Struktur Kristal Logam

Pada ikatan atom pada bahan logam terdapat pembatasan minimal untuk jumlah dan posisi atom terdekat, hal ini menyebabkan jumlah yang relatif besar pada atom terdekat dan kerapatan atom untuk sebagian struktur kristal metalik. Untuk menganalisa logam, dapat menggunakan model bola pejal untuk struktur kristal yang terbentuk, dimana masing-masing mewakili lingkup inti ion.

Tiga struktur kristal yang ditemukan untuk sebagian besar logam biasa iaitu face-centered cubic (FCC), body-centered cubic (BCC) , dan hexagonal-close packed (HCP).

Struktur Kristal Face-Centered Cubic

Gambar 1 : Struktur Kristal Face-Centered Cubic, (a)hard-sphere, (b) reduced-sphere, dan (c) gabungan selsatuan FCC

Pada FCC struktur kristal yang terbentuk memiliki sel satuan pada geometri kubusnya dengan atom terletak di setiap sudut dan pusat dari setiap muka kubus. Beberapa logam yang memiliki struktur kristal ini adalah tembaga , aluminium , perak , dan emas. Pada gambar 1a menunjukkan model hard - sphere untuk sel satuan FCC , sedangkan pada Gambar 1b pusat atom yang diwakili oleh lingkaran kecil untuk memberikan perspektif yang lebih baik dari posisi atom . Sedangkan pada gambar 1c menunjukkan bagian dari kristal yang terdiri dari banyak sel satuan FCC. Sel satuan FCC mempunyai empat (4) buah atom, yang diperoleh dari jumlah delapan kali seperdelapan-atom pada delapan titik sudutnya ditambah enam kali setengah-atom pada enam sisi kubusnya.

Atom-atom atau inti ion bersentuhan satu sama lain sepanjang diagonal sisi. Hubungan panjang sisi kristal FCC, a, dengan jari-jari atomnya, R, ditunjukkan oleh persamaan berikut:

Pada analisis struktur kristal ada dua karakteristik penting yaitu coordination number dan the atomic packing factor (APF). Untuk logam, setiap atom memiliki jumlah yang sama-atom tetangga terdekat atau atom menyentuh, yang merupakan bilangan koordinasi. Tiap atom dalam sel satuan FCC dikelilingi oleh duabelas (12) atom tetangga, hal ini berlaku untuk setiap atom, baik yang terletak pada titk sudut maupun atom dipusat sel satuan (lihat Gambar 1a). Jumah atom tetangga yang mengelilingi setiap atom dalam struktur kristal FCC yang nilainya sama untuk setiap atom disebut dengan bilangan koordinasi (coordination number). Ini dapat dibuktikan pada gambar 1a, atom pada muka depan memiliki empat atom tetangga terdekat di sekitarnya, empat atom yang berada di belakang, dan empat atom yang berada di sel unit berikutnya di depannya, yang tidak ditampilkan. Jadi bilangan koordinasi dari struktur FCC adalah 12. Sedangkan APF adalah jumlah dari volume lingkup semua atom dalam sel satuan ( dengan asumsi atom model hard - sphere ) dibagi dengan sel satuan volume. Untuk struktur FCC , faktor penumpukan atom (APF) adalah 0,74 , yang merupakan jumlah maksimum dari kemungkinan bola (spheres) mempunyai diameter yang sama.

Struktur Kristal Body-Centered Cubic(BCC)

Gambar 2 : Struktur Kristal Face-Centered Cubic, (a) hard-sphere, (b) reduced-sphere, dan (c) gabungan sel satuanBCC

Logam–logam dengan struktur BCC mempunyai sebuah atom pada pusat kubus dan sebuahatom pada setiap titik sudut kubus (seperti terlihat pada gambar 2a). Sel satuan BCCmempunyai dua buah atom, yang diperoleh dari jumlah delapan kali seperdelapan atom padadelapan titik sudutnya ditambah satu atom pada pusat kubus. Atom-atom atau inti ionbersentuhan satu sama lain sepanjang diagonal ruang. Hubungan panjang sisi kristal BCC, a,dengan jari-jari atomnya, R, diberikan sebagai berikut:

Tiap atom dalam sel satuan BCC ini dikelilingi oleh delapan (8) atom tetangga (lihat Gambar2a), sehingga bilangan koordinasi yang dimiliki struktur BCC adalah 8 yang mana lebih kecildaripada struktur FCC. Struktur kristal BCC juga mempunyai APF lebih kecil daripada jenisFCC yaitu sebesar 0,68. Contoh logam BCC adalah kromium, besi, dan tungsten.

Struktur Kristal Hexagonal Close-Packed (HCP)

Gambar 3 : Struktur Kristal Face-Centered Cubic, (a) hard-sphere dan (b) gabungan sel satuan HCP

Tidak semua logam mempunyai struktur kristal yang simetri, sebagian besar mempunyai

struktur heksagonal. Dimana pada struktur ini tersusun dari beberapa bagian, bagian muka atas dan bawah yang terdiri dari 6 atom dan mengelilingi 1 atom pusat serta diantara muka unit sel ini terdapat 3 atom. Sel satuan HCP mempunyai enam buah atom, yang diperoleh dari jumlah dua-belas kali seperenam atom pada dua belas titik sudut lapisan atas dan bawah ditambah dua kali setengah atom pada pusat lapisan atas dan bawah serta tiga atom padalapisan sela/tengah. Jika a dan c merupakan dimensi sel satuan yang panjang dan pendek (lihat Gambar 3), maka rasio c/a umumnya adalah 1.633. Akan tetapi, untuk beberapa logam HCP, nilai rasio ini berubah dari nilai idealnya. Bilangan koordinasi struktur HCP dan factor tumpukannya (APF) sama dengan struktur FCC, yaitu 12 untuk bilangan koordinasi dan 0.74 untuk faktor tumpukan. Contoh dari logam berstruktur HCP adalah cadmium, magnesium,titanium, dan seng.