11.7 Padatan Amorf

Padatan paling stabil dalam bentuk kristal. Namun, jika zat padat terbentuk dengan cepat (misalnya, ketika cairan didinginkan dengan cepat), atom atau molekulnya tidak punya waktu untuk menyelaraskan diri dan mungkin terkunci pada posisi selain kristal biasa. Padatan yang dihasilkan dikatakan amorf. Zat padat amorf, seperti kaca, tidak memiliki susunan atom tiga dimensi yang teratur. Pada bagian ini, kita akan membahas secara singkat tentang sifat-sifat kaca.

Kaca adalah salah satu bahan peradaban yang paling berharga dan serbaguna. Ini juga salah satu yang tertua — barang kaca yang berasal dari 1000 SM. Kaca umumnya mengacu pada produk fusi transparan secara optik dari bahan anorganik yang telah didinginkan ke keadaan kaku tanpa mengkristal. Yang dimaksud dengan produk fusi adalah bahwa kaca dibentuk dengan mencampurkan silikon dioksida cair (SiO₂), komponen utamanya, dengan senyawa seperti natrium oksida (Na₂O), boron oksida (B₂O₃), dan oksida logam transisi tertentu untuk warna dan sifat lainnya. Dalam beberapa hal, kaca berperilaku lebih seperti cairan daripada padatan. Studi difraksi sinar-X menunjukkan bahwa kaca tidak memiliki tatanan periodik jarak jauh.

Ada sekitar 800 jenis kaca yang umum digunakan saat ini. Gambar 11.31 menunjukkan representasi skematik dua dimensi dari kristal kuarsa dan kaca kuarsa amorf. Tabel 11.5 menunjukkan komposisi dan sifat gelas kuarsa, Pyrex, dan soda-kapur.

Gambar 11.31 Representasi dua dimensi dari (a) kuarsa kristal dan (b) kaca kuarsa nonkristalin. Bola kecil mewakili silikon. Pada kenyataannya, struktur kuarsa memiliki tiga dimensi. Setiap atom Si terikat secara tetrahedral pada empat atom O.

Warna kaca sebagian besar disebabkan oleh keberadaan ion logam (sebagai oksida). Misalnya, gelas hijau mengandung besi (III) oksida, Fe₂O₃, atau tembaga (II) oksida, CuO; gelas kuning mengandung uranium (IV) oksida, UO₂; gelas biru mengandung oksida kobalt (II) dan tembaga (II), CoO dan CuO; dan kaca merah mengandung partikel kecil emas dan tembaga. Perhatikan bahwa sebagian besar ion yang disebutkan di sini berasal dari logam transisi.

Tabel 11.5 Komposisi dan Sifat Tiga Jenis Kaca

Nama	Komposisi	Sifat dan Kegunaan
Kaca Kuarsa Murni	100% SiO₂	Ekspansi termal rendah, transparan untuk berbagai panjang gelombang. Digunakan dalam penelitian optik.
Kaca Pyrex	SiO₂ (60-80%), B₂O₃ (10-25%), Al₂O₃ (sedikit)	Ekspansi termal rendah; transparan untuk terlihat dan inframerah, tetapi tidak untuk UV, radiasi. Digunakan terutama di laboratorium dan gelas memasak rumah tangga.
Kaca Soda-Kapur	SiO₂ (75%), Na₂O (15%), CaO (10%)	Mudah terserang bahan kimia dan peka terhadap guncangan termal. Mengirimkan cahaya tampak, tetapi menyerap radiasi UV. Digunakan terutama di jendela dan botol.