material kristalin dan alat ukur
Post on 24-Feb-2018
235 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
1/18
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
2/18
Gambar 3 : struktur kristal body centered cubic (BCC)
c. Face Centered Cubic (FCC)
Dari gambar di bawah terlihat bahwa sel satuan FCC terdiri dari satu titik
lattice pada setiap sudut dan satu titik lattice pada setiap sisi kubus. Setiapatom pada struktur kristal FCC dikelilingi oleh 12 atom, jadi bilangan
koordinasinya adalah 12. Dari gambar di bawah hard sphere unit cell terlihatbahwa atom-atom dalam struktur kristal FCC tersusun dalam kondisi yangcukup padat.
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
3/18
Gambar 4 : struktur kristal face centered cubic (FCC)
3. Kristal Sejati dan Ketidaksempurnaan
Struktur dasar kristal sejati memang beraturan, namun distorsi kisi serta
ketidaksempurnaan tertentu lain memang ada. Salah satu penyebab
ketidakteraturan itu adalah karena atom-atom tidak pernah diam melainkan
bergetar disekitar kedudukan purata dalam kisi, dengan frekuensi yang
ditentukan oleh gaya antaratom dan dengan amplitudo yang bergantung pada
temperatur kristal. Panas jenis (specifi heat) logam terjadi karena adanya efek ini.
Komplikasi yang kedua adalah adanya kristal mungkin mengandung atom-atomasing, baik disengaja seperti pada unsur paduan (alloy) atau tidak disengaja
disebut takmurnian (impurities), yang karena berbeda ukuran atomknya
menyebabkan distorsi-distorsi local pada kisi pelarut (solvent) bersangkutan.Atom atom terlarut (solvent) itu mungkin tersebar secara acak dalam kristal
seperti pada Gambar 5.5(a) dan (b), yakni bila dijumlah pada larutan padat (solid
solution), atau mungkin mengumpal dengan sesama membentuk partikel-partikel
fase kedua (Gambar 5.5(c)).
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
4/18
Gambar 5 : diagram skematik (a) larutan padat substitusional, (b) larutan padat
interstisial, (c) campuran fase, (d) dislokasi, (e) pasangan kosong-interstisialDisamping akibat adanya atom-atom asing, ketidakmurnian lain adalah yang
umumnya digolongkan sebagai ketidasempurnaan atau cacat kisi.
Ketidaksempurnaan ini mungkin berupa (i) cacat volume, misalnya karena
adanya retakan atau rongga; (ii) cacat garis, misalnya karena adanya dislokasi;
atau (iii) cacat titik, misalnya karena adanya kedudukan kisi yang kosong danadanya atom intertisi.
Dislokasi juga ditemukan pada kristal sejati. Ketidaksempurnaan ini berpengaruhsekali terhadap sifat-sifat kristal yang erat kaitannya dengan struktur, misalnya
kekuatan ulur (yield strength), kekerasan, dan sebagainnya, dan diketahui bahwa
menurut perhitungan kekuatan ulur serta kekuatan patah (breaking strength)
kristal ideal sekitar 100 hingga 10.000 kali lebih besar ketimbang pada kristal
sejati. Ini karena dislokasi baris menyebabkan banyak diameter atomic pada kisi
menjadi lebih panjang, akibatnya bagian ini menjadi bagian yang lemah. Cacat
titik juga berpangaruh terhadap sifat mekanik, akan tetapi lebih besar lagi
pengaruhnya terhadap gejala sepeti difusi, misalnya, yang melibatkan gerak tiapatom secara sendiri-sendiri didalam kristal.
4. Sistem Indeks (Indeks Miller)
Digunakan unuk menyatakan bidang kristal (indeks bidang)
Aturan :
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
5/18
a.Tentukan titik potong antara bidang yang bersangkutan dengan sumbu-sumbu
(a1,a2 , a3) / sumbu-sumbu primitf atau konvensional dalam satuan konstanta
lattice(a1,a2 , a3).
b.Tentukan kebalikan (reciprok) dari bilangan-bilangan tadi, dan kemudian
tentukan tiga bilangan bulat (terkecil) yang mempunyai perbandingan yang sama.
Indeks (h k l).Contoh :
Gambar 6 : indeks Miller kristal (a) (111), (b) (110), (c) (231)Untuk Sel kubus, jarak antar bidang hkl dapat ditulis sebagai berikut :
ALAT KARAKTERISASI KEKRISTALAN SUATU BAHAN1. XRD (X-Ray Diffraction)
Spektroskopi difraksi sinar-X (X-ray difraction/XRD) merupakan salah satu
metoda karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan hingga
sekarang. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam
material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untukmendapatkan ukuran partikel.
Difraksi sinar-X terjadi pada hamburan elastis foton-foton sinar-X oleh atom
dalam sebuah kisi periodik. Hamburan monokromatis sinar-X dalam fasa tersebut
memberikan interferensi yang konstruktif. Dasar dari penggunaan difraksi sinar-
X untuk mempelajari kisi kristal adalah berdasarkan persamaan Bragg :n. = 2.d.sin ; n = 1,2,...
Dengan adalah panjang gelombang sinar-X yang digunakan, d adalah jarakantara dua bidang kisi, adalah sudut antara sinar datang dengan bidang normal,
dan n adalah bilangan bulat yang disebut sebagai orde pembiasan.
Berdasarkan persamaan Bragg, jika seberkas sinar-X di jatuhkan pada sampel
kristal, maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar-X yang memiliki panjang
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
6/18
gelombang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal tersebut. Sinar yang
dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian diterjemahkan sebagai sebuah
puncak difraksi. Makin banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel, makin
kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya. Tiap puncak yang muncul pada
pola XRD mewakili satu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu dalam
sumbu tiga dimensi. Puncak-puncak yang didapatkan dari data pengukuran inikemudian dicocokkan dengan standar difraksi sinar-X untuk hampir semua jenis
material. Standar ini disebut JCPDS.
Keuntungan utama penggunaan sinar-X dalam karakterisasi material adalah
kemampuan penetrasinya, sebab sinar-X memiliki energi sangat tinggi akibatpanjang gelombangnya yang pendek. Sinar-X adalah gelombang elektromagnetik
dengan panjang gelombang 0,5-2,0 mikron. Sinar ini dihasilkan dari penembakan
logam dengan elektron berenergi tinggi. Elektron itu mengalami perlambatan saat
masuk ke dalam logam dan menyebabkan elektron pada kulit atom logam
tersebut terpental membentuk kekosongan. Elektron dengan energi yang lebihtinggi masuk ke tempat kosong dengan memancarkan kelebihan energinya
sebagai foton sinar-X.Metode difraksi sinar X digunakan untuk mengetahui struktur dari lapisan tipis
yang terbentuk. Sampel diletakkan pada sampel holder difraktometer sinar X.
Proses difraksi sinar X dimulai dengan menyalakan difraktometer sehinggadiperoleh hasil difraksi berupa difraktogram yang menyatakan hubungan antara
sudut difraksi 2 dengan intensitas sinar X yang dipantulkan. Untuk
difraktometer sinar X, sinar X terpancar dari tabung sinar X. Sinar X
didifraksikan dari sampel yang konvergen yang diterima slit dalam posisi
simetris dengan respon ke fokus sinar X. Sinar X ini ditangkap oleh detektorsintilator dan diubah menjadi sinyal listrik. Sinyal tersebut, setelah dieliminasi
komponen noisenya, dihitung sebagai analisa pulsa tinggi. Teknik difraksi sinar x
juga digunakan untuk menentukan ukuran kristal, regangan kisi, komposisi kimia
dan keadaan lain yang memiliki orde yang sama.
SUMBER DAN SIFAT SINAR X
Tabung sinar-X
Pada umumnya, sinar diciptakan dengan percepatan arus listrik, atau setara
dengan transisi kuantum partikel dari satu energi state ke lainnya. Contoh : radio
( electron berosilasi di antenna) , lampu merkuri (transisi antara atom)Ketika sebuah elektron menabrak anoda :
a. Menabrak atom dengan kecepatan perlahan, dan menciptakan radiasi
bremstrahlung atau panjang gelombang kontinyub.
Secara langsung menabrak atom dan menyebabkan terjadinya transisi
menghasilkan panjang gelombang garis
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
7/18
Sinar X merupakan radiasi elektromagnetik yang memiliki energi tinggi sekitar
200 eV sampai 1 MeV. Sinar X dihasilkan oleh interaksi antara berkas elektron
eksternal dengan elektron pada kulit atom. Spektrum Sinar X memilki panjang
gelombang 10-510 nm, berfrekuensi 1017 -1020 Hz dan memiliki energi 103 -
106 eV. Panjang gelombang sinar X memiliki orde yang sama dengan jarak antaratom sehingga dapat digunakan sebagai sumber difraksi kristal.
Difraksi Sinar X merupakan teknik yang digunakan dalam karakteristik material
untuk mendapatkan informasi tentang ukuran atom dari material kristal maupun
nonkristal. Difraksi tergantung pada struktur kristal dan panjang gelombangnya.Jika panjang gelombang jauh lebih dari pada ukuran atom atau konstanta kisi
kristal maka tidak akan terjadi peristiwa difraksi karena sinar akan dipantulkan
sedangkan jika panjang gelombangnya mendekati atau lebih kecil dari ukuran
atom atau kristal maka akan terjadi peristiwa difraksi. Ukuran atom dalam orde
angstrom () maka supaya terjadi peristiwa difraksi maka panjang gelombangdari sinar yang melalui kristal harus dalam orde angstrom ().
Skema Tabung Sinar X
Sinar X dihasilkan dari tumbukan antara elektron kecepatan tinggi dengan logam
target. Dari prinsip dasar ini, maka alat untuk menghasilkan sinar X harus terdiridari beberapa komponen utama, yaitu :
a. Sumber elektron (katoda)
b. Tegangan tinggi untuk mempercepat elektron
c. Logam target (anoda)
Ketiga komponen tersebut merupakan komponen utama suatu tabung sinar X.Skema tabung sinar X dapat dilihat pada Gambar
Gambar 7 : skema tabung sinar x
KOMPONEN DALAM XRD
Komponen XRD ada 2 macam yaitu:
a. Slit dan film
b. Monokromator
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
8/18
Sinar-X dihasilkan di suatu tabung sinar katode dengan pemanasan kawat pijar
untuk menghasilkan elektron-elektron, kemudian electron-elektron tersebut
dipercepat terhadap suatu target dengan memberikan suatu voltase, dan
menembak target dengan elektron. Ketika elektron-elektron mempunyai energi
yang cukup untuk mengeluarkan elektron-elektron dalam target, karakteristikspektrum sinar-X dihasilkan. Spektrum ini terdiri atas beberapa komponen-
komponen, yang paling umum adalah K dan K. Ka berisi, pada sebagian, dari
K1 dan K2. K1 mempunyai panjang gelombang sedikit lebih pendek dan dua
kali lebih intensitas dari K2. Panjang gelombang yang spesifik merupakankarakteristik dari bahan target (Cu, Fe, Mo, Cr). Disaring, oleh kertas perak atau
kristal monochrometers, yang akan menghasilkan sinar-X monokromatik yang
diperlukan untuk difraksi. Tembaga adalah bahan sasaran yang paling umum
untuk diffraction kristal tunggal, dengan radiasi Cu K =05418. Sinar-X ini
bersifat collimated dan mengarahkan ke sampel. Saat sampel dan detektordiputar, intensitas Sinar X pantul itu direkam. Ketika geometri dari peristiwa
sinar-X tersebut memenuhi persamaan Bragg, interferens konstruktif terjadi dansuatu puncak di dalam intensitas terjadi. Detektor akan merekam dan memproses
isyarat penyinaran ini dan mengkonversi isyarat itu menjadi suatu arus yang akan
dikeluarkan pada printer atau layar komputer.
PROSEDUR DIFRAKSI SINAR X
Percobaan dengan menggunakan difraksi sinar X kebanyakan terbatas pada zat
padat saja. Hasil yang paling baik akan diperoleh apabila digunakan satu kristal
tunggal. Tetapi, percobaan difraksi sinar ini dapat pula dilakukan denganmenggunakan padatan dalam bentuk serbuk yang sebenarnya terdiri dari kristal-
kristal yang sangat kecil. Atau dapat juga menggunakan padatan dalam bentuk
kumparan yang biasa digunakan untuk menentukan struktur molekul yang
mempunyai ukuran yang sangat besar, seperti DNA, protein, dan sebagainya.
Alat yang digunakan untuk mengukur dan mempelajari difraksi sinar X
dinamakan Goniometer. Pada metoda kristal tunggal, sebuah kristal yangberkualitas baik diletakkan sedemikian rupa sehingga dapat berotasi pada salah
satu sumbu kristalnya. Ketika kristal itu diputar pada salah satu sumbu putar,
seberkas sinar X monokromatik dipancarkan ke arah kristal. Ketika kristal
berputar, perangkat-perangkat bidang yang ada dalam kristal berurutan akanmemantulkan berkas sinar X. berkas sinar X yang dipantulkan ini kemudian
direkam pada sebuah piringan fotografik. Jika yang digunakan piringan datar,
akan diperoleh suatu pola seperti terlihan pada gambar dibawah ini. tetapi apabilayang digunakan adalah film fotografik yang lengkung berbentuk silinder dengan
kristal yang diuji terletak ditengah silinder, maka akan diperoleh suatu deretan
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
9/18
spot yang berbentuk garis lurus sehingga pengukuran akan menjadi semakin
mudah.
Gambar 8 : Difraksi sinar X menggunakan metode rotasi kristal
Masalah utama dalam metoda difraksi sinar X ini adalah bagaimanamenghubungkan pola spot yang diperoleh dengan posisi ion atau atom dalam unit
sel. Memang dari jarak antar spot, kita dapat mengetahui dimensi unit sel, tetapi
letak atom atau ion dalan unit sel sangat sulit ditentukan . Salah satu cara untukmengatasi hal diatas adalah dengan jalan mula-mula kita menduga struktur
molekul dan kemudian memperkirakan difraksi sinar X yang mungkin diperoleh.
Difraksi sinar X yang kita perkirakan kemudian kita bandingkan dengan hasil
percobaan. Adanya perbedaan antara pola difraksi hasil perkiraan dan hasil
percobaan menunjukkan struktur molekul yang kita perkirakan masih salah
dengan membandingkan kedua pola difraksi, kita dapat membuat perbaikan-
perbaikan sehingga hasilnya diperoleh struktur molekul yang tepat, tetapi dalambeberapa kasus, misalnya apabila jumlah atom dalam unit sel sangat banyak,
metode diatas menjadi tidak parktis lagi. Dalam kasus seperti ini biasanya posisi
atom atau ion ditentukan berdasarkan intensitas relatif dari spot yang diasilkan.
Ketika sinar X menumbuk kristal, sebenarnya elektron yang terdapat di sekeliling
atom atau ionlah yang menyebabkan terjadinya pemantulan. Makin banyak
jumlah elektron yang terdapat disekeliling atom pada suatu bidang, makin besar
intensitas pemantuklan yang disebabkan oleh bidang tersebut dan akan
mengakibatkan makin jelasnya spot yang terekam dalam film. Dengan
menggunakan metode sintesis fourier, kita dapat menghubungkan intensitas spot
dengan kepekatan distribusi elektron dalam unit sel. Dengan mengamatikepekatan dalam unit sel, kita dapat menduga letak atom dalam unit sel tersebut.Atom akan terletak pada daerah-daerah yang mempunyai kepekatan distribusi
elektron maksimum.
Dengan menggunakan metode difraksi sinar X, struktur molekul yang sangatkompleks dapat ditentukan. Misalnya struktur DNA yang sangat kompleks dapat
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
10/18
ditentukan dengan metode sinar X seperti yang telah dilakukan oleh Crick,
Wilkins dan Watson.
2. Differential Thermal Analysis (DTA)Differential thermal analysisadalah analisis termal yang menggunakan referensi
sebagai acuan perbandingan hasilnya, material referensi ini biasanya materialinert. Sampel dan material referensi dipanaskan secara bersamaan dalam satu
dapur. Perbedaan temperatur sampel dengan temperatur material referensi
direkam selama siklus pemanasan dan pendinginan.
\
Gambar 9 : alat DTA
DTA melibatkan pemanasan atau pendinginan dari sampel pengujian dan sampel
referensi dibawah kondisi yang identik saat dilakukan perekaman dalam berbagaiperbedaan temperatur antara sampel dan referensi. Perbedaan temperatur ini lalu
di plot berdasarkan waktu atau temperatur.
Differential temperaturjuga dapat meningkat diantara dua sampel inert saatrespon mereka ke perlakuan panas yang diberikan tidak identik. DTA digunakan
untuk studi sifat termal dan perubahan fasa yang tidak mengakibatkan perubahan
entalpi. Hasil pengujian DTA ini merupakan kurva yang menunjukkan
diskontinuitas pada temperatur transisi dan kemiringan kurva pada titik tertentu
akan tergantung pada konstitusi mikrostruktur sampel pada temperatur tersebut.
Kurva DTA secara garis besar adalah kurva perbedaan temperatur antara material
sampel dengan material referensi. Kurva DTA dapat digunakan sebagaifinger
printuntuk tujuan identifikasi. Area dibawah peak kurva DTA dapat
diidentifikasi sebagai perubahan entalpi dan tidak dipengaruhi oleh kapasitas
panas sampel.[2]Pada Gambar 1 ditunjukkan contoh kurva DTA dari perak murni
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
11/18
Gambar 10: Temperatur sampel dan sampel referensi (a) sinyal DTA berdasarkan
temperatur dan waktu
DTA banyak digunakan untuk mengkarakterisasi sampel yang terbuat dari clayatau material karbonat. Keterbatasan dari DTA ini adalah sensitivitasnya yang
cukup rendah. Seperti contoh pada Gambar 2, peak kurva DTA dari minerallimonite yang ditunjukkan hanya satu, hal ini diakibatkan oleh kecilnya kuantitaspanas yang dikeluarkan sehingga sulit untuk dieteksi.
Gambar 11: Kurva pemanasan DTA pada mineral limonite
Meskipun begitu, kurva DTA dapat merekam transformasi apakah panas didalam
chamber itu diserap atau dikeluarkan. DTA sangat membantu untuk memahamihasil dari XRD, analisis kimia dan mikroskopi. Keuntungan dari DTA adalah :
dapat menentukan kondisi eksperimental sampel (baik dengan tekanan tinggi
atau vakum)
instrument dapat digunakan dalam temperatur tinggi
karakteristik transisi dan reaksi pada temperatur tertentu dapat dideteksi
dengan baik[3]
DTA juga dapat digunakan untuk menghitung ukuran kuantitatif seperti
pengukuran entalpi. DTA dapat mendeteksi perubahan yang instan pada massa
sampel.[1] Perhitungan entalpi oleh DTA adalah dengan menggunakan metode
perbedaan massa seperti yang ditunjukkan pada Persamaan 2.
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
12/18
Karena DTA mengijinkan sampel mengalami kehilangan berat saat pengukuran,
DTA sangat berguna untuk material dengan dekomposisi yang cukup intensif
seperti elastomer, material eksotermik, dll.[1]Berikut faktor-faktor yang
mempengaruhi hasil pengujian DTA :
Berat sampel
Ukuran partikel Laju pemanasan
Kondisi atmosfir
Kondisi material itu sendiri
Jadi dapat didefinisikan kalau DTA adalah teknik untuk merekap perbedaantemperatur antara sampel material dengan material referensi terhadap waktu atau
temperatur, dimana kedua spesimen diperlakukan dibawah temperatur yang
identik didalam lingkungan pemanasan atau pendinginan pada laju yang
dikontrol.
Prinsip KerjaAlat-alat yang digunakan dari DTA kit adalah sebagai berikut :
Sample holderbeserta thermocouples,sample containers dan blok keramik
atau logam.[2]Yang banyak digunakan adalah Al2O3[1]
Furnace(dapur):furnaceyang digunakan harus stabil pada zona panas yangbesar dan harus mampu merespon perintah dengan cepat dari temperatur
programmer
Temperature programmer: penting untuk menjaga laju pemanasan agar tetap
konstan
Sistem perekaman (recording)
Sample holderterdiri dari thermocoupleyang masing-masing terdapat pada
material sampel dan reference. Thermocoupleini dikelilingi oleh sebuah blok
untuk memastikan tidak ada kebocoran panas. Sampel ditaruh di kubikel kecil
dimana bagian bawahnya dipasangkanthermocouple.Thermocouplediletakkan
langsung berkontakan dengan sampel dan material referensi.Gambar 12
menunjukkan skematis dari DTA kit yang digunakan untuk mengkarakterisasisampel.
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
13/18
Gambar 12: Gambar skematis sel DTA
Blok logam cenderung lebih bagus dibandingkan dengan keramik, karenakeramik mengandung banyak porositas. Namun di lain hal, konduktivitas thermal
mereka terlalu tinggi sehingga peaks yang ditimbulkan oleh kurva DTA lebih
rendah.
Pemasangan sampel diisolasi dari pengaruh listrik dapur dengan semacampembungkus yang biasanya terbuat dari platinum-coated ceramic material.
Selama eksperimen temperatur yang digunakan sampai 1500C dengan laju
pemanasan dan pendinginan 50 K/menit. DTA dapat mencapai rentangtemperatur dari -150-2400C. Dapur crucible dibuat dari tungsten atau grafit.Sangat penting untuk menggunakan atmosfer inert untuk mencegah degradasi
dari dapur crucible.
Tahap kerja DTA adalah sebagai berikut :
Memanaskan heating block
Ukuran sampel dengan ukuran material referensi sedapat mungkin identik
dan dipasangkan pada sampel holder
Thermocouple harus ditempatkan berkontakan secara langsung dengansampel dan material referensi
Temperatur di heating block akan meningkat, diikuti dengan peningkatan
temperatur sampel dan material referensi
Apabila pada thermocouple tidak terdeteksi perbedaan temperatur antara
sampel dan material referensi, maka tidak terjadi perubahan fisika dan kimia
pada sampel. Apabila ada perubahan fisika dan kimia, maka akan terdeteksi
adanya T.
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
14/18
3. Thermogravimetric Analysis (TGA)
Thermogravimetri adalah teknik untuk mengukur perubahan berat dari suatu
senyawa sebagai fungsi dari suhu ataupun waktu. Hasilnya biasanya berupa
rekaman diagram yang kontinu; reaksi dekomposisi satu tahap yang skematikdiperlihatkan pada Gambar 1. sampel yang digunakan, dengan berat beberapa
miligram, dipanaskan pada laju konstan, berkisar antara 1 20 0C /menit,mempertahan berat awalnya , Wi, sampai mulai terdekomposisi pada suhu Ti.
Pada kondisi pemanasan dinamis, dekomposisi biasanya berlangsung pada range
suhu tertentu, Ti Tf, dan daerah konstan kedua teramati pada suhu diatas T f,
yang berhubungan harga berat residu Wf. Berat Wi, Wf, dan W adalah harga-
harga yang sangat penting dan dapat digunakan pada perhitungan kuantitatifdari perubahan komposisinya, dll. Bertolak belakang dengan berat, harga Tidan
Tf, merupakan harga yang bergantung pada beragam variabel, seperti laju
pemanasan, sifat dari padatan ( ukurannya) dan atmosfer di atas sampel. Efekdari atmosfer ini dapat sangat dramatis, seperti yang diperlihatkan pada Gambar
2 untuk dekomposisi CaCO3; pada kondisi vakum, dekomposisi selesai sebelum
~ 500 0C, namun dalam CO2tekanan atmosfer 1 atm, dekomposisi bahkan belum
berlangsung hingga suhu di atas 900 0C. Oleh sebab itu, Ti dan Tf merupakan
nilai yang sangat bergantung pada kondisi eksperimen, karenanya tidak mewakili
suhu-suhu dekomposisi pada equilibrium.
Gambar 13 : Skema termogram bagi reaksi dekomposisi satu tahap
Gambar 14. Dekomposisi CaCO3pada atmosfer yang berbeda
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
15/18
4. Differential Scanning Calorymetri (DSC)Analisis termal dalam pengertian luas adalah pengukuran sifat kimia fisika bahan
sebagai fungsi suhu. Penetapan dengan metode ini dapat memberikan informasi
pada kesempurnaan kristal, polimorfisma, titik lebur, sublimasi, transisi kaca,
dedrasi, penguapan, pirolisis, interaksi padat-padat dan kemurnian. Data
semacam ini berguna untuk karakterisasi senyawa yang memandang kesesuaian,stabilitas, kemasan dan pengawasan kualitas. Pengukuran dalam analisis termal
meliputi suhutransisi, termogravimetri dan analisis cemaran.
Analisis termal DSC digunakan untuk mengetahui fase- fase transisi pada
polimer. Analisis ini menggunakan dua wadah sampel dan pembanding yangidentik dan umumnya terbuat dari alumunium (Martianingsih dan Lukman, 2010)
Teknik-teknik yang mencakup dalam metode analisis termal adalah:
(Analisis termogravimetri termogravimetric analysis=TGA), yang didasari pada
perubahan berat akibat pemanasan. Analisis diferensial termal(diferential thermal
analysis=DTA),di dasari pada perubahan kandungan panas akibat perubahantemperatur dan titrasi termometrik. Dalam DTA (Differential Thermal Analysis),
panas diserap atau diemisikan oleh sistem kimia bahan yang dilakukan denganpembanding yang inert (Alumina, Silikon, Karbit atau manik kaca) karena suhu
keduanya ditambahkan dengan laju yang konstan. Dalam DSC (Differential
Scanning Calorimetry), sampel dan pembanding juga bergantung padapenambahan suhu secara terus-menerus, namun panas yang ditambahkan baik ke
sampel atau ke pembanding dilakukan seperlunya, hal ini untuk mempertahankan
agar suhu keduanya selalu sama. Penambahan panas dicatat pada recorder, panas
ini digunakan untuk mengganti kekurangan atau kelebihan sebagai akibat dari
reaksi endoterm atau eksoterm yang terjadi dalam sampel. Data yang di perolehdari masing-masing teknik tersebut digunakan untuk memplot secara kontiyu
dalam bentuk kurva yang dapat disetarakan dengan suatu spektrum yang dikenal
dengan sebagai termogram.
Differential Scanning Calorimeter (DSC) merupakan salah satu alat dari Thermal
Analyzer yang dapat digunakan untuk menentukan kapasitas panas dan entalpi
dari suatu bahan. Differential Scanning Calorimetry (DSC) adalah teknik analisayang mengukur perbedaan kalor yang masuk ke dalam sampel dan pembanding
sebagai fungsi temperatur.
Differential Scanning Calorimeter (DSC) merupakan salah satu alat dari Thermal
Analyzer yang dapat digunakan untuk menentukan kapasitas panas dan entalpidari suatu bahan (Ginting et al.,2005).
Differential Scanning Calorimetry(DSC) secara luas digunakan untuk
mengkarakterisasi sifat thermophysical polimer. DSC dapat mengukur sifattermoplastik penting termasuk titik leleh, kalor peleburan, persen kristalinitas dan
suhu transisi gelas.
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
16/18
Gambar 15 : alat DSC
Kalorimetri pemindaian atau DSC Diferensial adalah teknik thermoanalytical di
mana perbedaan dalam jumlah panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhudari sampel dan acuan yang diukur sebagai fungsi temperatur. Baik sampel dan
acuan yang sangat dipertahankan pada suhu yang sama pada hampir seluruh
percobaan. Secara umum, program suhu untuk analisis DSC dirancang seperti
bahwa peningkatan suhu pemegang sampel linear sebagai fungsi waktu. Sampel
referensi harus memiliki kapasitas panas yang jelas atas kisaran temperatur akandipindai.
Prinsip dasar yang mendasari teknik ini adalah, bila sampel mengalami
transformasi fisik seperti transisi fase, lebih (atau kurang) panas harus mengalir
ke referensi untuk mempertahankan keduanya pada temperatur yang sama. Lebih
atau kurang panas yang harus mengalir ke sampel tergantung pada apakah proses
ini eksotermik atau endotermik. Misalnya, sebagai sampel padat meleleh, cairan
itu akan memerlukan lebih banyak panas mengalir ke sampel untuk
meningkatkan suhu pada tingkat yang sama sebagai acuan. Hal ini disebabkan
penyerapan panas oleh sampel karena mengalami transisi fase endotermik dari
padat menjadi cair. Demikian juga, sampel ini mengalami proses eksotermik(seperti kristalisasi), panas yang lebih sedikit diperlukan untuk menaikkan suhu
sampel. Dengan mengamati perbedaan aliran panas antara sampel dan referensi,
diferensial scanning kalorimeter mampu mengukur jumlah panas yang diserapatau dilepaskan selama transisi tersebut.
DSC juga dapat digunakan untuk mengamati perubahan fasa lebih halus, seperti
transisi kaca. DSC banyak digunakan dalam pengaturan industri sebagaiinstrumen pengendalian kualitas karena penerapannya dalam mengevaluasi
kemurnian sampel dan untuk mempelajari pengobatan polimer. Hasil percobaan
DSC adalah pemanasan atau pendinginan kurva.Polimer sering dianggap sebagai
material yang tidak mampu memberikan performa yang baik pada termperaturtinggi. Namun, pada kenyataannya, terdapat beberapa polimer yang cocok untuk
penggunaan pada temperatur tinggi, bahkan lebih baik daripada traditional
materials.
Pada polimer, khususnya plastik, definisi temperatur tinggi adalah suhu diatas135oC. Pada temperatur tinggi, polimer tidak hanya melunak, tetapi juga dapat
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
17/18
mengalami degradasi termal. Sebuah plastik yang mengalami pelunakan pada
temperatur tinggi tetapi mulai mengalami degradasi termal pada suhu yang jauh
lebih rendah hanya dapat digunakan pada suhu di bawah suhu dia mulai
mengalami degradasi. Menentukan temperatur aplikasi membutuhkan
pengetahuan mengenai perilaku degradasi termal dari polimer tersebut. Titik
pelunakan pada polimer sangatlah ditentukan oleh tipe polimer yang digunakan.Pada polimer amorf, suhu yang penting adalah Tg (glass transition temperature).
Sedangkan, pada polimer kristalin dan semi-kristalin, suhu yang penting terletak
pada Tm (melting point).
Menurut Nurjannah (2008), prinsip kerja analisis termal DSC didasarkan padaperbedaan suhu antara sampel dan suatu pembanding yang diukur ketika sampel
dan pembanding dipanaskan dengan pemanasan yang beragam. Perbedaan suhu
antara sampel dan zat pembanding yang lembam (inert) akan teramati apabila
terjadi perubahan dalam sampel yang melibatkan panas seperti reaksi kimia,
perubahan fase atau perubahan struktur. Jika H (-) maka suhu sampel akan lebihrendah daripada suhu pembanding, sedangkan jika H (+) maka suhu sampel
akan lebih besar daripada suhu zat pembanding. Perubahan kalor setara denganperubahan entalpi pada tekanan konstan.
Data yang diperoleh dari analisis DSC dapat digunakan untuk mempelajari kalor
reaksi, kinetika, kapasitas kalor, transisi fase, kestabilan termal, kemurnian,komposisi sampel, titik kritis, dan diagram fase. Termogram hasil analisis DSC
dari suatu bahan polimer akan memberikan informasi titik transisi kaca (Tg),
yaitu suhu pada saat polimer berubah dari bersifat kaca menjadi seperti karet,
titik kristalisasi (Tc), yaitu pada saat polimer berbentuk kristal, titik leleh (Tm),
yaitu saat polimer berwujud cairan, dan titik dekomposisi (Td), yaitu saat polimermulai rusak.
Menurut Klanniket al.(2009) terdapat 3 tipe dasar dalam sistem DSC yaitu:
a. Heatflux DSC
b. Power Competation DSC
c. Hyper DSC
-
7/25/2019 MATERIAL KRISTALIN DAN ALAT UKUR
18/18
STRUKTUR KRISTALIN DAN ALAT KARAKTERISASI
STRUKTUR KRISTAL (RESUME)
Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Kapita Selekta Material Fotonik
Oleh :
DWIKA ANDJANI
20214048
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2016
top related