Pengenalan Ilmu Material Teknik

Material Teknik

Pertemuan 1

Pengertian

• Material Science (Ilmu Material)

Merupakan disiplin ilmu yang mempelajari hubungan antara struktur material dengan sifat sifat material

• Material Engineering (Rekayasa Material)

Merupakan disiplin ilmu yang dengan dasar hubungan

struktur dan sifat bahan, mendesain struktur bahan untuk

mendapatkan sifat-sifat material yang diinginkan

Pengertian

Material Teknik adalah semua unsur atau zat yang berbentuk padat, cair, atau gas yang banyak digunakan untuk kebutuhan keperluan dunia teknik atau industri.

Berdasarkan wujudnya dibedakan menjadi 3, yaitu:

• Padat : Berbentuk massif, relatif tetap, ikatan kuat (logam, keramik, plastic, kaca)

• Cair : Bentuk mengikuti bejana, ikatan lemah (Pelumas, air, bensin, solar, dll)

• Gas : bentuk mengikuti bejana, tidak terlihat (oksigen, Hidrogen, CO₂, dll)

Perkembangan ilmu material

Zama n Batu

Zaman Temba ga

Zama n Besi

Zama n Polim er

Hanya mengenal batu, tulang, dan kayu

sebagai bahan membuat peralatan(kampak,

tombak, dll) Kebudayaan manusia

meningkat dengan ditemukan logam

seperti emas, perak, dll

Untuk memenuhi kebutuhan,

dikembangkan teknologi yang menghasilkan

berbagai paduan logam terutama besi.

Berkurangnya

persediaan logam, menuntuk kreatifitas untuk menciptakan bahan lain seperti

polimer, keramik, dan komposit.

Struktur dan sifat material

Struktur material merupakan pengaturan/susunan dari elemen–

elemen di dalam material/bahan tersebut.

Tinjauan struktur material dibedakan atas :

•

Struktur subatonik : ditinjau dari susunan elektron dengan inti

•

Level atom : ditinjau dari pengaturan atom atau molekul satu sama lain

•

Mikroskopik : ditinjau dari kumpulan group–group atom

•

Makroskopik : ditinjau dari struktur yang bisa dilihat dengan mata telanjang. Sifat material teknik dapat dilihat

Struktur dan sifat material

Sifat material teknik dapat dilihat dari kemampuan material/bahan tersebut dalam menerima perlakuan yang diberikan dari luar

bahan/material tersebut.

Sifat-sifat material padat bisa dikelompokkan 7 kategori :

1.

Sifat Mekanik (Kekuatan, kekerasan, dll)

2.

Sifat Listrik (daya hantar listrik/konduktifitas)

3.

Sifat termal (panas, jenis pemuaian)

4.

Sifat magnet (permeabilitas, histeresis)

5.

Sifat fisik (massa jenis)

6.

Sifat teknologi (mampu mesin)

7.

Sifat Kimia (segregasi, ketahanan korosi)

Aplikasi Material Logam Pada Dunia

Industri

Aplikasi Material Keramik Pada

Dunia Industri

Aplikasi Material Polimer Pada

Dunia Industri

Aplikasi Material Komposit Pada

Dunia Industri

Struktur Atom

• Atom adalah unit dasar dari materi. Ini adalah struktur

paling kecil dari unsur kimia yang masih mempertahankan sifat-sifat kimiawi unsur tersebut. Atom terdiri dari tiga

partikel subatomik: proton, neutron, dan elektron. Proton memiliki muatan positif, neutron tidak memiliki muatan (netral), sedangkan elektron memiliki muatan negatif.

Proton dan neutron terletak di inti atom yang padat,

sementara elektron mengorbit inti dalam kulit elektron

yang berbeda-beda.

Jenis Struktur Atom

1.

Partikel Subatomik

Partikel subatomic terdiri dari proton, neutron, dan electron

2.

Inti Atom

Inti atom terdiri dari proton dan neutron yang saling

berinteraksi melalui gaya inti. Inti atom sangat kecil dan terletak di pusat atom.

3.

Kulit Elektron

Elektron mengorbit inti atom dalam jalur atau orbit tertentu, juga dikenal sebagai kulit elektron. Setiap kulit elektron

memiliki energi yang berbeda dan mampu menampung sejumlah elektron tertentu.

Jenis Struktur Atom

4. Nomor Atom

Nomor atom suatu unsur ditentukan oleh jumlah proton di inti atom. Ini juga menentukan identitas kimia unsur tersebut. Misalnya, atom hidrogen memiliki satu proton, sehingga nomor atomnya adalah 1, sedangkan atom karbon

memiliki enam proton, sehingga nomor atomnya adalah 6.

5. Isotop

Isotop adalah variasi dari suatu unsur yang memiliki jumlah neutron yang berbeda di inti atom. Ini menyebabkan perbedaan massa isotop yang terkait dengan unsur tersebut.

6. Model Atom

Terdapat beberapa model atom yang digunakan untuk menggambarkan struktur atom, termasuk model Bohr, model orbital, dan model mekanika kuantum.

Fungsi Struktur Atom

1.

Menentukan Identitas Unsur

Struktur atom, khususnya jumlah proton dalam inti atom (nomor atom), menentukan identitas kimia suatu unsur.

2.

Manentukan Sifat Kimia

Struktur atom, termasuk penyebaran dan pengaturan elektron dalam kulit elektron, mempengaruhi sifat kimia unsur.

3.

Menentukan Sifat Fisik

Struktur atom juga mempengaruhi sifat fisik materi. Misalnya, massa atom terkait dengan jumlah proton dan neutron dalam inti atom. Juga, distribusi elektron dalam kulit elektron

mempengaruhi sifat seperti konduktivitas listrik, konduktivitas termal, dan titik lebur dan didih suatu bahan.

Fungsi Struktur Atom

4.

Menentukan Reaktivitas Kimia

Struktur atom, khususnya interaksi antara elektron di kulit elektron, mempengaruhi reaktivitas kimia unsur. Ikatan kimia dan reaksi

kimia terjadi ketika elektron berinteraksi dan ditransfer atau berbagi antara atom-atom.

5.

Mempelajari Perilaku Materi

Pemahaman struktur atom memungkinkan kita untuk menjelaskan dan memprediksi perilaku materi dalam berbagai kondisi dan

interaksi. Misalnya, teori kinetik gas didasarkan pada pemahaman tentang bagaimana atom dan molekul berinteraksi dan bergerak dalam gas.

Kristalografi

Kristalografi merupakan cabang dari mineralogi yang terfokus pada sistem kristal. Sedangkan kristal sendiri

adalah suatu padatan yang secara esensial memiliki suatu pola difraksi tertentu. Dapat dikatakan jika kristal adalah padatan yang disusun oleh atom berulang tiga dimensional serta dapat difraksikan oleh sinar X. Secara sederhana

kristal merupakan zat padat yang terdiri atas susunan atam dan molekul yang teratur. Hal ini dapat dilihat dari

permukaan kristal yang berupa bidang datar dan rata,

mengikuti suatu pola tertentu. Bidang yang terlihat rata

pada krital ini dinamakan muka kristal

Bentuk Kristal

•

Fase Cair ke Padat

Pada fase ini cairan yang merupakan bahan dasar pembentukan kristal mengalami proses pembekukan atau pemadatan sehingga membentuk batuan kristal. Proses ini sangat dipengaruhi oleh perubahan suhu lingkungan.

•

Fase Gas ke Padat (Sublimasi)

Pembentukan kristal bisa dapat berasal dari perubahan gas dalam hal ini uap menjadi padatan, tanpa harus melalui tahap cair terlebih

dahulu. Bentuk kristal yang dihasilkan biasanya berukuran lebih kecil dan juga berbentu rangka. Kristal yang dihasilkan merupakan hasil dari proses sublimasi gas – gas yang memadat akibat dari perubahan lingkungan. Gas – gas ini berasal dari aktivitas gunung api, kemudian gas – gas tersebut membeku karena adanya perubahan suhu.

Sistem Kristalografi

• Sistem Isometrik

Sistem ini juga disebut sistem kristal regular, atau dikenal pula dengan sistem kristal kubus atau kubik. Jumlah sumbu kristalnya ada 3 dan saling tegak lurus satu dengan yang

lainnya. Dengan perbandingan panjang yang sama untuk

masing-masing sumbunya.

Sistem Kristalografi

• Sistem Tetragonal

Sama dengan system Isometrik, sistem kristal ini

mempunyai 3 sumbu kristal yang masing-masing saling

tegak lurus. Sumbu a dan b mempunyai satuan panjang

sama. Sedangkan sumbu c berlainan, dapat lebih panjang

atau lebih pendek. Tapi pada umumnya lebih panjang.

Sistem Kristalografi

• Sistem Hexagonal

Sistem ini mempunyai 4 sumbu kristal, dimana sumbu c

tegak lurus terhadap ketiga sumbu lainnya. Sumbu a, b, dan d masing-masing membentuk sudut 120˚ terhadap satu

sama lain. Sambu a, b, dan d memiliki panjang sama.

Sedangkan panjang c berbeda, dapat lebih panjang atau

lebih pendek (umumnya lebih panjang).

Ikatan Antar Atom

•

Ikatan Ion

Ikatan ionik mungkin yang paling mudah untuk digambarkan dan divisualisasikan. Ikatan ini ditemukan di senyawa yang terdiri dari unsur logam dan unsur nonlogam pada tabel periodik.

•

Ikatan Kovalen

Ikatan kovalen ditemukan pada bahan yang atomnya memiliki perbedaan keelektronegatifan yaitu yang terletak berdekatan satu sama lain dalam tabel periodik. Untuk bahan-bahan ini, konfigurasi elektron yang stabil diasumsikan dengan berbagi elektron antara atom yang berdekatan.

Ikatan Antar Atom

•

Ikatan Van Der Walls

Ikatan sekunder, atau ikatan van der Waals (fisik), lemah

dibandingkan dengan ikatan ikatan primer atau kimia; energi ikatan berkisar antara sekitar 4 dan 30 kJ/mol. Ikatan sekunder ada di antara hampir semua atom atau molekul, tetapi

keberadaannya mungkin dikaburkan jika salah satu dari tiga jenis ikatan utama hadir. Ikatan sekunder dibuktikan untuk gas inert, yang memiliki struktur elektron stabil. Selain itu,

sekunder (atau antarmolekul) ikatan dimungkinkan antara atom atau kelompok atom, yang bergabung bersama oleh ikatan

(atau intramolekul) ikatan ionik atau kovalen.