MOLEKUL, ZAT PADAT DAN PITA ENERGI -...

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