NOTA - J3022 BAB 1(UNIT1)

UNIT 1  - STRUKTUR BAHAN 

OBJEKTIF AM

Memahami struktur bahan dan jadual perkalaan unsur

OBJEKTIF KHUSUS

Di akhir unit ini anda dapat :

- Menjelaskan istilah atom, elemen, campuran dan sebatian.

- Menyatakan nombor atom, jisim atom dan factor yang menentukan jumlah orbit atom

- Menerangkan bagaimana unsur disusun pada Jadual Perkalaan Unsur

- Menerangkan istilah dan struktur hablur, kekisi ruang, ira sempadan ira dan jenis-jenis ikatan

 

PENGENALAN

Unit ini akan menjelaskan berkenaan struktur bahan yang merupakan asas penting dalam pembentukan bahan. Dalam pembentukan logam, ianya terdiri daripada susunan atom yang dinamakan hablur. Unit ini juga membincangkan mengenai susunan atom, ketumpatan dan sifat-sifat yang berkaitan dapat ditentukan. Susunan hablur ini akan musnah apabila logam berada pada suhu yang melebihi suhu lebur. Begitu juga logam seperti besi akan mengubah susunan atomnya yang berupa pepejal tanpa dileburkan dengan disertai oleh perubahan pada sifatnya. Perubahan pada susunan atom ini perlu diketahui sekiranya kita hendak mengawal sifat-sifat bahan dalam kejuruteraan bahan. Jesteru itu mendalami mengenai struktur atom, anda perlulah mengikuti unit ini dengan jayanya.

1.1            Struktur Bahan

Sesuatu bahan berasal daripada struktur dalaman bahan tersebut. Struktur dalaman bahan melibatkan atom-atom dan bagaimana atom-atom dihubungankan dengan atom-atom bersebelahan untuk membentuk hablur, molekul dan struktur mikro. Hablur terdiri daripada atom-atom yang tersusun dalam keadaan 3 dimensi mengikut corak berulang-ulang atau sekata. Manakala molekul pula terdiri  dua atau lebih atom-atom bergabung secara kimia, samada dari jenis atom yang sama atau berlainan jenis. Struktur mikro adalah struktur yang dipisahkan oleh sempadan ira (bijian). Struktur ini biasanya memerlukan pembesaran untuk dilihat.

1.2              Atom

Merupakan satu zarah asas yang membentuk segala bahan samada dalam bentuk pepejal, gas atau cecair. Saiz atom adalah sangat kecil, walaubagaimana pun ia mempunyai berat dan sifat-sifat tersendiri. Atom terdiri daripada 3 zarah asas dengan merujuk pada Jadual 1.1

 Jadual 1.1: Zarah, cas dan berat bagi atom.

Zarah	Cas
Proton	Positif
Neutron	Neutral
Elektron	Negatif

                       

                                                                                               

Dari segi cas, atom adalah neutral kerana proton mempunyai cas yang bertentangan dengan elektron. Nukleus terdiri daripada proton dan neutron. Manakala elektron berputar mengelilinginya. Susunan elektron didalam atom ditunjukkan pada Rajah 1.2

Rajah 1.2: Kedudukan electron, nukleus dan orbit bagi atom

1.3              Elemen/Unsur

Merupakan gabungan 2 atau lebih atom-atom sejenis. Ianya berada dalam keadaan tulen. Contoh: logam yang kurang relatif seperti emas dan paltinium. Bukan logam seperti intan, grafit dan sulfur.

1.4        Campuran

Merupakan gabungan antara 2 atau lebih atom-atom yang berlainan jenis tetapi tidak bergabung secara kimia.

1.5         Sebatian

Merupakan gabungan antara 2 atau lebih atom-atom yang berlainan jenis bergabung secara kimia. Contoh : Besi + Sulfida dan dipanaskan, menghasilkan besi sulfida. Sebatian semulajadi sangat stabil kerana zarah-zarah didalamnya dipegang dengan kuat. Jadi ia tidak akan mudah terurai. Cth : Natrium Klorida hanya boleh diuraikan pada suhu 800°C. Ikatan yang terjadi disebut ikatan kimia.

 1.6       Jadual Perkalaan Unsur

Alam ini terdiri daripada 109 unsur. Turus menegak di namakan kumpulan. Turus mengufuk di namakan kala. Jadual berkala mempunyai 8 kumpulan iaitu dari kumpulan I hingga VIII. Empat kumpulan tersebut mempunyai nama khas seperti dalam Rajah 1.3a. Jadual ini mempunyai blok ditengah-tengah yang dikenali sebagai unsur-unsur peralihan. Cara membaca jadual perkalaan unsur moden merujuk pada Rajah 1.3b

Rajah 1.3a : Jadual Perkalaan Unsur (Sumber: Kimia Am,  Jilid 1)    

                

1.7         Ciri-ciri Jadual Perkalaan Unsur

Sifat-sifat kimia sesuatu atom bergantung kepada bilangan elektron dalam petala luar atom yang dinamakan atom valensi. Apabila elektron bertambah dari 1 hingga 3, sifat-sifat logam unsur menjadi semakin kurang. Tetapi bilangan elektron akan bertambah dan ia akan menjadi sifat-sifat bukan logam. Dalam susunan ini, unsur-unsur mempunyai bilangan elektron yang sama pada petala luar akan termasuk dalam kumpulan yang sama. Inilah sebabnya unsur-unsur dalam kumpulan yang sama mempunyai sifat kimia yang sama. Unsur dalam kumpulan 1 mempunyai 1 elektron pada petala luar, unsur dalam kumpulan 2 mempunyai 2 elektron pada petala luarnya. Begitulah yang selanjutnya. Setiap kalaan mempunyai bilangan petala yang sama

1.8         Kegunaan Jadual Perkalaan Unsur

Untuk memudahkan pengkelasan sesuatu unsur. Ia juga dapat memberikan maklumat mengenai unsur-unsur tersebut terutamanya sifat-sifat unsur tersebut kerana ianya dikumpul mengikut susunan. Memudahkan menjangka sesuatu unsur yang masih dalam penemuan dan meramalkan sifat-sifat dan kegunaanya. Mudah untuk menganalisis dan memahami sesuatu tindakbalas antara unsur-unsur tersebut.

1.9      Konfigurasi Elektron (tertib pengisian elektron dalam orbit)

Setiap petala hanya boleh diisi oleh sebilangan elektron sahaja. Jika sesuatu petala telah penuh diisi, elektron lain perlu diisi ke dalam petala yang seterusnya. Amnya, elektron-elektron akan menempati petala yang paling dekat dengan nukleus terlebih dahulu sebelum menempati petala lain. Konfigurasi bagi 18 unsur pertama dalam Jadual Berkala dapat ditulis dengan petua dibawah:

 

   - Isi elektron pada petala yang paling dekat dengan nukleus terlebih dahulu. Petala ini mempunyai tenaga yang paling rendah. Selepas itu, elektron-elektron diisi pada petala-petala yang seterusnya yang lebih bertenaga.

             - Selepas unsur yang ke 18, pengecualian daripada petua ini akan berlaku. Dimana ia perlu mengikut tertib yang  telah ditentukan

         LATIHAN

1.1  Sifat-sifat kimia sesuatu atom bergantung kepada bilangan elektron dalam petala luar     atom yang dinamakan ________________

1.2  Berikan EMPAT (4)  cici-ciri Jadual Perkalaan Unsur

___________________

___________________

___________________

___________________

1.3  Nyatakan TIGA (3) kegunaan Jadual Perkalaan Unsur.

___________________

___________________

___________________

1.4                          Hablur

Pepejal boleh dikelaskan kepada pepejal berhablur dan pepejal amorfus. Pepejal berhablur atau hablur terdiri daripada atom-atom yang tersusun dalam 3 dimensi mengikut corak berulang-ulang atau sekata. Hablur terdiri dari logam dan bukan logam. Hablur tunggal ialah pepejal dengan sel unit tersusun sekata manakala hablur polihablur pula terdiri daripada banyak hablur tunggal dengan pada Rajah 1.4 di bawah                                                                         

	Rajah 1.4 : Struktur dan sempada ira

Dalam proses pemejalan atom, logam cair akan bertindakbalas antara satu sama lain dan menyusun kedudukan masing-masing dalam bentuk yang seragam dan teratur. Penyusunan secara teratur ini dinamakan proses pembuatan ruang kekisi. Hablur dapat dilihat dengan menggunakan alat X – Ray defractometer manakala bijian dapat dilihat dengan jelas menggunakan mikroskop kajilogam setelah dicanai (grinding), pengilapan (polishing), punaran (etching). Empat jenis struktur hablur yang kerap kali ditemui ialah kiub mudah (simple cube), kiub berpusat jasad (BCC), kiub berpusat muka (FCC) dan heksagon padat (HCP) seperti Rajah 1.5 dan 1.6.

 

 

 

Rajah 1.6 : Kiub Mudah, Kiub Berpusat Jasad, Kiub Berpusat Muka dan Heksagon Padat

Contoh bahan yang menghablur dalam bentuk ini ialah:-

·         Kiub mudah  =  garam (Na Cl)

·         BCC              =  kromium, molibdenum, titanium dan tungsten.

·         FCC              =  aluminium, kuprum, emas dan nikel.

·         HCP              =  berilium, magnesium dan zink.

1.5                          Jenis-jenis Ikatan

Terdapat 3 cara bagaimana sesuatu atom itu diikat.

·         Ikatan Ion / ionik / elektrovalen

·         Ikatan Kovalen

·         Ikatan Logam / metalik

1.11.1  Ikatan Ionik (Elektrovalen / Ion)

Ikatan ini terjadi apabila satu atau lebih elektron dipindahkan (didermakan) daripada satu atom ke satu atom yang alin. Atom yang kehilangan elektron menjadi ion +ve (kation) manakala atom yang menerima elektron bercas –ve (anion). Ikatan ion terhasil akibat tarikan antara ion yang berlawanan cas ini. Seperti Rajah 1.7: Tindakbalas antara atom natrium dan klorin. Bagi natrium klorida berion, elektron dipindahkan daripada atom natrium kepada atom klorin untuk membentuk natrium klorida. Ion-ion Na + Cl tersusun bersama dengan bilangan yang banyak dalam hablur-hablur ion. Elekton dipindahkan daripada atom Na kepada Cl untuk membentuk Na Cl. Kebanyakkan bahan-bahan mineral dan seramik adalah daripada ikatan ionic.                                        

                                                          

                      Rajah 1.7 : Ikatan Ionik bagi Natrium Klorida

1.11.2  Ikatan Kovalen

Perkongsian antara elektron supaya elektron luarnya (elektron valensi) sentiasa terisi penuh seperti Rajah 1.8. Terhasil daripada tarikan diantara elektron yang dikongsi ini dengan nukleus positif bagi atom yang masuk kedalam ikatan. Biasanya bahan (material) yang mempunyai ikatan ini adalah rapuh. Contohnya pada penebat elektrik ( polimer dan seramik)

Rajah 1.8: Ikatan Kovalen (a) Klorin, (b) Oksigen

1.11.3  Ikatan Logam (Metalik)

Atomnya tersusun sangat rapat antara satu sama lain. Setiap atom membekalkan satu @ lebih elektron yang bergerak keseluruh hablur logam berkenaan seperti yang ditunjukkan pada Rajah 1.9. Elektronnya tidak hanya dikongsi oleh beberapa atom sahaja, tetapi menjadi milik semua atom didalamnya. Pepejal ini diikat oleh daya tarikan antara ion logam posiitif dan elektron yang bebas. Ia menghasilkan daya-daya ikatan yang kuat. Contohnya : Atom tungsten dipanaskan antara 3400°C – 5000^oC.

Rajah 1.9: Ikatan logam (ion positif dalam gas elektron)

LATIHAN

1.4  Empat jenis struktur hablur yang kerap kali ditemui ialah i)                    __________________ ii)                  __________________ iii)                __________________ iv)                __________________ 1.5  Nyatakan  3 ( TIGA ) jenis ikatan bagi suatu atom a)                  __________________________ b)                  __________________________ c)                  __________________________ * untuk terus mendownload dan print out nota ini sila terus ke link di bawah :   http://www.scribd.com/doc/59010822/J3022-BAB1-UNIT1