materi xrd kimia
DESCRIPTION
xrdTRANSCRIPT
KRISTAL DAN AMORFKRISTAL DAN AMORF
• KRISTAL
– Memiliki bentuk dan formasi geometri tertentu
– Atom atau molekul tersusun secara teratur
– Memiliki titik lebur tertentu dengan area yang sempit– Memiliki titik lebur tertentu dengan area yang sempit
– Anisotrop(memiliki sifat hanya pada arah tertentu saja, misal: sifat
listrik, dan mekanik )
Contoh: NaCl, grafit, dan TiO2.
• AMORF
– Tidak memiliki bentuk dan geometri tertentu
– Atom atau molekul tersusun secara acak
– Memiliki titik lebur dengan area yang luas
– Isotrop (memiliki sifat yang sama ke segala arah)
Contoh : gelas, plastik, dan karet.
MONOKRISTAL DAN POLIKRISTALMONOKRISTAL DAN POLIKRISTAL
• MONOKRISTAL (KRISTAL TUNGGAL)
Suatu material yang hanya terdiri satu bentuk geometri
atau struktur kristal saja.atau struktur kristal saja.
• POLIKRISTAL
Suatu material yang memiliki 2 atau lebih bentuk geometri
atau struktur kristal.
KLASIFIKASI 7 SISTEM KRISTALKLASIFIKASI 7 SISTEM KRISTAL
Sistem kristal yang ada diklasifikasikan dalam 7 (tujuh)
sistem sebagai berikut:
KARAKTERISTIK SISTEM KRISTAL DAN KISI BRAVAISKARAKTERISTIK SISTEM KRISTAL DAN KISI BRAVAIS
SISTEM KISI UNIT SEL
Triklinik Simple a ≠ b ≠ c ; α ≠ β ≠ γ ≠ 90
MonoklinikSimple
Base-centereda ≠ b ≠ c ; α = γ = 90 ≠ βMonoklinik
Base-centereda ≠ b ≠ c ; α = γ = 90 ≠ β
Orthorhombik
Simple
Base-centered
Body-centered
Face-centered
a ≠ b ≠ c ; α = β = γ = 90
TetragonalSimple
Body-centereda = b ≠ c ; α = β = γ = 90
Simple
Kubus
Simple
Body-centered
Face-centered
a = b = c ; α = β = γ = 90
Trigonal
(Rhombohedral)Simple a = b = c ; α = β = γ ≠ 90
Heksagonal Simple a = b ≠ c ; α = β = 90, γ = 120
INDEKS MILLERINDEKS MILLER
Orientasi bidang
pada kisi kristal
biasanya dinyatakan
oleh indeks Milleroleh indeks Miller
dengan notasi hkl.
a
b
c
KAIDAHKAIDAH SELEKSI PADA STRUKTUR KRISTALSELEKSI PADA STRUKTUR KRISTAL
Kisi Kisi Bravais Kehadiran Refleksi Ketidak-hadiran Refleksi
Simple Primitif Semua h, k, l Tidak ada
Body
Centered
Body
Centered
h+k+l genap h+k+l ganjil
Face
Centered
Face
Centered
h, k, dan l tidak campur h, k, dan l campur
NaCl FCC h, k, dan l tidak campur h, k, dan l campur
Zinc
Blande
FCC h, k, dan l tidak campur h, k, dan l campur
Diamond FCC Seperti FCC, namun jika
h+k+l≠4N maka tidak ada
h, k, dan l campur; jika
semua genap; dan
h+k+l≠4Nh+k+l≠4N
Base
Centered
Base
Centered
Kedua h dan k sama-sama
genap atau ganjil
h dan k campur
Hexagonal
Close-
Packed
(HCP)
Hexagonal h+2k=3N dengan l genap;
h+2k=3N±1 dengan l genap
dan ganjil
h+2k=3N dengan l ganjil
INSTRUMEN XRDINSTRUMEN XRD
X-Ray Diffractometer (XRD) merupakan
instrumen analisis untuk mengamati
struktur material kristal, diantaranya:
• Penentuan struktur kristal• Penentuan struktur kristal
• Susunan dan jarak antar atom
• Orientasi bidang kristal
• Menentukan ukuran kristal
• Mendeteksi cacat pada kristal
SHIMADZU X-RAY DIFFRACTOMETER (XRD) 7000
KOMPONEN INSTRUMEN XRDKOMPONEN INSTRUMEN XRD
SS dan filter NiGoniometer
DS
Tabung sinar-X
DetektorHolder dan sampel
RS
SINARSINAR--XX
• Sinar-x dihasilkan oleh tumbukan antara elektron yang
dipercepat dengan suatu logam target di dalam suatu
tabung sinax-x
– Elektron dihasilkan oleh kawat filamen yang dipanaskan karena– Elektron dihasilkan oleh kawat filamen yang dipanaskan karena
diberi arus listrik.
– Tegangan pemercepat digunakan untuk meningkatkan energi
kinetik elektron agar dapat menumbuk elektron pada kulit yang
paling dalam dari suatu target.
• Dalam produksi sinar-x, sekitar 99% energi kinetik yang
bertumbukan dengan target berubah menjadi panas danbertumbukan dengan target berubah menjadi panas dan
kurang dari 1% yang dapat menghasilkan sinar-x.
SINARSINAR--XX
Sinar-x merupakan salah satu gelombang
elektromagnetik yang memiliki panjang
gelombang antara 0,01- 100Å
TABUNG SINAR-X
ANODA : Cu
MAX POWER : 2700 kW
PANJANG GELOMBANG SINARPANJANG GELOMBANG SINAR--XX
• Sinar-x karakteristik bersifat diskrit, dihasilkan karena
transisi elektron pada atom target dari kulit luar ke dalam
sebagai akibat eksitasi oleh elektron yang dipercepat.
• Sinar-x Bremsstrahlung bersifat kontinu, dihasilkan karena• Sinar-x Bremsstrahlung bersifat kontinu, dihasilkan karena
perlambatan elektron yang menumbuk target.
TINGKAT ENERGI SINARTINGKAT ENERGI SINAR--XX
Pada diagram di samping
dapat dilihat indeks
untuk level energi sinar-x
yang dihasilkan pada
proses produksi sinar-x.proses produksi sinar-x.
Semua radiasi sinar-x
akibat transisi menuju
kulit K diberi label K,
sedangkan yang menuju
kulit ke L diberi label L,
dan seterusnya.
KARAKTERISTIK SINARKARAKTERISTIK SINAR--X PADA BEBERAPA ANODE X PADA BEBERAPA ANODE
Sumber: Vitalij K. Pecharsky and Peter Y. Zavalij (2009)Sumber: Vitalij K. Pecharsky and Peter Y. Zavalij (2009)
PRINSIP DIFRAKSI SINARPRINSIP DIFRAKSI SINAR--XX
Difraksi sinar-x mengikuti rumusan yang dikemukakan oleh
W.H. Bragg and W.L. Bragg atau dikenal dengan hukum Bragg:
Hukum Bragg : nλ = 2dhkl sin θ
PREPARASI SAMPELPREPARASI SAMPEL
• Untuk sampel berbentuk serbuk (powder) preparasidilakukan dengan cara memasukan sampel pada tempatsampel, kemudian seluruh permukaannya diratakan.
Kelebihan sampel
Kelebihan sampelKaca atau plat dengan permukaan rata
• Untuk sampel berbentuk plat, sampel dapat langsungdipasang pada holder dengan memilih bagian permukaanyang paling rata berada di atas.
PARAMETER PENGUJIAN DIFRAKSI SINARPARAMETER PENGUJIAN DIFRAKSI SINAR--XX
Parameter sesuai
dengan kisi yang
terpasang di alat
Parameter diatur
sesuai dengan
metode pengujian
yang diharapkan
Parameter diatur
sesuai spesifikasi
tabung sinar-x
Scan Mode:
- Continuous scan
- Fixed time
Scan Axis:
- Theta
- 2Theta- 2Theta
- 2Theta/Tetha
TAHAPAN PENGOLAHAN DATATAHAPAN PENGOLAHAN DATA
• PREPROSESSING
– Penghalusan difraktogram (Smooting)
– Pengurangan latar belakang (Background Substracting)
– Pemisahan Kα1 dan Kα2– Pemisahan Kα1 dan Kα2
– Ekstraksi puncak
• ANALISIS KUALITATIF
– Pencocokan Data
– Perhitungan parameter kisi
– Penentuan struktur kristal– Penentuan struktur kristal
– Pemberian indeks
– Perhitungan ukuran kristal
– Perhitungan derajat kristalinitas
TAHAP PREPROSESINGTAHAP PREPROSESING
Tahapan pengolahan data ini biasanya dilakukan dengan
menggunakan komputer. Berikut ini hasil preprosesing data:
Profil Data Mentah
Profil Smoothing Data
Profil Background Substraction
Profil Kα
Ekstraksi Puncak
ANALISIS KUALITATIFANALISIS KUALITATIF
Proses interpretasi dengan cara mencocokan data hasil
pengujian difraksi sinar-x dengan database standard.
Profil data mentah hasil
pengujianpengujian
Proses membandingkan
puncak hasil uji difraksi
sinar-x dengan puncak
pada database standard.
Atas : hasil pengujian
Bawah : standardBawah : standard
Profil puncak difraksi pada
database standard
STANDARD DATABASE ICDD UNTUK STANDARD DATABASE ICDD UNTUK ZnOZnO (36(36--1451)1451)
International Centre for Diffraction Data (ICDD)
ANALISIS KUALITATIF SECARA MANUALANALISIS KUALITATIF SECARA MANUAL
Berikut ini akan dibahas cara melakukan analisis kualitatif
data pengujian XRD secara manual, diantaranya:
• Penentuan struktur kristal dan jenis kisi• Penentuan struktur kristal dan jenis kisi
• Pemberian indeks pada setiap puncak data
• Perhitungan parameter kisi
Selain itu dapat pula dilakukan pendekatan untuk analisis
berikut: berikut:
• Penentuan ukuran kristal
• Penentuan derajat kristalinitas (%)
IDENTIFIKASI KISI BRAVAIS PADA KUBIKIDENTIFIKASI KISI BRAVAIS PADA KUBIK
Sistematik hadir dan tidak hadirnya refleksi tertentu dalam
suatu pola difraksi dapat digunakan untuk mengidentifikasi
jenis kisi Bravais. Berdasarkan aturan seleksi tersebut, maka
pada sistem kubik nilai h2+k2+l2 berlaku sebagai berikut:pada sistem kubik nilai h +k +l berlaku sebagai berikut:
• Primitif : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, …
• BCC : 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, …
• FCC : 3, 4, 8, 11, 12, 16, 19, 20, …
DIFRAKSI SINARDIFRAKSI SINAR--X PADA ALUMINIUMX PADA ALUMINIUM
80
90
100
30
40
50
60
70
I /I
0
0
10
20
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
2theta
INDEKS DIFRAKSI SINARINDEKS DIFRAKSI SINAR--X ALUMINIUM X ALUMINIUM -- 11
No. 2θθθθ Sin 2θθθθ (Sin 2θθθθ)_(Sin 2θθθθmin)
3.(Sin 2θθθθ)_ (Sin 2θθθθmin)
h2+k2+l2 hkl a (Å)
1 38,52 0,1088 1,000 3,000 3 111 4,0447
2 44,76 0,1450 1,332 3,996 4 200 4,0461
3 65,14 0,2898 2,663 7,989 8 220 4,0471
4 78,26 0,3983 3,660 10,980 11 311 4,0482
5 82,47 0,4345 3,993 11,979 12 222 4,0481
6 99,11 0,5792 5,323 15,969 16 400 4,0486
7 112,03 0,6875 6,319 18,957 19 331 4,0492
8 116,60 0,7239 6,653 19,959 20 420 4,0488
9 137,47 0,8685 7,982 23,946 24 422 4,0493
λ Kα1(Cu) = 1,54056Å
PERHITUNGAN PERHITUNGAN -- 11
Pada sistem kubik berlaku:
sehingga untuk data ke-2 diperoleh hasil:
Berdasarkan hasil pengolahan data difraksi diperolehBerdasarkan hasil pengolahan data difraksi diperoleh
informasi bahwa aluminium memiliki sistem kristal kubik
dengan jenis kisi Face Centered Cubic (FCC) dan parameter
kisi, a = 4,0461Å.
INDEKS DIFRAKSI SINARINDEKS DIFRAKSI SINAR--X ALUMINIUM X ALUMINIUM -- 22
No 2θθθθ Sin 2θθθθ Sin 2θθθθ2
Sin 2θθθθ3
Sin 2θθθθ4
Sin 2θθθθ5
Sin 2θθθθ6
Sin 2θθθθ7
Sin 2θθθθ8
1 38,52 0,1088 0,0544 0,0363 0,0272 0,0218 0,0181 0,0155 0,0136
2 44,76 0,1450 0,0725 0,0483 0,0363 0,0290 0,0242 0,0207 0,0181
3 65,14 0,2898 0,1449 0,0966 0,0725 0,0580 0,0483 0,0414 0,0362
4 78,26 0,3983 0,1992 0,1328 0,0996 0,0797 0,0664 0,0569 0,0498
5 82,47 0,4345 0,2173 0,1448 0,1086 0,0869 0,0724 0,0621 0,0543
6 99,11 0,5792 0,2896 0,1931 0,1448 0,1158 0,0965 0,0827 0,0724
7 112,03 0,6875 0,3438 0,2292 0,1719 0,1375 0,1146 0,0982 0,08597 112,03 0,6875 0,3438 0,2292 0,1719 0,1375 0,1146 0,0982 0,0859
8 116,60 0,7239 0,3620 0,2413 0,1810 0,1448 0,1207 0,1034 0,0905
9 137,47 0,8685 0,4343 0,2895 0,2171 0,1737 0,1448 0,1241 0,1086
A = 0,0363Åλ Kα1(Cu) = 1,54056Å
UKURAN KRISTALUKURAN KRISTAL
Ukuran kristal dari suatu unit sel dapat ditentukan dengan
menggunakan persamaan Scherrer:
Dimana:
S : ukuran kristal
k : konstanta 0,7 – 1,7 tergantung bentuk kristal dan indeks Miller
β : Full Wide Half Maximum - FWHM (rad)β : Full Wide Half Maximum - FWHM (rad)
θ : sudut datang sinar-x
DERAJAT KRISTALINITASDERAJAT KRISTALINITAS
Data difraktogram hasil pengujian XRD dapat pula
digunakan untuk menghitung derajat kristalinitas (persen
kristalin) dari sampel yang diuji secara kasar.
Secara prinsip derajat kristalinitas dapat dihitung denganSecara prinsip derajat kristalinitas dapat dihitung dengan
persamaan berikut:
Dimana:
L : Luas area kristalLK : Luas area kristal
LA : Luas area amorf
REFERENSIREFERENSI
1. Vitalij K. Pecharsky and Peter Y. Zavalij, Fundamentals of Powder
Diffraction and Structural Characterization of Materials, 2nd Edition,
Springer Science+Business Media, LLC, New York, 2009.
2. C. Suryanarayana, M. Grant Norton, X-Rays and Diffraction: A Practical2. C. Suryanarayana, M. Grant Norton, X-Rays and Diffraction: A Practical
Approach. Springer Science+Business Media, LLC, New York, 1998.
3. B.D. Cullity and Stuart R. Stock, Elements of X-Ray Diffraction, 3rd
Edition, Prentice Hall , Upper Saddle River, NJ, 2001.