REVIEW KIMIA DASAR PERTEMUAN KE-14

REVIEW KIMIA DASAR

PERTEMUAN KE-1 4

 

NAMA : LUFITA

NIM : A1C217021

DOSEN PENGAMPU : Dr. YUSNELTI, M.Si

PRODI PENDIDIKAN MATEMATIKA

JURUSAN MATEMATIKA DAN IPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS JAMBI

2017

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Gaya antar molekul adalah gaya aksi di antara molekul-molekul yang menimbulkan tarikan antarmolekul dengan berbagai tingkat kekuatan. Pada suhu tertentu, kekuatan tarikan antarmolekul menentukan wujud zat, yaitu gas, cair, atau padat.

Kekuatan gaya antar molekul lebih lemah dibandingkan ikatan kovalen maupun ikatan ion. Ikatan kimia dan gaya antarmolekul memiliki perbedaan. Ikatan kimia merupakan gaya tarik menarik di antara atom-atom yang berikatan, sedangkan gaya antar molekul merupakan gaya tarik menarik di antara molekul.

Ada tiga jenis gaya antarmolekul, yaitu gaya dipol-dipol, gaya London, dan ikatan hidrogen. Gaya dipol-dipol dan gaya London dapat dianggap sebagai satu jenis gaya, yaitu gaya van der Waals.

Gaya antarmolekul yang dihasilkan mempengaruhi sifat fisis senyawa, diantaranya titik didih dan titik leleh, wujud zat, kekentalan, kelarutan dan berntuk permukaan cairan.

1.2 Tujuan

·         Mengetahui bentuk dan gaya tarik menarik antar molekul

·         Mengetahui pentingnya gaya tarik menarik antara molekul

·         Mengetahui macam-macam gaya tarik menarik antar molekul

·         Membandingkan beberapa sifat umum dari gas, cairan, dan zat padat

·         Mengetahui panas penguapan

·         Mengetahui tekanan uap dari zat padat dan cairan

·         Mengetahui prinsip Le Chatelier

·         Mengetahui titik didih dan titik beku

·         Mengetahui zat padat yang berbentuk kristal

·         Mengetahui kisi dan struktur kristal

·         Mengetahui jenis kristal dan sifatnya

·         Mengetahui diagram pemanasan dan pendinginan ; perubahan keadaan

·         Mengetahui diagram fase

·          

BAB 2

PEMBAHASAN

2.1 BENTUK DAN GAYA TARIK MENARIK ANTAR MOLEKUL

Sifat-sifat fisik dari gas yang dipelajari terdahulu sangat berlainan pada dua bentuk zat lainnya yaitu pada zat cair dan padat. Yang jelas kita tak akan pernah dapat melihat gas kecuali yang berwarna. Kita tak pernah menyadari bahwa udara kita mengandung berbagai macam gas kecuali bila ada angin atau melihat dawn-dawn digerakkan angin atau menemukan bahwa gas akan menyebabkan suatu tekanan. Tetapi sebaliknya dengan jelas dapat kita lihat bahwa danau berisi air atau terlihat adanya gunung es. Uap air di udara. (yang kita kenal dengan kelembaban), air dalam danau dan air yang membeku di gunung es. Semua terbentuk dari zat kimia yang sama. Semua terbentuk dari molekul-molekul air dan mempunyai sifat-sifat kimia yang sama. Yang membuat bentuknya berbeda adalah sifat-sifat fisiknya. Dalam artikel ini akan dipelajari mengapa ada perbedaan antara gas, cairan dan zat padat dan adanya sifat-sifat penting dalam cairan dan zat padat. Juga akan dipelajari terjadinya perubahan dari satu bentuk ke bentuk lainnya serta makna dari semuanya ini.

2.2 PENTINGNYA GAYA TARIK MENARIK ANTARA MOLEKUL

Salah satu yang menarik dari gas adalah sifat-sifatnya yang tak bergantung dari susunan kimianya. Tanpa terlalu banyak pentimpangan, kita dapat menganggap gas-gas sebagai “gas ideal’, asal suhunya tinggi. Kenyataannya ketidak tergantungan sifat-sifat fisik gas dari komposisi kimianya yang menyebabkan adanya hokum-hukum gas yang sangat berguna. Kebalikannya untuk cairan dan zat padat tak ada hokum yang menyeluruh dibandingkan dengan hokum gas. Sifat-sifat fisik zat cair atau zat padat sangat tergantung dari macam partikel dimana zat tersebut terbentuk.

Perbedaan yang mendasar dari ketergantungan sifat-sifat gas pada komposisi kimianya mudah dimengerti bila kita ingat perbedaan utama dari gas dengan zat cair dan zat padat, yaitu jumlah dari partikel-partikelnya, dimana jarak antara partikel-partikelnya akan mempengaruhi keefektifan gaya tarik menarik antar molekul.

Jika kita menggunakan magnet, akan diketahui bagaimana jarak akan mempengaruhi kuatnya daya tarik. Bila dua buah magnet berdekatan, salah satu kutub U akan menarik kutub S dari magnet yang lain secara kuat. Tapi bila magnet tersebut sedikit dijauhkan, maka gaya tarik menariknya tak kelihatan sama sekali. Kekuatan daya tarik akan berkurang secara cepat bila jarak antara kedua magnet bertambah jauh. Hal yang sama akan terjadi pada kekuatan gaya tarikmenarik antar molekul.

Pada gas, letak partikel-partikelnya berjauhan, gaya tarik sama lemahnya karena jarak antara partikel-partikelnya besar. Sebab itu, bila beberapa gas dibandingkan, kemampuan daya tarik antara molekul gas-gas tersebut sangatlah kecil sehingga dapat diabaikan keuali dibuat pengukuran yang sangat teliti. Akibatnya semua gas akan memiliki sifat-sifat yang sama. Bila gas dikondensasi menjadi cairan atau zat padat, maka partikel-partikelnya akan menjadi berdekatan sehingga hampir tak ada jarak antara molekul. Karena partikel menjadi dekat, gaya tarikmenarik antara molekulnya menjadi besar akibatnya sifat-sifat dari cairan atau zat padat sangat dipengaruhi oleh gaya tarik menarik. Kemudian, karena jarak antara molekulnya kecil, gaya tarik pada keadaan terkondensasi ini menjadi kuat, maka perbedaan yang dapat diabaikan pada fasa gas harus diperhitungkan. Sebab itu, bagaimana komposisi kimia berpengaruh pada gaya tarik menarik antara molekul akan menjadi factor yang menonjol dalam menentukan perbedaan sifat fisik dari zat cair dan zat padat. Maka untuk memehami zat cair dan zat padat perlu diketahui gaya tarik menarik antara molekul serta faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatannya. 

2.3 MACAM-MACAM GAYA TARIK MENARIK ANTAR MOLEKUL

Ada tiga macam gaya antar molekul, yaitu :

1.      Gaya London

Gaya London merupakan gaya antar dipol sesaat pada molekul non polar. Gaya London dapat terjadi pada gas mulia yang mempunyai keelektronegatifan nol. Seperti yang diketahui, molekul non polar seharusnya tidak mempunyai kutub/polar (sesuai dengan namanya). Namun, karena adanya pergerakan elektron mengelilingi atom/molekul, maka ada saat-saat tertentu dimana elektron akan "berkumpul" (terkonsentrasi) di salah satu ujung/tepi molekul, sedang di tepi yang lain elektronnya "kosong". Hal ini membuat molekul tersebut "tiba-tiba" memiliki dipol, yang disebut dipol sesaat. Munculnya dipol ini akan menginduksi dipol tetangga disebelahnya. Ikatan dipol sangat lemah, tetapi iaktannya akan bertambah kuat dengan bertambahnya elektron, sehingga titik didih makin tinggi. Contohnya pada Neon, dimana gas neon bisa dicairkan.

Kekuatan gaya London bergantung pada beberapa faktor, antara lain :

a.       Kerumitan Molekul

Lebih banyak terdapat interaksipada molekul kompleks dari molekul sederhana, sehingga Gaya London lebih besar dibandingkan molekul sederhana.

Makin besar Mr makin kuat Gaya London.

b.      Ukuran Molekul

Molekul yang lebih besar mempunyai tarikan lebih besar dari pada molekul berukuran kecil. Sehingga mudah terjadi kutub listrik sesaat yang menimbulkan Gaya London besar.

Dalam satu golongan dari atas ke bawah, ukurannya bertambah besar, sehingga gaya londonnya juga semakin besar.

2.      Gaya Van der Waals (gaya tarik antara dipol-dipol)

Gaya Van der Waals merupakan gaya tarik antar dipol pada molekul polar (molekul yang mempunyai perbedaan keelektronegatifan yang sangat kecil). Gaya ini sangat lemah, maka zat yang mempunyai ikatan Van der Waals akan mempunyai titik didih yang sangat rendah dan bersifat permanen sehingga lebih kuat dari gaya London. Molekul polar memiliki ujung-ujung yang muatannya berlawanan. Ketika dikumpulkan, maka molekul polar akan mengatur dirinya (membentuk formasi) sedemikian hingga ujung yang bermuatan positif akan berdekatan dengan ujung yang bermuatan negatif dari molekul lain. Tapi tentu saja formasinya tidak statis/tetap. Kenapa? Karena sebenarnya molekul selalu bergerak dan bertumbukan/tabrakan.

Catatan:
Molekul/atom/zat akan diam tak bergerak jika energi kinetiknya = 0 (nol). Keadaan ini disebut keadaan diam mutlak, dicapai jika benda berada pada suhu 00K (-2730C)

 

Gaya Van der Waals diperlihatkan dengan garis merah (putus-putus). Kekuatan gaya tarik antara dipol ini biasanya lebih lemah dari kekuatan ikatan ionik atau kovalen (kekuatannya hanya 1% dari ikatan). Kekuatannya juga akan berkurang dengan cepat bila jarak antar dipol makin besar. Jadi gaya Van der Waaals suatu molekul akan lebih kuat pada fase padat dibanding cair dan gas.

Gaya van der Waals Gaya Van der Waals terdapat pada senyawa Hidrokarbon contohnya pada CH4. Senyawa-senyawa yang mempunyai ikatan Van der Waals akan mempunyai titik didih yang sangat rendah, tetapi dengan bertambahnya Mr ikatan akan makin kuat sehingga titik didih lebih tinggi.

3.      Ikatan Hidrogen

Ikatan Hidrogen adalah ikatan yang terjadi antara atom Hidrogen (H) dengan atom yang keelektronegatifannya tinggi seperti nitrogen (N), oksigen (O), fluor (F) baik antar molekul/inter molekul. Kutub positif pada kedudukan H berikatan dengan kutub negatif pada kedudukan atom yang keelektronegatifannya besar seperti N, O, F. Gaya tarik dipol yang kuat terjadi antara molekul-molekul tersebut. Gaya tarik antar molekul yang terjadi memiliki kekuatan 5 sampai 10% dari ikatan kovalen.

Gambaran ikatan hidrogen dapat dilihat pada gambar berikut:

Ikatan hidrogen diperlihatkan pada garis merah (putus-putus). Meskipun tidak terlalu kuat, ikatan hidrogen tersebar diseluruh molekul. Inilah sebabnya air (H2O) memiliki titik didih yang relatif lebih tinggi bila dibandingkan dengan senyawa lain dengan berat molekul (Mr) yang hampir sama. Sebut misalnya CO2 (Mr=48) dalam suhu kamar sudah berwujud gas, sedangkan air (H2O) dengan berat molekul lebih kecil (Mr=18) pada suhu kamar (20 0C) masih berada pada fase cair. Ikatan hydrogen jauh lebih kuat dari pada gaya Van der Waals, sehingga zat yang mempunyai ikatan Hidrogen mempunyai titik cair dan titik didih yang relatif tinggi.

Karena kekuatan ikatan Hidrogen lebih besar dibanding gaya Van der Waals, maka ikatan hidrogen akan lebih dominan mempengaruhi sifat fisik air. Apabila sebuah molekul memiliki lebih dari satu jenis gaya antar molekul, maka penentuan jenis gaya yang terjadi dalam molekul tersebut dipilih berdasarkan gaya yang dominan/lebih kuat.

2.4 MEMBANDINGKAN BEBERAPA SIFAT UMUM DARI GAS, CAIRAN DAN ZAT PADAT

Zat didefinisikan sebagai segala sesuatu yang mempunyai massa dan menempati ruang. Maksud dari menempati ruang adalah memiliki volume Zat secara umum dibagi menjadi tiga antara lain zat padat, zat gas dan zat cair.

·         Zat Padat

Padat adalah keadaan benda di mana volume dan bentuk tetap. Dalam benda padat, atom/molekul berdekatan, atau "keras", tetapi, tidak mencegah benda padat berubah bentuk atau terkompresi. Dalam fase padat, atom memiliki order ruang karena semua benda memilikienergi kinetik, atom dalam benda padat yang paling keras bergeraksedikit, tetapi gerakan ini tak terlihat.

·         Zat Cair

Zat Cair adalah zat di mana volumenya mengikuti bentuk wadah. Zat cair merupakan salah satu jenis fluida. Fluida merupakan zat yang mengalir.

·         Zat Gas

Gas adalah suatu fase benda. Seperti cairan, gas mempunyai kemampuan untuk mengalir dan dapat berubah bentuk. Namun berbeda dari cairan, gas yang tak tertahan tidak mengisi suatu volume yang telah ditentukan, sebaliknya gas mengembang dan mengisi ruang apapun di mana mereka berada. Tenaga gerak/energi kinetis dalam suatu gas adalah bentuk zat terhebat kedua (setelah plasma). Karena penambahan energi kinetis ini, atom-atom gas dan molekulsering memantul antara satu sama lain, apalagi jika energi kinetis ini semakin bertambah.

Sifat Zat Padat, Cair dan Gas

a.       Sifat Zat Padat

Sifat-sifat zat padat adalah sebagai berikut :

·         Jarak antar partikelnya sangat rapat

·         Gaya tarik antar partikelnya sangat kuat

·         Bentuknya tetap

·         Volumenya tetap

Karena gaya tarik antar partikel pada zat padat sangat kuat maka bentuk zat padat cenderung tetap bila tidak ada gaya atau reaksinya yang mempengaruhinya. Contoh zat padat adalah batu, kayu, besi dan lain-lain.

b.      Sifat Zat Cair

Sifat-sifat zat cair adalah sebagai berikut :

·         Jarak antar partikelnya agak renggang

·         Gaya tarik antar partikelnya agak kuat

·         Volumenya tetap

·         Bentuknya berubah

Gaya tarik antar partikel zat cair agak kuat artinya lebih lemah dibanding dengan gaya tarik pada partikel zat padat. Agak lemahnya gaya tarik ini mengakibatkan bentuk zat cair dapat berubah-ubah sesuai dengan tempatnya (wadahnya).

c.       Sifat Zat Gas

Sifat-sifat zat gas adalah sebagai berikut :

·         Jarak antar partikelnya sangat renggang

·         Gaya tarik antar partikelnya sangat lemah

·         Volumenya berubah

·         Bentuknya berubah

Lemahnya gaya tarik menarik antar partikel pada zat gas menyababkan bentuk dan volume zat gas selalu berubah sesuai dengan ruang yang ditempatinya. Yang menjadi ciri khas suatu zat sehinggaa dapat membedakan dari satu zat dengan zat lain adalah massa jenis.

2.5 PANAS PENGUAPAN

Panas atau kalor penguapan, atau lengkapnya perubahan entalpi penguapan standar, ΔvHo, adalah energi yang dibutuhkan untuk mengubah suatu kuantitas zat menjadi gas. Energi ini diukur pada titik didih zat dan walaupun nilainya biasanya dikoreksi ke 298 K, koreksi ini kecil dan sering lebih kecil daripada deviasi standar nilai terukur. Nilainya biasanya dinyatakan dalam kJ/mol, walaupun bisa juga dalam kJ/kg, kkal/mol, kal/g dan Btu/lb.

Panas penguapan dapat dipandang sebagai energi yang dibutuhkan untuk mengatasi interaksi antarmolekul di dalam cairan(atau padatan pada sublimasi). Karenanya, helium memiliki nilai yang sangat rendah, 0,0845 kJ/mol, karena lemahnya gaya van der Waals antar atomnya. Di sisi lain, molekul air cair diikat oleh ikatan hidrogen yang relatif kuat, sehingga panas penguapannya, 40,8 kJ/mol, lebih dari lima kali energi yang dibutuhkan untuk memanaskan air dari 0 °C hingga 100 °C (cp = 75,3 J/K/mol).

Harus diperhatikan, jika menggunakan panas penguapan untuk mengukur kekuatan gaya antarmolekul, bahwa gaya-gaya tersebut mungkin tetap ada dalam fase gas (seperti pada kasus air), sehingga nilai perhitungan kekuatan ikatan akan menjadi terlalu rendah. Hal ini terutama ditemukan pada logam, yang sering membentuk molekul ikatan kovalen dalam fase gas. Dalam kasus ini, perubahan entalpi standar atomisasi harus digunakan untuk menemukan nilai energi ikatan yang sebenarnya.

Bila 1 mol air pada 100 C menguap, 40660 J, atau 40,66 kJ kalor harus di tambahkan kepada air ini agar berubah menjadi 1 mol kukus. Tepat sama seperti kasus pembekuan ( pelelehan), temperature tidak naik selama penguapan. Energy panas sebanyak 4066 jJ digunakan untuk melewan gaya- gaya tarik sehingga molekul- molekul air dapat melepaskan diri satu dari yang lain sebagai molekul gas (kukus). Banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 1mol zat cair menjadi gas pada temperature yang sama disebut kalor penguapan molar. Kalor  penguapa biasanya ditetapkan pada titik didih normal suatu zat, kecuali bila dinyatakan lain. Banyaknya energy panas yang dibebaskan bila satu mol suatu zat mengembun, yang aisebut kalor pengembunan molar, sama dengan kalor yang diperlukan bila 1mol zat (cair) menguap. Misalnya, dibebaskan 40,66 kJ ke sekitarnya, bila 1 mol kukus mengembun pada 100C. Contoh: Hitunglah banyaknya kalor yang diperlikan untuk mengubah 0,0 g brom padat pada -7C menjadi uap pada 59,0 C.   Jawaban.  Dalam 10,0 g Brom , Br2 , terdapat 10,0 g  X 1mol/ 159,8 g = 0,0626 mol Untuk melelehkan brom: ( 10,54 kJ/mol) ( 0.06262mol) = 0,660 Untuk memanaskan brom darin7,0 kepadakalor total 59,0C : [(0,0757 kJ/ mol.C) ( 0,0626C) = 0,313 kJ Untuk menguapkan brom : (30,0 kJ/ mol) (0,0626 mol) = 1,88 kJ Kalor total yang diperlukan 0,660 kJ + 0,313 kJ + 1,88 kJ = 2,85 kJ

2.6 TEKANAN UAP DARI ZAT PADAT DAN CAIRAN

Tekanan uap adalah tekanan suatu uap pada kesetimbangan dengan fase bukan uap-nya. Semua zat padat dan cairmemiliki kecenderungan untuk menguap menjadi suatu bentuk gas, dan semua gas memiliki suatu kecenderungan untuk mengembun kembali. Pada suatu suatu suhu tertentu, suatu zat tertentu memiliki suatu tekanan parsial yang merupakan titik kesetimbangan dinamis gas zat tersebut dengan bentuk cair atau padatnya. Titik ini adalah tekanan uap zat tersebut pada suhu tersebut.

2.7 PRINSIP LE CHATELIER

            Asas Le Chatelier adalah asas yang digunakan untuk memprediksi pengaruh perubahan kondisi pada kesetimbangan kimia. asas atau prinsip ini dinamai sesuai dengan penemunya yaitu Henry-Louis Le Chatelier. Bunyi prinsip Le Chatelier adalah :

Ketika suatu sistem kesetimbangan dialkukan perubahan karena konsentrasi, suhu, volume, atau tekanan, maka sistem akan menyesuaikan diri sedemikian rupa meniadakan pengaruh perubahan dan akan menghasilkan kesetimbangan baru.

Atau dapat dikatan bahwa ketika ada aksi yang mengganggu sistem, maka sistem akan bereaksi supaya pengaruh aksi menjadi kecil sekecil kecilnya.

Dalam ilmu kimia, prinsip Le Chatelier digunakan untuk memanipulasi hasil dari reaksi bolak-balik bahkan bisa juga untuk memperbanyak produk reaksi. Asas Le Chatelier hanya berlaku pada kesetimbangan dinamis. Pada farmakologi, ikatan ligan untuk penerima bisa saja menggeser kesetimbangan berdasarkan asas Le Chatelier sehingga dapat menjelaskan bermacam-macam fenomena aktivasi dan desentisisasi reseptor.

Suatu aksi yang dapat mengubah suhu, tekanan atau konsentrasi reaktan pada sistem kesetimbangan akan menstimulasi respon yang secara perlahan mengimbangi perubahan ketika dihasilkan kesetimbangan baru. Pada tahun 1884 , kimiawan Perancis bernama Henry-Louis Le Chatelier mengusulkan konsep pusat dari kesetimbangan kimia yang mana menjelaskan apa yang terjadi pada sistem jika sesuatu komponen diambil dari kesetimbangan. Berikut adalah tiga cara untuk mengubah kondisi reaksi pada saat terjai kesetimbangan.

·         Perubahan konsentrasi salah satu komponen reaksi

·         Perubahan tekanan sistem

·         Perubahan suhu ketika reaksi berlangsung

2.8 TITIK DIDIH DAN TITIK BEKU

Secara sederhana pengertian titk didh adalah suhu yang dicapai suatu zat cair ketika mendidih yang ditandai dengan timbulnya gelembung-gelembung uap yang dapat kita lihat secara langsung. Gelembung uap ini timbul karena tekanan didalam air sana atau lebih besar daripada tekanan udara di luar. Seperti air dikatakan mendidih jika sudah timbul gelembung-gelembung pada seluruh bagian air. Gelembung-gelembung ini merupakan gelembung uap dimana jika air kita biarkan mendidih terus menerus maka akhirnya air akan habis menguap dan panci kita menjadi gosong.

Titik didih suatu cairan tidak bersifat tetap namun tergantung pada tekana udara sekitar. Dipermukaan bumi normalnya tekanan udara adalah 1 atm dimana titik didih air adalah 100 derajat C. Semakin kecil tekanan udara maka titik didih zat cair akan semakin rendah.

Sedangkan pengertian titik beku adalah suhu yang dicapai zat cair ketika menjadi padat atau disebut membeku. Zat cair dapat menjadi beku ketika suhunya diturunkan terus-menerus, seperti air yang kita masukkan ke dalam kulkas dan setelah beberapa waktu menjadi beku, dan pada saat itulah air mencapai titk bekunya dan suhunya akan stabil pada titik beku tersebut.

Umumnya titik beku air adalah 0 derajat C. Namun ada situasi dimana pada suhu itu air masih dalam bentuk cairan dan belum membeku yang disebut supercooled water. Ini gerjadi ketika kondisi air sangat murni tanpa campuran partikel lain sehingga jarang kita temui karena kebanyakan air yang kita konsumsi telah bercampur dengan partikel-pertikel lain.

2.9 ZAT PADAT YANG BERBETUK KRISTAL

Kristal atau hablur adalah suatu padatan yang atom, molekul, atau ionpenyusunnya terkemas secara teratur dan polanya berulang melebar secara tiga dimensi. 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, tetapi, secara umum, kebanyakan kristal terbentuk secara simultan sehingga menghasilkan padatan polikristalin.

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.

Meski proses pendinginan sering menghasilkan bahan kristalin, dalam keadaan tertentu cairannya bisa membeku dalam bentuk non-kristalin. Dalam banyak kasus, ini terjadi karena pendinginan yang terlalu cepat sehingga atom-atomnya tidak dapat mencapai lokasi kisinya. Suatu bahan non-kristalin biasa disebut bahan amorf atau seperti gelas. Walaupun terkadang bahan seperti ini juga disebut sebagai padatan amorf, meskipun ada perbedaan jelas antara padatan dan gelas. Proses pembentukan gelas tidak melepaskan kalor lebur jenis (Bahasa Inggris: latent heat of fusion). Karena alasan ini banyak ilmuwan yang menganggap bahan gelas sebagai cairan, bukan padatan. Topik ini kontroversial, silakan lihat gelas untuk pembahasan lebih lanjut.

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 iondapat 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. Contohnya, jenis ikatan inilah yang menyatukan lapisan-lapisan berpola heksagonal pada grafit.

Kebanyakan material kristalin memiliki berbagai jenis cacat kristalografis. Jenis dan struktur cacat-cacat tersebut dapat berefek besar pada sifat-sifat material tersebut.

Meskipun istilah "kristal" memiliki makna yang sudah ditentukan dalam ilmu material dan fisika padat, dalam kehidupan sehari-hari "kristal" merujuk pada benda padat yang menunjukkan bentuk geometri tertentu, dan kerap kali sedap di mata. Berbagai bentuk kristal tersebut dapat ditemukan di alam. Bentuk-bentuk kristal ini bergantung pada jenis ikatan molekuler antara atom-atom untuk menentukan strukturnya, dan juga keadaan terciptanya kristal tersebut. Bunga salju, intan, dan garam dapur adalah contoh-contoh kristal.

Beberapa material kristalin mungkin menunjukkan sifat-sifat elektrik 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.

2.10 KISI DAN STRUKTUR KRISTAL

Struktur kristal adalah suatu susunan khas atom-atom dalam suatu kristal. Suatu struktur kristal dibangun oleh sel unit, sekumpulan atom yang tersusun secara khusus, yang secara periodik berulang dalam tiga dimensi dalam suatu kisi. Spasi antar sel unit dalam segala arah disebut parameter kisi. Sifat simetri kristalnya terwadahi dalam gugus spasinya. Struktur dan simetri suatu emmainkan peran penting dalam menentukan sifat-sifatnya, seperti sifat pembelahan, struktur pita listrik, dan optiknya.

Dasar-Dasar Struktur Kristal

·         Kisi dan basis kristal

Kisi adalah sebuah susunan titi-titik yang teratur dan periodik di dalam ruang. Sebuah kristal ideal disusun oleh satuan-satuan kristal yang identik secara berulang-ulang yang tak hingga dalam ruang.

Basis didefinisikan sebagai sekumpulan atom, dengan jumlah atom dalam sebuah basis dapat berisi satu atom atau lebih.

·         Struktur Kristal

Bahan yang tersusun oleh deretan atom-atom yang teratur letaknya dan berulang (periodik) yang tidak berhingga dalam ruang disebut bahan kristal. Kumpulan yang berupa atom atau molekul dan sel ini terpisah sejauh 1 Å atau 2 Å

Sebaliknya, zat padat yang tidak memiliki keteraturan demikian disebut bahan amorf atau bukan-kristal

Struktur kristal akan terjadi bila ditempatkan suatu basis pada setiap titik kisi sehingga struktur kristal merupakan gabungan antara kisi dan basis. Apabila dinyatakan dalam hubungan dua dimensi adalah sebagai berikut.

Sistem Kisi Kristal dan Kisi Bravais

TIPE KISI 3 DIMENSI
Untuk tipe kisi 3 dimensi terdapat 7 sistem kisi kristal, yaitu sebagai berikut:
1. Triklinik
2. Monoklin
3. Orthorombik
4. Tetragonal
5. Kubus
6. Trigonal
7. Heksagonal

2.11 JENIS KRISTAL DAN SIFATNYA

v  Kristal logam

Kisi kristal logam terdiri atas atom logam yang terikat dengan ikatan logam. Elektron valensi dalam atom logam mudah dikeluarkan (karena energi ionisasinya yang kecil) menghasilkan kation. Bila dua atom logam saling mendekat, orbital atom terluarnya akan tumpang tindih membentuk orbital molekul. Bila atom ketiga mendekati kedua atom tersebut, interaksi antar orbitalnya terjadi dan orbital molekul baru terbentuk. Jadi, sejumlah besar orbital molekul akan terbentuk oleh sejumlah besar atom logam, dan orbital molekul yang dihasilkan akan tersebar di tiga dimensi. Hal ini sudah dilakukan di Bab 3.4 (Gambar 3.8).
Karena orbital atom bertumpangtindih berulang-ulang, elektron-elektron di kulit terluar setiap atom akan dipengaruhi oleh banyak atom lain. Elektron semacam ini tidak harus dimiliki oleh atom tertentu, tetapi akan bergerak bebas dalam kisi yang dibentuk oleh atom-atom ini. Jadi, elektron-elektron ini disebut dengan elektron bebas.
Sifat-sifat logam yang bemanfaat seperti kedapat-tempa-annya, hantaran listrik dan panas serta kilap logam dapat dihubungkan dengan sifat ikatan logam. Misalnya, logam dapat mempertahankan strukturnya bahkan bila ada deformasi. Hal ini karena ada interaksi yang kuat di berbagai arah antara atom (ion) dan elektron bebas di sekitarnya. 

Logam akan terdeformasi bila gaya yang kuat diberikan, tetapi logam tidak akan putus. Sifat ini karena interaksi yang kuat antara ion logam dan elektron bebas.

Tingginya hantaran panas logam dapat juga dijelaskan dengan elektron bebas ini. Bila salah satu ujung logam dipanaskan, energi kinetik elektron sekitar ujung itu akan meningkat. Peningkatan energi kinetik dengan cepat ditransfer ke elektron bebas. Hantaran listrik dijelaskan dengan cara yang sama. Bila beda tegangan diberikan pada kedua ujung logam, elektron akan mengalir ke arah muatan yang positif.
Kilap logam diakibatkan oleh sejumlah besar orbital molekul kristal logam. Karena sedemikian banyak orbital molekul, celah energi antara tingkat-tingkat energi itu sangat kecil. Bila permukaan logam disinari, elektron akan mengabsorbsi energi sinar tersebut dan tereksitasi. Akibatnya, rentang panjang gelombang cahaya yang diserap sangat lebar. Bila elektron yang tereksitasi melepaskan energi yang diterimanya dan kembali ke keadaan dasar, cahaya dengan rentang panjang gelombang yang lebar akan dipancarkan, yang akan kita amati sebagai kilap logam.

v  Kristal ionik

Kristal ionik semacam natrium khlorida (NaCl) dibentuk oleh gaya tarik antara ion bermuatan positif dan negatif. Kristal ionik biasanya memiliki titik leleh tinggo dan hantaran listrik yang rendah. Namun, dalam larutan atau dalam lelehannya, kristal ionik terdisosiasi menjadi ion-ion yang memiliki hantaran listrik.
Biasanya diasumsikan bahwa terbentuk ikatan antara kation dan anion. Dalam kristal ion natrium khlorida, ion natrium dan khlorida diikat oleh ikatan ion. Berlawanan dengan ikatan kovalen, ikatan ion tidak memiliki arah khusus, dan akibatnya, ion natrium akan berinteraksi dengan semua ion khlorida dalam kristal, walaupun intensitas interaksi beragam. Demikian juga, ion khlorida akan berinteraksi dengan semua ion natrium dalam kristal.
Susunan ion dalam kristal ion yang paling stabil adalah susunan dengan jumlah kontak antara partikel bermuatan berlawanan terbesar, atau dengan kata lain, bilangan koordinasinya terbesar. Namun, ukuran kation berbeda dengan ukuran anion, dan akibatnya, ada kecenderungan anion yang lebih besar akan tersusun terjejal, dan kation yang lebih kecil akan berada di celah antar anion. 

Dalam kasus natrium khlorida, anion khlorida (jari-jari 0,181 nm) akan membentuk susunan kisi berpusat muka dengan jarak antar atom yang agak panjang sehingga kation natrium yang lebih kecil (0,098 nm) dapat dengan mudah diakomodasi dalam ruangannya. Setiap ion natrium dikelilingi oleh enam ion khlorida (bilangan koordinasi = 6). Demikian juga, setiap ion khlorida dikelilingi oleh enam ion natrium (bilangan koordinasi = 6). Jadi, dicapai koordinasi 6:6.
Masing-masing ion dikelilingi oleh enam ion yang muatannya berlawanan.
Struktur ini bukan struktur terjejal.

Dalam cesium khlorida, ion cesium yang lebih besar (0,168nm) dari ion natrium dikelilingi oleh 8 ion khlorida membentuk koordinasi 8:8. Ion cesium maupun khlorida seolah secara independen membentuk kisi kubus sederhana, dan satu ion cesium terletak di pusat kubus yang dibentuk oleh 8 ion khlorida.

Setiap ion dikelilingi oleh delapan ion dengan muatan yang berlawanan.
Struktur ini juga bukan struktur terjejal.

Jelas bahwa struktur kristal garam bergantung pada rasio ukuran kation dan anion. Bila rasio (jarijari kation)/(jari-jari anion) (rC/rA) lebih kecil dari nilai rasio di natrium khlorida, bilangan koordinasinya akan lebih kecil dari enam. Dalam zink sulfida, ion zink dikelilingi hanya oleh empat ion sulfida. Masalah ini dirangkumkan di tabel 8.3. 

Tabel  Rasio jari-jari kation rC dan anion rA dan bilangan koordinasi.

Rasio jari-jari rC/rA	Bilangan koordinasi	contoh
0,225-0,414	4	ZnS
0,414-0,732	6	Sebagian besar halida logam alkali
>0,732	8	CsCl, CsBr, CsI

Latihan 8.4 Penyusunan dalam kristal ion
Dengan menggunakan jari-jari ion (nm) di bawah ini, ramalkan struktur litium fluorida LiF dan rubidium bromida RbBr. Li+ = 0,074, Rb+ = 0,149, F- = 0,131, Br- = 0<196>
Jawab
Untuk LiF, rC/rA = 0,074/0,131 = 0,565. Nilai ini berkaitan dengan nilai rasio untuk kristal berkoordinasi enam, sehingga LiF akan bertipe NaCl. Untuk RbBr, rC/rA = 0,149/0,196 = 0,760, yang termasuk daerah berkoordinasi 8, sehingga RbBr diharapkan bertipe CsCl.

v  Kristal molekular

Kristal dengan molekul terikat oleh gaya antarmolekul semacam gaya van der Waals disebut dengan kristal molekul. Kristal yang didiskusikan selama ini tersusun atas suatu jenis ikatan kimia antara atom atau ion. Namun, kristal dapat terbentuk, tanpa bantuan ikatan, tetapi dengan interaksi lemah antar molekulnya. Bahkan gas mulia mengkristal pada temperatur sangat rendah. Argon mengkristal dengan gaya van der Waaks, dan titik lelehnya -189,2°C. Padatan argon berstruktur kubus terjejal.
Molekul diatomik semacam iodin tidak dapat dianggap berbentuk bola. Walaupun tersusun teratur di kristal, arah molekulnya bergantian. Namun, karena strukturnya yang sederhana, permukaan kristalnya teratur. Ini alasannya mengapa kristal iodin memiliki kilap.
Strukturnya berupa kisi ortorombik berpusat muka.
Molekul di pusat setiap muka ditandai dengan warna lebih gelap.

Pola penyusunan kristal senyawa organik dengan struktur yang lebih rumit telah diselidiki dengan analisis kristalografi sinar-X. Bentuk setiap molekulnya dalam banyak kasus mirip atau secara esensi identik dengan bentuknya dalam fasa gas atau dalam larutan.

v  Kristal kovalen

Banyak kristal memiliki struktur mirip molekul-raksasa atau mirip polimer. Dalam kristal seperti ini semua atom penyusunnya (tidak harus satu jenis) secara berulang saling terikat dengan ikatan kovelen sedemikian sehingga gugusan yang dihasilkan nampak dengan mata telanjang. Intan adalah contoh khas jenis kristal seperti ini, dan kekerasannya berasal dari jaringan kuat yang terbentuk oleh ikatan kovalen orbital atom karbon hibrida sp3. Intan stabil sampai 3500°C, dan pada temperatur ini atau di atasnya intan akan menyublim.
Kristal semacam silikon karbida (SiC)n atau boron nitrida (BN)n memiliki struktur yang mirip dengan intan. Contoh yang sangat terkenal juga adalah silikon dioksida (kuarsa; SiO2). Silikon adalah tetravalen, seperti karbon, dan mengikat empat atom oksigen membentuk tetrahedron. Setiap atom oksigen terikat pada atom silikon lain. Titik leleh kuarsa adalah 1700 °C.
Sudut ∠C-C-C adalah sudut tetrahedral, dan setiap
atom karbon dikelilingi oleh empat atom karbon lain.
Bila atom oksigen diabaikan, atom silikon akan membentuk struktur mirip intan. Atom oksigen berada di antara atom-atom silikon.

v  Kristal cair

Kristal memiliki titik leleh yang tetap, dengan kata laun, kristal akan mempertahankan temperatur dari awal hingga akhir proses pelelehan. Sebaliknya, titik leleh zat amorf berada di nilai temperatur yang lebar, dan temperatur selama proses pelelehan akan bervariasi.
Terdapat beberapa padatan yang berubah menjadi fasa cairan buram pada temperatur tetap tertentu yang disebut temperatur transisi sebelum zat tersebut akhirnya meleleh. Fasa cair ini memiliki sifat khas cairan seperti fluiditas dan tegangan permukaan. Namun, dalam fasa cair, molekul-molekul pada derajat tertentu mempertahankan susunan teratur dan sifat optik cairan ini agak dekat dengan sifat optik kristal. Material seperti ini disebut dengan kristal cair. Molekul yang dapat menjadi kristal cair memiliki fitur struktur umum, yakni molekul-molekul ini memiliki satuan struktural planar semacam cincin benzen

Dalam kristal-kristal cair ini, dua cincin benzen membentuk rangka planar.

Terdapat tiga jenis kristal cair: smektik, nematik, dan kholesterik. Hubungan struktural antara kristal padat-smektik, nematik dan kholesterik. Kristal cair digunakan secara luas untuk tujuan praktis semacam layar TV atau jam tangan. 

Keteraturan adalm kristal adalah tiga dimensi. Dalam kristal cair smektik dapat dikatakan keteraturannya di dua dimensi, dan di nematik satu dimensi. T adalah temperatur transisi.

2.12 DIAGRAM PEMANASAN DAN PENDINGINAN : PERUBAHAN KEADAAN

Sifat mekanik tidak hanya tergantung pada komposisi kimia suatu paduan, tetapi juga tergantung pada strukturmikronya. Suatu paduan dengan komposisi kimia yang sama dapat memiliki strukturmikro yang berbeda, dan sifat mekaniknya akan berbeda. Strukturmikro tergantung pada proses pengerjaan yang dialami, terutama proses laku-panas yang diterima selama proses pengerjaan.
Proses laku-panas adalah kombinasi dari operasi pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat, sebagai suatu upaya untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Proses laku-panas pada dasarnya terdiri dari beberapa tahapan, dimulai dengan pemanasan sampai ke temperatur tertentu, lalu diikuti dengan penahanan selama beberapa saat, baru kemudian dilakukan pendinginan dengan kecepatan tertentu.

Secara umum perlakukan panas (Heat treatment) diklasifikasikan dalam 2 jenis :

A.    Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan)

Tujuan dari perlakuan panas Near Equilibrium adalah untuk :

a. Melunakkan struktur kristal

b. Menghaluskan butir

c. Menghilangkan tegangan dalam

d. Memperbaiki machineability.

Jenis dari perlakukan panas Near Equibrium, misalnya :

· Full Annealing (annealing)

· Stress relief Annealing

· Process annealing

· Spheroidizing

· Normalizing

· Homogenizing.

B.     Non Equilirium (Tidak setimbang)

Tujuan panas Non Equilibrium adalah untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi.

Jenis dari perlakukan panas Non Equibrium, misalnya :

· Hardening

· Martempering

· Austempering

· Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening)

Pada proses pembuatannya, komposisi kimia yang dibutuhkan diperoleh ketika baja dalam bentuk fasa cair pada suhu yang tinggi.

Pada saat proses pendinginan dari suhu lelehnya, baja mulai berubah menjadi fasa padat pada suhu 13500, pada fasa ini lah berlangsung perubahan struktur mikro. Perubahan struktur mikro dapat juga dilakukan dengan jalan heat treatment.

Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan, maka akan dapat dicapai tiap jenis struktur mikro yang seimbang sesuai dengan komposisi kimia dan suhu baja. Perubahan struktur mikropada berbagai suhu dan kadar karbon dapat dilihat pada Diagram Fase Keseimbangan.

Keterangan gambar :

Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada proses    pendinginan perubahan – perubahan pada struktur kristal dan struktur mikro sangat bergantung pada komposisi kimia.

· Pada kandungan karbon mencapai 6.67% terbentuk struktur mikro dinamakan Sementit Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical paling kanan).

· Sifat – sifat cementitte: sangat keras dan sangat getas

· Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon yang sangat rendah, pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferit.

· Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro yang terbentuk adalah Perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik Eutectoid.

· Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titikeutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferit dan perlit.

· Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan6.67%, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan sementit.

· Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan kadar karbon rendah, akan terbentuk struktur mikro Ferit Delta lalu menjadi struktur mikro Austenit.

· Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh turun dengan naiknya kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh menjadi Austenit.

Penekanan terletak pada Struktur mikro, garis-garis dan Kandungan Carbon.

a. Kandungan Carbon
0,008%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature kamar
0,025%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature 723

b. Derajat Celcius
0,83%C = Titik Eutectoid
2%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Gamma pada temperature 1130 Derajat Celcius
4,3%C = Titik Eutectic
0,1%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Delta pada temperature 1493 Derajat Celcius

c. Garis-garis
Garis Liquidus ialah garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan (pembekuan).
Garis Solidus ialah garis yang menunjukan akhir dari proses pembekuan (pendinginan).
Garis Solvus ialah garis yang menunjukan batas antara fasa padat denga fasa padat atau solid solution dengan solid solution.
Garis Acm = garis kelarutan Carbon pada besi Gamma (Austenite)
Garis A3 = garis temperature dimana terjadi perubahan Ferrit menjadi Autenite (Gamma) pada pemanasan.
Garis A1 = garis temperature dimana terjadi perubahan Austenite (Gamma) menjadi Ferrit pada pendinginan.
Garis A0 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Cementid.
Garis A2 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Ferrite.
Struktur mikro
Ferrite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 0,025%C pada temperature 723 Derajat Celcius, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic) dan pada temperature kamar mempunyai batas kelarutan Carbon 0,008%C.
Austenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 2%C pada temperature 1130 Derajat Celcius, struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic).
Cementid ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C dengan perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan struktur kristalnya Orthohombic.
Lediburite ialah campuran Eutectic antara besi Gamma dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 4,3%C.
Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 0,83%C.

Secara umum heat treatment dengan kondisi Near Equilibrium itu dapat disebut dengan anneling.

1.  Annealing ialah suatu proses laku panas (heat treatment) yang sering dilakukan terhadap logam atau paduan dalam proses pembuatan suatu produk. Tahapan dari proses Anneling ini dimulai dengan memanaskan logam (paduan) sampai temperature tertentu, menahan pada temperature tertentu tadi selama beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan lalu mendinginkan logam atau paduan tadi dengan laju pendinginan yang cukup lambat. Jenis Anneling itu beraneka ragam, tergantung pada jenis atau kondisi benda kerja, temperature pemanasan, lamanya waktu penahanan, laju pendinginan (cooling rate), dll.

Full annealing (annealing)
Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan dengan dapur, memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa hal juga memperbaiki machinibility.
Pada proses full annealing ini biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A1). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan yang cukup lambat (biasanya dengan dapur atau dalam bahan yang mempunyai sifat penyekat panas yang baik).
Perlu diketahui bahwa selama pemanasan dibawah temperature kritis garis A1 maka belum terjadi perubahan struktur mikro. Perubahan baru mulai terjadi bila temperature pemanasan mencapai garis atau temperature A1 (butir-butir Kristal pearlite bertransformasi menjadi austenite yang halus). Pada baja hypoeutectoid bila pemanasan dilanjutkan ke temperature yang lebih tinggi maka butir kristalnya mulai bertransformasi menjadi sejumlah Kristal austenite yang halus, sedang butir Kristal austenite yang sudah ada (yang berasal dari pearlite) hampir tidak tumbuh. Perubahan ini selesai setelah menyentuh garis A3 (temperature kritis A3). Pada temperature ini butir kristal austenite masih halus sekali dan tidak homogen. Dengan menaikan temperature sedikit diatas temperature kritis A3 (garis A3) dan memberI waktu penahanan (holding time) seperlunya maka akan diperoleh austenite yang lebih homogen dengan butiran kristal yang juga masih halus sehingga bila nantinya didinginkan dengan lambat akan menghasilkan butir-butir Kristal ferrite dan pearlite yang halus.
Baja yang dalam proses pengerjaannya mengalami pemanasan sampai temperature yang terlalu tinggi ataupun waktu tahan (holding time) terlalu lama biasanya butiran kristal austenitenya akan terlalu kasar dan bila didinginkan dengan lambat akan menghasilkan ferrit atau pearlite yang kasar sehingga sifat mekaniknya juga kurang baik (akan lebih getas). Untuk bajahypereutectoid, annealing merupakan persiapan untuk proses selanjutnya dan tidak merupakan proses akhir.

2. Normalizing merupakan proses perlakuan panas yang menghasilkan perlite halus, pendinginannya dengan menggunakan media udara, lebih keras dan kuat dari hasil anneal.
Secara teknis prosesnya hampir sama dengan annealing, yakni biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 50 Derajat Celcius diatas garis Acm). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan pada udara. Pendinginan ini lebih cepat daripada pendinginan pada annealing.

3. Spheroidizing merupakan process perlakuan panas untuk menghasilkan strukturcarbida berbentuk bulat (spheroid) pada matriks ferrite. Pada proses Spheroidizing ini akan memperbaiki machinibility pada baja paduan kadar Carbon tinggi. Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut : bahwa baja hypereutectoid yang dianneal itu mempunyai struktur yang terdiri dari pearlite yang “terbungkus” oleh jaringan cemented. Adanya jaringan cemented (cemented network) ini meyebabkan baja (hypereutectoid) ini mempunyai machinibility rendah. Untuk memperbaikinya maka cemented network tersebut harus dihancurkan dengan proses spheroidizing.
Spheroidizing ini dilaksanakan dengan melakukan pemanasan sampai disekitar temperature kritis A1 bawah atau sedikit dibawahnya dan dibiarkan pada temperature tersebut dalam waktu yang lama (sekitar 24 jam) baru kemudian didinginkan. Karena berada pada temperature yang tinggi dalam waktu yang lama maka cemented yang tadinya berbentuk plat atau lempengan itu akan hancur menjadi bola-bola kecil (sphere) yang disebut denganspheroidite yang tersebar dalam matriks ferrite.

4. Process Annealing merupakan proses perlakuan panas yang ditujukan untuk melunakkan dan menaikkan kembali keuletan benda kerja agar dapat dideformasi lebih lanjut. Pada dasarnya proses Annealingdan Stress relief Annealing itu mempunyai kesamaan yakni bahwa kedua proses tersebut dilakukan masih dibawah garis A1 (temperature kritis A1) sehingga pada dasarnya yang terjadi hanyalah rekristalisasi saja.

5. Stress relief Annealing merupakan process perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa akibat proses sebelumnya. Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbon dibawah 0,3% C itu tidak bisa dikeraskan dengan membuat struktur mikronya berupa martensite. Nah, bagaimana caranya agar kekerasannya meningkat tetapi struktur mikronya tidak martensite? Ya, dapat dilakukan dengan pengerjaan dingin (cold working) tetapi perlu diingat bahwa efek dari cold working ini akan timbu yang namanya tegangan dalam atau tegangan sisa dan untuk menghilangkan tegangan sisa ini perlu dilakukan proses Stress relief Annealing.

Heat Treatment dengan pendinginan

A. Heat Treatment dengan pendinginan tak menerus

Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.

Penjelasan diagram:

· Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon dalam baja.

· Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit dan ferit.

· Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit (lebih keras dari perlit).

· Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas).

· Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser kekanan.

· Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.

B. Heat Treatment dengan pendinginan menerus

Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu rendah.

Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram.

 

Penjelasan diagram:

Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.

Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.

Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.

Dalam prakteknya ada 3 heat treatment dalam pembuatan baja:

· Pelunakan (Annealing) : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 850 – 9500 C dalam waktu yang tertentu, lalu didinginkansecara perlahan (seperti garis-a diagram diatas). Proses ini berlangsung didapur (furnace). Butiran yang dihasilkan umumnya besar/kasar.

· Normalizing : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 875 – 9800C disusul dengan pendinginan udara terbuka (seperti garis-b diagram diatas). Butiran yang dihasilkan umumnya berlangsung bersamaan dengan pelaksanaan penggilingan kondisi panas (rolling).

· Quenching : system pendinginan produk baja secara cepat dengan cara penyemprotan air pada pencelupan serta perendaman produk yang masih panas kedalam media air atau oli. Sistem pendinginan ini seperti garis-c diagram diatas

2.13 DIAGRAM FASE

Diagram Fase atau Diagram P – T pada Pelarut H2O

Mengapa larutan (pelarut + zat terlarut) mendidih pada suhu yang lebih tinggi dan membeku pada suhu yang lebih rendah dari pada pelarutnya? Pertanyaan ini dapat dijelaskan secara teoritis dengan membandingkan diagram fase pelarut dengan diagram fase larutannya.

Diagram fase atau biasa disebut juga diagram P – T adalah diagram yang menyatakan hubungan antara suhu (T) dan tekanan P dengan fase zat (padat, cair, dan gas). Diagram fase menyatakan batas-batas suhu dan tekanan di mana suatu bentuk fase dapat stabil. Diagram fase H2O dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Berikut penjelasan diagram P – T dengan pelarut H2O:

v  Garis didih

Garis B – C pada gambar di atas disebut garis didih. Garis didih merupakan transisi fase cair – gas. Setiap titik pada garis ini menyatakan suhu dan tekanan di mana air akan mendidih. Seperti yang kita ketahui bahwa titik didih tergantung pada tekanan gas di permukaan. Pada tekanan 1 atm atau 760 mmHg, air mendidih pada suhu 100oC. Jika terdapat tempat di bumi ini yang mempunyai tekanan 4,58 mmHg, maka sudah dipastikan air akan mendidih pada kisaran 0,0098oC.

v  Garis beku

Garis B – D pada gambar di atas disebut garis beku. Garis beku merupakan transisi fase cair – padat. Setiap titik pada garis ini menyatakan suhu dan tekanan di mana air dapat membeku (es mencair). Pada tekanan 1 atm atau 760 mmHg, air membeku pada suhu 0oC, dan jika terdapat tempat di bumi ini yang mempunyai tekanan 4,58 mmHg, maka sudah dipastikan air akan membeku pada kisaran 0,0098oC. titik beku dan titik didih pada tekanan 4,58 mmHg mempunyai nilai yang sama, artinya titik didh = titik beku pelarut. Perhatikan bahwa tekanan permukaan berpengaruh besar pada titik didih, tetapi sangat kecil pengaruhnya terhadap titik beku. Garis B – D nyaris vertical terhadap sumbu suhu.

v  Garis sublimasi

Garis A – B pada diagram fase di atas disebut garis sublimasi. Garis sublimasi merupakan transisi fase pada gas. Setiap titik pada pada garis sublimasi menyatakan suhu dan tekanan di mana zat padat dan uapnya dapat menyublim.

v  Titik tripel

Perpotongan antara garis didih dengan garis beku dan garis sublimasi disebut titik tripel. Titik tripel air adalah 0,0098oC pada tekanan 4,58 mmHg. Pada titik tripelnya, ketiga bentuk fase, yaitu padat, cair, dan gas berada dalam kesetimbangan.

Diagram Fase atau Diagram P – T pada Larutan
Mari kita bandingkan dengan diagram fase larutan dengan diagram fase pelarutnya yaitu H2O, seperti tampak pada diagram P – T larutan berikut.

Larutan mempunyai tekanan uap lebih rendah dari pada pelarut murninya (dalam hal ini air) yang dinyatakan sebagai. Oleh karena itu garis didih dan garis beku larutan berada di bawah garis didih dan garis beku pelarutnya. Penurunan tekanan uap tersebut berpengaruh terhadap titik didih dan titik beku larutan. seperti yang tampak pada diagram P – T larutan di atas, tekanan uap larutan belum 760 mmHg pada suhu 100oC. oleh karena itu belum mendidih. Larutan akan mendidih pada suhu di atas 100oC yaitu ketika tekanan uapnya mencapai 760 mmHg. Dengan kata lain, larutan mempunyai titik didih lebih tinggi dari pada pelarutnya. Sebaliknya, penurunan tekanan uap menyebabkan titik beku larutan lebih rendah dibandingkan dengan titik beku pelarutnya.

Daftar pustaka

https://sucicharismapendar.wordpress.com/kimia-xi/bentuk-molekul-dan-gaya-antar-molekul/

http://kimiaindah.blogspot.co.id/2010/08/pentingnya-gaya-tarik-menarik-antara.html

http://gayaantarmolekul.blogspot.co.id/2013/11/gaya-antar-gaya-antar-molekul-adalah.html

http://www.berpendidikan.com/2015/06/perbedaan-zat-padat-cair-dan-gas.html

http://rangkuman-ipa.blogspot.co.id/2014/09/perbedaan-sifat-zat-padat-cair-dan-gas.html

http://fajrin-kurniawan.blogspot.co.id/2012/01/zat-padat-cair-dan-gas.html

http://kreasihatiikhwan.blogspot.co.id/2012/04/perubahan-keadaan-cairan-dan-zat-padat.html

https://www.ilmukimia.org/2015/09/asas-le-chatelier.html

http://www.definisimenurutparaahli.com/pengertian-titik-didih-dan-titik-beku/

https://niinaneena.wordpress.com/calass/solid-state-physics/struktur-kristal/

http://bahan-industri-kimia.blogspot.co.id/2011/11/jenis-jenis-kristal-krital-logam-ionik.html

https://gregoriusagung.wordpress.com/2009/01/30/heat-treatment-annealing-quenching/

https://hudawaudchemistry.wordpress.com/2012/07/15/diagram-fase-pada-materi-sifat-koligatif-larutan/