Lembar kerja ini mencakup topik HL/SL terpilih untuk kursus yang pertama kali dievaluasi pada 2025; ini bukan seluruh silabus.
Prasyarat: model ionik, kovalen, dan logam dari Struktur 2.1–2.3, serta densitas dari sains fisik sebelumnya.
Contoh-contoh ini orisinal dan fiksi: mereka bukan pengukuran nyata atau investigasi mahasiswa sungguhan.
9.2
Dari model ke material
Apa yang akan menjelaskan observasi ini?
Kawat tembaga dapat dibengkokkan tanpa patah dan menghantarkan arus; pelat keramik retak namun tidak pernah konduktif; kantong plastik meregang dan meleleh di atas lilin. Mengapa material-material ini bertingkah laku sangat berbeda?
Bangun modelnya
Model ikatan memprediksi sifat makroskopis: material logam memiliki ion positif dalam lautan elektron terdelokalisasi, sehingga konduktif dan ulet. Kisi ionik keras namun getas dan hanya konduktif saat cair atau larut. Jaringan kovalen raksasa memiliki titik leleh yang sangat tinggi. Zat molekuler sederhana dan polimer meleleh pada suhu rendah, dan rantai polimer dapat meluncur serta lentur.
Komposit menggabungkan material agar produknya memiliki sifat yang tidak dimiliki oleh masing-masing komponen secara terpisah, seperti serat karbon dalam resin. Memilih material berarti mencocokkan sifat yang diturunkan dari modelnya dengan persyaratan desain, lalu memeriksa besaran terukur seperti kekuatan, densitas, dan konduktivitas.
Sifat makroskopis: Sifat terukur dari sampel material, seperti kekuatan atau konduktivitas; komposit: Material yang terdiri dari dua komponen atau lebih yang sifat gabungnya melebihi bagian-bagiannya; material logam: Material dari ion logam yang diikat oleh elektron terdelokalisasi.
Model ikatan memprediksi sifat; kekuatan per satuan densitas menentukan desain ringan dan kuat
Pilih bukti yang dapat mengujinya
Uji model dengan mengukur apa yang diprediksinya: bengkokkan dan regangkan sampel logam, padatan ionik, dan polimer di bawah kondisi yang sama, lalu bandingkan konduktivitas dalam keadaan padat dan cair jika diperbolehkan oleh sekolah. Model didukung hanya jika sifat yang diamati sesuai dengan ikatan dalam strukturnya.
Bandingkan kandidat material untuk satu aplikasi menggunakan sifat terukur, bukan nama: rangka sepeda membutuhkan kekuatan per satuan massa yang tinggi, jendela membutuhkan transparansi dan ketahanan gores.
Bekerja dari kuantitas yang diketahui
Diketahui: paduan aluminium memiliki kekuatan 300 MPa dan densitas 2.7 g/cm³; baja memiliki kekuatan 500 MPa dan densitas 7.8 g/cm³. Desain memerlukan kekuatan per satuan massa, jadi hitung rasionya: paduan 300/2.7 ≈ 111 MPa per g/cm³; baja 500/7.8 ≈ 64 MPa per g/cm³. Paduan memberikan lebih banyak kekuatan untuk massa yang sama, sehingga cocok untuk rangka ringan meskipun baja lebih kuat secara absolut.
Contoh:
Komposit serat karbon memiliki kekuatan 1,100 MPa pada densitas 1.4 g/cm³. Temukan rasio kekuatan terhadap densitasnya dan bandingkan dengan paduan di atas, menggunakan urutan yang sama: besaran diketahui → model → hubungan → substitusi → satuan dan interpretasi. (Jawaban: 1,100/1.4 ≈ 786 MPa per g/cm³ — sekitar tujuh kali lipat paduan, itulah mengapa bingkai balap menggunakannya meskipun mahal.)
Periksa kesimpulan dan batasannya
Satu rasio saja tidak pernah menyelesaikan pilihan desain: ketangguhan, biaya, ketahanan korosi, kemudahan manufaktur, dan akhir masa pakai semuanya penting. Model ikatan menggambarkan struktur ideal; material nyata mengandung cacat yang menurunkan kekuatan terukur di bawah prediksi model.
Peringatan:
Material terkuat secara absolut selalu merupakan pilihan terbaik untuk suatu desain. Klaim ini salah: pilihan terbaik bergantung pada persyaratan — per satuan massa paduan yang terlihat lebih lemah mengalahkan baja, dan kriteria lain seperti biaya dan korosi dapat mengesampingkan kekuatan sepenuhnya.
Kunci:
Dari model ke material: model ikatan memprediksi sifat makroskopis — logam konduktif dan dapat dibengkokkan, ionik keras dan getas, kovalen raksasa tahan panas, material molekuler dan polimer meleleh rendah dan lentur. Pemilihan material membandingkan sifat terukur terhadap persyaratan yang dinyatakan, sering kali sebagai rasio seperti kekuatan per densitas.
