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.