Kristalografi II : Kisi Bravais 3D dan Massa Jenis Kristal

Zsmart.id. - Setelah mengetahui beberapa informasi dasar mengenai definisi dari kristal pada artikel sebelumnya (Kristalografi I), selanjutnya kita akan mempelajari beberapa karakteristik lain mengenai kristalografi lanjutan  dasar lainnya adalah : kisi Bravais 3D, massa jenis kristal, indeksasi arah dan bidang kristal serta penentuan kerapatan garis (linear density) dan kerapatan bidang (planar density)

A. Kisi Bravais 3D

Secara umum, kisi-kisi Bravais 3D sama saja dengan kisi Bravais 2D dan yang berbeda hanyalah tinjuannya saja. Jika kisi Bravais 2D ditinjau secara bidang, maka kisi Bravais 3D ditinjuau secara ruang atau volum. Sekarang, kita akan mengidentifikasi beberapa kasus sederhana mengenai kisi Bravis 3D ini yakni struktur kristal kubus. 

Pada struktur kristal kubus ini, terdapat tiga buah variasi unit sel yakni Kubus Sederhana (Simple Cubic). Kubus Berpusat Badan (Body-Centered Cubic) dan Kubus Berpusat Muka (Face-Centered Cubic). Lebih lanjut kita akan mempelajari karakteristik dari sistem kristal kubus ini.

a) Kubus Sederhana (Simple Cubic)

Skema ilustrasi sederhana mengenai sistem kubik ini dapat terlihat pada gambar berikut. Terlihat bahwa, untuk unit sel ini, terdapat 1 buah titik kisi/atom/molekul yang menempati unit sel tersebut. Untuk sistem ini, setiap sudut kubus menyumbang 1/8 bagian titik kisi/atom, sehingga total terdapat 1 buah titik kisi/atom di dalam unit sel tersebut. 

Selain itu, terlihat pula bahwa jumlah terdekat pada sistem ini yakni sebanyak 6 buah atom, memiliki volum unit sel sebesar a³ serta nilai fraksi kemampatan atomiknya sebesar 0.524 (baca: Cara Menentukan Fraksi Kemampatan Atomik /APF). Terlihat bahwa dalam satu buah unit sel, struktur kristal ini memenuhi ruang di dalam unit sel sebesar 52.4%.

b) Kubus Berpusat Badan (Body-Centered Cubic)

Skema ilustrasi sederhana mengenai sistem kubik ini dapat terlihat pada gambar berikut. Terlihat bahwa, untuk unit sel ini, terdapat 2 buah titik kisi/atom/molekul yang menempati unit sel tersebut. Untuk sistem ini, setiap sudut kubus menyumbang 1/8 bagian titik kisi/atom dan 1 buah titik kisi/atom yang berada di dalam (pusat) unit sel sehingga total terdapat 2 buah titik kisi/atom di dalam unit sel tersebut. 

Selain itu, terlihat pula bahwa jumlah terdekat pada sistem ini yakni sebanyak 8 buah atom dengan atom acuan berada di pusat unit sel. Dapat dilihat secara geometri bahwa jarak tetangga terdekat yakni memperhatikan diagonal ruang kubus lalu dibagi dua maka diperoleh angka  a√3/2.Lebih lanjut, struktur ini memiliki memiliki volum unit sel sebesar a³ serta nilai fraksi kemampatan atomiknya sebesar 0.680. Terlihat bahwa dalam satu buah unit sel, struktur kristal ini memenuhi ruang di dalam unit sel sebesar 6.80%.

c) Kubus Berpusat Muka (Face-Centered Cubic)

Skema ilustrasi sederhana mengenai sistem kubik ini dapat terlihat pada gambar berikut. Terlihat bahwa, untuk unit sel ini, terdapat 4 buah titik kisi/atom/molekul yang menempati unit sel tersebut. Untuk sistem ini, setiap sudut kubus menyumbang 1/8 bagian titik kisi/atom dan 1/2 buah titik kisi/atom yang berada di setiap sisi unit sel sehingga total terdapat 4 buah titik kisi/atom di dalam unit sel tersebut. 

Selain itu, terlihat pula bahwa jumlah terdekat pada sistem ini yakni sebanyak 12 buah atom, memiliki volum unit sel sebesar a³ serta nilai fraksi kemampatan atomiknya sebesar 0.740. Terlihat bahwa dalam satu buah unit sel, struktur kristal ini memenuhi ruang di dalam unit sel sebesar 7.40%.

B. Massa Jenis Kristal.

Seperti halnya benda-benda yang lain, kristal juga memiliki massa jenis. Nilai massa jenis ini, secara matematis dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan:

di mana ρ merupakan massa jenis kristal (g/cm3), n merupakan banyaknya atom di dalam unit sel (atom/unit sel), A merupakan berat atomik (g/mol), Vc merupakan volum unit sel (cm³) dan N_A merupakan bilangan Avogadro ( 6.022 x 10²³atom/mol). 

Sebagai contoh, tentukan massa jenis tembaga (FCC) yang memiliki jejari atomik 0.128nm dan berat atomik 63.5g/mol! Dengan menggunakan persamaan di atas, maka diperoleh:

Demikianlah informasi singkat mengenai materi pendahuluan fisika zat padat untuk cakupan materi kisi Bravais 3D dan penentuan massa jenis kristal. Semoga bermanfaat!

Share :