Struktur Kristal — BCC, FCC, HCP & Sel Satuan

Struktur kristal adalah susunan partikel tiga dimensi yang berulang dalam suatu padatan. Jika Anda membandingkan BCC, FCC, dan HCP, pertanyaan kuncinya sederhana: seperti apa bentuk sel satuannya, apakah strukturnya rapat kemas, dan berapa banyak atom yang termasuk dalam satu sel satuan setelah pembagian atom diperhitungkan.

BCC memiliki satu atom di pusat kubus, FCC memiliki atom di pusat setiap sisi kubus, dan HCP tersusun dari lapisan heksagonal. Dalam model bola keras, FCC dan HCP sama-sama rapat kemas; BCC tidak.

Apa Itu Sel Satuan?

Sel satuan adalah blok berulang yang membentuk seluruh kristal melalui translasi. Sel satuan bukan potongan kecil terpisah yang berdiri sendiri. Ini adalah cara praktis untuk menggambarkan polanya.

Hal ini penting karena atom yang digambar pada sudut, sisi, atau rusuk biasanya dibagi dengan sel-sel tetangga. Gambar sel satuan menunjukkan pola, bukan kotak yang berisi atom-atom milik sendiri sepenuhnya.

BCC vs FCC vs HCP

BCC: Kubik Berpusat Badan

Dalam struktur kubik berpusat badan, atom berada di delapan sudut kubus dan satu atom berada di pusat kubus.

BCC muncul pada beberapa logam dalam kondisi yang sesuai. Struktur ini lebih renggang daripada struktur rapat kemas, sehingga tidak mengemas bola sepadat FCC atau HCP.

FCC: Kubik Berpusat Muka

Dalam struktur kubik berpusat muka, atom berada di delapan sudut dan di pusat masing-masing dari enam sisi.

FCC bersifat rapat kemas dalam model bola keras. Lapisan rapat kemasnya mengikuti urutan penumpukan $ABCABC$.

HCP: Heksagonal Rapat Kemas

HCP juga merupakan struktur rapat kemas, tetapi urutan penumpukannya berbeda. Alih-alih $ABCABC$, HCP mengikuti pola $ABAB$.

Jadi, FCC dan HCP dapat memiliki efisiensi pengemasan ideal yang sama dan bilangan koordinasi yang sama, meskipun sel berulangnya tidak berbentuk sama.

Tabel Perbandingan Singkat

Structure	Unit-cell picture	Close-packed?	Typical coordination number
BCC	sudut + 1 pusat badan	tidak	8
FCC	sudut + 6 pusat muka	ya	12
HCP	sel berlapis heksagonal	ya	12

Untuk sebagian besar soal kimia pengantar, tabel ini cukup untuk membedakan ketiga struktur dengan cepat.

Contoh Dikerjakan: Berapa Banyak Atom dalam Sel Satuan FCC?

FCC adalah contoh awal yang paling baik karena pembagian atom terlihat jelas.

Satu sel satuan FCC mengandung:

• $8$ atom sudut
• $6$ atom berpusat muka

Tetapi atom-atom tersebut dibagi bersama.

Setiap atom sudut dimiliki bersama oleh $8$ sel satuan yang berdekatan, sehingga kontribusi dari sudut adalah

$$8 \times \frac{1}{8} = 1$$

Setiap atom berpusat muka dibagi oleh $2$ sel satuan, sehingga kontribusi dari muka adalah

$$6 \times \frac{1}{2} = 3$$

Jadi jumlah total atom dalam satu sel satuan FCC adalah

$$1 + 3 = 4$$

Kesalahan yang paling umum adalah menghitung setiap atom yang digambar seolah-olah seluruhnya berada di dalam kotak. Itu menyebabkan perhitungan berlebih yang besar karena sebagian besar atom dibagi bersama.

Mengapa FCC dan HCP Sering Dikelompokkan Bersama

FCC dan HCP sering diajarkan bersama karena keduanya merupakan susunan rapat kemas dari bola-bola identik. Dalam model ideal ini, keduanya memiliki faktor pengemasan atom sekitar $0.74$.

Perbedaan utamanya bukan pada kerapatan. Perbedaannya ada pada penumpukan lapisan: FCC menggunakan $ABCABC$, sedangkan HCP menggunakan $ABAB$.

Kesalahan Umum dalam Soal Struktur Kristal

Menghitung atom yang digambar, bukan fraksi atom yang dibagi

Atom sudut dan atom berpusat muka dibagi dengan sel-sel tetangga. Diagram sel satuan bukanlah hitungan atom utuh.

Menyebut BCC sebagai rapat kemas

BCC adalah struktur kubik yang penting, tetapi bukan struktur rapat kemas seperti FCC atau HCP.

Mencampuradukkan FCC dan HCP karena keduanya rapat

FCC dan HCP sama-sama rapat kemas, tetapi keduanya bukan struktur yang sama. Urutan penumpukan adalah cara paling jelas untuk membedakannya.

Mengacaukan bentuk sel satuan dengan seluruh kristal

Sel satuan hanyalah blok yang berulang. Kristal sebenarnya adalah pengulangan tiga dimensi yang besar dari blok tersebut.

Di Mana Struktur Kristal Penting

Struktur kristal membantu menjelaskan mengapa padatan dapat berbeda dalam kerapatan, difusi, dan perilaku mekanik. Dalam kimia dan ilmu material, ini adalah salah satu penghubung utama antara susunan atom dan sifat makroskopik.

Pada logam, struktur memengaruhi bagaimana bidang-bidang atom dapat bergeser melewati satu sama lain. Itulah salah satu alasan mengapa logam yang berbeda dapat berperilaku berbeda meskipun semuanya tersusun dari atom-atom yang terkemas dalam padatan.

Cara Sederhana untuk Mengingat BCC, FCC, dan HCP

Gunakan satu kaitan mental untuk setiap struktur:

• BCC: kubus dengan atom di pusat
• FCC: kubus dengan atom pada sisi-sisinya
• HCP: lapisan heksagonal bertumpuk $ABAB$

Jika Anda ingin melangkah lebih jauh, coba buat versi Anda sendiri dari metode perhitungan untuk BCC. Setelah konsep atom yang dibagi bersama terasa masuk akal, sebagian besar soal sel satuan akan jauh lebih mudah dipahami.