Top Banner
LOGO Struktur Kristal
39

Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

Jan 16, 2016

Download

Documents

Adi Hans Poerba
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Struktur Kristal

Page 2: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Istilah Material kristal adalah material padat dimana atom-

atomnya tersusun dalam susunan yang berulang . Contoh: Semua logam, sebagian besar keramik, beberapa polymer.

Non kristalin atau amorphous adalah material yang tidak memiliki keteraturan atom dalam jarak panjang

Page 3: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Istilah Lattice/kisi: susunan berulang dari titik-titik yang

menunjukkan jarak

Unit cell/sel satuan: sub bagian kisi yang masih memiliki karakteristik kisi atau memiliki kesamaan sifat dengan seluruh kisi kristal.

Page 4: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

7 Crystal Systems:

aa

a

Cubic: a = b = c; = = = 90°

ba

c Tetragonal: a =b c = = = 90°

ab

c

Orthorhombic: a b c = = = 90°

Rhombohedral: a = b = c 90°

a

cHexagonal: a=bc = = 90°; = 120°

Monoclinic: abc = = 90°

Triclinic: a b c 90°

Page 5: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Kisi Kristal

Page 6: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

• Sangat jarang karena rendahnya densitas penumpukan hanya Polonium yang memiliki struktur ini

• Arah penumpukan pada sisi kubus.

• Bilangan koordinasi= 6 (# jumlah atom terdekat) untuk tiap atom

(Courtesy P.M. Anderson)

Struktur Kristal LogamStruktur kubus sederhana/Simple Cubic Structure (SC)

Page 7: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

• APF untuk struktur simple cubic = 0.52

APF = a3

4

3 p(0.5a)31

atom

unit selatom

volume

unit selvolume

Atomic Packing Factor (APF)

APF = Volume atom pada unit sel*

Volume unit cell

*assumsi bola padat

Adapted from Fig. 3.23, Callister 7e.

close-packed directions

a

R=0.5a

Isi (8 x 1/8) =

1 atom/unit selDengan : a = Rat*2

Where Rat is the ‘handbook’ atomic radius

Page 8: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

• Bilangan koordinasi # = 8

(Courtesy P.M. Anderson)

• Atom-atom saling bersentuhan disepanjang diagonal.--Note: Atom-atom tersebut identik

Struktur Body Centered Cubic (BCC)

contoh: Cr, W, Fe (), Tantalum, Molybdenum

2 atom/unit sel: (1 pusat) + (8 sudut x 1/8)

Struktur Kristal Logam

Page 9: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Atomic Packing Factor: BCC

a

APF =

4

3p ( 3a/4)32

atom

Unit sel atomvolume

a3unit sel

volume

panjang = 4R =Arah penumpukan:

3 a

• APF untuk struktur body-centered cubic = 0.68

aR

Adapted from Fig. 3.2(a), Callister 7e.

a 2

a 3

Page 10: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

• Bilangan koordinasi# = 12

(Courtesy P.M. Anderson)

• Atom saling bersentuhan disepanjang diagonal bidang.--Note: atom-atom identik

Struktur Face Centered Cubic (FCC)

contoh: Al, Cu, Au, Pb, Ni, Pt, Ag

4 atom/unit sel: (6 face x ½) + (8 corners x 1/8)

Struktur Kristal Logam

Page 11: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

TABEL KONSTANTA KISI (a) DAN RADIUS ATOM (R) STRUKTUR BCC

Metal a (nm) R (nm)

Chromium 0,289 0,125

Iron 0,287 0,124

Molybdenum 0,315 0,136

Potassium 0,533 0,231

Sodium 0,429 0,186

Tantalum 0,33 0,143

Tungsten 0,316 0,137

Vanadium 0,304 0,312

Page 12: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

• APF struktur face-centered cubic = 0.74

Atomic Packing Factor: FCC

Maximum APF dari beberapa struktur logam

APF =

4

3 p ( 2a/4)34

atom

unit sel atomvolume

a3unit sel

volume

Arah penumpukan: panjang = 4R =2 a

Isi unit sel: 6 x 1/2 + 8 x 1/8 = 4 atom/unit sela

2 a

Adapted fromFig. 3.1(a),Callister 7e.

(a = 22*R)

Page 13: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

TABEL KONSTANTA KISI (a) DAN RADIUS ATOM (R) STRUKTUR FCC

Metal a (nm) R (nm)

Aluminium 0,405 0,143

Copper 0,3515 0,128

Gold 0,408 0,144

Lead 0,495 0,175

Nickel 0,352 0,125

Platinum 0,393 0,139

Silver 0,409 0,144

Page 14: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

• Bilangan koordinasi# = 12

• ABAB... Pola penumpukan berulang

• APF = 0.74

• Tampak 3D • Tampak 2D

Adapted from Fig. 3.3(a), Callister 7e.

Struktur Hexagonal Close-Packed (HCP)

6 atom/unit sel

contoh: Cd, Mg, Ti, Zn

• c/a = 1.633 (ideal)

c

a

A sites

B sites

A sitesBottom layer

Middle layer

Top layer

Struktur Kristal Logam

Page 15: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

TABEL KONSTANTA KISI (a) DAN RADIUS ATOM (R) STRUKTUR HCP

Page 16: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Theoretical Density, r

where n = number of atoms/unit cell A = atomic weight VC = Volume of unit cell = a3 for cubic NA = Avogadro’s number = 6.023 x 1023 atoms/mol

Density = =

VC NA

n A =

Cell Unit of VolumeTotalCell Unit in Atomsof Mass

Page 17: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Theoretical Density, r

• Ex: Cr (BCC) A = 52.00 g/mol R = 0.125 nm n = 2

a = 4R/3 = 0.2887 nma

R

= a3

52.002atoms

unit cell molg

unit cell

volume atoms

mol

6.023 x

1023

theoretical

ractual

= 7.18 g/cm3

= 7.19 g/cm3

Page 18: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Posisi Atom dalam Unit Sel

Identifikasi posisi berdasarkan sistem sumbu pada kubus sumbu x+ adalah sumbu yang tegak lurus bidang gambar, sumbu y+ kearah kanan kertas, dan sumbu z+ kearah atas kertas.Titik tengah unit sel adalah

a/2, b/2, c/2 ½ ½ ½

Posisi pada pojok diagonal kisi adalah 111

z

x

ya b

c

000

111

Page 19: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Crystallographic Directions: garis diantara dua titik atau sebuah vektor

1. Vektor dipindahkan sehingga melalui titik origin unit sel.

2. Baca proyeksi vektor untuk tiap-tiap sumbu pada unit sel x, y, dan z dalam satuan a, b, c.

3. Ketiga bilangan dikalikan atau dibagi sehingga menghasilkan bilangan bulat terkecil diantara ketiganya

4. Isikan bilangan tersebut diantara dua kurung siku tanpa koma [uvw]

ex: 1, 0, ½

=> 2, 0, 1=> [ 201

]-1, 1, 1

z

x

Metode penentuan arah kristal

Jika bernilai negatif, tanda negatif ditulis di bagian atas angka

[ 111 ]=>

y

Page 20: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

What is this Direction ?????

Proyeksi dalam a, b, c:Proyeksi:Reduksi:

Diberikan kurung []

x y z

a/2 b 0c

1/2 1 0

1 2 0

[120]

Page 21: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

ex: linear density of Al in [110] direction 

a = 0.405 nm

Linear Density – considers equivalance and is important in Slip

Linear Density of Atoms LD = 

a

[110]

Unit length of direction vector

Number of atoms

# atoms

length

13.5 nma2

2LD -==

# atoms CENTERED on the direction of interest!Length is of the direction of interest within the Unit Cell

Page 22: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Determining Angles Between Crystallographic Direction:

1 1 2 1 2 1 2

2 2 2 2 2 21 1 1 2 2 2

u u v v w wCos

u v w u v w

Where ui’s , vi’s & wi’s are the “Miller Indices” of the directions in question

– also (for information) If a direction has the same Miller Indicies as a plane, it is NORMAL to that plane

Page 23: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

HCP Crystallographic Directions

1. Pindahkan vektor sehingga melewati origin.

2. Baca proyeksinya dalam dimensi unit sel a1, a2, a3, or c

3. Sesuaikan hingga menjadi bilangan bulat terkecil

4. Tambahkan kurung siku, tanpa koma

[uvtw]

[ 1120 ]ex: ½, ½, -1, 0 =>

Adapted from Fig. 3.8(a), Callister 7e.

dashed red lines indicate projections onto a1 and a2 axes a1

a2

a3

-a3

2

a 2

2a1

-a3

a1

a2

z Algorithm

Page 24: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Bidang Kristal

Indeks Miller: Kebalikan dari perpotongan bidang di tiga sumbu. Bidang paralel memiliki indeks Miller yang sama.

Algorithma1.  Baca perpotongan bidang pada ketiga sumbu

dalam a, b, c2. Ubah menjadi kebalikan nilainya3. Kurangi menjadi bilangan bulat terkecil4. Beri kurung, tanpa koma contoh: (hkl) families

{hkl}

Page 25: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Crystallographic Planes -- families

Adapted from Fig. 3.9, Callister 7e.

Page 26: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Crystallographic Planesz

x

ya b

c

4. Miller Indices (110)

example a b cz

x

ya b

c

4. Miller Indices (200)

1. Intercepts 1 1 2. Reciprocals 1/1 1/1 1/

1 1 03. Reduction 1 1 0

1. Intercepts 1/2 2. Reciprocals 1/½ 1/ 1/

2 0 03. Reduction 2 0 0

example a b c

Page 27: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Crystallographic Planes

z

x

ya b

c

4. Miller Indices (634)

example1. Intercepts 1/2 1 3/4

a b c

2. Reciprocals

1/½ 1/1 1/¾2 1 4/3

3. Reduction 6 3 4

(001)(010),

Family of Planes {hkl}

(100),(010),(001),Ex: {100} = (100),

Page 28: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

x y z Intercepts Intercept in terms of lattice parameters Reciprocals Reductions

Enclosure

a -b c/2 -1 1/2

0 -1 2N/A

(012)

Determine the Miller indices for the plane shown in the accompanying sketch (a)

Page 29: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Crystallographic Planes (HCP)

In hexagonal unit cells the same idea is used

example a1 a2 a3 c

4. Miller-Bravais Indices(1011)

1. Intercepts 1 -1 12. Reciprocals 1 1/

1 0 -1-1

11

3. Reduction 1 0 -1 1

a2

a3

a1

z

Adapted from Fig. 3.8(a), Callister 7e.

Page 30: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Planar Density of (100) Iron

Solution:  At T < 912C iron has the BCC structure.

(100)

Radius of iron R = 0.1241 nm

R334

a=

Adapted from Fig. 3.2(c), Callister 7e.

2D repeat unit

= Planar Density = a2

1

atoms2D repeat unit

= nm2

atoms12.1

m2

atoms= 1.2 x 1019

12

R3

34area2D repeat unit

Atoms: wholly contained and centered in/on plane within U.C., area of plane in U.C.

Page 31: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Planar Density of (111) IronSolution (cont):  (111)

plane1/2 atom centered on plane/ unit cell

atoms in plane

atoms above plane

atoms below plane

ah2

3=

a 2

2D rep

eat un

it

3*1/6= =

nm2

atoms7.0m2

atoms0.70 x 1019Planar Density =

atoms2D repeat unit

area2D repeat unit

28

3

R

Area 2D Unit: ½ hb = ½*[(3/2)a][(2)a]=1/2(3)a2=8R2/(3)

Page 32: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Section 3.16 - X-Ray Diffraction

Diffraction gratings must have spacings comparable to the wavelength of diffracted radiation.

Can’t resolve spacings Spacing is the distance between parallel planes

of atoms.  

Page 33: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Figure 3.32 Relationship of the Bragg angle (θ) and the experimentally measured diffraction angle

(2θ).

X-ray intensity (from detector)

qqc

d = n l2 sinqc

Page 34: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

X-Rays to Determine Crystal Structure

2 2 2hkl

ad

h k l

X-ray intensity (from detector)

q

qc

d =n l

2 sinqc

Measurement of critical angle, qc, allows computation of planar spacing, d.

• Incoming X-rays diffract from crystal planes.

Adapted from Fig. 3.19, Callister 7e.

reflections must be in phase for a detectable signal!

spacing between planes

d

incoming

X-rays

outg

oing

X-ra

ys

detector

ql

qextra distance traveled by wave “2”

“1”

“2”

“1”

“2”

For Cubic Crystals:

h, k, l are Miller Indices

Page 35: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Figure 3.34 (a) An x-ray diffractometer. (Courtesy of Scintag, Inc.) (b) A schematic of the experiment.

Page 36: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

X-Ray Diffraction Pattern

Adapted from Fig. 3.20, Callister 5e.

(110)

(200)

(211)

z

x

ya b

c

Diffraction angle

2q

Diffraction pattern for polycrystalline a-iron (BCC)

Inte

nsi

ty (

rela

tive)

z

x

ya b

cz

x

ya b

c

Page 37: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

Diffraction in Cubic Crystals:

Page 38: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

• Atom tersusun menjadi kristal atau non kristalin (amorphous).

• Densitas material dapat dipekirakan jika diketahui berat atom, radius atom, dan geometri kristal (e.g., FCC, BCC, HCP).

SUMMARY

• Struktur kristal logam yang umum FCC, BCC, dan HCP. Bilangan koordinasi dan APF FCC dan HCP sama.

• Titik, arah, dan bidang pada kristal ditunjukkan dengan indeks.

Arah kristal berkaitan dengan linear densities dan bidang kristal berkaitan dengan planar densities.

Page 39: Pertemuan II Struktur Kristal.pptx

LOGO

SUMMARY

• Material tersusun dalam single crystals atau polycrystalline. • Difraksi sinar X digunakan untuk menentukan jenis

bidang struktur kristal.