Kristalografi

Disadur dari "pengantar kristalografi dan mineralogy" oleh I wayan warmada

Kristalografi adalah suatu cabang dari mineralogi yang mempelajari sistem-sistem kristal. Suatu kristal dapat didefinisikan sebagai padatan yang secara esensial mempunyai pola difraksi tertentu (Senechal, 1995 dalam Hibbard, 2002). Jadi, suatu kristaladalah suatu padatan dengan susunan atom yang berulang secara tiga dimensional yang dapat mendifraksi sinar X. Kristal secara sederhana dapat didefinisikan sebagai zat padat yang mempunyai susunan atom atau molekul yang teratur. Keteraturannya tercermin dalam permukaan kristal yang berupa bidang-bidang datar dan rata yang mengikuti pola-pola tertentu. Bidang-bidang datar ini disebut sebagai bidang muka kristal. Sudut antara bidang-bidang muka kristal yang saling berpotongan besarnya selalu tetap pada suatu kristal. Bidang muka kristal itu baik letak maupun arahnya ditentukan oleh perpotongannya dengan sumbu-sumbu kristal. Dalam sebuah kristal, sumbu kristal berupa garis bayangan yang lurus yang menembus kristal melalui pusat kristal. Sumbu kristal tersebut mempunyai satuan panjang yang disebut sebagai parameter.

1.1 Kimia kristal

Komposisi kimia suatu mineral merupakan hal yang sangat mendasar, beberapa sifat-sifat mineral/kristal tergantung kepadanya. Sifat-sifat mineral/kristal tidak hanya tergantung kepada komposisi tetapi juga kepada susunan meruang dari atom-atom penyusun dan ikatan antar atom-atom penyusun kristal/mineral.

Komposisi kimia kerak bumi

Bumi dibagi menjadi:

• kerak

• mantel, dan

• inti bumi

ketebalan kerak bumi di bawah kerak benua sekitar 36 km dan di bawah kerak samudra berkisar antara 10 sampai 13 km. Batas antara kerak denganmantel dikenal denganMohorovicic discontinuity.

Kimia kristal Sejak penemuan sinar X, penyelidikan kristalografi sinar X telah mengembangkan pengertian kita tentang hubungan antara kimia dan struktur. Tujuannya adalah: 1) untuk mengetahui hubungan antara susunan atom dan komposisi kimia dari suatu jenis kristal. 2) dalambidang geokimia tujuan mempelajari kimia kristal adalah untuk memprediksi struktur kristal dari komposisi kimia dengan diberikan temperatur dan tekanan.

Daya Ikat dalam Kristal

Daya yang mengikat atom (atau ion, atau grup ion) dari zat pada kristalin adalah bersifat listrik di alam. Tipe dan intensitasnya sangat berkaitan dengan sifat-sifat fisik dankimia dari mineral. Kekerasan, belahan, daya lebur, kelistrikan dan konduktivitas termal, dan koefisien ekspansi termal berhubungan secara langsung terhadap daya ikat.

Secara umum, ikatan kuatmemiliki kekerasan yang lebih tinggi, titik leleh yang lebih tinggi dan koefisien ekspansi termal yang lebih rendah. Ikatan kimia dari suatu Kristal dapat dibagi menjadi 4 macam, yaitu: ionik, kovalen, logam dan van derWaals.

1.2 Sistem kristal

Hingga saat ini baru terdapat 7 macam sistem kristal. Dasar penggolongan sistem kristal tersebut ada tiga hal, yaitu:

• jumlah sumbu kristal,

• letak sumbu kristal yang satu dengan yang lain

• parameter yang digunakan untuk masing-masing sumbu kristal

Adapun ke tujuh sistem kristal tersebut adalah:

1.2.1 Sistem isometrik

Sistem ini juga disebut sistem reguler, bahkan sering dikenal sebagai sistem kubus/kubik (Gambar 1). Jumlah sumbu kristalnya 3 dan saling tegak lurus satu dengan yang lainnya. Masing-masing sumbu sama panjangnya.

1.                 (b)
   

Gambar 1: system kubik: (a) modifikasi, (b) asli

 

1.                 (b)                  (c)
   

Gambar 2: Sistem tetragonal: (a) asli, (b) modifikasi, dan (c) scheelite

 

1.2.2 Sistem tetragonal

Sama dengan sistem isometrik, sistem ini mempunyai 3 sumbu kristal yang masing-masing saling tegak lurus (Gambar 2). Sumbu a dan bmempunyai satuan panjang yang sama. Sedangkan sumbu c berlainan, dapat lebih panjang atau lebih pendek (umumnya lebih panjang).

1.2.3 Sistem rombis

Sistem ini disebut juga orthorombis (Gambar 3) dan mempunyai 3 sumbu kristal yang saling tegak lurus satu dengan yang lain. Ketiga sumbu kristal tersebut mempunyai panjang yang berbeda.

1.             (b)
   

Gambar 3: Sistem ortorombik: (a) asli, (b) modifikasi

 

1.3 Sistem heksagonal

Sistem ini mempunyai empat sumbu kristal, dimana sumbu c tegak lurus terhadap ketiga sumbu yang lain. Sumbu a, b, dan d masing-masing saling membentuk sudut 120◦ satu terhadap yang lain (Gambar 4). Sumbu a, b, dan d mempunyai panjang yang sama. Sedangkan panjang c berbeda, dapat lebih panjang atau lebih pendek (umumnya lebih panjang).

1.3.1 Sistem trigonal

Beberapa ahli memasukkan sistem ini ke dalam sistem heksagonal (Gambar 5). Demikian pula cara penggambarannya juga sama. Perbedaannya bila pada trigonal setelah terbentuk bidang dasar, yang berbentuk segienam kemudian dibuat segitiga degnan menghubungkan dua titik sudut yang melewati satu titik sudutnya.

1.3.2 Sistem monoklin

Monoklin artinya hanya mempunyai satu sumbu yang miring dari tiga sumbu yang dimilikinya. Sumbu a tegak lurus terhadap sumbu b; b tegak lurus terhadap c, tetapi sumbu c tidak tegak lurus terhadap sumbu a. Ketiga sumbu tersebut mempunyai panjang yang tidak sama, umumnya sumbu c yang paling panjang dan sumbu b yang paling pendek.

1.3.3 Sistem triklin

Sistem ini mempunyai tiga sumbu yang satu dengan lainnya tidak saling tegak lurus. Demikian juga panjang masing-masing sumbu tidak sama.

1.4 Unsur-unsur simetri kristal

Dari masing-masing sistem kristal dapat dibagi lebih lanjut menjadi klas-klas kristal yang jumlahnya 32 klas. Penentuan klasifikasi kristal tergantung dari banyaknya

1.             (b)             (c)            (d)
   

Gambar 4: Sistem heksagonal: (a) asli, (b) modifikasi, (c) vanadinit, dan (d) kuarsa

 

1.                 (b)                    (c)
   

Gambar 5: Sistem trigonal: (a) asli, (b) modifikasi, dan (c) kalsit

1.                 (b)                    (c)
   

Gambar 6: Sistem monoklin: (a) asli, (b) modifikasi, dan (c) mineral krokoit

 

1.                     (b)                    (c)
   

Gambar 7: Sistem triklin: (a) asli, (b) modifikasi, dan (c) rodokrosit

 

unsur-unsur simetri yang terkandung di dalamnya. Unsur-unsur simetri tersebut meliputi:

1. bidang simetri

2. sumbu simetri

3. pusat simetri

1.4.1 Bidang simetri

Bidang simetri adalah bidang bayangan yang dapat membelah kristal menjadi dua bagian yang sama, dimana bagian yang satu merupakan pencerminan dari yang lain. Bidang simetri ini dapat dibedakan menjadi dua, yaitu bidang simetri aksial dan bidangsimetri menengah.

Bidang simetri aksial bila bidang tersebutmembagi kristalmelalui dua sumbu utama (sumbu kristal). Bidang simetri aksial ini dibedakan menjadi dua, yaitu bidang simetri vertikal, yangmelalui sumbu vertikal dan bidang simetri horisontal, yang berada tegak lurus terhadap sumbu c. Bidang simetri menengah adalah bidang simetri yang hanya melalui satu sumbu kristal. Bidang simetri ini sering pula dikatakan sebagai bidang siemetri diagonal.

1.4.2 Sumbu simetri

Sumbu simetri adalah garis bayangan yang dibuat menembus pusat kristal, dan bila kristal diputar dengan poros sumbu tersebut sejauh satu putaran penuh akan didapatkan beberapa kali kenampakan yang sama. Sumbu simetri dibedakan menjadi tiga, yaitu gire, giroide dan sumbu inversi putar. Ketiganya dibedakan berdasarkan cara mendapatkan nilai simetrinya.

Gire, atau sumbu simetri biasa, cara mendapatkan nilai simetrinya adalah dengan memutar kristal pada porosnya dalam satu putaran penuh. Bila terdapat dua kali kenampakan yang sama dinamakan digire, bila tiga trigire (△), empat tetragire (3), heksagire (9) dan seterusnya.

Giroide adalah sumbu simetri yang cara mendapatkan nilai simetrinya dengan memutar kristal pada porosnya dan memproyeksikannya pada bidang horisontal. Dalamgambar, nilai simetri giroide disingkat tetragiroide ( ) dan heksagiroide ( ).

Sumbu inversi putar adalah sumbu simetri yang cara mendapatkan nilai simetrinyadengan memutar kristal pada porosnya dan mencerminkannya melalui pusat kristal. Penulisan nilai simetrinya dengan cara menambahkan bar pada angka simetri itu.

1.4.3 Pusat simetri

Suatu kristal dikatakan mempunyai pusat simetri bila kita dapat membuat garis bayangan tiap-tiap titik pada permukaan kristal menembus pusat kristal dan akan menjumpai titik yang lain pada permukaan di sisi yang lain dengan jarak yang sama terhadap pusat kristal pada garis bayangan tersebut. Atau dengan kata lain, kristal mempunyai pusat simetri bila tiap bidangmuka kristal tersebut mempunyai pasangan dengan kriteria bahwa bidang yang berpasangan tersebut berjarak sama dari pusat kristal, dan bidang yang satu merupakan hasil inversi melalui pusat kristal dari bidang pasangannya.

1.5 Klasifikasi kristal

Dari tujuh sistem kristal dapat dikelompokkan menjadi 32 klas kristal. Pengelompokkan ini berdasarkan pada jumlah unsur simetri yang dimiliki oleh kristal tersebut. Sistem isometrik terdiri dari lima kelas, sistem tetragonal mempunyai tujuh kelas, rombis memiliki tiga kelas, heksagonal mempunyai tujuh kelas dan trigonal lima kelas. Selanjutnya sistem monoklin mempunyai tiga kelas.

Tiap kelas kristal mempunyai singkatan yang disebut simbol. Ada dua macam cara simbolisasi yang sering digunakan, yaitu simbolisasi Schonflies dan Herman Mauguin (simbolisasi internasional).

Beberapa istilah penting:

Polimorfi adalah suatu peristiwa dimana suatu bahan dengan susunan kimia yang sama memberikan lebih dari satu bentuk sehingga sifat fisiknya berbeda-beda (dalamilmu kimia disebut allotropi). Dalampolimorfi dikenal duamacamgolongan, yaitu: a. kedua bentuk/modifikasi menunjukkan bangun luar kristal yang sama, tetapi susunan internalnya berbeda. b. modifikasi dalam macam-macam bentuk kristal sering termasuk dalam macam-macam klas.

Isomorfi adalah suatu peristiwa dimana bahan-bahan yang hampir susunannya hampir sama memberikan bentuk-bentuk kristal yang hampir sama. Dalam pengertian yang luas isomorfisme menunjukkan adanya hubungan antara deretan-deretan persenyawaan yang analog dengan struktur-strukturnya yang analog juga. Rumus-rumus yang analog mempunyai jumlah atom yang sama dan mempunyai ion-ion positif dan negatif. Dalam pengertian yang sempit, menunjukkan kemampuan pembentukan kristal-kristal campuran bagi senyawa-senyawa yang secara kualitatif berbeda.