Ilmu dan Rekayasa Material
• Material science (Ilmu Material): disiplin ilmu yang mempelajari hubungan antara
struktur material dengan sifat – sifat material.
• Material engineering (Rekayasa Material) : dengan dasar hubungan struktur dan
sifat bahan, mendisain struktur bahan untuk mendapatkan sifat – sifat yang
diinginkan.
• Struktur bahan : pengaturan / susunan elemen – elemen di dalam bahan.
Tinjauan struktur bahan dibedakan atas :
- Struktur subatonik : ditinjau dari susunan elektron dengan inti
- Level atom : ditinjau dari pengaturan atom atau molekul satu sama lain
- Mikroskopik : ditinjau dari kumpulan group – group atom
- Makroskopik : ditinjau dari struktur yang bisa dilihat dengan mata
telanjang.
• Sifat bahan : dilihat dari kemampuan bahan menerima perlakuan dari luar.
Sifat – sifat bahan padat bisa di kelompokkan atas 6 kategori :
- sifat mekanik
- sifat listrik
- sifat termal / panas
- sifat magnet
- sifat optik
- sifat deterioratif (penurunan kualitas).
Mengapa belajar tentang bahan ?
Beberapa alasan mengapa belajar tentang bahan :
- Banyak masalah bahan yang ditemui oleh insinyur di lapangan
Contoh : masalah transmisi roda gigi.
- Untuk bisa memilih bahan sesuai dengan spesifikasi aplikasi.
Klasifikasi bahan
Bahan bisa diklasifikasikan sbb :
- Logam : konduktor yang baik, tidak transparan.
- Keramik : campuran / senyawa logam + non logam.
- Polimer : adalah senyawa karbon dengan rantai molekul panjang,
termasuk bahan plastik dan karet.
- Komposit : adalah campuran lebih dari satu bahan. (misal: keramik
dengan polimer)
- Semi konduktor : adalah bahan-bahan yang mempunyai sifat setengah
menghantar. elektronik : IC, transistor
- Biomaterial : bahan yang digunakan pada komponen-komponen yang
dimasukkan ketubuh manusia untuk menggantikan bagian tubuh yang
sakit atau rusak.
STRUKTUR KRISTAL PADATAN
STRUKTUR ATOM
Setiap atom terdiri dari inti yang sangat kecil yang terdiri dari proton dan neutron, dan
di kelilingi oleh elektron yang bergerak. Elektron dan proton mempunyai muatan listrik
yang besarnya 1,60 x 10-19 C dengan tanda negatif untuk elektron dan positif untuk
proton sedangkan neutron tidak bermuatan listrik. Massa partikel-partikel subatom ini
sangat kecil: proton dan neutron mempunyai massa kira-kira sama yaitu 1,67 x 10-27 kg,
dan lebih besar dari elektron yang massanya 9,11 x 10-31 kg.
Setiap unsur kimia dibedakan oleh jumlah proton di dalam inti, atau nomor atom (Z).
Untuk atom yang bermuatan listrik netral atau atom yang lengkap, nomor atom adalah
sama dengan jumlah elektron. Nomor atom merupakan bilangan bulat dan mempunyai
jangkauan dari 1 untuk hidrogen hingga 94 untuk plutonium yang merupakan nomor
atom yang paling tinggi untuk unsur yang terbentuk secara alami.
Massa atom (A) dari sebuah atom tertentu bisa dinyatakan sebagai jumlah massa
proton dan neutron di dalam inti. Walaupun jumlah proton sama untuk semua atom
pada sebuah unsur tertentu, namun jumlah neutron (N) bisa bervariasi. Karena itu atom
dari sebuah unsur bisa mempunyai dua atau lebih massa atom yang disebut isotop.
Berat atom berkaitan dengan berat rata-rata massa atom dari isotop yang terjadi secara
alami. Satuan massa atom (sma) bisa digunakan untuk perhitungan berat atom. Suatu
skala sudah ditentukan dimana 1 sma didefinisikan sebagai 1/12 massa atom dari
isotop karbon yang paling umum, karbon 12 (12C) (A = 12,00000). Dengan teori
tersebut, massa proton dan neutron sedikit lebih besar dari satu, dan
A @ Z + N
Berat atom dari unsur atau berat molekul dari senyawa bisa dijelaskan berdasarkan
sma per atom (molekul) atau massa per mol material. Satu mol zat terdiri dari 6,023 x
1023 atom atau molekul (bilangan Avogadro). Kedua teori berat atom ini dikaitkan
dengan persamaan berikut:
1 sma/atom (molekul) = 1 g/mol
Sebagai contoh, berat atom besi adalah 55,85 sma/atom, atau 55,85 g/mol. Kadangkadang
penggunaan sma per atom atau molekul lebih disukai; pada kesempatan lain
g/mol (atau kg/mol) juga digunakan; satuan yang terakhirlah yang akan digunakan pada
buku ini.
IKATAN ATOM PADA BAHAN PADAT
GAYA DAN ENERGI IKAT
Ketika atom didekatkan dari suatu jarak yang tak terbatas. Pada jarak jauh, interaksi
bisa diabaikan, tetapi ketika atom saling mendekati, masing-masing memberikan gaya
ke yang lainnya. Gaya ini ada dua macam, tarik atau tolak, dan besarnya merupakan
fungsi jarak antar atom. Sumber gaya tarik FA tergantung pada jenis ikatan yang ada
antara dua atom. Besarnya berubah dengan jarak, seperti yang digambarkan secara
skematis pada Gambar 2.8a. Akhirnya, kulit elektron terluar dari kedua atom mulai
tumpang tindih, dan gaya tolak yang kuat FR mulai timbul. Gaya netto FN antar dua atom
adalah jumlah kedua komponen tarik dan tolak, yaitu :
N A R F = F + F
yang juga merupakan fungsi jarak antar atom sebagaimana di plot pada Gambar
2.8a.Jika FA dan FR sama besar, tidak ada gaya netto, sehingga:
+ = 0 A R F F
Kemudian kondisi kesetimbangan muncul. Pusat kedua atom tetap terpisah pada
jarak keseimbangan ro seperti ditunjukkan gambar 2.8a. Pada sebagian besar atom, ro
kira-kira 0,3 nm (3Å). Ketika sudah berada pada posisi ini, kedua atom akan melawan
semua usaha untuk memisahkannya dengan gaya tarik, atau untuk mendorongnya
dengan gaya tolak.
0 comments:
Post a Comment