Struktur Logam

Halaman ini menggambarkan struktur logam, dan hubungan antara struktur tersebut dengan sifat fisik dari suatu logam.

Struktur logam
Susunan atom-atom
Logam merupakan struktur raksasa dari atom-atom yang berikatan satu sama lain melalui ikatan logam. “Raksasa” menunjukkan jumlah yang sangat banyak tetapi jumlah atom yang terlibat sangat bervariasi – tergantung pada ukuran potongan logam.
Koordinasi 12
Kebanyakan logan adalah terjejal (close packed) – yakni, struktur tersebut memuat atom sebanyak mungkin pada volum yang tersedia. Setiap atom pada struktur mengalami 12 sentuhan dari atom tetangganya. Keadaan logam yang seperti ini digambarkan sebagai terkoordinasi 12.
Tiap atom memiliki 6 sentuhan dari atom yang lain pada tiap lapisan.

Dan juga tiga atom yang menyentuhnya pada lapisan diatasnya dan tiga atom yang lain pada lapisan dibawahnya.

Diagram yang kedua tersebut menunjukkan lapisan yang terletak di atas lapisan yang pertama. Lapisan tersebut akan saling berhubungan dengan lapisan dibagian bawahnya. (Keduanya tersusun dengan cara penempatan yang berbeda dengan lapisan yang ketiga pada struktur terjejal, tetapi hal ini dipelajari pada pembahasan tingkat dasar)
Koordinasi 8
Beberapa logam (khususnya yang terletak pada golongan 1 pada tabel periodik) terjejal kurang efektif, atom-atom logam tersebut hanya memiliki 8 sentuhan atom tetangganya. Inilah yang disebut dengan terkoordinasi 8.

Diagram sebelah kiri menunjukkan bahwa tidak ada atom yang saling bersentuhan satu sama lain pada satu lapisan yang sama. Atom-atom tersebut hanya tersentuh oleh atom pada lapisan di atas dan dibawahnya. Diagram sebelah kanan menunjukkan 8 atom (4 di atas dan 4 di bawah) yang menyentuh atom yang berwarna gelap).
Butiran kristal
Adalah sesuatu hal yang dapat menyesatkan jika mengira bahwa semua atom pada sepotong logam tersusun pada cara yang teratur. Tiap potong logam terdiri dari jumlah “butiran kristal”, yang sangat banyak, yang mana tiap butiran memiliki daerah yang seragam. Pada atom yang terletak pada batas butiran dapat memiliki struktur yang tidak lurus.

Sifat fisik logam
Titik leleh dan titik didih
Logam-logam cenderung memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi karena kekuatan ikatan logam. Kekuatan ikatan berbeda antara logam yang satu dengan logam yang lain tergantung pada jumlah elektron yang terdelokalisasi pada lautan elektron, dan pada susunan atom-atomnya.
Logam-logam golongan 1 seperti natrium dan kalium memiliki titik leleh dan titik didih yang relatif rendah karena tiap atomnya hanya memiliki satu elektron untuk dikontribusikan pada ikatan – tetapi ada hal lain yang menyababkan hal ini terjadi:

• Unsur-unsur golongan 1 juga tersusun dengan tidak efektif (terkoordinasi 8), karena itu tidak terbentuk ikatan yang banyak seperti kebanyakan logam.
• Unsur-unsur golongan 1 memiliki ukuran atom yang rekatif besar (berarti bahwa inti jauh dari elektron yang terdelokalisasi) yang juga menyebabkan lemahnya ikatan.

Daya hantar listrik
Logam menghantarkan listrik. Elektron yang terdelokalisasi bebas bergerak di seluruh bagian struktur tiga dimensi. Elektron-elektron tersebut dapat melintasi batas butiran kristal. Meskipun susunan logam dapat terganggu pada batas butiran kristal, selama atom saling bersentuhan satu sama lain, ikatan logam masih tetap ada.
Cairan logam juga menghantarkan arus listrik, hal ini menunjukkan bahwa meskipun atom logam bebas bergerak, elektron yang terdelokalisasi masih memiliki daya yang tersisa sampai logam mendidih.
Daya hantar panas
Logam adalah konduktor panas yang baik. Energi panas diteruskan oleh elektron sebagai akibat dari penambahan energi kinetik (hal ini memnyebabkan elektron bergerak lebih cepat). Energi panas ditransferkan melintasi logam yang diam melalui elektron yang bergerak.
Kekuatan dan kemampuan kerja
Sifat dapat ditempa dan sifat dapat diregang
Logam digambarkan sebagai sesuatu yang dapat ditempa (dapat dipipihkan menjadi bentuk lembaran) dan dapat diregang (dapat ditarik menjadi kawat). Hal ini karena kemampuan atom-atom logam untuk menggelimpang antara atom yang satu dengan atom yang lain menjadi posisi yang baru tanpa memutuskan ikatan logam.
Jika tekanan yang kecil dikenakan pada logam, lapisan atom akan mulai menggelimpang satu sama lain. Jika tekanan tersebut dilepaskan lagi, atom-atom tersebut akan kembali pada posisi asalnya. Pada kondisi seperti itu, logam dikatakan menjadi elastis.

Jika tekanan yang lebih besar dikenakan pada logam, atom-atom akan menggelimpang satu sama lain sampai pada posisi yang baru, dan logam berubah secara permanen.

Kekerasan logam
Penggelimpangan lapisan atom antara yang satu dengan yang lain ini dihalangi oleh batas butiran karena baris atom tidak tersusun sebagai mana mestinya. Hal ini mengakibatkan semakin banyak batas butiran (butiran-butiran kristal lebih kecil), menyebabkan logam lebih keras.
Untuk mengimbangi hal ini, karena batas butiran merupakan suatu daerah dimana atom-atom tidak berkaitan dengan baik satu sama lain, logam cenderung retak pada batas butiran. Kenaikan jumlah batas butiran tidak hanya membuat logam menjadi semakin kuat, tetapi juga membuat logam menjadi rapuh.
Pengontrolan ukuran butiran kristal
Jika kamu memiliki bagian logam yang murni, kamu dapat mengontrol ukuran butiran kristal melalui perlakuan panas atau melalui pengerjaan logam.
Pemanasan logam cenderung untuk mengocok atom-atom logam menjadi susunan yang lebih rapi – penurunan jumlah batas butiran, dan juga membuat logam lebih lunak. Pembantingan logam ketika logam tersebut mendingin cenderung untuk memhasilkan butirn yang kecil. Pendinginan membuat logam menjadi keras. Untuk memperbaiki kinerja ini, kamu dapat memanaskannya lagi.
Kamu juga dapat memutuskan susunan yang atom teratur melalui penyisipan atom yang memiliki ukuran sedikit berbeda pada struktur logam. Alloy seperti kuningan (campuran tembaga dan seng) lebih keras dibandingkan logam asalnya karena ketidakteraturan struktur membantu pencegahan barisan atom tergelincir satu sama lain.