Percobaan anorganik fisik crystal Maker

PERCOBAAN V

CRYSTAL MAKER

       I.            Tujuan

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui cara penggunaan krystal maker terhadap Kristal yang terbentuk.       

    II.            Dasar Teori

Kristal adalah suatu padatan yang atom, molekul, atau ion penyusunnya 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, tapi, secara umum, kebanyakan kristal terbentuk secara simultan sehingga menghasilkan padatan polikristalin. Misalnya, kebanyakan logam yang kita temui sehari-hari merupakan polikristal.

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. 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 ion dapat 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 zat 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. Kristalografi adalah studi ilmiah kristal dan pembentukannya (Putra,2009).

 III.            Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

A.    Alat

1.      Software Cristal Maker

2.      Laptop

B.     Bahan

1.      Cristal Perovskit (SrTiO₃)

 IV.            Prosedur Kerja

Prosedur Kerja dalam percobaan ini ada sebagai berikut:

1)      Membuka Kristal Maker pada Desktop atau menginstal terlebih dahulu aplikasi software Cristal Maker.

2)      Mengklik 2 kali aplikasi Kristal maker, maka aplikasi Kristal maker akan terbuka seperti pada gambar dibawah ini!

3)      Membuka Kristal yang telah didownlod di web American mineralogy. Dengan mengklik file + open.

4)      Mencari tempat penyimpanan Kristal yang ingin dibuka pada Kristal maker. Kemudian membuka nama Kristal tersebut

5)      Mencatat gambar Kristal pada tabel hasil pengamatan

    V.            Hasil Pengamatan

Hasil pengamatan percobaan ini adalah sebagai berikut :

Keterangan	Hasil Pengamatan
Bentuk Kristal Perovskite (SrTiO3)
Warna Kristal
Arah Kristal (x,y,z)
Alat Kisi
Panjang (Sr-O)
Panjang (O-Ti)
Posisi (Sr, Ti dan O)

 VI.            Pembahasan

Sistem kristal terdiri dari yaitu isometrik / kubik (3 sumbu kristal, sama panjang, saling tegak lurus antar ketiga sumbunya), tetragonal (3 sumbu kristal; sumbu a dan b sama panjang, sumbu c dapat lebih panjang atau lebih pendek; saling tegak lurus antar ketiga sumbunya), orthorombik / rombis ( 3 sumbu kristal; ketiga sumbu tidak sama panjang; saling tegak lurus antar ketiga sumbunya), Heksagonal (4 sumbu kristal; sumbu a b dan d sama panjang, sumbu c dapat lebih panjang atau lebih pendek; sumbu a b dan d terletak pada bidang horisontal dan saling membentuk sudut 120 derajat; sumbu a b dan d tegak lurus terhadap sumbu c), Trigonal (4 sumbu kristal; sumbu a b dan d sama panjang, sumbu c dapat lebih panjang atau lebih pendek; sumbu a b dan d terletak pada bidang horisontal dan saling membentuk sudut 120 derajat; sumbu a b dan d tegak lurus terhadap sumbu c; perbedaanya dengan sistem heksagonal pada sistem trigonal ini sumbu c nya bernilai simetri 3), Monoklin (3 sumbu kristal; ketiga sumbu tidak sama panjang; sumbu a tegak lurus sumbu b, sumbu b tegak lurus sumbu c, tetapi sumbu c tidak tegak lurus sumbu a) dan Triklin (3 sumbu kristal; ketiga sumbu tidak sama panjang; ketiga sumbu miring semua, tidak ada yang tegak lurus) (Hidayat, 2013).

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui cara penggunaan krystal maker terhadap Kristal yang terbentuk.

Kristal Perovskit, SrTiO₃

Keeletronegatifan atom Sr, Ti dan O dalam skala Pauling berturut-turut adalah 0,95, 1,54 dan 3,44. Perbedaan keelektronegatifan antara atom Sr dan atom O adalah 2,49, sedangkan perbedaan keelektronegatifan antara atom Ti dan atom O adalah 1,90. Dengan demikian senyawa SrTiO₃ adalah senyawa ionik yang tersusun dari ion-ion Sr²⁺, Ti⁴⁺ dan O^2- (Seren,2011).

Kisi kristal dari perovskit adalah kubus primitif seperti yang ditunjukan pada Gambar sebagai berikut:

Gambar kisi kristal perovskit (SrTiO₃). Setiap ion Ti⁴⁺ (warna hitam dikelilingi) oleh 6 ion O^2- (putih) terdekat dengan geometri octahedral

Kisi perovskit adalah kisi primitif karena ion Ti⁴⁺ hanya menmpati pojok-pojok kubus. Bilangan koordinasi Sr²⁺ adalah 12, bilangan koordinasi Ti⁴⁺ adalah 6. Beberapa senyawa yang mengkristal sesuai struktur perovskit seperti pada Tabel

KnBO3 KIO3 LaCrO3

LaFeO3 SrZrO3 SrThO3

CsCaF3 CsCdCl3 CsHgCl3

(Seren,2011)

Salah satu alternatif energi terbarukan yang sedang berkembang adalah pemanfaatan energy matahari melalui sel surya yang dapat mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik. Saat ini, berbagai sel surya sudah dibuat dan dikom ersialisasi menggunakan berbagai material sebagai  lapisan aktifnya, seperti silikon, galium arsenida, kadmium telurida, silikon amorf, sel surya, sel surya organik/polimer dan sel surya hibrid organic inorganik. Namun penggunaannya  secara massal sebagai sumber energi listrik saat ini masih terkendala biaya produksi yang tinggi (Rahamanita, 2015).

Saat ini, sel surya berbahan aktif material campuran bahan halide organik/anorganik dengan struktur perovskite telah banyak menarik perhatian banyak peneliti, karena  mampu menghasilkan efisiensi di atas 15%. Khususnya bahan perovskite CH₃NH₃PbI₃ (metil-amonium timbal halida) telah menghasilkan efisiensi sebesar 19%. Salah satu faktor yang menentukan efisiensi sel surya perovskite adalah morfologi lapisan aktifnya, yaitu film CH₃NH₃PbI₃. Film CH₃NH₃PbI₃ harus memiliki ukuran kristal yang besar yaitu dalam rentang 500-1000 nm dan memiliki kristalinitas yang tinggi dengan bentuk kubik dan homogen, agar mampu menghasilkan sel surya perovskite dengan efisiensi yang tinggi. Pengembangan sel surya berbasis material aktif perovskite masih sangat memerlukan perhatian khusus sebelum dapat diproduksi massal dan dipergunakan secara luas sebagai sumber energi listrik alternatif stabilitas yang masih rendah, karena material berbasis timbal (Pb) ini mudah teroksidasi dan reaktif terhadap lingkungan. Umumnya film perovskite dibuat di lingkungan inert. Karena itu penelitian tentang optimasi morfologi lapisan aktif CH₃NH₃PbI₃ yang dibuat di lingkungan udara perlu dikaji untuk memperoleh lapisan aktif CH₃NH₃PbI₃ dengan kristalinitas yang tinggi dan ukuran kristal yang

besar dan stabil terhadap lingkungan luar (Rahamanita, 2015).

Struktur Kristal dan Magnetoresistance Perovskite La 0,7 Ca 0,3 MnO₃ pada Suhu Kamar. Senyawa induk LCMO adalah LaMnO₃ dan CaMnO₃, keduanya berstruktur  perovskite dan bersifat isolator-antiferromagnetik pada suhu kamar. Pada  penelitian terdahulu (7) diperoleh bahwa parameter kisi LaMnO₃ adalah: a = 5,4835 Å, b = 7,7325 Å, dan c = 5,4752 Å, dengan grup ruang: Pnma, No. 62; koordinat fraksi atom La: 4c (x,1/4,z), Mn: 4b (0,0,1/2), O(1):  4c (x,1/4,z), dan O (2): 8d (x,y,z), α = β = γ = 90^o. Senyawa CaMnO₃ memiliki parameter kisi: a = 5,2812 Å, b=7,4571 Å, dan c =5,2753 Å dan grup ruang: Pnma, No. 62; koordinat fraksi atom Ca: 4c(x,1/4,z), Mn: 4b(0,0,1/2), O(1): 4c(x,1/4,z), dan O(2): 8d(x,y,z), α= β= γ= 90^o (Sukirman, 2012).

Cuplikan La 0,7 Ca 0,3 MnO₃, LaMnO₃ dan CaMnO₃ disintesis dengan metode High Energy Milling (HEM). Cuplikan hasil sintesis dikarakterisasi dengan difraktometer sinar-x untuk mengidentifikasi fase yang terbentuk dan dengan four point probe untuk mengetahui respon magnetoresistance (Sukirman, 2012).

Penggunaan material feroelektrik sangatlah luas, karena sifat-sifat bahan feroelektrik dapat difabrikasi sesuai kebutuhan serta mudah diintegrasi dalam bentuk devais. Penerapan material feroelektrik berdasarkan sifat -sifatnya yaitu sifat histeresis dan tetapan dielektrik yang tinggi dapat diaplikasikan pada sel memori. Sedangkan sifat piezo-elektrik dapat digunakan sebagai mikroaktuator dan sensor. Sifat polaryzability dapat diterapkan sebagai Non Volatile Ferroelectric Random Acsess Memory (NVFRAM). Sifat pyroelektrik juga dapat diterapkan pada switch termal infra merah (Syafutra, 2008).

Bahan SrTiO₃ merupakan salah satu dari material feroelektrik diintegrasi dalam bentuk devais. Penerapan material feroelektrik berdasarkan sifat-sifatnya yaitu sifat histeresis dan tetapan dielektrik yang tinggi dapat diaplikasikan pada sel memori. Sedangkan sifat piezo-elektrik dapat digunakan sebagai mikroaktuator dan sensor. Sifat polaryzability dapat diterapkan sebagai Non Volatile Ferroelectric Random Acsess Memory (NVFRAM). Sifat pyroelektrik juga dapat diterapkan pada switch termal infra merah (Syafutra, 2008). Bahan SrTiO₃ merupakan salah satu dari material feroelektrik. SrTiO₃ juga banyak digunakan sebagai bahan dasar untuk pembuatan komponen elektronika, karena SrTiO3memiliki sifat isolator yang baik dan tidak mudah teroksidasi. Sifat listrik bahan SrTiO₃ termasuk dalam komponen isolator yang dapat dikembangkan untuk aplikasi sensor dan menunjukkan sifat dielektik yang baik untuk komponen pasif elektronika yaitu seperti kapasitor (Darsikin, dkk, 2005).

Studi bahan SrTiO₃ yang dibuat secara eksperimen dengan unsur reaksi kimia padatan. Penelitian ini merupakan studi terhadap pembuatan pelet bahan SrTiO₃ yang didapat dari pencampuran Strontium Carbonat (SrCO₃) dan Titanium Oksida (TiO₂) dengan perbandingan 1 : 1, kemudian dilakukan karakterisasi kekristalan bahan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD). Terdapat berbagai metode yang telah digunakan dalam penyediaan sampel SrTiO₃, seperti E-gun, MOCVD, ablasi laser, sol gel dan metode reaksi padatan. Sampel disini dibuat dengan metode reaksi kimia keadaan padat untuk oksidasi-oksidasi logam pada suhu tinggi.

Metode ini digunakan karena lebih mudah dan murah dari pada metode lainnya. Strontium titanat (SrTiO₃) merupakan salah satu bahan ferroelektrik. Bahan ini merupakan hasil campuran reaksi bahan Strontium Carbonat (SrCO₃) dan Titanium Oksida (TiO₂). Strontium titanat (SrTiO₃) mempunyaibentuk perovskit. Pada suhu kamar, strontium titanat mempunyai bentuk kubus dengan ion Ti⁺⁴ dikelilingi oleh ion O^-2 secara oktahedral dengan ion Sr⁺² berada pada sisi kubus. Strontium titanat mempunyai bentuk tetragonal pada suhu kurang pada 105° K.

Peralihan fasa struktur ini adalah disebabkan pemutaran oksigen oktahedral disekitar salah satu paksi utama kubus. Sudut pemutaran adalah peralihan parameter dan mempunyai nilai maksimum phi = 1.4° apabila mendekati suhu mutlak Kelvin. Pemutaran oksigen oktahedral menyebabkan sedikit perubahan pada sel unit. Pada suhu yang sangat rendah, strontium titanat mempunyai sifat piezoelektrik dan sifat superkonduktor. Strontium titanat juga mempunyai sifat dielektrik yang tinggi dan kebocoran arus yang rendah (Wilk,2001).Strontium titanat mempunyai kegunaan yang meluas dalam pembuatan DRAM, bidang mikroelektronik dan teknologi sensor.

VII.            Kesimpulan

Berdasarkan uraian diatas Keeletronegatifan atom Sr, Ti dan O dalam skala Pauling berturut-turut adalah 0,95, 1,54 dan 3,44. Perbedaan keelektronegatifan antara atom Sr dan atom O adalah 2,49, sedangkan perbedaan keelektronegatifan antara atom Ti dan atom O adalah 1,90. Dengan demikian senyawa SrTiO₃ adalah senyawa ionik yang tersusun dari ion-ion Sr²⁺, Ti⁴⁺ dan O^2-

Daftar Pustaka

Engkir Sukirman, Wisnu Ari Adi dan Yustinus Purwamargapratala. (2012).STRUKTUR KRISTAL DAN MAGNETORESISTANCE PEROVSKITE La0,7 Ca 0,3 MnO3PADA SUHU KAMAR.[Jurnal] ISSN 1411 – 348161 Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir- BATAN Puspiptek, Serpong 15314

Hidayat, Syamsul. (2013). Materi Kebumian / Kristal. [online] diakses: http://erdalengas.blogspot.co.id/2013/02/materi-kebumian-kristal.html.[20 Desember 2017]Bottom of Form

Putra,Ekky.(2009).PengertianKristal.[online]diakseshttp://artikelbiboer.blogspot.co.id/2009/05/pengertian-kristal.html.[20 desember 2017]

Rahmanita, Sinthia, Yuniar Dwi Inayati E, Anggia Erdienzy, Ayi Bahtiar. (2015). Struktur Kristal Dan Morfologi Film Perov Skite Yang Dibuat Dengan Metode Spin-Coating Dua Tahap. [Jurnal Material Dan Energi Indonesia] Vol. 05, No.45. Departemen Fisika Fmipa Universitas Padjadjaran

Seran, Emel . (2011).Struktur Kristal Beberapa Senyawa Ionik.[online] diakses:https://wanibesak.wordpress.com/tag/sesium-klorida-cscl/.[20 Desember 2017]

Darsikin, Khairurrijal, Sukirno, and M. Barmawi.(2005). Sifat Listrik Film Tipis  SrTiO3 Untuk  Kapasitor MOS. Laboratorium Fisika Material Elektronik, Departemen Fisika, FMIPA ITB Program Fisika, Universitas Tandulako, Palu. Jurnal Matematika dan Sains Vol. 10(3): 87-91.

Syafutra.H.(2008).Penguatan fotokonduktivitas Berbasis Berbahan Ferroelektrik Ba0,6 Sr0 , 4 TiO3 yang Didadah Tantalum Pentoksida (BSTT) diatas Substrat Si (100) Type-p dan Substrat TCO Type-705. Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.

Dewi, Rahmi, Krisman, Susilawati Dosen Jurusan Fisika FMIPA.KARAKTERISASI BAHAN FEROELEKTRIK STRONTIUM TITANAT (SrTiO3) DENGAN MENGGUNAKAN X-RAY DIFFRACTION.Universitas Riau Mahasiswa Program S1 Fisika FMIPA Universitas Riau.

Laporan Lengkap

PERCOBAAN V
“CRYSTAL MAKER”

Disusun oleh:

Nama               : Murni Cahyani

Stambuk                   : A 251 15 005

Kelompok       : III (Tiga)

Asisten            : Mohd. Rizwan S.Pd

LABORATORIUM KIMIA LANJUT

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS TADULAKO

2017