Kristal
Kristal atau hablur adalah suatu padatan yang atom, molekul, atau ion penyusunnya terkemas secara teratur dan polanya berulang melebar secara tiga dimensi. Secara umum, zat cair membentuk kristal ketika mengalami proses pemadatan. Pada kondisi ideal, hasilnya bisa berupa kristal tunggal, yang semua atom-atom dalam padatannya "terpasang" pada kisi atau struktur kristal yang sama, tetapi, secara umum, kebanyakan kristal terbentuk secara simultan sehingga menghasilkan padatan polikristalin.
Struktur kristal mana yang akan terbentuk dari suatu cairan tergantung pada kimia cairannya sendiri, kondisi ketika terjadi pemadatan, dan tekanan ambien. Proses terbentuknya struktur kristalin dikenal sebagai kristalisasi.
Meski proses pendinginan sering menghasilkan bahan kristalin, dalam keadaan tertentu cairannya bisa membeku dalam bentuk non-kristalin. Dalam banyak kasus, ini terjadi karena pendinginan yang terlalu cepat sehingga atom-atomnya tidak dapat mencapai lokasi kisinya. Suatu bahan non-kristalin biasa disebut bahan amorf atau seperti gelas. Walaupun terkadang bahan seperti ini juga disebut
sebagai padatan amorf, meskipun ada perbedaan jelas antara padatan dan gelas. Proses pembentukan gelas tidak melepaskan kalor lebur jenis (Bahasa Inggris: "latent heat of fusion"). Karena alasan ini banyak ilmuwan yang menganggap bahan gelas sebagai cairan, bukan padatan. Topik ini kontroversial, silakan lihat gelas untuk pembahasan lebih lanjut. Struktur kristal terjadi pada semua
kelas material, dengan semua jenis ikatan kimia. Hampir semua ikatan logam ada pada keadaan polikristalin; logam amorf atau kristal tunggal harus diproduksi secara sintetis, dengan kesulitan besar. Kristal ikatan ion dapat terbentuk saat pemadatan garam, baik dari lelehan cairan maupun kondensasi larutan. Kristal ikatan kovalen juga sangat umum. Contohnya adalah intan, silika
dan grafit. Material polimer umumnya akan membentuk bagian-bagian kristalin, namun panjang molekul-molekulnya biasanya mencegah pengkristalan menyeluruh. Gaya Van der Waals lemah juga dapat berperan dalam struktur kristal. Contohnya, jenis ikatan inilah yang menyatukan lapisan-lapisan berpola heksagonal pada grafit.
Kebanyakan material kristalin memiliki berbagai jenis cacat kristalografis. Jenis dan struktur cacat-cacat tersebut dapat berefek besar pada sifat-sifat material tersebut.
Meskipun istilah "kristal" memiliki makna yang sudah ditentukan dalam ilmu material dan fisika padat, dalam kehidupan sehari-hari "kristal" merujuk pada benda padat yang menunjukkan bentuk geometri tertentu, dan kerap kali sedap di mata. Berbagai bentuk kristal tersebut dapat ditemukan di alam. Bentuk-bentuk kristal ini bergantung pada jenis ikatan molekuler antara atom-atom untuk menentukan strukturnya,
dan juga keadaan terciptanya kristal tersebut. Bunga salju, intan, dan garam dapur adalah contoh-contoh kristal.
Beberapa material kristalin mungkin menunjukkan sifat-sifat elektrik khas, seperti efek feroelektrik atau efek piezoelektrik. Kelakuan cahaya dalam kristal dijelaskan dalam optika kristal. Dalam struktur dielektrik periodik serangkaian sifat-sifat optis unik dapat ditemukan seperti yang dijelaskan dalam kristal fotonik.
Kristal tunggal juga disebut sebagai monokristalin, yaitu suatu padatan kristal yang mempunyai kisi kristal yang susunannya teratur secara kontinyu dan kisi-kisi kristal yang membentuk bingkai tersebut tidak rusak atau tetap struktur-nya. Menurut Milligan (1979), kristal tunggal adalah suatu padatan yang atom-atom dalam molekul-molekulnya diatur dalam keterulangan dimana sebagian padatan kristal tersusun dari jutaan kristal tunggal yang disebut "grain".
Dalam proses pembentukan struktur kristal tersebut, dalam ilmu kristalografi dijelaskan dengan dua jalan yaitu hcp ("hexagonal close-packed") dimana kristal terbentuk dengan urutan atom ABABAB dan seterusnya serta urutan pembentukan kristal lainnya adalah ccp ("cubic close-packed") dimana urutan atom pembentuknya adalah ABCABC dan seterusnya.
Dalam identifikasi kristal tunggal tidak akan lepas dengan kisi Bravais karena dengan mengetahui sistem kristal atau kisi Bravais dapat diidentifikasi jenis dari kristal tunggal tersebut. Kisi Bravais merupakan sistem kristal atau bentuk dasar dari kisi kristal. Terdapat empat belas kisi Bravais dan untuk sistem kristalnya terdapat tujuh yang ditampilkan pada tabel di bawah. Keempatbelas kisi tersebut memiliki
perbedaan dalam bentuk dan ukuran unit sel. Perbedaan tersebut dilambangkan dengan huruf "a, b, c" dan sudut di antara huruf tersebut dilambangkan dengan ", , ," dimana "" adalah sudut di antara "b" dan "c, " adalah sudut di antara "a" dan "c", dan "" adalah sudut di antara a dan b.
Kristal dapat terbentuk dari proses pengendapan. Endapan adalah zat yang memisahkan diri sebagai suatu fase padat keluar dari larutan dan terbentuklah kristal. Ukuran kristal yang terbentuk selama pengendapan tergantung pada dua faktor penting, yaitu laju pembentukan inti dan laju pertumbuhan kristal. Laju pembentukan inti dapat dinyatakan dengan jumlah inti yang terbentuk
dalam satuan waktu. Jika laju pembentukan inti tinggi, banyak sekali kristal yang akan terbentuk tetapi dengan ukuran yang kecil. Sedangkan jika laju pertumbuhan kristal tinggi, maka akan didapatkan kristal dengan ukuran yang tinggi.
Suatu kristal dapat digolongkan berdasarkan susunan partikelnya dan dapat pula berdasarkan jenis partikel penyusunnya atau interaksi yang menggabungkan partikel tersebut.
Kristal dengan kisi yang terdiri atas atom logam yang terikat melalui ikatan logam. Atom logam merupakan atom yang memiliki energi ionisasi kecil sehingga elektron valensinya mudah lepas dan menyebabkan atom membentuk kation. Bila dua atom logam saling mendekat, maka akan terjadi tumpah tindih antara orbital-orbitalnya sehingga membentuk suatu orbital molekul.
Semakin banyak atom logam yang saling berinteraksi, maka akan semakin banyak terjadi tumpang tindih orbital sehingga membentuk suatu orbital molekul baru. Terjadinya tumpang tindih orbital yang berulang-ulang menyebabkan elektron-elektron pada kulit terluar setiap atom dipengaruhi oleh atom lain sehingga dapat bergerak bebas di dalam kisi.
Salah satu sifat kristal logam adalah dapat ditempa. Sifat ini diperoleh dari ikatan logam yang membentuknya. Dalam ikatan logam, terjadi interaksi antara atom/ion dengan elektron bebas di sekitarnya sehingga dapat membuat logam mempertahankan strukturnya bila diberikan suatu gaya yang kuat.
Kristal ionik terbentuk karena adanya gaya tarik antara ion bermuatan positif dan negatif. Umumnya, kristal ionik memiliki titik leleh tinggi dan hantaran listrik yang rendah. Contoh dari kristal ionik adalah NaCl. Kristal ionik tidak memiliki arah khusus seperti kristal kovalen sehingga pada kristal NaCl misalnya, ion natrium akan berinteraksi dengan semua
ion klorida dengan intensitas interaksi yang beragam dan ion klorida akan berinteraksi dengan seluruh ion natriumnya.
Atom-atom penyusun kristal kovalen secara berulang terikat melalui suatu ikatan kovalen membentuk suatu kristal dengan struktur yang mirip dengan polimer atau molekul raksasa. Contoh kristal kovalen adalah intan dan silikon dioksida (SiO) atau kuarsa. Intan memiliki sifat kekerasan yang berasal dari terbentuknya ikatan kovalen orbital atom karbon hibrida sp3.
Pada umumnya, kristal terbentuk dari suatu jenis ikatan kimia antara atom atau ion. Namun, pada kasus kristal molekular, kristal terbentuk tanpa bantuan ikatan, tetapi melalui interaksi lemah antara molekulnya. Salah satu contoh dari kristal molekular adalah kristal iodin.
"Kristalografi" adalah studi ilmuiah mengenai struktur kristal (dengan kata lain, susunan atom) dari kristal. Salah satu teknik kristalografi yang banyak digunakan adalah difraksi sinar-X. Sejumlah besar struktur kristal yang telah diketahui disimpan dalam basis data kristalografi.