Modul 1-teori atom.ppt

*Metalurgi Fisik

Mechanical Engineering DepartmentFaculty of EngineeringUniversity of Jenderal Achmad Yani

*Metalurgi Fisik : mempelajari pengaruh struktur mikro terhadap sifat - sifat logam, memodifikasi struktur mikro). Pengetahuan sifat-sifat logam (Fisik dan Mekanik) dan cara mengubah sifat yang meliputi struktur atom, deformasi, ketidak sempurnaan logam, teori dislokasi, diagram fasa, diagram TTT, perlakuan panas, sifat mampu keras, mekanisme penguatan, pengaruh unsur paduan dan kerusakan logam.

*

Membekali pemahaman dan kemampuan : Tentang sifat-sifat material teknik, khususnya sifat fisik logam yang berkaitan erat dengan sifat mekanik dan teknologi. Untuk dapat merekayasa sifat suatu material (logam) supaya sesuai dengan sifat yang diinginkan melalui teknologi proses. Menganalisa kerusakan suatu material dan memilih material yang sesuai (dan/atau point 2) pada aplikasinya.

tm-151 pengantar metalurgi; Kusharjanto, Ir., MT.

W.F. Smith, Surdia T. & Sato S., " Pengetahuan Bahan Teknik", PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1992. William d. Callister, JR., " Materials Science and Engineering an Introduction", John Wiley & Sons, Inc, 1985 Principles of Materials Science and Engineering, McGraw-Hill, Singapore, 1990.J.A. Jacobs, Engineering Materials Technology, Prentice-Hall, 1994.S.H. Avner, Introduction to Physical Metallurgy, McGraw-Hill, Tokyo, 1974.D.A. Brandt, Metallurgy Fundamentals, Goodheart-Willcox Co. Inc., South Holland, Illinois, 1985.*


Berpakaian rapi, bersepatuMatikan HPSiap dikelas sebelum pelajaran dimulaiPenyerahan tugas tepat waktu dan arsipkan (copy)*


*

Mg #Pokok BahasanSub Pokok Bahasan1PendahuluanPengatar, silabus, Pustaka2Teori Atom, struktur Atom dan Ikatan AtomModel atom , elektron, Bil Kuantum, Konfigurasi Elektron, Ikatan Atom3Struktur Dalam Kristal Padat.Struktur kristal, sel satuan , BCC, FCC, HCP. System kristal4Indeks MillerArah dan Bidang Kristalografi, Analisa Struktur kristal.5Ketidaksempurnaan dalam bahan padatCacat kristal, Cacat titik, cacat garis, cacat bidang, cacat volume, metalografi6DifusiMekanisme difusi, faktor-faktor yang berpengaruh pada difusi7DifusiMekanisme difusi, faktor-faktor yang berpengaruh pada difusi8Ujian Tengah Semester


*

Mg #Pokok BahasanSub Pokok Bahasan9Diagram FasaDiagram satu komponen, pemaduan, syarat kelarutan10Diagram FasaDiagram fasa Biner yang menunjukkan kelarutan sempurna, larut sebagian11Fraksi Komposisi fasaMenunjukkan reaksi eutektik, eutektoid, peritektik12Fraksi Komposisi FasaKaidah lengan13Perlakuan PanasPemanasan dan pendinginan, Normalising, Annealing, quenching, homogenisasi14Mekanisme Penguatan Paduan Logam Penguatan larutan padat, Pengerasan regangan15Mekanisme Penguatan Paduan LogamPenguatan Batas Butiran, Pengerasan Endapan, penguatan melalui pembentukan fasa martensit16Ujian Akhir Semester


Ujian Tengah Semester (UTS) = 30%Ujian Akhir Semester (UAS) = 40%Tugas/Quiz = 20%Aktivitas/Absensi = 10%Yang berhak mengikuti ujian akhir semester: kehadiran 80%*

Engineering Materials

Metals and Alloy Metals (Logam dan Paduan Logam)Ceramics (keramik)Polymers (polimer)Composites (komposit)

*

Logam dan paduan logam(Fe-C, Cu-Zn, Cu-Sn, Al-Cu, paduan Mg/Ti/Ni)Sifat umum : Konduktor Kekuatan Kekakuan (stiffness) Kelunakan (ductility) Formability Ketahanan Impak

Dimanfaatkan untuk konstruksi atau pemakaian dengan beban tinggi

Sebagian besar dipadu dengan unsur non logam (C) atau/dan logam lain agar diperoleh kombinasi sifat yang lebih berdaya guna.*

2. Ceramic (Bata, Gelas, Insulator, Porselen)Sifat umum :Konduktivitas rendahKekuatan dan kekerasan tinggiDuctility dan formability rendah

Digunakan sebagai material konstrukai dengan beban tekan.

Memiliki ketahanan terhadap temperatur dan korosi yang lebih baik.

*

3. Polymer (plastik, karet, adhesive/perekat)Sifat Umum :Konduktor rendahKekuatan rendahMulur, formability dan impak yang baikBerat jenis kecil (ringan)Ketahanan korosi baik

Tidak cocok untuk pemakaian pada temperatur tinggi

*

4. Composite gabungan dua atau lebih material logam (paduan logam), keramik dan polimer yang menghasilkan sifat-sifat yang tidak dimiliki masing-masing material penyusun.

(concreate, plywood, fiberglass, MMC, PMC, CMC)

Sifat Umum :RinganKuatDuctileTahan temperatur tinggi *

Metalurgi Fisik :

Sifat yang dimiliki suatu logam yang dipengaruhi oleh bagaimana logam tersebut tersusun secara atomik yang membentuk struktur kristal logam

*

Application of the Tetrahedron of Materials Science & Engineering to Sheet Steels for Automotive ChassisNote that the microstructure-synthesis and processing-composition are all interconnected and affect the performance-to-cost ratio. *MS-125 Material Teknik - Minggu 1

MS-125 Material Teknik - Minggu 1

Figure 1.2 Application of the tetrahedron of materials science and engineering to sheet steels for automotive chassis. Note that the microstructure-synthesis and processing-composition are all interconnected and affect the performance-to-cost ratio.

Salah satu konsep ilmiah tertua adalah bahwa semua materi dapat dipecah menjadi zarah (partikel) terkecil, dimana partikel-partikel itu tidak bisa dibagi lebih lanjut.A : Tidak, Tomos : memotong. Dinamakan atom karena dianggap tidak dapat dipecah lagi

Teori John Dalton : Atom-atom unsur yang sama akan mempunyai sifat yang sama dan atom-atom dari unsur-unsur yang berbeda akan berbeda pula sifatnyaModel atom Rutherford : Atom terdiri dari proton dan neotron pada intinya dan elektron berputar disekelilingnya, berbentuk spiral (tidak stabil)Model atom Niels Bohr : Atom terdiri dari proton dan neutron pada inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron yang bergerak pada lintasan tertentu.*

Pencetus teori atom modern.Teorinya dilandasi oleh kejadian kimiawi dan data kuantitatif.Teori Dalton ditunjang juga oleh 2 percobaan (oleh Lavoisier dan Prost) dan 2 hukum alam (Kekekalan massa dan Perbandingan tetap)

Mula-mula tinggi cairan merkuri dalam wadah yang berisi udara adalah A, tetapi setelah beberapa hari merkuri naik ke B dan ketinggian ini tetap. Beda tinggi A dan B menyatakan volume udara yang digunakan oleh merkuri dalam pembentukan bubuk merah (merkuri oksida). Untuk menguji fakta ini, Lavoisier mengumpulkan merkuri oksida, kemudian dipanaskan lagi. Bubuk merah ini akan terurai menjadi cairan merkuri dan sejumlah volume gas (oksigen) yang jumlahnya sama dengan udara yang dibutuhkan dalam percobaan pertama.

Massa bahan keseluruhan setelah reaksi kimia sama dengan sebelum reaksi

Pada tahun 1799 Proust menemukan bahwa senyawa tembaga karbonat baik yang dihasilkan melalui sintesis di laboratorium maupun yang diperoleh di alam memiliki susunan yang tetap.

Percobaan ke-Sebelum pemanasan (g Mg)Setelah pemanasan (g MgO)Perbandingan Mg/MgO10,621,020,62/1,02 = 0,6120,480,790,48/0,79 = 0,6030,360,600,36/0,60 = 0,60


Tiap unsur kimia tersusun oleh partikel-partikel kecil yang tidak bisa dihancurkan dan dibagi, yang disebut atom. Selama perubahan kimia, atom tidak bisa diciptakan dan juga tidak bisa dimusnahkanSemua atom dari suatu unsur mempunyai massa (berat) dan sifat yang sama, tetapi atom-atom dari suatu unsur berbeda dengan atom dari unsur yang lain, baik massa (berat) maupun sifat-sifatnya berlainan.Dalam senyawa kimiawi, atom-atom dari unsur yang berlainan melakukan ikatan dengan perbandingan numerik yang sederhana : Misalnya satu atom A dan satu atom B (AB); satu atom A dan dua atom B (AB2).

Bila dua unsur membentuk lebih dari satu senyawa, perban-dingan massa dari unsur pertama dengan unsur kedua meru-pakan bilangan yang sederhana.Etilena C HMetana H C HBA=5BA=1BA=1BA=5BA=1Per gram hidrogen dalam gas etilena terdapat 5 gram karbon, jadi

Per gram hidrogen dalam gas metana terdapat 2,5 gram karbon, jadi :Dalton meneliti bahwa hidrogen pada gas metana adalah dua kali dari hidrogen yang terdapat pada gas etilena. Ia menyatakan bahwa rumus gas metana adalah CH2 dan etilena CH (Rumus yang benar berdasarkan pengetahuan sekarang adalah CH4 dan C2H4).

Sebagian dari massa dan muatan (+) sebuah atom berpusat pada daerah yang sempit yang disebut inti atom, sebagian besar atom merupakan ruang kosong.Besarnya muatan pada inti berbeda untuk atom yang berbeda dan kira-kira setengah dari nilai numerik bobot atom suatu unsur.Diluar inti suatu atom harus terdapat elektron yang jumlahnya sama dengan satuan muatan inti (agar atom netral).

Pada tahun 1913 Moseley menemukan bahwa panjang gelombang sinar x bervariasi tergantung dari bahan sasarannya. Dengan menghubungkan hal ini ke persamaan matematis disimpulkan bahwa setiap unsur dapat ditetapkan dengan suatu bilangan bulat yang disebut nomor atom.Tahun 1919 Rutherford mengembangkan satuan dasar muatan positif yang disebut proton hasil risetnya dari jalur lintasan partikel diudara.Konsep yang dipopulerkan oleh Rutherford adalah inti mengandung sejumlah proton yang sama dengan nomor atomnya dan sejumlah partikel netral yang disebut neutron agar sesuai dengan massa atom.Pada tahun 1930-an Chadwick membuktikan keberadaan neutron melalui percobaan pemboman berilium dan boron dengan partikel , sehingga model atom yang terdiri dari elektron, proton dan neutron lengkap ditemukan.

Proton, neutron dan elektron

Nukleus Nukleus berada di tengah atom; ia mengandung proton dan neutron. Kumpulan proton dan neutron disebut juga nukleon.Pada hakekatnya, seluruh massa atom berpusat di nukleus, karena massa elektron sangat kecil.

Massa relatifMuatan relatifproton1+1neutron10elektron1/1836-1

Jumlah proton = NOMOR ATOM dari atomNomor atom sering disebut juga nomor proton.Jumlah proton + Jumlah neutron = NOMOR MASSA dari atomNomor massa disebut juga nomor nukleon

Informasi nomor atom dan nomor massa biasanya disingkat (a=mass number,b=atomic number) dalam bentuk :

19(a)9(b) F

Berapa banyaknya proton dan neutron yang dimiliki oleh atom tersebut di atas?Nomor atom merupakan jumlah proton (9) dan nomor massa merupakan jumlah proton + neutron (19). Jika atom terdiri dari 9 proton, maka akan ada 10 neutron sehingga total keseluruhannya 19.

Nomor atom menandakan posisi dari suatu elemen pada tabel periodik dan karenanya jumlah proton memberitahukan elemen apa yang kita maksudkan. Jadi, jika atom memiliki 8 proton (nomor atom = 8), ini pasti oksigen. Jika atom memiliki 12 proton (nomor atom= 12), ini pasti magnesium.Begitu juga, setiap atom klor (nomor atom = 17) memiliki 17 proton, dan setiap atom uranium (nomor atom = 92) memiliki 92 proton.

* Kolom-kolom vertikal menyatakan kelompok atom-atom dengan karakteristik kimia dan listrik yang samaElemen elemen logam terletak di bagian kiri, sampai gol IIIA dan ditambah Sn dan Pb di gol IV A, serta Bismuth gol VAUnsur-unsur metaloid terletak pada Gol IV A periode 3 dan 4 yaitu Si dan Ge. Silikon dimanfaatkan untuk kepentingan semikonduktor.Unsur-unsur non logam terletak dibagian sudut atas, mulai dari C Gol IV A; unsur Halogen Gol VII A termasuk gas mulia gol VIII A

Elektron dalam suatu atom terletak pada lintasan-lintasan tertentu yang tiap lintasab mempunyai tingkat energi tertentu.Elektron dalam atom berada dalam suatu kesetimbangan, suatu zat dikatakan setimbang menurut hk. Termodinamika ialah jika energinya berada dalam keadaan seminimum mungkin.Untuk memudahkan dalam menganalisa gerakan elektron, maka dilakukan kwantifikasi/memilah-milah berdasarkan tingkat energinya dengan Bilangan Kwantum (ada 4)*Elektron

Bilangan kuantum utama (n): menunjukkan lintasan elektron dalam suatu atom dan mempunyai harga 1,2,3 dan seterusnya.Contoh : n=1 pada urutan pertama (kulit K)n=2 pada urutan kedua (kulit L)n=3 pada urutan ketiga (kulit M) dan seterusnya sampai n=7 pada kulit Q*

2. Bilangan Kwuantum Azimut (l) : menunjukkan di sub lintasan (sub kulit) mana elektron itu bergerak dan mempunyai harga 0,1,2,3, sampai (n-1)Contoh :n=1 (kulit K) 1 = 0n=2 (kulit L) 1 = 0,1n=3 (kulit M) 1 = 0,1,2 ; dan seterusnya sampai n=7 (kulit Q) 1=0,1,2,3,4,5,6Untuk membedakan sub kulit yang mempunyai harga yang brbeda-beda diberi nama s = 2e p = 6e; d =10e dan f = 14e*

3. Bilangan Kwantum Magnetik (m) : Menunjukkan adanya satu atau beberapa tingkat energi yang setingkat yang merupakan suatu sub kulit dimana jumlah energi tang setingkat untuk setiap sub kulit = jumlah harga m untuk sub kulit tersebut.Contoh :-1 = 0 (sub kulit s), mempunyai harga m = 0 (satu tingkat energi-1 = 1 (sub kulit p), mempunyai harga m = -1,0,1 (tiga tingkat energi)-1 = 2 (sub kulit d), mempunyai harga m = -2,-1,0,1,2 (lima tingkat energi) -1 = 3 (sub kulit f), mempunyai harga m = -3,-2,-1,0,1,2,3 (tujuh tingkat energi)

*

4. Bilangan Kwuantum Spin (s) : Menunjukkan arah perputaran elektron pada sumbunya, karena hanya arah perputaran yang mungkin, maka s mempunyai harga -1/2 dan +1/2; *Maka dengan adanya bilangan kwuantum kita bisa menggambarkan konfigurasi elektron.

Berdasarkan teori Kwuantum, tingkat energi (kulit) ada 7 tingkat yang dinamai K,L,M sampai Q.Tingkat energi yang paling rendah terdapat pada kulit e (elektron) yang terdalam (kulit K) dan makin jauh dari inti makin besar tingkat energinya.Kulit tersebut terdiri dari sub kulit e yang disebut s,p,d,f. jumlah e maksimum yang dapat mengisi sub kulit e tersebut adalah :s = 2e; p = 6e ; d = 10e dan f = 14econtoh :11 Na : 1s2 2s2 2p6 3s1 6 C : 1s2 2s2 2p2 35 Br : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5*

Konfigurasi elektron sangat berguna kalau berbicara ikatan kimia atau ikatan atom dalam menentukan kestabilan dalam hubungannya dengan logam paduanKonfigurasi elektron suatu unsur selalu berusaha agar sama dengan konfigurasi gas mulia (untuk menggenapkan jumlah elektronnya.*Kesimpulan :Sifat yang ada pada logam sesungguhnya ditentukan oleh unsur-unsur logam tersebut.Sifat logam tidak menutup kemungkinan untuk dirubah/menambah logam dari unsur yang lain.

Ikatan kimia adalah suatu bentuk penggabungan dari atom-atom sehingga membentuk suatu senyawa yang stabil. Atau upaya dari atom untuk menggenapkan atau menstabilkan jumlah elektron pada kulit terluarnya.Ikatan kimia yang terjadi adalah :Ikatan ionIkatan kovalenIkatan logamIkatan Van Der Wals*

Ikatan antara unsur-unsur sebagai akibat adanya gaya elektrostatik.Suatu atom melepaskan elektron terluarnya dan atom lainnya mendapatkan elektron tersebut.2 Na(s) + Cl2(g) ---> 2 Na+ + 2 Cl-*

Ikatan yang terjadi akibat pemakaian bersama elektron-elektronnya untuk mendapatkan konfigurasi atom gas muliacontoh : H + H H2CH4 ; Gas Metana*Na 1s2 2s2 2p6 3s1Core = [Ne] and valence = 3s1

Suatu ikatan yang melibatkan seluruh elektron. Jadi ikatan logam merupakan ikatan yang sangat lemah (ikatan antara unsur-unsur transisi) dimana belum lengkap pengisian elektronnya, elektron tersebut sudah berpindah pada lintasan lain, sehingga banyak elektron bebas yang mengakibatkan material tersebut lemah konduktivitasnnya. *Ikatan Van Der WalsIkatan antara molekul yang terjadi karena adanya perbedaan kutub (momen dipol)

Jadi tujuan ikatan kimia itu didasarkan kepada pemenuhan atom-atom untuk bisa mencapai konfigurasi elektron agar sama dengan konfigurasi elektron gas mulia untuk memenuhi kaidah oktet, dimana yang membatasi ikatan tersebut adalah faktor geometri yang dikenal dengan Bilangan Koordinasi.Bilangan Koordinasi adalah bilangan yang menyatakan banyaknya atom yang bisa mengelilingi atom yang lain. Artinya selain mengelilingi juga bersentuhan*

Banyak/sedikitnya atom yang bisa mengelilingi atom yang lain tergantung pada 2 hal yaitu :Diameter atom yang dikelilingi dan yang mengelilingiPerbandingan Kation dan Anion (c/a) ratio.*Logam memiliki bilangan koordinasi hanya 2 macam yaitu 8 dan 12, dengan perbandingan c/a = 0,7 s/d 1. Selain ini bukan milik logamAkibat adanya pemenuhan kaidah oktet dan bilangan koordinasi, maka dapat disimpulkan bahwa logam dalam keadaan padat akan tersusun sederhana sbb :

****************

Documents

Modul 1-teori atom.ppt