Kristalografi, Mineralogi dan Petrologi

1.            Kristalografi

Kristal adalah suatu padatan yang atom, molekul, atau ion penyusunnya terkemas secara teratur dan polanya berulang melebar secara tiga dimensi. Secara umum, Kristal berarti 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, tapi, 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.

            Kristal secara sederhana dapat didefinisikan sebagai zat padat yang mempunyai susunan atom atau molekul yang teratur. Keteraturannya tercermin dalam permukaan kristal yang berupa bidang-bidang datar dan rata yang mengikuti pola-pola tertentu. Bidang-bidang datar ini disebut sebagai bidang muka kristal. Sudut antara bidang-bidang muka kristal yang saling berpotongan besarnya selalu tetap pada suatu kristal. Bidang muka kristal itu baik letak maupun arahnya ditentukan oleh perpotongannya dengan sumbu-sumbu kristal. Dalam sebuah kristal, sumbu kristal berupa garis bayangan yang lurus yang menembus kristal melalui pusat kristal. Sumbu kristal tersebut mempunyai satuan panjang yang disebut sebagai parameter.

Daya Ikat dalam Kristal

Daya yang mengikat atom (atau ion, atau grup ion) dari zat pada kristalin adalah bersifat listrik di alam. Tipe dan intensitasnya sangat berkaitan dengansifat-sifat fisik dan kimia dari mineral. Kekerasan, belahan, daya lebur, kelistrikan dan konduktivitas termal, dan koefisien ekspansi termal berhubungan secara langsung terhadap daya ikatSecara umum, ikatan kuat memiliki kekerasan yang lebih tinggi, titik leleh yang lebih tinggi dan koefisien ekspansi termal yang lebih rendah. Ikatan kimia dari suatu kristal dapat dibagi menjadi 4 macam, yaitu: ionik, kovalen, logam dan van der Waals.

Simetri kristal Unsur-unsur

Dari tujuh sistem kristal masing-masing sistem kristal dapat dibagi lebih lanjut menjadi klas-klas kristal yang jumlahnya 32 klas.. Sistem isometrik terdiri dari lima kelas, sistem tetragonal mempunyai tujuh kelas, rombis memiliki tiga kelas, heksagonal memiliki tujuh kelas, dan trigonal lima kelas. Selanjutnya sistem monoklin memiliki tiga kelas  tiap kelas kristal mempunyai singkatan yang disebut simbol. Penentuan klas-klas kristal tergantung dari banyaknya unsur-unsur simetri yang terkandung di dalamnya Unsur-unsur simetri tersebut meliputi:

1. Bidang simetri

2. Sumbu simetri

3. Pusat simetri

1.            Bidang simetri

Bidang simetri adalah bidang bayangan yang dapat membelah kristal menjadi dua bagian yang sama, dimana bagian yang satu merupakan pencerminan dari yang lain. Bidang simetri ini dapat dibedakan menjadi dua, yaitu bidang simetri aksial dan bidang simetri menengah. Bidang simetri aksial bila bidang tersebut membagi kristal melalui dua sumbu utama (sumbu kristal). Bidang simetri aksial ini dibedakan menjadi dua, yaitu bidang simetri vertikal, yang melalui sumbu vertikal dan bidang simetri horisontal, yang berada tegak lurus terhadap sumbu c. Bidang simetri menengah adalah bidang simetri yang hanya melalui satu sumbu kristal. Bidang simetri ini sering pula dikatakan sebagai bidang siemetri diagonal.

2.            Sumbu simetri

Sumbu simetri adalah garis bayangan yang dibuat menembus pusat kristal, dan bila kristal diputar dengan poros sumbu tersebut sejauh satu putaran penuh akan didapatkan beberapa kali kenampakan yang sama. Sumbu simetri dibedakan menjadi tiga, yaitu gire, giroide dan sumbu inversi putar. Ketiganya dibedakan berdasarkan cara mendapatkan nilai simetrinya. Gire, atau sumbu simetri biasa, cara mendapatkan nilai simetrinya adalah dengan memutar kristal pada porosnya dalam satu putaran penuh. Bila terdapat dua kali kenampakan yang sama dinamakan digire, bila tiga trigire (3), empat tetragire (4), heksagire (7) dan seterusnya. Giroide adalah sumbu simetri yang cara mendapatkan nilai simetrinya dengan memutar kristal pada porosnya dan memproyeksikannya pada bidang horisontal. Nilai simetri giroide disingkat tetragiroide (4) dan heksagiroide (7). Sumbu inversi putar adalah sumbu simetri yang cara mendapatkan nilai simetrinya dengan memutar kristal pada porosnya dan mencerminkannya melalui pusat kristal. Penulisan nilai simetrinya dengan cara menambahkan bar pada angka simetri itu. Bila tiga tribar (3), empat tetrabar (4), heksabar (7), dan seterusnya.

3.            Pusat simetri

Suatu kristal dikatakan mempunyai pusat simetri bila kita dapat membuat garis bayangan tiap-tiap titik pada permukaan kristal menembus pusat kristal dan akan menjumpai titik yang lain pada permukaan di sisi yang lain dengan jarak yang sama terhadap pusat kristal pada garis bayangan tersebut. Atau dengan kata lain, kristal mempunyai pusat simetri bila tiap bidang muka kristal tersebut mempunyai pasangan dengan kriteria bahwa bidang yang berpasangan tersebut berjarak sama dari pusat kristal, dan bidang yang satu merupakan hasil inversi melalui pusat kristal dari bidang pasangannyaPada ke tujuh macam sistem kristal terdapat unsur-unsur yang membentuknya. Unsur-unsur pada sistem kristal adalah segala sesuatu yang terdapat atau menyusun suatu sistem kristal. Unsur-unsur pembentuk sistem kristal tersebut adalah:

a.    Rusuk Kristal

Rusuk adalah suatu garis lurus yang dibentuk antara dua bidang pada kristal yang berdekatan. Menurut aturan yang berlaku, pada kristal terdapat beberapa bentuk perusukan. Rusuk-rusuk tersebut adalah rusuk vertikal, rusuk horisontal yang mengarah ke utara-selatan atau timur-barat atau ke arah lain, dan rusuk dengan arah serong atau miring yang tidak vertikal maupun horisontal.

b.    Bidang Kristal

Bidang pada kristal terbentuk dari rusuk-rusuk yang terangkai secara teratur. Bidang-bidang yang tersusun secara paralel disebut dengan daerah (daerah kristalografi) pada suatu kristal. Kita dapat menggambar secara paralel suatu garis khayal yang terletak di dalam daerah. Garis tersebut disebut dengan sumbu dan daerah yang dilewatinya disebut daerah sumbu. Semakin banyak daerah pada suatu kristal, maka semakin banyak pula daerah sumbunya. Setiap daerah sumbu mengindikasikan daerah pada kristal, seperti daerah vertikal dengan sumbu horisontal, daerah horisontal dengan daerah sumbu vertikal, dan daerah yang miring.Misalkan pada gambar 1 bidang a, b, c, h, dan lainnya, tergabung menjadi suatu daerah dengan daerah sumbu C. Bidang a, g, e, n, dan lainnya membentuk daerah juga dengan daerah sumbu B. Bidang c, d, e, dan lainnya membentuk daerah dengan daerah sumbu A. Bidang c, f, g, k membentuk daerah dengan daerah sumbu D dan bidang c, m, n, p dan lainnya membentuk suatu daerah dengan dearah sumbu E, dan lain sebagainya.Setiap bidang pada suatu daerah selalu paralel dengan daerah sumbu. Garis normal yang digambar dari suatu titik pada suatu daerah sumbu akan tegak lurus dengan daerah sumbu tersebut dan oleh sebab itu terletak pada suatu bidang datar melewati titik awal dari garis normal pada daerah sumbu. Bidang datar tersebut disebut dengan daerah bidang datar. Suatu lingkaran yang digambar dari zona bidang datar dengan titik awal berada di tengah lingkaran disebut sebagai suatu daerah lingkaran. Lingkaran tersebut terbagi menjadi beberapa busur. Busur tersebut diukur dari garis normal yang saling berdekatan. Sudut yang menghasilkan busur tersebut tercipta dari dua garis normal yang saling berdekatan dan sudut tersebut disebut sebagai sudut antarbidang kristal di antara dua permukaan kristal

c.    Sudut Kristal

Sudut kristal adalah sudut yang terbentuk antara bidang-bidang muka kristal yang saling berpotongan di satu titik yang besarnya selalu tetap. Besar sudut tersebut selalu tetap karena sifat fisik kristal bergantung pada susunan atomnya dan besar kecilnya kristal tidak mempengaruhi sifat fisik kristal tersebut. Sudut kristal berfungsi untuk menentukan wujud kristal sehingga kita bisa mengklasifikasikan kristal tersebut lebih lanjut.

System Kristal

Hingga saat ini baru terdapat 7 macam sistem kristal. Dasar penggolongan sistem kristal tersebut ada tiga hal, yaitu: jumlah sumbu kristal, letak sumbu kristal yang satu dengan yang lain, parameter yang digunakan untuk masing-masing sumbu kristal.Adapun ke tujuh sistem kristal tersebut adalah :

1. Sistem isometrik (Cubic = Tesseral = Tessuler)

- Tritetrahedral

- Didodecahedral

- Hexatetrahedral

- Trioctahedral

- Hexoctahedral

2. Sistem Tetragonal (Quadratic)

- Tetragonal pyramidal

- Tetragonal trapezohedral

- Tetragonal bipyramidal

- Ditetragonal pyramidal

- Ditetragonal bipyramidal

- Tetragonal tetrahedral

- Tetragonal Scalenohedral

3. Sistem Hexagonal

- Trigonal bipyramidal

- Ditrigonal bipyramidal

- Hexagonal pyramidal

- Hexagonal trapezohedral

- Hexagonal bipyramidal

- Dihexagonal pyramidal

- Dihexagonal bipyramidal

4. Sistem Trigonal (Rhombohedral)

- Trigonal pyramidal

- Trigonal trapezohedral

- Ditrigonal pyramidal

- Rhombohedral

- Ditrigonal scalenohedral

5. Sistem Orthorombic (Rhombic = Prismatic = Trimetric)

- Rhombic tetraheral

- Rhombic pyramidal

- Rhombic bipyramidal

6.Sistem Monoklin (Oblique =Monosymetric = Clinorhombic = Hemiprismatik)

- Sphenoidal

- Domatic

- Prismatic

7. Sistem Triklin (Anorthic = Asymetric = Clinorhombohedral)

- Pedial

- Pinacoidal

2.            Mineralogi

Mineral adalah senyawa alami yang terbentuk melalui proses geologis. Istilah mineral termasuk tidak hanya bahan komposisi kimia tetapi juga struktur mineral. Mineral termasuk dalam komposisi unsur murni dan garam sederhana sampai silikat yang sangat kompleks dengan ribuan bentuk yang diketahui (senyawaan organik biasanya tidak termasuk). Ilmu yang mempelajari mineral disebut mineralogi.

Klasifikasi dan definisi mineral

Agar dapat diklasifikasikan sebagai mineral sejati, senyawa tersebut haruslah berupa padatan dan memiliki struktur kristal. Senyawa ini juga harus terbentuk secara alami dan memiliki komposisi kimia yang tertentu. Definisi sebelumnya tidak memasukkan senyawa seperti mineral yang berasal dari turunan senyawa organik. Bagaimanapun juga, pada tahun 1995 the International Mineralogical Association telah mengajukan definisi baru tentang definisi material: Mineral adalah suatu unsur atau senyawa yang dalam keadaan normalnya memilili unsur kristal dan terbentuk dari hasil proses geologi.

Istilah mineral dapat mempunyai bermacam-macam makna; sukar untuk mendefinisikan mineral dan oleh karena itu kebanyakan orang mengatakan, bahwa mineral ialah satu frase yang terdapat dalam alam. Sebagaimana kita ketahui ada mineral yang berbentuk :

• Lempeng
• Tiang
• Limas
• Kubus

Batu permata kalau ditelaah adalah merupakan campuran dari unsur-unsur mineral. Setiap mineral yang dapat membesar tanpa gangguan akan memperkembangkan bentuk kristalnya yang khas, yaitu suatu wajah lahiriah yang dihasilkan struktur kristalen (bentuk kristal). Ada mineral dalam keadaan Amorf, yang artinya tak mempunyai bangunan dan susunan kristal sendiri (mis kaca & opal). Tiap-tiap pengkristalan akan makin bagus hasilnya jika berlangsungnya proses itu makin tenang dan lambat.

Sifat Fisik Mineral

Sifat fisik suatu mineral ini sangat diperlukan di dalam mendeterminasi atau mengenal mineral secara megaskopis atau tanpa menggunakan mikroskop. Dengan cara ini seseorang dapat mendeterminasi mineral lebih cepat dan biasanya langsung dilapangan tempat dimana sampel mineral ditemukan. Sifat fisik tersebut yaitu :

1. Warna (color)

2. Kilap (Luster)

3. Kekerasan (hardness)

4. Cerat (Streak)

5. Belahan (Cleavage)

6. Pecahan (Fracture)

7. Berat Jenis (Specific Gravity)

8. Sifat Dalam (Tenacity)

9. Kemagnetan

10. Bentuk dan struktur (Perawakan)

Batasan – Batasan Mineral
• Suatu Bahan Alam
Bahan terbentuk secara alamiah bukan dibuat oleh manusia.
• Mempunyai sifat fisik & kimia tetap
Sifat fisik : warna, kekerasan, belahan, perwakan, pecahan
Sifat kimia : nyata api terhadap api oksidasi/api reduksi, pengarangan
• Berupa unsur tunggal atau persenyawaan yg tetap
Unsur tunggal : Diamond (c), Native silver (Ag) dll
Unsur senyawa : Barit (BaSO4), Magnetite (Fe3O4), Zircon(ZrSiO4)
Unsur senyawa kimia komplek :
- Epistolite – (NaCa) (CbTiMgFeMn) SiO4(OH)
- Polymignyte – (CaFeYZrTh) (CbTiTa) O4
• Anorganik
Mineral bukan hasil dari suatu kehidupan.
ada beberapa mineral hasil kehidupan = mineral organik Contoh : Coal, Asphal
• Homogen
Mineral tidak dapat diuraikan menjadi senyawa lain yang lebih sederhana oleh proses
fisika.
• Berupa padat, cair dan gas.
Zat Padat : Kwarsa SiO2, Barite BaSO4
Zat Cair : Air raksa HgS, Air H2O
Gas : H2S, CO2, CH4

Mineral yang terdapat dialam ada yang merupakan unsur bebas, ada pula yang merupakan gabungan dari beberapa unsur yaitu berupa senyawa:

Mineral sebagai unsur kimia bebas (native element), misalnya yaitu :

Cu = Cuprum = Copper = tembaga

Au = Aurum = Gold = emas

Pt = Platinum = Platina

S = Sulphur = Sulfur = belerang

C = Carbon = Diamont = intan

C = Carbon = Graphite = grafit

Mineral sebagai senyawa dapat digolongkan menjadi beberapa macam, yaitu

1. Sulfida

Cu2S = Chalcocite = Kalkosite

Fe S2 = Pyrite = Pirit

Cu FeS2 = Chalcophyrite = kalkopirit

Cu Co2S4 = Carrolite = karolit

Ag2 S = Argentite

Pb S = Galena

Zn S = Sphalerite = sfalerite

= Zincblende

Hg S = Sinabar

2. Halida :

Na Cl = Halite = Halit

KCl = Silvite = Silfit

KCl Mg Cl2 6H2O = Carnalite = Karnalite

Na3AlF6 = Kryollite = Kriolit

Ag CL = Serargirit

Ca F2 = Flourite = Flourit

3. Oksida

Si O2 = Quartz = Kuarts

Si O2 = Chalcedony = Kalsedon

Si O2 ( H2O) x = Opal

Al2 O3 = Corundum = korundum

Al2 O3 2 H2O = Bauxite = Bauksite

Sn O2 = Cssiterite = Kasiterit

Fe2 O3 = Hematite = Hematit

4. Hidroksida

Mg ( OH)2 = Bruchite = brukit

MnO (OH) = Manganite = mangan

AlO (OH) = Diaspore

FeO ( OH) = Geothite = Geotit

FeO (OH) nH2O = Limonite

5. Karbonat

CaCO3 = Calsite = kalsit

Ca CO3 = Aragonite = aragonit

Ca CO3 Mg CO3 = Ca Mg (CO3)2 = dolomite

6. Nitrat

Na NO3 = Soda Nitrat = Natrium Nitrat

KNO3 = Kalium Nitrat = Potasium Nitrat

7. Pospat

Ca5 (P.Cl.OH) (PO4)3 = Apatite = Apatit

Ca3 (PO4)3 = Phosphorite = Fosforite

Fe3 (PO4)3 5 H2O = Vivianite = vivianit

Li Al F PO4 = Ambligonite = Ambligonit

8. Sulfat

Ba5 SO4 = Barite = Barit

Ca SO4 = Anhidrite = Anhidrit

Ca5 SO42H2O = Gypsum = Gipsum

K Al3 (OH)3 (SO4)2 = Alunite = Alunit

9. Silikat :

Non –Ferromagnesian silicate

a). Calc.Alkali Feldsfar ( Ca/Na Feldspar) = Plagioclase =plagioklas

a. Ca (Al 2 Si 2 O8 = Anorthite = An 10- Ab1An9

b. Ca, Na (Al 2 Si 2 O8 ) = Bytownite = Ab 1 An9 - Ab3 An7

c. Ca, Na (Al 2 Si 2 O8 ) = Labradorite = Ab3 An7 - Ab5 An5

d. Ca, Na (Al 2 Si 2 O8 ) = Andesin = Ab5 An9 - Ab7 An3

e. Ca, Na (Al 2 Si 2 O8 ) = Oligoclase = Ab7 An3 - Ab9 An1

f. Na Al 2 Si 3 O8 = Albite = Ab10 - Ab3 An1

b. Alkali Feldspar ( K. Na Feldspar)

a. K Al Si 3 O8 = Orthoclase = Artoklas

( K, Na) Al Si 3 O8)

b. ( K, Na) Al Si 3 O8 = Sanidine = Sanidin

c. K Al Si 3 O8 = Microline = mikrolin

d. ( Na, K) Al Si 3 O8 = Anorthoclase = Anortoklas

c). Mika Putih

K Al3 Si 3 O10 ( OHF)2 = Muscovite = Muskovit

Ferromagnesian silicate

(Mg. Fe )2 Si O4 = Olivin

Ca( Mg.Fe) (Si O3)2 [ ( Al, Fe )2O3 ]x = pyroxene = piroksen

Ca( Mg.Fe Al)5 ( OH)2 (Si. Al )4 O11I2 =Hornblende

K2( Mg.Fe)2 ( OH)2 (Al Si 3 O10) = Biotote =Biotit = Mika Hitam

3.            Petrologi

Gambar 3.1 Daur Geologi

Batuan adalah sekumpulan mineral-mineral yang menjadi satu. Bisa terdiri dari satu atau lebih mineral. Lapisan lithosphere di bumi terdiri dari batuan.

Batuan diklasifikasikan berdasarkan mineral dan komposisi kimia, dengan tekstur partikelnya dan dengan proses terbentuknya. Maka batuan diklasifikasikan menjadi Igneous, Sedimentary dan Metamorphic. Ketiga jenis batuan ini pada proses pembentukannya saling melengkapi dan berupa siklus yang biasa disebut daur geologi.

1.            Batuan beku atau sering disebut igneous rocks adalah batuan yang terbentuk dari satu atau beberapa mineral dan terbentuk akibat pembekuan dari magma. Berdasarkan teksturnya batuan beku ini bisa dibedakan lagi menjadi batuan beku plutonik dan vulkanik. Perbedaan antara keduanya bisa dilihat dari besar mineral penyusun batuannya. Batuan beku plutonik umumnya terbentuk dari pembekuan magma yang relatif lebih lambat sehingga mineral-mineral penyusunnya relatif besar. Contoh batuan beku plutonik ini seperti gabro, diorite, dan granit (yang sering dijadikan hiasan rumah). Sedangkan batuan beku vulkanik umumnya terbentuk dari pembekuan magma yang sangat cepat (misalnya akibat letusan gunung api) sehingga mineral penyusunnya lebih kecil. Contohnya adalah basalt, andesit (yang sering dijadikan pondasi rumah), dan dacite 

Gambar 3.2 Batuan Beku

2.            Batuan sediment atau sering disebut sedimentary rocks adalah batuan yang terbentuk akibat proses pembatuan atau lithifikasi dari hasil proses pelapukan dan erosi yang kemudian tertransportasi dan seterusnya terendapkan. Batuan sediment ini bias digolongkan lagi menjadi beberapa bagian diantaranya batuan sediment klastik, batuan sediment kimia, dan batuan sediment organik. Batuan sediment klastik terbentuk melalui proses pengendapan dari material-material yang mengalami proses transportasi. Besar butir dari batuan sediment klastik bervariasi dari mulai ukuran lempung sampai ukuran bongkah. Biasanya batuan tersebut menjadi batuan penyimpan hidrokarbon (reservoir rocks) atau bisa juga menjadi batuan induk sebagai penghasil hidrokarbon (source rocks). Contohnya batu konglomerat, batu pasir dan batu lempung. Batuan sediment kimia terbentuk melalui proses presipitasi dari larutan. Biasanya batuan tersebut menjadi batuan pelindung (seal rocks) hidrokarbon dari migrasi. Contohnya anhidrit dan batu garam (salt). Batuan sediment organik terbentuk dari gabungan sisa-sisa makhluk hidup. Batuan ini biasanya menjadi batuan induk (source) atau batuan penyimpan (reservoir). Contohnya adalah batugamping terumbu.

Batuan ini terbentuk di permukaan bumi yang terdiri dari; 65% Mudrock (mudstone, shale dan siltstone); 20%-25% Sandstone dan 10%-15% Carbonate Rock (limestone dan dolostone).

Gambar 3.3 Batuan Sediment

3.            Batuan metamorf atau batuan malihan adalah batuan yang terbentuk akibat proses perubahan temperature dan/atau tekanan dari batuan yang telah ada sebelumnya. Akibat bertambahnya temperature dan/atau tekanan, batuan sebelumnya akan berubah tektur dan strukturnya sehingga membentuk batuan baru dengan tekstur dan struktur yang baru pula. Tekanan dan temperatur yang mempengaruhi pembentukan batuan ini sangat tinggi dari pada pembentukan batuan beku dan sedimen sehingga mengubah mineral asal menjadi mineral lain. Contoh batuan tersebut adalah batu sabak atau slate yang merupakan perubahan batu lempung. Batu marmer yang merupakan perubahan dari batu gamping. Batu kuarsit yang merupakan perubahan dari batu pasir.Apabila semua batuan-batuan yang sebelumnya terpanaskan dan meleleh maka akan membentuk magma yang kemudian mengalami proses pendinginan kembali dan menjadi batuan-batuan baru lagi.

Gambar 3.4 Batuan Metamorf