DIFRAKSI

DIFRAKSI SINAR XDIFRAKSI SINAR X

Presented ByPresented By : :

MOHAMAD NASHIRMOHAMAD NASHIR32150416553215041655

Tujuan Percobaan

Menentukan grafik antara intensitas dengan sudut θ (I – θ)

Menentukan grafik antara intensitas dengan tegangan pemercepat (I – V)

Menentukan nilai rata-rata parameter kisi (a) dari kristal KBr

Menentukan jarak rata-rata antar atom (dhkl) dari kristal KBr

Gambar Spektrometer Sinar X

F

K

Aθ

θ

Collimators

Sinar X

Kristal

F

K

Aθ

θ

Collimators

Sinar X

Kristal

F

Teori dan Prinsip Dasar1. Mekanisme Terjadinya Sinar X Katoda K yang dipanaskan oleh filamen F memancarkan

elektron dari permukaanya menuju anoda A, karena adanya beda potensial antara A dan K, elektron bergerak dipercepat. Elektron yang datang pada permukaan anoda memiliki energi kinetik tinggi

Terjadi gaya interaksi yang berasal dari elektromagnetisme antara elektron bebas dalam logam anoda dan elektron yang datang

Melalui tumbukan beruntun elektron kehilangan energinya secara berlahan. Dalam anoda yang berupa polikristal, energi kinetik diubah menjadi dua macam :a. Akibat perlambatan (bremsstrahlung) terjadi radiasi elektromagnetik berupa sinar Xb. Tersimpan sebagai kalor dalam logam berupa energi getaran kisi-kisi kristal

θθ

I

II

d sin θ

d

Gambar Difraksi Sinar x melalui kisi kristal

Difraksi Bragg

Keterangan : Seberkas sinar X dengan panjang gelombang λ jatuh pada

suatu kristal dengan sudut θ terhadap deretan atom, dengan jarak antar atom dalam kristal d seperti terlihat di gambar. Beda panjang lintasan sinar I dan sinar II adalah: 2 d sin θ

Interferensi konstruktif hanya terjadi apabila beda panjang lintasan itu sama dengan kelipatan bulat dari panjang gelombang sinar X, misal: λ, 2λ, 3λ, dsb. Jadi interferensi maksimum terjadi bila :

2 d sin θ = n λ dengan n = 1,2,3,…

Grafik Pengamatan

Grafik I terhadap θ Pada Saat V =15 kV

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 10 20 30 40θo

I (Cd)

Grafik I Terhadap θ Pada saat V = 20 kV

0

83

166

249

332

415

498

581

0 10 20 30 40

θo

I (Cd)

Grafik I Terhadap θ Pada Saat V = 25 kV

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40 50

θo

I (Cd)

Grafik I Terhadap V Pada Saat θ = 13o

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

0 5 10 15 20 25 30V (kV)

I (Cd)

Grafik I Terhadap V Pada saat θ = 28o

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30

V (kV)

I (Cd)

Hasil Pengamatan Grafik I – θ

Terjadi intensitas radiasi yang besar saat nilai sudut θ = 13°

Intensitas mengalami naik turun saat nilai sudut θ > 13°

Grafik I – VSemakin besar tegangan pemercepat (V) semakin besar intensitas yang dihasilkan (I)

Rumus Perhitungan

2

2

sin4

.

sin2

sa

s

ad

nd

hkl

hkl

Keterangan :

n = 1 (bilangan bulat positif)

λ = 1,54 Ǻ (panjang gelombang sinar X yang dipakai dalam percobaan)

a = nilai rata-rata parmeter kisi

dhkl = jarak antar atom dalam kisi kristal (KBr)

Hasil perhitungan Nilai rata-rata parameter kisi kristal KBr (a) = 3, 79 Ǻ Nilai perbandingan S = 1, 1, 1, 6. ( 6 – 1 ) = 5 Berdasarkan nilai ini, maka kristal KBr termasuk kedalam

kristal yang berstruktur FCC (Face-Centered Cubic), karena : FCC : 3, 8, 8, 11, 12, 16 (8 – 3) = 5

Jarak antar atom dalam kristal KBr (dhkl) :

1) θ = 11o ; dhkl = 4,035449167 Ǻ

2) θ = 12o ; dhkl = 3,70349546 Ǻ

3) θ = 13o ; dhkl = 3,422966847 Ǻ

4) θ = 28o ; dhkl = 1,640141943 Ǻ

Jadi jarak rata-rata antar atom dalam kristal KBr (dhkl rata-rata) adalah 3,200513354 Ǻ ≈ 3,2 Ǻ

Literatur Nilai rata-rata parameter kisi kristal KBr (a) = 6, 59 Ǻ Kristal KBr termasuk kedalam kristal yang berstruktur FCC

(Face-Centered Cubic). Jarak rata-rata antar atom dalam kristal KBr (dhkl rata-rata)

adalah 3 Ǻ

Analisa Data Adanya peningkatan beda potensial pemercepat , menyebabkan

elektron bergerak dipercepat menuju anoda dan diperlambat secara tiba-tiba dalam tumbukan beruntun yang terjadi di dalam logam (anoda) sehingga elektron kehilangan energinya secara berlahan. Dalam bahan anoda yang berupa susunan kristal (polikristal), energi kinetik diubah menjadi dua macam :a. Akibat perlambatan (bremsstrahlung) terjadi radiasi elektromagnetik, radiasi inilah yang disebut sinar Xb. Tersimpan sebagai kalor dalam logam berupa energi getaran kisi-kisi kristal

Adanya peningkatan potensial pemercepat menjadikan tumbukan elektron dengan target menjadi lebih sering. Akibatnya intensitas radiasi yang dipancarkan menjadi lebih besar.

Pada saat θ = 11o, 12o,13o, dan 28o intensitas radiasi yang dipancarakan mengalami kenaikan yang signifikan.

Pada saat θ = 13°, intensitas radiasi yang dipancarkan mencapai titik tertinggi (intensitas maksimum). Pada saat inilah sinar yang datang pada kristal direfleksikan dengan sempurna, hal ini menunjukkan adanya bahwa sinar X tepat mengenai atom pada kristal KBr di titik tersebut.

Nilai rata-rata parameter kisi kristal KBr (a) = 3, 79 Ǻ dan jarak rata-rata antar atom dalam kristal KBr (dhkl rata-rata) adalah 3,200513354 Ǻ ≈ 3,2 Ǻ

Menurut literatur Nilai rata-rata parameter kisi kristal KBr (a) = 6, 59 Ǻ dan Jarak rata-rata antar atom dalam kristal KBr (dhkl rata-rata) adalah 3 Ǻ

Terjadinya perbedaan antara hasil perhitungan dengan literatur mengenai rata-rata parameter kisi kristal KBr (a) dan jarak antar rata-rata antar atom (dhkl), disebabkan oleh beberapa hal, yaitu :

• Sifat zat padat (KBr) ionik, yaitu bersifat keras, memiliki titik leleh tinggi, mudah getas (rapuh), mudah larut dalam zat cair polar (air)

• Terjadi Cacat kristal, berkaitan struktur kristal KBr• Kesalahan paralaks pada saat pengukuran θ, • pengukuran I dengan waktu yang tidak tepat 10 s. Hal ini

terjadi misalnya pada saat pengukuran I saat θ = 25o pada tabel pengamatan 1, dimana nilai I sangat jauh berbeda dengan nilai I pada tabel pengamatan 2 dan 3 pada saat θ yang sama

Kesimpulan Sinar X dihasilkan oleh tabung sinar X yang vakum. Elektron

keluar dari katoda menuju anoda. Gerak elektron dipercepat oleh sumber tegangan tinggi yang dihubungkan dengan logam anoda , setelah terjadi tumbukan secara beruntun elektron kehilangan energinya secara pelahan. Dalam logam anoda yang berupa susunan kristal (polikristal) energi kinetik elektron diubah menjadi :

a) Akibat perlambatan (bremsstrahlung) terjadi radiasi elektromagnetik, yaitu berupa sinar Xb) Tersimpan sebagai kalor dalam logam berupa energi getaran kisi-kisi kristal

Karena prosesnya beruntun, maka spektrum panjang gelombang sinar X adalah kontinyu

Bagian-bagian yang tidak kontinyu berasal dari interaksi elektron dengan ion dimana terjadi perubahan struktur ion tersebut

Sinar X merupakan radiasi pengion, artinya sinar ini mengionisasi udara atau gas yang dilewatinya

Karkteristik sinar X bergantung pada bahan logam anoda yang digunakan

Grafik I – θ : Terjadi intensitas radiasi yang besar saat θ = 13°, dimana pada titik tersebut sinar-x direfleksikan secara sempurna, sehingga intensitasnya maksimum

Grafik I – V : Semakin besar tegangan pemercepat (V) semakin besar intensitas yang dihasilkan (I)

kristal KBr termasuk kedalam kristal yang berstruktur FCC (Face-Centered Cubic)

Hasil perhitungan nilai rata-rata parameter kisi kristal KBr (a) adalah; a = 3, 79 Ǻ

Hasil perhitungan jarak rata-rata antar atom (dhkl) dalam kristal KBr adalah; dhkl = 3,2 Ǻ

Adanya perbedaan antara hasil percobaan dan literatur dikarenakan :

• Sifat zat padat ionik, yaitu bersifat keras, memiliki titik leleh tinggi, mudah getas (rapuh), mudah larut dalam zat cair polar (air)

• Cacat kristal, berkaitan dengan struktur kristal• Kesalahan paralaks pada saat pengukuran θ• Kesalahan pada saat pengukuran I dengan waktu yang tidak

tepat 10 s

Daftar Pustaka Baiquni, A.1985. Fisika Modern . Jakarta : PN Balai

Pustaka Beiser, Arthur.1991. Konsep Fisika Modern. Jakarta :

Erlangga. Dadan Rosana, dkk. Konsep Dasar Fisika modern.

Yogyakarta : IMSTEP Darmawan, dkk.1987. Materi Pokok : Fisika Zat Padat.

Jakarta : Karunika Jakarta Universitas Terbuka. Kittel, Charles.1986. Introduction to Solid State Physics.

New York : John Wiley. Sunaryo,M.Si. 2004. Silabus Fisika Zat Padat untuk

mahasiswa Pendidikan Fisika. Jakarta : Jurusan Fisika FMIPA UNJ