HAND OUT MATA KULIAH PRINSIP-PRINSIP PRINSIP-PRINSIP GOKIMIA
Oleh; Ir. Yulius Marzani, M.Si
PROGRAM STUDI TEKNIK GEOLOGI SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL YOGYAKART
saling terasing dalam keluarga:
BAB I
PRISIP-PRINSIP PRISIP-PRINSIP GEOKIMIA
Geokimia adalah suatu bidang ilmu sains yang titik berat mempelajari kimia bumi Tugas utama ilmu geokimia mempelajari sbb: 1. Menentukan banyaknya unsur dan species atom (isotop) secara mutlak dan relative di dalam bumi 2. Mempelajari penyebaran dan pemindahan unsur-unsur individu dibeberapa bagian bumi ini (atmosfer, hidrosfer, kerak bumi dll) dan didalam mineral dan batuan, dengan tujuan memenuhi prinsip-prinsip penyebaran dan pemindahan. Sehingga ketahap tertentu, lingkup ilmu giokimia sudah dibuktikan oleh sejarah perkembangan ilmu geologi terutama yang berhubungan dengan mineralogi dan petrologi. Kajian geokimia sangat penting untuk mengetahui keberadaan dan jumlah unsur-unsur dipermukaan bumi. SEJARAH ILMU GEOKIMIA
Ilmu
geokima
telah
berkembang
dengan
pesat
seiring
dengan
perkembangan ilmu pengetahuan dan teknolgi khususnya bidang kimia dan geologi. Sebetulnya geokimia sudah lama diperkenalakan oleh seorang ilmuwan kimia berkebangsaan Swiss yang bernama Schonbein (penemu gas ozon) pada tahun 1838. Pada dasarnya geokima mepelajari unsure-unsur kimia yang terdapat dalam alam semesta. Konsep modern tentang unsure-unsur telah diperkenalkan oleh Lavoiser dalam bukunya “Traite elementaire de Chemie” p ada tahun 1789.
Lavoiser telah memperkenalkan 31 jenis unsure antara lain sebagai berikut : O,N,H,S,P,Cl,E,B,Sb,Ag,As,Bi,Co,Cu,Sn,Fe, O,N,H,S,P,Cl,E,B,Sb,Ag,As,Bi,Co,Cu,Sn,Fe,Mn,Hg,Mo,Ni,Au,P Mn,Hg,Mo,Ni,Au,Pt,Pb,W,Zn,Ca,Mg,Ba,Al t,Pb,W,Zn,Ca,Mg,Ba,Al ,Si, beberapa unsure lain sudah diketahui sejak jaman purba antara lain: Au,Ag,Cu,Fe,Pb,Sn,Hg,S Au,Ag,Cu,Fe,Pb,Sn,Hg, S dan C. Pada akhir abad ke 18 diketemukan unsur-unsur ; U, Zr, Ti, Y, Be, Cr dan Te
Penemuan unsur-unsur dalam abad ke 19 sbb: 1. 1800-1809 1800-1809 ; Na, K, Nb. Rh, Pd, Ce, Ta,Os, Ir 2. 1810-1819; 1810-1819; Li, Se, Cd, I 3. 1820-1829; 1820-1829; Br, Th 4. 1830-1839; V. La 5. 1840-1849; 1840-1849; Ru, Tb, Er 6. 1850-1859; 7. 1860-1869; 1860-1869; Rb, In, Cs; TI 8. 1870-1879; 1870-1879; Sc, Ga, Sm, Ho, Tm,Yb 9. 1880-1889; 1880-1889; Ge; Pr; Nd; Gd; G d; Dy 10.1890-18 10.1890-1899; 99; He, Ne, Ar, Kr, Xe, Po, Ra, Ac Pada tahun 1850-1859 tidak terdapat satu unsurpun dapat ditemukan. Dalam tahun 1860 Bunsen dan kerchoff telah memperkenalkan alat spektroskop untuk mengenali unsur-unsur dengan alat tersebut antara lain Cs, Rb, Ti dan In. Pada tahun 1870 an dan 1880 an beberapa lanthanide diketemukan dan diperkenalkan oleh Mendeleev ; eka-aluminium (Ga), eka-boron (Sc) dan ekasilikon (Ge). Pada tahun 1894 ditemukan gas argon dan yang lain ; Ne,He, Kr, Xe. Penemuan keradioaktifan keradioaktifan oleh Becquel pada tahun 1896 sehungga pada tahun tahun 1898 diketemukan Polonium dan radium oleh Curies 1898 dan actinium 1899 oleh Debierne. Menjelang tahun 1900 unsur-unsur radioaktif lain diketemukan; Eu (1901); Lu (1907); Hf(1923) dan Re(1925). Selama abad 19 data geokima merupakan hasil samping kajian geologi dan mineralogy yang berasal dari bagian mineral, batuan, air dan gas.
BAB II BUMI DAN HUBUNGAN DENGAN JAGAT RAYA
Bumi adalah merupakan bagian dalam tata surya yang terdiri dari matahri, planet-planet dan satelitnya, asteroid, komet, dan meteorit. Matahari itu sendiri merupakan satu unit bintang di dalam galaksi kita. Lebih dari 10 11 terdapat di dalam galaksi yang berbentuk seperti kanta dengan garis pusat kurang 70 000 tahun cahara ( 1 tahun cahaya ≈ 1013 km). Diluar galaksi kita terdapat bayak lagi sistem-sistem bintang yang kurang lebih sama ukurannya. Sistem-sistem ini, nebula ekstragalaksi, tersebar secara seragam di seluruh angkasa. Galaksi yang hampir dekat dengan kita adalah nebula Andromeda, dan jaraknya lebih kurang 1,75 x 106 tahun cahaya. Garis-garis di dalam spectrum nebula ekstragalaksi ini menunjukkan perubahan kearah warna merah bagi spectrum. Perubahan kea rah kemerahan ini lebih kurang sama dengan jaraknya. Perubahan ini dianggap sejajar dengan jaraknya. Perubahan ini dianggap sebagai effek Doppler, ini disebabkan oleh bergesernya nebula yang semakin besar. Sebagian besar dari pada teori pembesaran jagat raya masih menjadi spekulasi, oleh sebab ini kesimpulan yang berdasarkan teori juga masih spekulasi. UMUR JAGAT RAYA
Teori alam jagat raya yang membesar dan dinamik menunjukkan bahwa jagat raya telah dan masih menjalani evolusi. Jika kita tinjau ke belakang dari segi masa, kita akan sampai pada tahap bahwa alam raya merupakan titik kecil,yang umum dikatakan tahap primitive dan menentukan umur alam raya ini secara astronomi dari masa tersebut. Dengan beberapa pengandaian bahwa umur jagat raya secara astronomi astronomi dapat dikira-kira dalam kisaran 16 x 109tahun. Sistem tata surya dapat dianggap unit tersendiri, dan umur galaksi-galaksi dapat diperkirakan. Sistem tata surya merupakan sistem yang tertutup dan kandungan unsurnya sama dengan seperti semasa pembentukannya dahulu, kecuali terjadi sedikit perubahan akibat akibat penukaran hidrogen hidrogen kepada helium dan adanya unsur radioaktif pada unsure-unsur lain. Anggapan tersebut berasaskan
bahwa bahan-bahan didalam tata surya telah terasing pada suatu masa tertentu (titik kosong bagi skala masa kini) dan kandungan unsur primitive berubah karena aktifitas radioaktif. Umur unsure-unsur induk kemudian diperkirakan
sejak
peluluhan radioaktif sampai terbentuk unsure baru (anak). Peluluhan radioaktif menjadi penting sebagai penentu umur. Tabel 1. Beberapa peluluhan radioaktif untuk menentukan umur geologi Unsur-unsur induk 238 U 235 U 232 Th 87 Rb 40 K
Waktu setengah umur 4.5 x 109 tahun 7.1 x 108 tahun 1.4 x 1010 tahun 4.9 x 1010 tahun 1.3 x 109 tahun
Hasil 206 Pb + 84He 207 Pb + 74He 208 Pb + 64He 87 Sr 40 Ar, 40Ca
Kajian empiric dan teori, seperti yang akan dibicarakan dalam bab ini, bahwa banyaknya unsure dan nuklida di dalam sistem tata surya dapat diramal. Ramalan dibuat dengan menggunakan perbandingan nuklida radioaktif dengan unsureunsur yang ada disekelilingnya. Oleh sebab itu banyaknya setengah umur 4.5 x 109 tahun dan
238
U dengan waktu
235
U dengan waktu setengah umur 7.1 x 10 8
boleh diramal kurang lebih sama dengan unsure bismuth dan merkuri. Unsurunsur tersebut tidak mungkin terbentuk lebih dari pada puluh ribu juta tahun yang lalu. Sebaliknya tidak adanya unsure
237
Np dan
247
Cm yang masing-masing
mempunyai masa setengah umur 2.25 X 10 4 tahun dan 4 x 10 7 tahun, menunjukkan pembentukan salah satu dari nuclei ini sekurang-kurangnya menunjukkan waktu beberapa ratus juta tahun yang lalu. Ini merupakan waktu yang relative lama bagi unsure-unsur tersebut. Penyelesaian yang bebas dapat diberikan dengan mempertimbangkan kelimpahan relative
235
U dan
238
U. Jika
kedua isotop ini asalnya terbentuknya sama banyak, nisbah masa kini diantara 235
U dengan
238
U adalah 1 : 138, ini disebabkan oleh waktu setengah umur
lebih pendek dan ini menyebabkan peluluhan lebih cepat dari pada
235
U
238
U. Masa
yang diperlukan bagi menurunkan konsentrasi yang sama pada nisbah pada masa kini ialah lebih kurang 6 x 10 9 tahun. Hal lain yang dapat menyokong bahwa sistem tata surya berawal dari sejak beberapa juta tahun yang lalu, diantaranya isotop-isotop plumbum (204Pb,
206
Pb,
207
Pb,
208
Pb),
204
Pb adalah tidak radioaktif,
dan jumlahnya pada masa sekarang sama dengan pembentukakannya dahulu. Isotop-isotop lain sebagian asli dan sebagian terbentuk dari hasil peluluhan dari unsure induk
238
235
U,
U dan
232
Th. Di dalam bahan-bahan yang mengandung
uranium dan plumbum, kandungan isotop bagi plumbum mengalami perubahan yang progresif sepanjang masa geologi; jumlah relative bagi isotop radioaktif menjadi bertambah dibandingkan dengan
204
Pb yang tidak radioaktif. Meteorit
memberikan gambaran yang jelas tentang fakta ini. Meteorit besi tidak mengandung uranium yang mengandung sedikit plumbum di dalamnya nilai relative tertinggi
204
Pb dibandingkan dengan bahan-bahan yang lain. Meteorit
berbatu mengandung sejumlah uranium dan terdapat plumbum menunjukkan kesan tambahan bahwa plumbum radioaktif yang berhubungan dengan nisbah Pb/204Pb dan
206
207
Pb/204Pb yang lebih tinggi disbanding dengan plumbum pada
meteorit besi. Dari analisis data secara matematik memberikan umur bagi meteorit 4.6 x 109 tahun, yang telah ditentukan berdasarkan penentuan umur rubidium-strontium terhadap meteorit berbatu. Sejak masa itu meteorit besi dan meteorit berbatu ditentukan dan umur ini dipercayai sama dengan umur pembentukan planet didalam sistem tata surya. Bukti-bukti tambahan yang
diperoleh dari hasil penelitian menunjukkan bahwa umur bulan dapat diperkirakan 4.6 x 10 9 juta tahun. Bumi terbentuk sebagai satu satuan dalam tata surya terbentuk lebih kurang 4.6 x 109 tahun yang lalu. Dari kenyataan ini umur kerak bumi data ditentukan dengan skema peluluhan radioaktif. Dengan cara ini umur batuan yang berumur sekitar 2.700 juta tahun dapat diketahui. Batuan tertua dari Afrika antara 3.000 dengan 3.600 juta tahun; Amerika Utara 3.100 dengan 3.700 juta tahun yang lalu; Australia 3.000 juta tahun yang lalu.
SISTEM TATA SURYA
Dalam kajian giokimia suatu sistem tata surya amat penting walaupun sistem ini tidak begitu menarik di antara galaksi dan sangat kecil jika dibandingkan dengan keseluruhan jagat alam raya. Sifat-sifat yang khas pada sistem tata surya sbb : 1. Matahari sebagai pusat sistem tata surya, memiliki 99.8% pengaruh terhadap sistem dan hanya 2 % dari pada momentum bersudut 2. Semua planet mengelilingi matahari dalam arah yang sama dalam bentuk orbit elips. 3. Planet-planet berputar pada porosnya sendiri dengan arah yang sama mengelilingi matahari (kecuali Uranus dan Kejora, berputar ke belakang); dan kebanyakan satelitnya berputar dalam arah yang sama. 4. Planet menunjukkan jasad yang sama sebagaimana diterangkan dengan HK Bode, dan membentuk dua kumpulan yang berlawanan; kumpulan planetplanet kecil disebelah dalam (Utarid, Kejora, Bumi dan Marikh) yang lebih
dikenali sebagai planet daratan, dan kumpulan planet-planet besar disebelah luar (Musytari, Zuhal, Uranus dan Neptun), yang disebut planet utama 5. Bagian utama momentum bersudut bagi sistem tata surya ini tertumpu pada planet-planet, tidak seperti matahari sistem tertumpu pada matahari. Table 1. Hukum Bode : jarak relative antara planet dan matahari sbb: Utarid Kejora Bumi Marikh Kosong Musytari Zuhal Uranus Neptun Pluto 4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
0
3
6
12
24
48
96
192
384
4
7
10
16
28
52
100
196
388
Jarak planet dari matahari dengan menetapkan jarak bumi sebagai 10 3.9
7.2
10
15.2
52
100
192
301
395
Hukum Bode member nilai yang memuaskan dengan jarak yang diukur, kecuali Neptum; ruang di antara Marikh dengan Musytari dipenuhi oleh asteroid, pada jarak min 29 Tabel 2. Data tentang sistem tata surya Bumi =1
Jari-jari
Berat
(km)
jenis
Suhu
Tekanan
permukan permukaan 0
K
(dalam
Gas mayor dan minor dlm atmosfer
bar) Matahari
332000
695000
1.41
5500
-
H 2, He
Utarid
0.055
2440
5.44
620
-
-
Kejora
0.815
6050
5.27
741
93
CO2,N2,H2O,Ar,SO2
Bumi
1.00
6371
5.52
290
1
N2,O2,CO2,H2O
Marikh
0.11
3397
3.95
210-240
0.007
CO 2,N2,Ar,O2
Musytari
318
71600
1.31
170
Tinggi
H 2,He,CH4,NH3
Zuhal
95.2
60000
0.70
140
Tinggi
H2,He,CH4,NH3
Uranus
14.6
25900
1.21
80
Tinggi
H2,He,CH4,NH3
Neptum
17.2
24750
1.66
80
Tinggi
H2,He,CH4,NH3
0.0017
1300
1?
80
-
-
Pluto
KANDUNGAN ALAM SEMESTA
Pengetahuan tentang kandungan alam semesta berdasarkan pemeriksaan spektorskopi dari sinar mathari, analisis meteorit-meteorit dan kandungan bumi dan planet-planet lain. Berdasarkan garis-garis spectrum kita dapat menentukan benda yang bersinar. Dari data menunjukkan bahwa kandungan alam semesta mengandung unsure-unsur yang sama walaupun besarnya bervariasi pada tiaptiap tempat. Jumlah unsure-unsur yang berlainan adalah sama dimana-mana. Helium diketemukan didalam spectrum sinar matahari oleh Lockyer pada tahun 1868 dan didapati bumi oleh Ramsay pada 1895 sebagai gas yang keluar dari uranit apa bila dipanaskan dengan asam mineral KANDUNGAN MATAHARI
Kajian spektroskopi terhadap matahari telah dilakukan, kurang lebih 70 unsur telah dikenal pasti dalam spectrum matahari sbb; Tabel 3. Kelimpahan unsure-unsur di dalam atmosfera matahari Unsur
Nomor Atom
Kelimpahan (atom/106 atom Si)
H
1
2.2 x 1010
He
2
1.4 x 109
C
6
9.3 x 106
N
7
2.0 x 104
O
8
1.6 x 107
Na
11
4.3 x 104
Mg
12
8.9 x 105
Al
13
7.4 x 104
Si
14
1.0 x 106
S
16
3.2 x 105
K
19
3.2 x 103
Ca
20
5.0 x 104
Sc
21
2.5 x 101
Ti
22
2.5 x 103
V
23
2.3 x 102
Cr
24
1.1 x 104
Mn
25
5.9 x 103
Fe
26
7.1 x 105
Co
27
1.8 x 103
Ni
28
4.3 x 104
Cu
29
2.6 x 102
Zn
30
6.3 x 102
Sumber : Ross & Aller, 1976 KANDUNGAN PLANET-PLANET
Pemeriksaan dengan mata dan spektroskopi terhadap permukaan planet dapat menerangkan kepada kita kandungan unsurnya . kandungan unsure dipermukaan bumi dapat memberikan analogi untuk planet-planet yang lain. Utarid tidak
mempunyai atmosfera dan ketumpatannya sama dengan bumi. Kejora mempunyai atmosfera dan memiliki keseluruhan karbondioksida dan nitrogen yang menutupi seluruh permukaan, ukuran hampir sama dengan bumi. Marikh memiliki atmosfera yang diselimuti kabut awan dan debu, dan kutubnya diselimuti salju dan memiliki musim sejuk dan musim panas. Selimut ini diduga terdiri dari lapisan es H2O yang tipis dengan sedikit gas CO2. Permukaan Marikh keseluruhan berwarna sampai jingga kemerah-merahan kemungkinan adalah selaput ferum oksisda, yang hampir sama dengan pasir gurun di bumi. Asteroid belum dapat diambil contohnya tetapi dengan kajian spektrumnya bahwa kandungannya sama dengan meteorit. Albedo Ceres dan banyak lagi Asteroid mengandung bahan-bahan berkarbon sangat rendah. Planet-planet utama yaitu Musytari, Zuhal, Neptum dan Uranus banyak mempunyai ciri yang sama mempunyai ketumpatan yang rendah dan atmosfera yang tebal oleh adanya hydrogen dan helium yang dapat dibandingkan dengan yang terdapat dalam matahari. Ada banyak bukti adanya hydrogen yang ada sebagai metana dan ammonia. Zuhal mungkin mengandung sarah-sarah es, dan albedo dan ketumpatan beberapa satelit planet terdiri es juga. KANDUNGAN METEORIT
Bukti-bukti spektroskopi tidak menerangkan tentang kandungan bagian dalam planet-planet . Analogi terhadap bumi dan bukti yang terdapat dalam meteorit, yang merupakan bagian sistem tata surya (mungkin juga merupakan pecahan meledaknya asteroid dan akhirnya jatuh kebumi). Terdapat berjuta-juta meteorit yang berada didalam sistem tata surya, kitika terjadi ledakan jatuh kebumi sudah berupa debu yang sukar untuk ditentukan kecuali dengan alat-alat tertentu. Meteorit diperkirakan meledak dan jatuh ke bumi 30 000 – 150 000 pertahun.
Pengetahuan kita tentang meteorit terpusat pada meteorit yang besar yang jatuh ke bumi. Sebagianbesar
meteorit yang telah diselidiki mengandung paduan besi-nikel,
silica berhablur terutama olivine dan peroksin, mineral besi-sulfida troilit, atau campuran semuanya. Belum pernah ditemukan meteorit yang menyerupai batuan endapan atau batuan metamorf. Macam jenis meteorit yang di sudah dikenal sbb: 1. Siderit atau besi ( 98 % logam) 2. Siderolit atau besi berbatu (50% logam dan 50 % silkiat) 3. Aerolit atau batu Siderit atau meteorit besi, sebagian besar terdiri satu atau dua fasa logam nickelbesi (Ni 4%-20% jarang lebih besar dari ini), lainnya mengandung troilit (Fes), syreibersit (Fe,Ni,Co)3P dan grafit. Mineral tambahan, seperti daubrelit (FeCr2S4), koherit (Fe3C) dan kromit (FeCr2O4) jarang didapati. Mineral-mineral tambahan terdapat sebagai butiran-butiran bulat kecil atau berlamela yang terdapat didalam logam. Logam-logam ini menunjukan struktur yang khas yang disebut Widmanstatten,
yang
dapat
diedentifikasi
dengan
mengkilapkan
pada
permukaannya dengan larutan HNO3 beralkohol. Struktur ini terdiri daripada lamella kamasit (aloi nikel-besi dengan 6% Ni), taenit (aloi nikel-besi dengan nikel kira-kira 30%). Lamela ini sama dengan octahedron hablur nikel-besi yang pada dasarnya homogeny. Meteorit yang menunjukkan struktur Widmanstatten dikenali sebagai oktahedrit. Struktur ini adalah tipikal bagi ekssolusi subsolidus di dalam aloi yang telah didinginkan perlahan-lahan dari suhu tinggi. Heksahidrit adalah besi yang keseluruhannya terdiri dari pada kamasit, dan ataksit adalah besi dengan Ni lebih adari 14% dan sebagian besar terdiri dari pada taenit.
Sidorilit, atau meteorit besi berbatu, terdiri dari pada nikel-besi dan silikat yang lebih kurang sama banyak;
Dua jenis yang berbeda palasit dan mesosiderit,
dengan kandungan kimia dan mineralogy yang berbeda telah dikenal dengan pasti. Palasit terdiri dari gabungan nikel-besi yang mengelilingi butir olivine yang menunjukkan bentuk hablur yang baik. Di dalam mesosiderit, fasa logam tidak bergabung dengan logam lain dan terdapat silikat yang kebanyakan plagioklas feldspar dan piroksin, dan kadang kala dengan olivine sebagai pelengkap. Berdasarkan teksturnya, aerolit atau batu terdiri dari dua jenis , kondrit dan akondrit. Kondrit dinamakan demikian karena mengandung kondrul atau kondri, yaitu benda kecil bulat (garis pusat 1mm) terdiri dari utamanya olivine dan/atau piroksin. Kondrul jarang ditemuai pada meteorit ini dan belum pernah ditemui di dalam batuan bumi, dan oleh karena itu kondrul penting dalam menentukan asal meteorit. Rata-rata kandungan kondrit kurang lebih 40 % olivine, 30% piroksin, 520% nikel-besi, 10% plagioklas dan 6% troilit. Satu jenis kondrit yaitu kondrit berkarbon agak berbeda dengan meteorit lain karena sebagian besar terdiri dari silikat besi-magnesium terhidrat (serpentin atau mineral seperti klorit) dan mengandung hingga 10% bahan organic yang komplek. Penyelidikan terbaru terhadap Meteorit Murchison yang jatuh di Australia pada tahun 1969, membuktilan bahwa kandungan bahan organiknya bukan dari biologi. Meteorit Murchison mengandung campuran bahan oeganik komplek (hidrokarbon alifatik, dan aromatic, asam karboksilat,asam amino dan lain-lain). Kesamaan diantara bahan organic dengan dibuat secara sinteteti menegaskan bahwa bahan organic yang dimiliki meteorit Murchison bukan dari biologi. Begitu juga asam amino, yang tidak ditemui dalam protein dan tidak memeliki sifat optik.
Akondrit merupakan kumpulan meteorit berbatu yang berlainan sifat, tida mengandung kondrul dan hablur yang dimiliki lebih kasar dari pada kondrit. Kebanyakan akondrit menyerupai batuan igneus daratan dari segi kandungan dan tekstur, oleh karena itu akondrit kemungkinan memiliki hablur dari leburan silikat Tektit bahan enigmatik yang selalu dikatan meteorit , terdiri dari kaca yang kaya akan silikat (rata-rata SiO 2 sebanyak 75 % ) yang menyerupai obsidian, tatapi berbeda dengan obsidian bumi dari segi kandungan dan teksturnya. Tektit mengandung silica agak tinggi , begitu juga kandungan alumina, potasium dan kapur tetapi kandungan magnesia dan sodanya rendah. Kandungan seperti itu sama dengan beberapa granit dan riolit dan beberapa batuan endapan yang kaya silica. Tektit selalu diketemukan sebagai bahan yang kecil dan bulat (200-300 gram) di kawasan yang tidak ada gunungapinya. Tidak seperti meteorit, tektite tidak pernah terlihat jatuh ke bumi. Tabel 4. Kandungan Meteorit Unsur
% berat Logam (besi)
Logam
Silikat
Rata-rata
(kondrit)
(kondrit)
kondrit
43.7
33.24
9.88
27.24
Si
22.5
17.10
Mg
18.8
14.29
O Fe
90.78
90.72
S Ni Ca
1.93 8.59
8.80
1.64 1.67
1.27
Al
1.60
1.22
Na
0.84
0.64
Cr
0.38
0.29
Mn
0.33
0.25
P
0.14
0.11
Co
0.63
0.48
0.09
K
0.11
0.08
Ti
0.08
0.06
Tabel 5. Meteorit yang diketemukan dan yang jatuh Yang diketemukan
Yang jatuh
Jenis
Banyaknya
%
Banyaknya
%
Besi
545
58.1
33
4.6
Besi berbatu
53
5.7
11
1.5
Akondrit
7
0.7
56
7.8
Kondrit
333
35.5
621
86.1
Jumlah
938
100.0
721
100.0
KELIMPAHAN KOSMOS UNSUR-UNSUR
Berdasarkan data kandungan meteorit dan matahari serta bahan-bahan yang ada Goldschmidt pada tahun 1937 telah membuat kelimpahan unsure-unsur dan isotop kosmos dalam table yang lengkap. Data tentang hydrogen dan helium serta bahan gas sebagian besar terdapat dalam matahari dan bintang-bintang dan kelimpahan unsure-unsur di dalam meteorit
Tabel 6. Kelimpahan unsure-unsur di dalam kosmos dalam atom (per 106 atom Si) Unsur
Kelimpahan
Unsur
Kelimpahan
1H
2.66 x 1010
44Ru
1.9
2He
1.8 x 109
45Rb
0.4
3Li
60
46Pd
1.3
4Be
1.2
47Ag
0.46
5B
9
48Cd
1.55
6C
1.11 x 107
49In
0.19
7N
2.31 x 106
50Sn
3.7
8O
1.84 x 107
51Sb
0.31
9F
780
52Te
6.5
10Ne
2.6 x 106
53I
1.27
11Na
6.0 x 104
54Xe
5.84
12Mg
1.6 x 106
55Cs
0.39
13Al
8.5 x 104
56Ba
4.8
14Si
1.00 x 106
57La
0.37
15P
6500
58Ce
1.2
16S
50
59Pr
0.18
17Cl
4740
60Nd
0.79
18Ar
1.06 x 105
62Sm
0.24
19K
3500
63Eu
0.094
20Ca
6.25 x 104
64Gd
0.42
21Sc
31
65Tb
0.076
22Ti
2400
66Dy
0.37
23V
254
67Ho
0.092
24Cr
1.27x 1024
68Er
0.23
25Mn
9300
69Tm
0035
26Fe
9.0 x 105
70Yb
0.20
27Co
2200
71Lu
0.035
28Ni
4.78 x 104
72Hf
0.17
29Cu
540
73Ta
0.020
30Zn
1260
74W
0.020
31Ga
38
75Re
0.051
32Ge
117
76Os
0.69
33As
6.2
77Ir
0.72
34Se
67
78Pt
1.41
35Br
9.2
79Au
0.21
36Kr
41.3
80Hg
0.21
37Rb
6.1
81TI
0.19
38Sr
22.9
82Pb
2.6
39Y
4.8
83Bi
0.14
40Zr
12
90Th
0.045
41Nb
0.9
92U
0.027
42Mo
4.0
Atom suatu unsure memiliki sejumlah proton (Z) dan Neotron (N) dan memiliki berat atom (A). Di dalam inti atom proton bersekutu dengan netron dan
jumlahnya bisa berubah-ubah. Hasilnya suatu unsure boleh mempunyai beberapa isotop yang mengakibatkan jumlah berat atom berbeda-beda (A = N + Z ) , tetapi menunjukkan sifat kimia yang tidak berubah.Isobar adalah unsure yang berlainan tetapi mempunyai berat atom (A) sama tetapi nilai proton (Z) dan Neutron (N) berlainan dan Isoton adalah unsure yang berlainan dengan mempunyai jumlah neutron (N) yang sama tetapi nilai berat atom (A) dan Proton berbeda (table 7) Tabel 7. Isotop, isobar dan Isoton suatu unsure Isotop Z = 20 (Kalium)
Isoton N = 20
N
A
% Unsur
Unsur
Z
A
20
40
96.97
Sulfur
16
36
22
42
0.64
Klorin
17
37
23
43
0.145
Argon
18
38
22
44
2.06
Kalium
19
39
26
46
0.0033
Kalsium
20
40
28
48
0.185
% Unsur
Isobar A =40 Unsur
Z
N
% Unsur
Argon
18
22
99.61
Kalium
19
21
0.0119
Kalsium
20
20
96.97
Inti atom yang stabil untuk sembarang unsur jumlahnya sedikit disbanding dengan ribuan isotop yang telah diketahui, sehingga hanya sekitar 270 unsur saja yang tidak radio aktip
BAB III. STRUKTUR DAN KANDUNGAN BUMI
Bumi merupakan salah satu dari sembilan planet yang terdapat dalam tata surya. Apa bila dibandingkan dengan alam semesta yang tak terbatas luasnya, Bumi sebenarnya hanyalah benda yang terlalu kecil sehingga dengan mudah dapat hilang dari pengelihatan, dan hanya tampak sebagai titik yang tidak kelihatan. Bumi disebut juga planet biru karena tampak berwarna biru apabila dilihat dari luar angkasa. Planet ini sangat unik dalam tata surya karena terdapat air dalam tiga fasa (padat, cair dan gas) sehingga bumi memiliki lautan dan kutub es serta terjadinya siklus hidrologi (diantaranya hujan) yang berkesinambungan. Di bumi juga berlangsung proses-proses secara aktif, yaitu terjadinya daur (siklus) geologi yang
menyebabkan
permukaan
Bumi
terus
mengalami
perubahan
dan
peremajaan (rejufenation) sepanjang waktu. Bahwa bumi itu bulat dan berapa ukurannya, telah diketahi manusia sejak 250 tahun sebelum masihi. Pada waktu itu, Erastosthenes dari Yunani menggunakan azas-azas geometri untuk memecahkan masalah seluruh matra Bumi. Dengan menghitung arah matahari yang masuk ke dalam lubang sumur di Syene dan membandingkannya dengan bayangan yang terjadi di Alexandria (berjarak 5000 stades atau 800 km), maka ia tentukan keliling Bumi 40300 km dan garis
tengahnya 12756,4 km). Setelah lebih dari satu millennium, barulah kemudian teori Geosentris disanggah oleh Nicolaus Coprnicus (1473-1543) dan Johanes Kepler (1571-1630) serta Galileo Galilei (1564-1642). Sejak saat ini orang baru sadar Bumi hanyalah sebuah planet dari beberapa planet lainnya yang bergerak bersama-sama mengitari Matahari ( heliosentris). Bumi mengitari (mengorbit)
Matahari dalam lintasan berbentuk elips dengan jarak rata-rata terhadap Matahari 149.500.000 km. bentuk lintasan elips ini mengakibatkan jarak Bumi terhadap matahari berubah-ubah. Perbedaan jarak bumi di titik terdekat ( perihelium) dan titik terjauh (aphelium) adalah 5 juta mil (3,3%). Kedudukan equator Bumi tidak sebidang dengan bidang orbit Bumi, tetapi miring sekitar 23027’ sehingga menyebabkan empat musim pada tempat-tempat yang letaknya jauh dari equator. Miringnya equator bumi diduga akibat tertumbuk meteorit raksasa pada awal pembentukannya. Bumi memiliki sebuah satelit namanya Bulan, berdiameter 3.456 km, sedang jaraknya dari bumi 384.395 km. Bulan berotasi sambil mengelilingi Bumi.Waktu yang dibutuhkan untuk sekali rotasi sama tepat untuk revolusinya, sehingga permukaan Bulan yang tampak dari Bumi selalu sama. Volume Bulan hanya 1/82 dari volume Bumi dan gravitasi 1/6 dari gravitasi Bumi. Tak ada air dan udara, oleh sebab itu permukaan Bulan tetap abadi karena tidak terjadi siklus geologi layaknya Bumi. Sebagai anggota dari tata surya, Bumi dipengaruhi oleh Matahari dan planetplanet serta benda-benda lainnya yang terdapat dalam tata surya. Walaupun demikian pengaruh yang berdampak lansung untuk kehidupan di Bumi berasal dari Matahari dan Bulan. Bentuk Bumi tidaklah bulat seperti bola sempurna, melainkan menyerupai Oblate
spheroid , yaitu agak pepat pada kutup-kutupnya. Panjang jari-jari di kutub 6.356,8 km dan di equator 6.378,2 km, dengan luas permukaan 510.100.954 km 2. Bentuk
seperti ini disebut Geoid , yaitu suatu bentuk yang berbeda dari planet-planet lainnya , dan hanya dimiliki oleh Bumi (ellipsoid triaxial/krasovsky ellipsoid ). Secara teoritis pepatnya bol Bumi yang terjadi disebabkan adanya rotasi sejak awal pembentukannya sebelum Bumi belum padat. Akibatnya, pada bagian yang searah dengan sumbu rotasi akan terjadi kemampatan, sedangkan yang tegak lurus, yaitu yang searah dengan equator akan mengalami pengembangan. A. GRAVITASI BUMI
Bentuk yang unik menyebabkan permukaan Bumi memiliki gaya tarik yang disebut gravitasi . Secara umum di wilayah kutub kekuatan gravitasi lebih besar dari pada di khatulistiwa. Percepatan gravitasi dari arah kutub ke equator perubahannya secara perlahan. Namun di beberapa tempat ada yang gaya tariknya diatas normal ( positive gravity anomaly ) dan juga di bawah normal (negative gravity anomaly ). Anomali atau penyimpangan gravitasi Bumi dapat disebabkan oleh factor-faktor geologis setempat, seperti adanya batuan-batuan yang berdensitas rendah dan batuan-batuan yang densitas tinggi. Atau mungkin adanya gejala struktur di dalam Bumi. Besarnya gravitasi Bumi dapat diukur dengan alat Gravity meter . B. BERAT JENIS BUMI
Berat jenis lapisan kerak (permukaan) Bumi berdasarkan dari contoh bebatuan dan tanah keras adalah berkisar 1,5-3,4 gram/Cm 3 dengan rata-rata 2,7 gram/Cm3. Sedangkan berat jenis Bumi secara keseluruhan, yaitu berat Bumi dibagi dengan volume Bumi adalah 5,52gram/Cm3.
Karena rata-rata berat jenis Bumi keseluruhan 5,52 sedangkan berat jenis kerak Bumi hanya 1,5 – 3,4, maka diperkirakan pusat Bumi terdiri atas benda dengan berat jenis tidak kurang dari 12 gram/Cm 3. Berat jenis seperti ini hampir menyamai kepadatan logam keras. Berdasarkan pengamatan terhadap diffusion velocity of seismic oscillation (penyebaran kekuatan gelombang gempa), gelombang-gelombang longitudinal membelok dengan ketajaman tertentu pada kedalaman 2,900 meter, sementara gelombang-gelombang transversal melemah. Ini sebagai pertanda bahwa kedalaman 2,900 meter sifat batuan telah mengalami perubahan yang tajam. C. SUHU BUMI
Kita tahu bahwa terdapat perubahan berat jenis dan tekanan di dalam bumi. Perubahan tekanan di dalam bumi juga akan berpengaruh terhadap suhu bumi. Suhu akan meningkat dengan kedalaman, peningkatan ini akibat sifat lapisan kerak bumi dan peningkatan suhu berbeda –beda pada suatu tempat. Suhu meningkat antara 10-50 0C /km, dengan rata-rata 300C. Batuan dalam kerak bumi menyimpan panas dan dilepas kearah permukaan sebesar 1,5 x 10 -6 kal/(cm2)(saat) atau kurang lebih 50 kal/cm2 setiap tahun, cukup untuk mencairkan lapisan es setebal 6 mm (panas yang dibutuhkan untuk peleburan es ialah 80 kal/g). Ini menunjukkan bahwa panas dari dalam bumi sangat kecil peranannya terhadap perubahan keadaan iklim.
Tabel 8. Pengeluaran panas oleh batuan beku
Jenis batuan Granit Asit Pertengahan Pertengahan Basalt Dunit
Panas dihasilkan oleh U, (erg/g tahun 117 126 43 81 25 0,42
Panas dihasilkan oleh Th, (erg/g tahun 84 109 36 81 41 0,44
Panas dihasilkan oleh K, (erg/g tahun) 34 38 29 29 6,4 0,01
Jumlah pengeluaran panas (erg/g Tahun) 235 273 108 191 72 0,87
D. STRUKTUR DI DALAM BUMI
Data seismograf dapat ditafsirkan bahwa bumi dibagi tiga bagian utama yaitu teras, mantel dan kerak. Bukti-bukti geofisik memberikan sifat-sifat fisik dari ketiga bagian itu dan dapat ditentukan kandungan unsur didalam Bumi. Kerak Bumi heterogen dan ketebalannya berbeda-beda dari satu tempat ke tempat lain. Perbedaan sangat mencolok antara kerak benua dengan lempengan lautan yang dalam. Kerak benua dibagi dua yaitu bagian atas yang mengandung
granit atau gradiorit dan bagian bawah mengandung basalt .Bagian atas dengan kawasan yang dinamai sial (tersusun oleh unsure yang kaya Si dan Al) dan bagian bawah dengan kawasan yang dinamai sima (tersusun oleh unsure yang kaya Si dan Mg)
Bumi merupakan proyektil yang terdiri dari besi dan nikel dengan kerak
dipermukaannya. Planet lainnya diperkirakan mempunyai komposisi sama, berawal temuan meteorit berbagai ukuran di permukaan Bumi ; 1. Siderit atau meteorit besi, terdiri dari campuran besi dan nickel 2. Siderolit, terdiri dari campuran besi-nikel dengan silikat-silikat berat seperti olivine dan piroksin 3. Aerolit atau meteorit batu, terdiri dari silikat-silikat berat (olivine, piroksin) dan mineral lainnya. Hasil penelitian geofisika berdasarkan getaran gelombang seismic dan sebaran berat jenis menuntun Suess & Wiechert kearah sebaran pembagian sususunan dan komposisi Bumi sebagai berikut ( gamabar 1) Sial Kerak Bumi (sisik silikat) 1200 km
Sima
Lapisan antara (Lapisan sulfida Oksida) 1700 km
Inti besi nickel 3500 km
1. Kerak Bumi, mempunyai ketebalan 30-70 km, terdiri dari batuan basa dan asam. Berat jenis lapisan ini kurang lebih 2,7
2. Selubung bumi atau silikat, mempunyai ketebalan 1200 km dan berat jenis 3,4-4 3. Lapisan antara atau chalkosfera, merupakan sisik oksida dan sulfide dengan ketebalan 1700 km dan berat jenis 6,4 4. Inti besi nikel atau barisfera, berjarak 3500km dan berat jenis 8,6 Willamson & Adam membuat kesimpulan tentang susunan bumi sbb: 1. Kulit bumi mempunyai ketebalan 100 km, terdiri dari silica dan silikat ringan, berat jenis 2,8-3,2 2. Kulit peridotit, mempunyaim ketebalan 1600 km terdiri dari silikat berat (peridotit) dan berat jenis 3,3-3,35 3. Kulit palistik, mempunyai ketebalan 1400 km, terdiri campuran nikel dan besi serta siderolitik, berat jenis 6-8 4. Inti logam nikel-besi, ketebalan 3400 km dan berat jenis 10 Pembagian/susunan dan komposisi bumi menurut Goldschmidt 1933 adalah sbb: 1. Kulit bumi tebal 120 km, berat jenis 2,8 2. Kulit eklogit, terdiri dari silikat berat, tebal 1000 km dan berat jenis 3,6-4 3. Kulit Sulfida dan oksisda, tebal 1700 km, berat jenis 5-6 4. Inti nikel-besi, tebal 3400 km dan berat jenis 8 Masih mendasarkan pada sebaran kecepatan gelombang gempa dan berat jenis, seperti yang sebelumnya dikemukakan oleh Feffreys & Guttenberg (1992), Ringwood (1975) membuat simpulan bahwa bumi terdiri dari lapisan seri konsentris suatu massa padat, cair-liat dan kerak yang merupakan bagian terluar.
Kerakbumi, dari bagian permukaan hingga bidang diskontinyunitas Mohorovisic, di bawah benua mempunyai kedalaman antara 20 dan 50 km, sedang dibawah samodra kedalaman antara 10 dan 12 km. Kerakbumi tersebut disusun oleh batuan beku, sedimen dan malihan. Di bawah kerakbumi, pada kedalaman 400 km, terdapat selubung atas (uppur mantle ) yang tercirikan oleh sebaran gelombang gempa rendah, terutama untuk gelombang S. Bagian selubung atas bumi terutama terdiri dari eklogit atau peridotit yang kaya Fe, Mg, Ca, Na dan silikat aluminium, dengan viskositas rata-rata 8 x 10 21 poise. Sebelumnya, Daly (1940) menyebut kerakbumi dengan lithosfera dan selubung atas yang identik dengan low velocity zone disebut astronefera. Zona peralihan ( transition zone ) terletak antara kedalaman 400 dan 1000 km, ditandai oleh landaian kecepatan gelombang gempa tinggi, dan tersusun dari silikat besi padat, Mg, Ca, Al, oksida besi dan silikat. Lapisan selubung bawah (lower mantle) terletak pada kedalaman 1000-2900 km, dicirikan dengan kenaikan kecepatan gelombang gempa yang relative sebanding dengan bertambahnya kedalaman. Lapisan ini disusun oleh oksida besi padat, Mg dan SIO2 dengan viskositas ratarata 1023 poise. Sedang inti bumi (core) terbagi menjadi dua, yaitu inti bumi luar (outer core) dan inti bumi dalam (inner core). Inti bumi luar terdapat pada kedalaman 2900-5100 km dan inti bumi dalam antara 5100 hingga 6371 km. Bagian luar inti terdiri dari besi dan sejumlah kecil silica, sulfur dan oksigen; sedang bagian dalam terutama terdiri dari besi padat ( solid iron )
Tabel 9. Struktur dalam bumi menurut Ringwood Kedalaman 20-50 km Di bawah kerak benua
Nama bagian
Susunan batuan
Kerak bumi
Batuan beku, sedimen dan malihan
400 km
Bidang diskontinyu Selubung atas
Mohorovisic Eklogit & peridotit, kaya Fe, Mg, Ca, Na & silikat Al
400-1000 km
Jalur peralihan
Silikat besi padat, Mg, Ca, Al, Oksida besi & Silikat
Dicirikan dengan landaian kecepatan gelombang gempa yang tinggi
1000-2000 km
Selubung bawah
Oksida besi padat, Mg, SiO2
Kenaikan kecepatan rambat gelombang gempa selaras dengan bertambahnya kedalaman. Viskositas rata-rata 1023poise
2900-5100 km
Inti luar
Besi, sedikit silikat, belerang & oksigen
5100-6371 km
IInti dalam
Besi padat
10-12 km di bawah kerak samodra
Ketrangan
Dicirikan dengan sebaran gelombang gempa rendah, terutama gelombang S Viskositas 8 x 10 21 poise
Magma berasal dari peleburan setempat pada kerak atau selubung atas Ringwood (1975) berhasil menyusun struktur kerak bumi mendasarkan analisisnya atas tafsiran gelombang gempa, pengukuran gaya b erat dan magnetic, pemboran inti pada kedalaman tertentu (terbatas); juga deduksi atas sejarah geologi, petrogenesa batuan yang tersingkap dan geokimia. Lingkungan tektonik kerakbumi adalah benua, cekungan di samodra, pinggiran benua, busur kepulauan dan palung
Tabel 10. Struktur Bumi berdasarkan sifat kimia dan fisiska Nama
Sifat Kimia yang penting
Sifat Fisika yang penting
Atmosfera
N2,O2,H2O, CO2, gas lain
Gas
Biosfera
H2O, bahan organic dan
Padat, cair
bahan kerangka Hidrosfera
Air tawar, air asin, salju
Cair dan padat
dan es Kerak
Batuan silikat biasa
Padat
Mantel
Bahan silikat, sebagian
Padat
besar olivine, dan piroksen pada tekanan tinggi Teras atau sidorosfera
Aloy besi-nikel
Bagian atas cair bagian bawah mungkin padat
Tabel 11. Ketebalan dan volume bagian Bumi
Ketebalan (km)
Volume (1 Berat Jenis Massa 1027 minimum
x
% jisim
Jisim
cm3) Atmosfer
-
-
-
0.000005
0.00009
Hidrosfer
3,80 (min)
0,00137
1,03
0,00141
0,0024
17
0,008
2,8
0,024
0,4
2883
0,0899
4,5
4,016
67,2
Kerak Mantel
Teras
3471
0,175
11,0
1,936
32,4
Keseluruhan
6371
1,083
5,52
5,976
32,4
Clarke dan Washington (1924) mereka bekerja sangat mendalam menetukan kandungan kimia kerakbumi di semua kawasan kurang lebih sama walaupun pada kawasan yang berlainan . Kandungan % SiO2 batuan yang berasal dari kawasan lautan lebih rendah, seperti batuan pada kepulauan Antlantik dan Pasifik, ini membuktikan bahwa lapisan Sial adalah sedikit/kecil pada lempeng lautan. Dari sampel batuan beku, dari 5159 analisis didapakan komposisi utama tanpa H2O dan unsure-unsur minor sebagai berikut: Tabel 12. Komposisi kimia utama oksida dalam kerak bumi SiO2
Al2O3
Fe2O3
FeO
MgO
CaO
Na2O
K2O
TiO2
P2O5
60.18
15.61
3.14
3.88
3.56
5.17
3.91
3.19
1.06
0.30
Kandungan tersebut tidak cocok dengan sebarang batuan igneus (batuan beku) tetapi adalah perantaraan diantara batuan granit dengan basalt, yang secara kebetulan terdapat pada kebanyakan batuan beku. Terdapat banyak penyimpangan tentang cara pada anilisis untuk mendapatkan rata-rata pada batuan beku. Penyimpangan ini berdasarkan; 1. Ketidak seimbangan taburan geografi dalam analisis 2. Taburannya secara statistik tidak dapat ditentukan karena jenis batuan yang berbeda-beda 3. Terbatasnya jenis batuan yang dikaji dalam analisis
Kerak bumi yang terdiri dari batuan berhablur dari kawasan yang berbeda di daerah selatan Norwegia yang terbentuk pada zaman Fenoscandia, dari 77 analisis batuan memberikan gambaran komposisi kimia kerak bumi sbb; Tabel 13. SiO2
Al2O3
Fe2O3
MgO
CaO
Na2O
K2O
H2O
TiO2
P2O5
3,30
3,07
2,05
3,93
3,02
0,79
0.22
FeO 59,12
15,82
6,99
Angka-angka ini sepadan atau sama yang diperkirakan oleh Clark dan Washington terutama pada pelarutan dan penghidratan natrium dan kalsium. Para ahli sains di Vernadsky Institut of Geochemistry , Moscow telah membuat kajian sistematis tentang kandungan kerak bumi, dengan melakukan ribuan contoh batuan dari daerah Rusia dan geosinklin Caucasia dan mengabungkan data yang diperoleh dari kawasan lainnya. Ronov dan Yaroshevsky membuat kajian yang ringkas, mereka mengenal betul jenis batuan tiga jenis kerak bumi; kerak benua, kerak lautan dan kerak subbenua (terutama daerah antar benua dan lerengnya). Kerak bumi yang diperkirakan oleh mereka berdasarkan bebas air dan gas karbondioksida sbb; Tabel 14. Kerak benua 61,9 0,8 15,6 2,6 3,9 0,1 3,1 5,7 3,1 2,9 0,3
Komponen SiO2 TiO2 Al2SO3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K 2O P2O5
Kerak bumi 59,3 0,9 15,8 2,6 4,4 0,2 4,0 7,2 3,0 2,4 0,2
Tabel 15. Jumlah unsure-unsur di dakam kerak bumi dalam ppm Nomor Atom 1 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
Unsur H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se
Kerak bumi 1400 20 2,8 10 200 20 466 000 625 28 300 20 900 81 300 277 200 1 050 260 130 25 900 36 300 22 4 400 135 100 950 50 000 25 75 55 70 15 1.5 1.8 0,05
Granit (G1) 400 22 3 1,7 200 59 485 000 700 24 600 2 400 74 300 339 600 390 58 70 45 100 9 900 2,9 1 500 17 20 195 13 700 2,4 1 13 45 20 1,1 0,5 0,007
Diabes (W1) 600 15 0,8 15 100 52 449 000 250 16 000 39 900 79 400 246 100 246 100 610 123 200 5 300 78 300 35 6400 114 1 280 77 600 47 76 110 86 16 1,4 1,9 0,3
35 37 38
Br Rb Sr
2,5 90 375
0,4 220 250
0,4 21 190
39 40 41 42 44 45 46 47
Y Zr Nb Mo Ru Rh Pd Ag
33 165 20 1,5 0,01 0,005 0,01 0,07
13 210 24 6,5
25 105 9,5 0,57
0,02 0,05
<0,001 0,025 0,08
48 49 50 51 52 53 55 56 57 58 59 60 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77
Cd In Sn Sb Te I Cs Ba La Cc Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir
0,2 0,1 2 0,2 0,01 0,5 3 425 30 60 8,2 28 6,0 1,2 5,4 0,9 3,0 1,2 2,8 0,5 3,4 0,5 3 2 1,5 0,001 0,005 0,001
0,03 0,02 3,5 0,31 <1 < 0,03 1,5 1 220 101 170 19 55 8,3 1,3 5 0,54 2,4 0,35 1,2 0,15 1,1 0,19 5,2 1,5 0,4 <0,002 0,00007 0,00001
0,15 0,07 3,2 1,0 <1 < 0,03 0,9 160 9,8 23 3,4 15 3,6 1,1 4 0,65 4 069 2,4 0,30 2,1 0,35 2,7 0,5 0,5 <0,002 0,0003 0,003
78 79 80 81 82 83 90 92
Pt Au Hg Tl Pb Bi Th U
0,01 0,004 0,08 0,5 13 0,2 7,2 1,8
0,0019 0,004 0,1 1,2 48 0,07 50 3,4
0,0012 0,004 0,2 0,11 7,8 0,05 2,4 0,58
Jari2 atom (A0) 1,40 0,26 0,53 0,77 0,72 1,12 1,16 1,60
% volum 91,7 0,2 0,5 0,5 0,4 1,5 2,2 3,1
Tabel. 16 unsur-unsur yang ada di dalam kerak bumi Unsur O Si Al Fe Mg Ca Na K
% berat 46,60 27,72 8,13 5,002 2,09 2,63 2,83 2,59
% atom 62,55 21,22 6,47 1,92 1,84 1,94 2,64 1,42
Pada kedua data tersebut memberikan gambaran yang jelas tentang kerak bumi secara keseluruhan karena sampel juga diambil kerak dibawah lautan. Tabel 17. Unsur-unsur utama dalam kerak bumi Elemen Oksigen (O) Silikon (Si) Alumunium (Al) Besi (Fe)
% 46,71 27,69 8,07 5,05
Elemen Karbon (C) Mangan (Mn) Belerang (S) Barium (Ba)
% 0,094 0,09 0,08 0,05
Calsium (Ca)
3,65
Chlor (Cl)
0,045
Natrium (Na)
2,75
Chrom (Cr)
0,035
Kaluim (K)
2,58
Fluor (Fr)
0,029
Magnesium (Mg)
2,08
Zirkon (Zr)
0,025
Titanium (Ti)
0,62
Nikel (Ni)
0,019
Hidrogen (H)
0,14
Unsur-unsur lain
0,063
Posphor (P)
0,13
BAB IV TERMODINAMIKA DAN KIMIA HABLUR
Geokimia telah dikemukakan dimuka meliputi kelimpahan,taburan dan perpindahan unsur-unsur kima di dalam bumi. Konsep geokimia menjadi sangat penting apabila dapat menunjukkan hubungan di antara atom, ion dan molekul hablur dengan faktor-faktor yang menentukan adalah keadaan keseimbangan masing-masing. TERMODINAMIKA
Termodinamika merupakan cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari hubungan antara panas dan bentuk energy energy lain (kerja). Termodinamika
sangat penting dalam kimia, sebab dengan menggunakan termodinamika kita dapat menduga apakah reaksi dapat berlangsung atau tidak, dan apabila reaksi itu berlangsung , dapat dicari kondisi yang bagaimana yang dapat memaksimalkan produk. Tetapi termodinamika mempunyai kelemahan yaitu tidak dapat digunakan untuk mengetahui kecepatan reaksi. Suatu sistem termodinamika dicirikan oleh sifat-sifat dasar antara lain a. Sifat-sifat yang dimiliki zat ; banyaknya
zat, volum dan entropi yang
tergantung banyaknya zat di dalam sistem b. Sifat intensif suhu, tekanan dan sifat kimia yang tidak tergantung kepada banyaknya zat dalam sistem. Jumlah tenaga semua jenis tenaga yang terkandung dalam sistem disebut tenaga dalam (E). Tenaga ini hanya tergantung kepada keadaan sistem dan tak boleh ditentukan dalam nilai-nilai mutlak. Hukum termodinamika I : Bahwa tenaga tidak dapat dimusnahkan dan
diciptakan. Jika sistem mengalami perubahan keadaan, dan E 1 adalah tenaga dalam pada keadaan pertama, dan E2 adalah tenaga dalam pada keadaan kedua, maka ∆E = E2 – E1 Jika dalam perubahan ini sejumlah q = tenaga diserap oleh sistem dalam bentuk panas dan w tenaga hilang dari sistem sebagai kerja mekanik, maka ∆E = q + w atau d E= dq+d w
q bertanda + (positip) bila energy diserap sisntem q bertanda – (negatip) bila energy dilepas sistem W bertanda + (positip) bila sistem dikenai kerja W bertanda – (negatip) bila sistem melakukan kerja ∆E = perubahan energy dalam sistem
q = kuantitas panas Kerja mekanik, d w, biasanya ditentukan dengan mengukur perubahan volum zat dv berlawanan dengan tekanan hidrostatik P, d w = Pd V Oleh sebab itu d E = d q – Pd V HUKUM TERMODINAMIKA II
Hukum termodinamika II sehubungan dengan entropi. Hukum ini dapat dikatakan sebagai berikut ; Sitiap proses spontan dalam sistem terisolasi akan meningkat entropinya. Pernyataan ini mempunyai implikasi yang luas: Apabila kita anggap alam semesta sebagai suatu sitem yang terisolasi, maka setiap proses yang terjadi di dalam alam semesta akan meningkatkan total entropi dalam alam semesta tersebut. Dengan kata lain, dengan adanya berbagai macam proses dalam alam semesta, maka ketidakteraturan alam semesta cenderung meningkat. Tidak ada satu carapun untuk menghindari ketidakteraturan ini. Pada kenyataan setiap kejadian merupakan proses
pembaharuan . Hukum termodinamika II meramalkan bahwa derajat ketidakteraturan dalam alam semesta akan terus meningkat. Entropi akan terus meningkat sampai sauatu saat entropi akan maksimum. Dalam keadaan ini, tidak ada proses yang dapat berlansung dan segala sesuatu akan mati. PROSES REVERSIBEL DAN IRREVERSIBEL
Dalam suatu sistem, proses reversible adalah suatu proses yang berlangsung sedemikian sehingga setiap bagian sistem mengalami perubahan dikembalikan pada keadaan semula tanpa menyebabkan suatu perubahan lain. Perhatikan proses berikut:
SPONTAN
KEADAAN 1
KEADAAN 2
NONSPONTAN
Bila keadaan 2 dapat dikembalikan kekeadaan 1 tanpa menyebabkan perubahan lain baik di dalam maupun di luar sistem, maka dikatakan bahwa proses bersifat reversible sejati . Misalkan keadaan 1 adalah es, sedang keadaan 2 adalah air. Pada suhu ruang es akan mencair secara spontan dengan sendirinya. Dapatkah air pada suhu ruang ini dapat dirubah menjadi es kembali tanpa ada menyebabkan perubahan lain?. Jawabnya adalah tidak. Bila kita menggunakan freezer untuk membekukan air, kita harus menggunakan listrik sebagai sumber energy yang secara tidak langsung akan meningkatkan entropi alam semesta. Secara umum dapat disimpulkan bahwa semua proses spontan adalah irreversible. Bila keadaan 1 menjadi keadaan 2 dapat berlangsung tanpa menimbulkan entropi alam semesta (S alam semesta = 0), maka proses diatas merupakan proses reversible sejati . Dalam kenyataan keadaan reversible sejati tidak tidak dapat dicapai, sehingga proses reversible yang dapat kita amati merupakan proses reversible ideal . Secara termodinamika , entropi dapat didifinisikan sebagai berikut; ∆S = qreversibel/T. Yang berarti perubahan entropi suatu sitem adalah jumlah
pertkaran panas antara sistem dengan lingkungan yang bersifat reversible dibagi dengan suhu.
Dalam proses bolak-balik, perubahan entropi (ds) suatu sitem ditentukan oleh sejumlah panas (dq) yang diterima oleh sistem dibagi suhu mutlak (T), yaitu ds = dq/T. Untuk sebarang proses spontan yang tidak bolak-balik d s > d q/T. Untuk proses yang bolak-balik , persamaan menjadi dE = T d s – Pd V. Oleh sebab banyaknya proses berlaku pada tekanan suatu sistem dengan melibatkan tenaga panas dan tenaga mekanik, dan keadaan demikian panas yang diserap oleh sistem dari sekelilingnya sama dengan (E + PV) yang disebut etalpi sbb H = E + PV Oleh sebab itu sebarang perubahan entalpi adalah d H = d E + d PV + Pd V Jika d p=0, maka d H = d q yaitu, perubahan entalpi dalam sembarang proses yang berlangsung pada tekanan tetap. Tenaga bebas Helmholtz (A) dan tenaga bebas Gibbs (G) dituliskan dalam persamaan berikut;
A = E – TS G = E – TS + PV
Tenaga Gibbs penting terutama dalam hubungannya dengan proses yang berlangsung pada suhu dan tekanan tetap, dalam keadaan ini ; dG = dE – T dS + P dV. Jika proses bolak-balik; dE = T dS + P dV dan dG = 0 Pada sembarang proses bolak balik pada tekanan tetap, jika keseimbangan terjadi maka energi yang muncul dinamakan energy bebas Gibbs. Semua proses geokimia pada dasarnya boleh dianggap menuju pada kesetimbangan pada kondisi tekanan dan suhu tetap pada waktu yang lama. Kesetimbangan terjadi tidak dapat bertahan lama karena pengaruh fisik dari zat seperti halnya pada metemorf batuan kesetimangan akan terjadi tidak pada pada suhu biasa. Pada proses bolak balik dalam suatu sistem dimana ,
maka temperature dan tekanan tercapai keseimbangan , persamaan diberikan sbb; d(-∆G/T)
= ∆H
dT
T2
Persamaan ini menunjukkan bahwa, jika ∆H positif, maka kenaikan suhu menjadikan ∆G lebih negative yaitu jika panas diserap dalam sistem, pertambahan suhu menyebabkan proses bolak-balik mendekati akhir. Jika ∆H negative mengakibatkan kenaikan suhu mengakibatkan proses bolak balik dalam sistem akan berhenti. Pada perubahan tekanan persamaan menjadi d ∆G/dP = ∆V, dengan ∆V merupakan perubahan volum dalam sistem, jika ∆V negative, kenaikan tekanan akan berpengaruh terhadap ∆G kearah negative, sehingga proses bolak-balik
menuju
akhir.
Pada
tekanan
tinggi
akan
mengakibatkan
terbentuknya bahan dengan volume rendah memiliki berat jenis tinggi. Termodinamika penting dalam geokimia karena memberikan suatu pendekatan umum bagi mengatasi masalah kestabilan, keseimbangan dan perubahan walaupun hanya secara kualitatif. Salah satu kegunaan termodinamika dalam menyelesaikan geokimia ialah kajian tentang kestabilan jadeit, NaAlSiO 6 (Kracek dkk., 1951). Jadeit terjadi pada batuan metamorf. Berikut hasil penelitian termodinamika oleh Kracek dkk terhadap terbentuknya jadeit sbb; NaAlSiO8
NaAlSi2O6 + SiO2
NaAlSiO4 + NaAlSiO8 NaAlSiO4 + SiO2
2 NaAlSi2O6 NaAlSi2O6
Dengan mengukur panas larutan dalam HF albit (NaAlSiO 8), nafelin (NaAlSiO4), jadeit dan kuarsa, perubahan entalphi (∆H) dari proses reaksi bolak balik diatas, dengan diketahui ∆H masing-masing reaksi bolak-balik diatas maka besarnya energy bebas (∆G) dapat diperkirakan sbb; ∆G = ∆H - T∆S. Pada percobaan yang dilakukan pada kondisi standar (250C dan
1 atm) proses reaksi terjadi kearah kanan dan kiri (yaitu jadeit tak akan terbentuk). Bilamana reaksi bolak-balik pada keadaan yang lain akan terbentuk jadeit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jadeit adalah lebih stabil pada suhu dan tekanan biasa dari pada campuran albit dan neftelin, atau neftelin dan kuarsa. HUKUM TERMODINAMIKA III
Hukum termodinamika III
menyatakan bahwa entropi suatu Kristal
sempurna pada suhu nol mutlak adalah nol. Tidak ada cara yang dapat digunakan untuk mengukur nilai absolute entalpi. Berlainan dengan entalpi, berdasarkan dengan HK Termodinamika III, entropi absolut dapat ditentukan dan entropi absolut selalu positip. Hubungan entropi dengan kapasitas panas adalah: ST = ∫ Cp/T dT Dimana; ST = entropi absolute pada suhu T0K Cp = kapasitas panas pada tekanan tetap Pada suhu yang sangat rendah (< 10 0K), dimana pengukuran kapasitas panas sukar dilakukan, nilai entropi ditentukan dengan cara ekstrapolasi. Gambar 2 memperlihatkan bagaimana hubungan antara suhu dan entropi secara umum.
Entropi molar standar absolut (J mol-1 K-1)
CAIRAN
Ektrapolasi
PADATAN II PADATAN I
0
GAS
CAIRAN
PADATAN II
K T1
T2
T3
Gambar 2. Vareasi nilai entropi absolut pada berbagai suhu yang berbeda
Perubahan entropi selama perubahan fasa yaitu dari padat ke cair, cair ke gas, dan padatan II ke padatan I (padatan II dan I mempunyai bentuk Kristal yang berbeda) seperti pada gambar 2. Dalam hal ini perubahan fasa berlangsung revrsibelm, persamaan sbb; ∆S I ke II
= ∆HI ke II/T1
∆Speleburan = ∆Hpeleburan/T2 ∆Spenguapan = ∆Hpenguapan/T3
T3 = titik didih, T2 = titik lebur, dan T2 = titik transisi ENERGI BEBAS GIBBS
Menurut hukum termodinamika II, jika proses yang terjadi dalam alam semesta baik peristiwa fisika maupun kimia berlangsung secara spontan, maka entropi alam semesta akan meningkat. Secara matematik hal di atas dapat ditulis; ∆Salam semesta > 0
Tetapi apabila proses berlangsung dalam suatu sistem yang merupakan bagian dari alam semesta, selain perubahan entropi sistem, perubahan entropi
sistem,
perubahan
entropi
lingkungan
sekeliling
sistem
juga
harus
diperhatikan. Secara matematik hubungan dapat ditulis ; ∆Salam semesta = ∆Ssistem + ∆Slingkungan
Untuk reaksi spontan berlaku : ∆S sistem + ∆S lingkungan > 0 Miyasaro (1960), proses bolak-balik bahan padat yang biasa pada kondisi geologi perubahan energy kecil. Dalam keadan ini tenaga bebas pada proses bolak-balik pada kondisi suhu T 0K dan tekanan P atm diberi persamaan berikut; ∆GT,P = ∆H0298 -
T ∆S0298 + P ∆V
∆H0298 = perubahan enthalpy proses bolak-balik pada 298,160K, yaitu 250C,
dan 1 atm ∆S0298 = perubahan entropi proses bolak-balik pada 298,160K dan 1 atm
Dengan semua fasa dalam keadaan padat,
∆S0298 dan ∆V selalu kecil
dibandingkan dengan ∆H0298 . Maka energy pada proses bolak balik seperti ini, pada
250C dan 1 atm
besarnya ∆H0298 hampir sama dengan tenaga bebas
proses bolak balik pada sebarang suhu dan tekanan ( ∆GT,P ). Dengan kata lain di dalam proses bolak-balik fasa padat , energy bebas hampir sama pada keseluruhan proses dengan perbedaan sembarang suhu dan tekanan, ini ditunjukkan pada proses berikut; Mg2SiO4 + SiO2 forsterit
2 MgSiO 3
kuarsa
klinoenstalit
Perubahan enthalpy ∆H0298 = - 2300 kal/mol Entropi
∆S0298
= - 0,35
Perubahan ∆V0298 = -4,0 cm3/mol, sehingga energy bebas pada proses bolak balik dapat dihitung sbb; ∆GT,P = -2300 + 0,35 T – 0,097 P; (∆V selalu dibagi dengan angka 41,3 untuk konversi menjadi kal/mol).
Jelas bahwa suhu dan tekanan terhadap energy bebas pada proses bolak balik sangat kecil. Perubahan suhu 500 0C akan mengubah tenaga bebas sebanyak 175 kal, dan perubahan tekanan 1 000 atm akan merubah tenaga bebas kurang dari 100 kal. Contoh lain reaksi bolak-balik; ½ NaAlSiO4 + SiO2 Nafelin
½ NaAlSi3O8
kuarsa
(1)
albit
∆GT,P = - 2500 - 0,05 T + 0,016 P
KAlSi2O6 + SiO2 leusit
kuarsa
KAlSi3O8
(2)
ortoklas
∆GT,P = - 4800 + 1,46 T - 0,053 P
Dengan contoh diatas menunjukkan bahwa perbedaan ∆GT,P dengan ∆H298 tidak jauh. Kita boleh menggunakan data yang ada untuk kepentingan petrogenik. Jika kandungan SiO2 di dalam batuan yang terdiri dari klinoestatit , albit dan ortoklas menjadi berkurang menunjukkan bahwa reaksi perubahan klinoestatit menjadi fosterit memerlukan energy bebas kecil, ini diikuti oleh penukaran albit ke nefelin dan akhirnya penukaran ortoklas ke leosit. Perbedaan pada proses reaksi bolak-balik antara (1) dan (2) diatas tidak besar dan berlangsung pada tekanan tinggi, seperti pada kedalaman 100 km dan 200 km. Ketidak stabilan silica mengakibatkan perubahan dari albit ke nefelin sebelum pembentukan piroksin (Mg,Fe)SiO 3 ke olivin (Mg,Fe) 2SiO4
STRUKTUR HABLUR
Ciri hablur yang paling nyata berdasarkan luasnya yang membesar secara bebas. Kristalografi morfologi, yaitu kajian tentang hubungan geometri diantara permukaan hablur, menunjukkan bahwa setiap hablur dapat diklasifikasi menjadi 32 kelas berdasarkan semetrinya. Dalam uji sinar X bahwa didalam suatu hablur bahwa susunan atomnya tersusun secara sistematik. Susunan atom tersebut memainkan peranan penting dalam menentukan sifat –sifat fisik dan kimia hablur. Struktur-struktur bablur berbagai atom telah dapat ditentukan. Banyak para ahli dalam bidang ini menggunakan struktur hablur untuk mengkaji bahan berhablur di dalam mineral. Hasilnya dipakai bidang geokimia untuk menentukan struktur atom dalam mineral. Bagian dari struktur hablur yang kita bicarakan adalah atom (termasuk di dalamnya ion). Atom-atom memiliki muatan listrik yang tersebar di seluruh ruangan dan memiliki jari-jari dengan ukuran Ao ( Angstrom = 10-8cm). jari-jari dapat ditentukan tidak hanya berdasarkan sifat unsure tersebut tetapi juga dipengaruhi oleh atom sekelilingnya. Contoh jari-jari atom natrium di dalam logam natrium adalah 1,86 A o , sedangkan jari-jari atom natrium dalam garam natrium 1,02 Ao. Dengan mengetahui sifat dari jenis atom yang berbeda –beda dapat diklasifikasi dalam empat jenis ikatan kimia ; a. Ikatan logam (koheren logam) b. Ikatan ion atau kutub (ikatan kation dan anion ex; garam dapur) c. Ikatan kovalen atau koordinat (terdapat dalam hablur-hablur ex ;intan) d. Ikatan van der waals (koheren gas berubah membentuk padatan dalam suhu rendah)
Dari empat jenis ikatan atom itu akan memberikan sifat bahan-bahan yang berbeda berdasarkan struktur hablur (sifat fisik & kimia). Teori ikatan kimia dapat dipakai untuk menerangkan kimia hablur. Termasuk dalam hal ini adalah pembagian elektron termasuk orbit-orbit atom dan hubungannya dengan tenaga atom. Hal ini dapat dipakai untuk membedakan sifat fisik diantara grafit dan intan, kedua-duanya merupakan unsure karbon. Karbon mempunyai enam elektron di dalam konfigurasinya; 1 s22s22 p1x2 p1y Orbit 2 pz adalah kosong. Di dalam grafit, orbit 2 sp2 dibentuk dari orbit 2s, 2 pz dan 2 p3. Teori medan hablur, berkaitan dengan ikatan unsure-unsur logam unsure peralihan dengan elektron orbit d dapat digunakan untuk memahami dan membuat ramalan tentang geokimia unsure-unsur penting ini. Perbedaan pada unsure-unsur peralihan dan kation lain dengan muatan ion yang sama akan memberikan kestabilan tenaga medan hablur oleh pengaruh ikatan elektron orbit d di dalam medan listrik, yang diwujudkan oleh anion yang mengelilingi
kedudukan penting kation di dalam hablur. Contoh ion bivalen Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, dan Cu mendapat kestabilan tenaga dalam kedudukan octahedron. Mn, Zn, dan unsure bukan peralihan yang berukuran sama tidak memiliki kestabilan tenaga. KEADAAN KRISTAL
Dalam mempelajari keadaan Kristal, akan lebih mudah bagi kita untuk memahaminya abila kita memandang Kristal secara geometric. Yang dimaksud dengan geometric disini kita memandang Kristal sebagai kumpulan atom atau molekul yang tersusun secara teratur dalam ruang. Susunan yang teratur ini
dikenal dengan nama kisi . Dari gambar 3 memperlihatkan suatu contoh dari kisi satu dimensi.
titik kisi
a Gambar 3. Kisi satu dimensi, a = besaran vector Kisi satu dimensi dapat dinyatakan dengan satu parameter kisi. Parameter kisi ini merupakan suatu besaran vector, jadi mempunyai besar dan arah serta dapat dinyatakan sebagai a. Gambar 4. Memperlihatkan kisi dua dimensi yang merupakan pengembangan dari kisi satu dimensi. Pada kisi dua dimensi, semua titik kisi dapat dihubungkan dengan garis membentuk pola garis yang teratur. Selain itu kita dapat membagi kisi tersebut ke dalam sel. Setiap unit sel dinyatakan oleh dua vector a’ dan b’
(unit sel dapat dianggap sebagai unit ulangan dari kisi). titik kisi
a’
α b’
Gambar 4. Kisi dua dimensi, a’ dan b’ = besaran vector dan α = sudut antara a’ dan b’
Kisi tiga dimensi atau kisi ruang dapat dilihat pada gambar 5. Kisi tiga dimensi atau kisi ruang dinyatakan dengan 3 vektor, yaitu a”, b”, dan c”
a” titik kisi
b”
c” Gambar 5. Kisi tiga dimensi, a”, b” dan c”= besaran vector β = sudut antara a” dan c” α = sudut antara b” dan c” ϒ = sudut antara a” dan b”
SISTEM KRISTAL
Dalam mempelajari Kristal, operasi simetri didefinisikan sebagai operasi yang akan menstransformasikan Kristal ke bayangan, dimana antara Kristal dan bayangan tidak dapat dibedakan. Operasi simetri diakibatkan adanya elemen simetri. Gambar 6. Menunjukkan dua buah contoh elemen simetri. Bayangan “tanda tanya yang terbentuk pada cermin, tidak dapat dibedakan dengan ”
“tanda tanya” aslinya. Elemen simetri di atas disebut bidang kaca (atau bidang
simetri ).
? cermin
?
bayangan cermin (terbalik)
(a) bidang cermin Gambar 6. Beberapa elemen simetri
? ?
1800
(b) Sumbu rotasi two- fold Pada contoh yang kedua rotasi “tanda tanya” sebesar 180 0 membentuk bayangan yang juga tidak dapat dibedakan dengan “tanda tanya” yang aslinya. Elemen
semetri ini dinamakan two fold rotational axis . Terdapat 32 kemungkinan kombinasi elemen simetri yang mengakibatkan adanya 32 kelas Kristal. Tetapi klasifikasi kedalam 32 kelas ini dapat disederhanakan dengan jalan mengelompokkan menjadi 6 sistem Kristal.
Walaupun ke 32 kelas Kristal merupakan hal yang lebih mendasar, tetapi yang lebih sering digunakan adalah sistem Kristal. Hal ini disebabkan lebih mudah bagi kita untuk mengelompokkan suatu Kristal berdasarkan bentuknya ke dalam sistem Kristal dari pada mengelompokkan kedalam kelas berdasarkan elemen simetrinya. Dalam beberapa buku ada yang mengelompokkan Kristal menjadi 7 dan ada pula yang mengelompokkan menjadi 6. Hal ini masih ada pertentangan antara heksagonal dan rombohedral. Unit sel seperti yang didefinisikan pada table 18 berikut, disebut unit primitive. Artinya semua titik terletak disudut unit sel dan tidak ada titik kisi yang terletak dimuka atau tengah unit sel. Tabel 18. Hubungan kisi-kisi dalam sistem kristal Sistem
Sumbu
Sudut
Contoh
1.Kubik
a=b=c
α=β=ϒ=900
Garam dapur
2.Tetragonal
a=b≠ c
α=β=ϒ=900
Timah putih
3.Artorombik
a ≠b ≠c
α=β=ϒ=900
Belerang rombik
4.Monoklinik
a≠b≠c
α=β=900; β≠900
Belerang monoklik
5.Heksagonal
a=b≠c
α=β=900; ϒ=1200
grafit
5.a(Rombohedral)
a=b=c
α= β= ϒ ≠ 900
kalsit
6.Triklinik
a≠b≠c
α ≠ β ≠ ϒ≠ 90 0
CuSO4 5H2O
BIDANG DAN INDEKS MILLER
Kita telah mempelajari bagaimana kisi satu dimensi, dua dan tiga dimensi dapat dinyatakan dengan parameter kisi. Misalnya bentuk kisi tiga dimensi dalam ruang dapat dinyatakan dengan tiga buah vector; ketiga buah vector tersebut
adalah parameter kisi. Tetapi dalam kristalografi sinar x, selain dapat dinyatakan dengan parameter kisi, kisi dapat dinyatakan dengan “ perangkat bidang”.
Sebagai contoh Gambar 6., setiap titik kisi dapat dihubung-hubungkan sehingga membentuk garis lurus yang sejajar. Garis-garis sejajar ini dikenal sebagai perangkat bidang atau lebih dikenal dengan bidang-bidang indeks Miller, karena bidang bidang tersebut dinyatakan dengan tiga parameter ( h, k, l ).
(3,1,0)
interplanar spacing d120 perangkat bidang (1,2,0)
b’ a’
Gambar 6. Menyatakan kisi dua dimensi dengan menggunakan bidang Miller Indeks
Miller
suatu
perangkat
bidang
dapat
ditentukan
dengan
memperhatikan berapa kali perangkat bidang memotong sumbu-sumbu unit sel. Misal pada Gb 6 perangkat bidang (1,2,0) memotong sumbu c’ (karena kisi pada
Gb 6 adalah kisi dua dimensi ). Peringkat bidang (3,1,0) memotong sumbu a’ tiga kali (pada tiga posisi), memotong sumbu b’ sekali, dan tidak memotong sumbu c’.
Ide seperti di atas dapat pula diterapkan pada bidang-bidang yang terdapat dalam subuah Kristal. Kita dapat menggambarkan bidang-bidang indeks Miller sedemikian sehingga semua titik kisi yang terletak dalam sebuah Kristal tercakup dalam bidang-bidang tersebut.
Seiap perangkat bidang indeks Miller juga dicirikan dengan adanya interplanar spacing (jarak) yang dinyatakan dengan menggunakan indeks Miller sebagai subskrip. Jadi d310 menyatakan interplanar spacing untuk bidang (3,1,0)
BAB V. MAGMATISME DAN BATUAN BEKU
Magma adalah cairan atu larutan sillikat pijar yang terbentuk secara alamiah, bersifat mudah bergerak (mobile), bersuhu antara 900-1100 0C dan berasal atau terbentuk dari kerak bumi bagian bawah hingga selubung bagian atas. Kalau batasan diatas adalah berdasarkan sifat fisik magma, maka secara kimiafisika magma adalah sistem komponen ganda (multi component system) dengan fasa cairan dan sejumlah Kristal yang mengapung di dalamnya sebagai komponen utama, disamping fasa gas pada keadaan tertentu. Beberapa batasan dan hipotesis magma telah diberikan oleh para ahli seperti Grout (1947), Turner & Verhoogen (1960), Taneda (1970) dll. Hipotesis magma primer menurut Daly(1933). 1. Magma yang terisolasi pada earth-shell , bersifat heterogen dan dapat dianggap mewarisi keadaan bumi semula. Kemudian adanya pengaruh tekanan relief yang memadai akan menghasilkan apa yang disebut liqua faction secara setempat dan berasal dari bahan habluran. Pencairan batuan
dapat dipengaruhi oleh tenaga panas yang diakibatkan oleh gesekan pencenanggaan (deformation ) & peluruhan mineral radio aktif. Surutnya gas secara setempat pun akan menyebabkan terpisahnya magma; pada umumnya magma jenis ini menggambarkan suatu lidah cair yang terperas
ke atas dari asalnya yang jauh di daerah habluran di bawah permukaan bumi. 2. Magma yang bersifat homogen, misalnya basalan habluran atau eglokit yang meleleh, perubahan basaltic durovitreous menjadi liqua vitreous akibat surutnya gas secara tempat, basalan yang tetap vitreous kecuali pada bagian upper shell di mana bahan telah menghablur, peridotit habluran dan karena pelelehan setempat akan mengakibatkan terjadinya cairan basalan, serta liqua vitreous peridotite . 3. Dua magma primer tanpa spesifikasi awal, yaitu magma granitik dan magma basaltik. Magma adalah bahan induk batuan beku. Lava adalah magma yang keluar melalui lubang (kondoit) pada gunungapi. Kebanyakan magma membeku di bawah permukaan dan bahan yang terakhir saja yang dapat dilihat yaitu batuan beku. Magma diartikan sebagai bahan batuan yang melebur, mengandung fasa uap yang hilang sewatu magma membeku, dalam proses ini memainkan peranan yang penting dalam arah pembentukan hablur. Menurut Bunsen magma” primer” terdiri dari dua jeni s yaitu granit dan basalt, dan batuan beku yang mengandung campuran batuan. Batuan beku yang terdapat di bumi ini kebanyakan boleh dimasukkan ke dalam dua jenis ini : granit dan basalt. KLASIFIKASI MAGMA
Untuk mengklasifikasikan magma menggunakan pendekatan hasil analisa batuan beku. Klasifikasinya berdasarkan kelimpahan komonen kimia terutama kandungan silikat (SiO2). Komponen kimia silikat mencapai < 35 – 80 % berat, komponen penyusun sbb :
