Struktur Kristal Tembaga

KATA PENGANTAR

Assalamu ‘Alaikum Warohmatullahi Wabarokatuh.

Mengawali tulisan yang mengadung ribuan makna, tak lupa kita panjatkan rasa syukur dan segala pujian kepada Sang Kholik, Allah subhanahu Wa Ta’ala yang telah memberikan Rahman dan Rohim-Nya kepada penulis dan pembaca di dunia dan akhirat serta kesempatan yang diberikan hingga pada akhirnya penulis mampu merampungkan laporan ini. Tak lupa pula kita curahkan salam dan salawat kepada Rasulullah Sallallahu Alaihi Wa Sallam, Nabi seluruh umat hingga akhir zaman,  yang telah menerangi hidup dengan risalahnya, serta salam kepada para sahabat, tabi’in, tabiut tabi’in dan orang-orang yang beriman hingga yaumul akhir.

Makalah ini merupakan salah satu tugas Kimia Fisika material yang membahas mengenai struktur Kristal tembaga. Di dalamnya dibahas mengenai bentuk, sifat kimia dan fisika dari Kristal kimia.

Terima kasih penulis ucapkan kepada semua pihak yang telah membimbing dan telah membantu dalam pembuatan laporan ini. Penulis sadar sepenuhnya bahwa laporan ini masih jauh dari kesempurnaan, sehingga saran dan kritik yang bersifat membangun sangat kami harapkan untuk penyusunan laporan selanjutnya. Akhirnya, semoga laporan ini berisikan seluruh rangkaian kegiatan praktikum biokimia ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Aamiin.

Makassar, 5 Desember 2013

                                                        Penulis

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

            Kristal logam adalah kumpulan ion positif yang tersusun teratur dalam ruang dan lautan elektron bebas yang bergerak dalam ruang berisis ion tersebut. Elektron dihambur oleh ion-ion yang melakukan getaran termal disekitar kedudukan seimbangnya dan ketidakmurnian kimiawi dan cacat geometrik kristal logam.

            Salah satu Kristal logam yang terdapat di alam adalah tembaga (Cu). Struktur kristal tembaga adalah face centered cubic (FCC) dengan karakteristik lembut dan ductile, permukaan mengkilat berwarna merah-jingga. Secara umum tembaga dimanfaatkan untuk membuat kawat, perunggu dan koin.

            Untuk membahas lebih lanjut mengenai struktur Kristal logam tembaga maka disusunlah makalah ini.

           

 

BAB II

PEMBAHASAN

2.1    KRISTAL

            Kristal atau hablur 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.

Gambar 1. Bentuk Kristal

            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-molekulnyabiasanya 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.

2.2  TEMBAGA (Cu)

Gambar 2. Tembaga

            Tembaga adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Cu dan nomor atom 29. Merupakan logam transisi, berada pada golongan 11 periode 4, dan grup d dalam tabel sistem periodik.  Lambangnya berasal dari bahasa Latin Cuprum. Tembaga merupakan konduktor panas dan listrik yang baik. Selain itu unsur ini memiliki korosi yang cepat sekali. Tembaga murni sifatnya halus dan lunak, dengan permukaan berwarna jingga kemerahan. Tembaga dicampurkan dengan timah untuk membuat perunggu.

            Logam ini dan aloinya (campuran) telah digunakan selama empat hari. Di era Roma, tembaga umumnya ditambang di Siprus, yang juga asal dari nama logam ini (сyprium, logam Siprus), nantinya disingkat jadi сuprum). Ikatan dari logam ini biasanya dinamai dengan tembaga(II).

            Ion Tembaga(II) dapat berlarut ke dalam air, dimana fungsi mereka dalam konsentrasi tinggi adalah sebagai agen anti bakteri, fungisi, dan bahan tambahan kayu. Dalam konsentrasi tinggi maka tembaga akan bersifat racun, tapi dalam jumlah sedikit tembaga merupakan nutrien yang penting bagi kehidupan manusia dan tanaman tingkat rendah. Di dalam tubuh, tembaga biasanya ditemukan di bagian hati, otak, usus, jantung, dan ginjal.

2.3  SIFAT FISIK DAN KIMIA TEMBAGA

2.3.1 Fisika

            Sifat lunak tembaga dapat dijelaskan oleh konduktivitas listriknya yang tinggi (59,6×10⁶ s /m) dan oleh karena itu juga mempunyai konduktivitas termal yang tinggi      (kedua tertinggi) diantara semua logam murni pada suhu kamar. Bersama dengan sesium dan emas (keduanya berwarna kuning) dan osmium (kebiruan), tembaga adalah satu dari empat logam dengan warna asli selain abu-abu atau perak. Tembaga murni berwarna merah-oranye dan menjadi kemerahan bila kontak dengan udara.

Gambar 3. Tembaga dengan kemurnian 99 %

            Tembaga merupakan logam yang berwarna kuning seperti emas seperti pada gambar dan keras bila tidak murni. Mudah ditempa (liat) dan bersifat mulur sehingga mudah dibentuk menjadi pipa, lembaran tipis dan kawat. Konduktor panas dan listrik yang baik, kedua setelah perak.Titik leleh : 1.0830C, titik didih : 2.3010C serta Berat jenis tembaga sekitar 8,92 gr/cm3.

2.3.2 Kimia

            Memiliki massa atom standar tembaga sebesar 63.546 g/mol dan volume atom 7.1 cm3/mol. Pada temperatur kamar berwujud padat dengan titik lebur pada 1357.77 K dan titik didik 2835 K. Memiliki kalor peleburan sebesar 13, 26 KJ/mol, kalor penguapan sebesar 300,4 KJ/mol, dan kapasitas kalor 24,440 J/mol K. Energi ionisasi pertama sebesar 745.4 kJ/mole, energi ionisasi kedua sebesar 1957.9 kJ/mole, dan energi ionisasi ketiga sebesar 3553.5 kJ/mole. Elektronegativitas tembaga adalah 1.95 skala Pauling dan affinitas elektron sebesar 118.5 kJ/mole. Tembaga memiliki panas spesifik 0.38 J/gK. Bilangan oksidasi yang umum adalah +2, namun tembaga juga bisa memiliki bilangan oksidasi +1, +3, dan +4.

            Tembaga tidak bereaksi dengan air, namun ia bereaksi perlahan dengan oksigen dari udara membentuk lapisan coklat-hitam tembaga oksida. Berbeda dengan oksidasi besi oleh udara, lapisan oksida ini kemudian menghentikan korosi berlanjut. Lapisan verdigris(tembaga karbonat) berwarna hijau dapat dilihat pada konstruksi-konstruksi dari tembaga yang berusia tua, seperti pada Patung Liberty. Tembaga bereaksi dengan sulfida membentuk tembaga sulfida.

2.4  Struktur Tembaga

            Struktur kristal tembaga adalah kubus berpusat muka atau face centered cubic (FCC) dengan karakteristik lembut dan ductile, permukaan mengkilat berwarna merah-jingga dan  memiliki titik leleh 1084,62 ^oC. Secara umum tembaga dimanfaatkan untuk membuat kawat, perunggu dan koin. Struktur FCC mempunyai sebuah atom pada pusat semua sisi kubus dan sebuah atom pada setiap titik sudut kubus. Beberapa logam yang memiliki struktur kristal FCC yaitu tembaga, aluminium, besi, timbal, perak, dan emas.

            Tiap atom dalam sel satuan FCC ini dikelilingi oleh duabelas (12) atom tetangga, hal ini berlaku untuk setiap atom, baik yang terletak pada titk sudut maupun atom dipusat sel satuan. Jumah atom tetangga yang mengelilingi setiap atom dalam struktur kristal FCC yang nilainya sama untuk setiap atom disebut dengan bilangan koordinasi (coordination number). Bilangan koordinasi struktur FCC adalah 12. Faktor tumpukan atom (atomic packing factor, APF) adalah fraksi volum dari sel satuan yang ditempati oleh bola-bola padat.

            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. Setiap atom pada struktur  kristal FCC dikelilingi oleh 12 atom, jadi bilangan koordinasinya adalah 12. Dari gambar  di bawah hard sphere unit cell terlihat bahwa atom-atom dalam struktur kristal FCC tersusun dalam kondisi yang cukup padat. Ini terbukti dengan tingginya harga APF dari  sel satuan FCC yaitu 74% dibandingkan denag APF sel satuan BCC. Sel satuan FCC  mempunyai 8 x 1/8 (pada sudut kubus) + 6 x ½ ( pada pusat sisi kubut) = 4 atom per sel satuan. Hubungan antara panjang sisi kubus a, dengan jari-jari R dapat ditentukan dengan menggunkan formula :

Gambar 3. Struktur Kristal Kubik berpusat Muka (FCC)

2.5 Senyawa-senyawa Tembaga

            Senyawa tembaga yang paling sederhana adalah senyawa biner (terdiri dari 2 elemen saja). Biner yang paling penting diantaranya oksida, sulfida, dan halida. Tembaga memiliki dua valensi, +1 dan +2.  Cara termudah jauh untuk membuat +1, yaitu Cu ₂ O, adalah dengan elektrolisis anoda tembaga dalam larutan klorida. Tembaga(I) oksida, tembaga(II) oksida, tembaga(I) sulfida, dan tembaga monosulfida merupakan contoh senyawa tembaga biner. Untuk senyawa halida, yang dikenal diantaranya tembaga(I) klorida, tembaga(I) bromida, dan tembaga(I) iodida, juga tembaga(II) fluorida, tembaga(II) klorida, dan tembaga(II) bromida.

                Hidroksida tembaga dapat diendapkan dari larutan asam, seperti nitrat dan sulfat. Tembaga hidroksida biru atau karbonat masih harus didapat.
Oksida tembaga, CuO, dapat dihasilkan secara langsung, tetapi lambat dan melelahkan karena hanya terbentuk di lapisan. Bubuk logam mungkin cukup bila dipanaskan di udara untuk setidaknya merah panas.  Setelah lapisan hitam serpihan, lapisan penganut Cu ₂ O terlihat yang dapat digunakan untuk berbagai percobaan semikonduktor. Gambar dibawah ini adalah Warnanya, untuk sebagian besar, hitam, tapi aku dapat mendeteksi tanda-tanda sedikit merah untuk hal itu, menunjukkan Cu₂ O atau konten Cu. Ada juga Fe atau Pb pengotor.

Gambar 4. 90% CuO, dengan Cu₂O dan Fe₂O₃ sebagai pengotor utama.

            Tembaga(II) sulfat, juga dikenal dengan cupri sulfat, adalah sebuah senyawa kimia dengan rumus molekul CuSO₄. Senyawa garam ini eksis di bumi dengan kederajatan hidrasi yang berbeda-beda. Bentuk anhidratnya berbentuk bubuk hijau pucat atau abu-abu putih, sedangkan bentuk pentahidratnya (CuSO₄·5H₂O), berwarna biru terang. Kristal tembaga sulfat, diuapkan dari larutan yang dibuat dengan asam sulfat dan CuO. 

 

Gambar 5. Tembaga Sulfat

            Berikut adalah Senyawa tembaga diklorida, bentuknya masif dan berbentuk kristal acicular deliquescent (jarum datar) berwarna hijau. Pada rekristalisasi sampel ini apabila telah disimpan lama dan mongering, akhirnya berubah kebiruan. CuCl₂ agak larut dan kelembaban sedikit dapat membentuk banyak kristal. Pengeringan adalah waktu yang paling luar biasa karena berubah  dari hijau lembab menjadi biru langit.

Gambar 6. Tembaga CuCl₂

BAB III

KESIMPULAN

            Kesimpulan dalam makalah ini adalah:

1.      Tembaga adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Cu dan nomor atom 29. Merupakan logam transisi, berada pada golongan 11 periode 4, dan grup d dalam tabel sistem periodic, Tembaga memiliki dua valensi, +1 dan +2.  

2.      Struktur kristal tembaga adalah kubus berpusat muka atau face centered cubic (FCC).

3.      Senyawa tembaga yang paling sederhana adalah senyawa biner (terdiri dari 2 elemen saja). Biner yang paling penting diantaranya oksida, sulfida, dan halida.

4.      Kebanyakan senyawa tembaga berbentuk Kristal seperti Kristal  tembaga sulfat yang berwarna biru dan Kristal CuCl₂ yang berwarna hijau.

 DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2013, Tembaga,(Online),( http://id.wikipedia.org/wiki/Tembaga(II)_sulfat).

Anonim, 2013, Kristal ,(Online), (http://id.wikipedia.org/wiki/Kristal).

Arga, 2013, Oksida dan Hidroksida, (Online), (http://recyclingindonesia.blogspot.com /2013/ 07/oksida-dan-hidroksida.html).

 Fadilaeni, A., 2013, Atom Tembaga (Cu), (Online), (http://afiffadilaeni.wordpress.com).

 Smallman R.E. dan R.J. Bishop, 1999. Metalurgi Fisik Moderen dan Rekayasa Material, Erlangga, Jakarta.

Suprihatin, Agung, 2013, Pemanfaatan Sifat Kelarutan Hidroksida Logam untuk Menurunkan Kadar Tembaga Pada Limbah PCB, Friday Published, Malang.