molekul, zat padat dan pita energi -...
TRANSCRIPT
MOLEKUL, ZAT PADAT
DAN PITA ENERGI
MOLEKUL, ZAT PADAT
DAN PITA ENERGI
MOLEKUL
ZAT PADAT
PITA ENERGI
© edy wiyono 2004
PENDAHULUAN
Pada umumnya atom tunggal tidak memiliki konfigurasi elektron yang stabil seperti gas mulia, maka atom atom bergabung membentuk molekul dengan cara berikatan dengan atom lain.
Besar gaya tarik dan tolak :
r > ro gaya tarik lebih besar
r < ro gaya tolak lebih besar
r = gaya tarik dan gaya tolak = 0
r = ro gaya tarik = gaya tolak, sehingga ro disebut jarak keseimbangan atau jarak ikatan
Gaya Ikat,Jarak Ikatan, dan Energi Ikat
ENERGI IKAT
Gaya Ikat
adalah resultan dari gaya tarik
elektrostatik (antar proton–elektron)
dan gaya tolak elektrostatik (proton–
proton)
Energi Ikatan (Energi Molekul)
Jika r energi potensial sistem nol.
Jika nilai r makin kecil, nilai negatif energi potensial semakin bertambah besar.
Jika jarak pisah r sama dengan jarak ikat (r = ro), maka energi potensial mencapai minimum.
IKATAN ION
Terjadi karena serah terima elektron valensi
Contoh Na Na+ + e Cl + e Cl-
Na+ + Cl- NaCl
Natrium memiliki satu elektron pada kulit terluarnya cenderung untuk melepasnya untuk membentuk Na+ diperlukan energi ionisasi -5,1 eV
Klor memiliki 7 elektron kulit terluar, agar lebih stabil menangkap 1 elktron dari luar untuk membentuk Cl- dengan membebaskan energi 3,6 eV (afinitas elektron)
IKATAN KOVALEN
adalah patungan elektron valensi dari kedua atom
Contoh : Atom hidrogin (H) memiliki konfigurasi 1s1 akan lebih stabil jika pemakaian bersama sepasang elektron dengan sebuah elektron hidrigin yang lain sehingga membentuk molekul H2
+ =
H H H2
ZAT PADAT
Sifat sifat zat padat bergantung pada:
Jenis atom penyusunnya
Struktur materialnya
Berdasarkan struktur atom dalam zat padat dikenal dua macam zat padat, yaitu kristal dan amorf.
Jenis ikatan pada zat padat : ikatan ion, kovalen, logam, Van der Waals atau ikatan Hidrogin
KRISTAL
adalah zat padat yang susunan atom atom atau molekul memiliki keteraturan pada jarak panjang dan berulang.
Perhatikan perbedaan susunan atom antara kristal dan amorf
Kristal Amorf
DIFARKSI SINAR X
Difarksi dapat memastikan stuktur atomik dari kristal dan mengambarkan tiga dimensi susunan sesungguhnya atom atom itu.
Contoh kristal NaCl :
Tiga Dimensi Dua Dimensi
d
d d sin
b a a b Ketika sinar X melalui kristal, beda lintasan sinar a dan sinar b yang dipantulkan oleh atom atom kristal NaCl adalah 2 d sin
Interferensi saling memperkuat kedua sinar pantul itu terjadi bila beda lintasan sama dengan kelipatan bulat dari panjang gelombang sinar X.
Sehingga:
n = 2 d sin
n = orde
= panjang gelombang
d = jarak antar atom
= sudut antara sinar datang dengan garis mendatar
Difraksi Sinar X
Contoh Soal
Berapa jarak pisah bidang bidang difraksi kristal NaCl jika panjang gelombang 1,60 Ǻ membentuk sudut hamburan 32 pada orde
pertama?
Berapa jarak pisah bidang bidang difraksi kristal NaCl jika panjang gelombang 1,60 Ǻ membentuk sudut hamburan 32 pada orde pertama?
Diketahui:
= 1,60 Ǻ
= 32
n = 1
Ditanya:
d = ..?
Jawab:
n = 2 d sin
d =
Kekerasan Zat Padat Kekerasan Zat Padat
Mengapa Intan dan Arang yang disusun oleh atom atom yang sama,
yaitu atom karbon memiliki kekerasan yang
berbeda?
Perhatikan susunan kristal Intan dan Karbon
INTAN CARBON
PERBEDAAN
• Atom atom karbon
saling mengikat
dengan kuat dalam
pola tertutup
• Atomatomnya hanya
terikat kuat pada
tiap lembaran,
sedangkan ikatan
antar atom pada
lembaran yang
berdekatan relatif
lebih lemah
PERBEDAAN
INTAN CARBON
• Berwarna bening
• Sangat keras
• Merupakan batu
perhiasan dan mahal
•Berwarna hitam
•Tidak keras
•Mudah dibuat dan murah
IKATAN PADA KRISTAL
Jenis Ikatan Asal ikatan Sifat
Kovalen
Patungan elektron
Sangat keras;titik lebur tinggi;larut dalam sedikit cairan; transparan terhadap cahaya tampak
Ionik
Gaya tarik menarik elektrostatik antara ion positif dan ioan negatif
Keras; titk lebur tinggi; mungkin larut dalam cairan polar seperti air
Logam
Gaya tarik menarik elektrostatik antara ion positif logam dengan awan elektron
Berkilauan,;menghantarkan kalor dan listrik dengan baik
Van der Waals
Gaya Van der Waals akibat distribusi muatan yang tidak simetris
Lunak; titik lebur dan titik didih rendah ;larut dalam cairan kovalen
Hidrogin
Gaya tarik menarik elektrostatik kuat antara hidrogin pada satu molekul dengan atom N, O atau F
Lebih kuat dari ikatan Van der Wals, titik lebur dan titik adidih lebih tinggi dari ikatan Van der Wals
Pita Energi Tingkatan tingkatan energi dalam satu kelompok yang berdekatan
3 s Energ
i
3 s Energ
i Tingkat energi 3s atom 2 natrium yang berdekatan
Tingkat energi 3s enam atom Natrium yang saling berdekatan
3 s Energ
i
3 s Energ
i
Terbentuknya pita energi 3s ketika banyak atom natrium saling berdekatan untuk membentuk zat padat
Tingkat energi 3s enam atom Natrium yang saling berdekatan
Tingkatan Energi
Tingkatan energi kulit dalam
Tingkatan energi kulit luar
Atom Tunggal Atom Banyak Berdekatan
Pita Energi Atom Banyak Berdekatan
1s
2s
2p
3s
Celah Terlarang
Pita Valensi
Pita Kunduksi
Energi yang tidak dapat dimiliki oleh elektron
Sifat Kunduksi Listrik
Kunduktor
Natrium dengan konfigurasi elektron :
1s2 2s2 2p6 3s1
Kulit terluar 3s hanya ditempati satu elektron (setengah penuh).
Akibatnya elektron bebas yang menempati pita 3s dengan mudah bergerak dalam kristal, menghasilkan arus listrik.
1s
2s
2p
3s
Celah terlarang besar
Celah terlarang kecil
Pita valensi
Pita konduksi
Konduktor Isolator Semi- konduktor
DISTRIBUSI ENERGI
kosong
Kosong
Kosong
Konduktivitas Konduktor dan Semikonduktor
Ham
bata
n jenis
(x 1
08
m)
T
Konduktor
Ham
bata
n jenis
(x 1
08
m)
T
Semikonduktor
Kunduktivitas konduktor berkurang karena kenaikan suhu, sedangkan pada semikunduktor justru bertambah dengan kenaikan suhu.
Konduktivitas Semikonduktor
Semikonduktor yang baru kita bicarakan adalah semikonduktor netral, dimana jumlah proton dan elektron sama.
Ketika sebuah elektron melompat dari pita valensi ke pita konduksi, maka pita valensi mengalami perubahan.
Elektron yang berpindah menimbulkan sebuah kekosongan pada pita valensi (hole)
Semikonduktor Intrinsik (murni)
Pita
Vale
nsi
Pita
Konduksi
Pita terlarang
Semikonduktor Ektrinsik Jenis -N
Si
Si
Si
Si Si
Si Si
Si Si As
Elektron donor
0,05 eV
Tingkat donor
Semikonduktor Ektrinsik Jenis -P
Si
Si
Si
Si Si
Si Si
Si Si In
Hole 0,05 eV
Tingkat akseptor
Atom silikon memiliki 4 elektron valensi, sedang indium 3 elektron valensi.
Setelah Indium disisipkan, masih ada 1 elektron valensi silikon yang tidak diikta Indium (terjadi kekosongan)
Sehinggapengotor (Indium) dapat menerimasebuah elektron.
Pengotor ini disebut atom akseptor
Semoga Bermanfaat
Hay sabiq, 7 Maret 2005