A. TUJUAN PERCOBAAN 1. Mempelajari karakteristik radiasi sinar-x 2. Mempelajari pengaruh tegangan terhadap intensitas sinar x terdifraksi 3. Mempelajari sifat difraksi sinar-x pada kristal 4. Menentukan parameter kisi kristal padatan (KBr) B. TEORI DASAR Ditemukan oleh Wilhelm Roentgen (1895), radiasi sinar-x dihasilkan saat elektron penembak yang bergerak dipercepat menumbuk permukaan suatu bahan padat (logam). Semakin cepat gerak elektron, semakin besar sinar-x yang dihasilkan. Semakin banyak jumlah elektron, semakin besar intensitas sinar x. Jika sebuah elektron bebas bergerak dipercepat sehingga mampu menerobos suatu atom hingga menumbuk elektron pada kulit terdalam hingga keluar. Karena adanya kekosongan pada kulit terdalam, maka untuk mempertahankan keadaan stabil, elektron terluar akan mengisi kekosongan pada kulit atom terdalam sambil memancarkan gelombang sinar-x. (a) Elektron penembak (b) Sinar-X + + Gambar 1 (a) Sebuah elektron penembak menumbuk elektron dalam hingga keluar; (b) elektron terluar mengisi kekosongan sambil memancarkan sinarx. Menurut teori elektromagnetik, sinar-x juga dapat dihasilkan melalui peristiwa pengereman elektron yang dipercepat yang disebut peristiwa Bremsstrahlung. Sinar-x memiliki daya tembus yang cukup besar dan panjang gelombangnya berorde 10-10 m yang bersesuaian dengan ukuran kisi kristal. Karena itu sinar-x dapat digunakan untuk menganalisis struktur kristal III-1
bahan padatan melalui peristiwa difraksi. Peristiwa difraksi sinar x pada kristal padatan dinyatakan dengan persamaan Bragg (1913): dengan adalah jarak antar bidang kristal, adalah sudut difraksi, adalah panjang gelombang dan n = 1, 2, 3 (1) Sinar x datang Sinar x terdifraksi θ θ atom kristal d hkl Gambar 2 Diagram sinar x datang dan terdifraksi oleh atom-atom kristal Jarak antar bidang kristal sejajar yang berdekatan merupakan fungsi dari indeks Miller (hkl) dan tetapan kisi (a). Untuk struktur kristal kubus dapat ditulis: (2) Setiap senyawa padatan memiliki struktur kristal tertentu yang khas yang dapat ditunjukan oleh puncak-puncal intensitas sinar x terdifraksi pada sudut difraksi seperti yang ditunjukan oleh Gambar 3 untuk kristal KBr. III-2
Gambar 3 Spektrum sinar x (λ Cu ) terdifraksi pada kristal KBr Dari persamaan (1) dan (2) dapat diperoleh hubungan sbb: ( ) (3) Dengan ( ). Jika s diketahui maka nilai h, k, l akan diperoleh. Struktur kristal berbeda akan menunjukan kumpulan nilai s yang berbeda pula. Untuk struktur kristal sistem kubus nilai kumpulan s yang ditunjukan adalah sbb: Kubus sederhana : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 Kubus pusat badan (bcc) : 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 Kubus pusat muka (fcc) : 3, 4, 8, 11, 12, 16 C. TUGAS PENDAHULUAN 1. Jelaskan dan gambarkan mekanisme terbentuknya sinar x oleh atom Co pada tabung sinar x. 2. Jelaskan mekanisme terbentuknya sinar x karakteristik dan sinar x kontinyu. Apa perbedaanya? 3. Turunkan dan jelaskan arti fisika persamaan difraksi Bragg pada kristal. III-3
4. Tulis dan jelaskan apa yang dimaksud dengan kristal, struktur kristal, bidang kristal, jarak antar kristal, sel satuan, kisi Bravais, indeks Miller dan tetapan kisi kristal. 5. Tentukan hubungan panjang gelombang, indeks miller dan parameter kisi D. PERALATAN DAN LANGKAH PERCOBAAN Gambar 4 Satu set peralatan difraksi sinar x Peralatan yang diperlukan pada percobaan ini adalah 1. Satu set peralatan difraksi sinar x 2. Sumber tegangan 3. Sampel Kbr Langkah-langkah percobaan adalah sebagai berikut: 1. Susun dan siapkan peralatan difraksi sinar x dengan posisi sumber sinar x, sampel dan detektor adalah sejajar (θ = 0). 2. Atur besar tegangan 15 kv 3. Catat besar intensitas sinar x terdifraksi terhadap sudut 2θ mulai dari 0 0 hingga 90 0, dengan waktu cacah 10s 4. Ulangi percobaan untuk tegangan 20kV dan 30 kv. III-4
E. TUGAS AKHIR 1. Gambarkan grafik hubungan intensitas sinar x terdifraksi dengan sudut 2θ untuk tegangan 15, 20 dan 30 kv. Bagaimana hubungan antara tegangan dengan intensitas sinar x terdifraksi? 2. Hitung s untuk tiap-tiap puncak intensitas dari spektrum sinar x terdifraksi dan tentukan struktur kristal sampel KBr. Buat grafik hubungan sin 2 θ vs s kemudian tentukan tetapan kisi kristal dan jarak antar bidang kristal. Bandingkan dengan literatur. 3. Gambarkan bidang-bidang kristal yang diperoleh di dalam sel satuannya. Jelaskan kerapatan bidang Kristal tersebut dengan merujuk pada besar intensitas yang ditunjukan. 4. Tentukan nilai parameter kisi kristal KBr. 5. Bandingkan intensitas sinar x yang berasal dari tabung sinar x dengan intensitas sinar x terdifraksi oleh kristal KBr. Beri penjelasan. F. DAFTAR PUSTAKA 1. Cullity, B.D. (1978). Elements of x-ray diffraction, 2 nd ed. New York: Addison Wesley. 2. Phywe manual catalogue. Characteristic x-ray of copper. LEP 5.4.01 3. Phywe manual catalogue. Characteristic x-ray and Bragg scattering with higher order. LEP 5.4.01 4. Raymond A. Serway, Clement J. Moses and Curt A Moyer. (2005). Modern Physics, 3 rd edition, Belmont: Thomson Learning, Inc. 5. Arthur Beiser. (1995). Concept of Modern Physics, 5 th edition, New York: McGraw Hill. III-5