang dalam pola 3 dimensi

*

Struktur kristal :bgmn unit struktur tersusun dlm benda padat dan bgmn mereka disatukan (spt bola2 dlm tumpukan).Atom2 diikat oleh gy primer/sekunder==> dlm wujud padat atom-atom terssn dlm suatu aturan dg energi internal minimal misal : Na CL => semua ion Na(+) menarik semua ion CL(-) ==> konfigurasi berjarak teratur yg dikenal sbg pola ruang geometris atau kristal.Tdp : 14 bentuk pola geometris, (Logam = kubik)Kubik sederhana, berpusat di tengah, berporos di permukaan

*

Contoh pola geometrisA. Kubik sederhana (semua sdt=90o)B. Kubik berpusat di tengahC. Kubik berporos di permukaan

*

*

SUSUNAN KRISTAL1. LOGAM2. POLIMER3. CERAMIC4. COMPOSITE

*

Susunan atom/ bentuk kristal logam1. Body-centerd cubic structure (BCC)(Iron) 2. Face centerd cubic crystal (FCC) ( Emas)3. Hexagonal close-packed (HCP) => (Zinc Magnesium)

*

BCC => 3 dimensiIronBody centered cubic structure (BCC) : atom2 pd 8 sudut dan satu di tengah

*

FCC : EmasFace centered cubic crystal (FCC) atom berada pd setiap sudut dan menghadap ke tengahJuga pd Paladium, platinum

*

HCPZink MagnesiumPd permukaan atas dan bawah terisi 6 atom yg mengelilingi satu atom di tengah

*

Cacat struktur: 1. Point defect : dalam struktur kehilangan satu atom => krn salah letak==> distorsi

*

2. Impurities dalam padatan3. Cacat garis4. Interfacial defect5. Cacat dlm volume6. Vibrasi atom

*

*

*

Pengaruh perlakuan pd struktur

Gaya geserPada material elastik susunan akan kembali ke posisi semula

*

*

Prosesing metal: Quenching and hardeningQuenching (pendinginan cepat), metal menjadi sangat keras, tp britle/getasHardening : Pendinginan lambat, keras dan kurang getasTempering : Penempaan : Penguatan

*

Pembekuan diinisiasi oleh adanya impurities dlm lelehan.

*

Struktur bukan kristal :Bentuk struktur diluar bentuk kristalContoh : 1. Malam KG (Amorf = acak)2. Kaca (rangkaian pendek)= supercolled liquidTg : Temp. transisi : Temp. yg menunjukkan koef ekspansi termal meningkat, menunjukkan mobilitas ion meningkat.

*

Pembuatan kawat Alloi mempunyai sifat lebih kuat dp logam mulia

*

*

Logam yg dietsa sebagian permukaan akan larut, warna akan berbeda dan mudah berikatan dengan material lain

*

*

Pewarnaan/ kerusakan gigi diganti dengan mahkota keramik/porselinKeramik di KG

1.bin

*

Struktur ceramic :metalik elemen dan non metalik (oksida, nitrat & silikat)Dalam ceramic : ion negatif tdk sama ukurannya dg ion positif.Cont : Sodium chloride.Crystalline atau amorphusJika padatan dipanaskan : Transisi kristal dan transisi gelasCT : Crystal melting transitions : perub. Volume materialTg : volume spesifik. Pembentukan gelas : Butuh nukleus krsistalisasiSifat : keras dan getas

*

*

*

Struktur polimerIkatan panjang berisi unit yg berulangContoh : Natural : DNA, Protein, Karet alam Sintetis : PVC, Nylon PMMAMekanisme polimerisasi : Adisi atau kondensasiKonfigurasi ikatan :polyethylene = Linier = sifat ikatan lemah, mudah putus oleh peningkatan panasThermoplastic polymer : polimer yg dapat dilunakkan dg pemanasan diatas Tg (Polystyrene, PMMA, Polyethylene)Thermosetting polymer : polimer yg dapat rusak pada pemanasan tanpa memperlihatkan Tg.

*

*

Gigi tiruan lengkap dari polimer (polimethyl methacrylate)

*

1. Berat molekul : sama dg unit penyusun2. Konfigurasi ikatan : Diikat oleh ikatan sekunder dan kekuatannya terletak pada panjangnya : Linier, bercabang crosslink3. Kristalinisi dalam polimer : Twist and turn, criss-cross dalam posisi acak, kdg paralel satu sama lain Proporsi kristalin dan non kristalin tgt pada : * Komposisi kimiawi * Konfigurasi molekul * Metode prosesing

*

Cross-linking : keras tp getas Bila polimer diikat bersama dg ikatan kimia => Efeknya pd Sifat polimer

Silicone : Tg dibawah temp.ruang.

Ikatan polimerbercabanggraftBlok

*

Polyethelene : kristalin krn ikatannya simpel dan reguler.Semakin komplek maka semakin sulit memp. Regio kristalin

*

*

Komposisi polimer :* Blending : mencampur 2 atau lebih polimer sbl moulding pd thermoplastic polimer * Copolymer: Mencampur 2 polimer : random, blok* Plasticisers: Mol yg lbh rendah ditambahkan : efek pd Tg dan elastic modulus* Composites : Kombinasi material yg masing2 komponen mempertahankan identitasnya: matrik & filler

*

*

1. Susunan reguler dr atom dlm metal2. Diberi tekanan (stressed), lapisan atom dpt slide satu sama lain, ikatan tetap tp bentuknya beda3. Alloi : Tidak menyatu ttp sec fisik tercampur( adanya camp akan mengganggu lapisan simetri=> mengurangi kemampuan slip=> keras tp kuarng malleable

*

**

*

*

*

*

*

*

*

*

**

*

*

**

**

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

**

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

**

*

*

*

*

*

*