Pengantar Kristal Mineral-2015 [PDF]

Citation preview

PENGANTAR KRISTAL MINERAL



Geng'Q File



1



1.1 Pengantar Mineralogi adalah ilmu pengetahuan tentang mineral, yaitu suatu zat padat yang terdapat di alam sebagai elemen-elemen dan senyawa-senyawa, serta merupakan penyusun, atau pembentuk bagian padat alam semesta. Hal tersebut tidak berarti bahwa mineralogi hanya terbatas pada material-material kerakbumi saja, dan material-material yang terdapat di bawahnya yang dapat diindikasi melalui pengukuran geofisika, tetapi meliputi juga meteorit-meteorit yaitu benda-benda mineral yang berasal dari luar bumi.



Geng'Q File



2



Mineralogi adalah cabang dari geologi, karena mineral adalah pembentuk batuan kerakbumi. Ilmu lain yang erat hubungannya ialah ilmu kimia dan kristalografi.



Kristalografi adalah ilmu yang mempelajari bentuk luar kristal alam. Semula ilmu ini merupakan cabang dari mineralogi. Sekarang tidak lagi ; kristalografi telah menjadi ilmu yang berdiri sendiri, karena yang dipelajarinya tidak saja bentuk luar kristal alam, tetapi telah meliputi kristal buatan, dan penelitiannya pun tidak hanya bentuk luar, melainkan termasuk juga struktur dalamnya. 1.2 Definisi Mineral Sulit untuk merumuskan dengan tepat definisi mineral, karena pada kenyataannya tidak ada satu definisi pun yang disetujui secara umum. Namun, definisi yang dipilih adalah : Geng'Q File



3



“MINERAL IALAH SUATU BENDA PADAT HOMO-GEN YANG TERBENTUK DI ALAM SECARA ANORGA-NIK, MEMPUNYAI KOMPOSISI KIMIA TERTENTU, DAN SUSUNAN ATOM YANG TERATUR”. Berdasarkan definisi itu, maka air, batubara, minyak bumi, dan gas alam, tidak dapat disebut mineral, meskipun keempatnya terbentuk/terjadi di alam. Hal-hal seperti itulah yang menyebabkan definisi tersebut di atas mempunyai kele-mahan-kelemahan, karena beberapa ahli mineralogi berpen-dapat bahwa keempat hal itu termasuk mineral juga. Batasan mineral adalah “suatu benda padat homogen” menyatakan : “mineral terdiri dari satu fasa padat, hanya satu macam material, yang tidak dapat diuraikan lagi men-jadi senyawa-senyawa sederhana oleh suatu proses fisika”. Geng'Q File



4



Dengan demikian, cairan-cairan dan gas-gas yang ter-bentuk/terjadi di alam tidak termasuk mineral. Batasan “yang terbentuk di alam” menyatakan : “dise-but mineral jika benda padat itu terbentuk/terjadi di alam dengan sendirinya”. Dengan demikian, suatu benda padat mirip mineral yang dapat dibuat di laboratorium, tidak dapat disebut mineral. Contoh : jika suatu larutan natrium klorida (NaCl) diuapkan, terbentuklah kristal-kristal NaCl yang tak dapat di-bedakan dengan mineral halit. Tetapi, kristal-kristal NaCl ha-sil buatan di laboratorium tersebut bukan suatu mineral.



Geng'Q File



5



Batasan “suatu benda padat yang terbentuk di alam secara anorganik” menyebabkan : “benda-benda padat ho-mogen yang dihasilkan binatang, atau tumbuhtumbuhan, tidak termasuk mineral”. Karenanya, kulit tiram (kerang) yang tersusun oleh kalsium karbonat (CaCO3) dan tidak dapat dibedakan secara kimia dan fisika dengan mineral aragonit, atau kalsit, tidak dapat disebut mineral. Batasan bahwa mineral “mempunyai komposisi kimia tertentu”, menyatakan : “mineral adalah suatu senyawa kimia yang mempunyai komposisi tertentu dan dinyatakan oleh suatu rumus. Rumus kimianya dapat sederhana, atau kompleks, bergantung pada banyaknya elemen yang ada dan proporsi kombinasinya”.



Geng'Q File



6



Batasan bahwa mineral “mempunyai susunan atom yang teratur”, menyatakan : “mineral adalah benda padat kristal. Bentuk kristal tersebut tidak lain adalah ekspresi/kenampakan dari susunan atom yang teratur”. Ada beberapa pengecualian untuk batasan ini, yaitu bagi mineral metamik, dan mineral yang terbentuk dari pemadatan koloid – disebut juga mineral non-kristal.



Geng'Q File



7



Ilmu Kimia Mineral dimulai pada permulaan abad ke19, didasari Hukum Komposisi Tetap Proust (1799, The Law of Constant Composition), Teori Atom Dalton (1805), dan ke-majuan-kemajuan dalam metode analisis kimia kuantitatif. Analisis kimia kuantitatif bertujuan mengidentifikasi unsur-unsur yang ada dalam suatu mineral dan mendeterminasi jumlah relatifnya. Ketelitian suatu analisis bergantung pada jenis metode yang dipakai, dan kecakapan/keahlian penganalisis.



Geng'Q File



8



Hasil analisis, jumlahnya dinyatakan dalam persentase berat. Jadi, dalam analisis suatu mineral, jumlah persentase harus 100. Tetapi, dalam prakteknya, jumlah 100 hanya ke-betulan saja. Umumnya jumlah antara 99,5 – 100,5 dianggap sudah cukup baik. Namun demikian, jumlah yang terletak di antara kedua angka di atas belum tentu menjamin ketelitian suatu analisis, karena jumlah tsb mungkin dihasilkan oleh : 1. Perimbangan antara kesalahan yang positif dan yang negatif, atau 2. Kesalahan penganalisis yang tidak melihat atau tidak dapat mengidentifikasi satu unsur atau lebih.



Geng'Q File



9



Contoh : Tahun 1901 mineral bavenit ditemukan, dan digambarkan sebagai “hidrat kalsium aluminium silikat”. Pemeriksaan 30 th kemudian mendapatkan bahwa bavenit ternyata mengandung berilium (Be). Pada analisis terdahulu Be tidak terlihat karena terendapkan dan ditimbang bersama-sama Al. Dengan demikian, rumus kimia bavenit sesungguhnya adalah : Ca4BeAl2Si9O25(OH)2.



2.1 Interpretasi Analisis Rumus kimia mineral memperlihatkan unsur-unsur yang ada dalam mineral itu dan dalam proporsi berapa unsur-unsur itu berkombinasi. Misalnya mineral halit yang rumus kimianya NaCl ; rumus itu menyatakan bahwa dalam halit berkombinasi ion Na dan ion Cl dalam jumlah yang sama. Geng'Q File



10



Rumus kimia mineral dapat sederhana, atau kompleks, bergantung pada jumlah unsur-unsur yang ada dan cara kom-binasinya. Rumus yang teliti dimungkinkan oleh analisis kimia yang teliti pula. Analisis kimia hanya memperlihatkan unsur-unsur apa yang ada dan berapa banyaknya, tidak menunjukkan bagai-mana unsur-unsur itu berkombinasi di dalam struktur mineral. Hasil analisis kimia mineral dinyatakan dalam persen-tase berat, dan untuk menentukan rumus kimianya, persen-tase berat harus dijadikan proporsi atom, yaitu dengan mem-bagi persentase berat tiap unsur dengan BA nya.



Geng'Q File



11



Contoh : Analisis sampel markasit dari Jasper County, Missouri, mem-perlihatkan hasil sbb : ---------------------------------------------------------------------------------Unsur % berat Berat Atom (BA) Proporsi Atom (PA) ---------------------------------------------------------------------------------Fe 46,55 55,85 0,834 = 1 S 53,05 32,07 1,654 = 1,982 ---------------------------------------------------------------------------------Jumlah : 99,60 Penjelasan : Proporsi Atom (PA) = % berat/BA. 0,834/0,834 = 1. 1,654/0,834 = 1,982  2. Rumus markasit : FeS2 .



Geng'Q File



12



Dengan membalik prosedur di atas, dapat dihitung persentase komposisi rumus tsb, yaitu : Fe = 46,54% dan S = 53,46%. Caranya : Rumus kimia markasit : FeS2. BA Fe = 55,85 ; BA S = 32,07. BM FeS2 = 55,85 + (2 x 32,07) = 119,99. Maka : Fe = (BA Fe/BM FeS2) x 100% = (55,85/119,99) x 100% = 46,54% ; Fe = 46,54%. S = [(2 x BA S)/BM FeS2] x 100% = [(s x 32,07)/119,99] x 100% = 53,46% ; S = 53,46%.



Geng'Q File



13



Perhatikan Tabel 2.1 berikut ini : Tabel 2.1 Hasil analisis sampel markasit dari berbagai daerah ---------------------------------------------------------------------------------Unsur 1 2 3 4 5 ---------------------------------------------------------------------------------Fe 46,54 46,55 46,53 47,22 46,56 S 53,46 53,05 53,30 52,61 53,40 ---------------------------------------------------------------------------------Jumlah : 100,00 99,60 99,83 99,83 99,96 Keterangan : 1. Dihitung dari FeS2. 2. Sampel dari Jasper County. 3. Sampel dari Joplin, Missouri. 4. Sampel dari Osnabruck. 5. Sampel dari Loughborough Township, Ontario.



Geng'Q File



14



Dari tabel tsb dapat diketahui bahwa semua hasil anali-sisnya baik, karena terletak di antara 99,5 – 100,5 ; namun hasil analisis 2, 3, 4, dan 5, berbeda dengan 1. Perbedaan ini karena kesalahan analisis, bukan oleh deviasi markasit dari rumus FeS2. Selain itu, ternyata markasit mempunyai komposisi yang tetap. Dalam hal ini, markasit agak berbeda dengan mi-neral-mineral lain, karena mineral-mineral lain itu banyak yang tidak berkomposisi tetap, tetapi berkomposisi yang karak-teristik. Perhatikan contoh berikut ini, yaitu hasil analisis sfalerit.



Geng'Q File



15



Tabel 2.2 Hasil analisis sfalerit dari berbagai daerah -----------------------------------------------Unsur 1 2 3 4 ------------------------------------------------Fe 0,15 7,99 11,05 18,25 Mn ---2,66 Cd -1,23 0,30 0,28 Zn 66,98 57,38 55,89 44,67 S 32,78 32,99 32,63 33,57 ------------------------------------------------Jumlah : 99,91 99,59 99,87 99,43 Keterangan : 1. Sampel dari Sonora Meksiko. 2. Sampel dari Gadoni, Sardinia. 3. Sampel dari Bodenmais, Jerman. 4. Sampel dari Ise’re, Perancis.



Geng'Q File



16



Analisis sfalerit itu menunjukkan bahwa rumusnya mungkin mendekati seng sulfida murni (ZnS), atau mengan-dung agak banyak Fe, dengan sedikit sekali Mn dan Cd. Hal ini akan tampak jelas bila analisis tsb dihitung dalam Proporsi Atom (PA) (Tabel 2.3). Dari semua analisis pada Tabel 2.3 terlihat bahwa per-bandingan antara Proporsi Atom metal (Fe, Mn, Cd, dan Zn) dan sulfur adalah : 1 : 1 ; sesuai dengan rumus ZnS ; tetapi pada beberapa sfalerit, sebagian unsur Zn diganti oleh Fe, Mn, dan/atau Cd.



Geng'Q File



17



Tabel 2.3 Hasil analisis pada Tabel 2.2 dinyatakan dalam PA -----------------------------------------------------Unsur 1 2 3 4 -----------------------------------------------------Fe 0,003 0,143 0,198 0,327 Mn ---0,048 Cd -0,011 0,003 0,003 Zn 1,026 0,879 0,856 0,684 -----------------------------------------------------Jumlah : 1,029 1,033 1,057 1,062 S 1,024 1,032 1,020 1,049 -----------------------------------------------------Rumus ZnS adalah suatu penyederhanaan untuk me-nyatakan komposisi sfalerit.



Geng'Q File



18



Secara praktis mungkin rumus sfalerit adalah ZnS (analisis 1) ; namun jika 1/3 Zn atau lebih telah diganti oleh Fe, maka rumus sfalerit ditulis : (Zn,Fe)S. Rumus ini menun-jukkan jumlah total Zn + Fe adalah 1 dibandingkan terhadap S yang juga sama dengan 1 ; tetapi kadar Zn dan Fe sesung-guhnya dapat bervariasi. Cara lain untuk menyatakan komposisi suatu mineral yang bervariasi komposisinya, ialah dengan menyatakan harga persentase tiap komponennya. Misalnya untuk olivin yang terdiri atas komponen Mg2SiO4 atau forsterit (Fo) dan komponen Fe2SiO4 atau fayalit (Fa), dapat dinyatakan sebagai olivin (Fo15).



Geng'Q File



19



Karena jumlah persentase selamanya 100%, maka olivin (Fo15) menyatakan mineral olivin yang tersusun oleh Mg2SiO4 15 % dan Fe2SiO4 85%. Persentase itu adalah persentase molekul, sedangkan komposisi berat (% berat) MgO = 6,23% ; FeO = 62,86% ; dan SiO2 = 30,91% (cara menghi-tung % berat ).



Lebih lanjut diketahui adanya hubungan antara BJ dan komposisi olivin, yaitu BJ olivin akan bertambah besar dengan bertambahnya kadar Fe dalam olivin. Perhatikan Tabel 2.5 berikut ini.



Geng'Q File



20



Tabel 2.5 Berat Jenis olivin pada berbagai komposisinya -----------------------------------------------Komposisi olivin Berat Jenis -----------------------------------------------Fo91Fa9 3,35 Fo63Fa37 3,69 Fo40Fa60 3,88 Fo21Fa79 4,16 -----------------------------------------------Jika hubungan tsb digambarkan dalam grafik, akan terlihat hu-bungan seperti pada Gambar 2.1.



Geng'Q File



21



Gambar 3.1 Hubungan antara Berat Jenis dan komposisi mineral pada seri olivin 3.2 Komposisi Kimia dan Kandungan Sel Unit Silakan dipelajari sendiri. Geng'Q File



22



3.3 Ikatan Atom Terdapat 4 macam ikatan atom pada mineralmineral, yaitu : 1. Ikatan metal atau logam, 2. Ikatan kovalen atau homopolar, 3. Ikatan ion atau polar, dan 4. Ikatan van der Waals. 3.3.1 Ikatan Metal atau Logam * Ikatan metal bertanggung jawab atas sifat kohesi pada suatu metal atau logam. * Terdapat pada mineral logam nativ dan pada beberapa sulfida dan arsenida.



Geng'Q File



23



3.3.2 Ikatan Kovalen atau Homopolar * Ikatan ini paling stabil bila kulit elektron terluar dari suatu atom, terisi penuh oleh 8 elektron. Keadaan seperti ini merupakan struktur atom gas mulia. * Dijumpai pada senyawa-senyawa organik, sangat jarang pada mineral. * Contoh yang baik pada mineral adalah intan. Pada mineral ini tiap atom karbon dikelilingi 4 atom karbon lainnya, masing-masing saling membagi satu elektron dengan atom pusat. Pola ini terulang di seluruh struktur, sehingga keseluruhan kristal merupakan satu molekul raksasa (Gambar 3.2).



Geng'Q File



24



Geng'Q File



25



3.3.3 Ikatan Ion atau Polar * Ikatan ini sangat umum pada senyawa-senyawa anorganik, oleh karena itu sangat penting dalam struktur mineral. * Terdapat pada hampir semua mineral, kecuali pada beberapa elemen nativ dan sulfida. 3.3.4 Ikatan van der Waals * Khusus terdapat pada kristal-kristal gas mulia.



Geng'Q File



26



Dalam suatu senyawa, dapat terdiri lebih dari satu jenis ikatan. Misalnya molekul sulfur, 8 atomnya terikat secara kovalen yang berbentuk cincin, hasilnya ialah molekul S8 , selanjutnya molekul-molekul itu terikat bersama-sama dalam kristal oleh ikatan van der Waals. Contoh lain ialah grafit (C), yang atom-atom karbonnya berhubungan secara kovalen dalam lembaranlembaran, dan lembaran-lembaran saling berhubungan melalui ikatan van der Waals. Ikatan yang terakhir ini sangat lemah dan mudah terganggu. Oleh karena itu, grafit cepat menjadi lunak dan cepat pula membelah sejajar dengan lembaran-lembaran atom karbonnya. Gambar 3.3 memperlihatkan sistem ikatan atom mineral grafit.



Geng'Q File



27



Geng'Q File



28



Struktur senyawa yang berikatan ion dapat digolongkan menjadi 2 jenis, yaitu : isodesmik dan anisodesmik.



Pada senyawa isodesmik, ikatannya kurang lebih sama kuat. Yang termasuk golongan ini adalah mineral golongan oksida, hidroksida, dan halida sederhana. Bagi senyawa anisodesmik, terdapat perbedaan dalam daya ikat. Hal ini disebabkan adanya kelompok atom yang berlainan di dalam struktur. Kelompok atom ini adalah anion-anion oxyacid, seperti CO3-2, SO4-2 dan PO4-3, yaitu pada mineral golongan karbonat, sulfat dan fosfat.



Geng'Q File



29



3.4 Ukuran Ion Di alam terdapat kurang lebih 2.000 jenis mineral, dan 90% berstruktur ion. Dengan demikian, kebanyakan strukturnya ditentukan oleh jumlah dan ukuran ion-ion yang menyertai komposisinya. Ion-ion dapat dianggap kira-kira berbentuk bola yang beradius tertentu, sesuai dengan karakteristik unsur-unsur dan muatan ionnya. Pada Gambar 3.4 dapat dilihat ukuran beberapa ion yang umum terdapat dalam mineral (h. 45). Karena radius ion bergantung pada struktur atom, maka radius ion akan berhubungan dengan kedudukan unsur dalam Sistem Periodik (Tabel 3.8, h. 48). Bagaimana hu-bungan itu, lihat penjelasannya pada h. 44 – 45. Geng'Q File



30



Struktur mineral yang berikatan ion, dikontrol oleh keseimbangan geometrik dan keseimbangan listrik. Keseimbangan geometrik berarti ukuran relatif ion-ion dan cara pakingnya harus menyebabkan ion-ion dalam keadaan terikat erat di dalam struktur ; dan keseimbangan listrik berarti bahwa jumlah muatan ion positif dan negatif harus seimbang.



Dalam struktur ion, setiap kation dikelilingi sejumlah anion, yang jumlahnya bergantung pada ukuran relatif kation dan anion tersebut. Ukuran relatif adalah perbandingan antara radius kation dan radius anion, dan dinyatakan sebagai rasio radius (radius ratio). Ukuran relatif = (Rkation)/(Ranion). (rasio radius) Geng'Q File



31



Jumlah anion yang dapat mengelilingi suatu kation disebut Bilangan Koordinasi.



Jika anion-anion diasumsikan berbentuk bola dengan radius yang tetap, maka susunan stabil kation-kation dan anion-anion yang mempunyai perbandingan radius tertentu, dapat ditentukan dari sifat-sifat geometri murni, seperti pada Tabel 3.9 (h. 48) berikut ini :



Geng'Q File



32



Tabel 3.9 Hubungan antara rasio radius dan bilangan koordinasi untuk ion-ion yang dianggap seperti bola -----------------------------------------------Rasio Kedudukan anion-anion Bilangan Radius di sekeliling kation kation Koordinasi -----------------------------------------------0,15 – 0,22 Di titik sudut segi tiga sama sisi 3 0,22 – 0,41 0,41 – 0,73 0,73 – 1 1



Di titik sudut tetrahehedron Di titik sudut oktahedron Di titik sudut kubus Di titik tengah rusuk-rusuk kubus



4 6 8 12



------------------------------------------------



Geng'Q File



33



Pada Gambar 3.5 berikut ini adalah ilustrasi dari tipe-tipe Bilangan Koordinasi.



Geng'Q File



34



Anion yang paling umum adalah oksigen. Umumnya kation hanya terdapat pada satu bilangan koordinasi tertentu saja, tetapi ada pula yang mempunyai 2 bi-langan koordinasi. Contohnya Al yang rasio radiusnya terletak di antara 2 bilangan koordinasi, yaitu 4 dan 6. Dengan demi-kian Al mempunyai 2 bilangan koordinasi, yaitu 4 dan 6. Dalam hal di atas, maka bilangan koordinasi bergantung pada temperatur dan tekanan ketika kristalisasi terjadi. Pada T tinggi dan P rendah diperoleh bilangan koordinasi ren-dah ; sedangkan jika T rendah dan P tinggi akan diperoleh bi-langan koordinasi tinggi.



Geng'Q File



35



3.5 Isomorfisme Iso berarti sama, dan morf berarti bentuk ; jadi isomor-fisme berarti bentuk yang sama. Zar-zat yang rumusnya analog, dengan ukuran relatif anion dan kation serupa, sering mempunyai struktur kristal yang berhubungan erat. Zat-zat seperti ini disebut isomorf dan gejalanya dinamakan isomorfisme. Gejala ini sebagai akibat dari struktur dalam yang serupa, sehingga zat-zat semacam ini mengkristal dengan bentuk luar yang serupa, dan memperlihatkan belahan yang sama pula. Pengamatan dengan sinar x memperlihatkan bahwa bentuk kristal yang sama itu merupakan refleksi dari struktur dalam yang serupa. Oleh karena itu, istilah isomorf disebut juga isostruktur (isostructural), atau isotipik (isotypic).



Geng'Q File



36



Beberapa kelompok mineral yang memperlihatkan ge-jala isomorfisme antara lain kelompok spinel, garnet, dan ke-lompok amfibol. Gejala ini tak lain disebabkan ukuran relatif anion dan kation yang sama dan cenderung untuk mengkristal dalam tipe struktur yang sama. Contoh gejala isomorfisme yang baik diperlihatkan oleh beberapa mineral karbonat berikut ini (Tabel 3.10). Tabel 3.10. Isomorfisme di antara karbonat-karbonat logam bervalensi dua -----------------------------------------------------------Kelompok aragonit (ortorombik) — (110) ^ (110) Radius Kation (AO ) BaCO3 (witerit) 62O 38’ 1,34 PbCO3 (serusit) 63O 16’ 1,20 SrCO3 (strontianit) 62O 30’ 1,12 CaCO3 (aragonit) 63O 48’ 0,99 -----------------------------------------------------------Geng'Q File



37



Jadi faktor yang penting dalam isomorfisme adalah ke-samaan dalam ukuran ion-ion yang bersangkutan daripada kemiripan sifat-sifat kimianya. 3.6 Substitusi Atom dan Larutan Padat Kebanyakan mineral mempunyai komposisi yang bervariasi. Hal ini dapat terjadi karena adanya substitusi satu un-sur oleh unsur yang lain. Gejala ini merupakan hal yang umum, bukan suatu kekecualian. Pada awalnya, gejala ini digambarkan dalam istilah konsep larutan padat atau kristal campuran, yang berarti adanya molekul-molekul dari dua zat atau lebih dalam satu kristal tunggal yang homogen. Contohnya olivin yang umumnya digambarkan sebagai suatu larutan padat Mg2SiO4 (Fo) dan Fe2SIO4 (Fa). Geng'Q File



38



Penelitian struktur kristal dengan sinar x menemukan bahwa interpretasi tentang fenomena di atas harus diperbaiki, karena kenyataannya tidaklah demikian. Dalam suatu struktur keionan, setiap ion di dalam struktur dapat diganti oleh ion lain yang beradius sama, tanpa menyebabkan gangguan struktur yang serius. Kejadian ini dapat dibayangkan jika tukang batu mengganti batubata merah penyusun suatu dinding dengan batubata kuning yang berukuran sama dengan batubata merah. Karena mineral mengkristal dari larutan yang mengandung bermacam-macam ion, maka selain ion-ion yang dibutuhkannya, kerapkali beberapa ion asing ikut masuk ke dalam strukturnya. Oleh karena itulah sering dijumpai suatu ion asing di dalam suatu mineral, yang sesungguhnya tidak dibutuhkan oleh mineral tsb. Geng'Q File



39



Suatu larutan kristal padat (atau kristal campuran) dapat didefinisikan secara sederhana sebagai suatu zat padat kristal yang homogen dengan komposisi yang bervariasi. Pada substitusi atom, yang menjadi faktor penting ialah ukuran atom atau ion (radius ion), sedangkan muatan atau valensi atom/ion yang mengganti tidak perlu sama dengan atom/ion yang diganti, namun netralisasi listrik dalam struktur atom/ion tsb harus tetap dipertahankan. Misalnya dalam deret albit (NaAlSi3O8) anortit (CaAl2Si2O8), Ca2 mengganti Na1, dan netralisasi listrik dipertahankan oleh substitusi atom yang menyertainya, yaitu Al3 untuk Si4. Substitusi kopel/berpasangan seperti ini sering terjadi pada mineral-mineral silikat.



Geng'Q File



40



Secara umum dapat dikatakan bahwa substitusi atom tidak akan berlangsung atau sedikit kemungkinannya bila perbedaan muatan lebih besar dari 1, walaupun ukuran atomnya mendekati kesamaan. Misalnya : Zr4 tidak mungkin mengganti Mn2, atau Y3 tidak dapat mengganti Na1. Kelangsungan substitusi atom ditentukan oleh struktur dasarnya, dekatnya harga radius ion, dan temperatur pembentukan zat. Beberapa mineral memang struktur dasarnya berbakat mudah disubstitusi, misalnya spinel (MgAl2O4) dan apatit [Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)] ; sedangkan yang lainnya sukar, seperti kuarsa (SiO2). Hal ini disebabkan kurangnya ion-ion asing yang ukuran dan muatannya cocok.



Geng'Q File



41



Ukuran ion adalah hal yang sangat fundamental dalam substitusi atom/ion, karena atom/ion yang mengganti harus dapat mengisi kedudukan kisi atom/ion yang digantinya, tanpa menyebabkan distorsi struktur yang besar. Untuk temperatur, maka makin tinggi temperatur, makin besar pula toleransi substitusinya. Sifat ini penting dalam memperkirakan temperatur pembentukan mineral. Misalnya sfalerit, ternyata jumlah besi yang dikandungnya merupakan fungsi temperatur (Gambar 3.6). Sfalerit adalah suatu mineral bijih yang umum. 3.7 Larutan Padat Celah dan Larutan Padat Cacat (Interstitial and Defect Solid Solution) Geng'Q File



42



Geng'Q File



43



3.7.1 Larutan Padat Celah (Interstitial Solid Solution) Dalam larutan padat celah, atom atau ion-ion asing tidak mengganti atom atau ion-ion di dalam struktur, tetapi mengisi celah-celah kisi. Tipe ini sangat umum dalam metal-metal yang mengambil atom/ion H, C, B, dan N, yang semua-nya berukuran kecil. Contoh : kristobalit dan tridimit, yaitu suatu bentuk SiO2 temperatur tinggi, sering dijumpai mengandung Na dan Al. Dalam hal ini, Al3 mengganti Si4, dan Na1 menempati struktur kristobalit dan tridimit yang terbuka lebar. Na1 diperlukan agar kenetralan listrik tetap dipertahankan.



3.7.2 Larutan Padat Cacat (Defect Solid Solution) Larutan padat cacat disebut juga cacat kisi (defect lattices) ; dalam hal ini beberapa atom hilang, sehingga kisi-kisi menjadi kosong, yang kemudian diisi oleh atom/ion asing. Geng'Q File



44



Contoh yang baik ialah pada pirotit (pyrrhotite, Fe1xS), yang dari analisisnya selalu memperlihatkan kandungan S yang berlebih jika dibandingkan dengan S yang dihitung dari rumus FeS. Kelebihan atom S bukan disebabkan oleh penambahan, tetapi karena berkurangnya atom Fe. Pengurangan ini terjadi tanpa menyebabkan gangguan pada kisi. Hal ini tam-pak pada hubungan antara Berat Jenis pirotit dan persentase atom S (Gambar 3.7).



Geng'Q File



45



Pada grafik terlihat hubungan sbb : Semakin kecil BJ pirotit, semakin besar jumlah atom S. BJ pirotit yang semakin kecil berarti semakin sedikit jumlah atom Fe. Geng'Q File



46



3.8 Polimorfisme Suatu unsur, atau senyawa yang dapat muncul lebih dari satu susunan atom atau bentuk kristal, disebut polimorf (poli berarti banyak ; morf berarti bentuk ; jadi polimorf berarti berbentuk banyak). Dalam hal ini, untuk setiap zat yang sama, mempunyai sifat fisik dan susunan atom, atau bentuk kristal yang berbeda. Dengan demikian, polimorf adalah gejala yang diperli-hatkan oleh suatu mineral yang berkomposisi sama, tetapi muncul dalam bentuk kristal yang berbeda, atau lebih dari satu macam sistem kristal. Polimorf yang berbeda dari zat yang sama terbentuk karena kondisi tekanan, temperatur, dan lingkungan kimiawi yang berbeda. Dengan demikian, kehadiran satu polimorf da-lam suatu batuan, sering dapat memberikan keterangan ten-tang kondisi pembentukan batuan itu.



Geng'Q File



47



Ada 2 tipe polimorfisme, yaitu : 1. Yang bolak-balik pada suatu T & P tertentu. Tipe ini disebut enantiotropi. Contohnya ialah hubungan antara kuarsa dan tridimit. kuarsa  tridimit, pada 867o C, 1 atm 2. Perubahan searah, disebut juga monotropi. Contohnya hubungan antara markasit dan pirit. Dalam hal ini markasit dapat berubah menjadi pirit, tetapi sebaliknya tidak. markasit --- pirit, tetapi pirit ---/ markasit Pada polimorf monotropi, satu bentuk selalu tidak stabil, sedang bentuk lainnya stabil. Bentuk yang tidak stabil cenderung untuk berubah menjadi bentuk stabil ; tetapi tidak sebaliknya. Dalam hubungan markasit pirit di atas, markasit berbentuk takstabil, sedangkan pirit bentuk yang stabil.



Geng'Q File



48



3.9 Pseudomorfisme Suatu mineral dapat diganti oleh mineral lain tanpa merubah bentuk luar atau kristal asal. Pergantian seperti ini disebut pseudomorf dan fenomenanya dinamakan pseudomorfisme. Ada 2 tipe pseudomorf, yaitu : 1. Pergantian tanpa terjadinya perubahan zat. Tipe ini dikenal sebagai paramorfisme. Contohnya : kalsit paramorf setelah aragonit. 2. Pergantian yang disertai dengan penambahan beberapa elemen dan hilangnya/terlepasnya elemen-elemen lain. Tipe ini ditandai oleh terbentuknya mineral baru dari mineral asli melalui perubahan kimia seperti :



Geng'Q File



49



a. Kehilangan zat, contoh : Cu2O (kuprit)  Cu (tembaga). b. Penambahan zat, contoh : CaSO4 (anhidrit)  CaSO4.2H2O (gipsum). c. Pergantian sebagian, contoh : FeS2 (pirit)  HFeO2 (gutit/limonit). d. Pergantian total, contoh : CaF2 (fluorit)  SiO2 (kuarsa). Dengan terbentuknya suatu pseudomorf, menunjukkan bahwa mineral asli tidak dapat bertahan lama pada kondisi fisik dan kimia yang mulai berubah, sehingga berganti menjadi mineral lain yang lebih stabil pada kondisi yang baru. Geng'Q File



50



Oleh karena itu, studi ttg pseudomorf pada suatu batuan, dapat melengkapi kajian sejarah geologi batuan tsb. Dengan diketahuinya daerah stabilitas mineral asli dan pseudomorfnya, maka dapat diperkirakan T & P pada saat perubahan berlangsung. 3.10 Mineral-mineral Non-kristal Dalam definisi dinyatakan bahwa mineral adalah benda padat kristal. Namun demikian, ternyata di alam banyak terdapat zat-zat padat yang tidak kristal, tetapi dianggap mineral. Ada 2 tipe mineral-mineral nonkristal, yaitu : 1. Mineral-mineral metamik, dan 2. Mineral-mineral amorf.



Geng'Q File



51



3.10.1 Mineral-mineral Metamik Dianggap sebagai pseudomorf non-kristal dari material kristal yang asli. Bersifat optik isotropik dan tidak membiaskan sinar x, sehingga menunjukkan kondisi amorf. Tidak memperlihatkan belahan, tampak seperti kaca dengan pecahan yang konkoidal. Bersifat radioaktif karena mengandung U dan/atau Th. Berasal dari mineral-mineral yang semula berbentuk kristal,tetapi kemudian hancur struktur kristalnya karena dibombardemen oleh partikel-partikel alfa yang dipancarkan dari disintegrasi mineral-mineral radioaktif.



Geng'Q File



52



* Umumnya berupa senyawa asam lemah atau basa lemah, seperti “zirkon”, ZrSiO4 (zirkon yang telah terubah menjadi metamik disebut juga malakon), dan torit, ThSiO4. 3.10.2 Mineral-mineral Amorf * Termasuk gelas-gelas dan gel-gel. * Gelas-gelas terbentuk bila cairan silikat panas mendingin dengan cepat. * Gel terbentuk bila larutan koloid memadat. * Mineral yang umum adalah opal ; terbentuk dari konsolidasi larutan koloid silika. Opal adalah silika hidrat yang kandungan airnya bervariasi. Rumusnya : SiO2.nH2O. * Zat-zat alam lain yang berbentuk larutan koloid adalah :



Geng'Q File



53



# Silikat aluminium hidrat (mineral-mineral lempung), # besi hidrat, # mangan hidrat, dan # oksida aluminium hidrat. * Mineral-mineral yang memadat sebagai gel, sering dikenaldari permukaannya yang botrioidal, dan struktur dalam yang menyerat/fibrus, dengan serat-serat yang tegak lurus permukaan. Contoh : psilomelan [(Ba,H2O)2Mn5O10] dan gutit/limonit (HFeO2).



Geng'Q File



54



 Sifat fisik suatu mineral erat hubungannya dengan struktur kristal dan komposisi kimianya, sehingga dengan mempe-lajari sifat fisiknya, dapat dibuat beberapa deduksi tentang struktur kristal dan komposisi kimianya.  Sifat fisik suatu mineral berguna dalam segi keteknikan. Misalnya : intan dipakai sebagai pengasah karena kekerasannya yang luar biasa, dll.



Geng'Q File



55



Sifat fisik suatu mineral meliputi 8 aspek, yaitu : 1. Sifat optik (optical properties), 2. Kekerasan (hardness), 3. Belahan dan pecahan (cleavage and fracture), 4. Berat Jenis (BJ ; density), 5. Sifat magnet (magnetic properties), 6. Sifat listrik (electrical properties), 7. Sifat permukaan (surface properties), dan 8. Radioaktivitas (radioactivity).



2.1 Sifat Optik Mineral mempunyai 4 macam sifat optik, yaitu : 1. Pemantulan dan pembiasan (reflection and refraction), 2. Kilap (luster), Geng'Q File



56



3. Warna dan goresan (color and streak), dan 4. Luminesensi (luminescence).



2.1.1 Pemantulan dan Pembiasan Jika seberkas sinar diarahkan miring ke atas permukaan sebuah benda padat non opak, maka sebagian sinar akan dipantulkan kembali ke udara, dan sebagian lagi dibiaskan sebagai sinar bias. Arah sinar pantul mengikuti Hukum Pemantulan, yang menyatakan sudut pantul r’ sama dengan sudut datangi, serta sinar pantul dan sinar datang terletak pada satu bidang.



Geng'Q File



57



Gambar 2.1 Pemantulan dan pembiasan



Untuk sinar bias, maka hubungan antara sinar datang i dan sinar bias r, berlaku Hukum Snellius. Hukum ini menyatakan :



sin i/sin r = n ; konstanta n disebut indeks bias.



Geng'Q File



58



Untuk meneliti mineral yang tembus cahaya, digunakan sinar bias. Misalnya untuk mempelajari “Mineral Optik”, atau “Petrografi”. Mikroskop yang dipakai adalah “Mikroskop Polarisasi”. Jika yang diteliti mineral opak (tidak tembus cahaya), maka sinar yang digunakan adalah sinar pantul. Cara ini dipakai dalam meneliti mineral-mineral bijih. Sifat optik berhubungan erat dengan struktur kristal mineral. Pada mineral-mineral isometrik dan non-kristal, kecepatan sinar pada semua arah akan sama, dengan demikian indeks bias pada semua arah tsb, akan sama pula. Mineral yang seperti ini disebut “mineral isotrop”. Jika sebaliknya, maka disebut “mineral anisotrop” (lihat Gambar 2.2 dan 2.3). Geng'Q File



59



Gambar 2.2 Sifat optik isotrop pada kristal isometrik



Sifat optik anisotrop pada kristal ortorombik



Geng'Q File



60



Geng'Q File



61



Hubungan antara indeks bias dan kristalografi, dapat digambarkan melalui sumbu-sumbu kristal dengan perbandingan panjang sumbu adalah indeks biasnya. Gambaran yang dihasilkan disebut indikatriks, yaitu gambaran 3 dimensi yang dipakai untuk menjelaskan arah getaran sinar yang berbeda dalam suatu mineral.



Indikatriks mineral-mineral non kristal dan isometrik, berbentuk sebuah bola karena indeks bias ke semua arah sama (Gambar 2.4 a). Untuk mineral-mineral yang berkristal tetragonal dan heksagonal, indikatriksnya berbentuk elipsoida putar, dengan setiap sayatan yang tegak lurus sumbu c akan berbentuk lingkaran. Sumbu putar berimpit dengan sumbu c kristalografi (Gambar 2.4 b). Geng'Q File



62



Bentuk ini adalah hasil perambatan cahaya pada arah tegak lurus sumbu c yang mempunyai kecepatan yang sama, dengan getarannya terletak pada bidang sumbu horisontal. Karena mempunyai satu sumbu optik yang sejajar dengan sumbu c kristalografi, maka mineral-mineral yang bersistem kristal tetragonal dan heksagonal disebut uniaksial. Bagi mineral-mineral yang bersistem kristal ortorombik, monoklin dan triklin, indikatriksnya mempunyai simetri yang rendah, sesuai dengan simetri kristalografinya yang memang rendah. Indikatriksnya berbentuk elipsoida triaksial, dengan 2 sumbu optik (Gambar 2.4 c). Karenanya, mineral-mineral yang bersistem kristal ortorombik, monoklin, dan triklin disebut mineral bersifat optik biaksial. Geng'Q File



63



Indikatriks optik untuk mineral (a) isotropik, (b) uniaksial, (c) biaksial. Pada (a) indikatriks berbentuk bola, yang radiusnya sebanding dengan n, yaitu indeks bias mineral. Untuk (b) indikatriksnya berbentuk elip-soida putar, yang sayatan equato-rialnya berbentuk lingkaran dengan radius sebanding terhadap , salah satu indeks bias utama ; dan sumbu vertikal yang sebanding dengan , indeks bias lainnya ;  dapat >  atau < . Pada (c) indikatriksnya berbentuk elipsoida triaksial, dengan indeks bias terkecil pada sumbu , indeks bias menengah pada sumbu  dan indeks bias terbesar pada sumbu . (d) adalah penampang elipsoida pada bidang  ; AA dan BB adalah sumbu optik yang tegak lurus pada 2 penampang lingkaran yang berjari-jari . Geng'Q File



64



2.1.2 Kilap Kilap adalah sifat optik yang erat hubungannya dengan pemantulan dan pembiasan. Dikenal 2 kelas kilap utama, yaitu : 1. Kilap metal atau logam, dan 2. Kilap non-metal atau non-logam.



Batas yang nyata antara kedua kelas kilap, sukar untuk ditentukan ; dan mineral-mineral yang kilapnya terletak di antara kedua kelas kilap itu dikatagorikan berkilap sub-metal. 2.1.2.1 Kilap Metal/logam * Terdapat pada mineral opak, atau hampir opak. * Biasanya agak gelap, atau hampir gelap. * Indeks biasnya  3. Geng'Q File



65



* Terdapat pada kebanyakan mineral-mineral logam nativ dan sulfida.



2.1.2.2 Kilap Sub-metal/sub-logam * Terdapat pada mineral yang semi opak sampai opak. * Indeks bias berkisar antara 2,6 – 3. * Contoh : kuprit (n = 2,85) ; sinabar (n = 2,91) ; hematit (n = 3,0). 2.1.2.3 Kilap Non-metal/non-logam Dapat dibagi menjadi beberapa jenis. 1. Kilap kaca (vitreous) # Kilap gelas, yang karakteristik pada mineral berindeks bias di antara 1,3 – 1,9. Geng'Q File



66



# Terdapat pada hampir semua mineral silikat, sebagian besar oxysalt (karbonat, fosfat, sulfat, dll), halida, oksida dan hidroksida elemen-elemen ringan, seperti Al dan Mg. 2. Kilap adamantin # Kilap yang sangat terang, khas pada intan. # Ada pada mineral yang berindeks bias terletak di antara 1,9 – 2,6, seperti pada zirkon (n = 1,92 – 1,96) ; kasiterit (n = 1,99 – 2,09) ; belerang (n = 2,4). # Bila berkombinasi dengan kuning atau coklat, terbentuklah kilap damar atau resin. 3. Kilap lemak (greasy), lilin (waxy), sutera (silky), dan mutiara (pearly) adalah variasi lain dari kilap non-metal, yang semuanya disebabkan oleh karakter permukaan pantul.



Geng'Q File



67



Di samping warna dan sifat tembus cahaya, kilap mineral kadang-kadang mempunyai nilai ekonomi, seperti yang diperlihatkan oleh batupermata. Kilap dan indeks bias sangat menentukan apakah batu-permata berkilau atau tidak. Makin tinggi indeks bias, makin berkilau dan indah batupermata itu. Misalnya ametis atau kecubung kasian, meskipun bersifat transparan dan berwarna baik, ternyata masih kurang berkilau daripada intan, atau zirkon. Hal ini disebabkan kuarsa mempunyai indeks bias