Upload
sal-st
View
118
Download
19
Embed Size (px)
Citation preview
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 7
2 STRUKTUR ATOM DAN IKATAN
2.1 KARAKTERISTIK LOGAM
Sebelum mempelajari dasar-dasar fisika logam, kita terlebih dahulu harus
mempunyai gambaran yang jelas tentang golongan kualitas keadaan logam. Sering
terbayang oleh kita bahwa logam adalah sesuatu yang mempunyai kilauan tinggi,
konduktivitas listrik serta panas y ang baik, dapat ditempa, dan ulet. Diantara sesama
logam sendiri variasi perbedaan sifat teryata sangat besar. Untuk mengambarkan
perbedaan mencolok antara perilaku logam yang satu dengan yang lain orang cukup
membandingkan masing-masing dengan ulet serta mudahnya timbal (lead) ditempa
pada suhu kamar, serta kekerasan dan kerapuhan tungsten pada suhu sama.
Sifat yang paling sering dianggap mencirikan logam adalah konduktivitas
listrik atau konduktivitas termalnya yang tinggi. Sebagai contoh, logam konduktor
listrik yang paling baik adalah tembaga sedangkan yang paling buruk adalah timbal,
padahal kehambatan (resituvity) timbal hanya dua belas kali kehambatan tembaga.
Sangat besarnya perbedaan konduktivitas antara logam dan non logam adalah karena
pada logam yang mengalami beda potensial elektron-elektron dapat bergerak bebas,
sementara pada bahan non logam tidak demikian. Jadi dapat disimpulkan bahwa
karakteristik dasar logam harus dipelajari dari struktur elektronnya, atau dengan kata
lain pengkajian material teknik harus dimulai dari pemahaman struktur atom-atom
yang membentuknya.
2.2 ATOM
Dalam gambaran sederhana oleh Rutherford, atom terbentuk atas inti
bermuatan positif pembawa sebagian besar massa atom, dengan elektron-elektron
yang bergerak mengitarinya. Ruterford mengatakan bahwa elektron-elektron
mengitari inti dalam orbit melingkar sehingga gaya sentrifugal semua elektron tepat
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 8
sama dengan gaya tarik elektrostatik antara inti yang bermuatan positif dan elektron-
elektron yang bemuatan negatif. Guna menghindari kesulitan dalam pemahaman
akibat adanya hokum elektrodinamika yang disini menyatakan bahwa elektron-
elektron yang berevolusi harus terus-menerus melepaskan energi berupa radiasi
elektromagnetik, maka Bohr dalam tahun 1913 terpaksa menyimpulkan bahwa dari
semua orbit yang mungkin, hanya orbit-orbit tertentu saja yang boleh ditempati oleh
electron. Orbit-orbit khusus itu diandaikan mempunyai sifat luar biasa, yakni bahwa
bila sebuah elektron berada dalam salah satu orbit tersebut, radiasi tak akan terjadi.
Kumpulan orbit-orbit stabil tadi dicirikan menurut kritiria yang menyatakan bahwa
momentum sudut elektron-elektron dalam orbit dihitung mengunakan rumus nh /
π2 , dengan h konstanta Planck dan n bilangan bulat (n = 1, 2, 3, …). Dengan cara
ini Bohr berhasil memberikan penjelasan yang memuaskan tentang spektrum garis
atom hydrogen, sekaligus membangun batu pijakan untuk teori atom modern.
Ketika selanjutnya teori atom dikembangkan oleh de Broglie, Schodinger dan
Heienberg, orang yang menyadari bahwa hukum-hukum klasik tentang dinamika
partikel tidak dapat diterapkan terhadap partikel-partikel dasar (fundamental
particles). Dalam dinamika klasik, sudah menjadi prasyarat bahwa posisi dan
momentum suatu partikel diketahui secara tepat, namun dalam dinamika atom bila
posisi partikel secara pasti, maka besaran yang lain (momentum) tidak dapat
ditentukan. Dalam kenyataan, ketidak pastian tentang posisi dan momentum partikel
kecil harus kita akui, akan tetapi hasil kali derajat ketidakpastian masing-masing
besaran tadi dapat kita hubungkan dengan nilai konstanta Planck (h = 6.6256 x 10-34
Js). Di alam makroskopik ketiddakpastian ini terlalu kecil untuk dapat diukur, namun
bila kita melakukan sesuatu terhadap gerak elektron yang mengelilingi inti atom,
penerapan prinsip ketidakpastian (Uncertainty Principle-istilah yang diperkenalkan
oleh Heisenberg) penting sekali.
Akibat menganut Prinsip Ketidakpastian ini, kita tak boleh lagi
membayangkan elektron sebagai sesuatu yang bergerak dalam orbit tetap
mengelilingi inti. Kita harus memandang gerak elektron sebagai fungsi gelombang.
Dengan fungsi ini kita hanya mungkin mendapatkan elkctron yang energinya tertentu
saja diruang disekitar inti. Situasi menjadi lebih rumit bila kita memperhitungkan
kenyataan bahwa elektron bukan hanya bergerak mengitari inti, namun juga
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 9
berpusing pada porosnya sendiri. Sebagai konsekuensi, untuk menyatakan gerak
elkctron disebuah atom kita tidak lagi mengunakan integer tunggal n, seperti pada
teori Borh. Sekarang kita harus menyatakan keadaan elektron mengunakan empat
buah bilangan. Bilangan-bilangan yang dikenal sebagai bilangan-bilangan kuantum
ini adalah n, l, m dan s, dimana n merupakan bilangan kkuatum pertama (principal
quantum number), l bilangan kuantum orbit (orbital quantum number), m bilangan
kuantum dalam (inner quantum number) dan s bilangan kuantum spin (spin quantum
number). Prinsip dasar lain teori kuantum modern untuk atom adalah Prinsip
Pengecualian Pauli (Pauli Exclusion Principle) yang yang menyatakan bahwa dalam
sebuah atom tidak ada dua elektron yang bias memiliki perangkat bilangan kuantum
persis sama.
Jika kita ingin memahami cara membuat Tabel Periodik menurut struktur
elektronik atom-atom berbagai unsure, kita harus memperhatikan kebermaknaan
keempat bilangan kuantum tadi, sekaligus batasan harga-harga numeric yang dapat
dimiliki masing-masing. Bilangan kuantum yang paling penting adalah bilangan
kuantum utama, karena inilah yang paling berperan dalam penentuan energi elektron.
Bilangan kuantum utama dapat memiliki harga bilangan bulat mulai dari n = 1, yang
menyatakan energi paling rendah. Elektron dengan n = 1 paling stabil, dan kestabilan
berkurang dengan naiknya harga n. Elektron yang bilangan kuantum utamanya n
dapat mempunyai bilangan kuantum orbital bernilai bulat antara 0 dan (n - 1). Jadi
jika n = 1, l harus 0, sementara bila n = 2, l = 0 atau 1, dan bila n = 3, l = 0, 1, atau 2.
bilangan kuantum orbital menyatakan momentum sudut elektron ketika mengitari
inti, dan ini mnentukan sesuatu yang dalam mekanika nonkuantum disebut bentuk
orbit. Untuk suatu harga n, elektron dengan l paling rendah akan mempunyai energi
paling rendah, sehingga semakin tinggi harga l makin besar ula energinya.
Dua bilangan kuantum yang lain, yaitu m dan s berturut-turut menyatakan
orientasi orbit elektron diseputar inti dan orientasi arah spin elektron. Untuk suatu
harga l, sebuah elektron boleh mempunyai bilangan kuantum dalam m bernilai bulat
dari +l sampai –l, termasuk 0. jadi untuk l = 2, m bisa mempunyai harga-harga +2,
+1, 0, -1, dan –2. Elektro-elektron dengan harga-harga n dan l yang sama tetapi
berbeda dalam harga-harga m mempunyai energi yang sama besar, asalkan tidak
dipengaruhi suatu medan magnet. Bila ada medan magnet, energi elektron-elektron
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 10
dengan harga-harga m berbeda akan berubah sedikit, seperti yang tampak dari
terpisahnya garis-garis spektrum pada efek Zeeman. Untuk sebuah electron yang
mempunyai harga-harga n, l dan m sama besar, bilangan kuantum spin s-nya boleh
memiliki harga 21+ atau 2
1− . Kenyataan bahwa harga tesebut bukan bilangan bulat
untuk sementara ini tidak perlu dirisaukan; yang perlu kita ingat hanyalah bahwa dua
elektron dalam sebuah atom dapat mempunyai harga-harga n, l dan m yang sama,
serta bahwa kedua elektron tadi akan berpusing dengan arah berlawanan. Hanya
dibawah pengaruh medan magnet saja energi dua elektron dengan spin berlawanan
akan berbeda.
2.3 TATANAMA KEADAAN ELEKTRON DI SEBUAH ATOM
Sebelum membahas cara membuat susunan berkala unsur-unsur menurut
strktur elektronika atom-atomnya, kita perlu menjabarkan dahulu system tatanama
(nomeklatur) yang memungkinkan dijelaskanya keadaan elektron-elektron dalam
sebuah atom. Karena energi sebuah elektron hanya ditentukan harga-harga bilangan
kuantum utama dan orbital, maka kedua bilangan kuantum ini saja yang perlu
diperhatikan dalam nomenklatur kita. Bilangan kuantum utama ditampilkan atau
diekspresikan sebagaimana adanya, namun bilangan kuantum orbital dinyatakan
dengan huruf. Huruf-huruf ini, yang diturunkan dari kebiasaan diawal perkembangan
spektroskopi, adalah s, p, d, f yang berturut-turut menyatakan bilangan-bilangan
kuantum orbital l berharga 0, 1, 2 dan 3. (s = sharp, p = principal, d = diffusi, f =
fundamental).
Bila bilangan kuantum utama n = 1 maka l harus sama dengan nol, dan
elektron dalam keadaan demikian dinyatakan dengan simbol 1s. disini bilanga
kuantum dalam tidak boleh memiliki harga yang lain dari m = 0, namun harga
bilangan kuantum spin-nya (s) boleh 21+ atau 2
1− . Jadi, dapat disimpulkan bahwa
dalam sebuah atom hanya dua elektron yang boleh memiliki keadaan 1s, dan
elektron-elektron itupun berpusing dalam arah berlawanan. Dengan kata lain bila n
=1, hanya s keadaan yang terjadi dan keadaan-keadaan itu hanya dapat dimiliki oleh
dua buah elektron. Begitu kedua keadaan 1s terisi penuh, keadaan energi paling
rendah berikutnya harus memiliki harga n = 2. Disini l boleh mempunyai harga 0
atau 1, dan karena itu elektron-elektron bias dalam keadaan entah 2s atau 2p. Energi
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 11
sebuah keadaan 2s lebih rendah dari energi dalam keadaan 2p, oleh sebab itu
keadaan 2s akan terisi lebih dahulu. Di sini pun, hanya dua electron bias berada
dalam keadaan 2s, dan untuk keadaan-keadan s ini selalu demikian, tidak peduli
berapapun harga bilangan kuantum utamanya. Electron-elektron dalam keadaan p
dapat memiliki harga-harga m = +1, 0, -1, dan elektron-elektron yang memiliki
masing-masing dari harga tersebut dapat memilikidua harga bilangan kuantum spin.
Ini memungkinkan adanya enam buah elektron dalam setiap keadaan p sebagaimana
tampak lebih jelas dalam table 2.1.
Tabel 2.1 Alokasi keadaan pada tiga kulit kuantum yang pertama
Kulit n l m s Nomer Keadaan
1 1 0
0 2
1+
21− Keadaan 2, 1 s
2 2
0 1
0
+1 0 -1
21±
21±
21±
21±
Keadaan 2, 2 s
Keadaan 6, 2 p
3 3
0 1 2
0
+1 0 -1
+2 +1 0 -1 -2
21±
21±
21±
21±
21±
21±
21±
21±
21±
Keadaan 2, 2 s
Keadaan 6, 2 p
Keadaan 10, 3 d
Tidak ada lagi elektron yang dapat ditambahkan ke dalam keadaan n = 2
sesudah keadaan-keadaan 2s dan 2p-nya terisi. Elektron-elektron berikutnya harus
menempati keadaan denga n = 3 yang energinya lebih tinggi. Disini muncul
kemungkinan adanya l berharga 0, 1 dan 2, sehingga disampuing keadaan-keadaan s
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 12
dan p, keadaan-keadaan dengan d dengan l = 2 kini bias terjadi. Bila l = 2, m bias
memilki harga-harga +2, +1, 0, -1, -2 dan masing-masing dapat ditempati dua
elektron dengan spin berlawanan, sehingga total keadaan d mungkin adalah 10.
Akhirnya bila n = 4, l bias mempunyai harga dari 0 hingga 4, dan bila l = 4,
dapat dibuktikan bahwa kita akan mendapatkan 14 keadaan 4f.
2.4 TABEL PERIODIK
Atom paling sederhana adalah atom hidrogen, yang mempunyai proton
tunggal sebagai intinya, dan karena itu hanya sebuah elektron yang dapat
mengitarinya supaya atom itu tetap netral. Bila atom hydrogen ini bebas, yaitu dalam
keadaan energi paling rendah, elektronnya akan berada dalam keadaan 1s. Untuk
helium, yang intinya terdiri atas dua proton dan dua neutron, massa atomnya akan
empat kali lebih besar dari hidrogen, tetapi karena muatan inti (nuclear charge)
sematamata hanya ditentukan oleh banyaknya proton, maka hanya dua elektron yang
berkitar di orbitnya. Kedua elektron ini kakn mempunyai energi paling rendah bila
masing-masing menempati keadaan 1s. atom berikutnya, lithium, yang mempunyai
tiga muatan inti, hanya dapat menempatkan dua elektronnya dalam keadaan 1s,
sedangkan elektron ketiga harus masuk ke keadaan 2s yang energinya sedikit lebih
tinggi. Begitu seperangkat keadaan untuk kuantum utama tertentu terisi, elektron-
elektron dalam keadaan demikian disebut membentuk selapis kulit yang rapat, dan
dalam mekanika kuantum begitu suatu kulit terisi, energi dari kulit tersebut turun ke
harga yang demikian rendahnya sehingga elektron-elektron bias berada dalam
keadaan mantap sekali. Oleh sebab itu, lithium mempunyai dua elektron yang
terikatsekali ke intinya dan sebuah electron di keadaan 2s yang sangat kurang terikat.
Elektron ini, yang sering disebut electron valensi, dapat dilepaskan dengan mudah,
dan karena itu lithium dapat membentuk ion dengan muatan positif satu, dan
bervalensi satu. Elektron 2s yang terletek disebelah luar ini denga demikian
tergolong bebas.
Berilium mempunyai muatan inti empat, karena itu elektron-elektronnya akan
menempati keadaan-keadaan 1s dan 2s, sementara keenam keadaan 2p dengan energi
lebih tinggi tetap kosong. Dalam enam atom berikutnya, yang bermuatan inti dari
lima hingga sepuluh, keadaan 2p ini akan cepat terisi, dan pada usur dengan muatan
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 13
sepuluh (neon) semua keadaan tersedia yang memiliki bilangan kuantum utam 1 dan
2 terisi sehingga atom itu memiliki dua lapis kulit yang rapat. Seperti dalam kasus
helium, elektron-elektron berada dalam keadaan energi rendah dan dari sini tidak
dapat dipindahkan dengan mudah. Akibatnya, seperti helium, neon tidak mudah
membentuk ion dan karena itu tidak dapat berperan serta dalam reaksi-reaksi kimia.
Dalam susunan berkala unsur-unsur, tiap kali sebuah atom mendapatka cukup
elektron untuk merapatkan kulitnya, unsur yang terbentuk bersifat nonreaktif, dan
unsur-unsur ini disebut gas mulia (inert gases).
Tabel 2.2 Tabel Periodik Unsur
Dengan mekanisme yang sama, atom-atom dengan muatan inti atau nomor
atom antara sebelas dan delapan belas akan membentuk kulit ketiga yang memiliki n
= 3 dengan mengisi keadaan-keadaan 3s dahulu, kemudian 3p. bukan tidak mungkin
orang berpikir bahwa sesudah argon yang bernomor atom Z = 18, atom-atom akan
mempunyai electron keadaan 3d. ternyata yang terjadi bukan demikian karena
kebetulan saja energi elektron di keadaan 4s lebih endah dibandingkan keadaan 3d.
akibatnya, pada kalium (potassium) yang mempunyai Z = 19 elektron-elektron
berenergi tinggi keadaan s, dan unsure ini memiliki sifat kimia lebih menyerupai
natrium(sodium) dan litium yang juga mempunyai elektron-elektron tunggal di
keadaan s. Kalsium dengan Z = 20 memiliki dua elektron di keadaan 4s yang dengan
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 14
demikian terisi penuh, sehingga scandium yang mungkin diharapkan memiliki
elektron berenergi paling tinggi di keadaan 4p, ternyata menemukan bahwa energi
elektron lebih rendah bila ditempatkan di keadaan 3d yang sampai kini dibiarkan
kosong karena energinya lebih tinggi dibandingkan keadaan 4s. Sesudah skandium,
unsur-unsur berikutnya meneruskan proses pengisian keadaan 3d, yang menjadi
penuh pada unsur seng (Zn). Bagaimanapun, proses pengisian keadaan 3d ini
ternyata tidak sederhana. Dalam atom-tom bebas, diketahui bahwa ketika keadaan 3d
diisi, elektron-elektron mula-mula menempati lima keadaan yang sesuai dengan
kelima harga bilangan kuantum dalam m dan elektron-elektron tadi semuanya
mempunyai bilangan spin sama (kaidah Hund). Apabila kelima keadaan itu telah
terisi, energi elektron-elektron turun sehingga dari segi energi bagi khrom lebih
menguntungkan andaikata sebuah elektron yang seharusnya menempati keadaan 4s
digunakan untuk melengkapi kelima keadaan 3d. Itu sebabnya khrom hanya
mempunyai sebuah elektron 4s dan lima elektron 3d. Proses serupa terjadi pada pada
tembaga. Di sini sebuah dari elektron-elektron 4s digunakan untuk melengkapi
kesepuluh keadaan 3d, yang dengan demikian merapatkan kulit ketiga dan
mendapatkan reduksi energi elektron yang lumayan untuk kulit ini. Unsur-unsur dari
scandium hinga tembaga, yang keadaan-keadaan 3d-nya terisi dengan cepat, doikenal
sebagai unsur-unsur trnsisi. Pada tujuh unsur sesudah tembaga proses pengisian
keadaan 4s dan 4p tidak begitu lancar, dan kripton, yang keadaan-keadaan 4s serta
4p-nya terisi penuh, termasuk kelompok gas mulia.
Pada kelompok unsur berikutnya, dari rubidium hingga xenon, terjadi proses
pengisian seperti terdahulu, yaitu 5s dahulu, baru kemudian 4d dan akhirnya 5p.
Keadaan 4f untuk sementara belum terisi karena mempersyaratkan energi lebih tinggi
ketimbang keadaan-keadaan 5s, 4d, 5p dan 6s. Baru sesudah lanthanium, dari segi
energi sudah pada tempatnya mengisi keempat belas keadaan 4f. Kelompok unsur
yang dalam tabel periodik terletak antara lanthanium dan hafnium ini dikenal sebagai
unsur tanah jarang.
Setelah keadaan-keadaan 4f terisi, unsur-unsur berikutnya hingga gas mulia
radon, mulai mengisi keadaan 5d dan akhirnya 6p. Unsur-unsur yang tersisa, lagi-
lagi mengisi keadan s terlebih dahulu, yaitu keadaan-keadaan 7s dan proses
selanjutnya sama dengan pada kelompok logam sebelumnya. Bagaimanapun, dari
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 15
unsur-unsur diatas untuk saat ini hanya enam unsur yang betul-betul terdapat di alam,
yang lainnya belum ditetapkan apakah termasuk kelompok unsur tanah jarang atau
tidak.
Dengan cara ini kita dapat membuat skema untuk menjelaskan unsur-unsur
seperti tampak pada tabel 2.2. Di sini angka dibawah simbol kimia tiap unsur
menyatakan nomor atom. Baris horizontal menyatakan periode, sementara kolom
vertikal menyatakan kelompok atau grup. Di sini jelas bahwa tiap periode diakhiri
dengan sebuah unsur gas mulia, yang semua keadaan elektronya untuk harga
bilangan kuantum utama tertentu telah terisi, dan bahwa unsur-unsur di suatu
kelompok mana pun memiliki elektron di kulit luar dalam konfigirasi yang sama.
2.5 PERILAKU KIMIA DAN IKATAN LOGAM
Perilaku kimia unsur-unsur dapat dijelaskan menurut tingkat stabilitas yang
timbul ketika kulit-kulit elektron terisi. Pada gas mulia yang kondisi mantapnya
terdapat pada setiap atom, sulit sekali memindahkan sebuah elektron dari kulit terluar
yang berisi untuk menghasilkan ion bermuatan positif. Demikian pula, sulit sekali
menambahkan sebuah elektron ke kulit terluar yang terisai penuh untuk
menghasilkan ion bermuatan negatif. Oleh sebab itu, gas mulia, yang tidak mudah
diubah menjadi ion, tidak dapat membentuk senyawa kimia.
Unsur-unsur yang mempunyai sedikit elektron di luar kulit terluar dapat
dengan mudah melepaskan elektron-elektron tersebut untuk membentuk ion positif
(kation). Di pihak lain, unsur-unsur yang mempunyai cukup banyak elektron di luar
kulit terluar dengan mudah mau menerima beberapa elektron lagi untuk membentuk
kulit baru, dan dengan demikian membentuk ion negatif (anion). Sebagai contoh,
lithium, natrium, dan kalium yang mempunyai sebuah elektron paling luar (elektron
valensi) di keadaan s, bila melepaskan elektron itu akan membentuk ion bermuatan
positif satu. Unsur-unsur disebut unsur-unsur univalent (bervalensi satu). Sebaliknya,
khlor, brom dan iodium masing-masing kekurangan sebuah electron untuk
membentuk kulit terluar terbaru, dan bila kekurangan tersebut terpenuhi, ion-ion
bermuatan negatif satu yang terjadi akan mantap sekali. Afinitas kimia antara
natrium dan khlor dengan demikian dapat dijelaskan secara mudah sebagai
pemberian electron terluar dari atom natrium kepada atom khlor, yang akibat
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 16
kejadian tersebut keduanya sama-sama memiliki struktur electron dengan kulit luar
terisi penuh, dan kedua ion bermuatan berlawanan yang terbentuk akan saling
rangkul akibat gaya tarik elektrostatik. Ini juga menjelaskan terjadinya ikatan ion
atau ikatan ikatan heteropolar.
Gambar 2.1 Gambaran skematik (a) ikatan kovalen dan (b) ikatan logam
Unsur-unsur dibagian kiri Tabel Periodik cenderung membentuk ion positif,
dan mempunyai valensi yang makin ke kanan makin besar, mulai dari grup I. Dengan
demikian pula, unsur-unsur di sebelah kanan cenderung membentuk ion negatif, dan
dalam hal ini, valensi menigkat dari kanan ke kiri. Situasi yang menarik terjadi pada
unsur-unsur yang kulit terluarnya hanya terisi separuh, misalnya karbon, yang
menurut teori dapat membentuk ikatan ion-ion bervalensi empat entah bermuatan
positif atau negatif. Pada kenyataannya unsur-unsur semacam itu, meskipun kadang-
kadang membentuk ikatan dengan unsur lain, lebih sering membentuk jenis ikatan
lain yang disebut ikatan kovalen atau ikatan homopolar. Dalam ikatan jenis ini atom-
atom yang bersebelahan secara bersama mengunakan elektron valensi mereka
sedemikian rupa sehingga tiap atom seolah-olah memiliki kulit terluar penuh
meskipun tidak purna waktu.
Dalam ikatan kovalen, atom-atom lebih suka memberika sebuah elektron saja
untuk dipakai bersama dengan tetangga masing-masing, separti tampak dalam
Gambar 2.1 (a) dan karena itu, banyaknya ikatan kovalen yang dibentuk oleh unsur
sama dengan (8 – N) di mana N adalah banyaknya elektron diluar kulit terluar yang
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 17
penuh. Ciri penting lain pada ikatan kovalen adalah bahwa elektron-elektron yang
dipakai bersama berada dalam keadaan-keadaan s dan p. Jadi karbon, yang
mempunyai empat buah electron terluar, dapat membentuk ikatan kovalen dengan
empat atom karbon lain. Dalam intan, yang pada hakikatnya adalah karbon padat,
tiap karbon dikelilingi empat atom lain yang secara simetrik terletak di sudut-sudut
sebuah tetrahedron beraturan. Dengan cara ini kita dapat menyusun jaringan atom-
atom karbon tiga dimensi.
Zat padat yang ikatannya ionik atau kovalen, mempunyai elektron-elektron
yang tidak dapat bermigrasi dengan bebas meskipun berada di bawah pengaruh suatu
gaya gerak listrik (e.m.f), karena itu bersifat isolator. Seperti telah kita ketahui,
karakteristik atom paling penting adalah kemampuannya menghantarkan listrik, dan
karena itu tidak boleh berikatan ionik atau kovalen. Semua unsur yang jelas
menunjukan karakteristik logam dikelompokan di bagian selah kiri Tabel Periodik
seperti pada table 2.2. Semua atom unsur logam mempunyai elektron di luar kulit
penuh dalam jumlah yang sedikit. Ini berlaku untuk semua unsur di subkelompok I,
II dan III, untuk unsur-unsur di ketiga kelompok transisi, dan untuk unsur-unsur
tanah jarang.
Pada logam, elektron-elektron terluar pada dasarnya bergerak dengan bebas
di seluruh bahan, karena itu kita membayangkan logam sebagai susunan ion
bermuatan positif yang berembesi awan elektron. Lihat Gambar 2.1 (b). ikatan di
dalamnya terutama disebabka oleh tarik-menarik antara ion-ion positif dan elektron-
elektron bebas. Salah satu akibat paling penting dari bentuk ikatan ini adalah bahwa
gaya ikat (bonding force) tidak mengikuti arah yang tertentu dan karena itu ion-ion
akan mengelompok menurut bentuk geometric yang paling ekonomis.
Bagaimanapun, perlu diingat bahwa apabila dua ion saling mendekati, di antara
keduanya juga terjadi gaya tolak menolak, dan gaya ini membatasi derajat
keekonomisan dalam pengelompokannya, sehingga sesunguhnya ion-ion logam
dapat dipandang sebagai bola-bola yang keras. Ini pula sebabnya masalah struktur
kristal logam sangat dapat dipandang sebagai masalah pengepakan sejumlah bola
berukuran sama.
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 18
2.6 SUSUNAN ATOM DALAM LOGAM
Ion logam sangat kecil dan diameternya hanya beberapa kaliu 10-10 mm, atau
kurang dari nanometer. Dengan demikian satu millimeter kubik logam diperkirakan
mengandung 1022. Di atas telah dibahas bahwa ion-ion dalam logam padat tidak
tersusun secara acak, namun seolah-olah dipak secara beraturan. Pada kebanyakan
logam, ion-ion mengelompok sedemikian rupa sehingga volume yang dibutuhkan
sedikit mungkin. Pada semua logam, termasuk yang ion-ionnya agak renggang,
penataan ion-ion ternyata mengikuti mengikuti suatu pola tertentu, dan karena
struktur logam dicirikan menurut satuan (unit) pola sederhana yang disebut sel
struktur, yang kalau diulang-ulang secara beraturan di seluruh bagian badan logam
akan menentukan posisi semua ion dalam kristal logam bersangkutan.
Kita mengenal dua cara penataan bola-bola berukuran sama yang
memungkinkan volume minimum. Kedua cara itu adalah penataan kubus pusat sisi
atau face-centerd cubic arragement (f.c.c) dan penataan heksagonal susunan rapat
atau closed-paccked hexagonal arragement (c.p.h). Sel-sel struktur pada kedua cara
penataan diatas dapat dilihat dalam Gambar 2.2(a) dan 2.2(b). Sel struktur lain lagi
yang tampak pada Gambar 2.2(c) adalah cara pengepakan. Cara pengepakan bola ini
dikenal sebagai penataan kubus pusat ruang atau body-centered cubic arragement
(b.c.c).
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 19
Gambar 2.2 Susunan atom dalam (a) struktur kubik pusat muka, (b) struktur closed-
packedheksagonal, dan (c) struktur body-centred cubic
Untuk menetapkan secara lengkap struktur suatu logam, kita perlu
mempelajari struktur kristal dan ukuran (dimensi) sel strukturnya. Banyaknya
besaran yang dibutuhkan untuk menentukan suatu sel struktur bergantung pada
derajat keteraturan geometrik yang ditunjukan oleh sel. Jadi, dalam sel-sel struktur
kubus kita hanya perlu mengukur panjang salah satu rusuk, sementara pada sel
heksagonal kita perlu mengetahui panjang a dan c seperti dalam Gambar 2.2(b).
bagaimanapun, jika struktur yang ideal adalah susunan rapat, kedua besaran a dan c
harus memiliki perbandingan c/a = 1,633. Dalam struktur logam, perbandingan c/a,
yang sering disebut nisbah menyumbu (axial ratio), tidak pernah tepat 1,633, dan
karena itu struktur logam tidak betul-betul tersusun secara rapat; untuk seng
misalnya, c/a = 1,86 dan untuk titanium, c/a = 1,58. Besaran yang menunjukan
ukuran sel struktur itu disebut parameter kisi (lattice parameter).
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 20
Pengetahuan tentang penetapan kisi memungkinkan kita menghitung jari-jari
atom (r) logam berdasrkan asumsi bahw atom-atom itu berbentuk bola dan masing-
masing salling kontak. Perlu di ketahui bahwa dalam struktur kubus pusat sisi (f.c.c)
r = ( ) 4/2a , dan dalam struktur kubus pusat ruang (b.c.c) r = ( ) 4/3a , denga a
parameter kisi. Karena besaran-besaran a dan r sangat kecil, sudah menjadi
kelaziman untuk mengukurnya dalam nanometer (10-9 m).
Sebuah konsep yang penting sehubungan denga struktur kristal ini adalah
bilangan koordinasi, yang didefinisikan sebagai banyaknya atom berjarak terdekat
sama dari sebuah atom mana pun dalam struktur kristal. Jadi, dalam struktur kubus
pusat ruang seperti pada Gambar 2.2(c), dengan mudah dapat dilihat bahwa atom di
pusat kubus dikekilingi oleh delapan buah atom yang berjarak sama yang terletak di
sudut-sudut kubus, dan bilangan koordinasi disini adalah 8. Lain halnya dengan
Gambar 2.2(a), mungkin anda tidak langsung menyadari bahwa bilangan koordinasi
di struktur kubus pusat sisi seperti ini adalah 12. Agaknya cara yang paling mudah
untuk membayangkan ini adlah denga menempatkan dua sel kubus pusat sisi
berdampingan dan memperhatikan atom-atom disekeliling atom yang menjadi pusat
sisi bersama. Pada struktur heksagonal susunan rapat dengan perbandingan ideal c/a
= 1,633, bilangan koordinasi juga 12 seperti yang mudah terlihat bila kita
menumpukan dua sel dan memilih atom di pusat bidang bersama sebagai titik acuan.
Bidang ini sering disebut bidang basal.
Bidang dengan susunan atom paling padat dalam struktur heksagonal susunan
rapat yang paling ideal adalah bidang basal, dan mamiliki tatanan atom yang sama
seperti pada bidang paling padat dalam struktur kubus pusat sisi*. Baik struktur
heksagoanl susunan rapat maupun kubus pusat sisi merupakan dua metode
pengepakan bola yangsama bagusnya; perbedaan di antara keduanya hanyalah pada
cara penumpukan bidang susunan rapat masing-masing. Gambar 2.3 memperlihatkan
cara atom-atom dalam suatu bidang susunan rapat.
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 21
Gambar 2.3 Susunan atom dalam bidang close-packed, (b) posisi dua bidang close-packed, dan (c)
stacking bidang seksutif
Ketika menumpukan atau mengandengkan bidang atom yang kedua, bidang
atom pertama mungkin ditempatkan entah dengan posisi B atau C, yang betul-betul
merupakan kedudukan setara. Bagaimanapun, begitu atom pertama ditempatkan di
salah satu dari duakedudukan, semua atom lain di bidang kedua harus berada di
kedudukan serupa. Ini tidak lain karena kedudukan-kedudukan bersebelahan untuk
tipe-tipe B dan C terlalu dekat untuk ditempati keduanya dalam lapisan yang sama.
Sampai di sini kita belum menjumpai perbedaan antara struktur heksagonal susunan
rapat dan kubus pusat sisi. Perbedaan baru timbul ketika lapisan ketiga diletakan.
Dalam peletakan lapisan ketiga, dengan mengandaikan bahwa kedudukan-
kedudukan tipe B telah digunakan untuk membentuk lapisan kedua, seperti dalam
Gambar 2.3, atom-atom dapat menempati kedudukan- kedudukan A atau C. kalau
kedudukan A yang dipilih, maka atom-atom di lapisan ketiga akan langsung di atas
lapisan pertama, dan struktur yang terbentuk adalah heksagonal susunan rapat,
sedangkan jika kedudukan C yang dipilih, kejadiannya tidak demikian dan struktur
yang berbentuk adalah kubus pusat sisi. Jadi, struktur heksagonal susunan rapat
terdiri atas lapisan-lapisan atom tersusun rapat yang ditumpuk dengan urutan
ABABAB atau ACACAC. Struktur kubus pusat sisi memiliki cara penumpukan
dengan urutan ABCABCABC sehingga atom-atom di lapisan keempat terletak
langsung di atas atom-atom lapisan pertama.
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 22
Tabel 2.3 Struktur kristal beberapa logam biasa pada suhu ruang
Tabel 2.3. memperlihatkan struktur kristal yang dianut oleh sejumlah logam-
logam pada temperatur kamar. Beberapa logam ternyata menganut lebih dari satu
struktur kristal, yang masing-masing hanya stabil pada temperatur tertentu. Contoh
paling baik untuk gejala yang disebut polimorfisme ini adalah seperti yang
ditunjukan oleh besi, yang berstruktur kubus pusat ruang pada temperatur-temperatur
di bawah 910o C serta di atas 1400o C, namun berstruktur kubus pusat sisi bila di
antara 910o C dan 1400o C. contoh lain yang umum antara lain adalah titanium dan
zirconium yang berubah dari kubus susunan rapat ke kubus pusat ruang berturut-turut
pada temperatur 882o C dan 815o C. timah putih berubah dari struktur kubus (kelabu)
menjadi tetragonal (putih) pada suhu 13,2o C. uranium dan plutonium juga menganut
beberapa struktur kristal. Plutonium, khususnya, tergolong kompleks karena
memiliki enam struktur kristal di antara suhu kamar dan titik leburnya pada 640o C.
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 23
2.7 ELEKTRON-ELEKTRON DALAM KRISTAL LOGAM
Kalau kita membayangkan atom-atom dikumpulkan dan ditata membentuk
struktur kristal, maka ketika jarak antara atom-atom terdekat mendekati jarak antar
atom yang khas pada logam, elektron-elektron terluar tidak lagi mengacu ke atomnya
masing-masing. Begitu electron-elektron terluar tidak lagi terikat ke atomnya
masing-masing melainkan bergerak bebas di seluruh logam, maka menurut Prinsip
Kekecualian Pauli, elektron-elektron tadi tidak dapat memprtahankan perangkat
bilangan kuantum yang sama seperti masih merupakan bagian dari atom-atom.
Akibatnya, elektron-elektron bebas tidak lagi bisa memiliki lebih dari dua elektron
dengan spin berlawanan untuk suatu energi tertentu. Energi-energi elektron bebas itu
didistribusikan ke suatu rentang yang terus meningkat sejalan proses pembentukan
logam oleh atom-atom. Jika atom-atom dimaksudkan untuk membentuk struktur
logam yang mantap, energi purata (mean energi) elektron-elektron bebas harus lebih
rendah disbanding energi tingkat elektron ketika atom-atom masih bebas. Gambar
2.4 memperlihatkan pelebaran tingkat atomatik sejak atom-atom masih mulai
berhimpun dengan yang lain, serta penurunan energi elektron-elektron sebagai
akibatnya. Besar penurunan energi purata elektron-elektron terluar inilah yang
menentuka kemantapan logam. Dalam hal ini, yang disebut jarak keseimbangan
(equilibrium spacing) antara atom-atom dalam suatu logam adalah jarak yang apabila
dikurangi lagi akan menyebabkan bertambahnya gaya tolak-menolak ion-ion positif
yang saling didekatkan itu, sehingga gaya tolak-menolak tadi akan lebih besar
dibanding penurunan energi elektron purata yang disebabkannya.
Gambar 2.4 Perluasan tingkatan energi atomik dalam logam
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 24
Dalam struktur metalik, elektron-elektron bebas dengan demikian harus
dianggap menempati serangkaian tingkat energi distrik (unik) dengan selang yang
sangat rapat. Tiap tingkat energi atomik yang mengurai menjadi sebuah pita
memiliki banyak tingkat energi yang sama dengan banyaknya N atom dalam
sepotong logam. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, suatu tingkat energi tidak
boleh ditempati oleh lebih dari dua elektron dengan spin berlawanan. Oleh sebab itu,
setiap pita paling banyak hanya dapat memiliki 2N elektron. jelaslah, dalam keadaan
energi paling rendah suatu logam, semua tingkat energi rendah telah terisi.
Sela energi antara tingkat-tingkat yang berturuttan tidak tetap melainkan
mengecil sejalan dengan naiknya tingkat energi. Dari segi kerapatan keadaan
elektron N (E) ini biasanya dinyatakan sebagai fungsi energi E. Besaran N(E)dE
menginformasikan banyaknya tingkat energi dalam suatu ionterval energi dE yang
sangat kecil, dan untuk elektron bebas besaran ini membentuk fungsi parabola energi
seperti yang tampak dalam Gambar 2.5.
Karena setiap tempat hanya dapat ditempati dua electron, energi electron
yang menempati suatu tingkat energi rendah tidak dapat diperbesar kecuali bila
diberi tambahan energi yang cukup untuk melompat ke tingkat kosong di bagian pita
sebelah atas. Lebar energi pita-pita umumnya sekitar 5 atau 6 elektron volt*, karena
ini cukup besar energi yang dibutuhkan oleh logam untuk mengeksitasikan
elektronnya yang berada di tingkat bawah. Energi sebesar itu tidak tersedia pada
temperatur normal, dan hanya elektron dengan energi mendekati yang terdapat pada
bagian atas pita (disebut tingkat atau permukaan Fermi) dapat dieksitasikan sehingga
karena itu hanya sedkit elektron bebas pada logam yang dapat ambil bagian dalam
proses-proses thermal. Energi pada tingkat Fermi EF bergantung pada banyaknya
electron N per unit volume V, dapat dihitung denga rumus (h2/8m) x (3Nπ V)2/3.
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 25
Gambar 2.5 (a) Kepadatan tingkatan energi terhadap energi; (b) Pengisian tingkatan energi oleh
electron pada temperatur mutlak nol. Pada temperatur tertentu beberapa electron tereksitasi secara termal ke tingkat yang lebih tinggi daripada yang berhubungan dengan Emaks, seperti diperlihatkan pada kurva patah pada (a)
Elektron pada suatu pita metalik harus dianggap bergerak terus-menerus
dalam struktur dengan energi yang ditentukan oleh tingkat pada pita yang
didudukinya. Dalam mekanika kuantum gerak elektron ini dapat dipandang sebagai
gelombang dengan panjang gelombang yang ditentukan oleh energi elektron
bersangkutan menurut rumus de Broglie.
mvh /=λ (2.1)
dengan h konstanta Planck, m massa dan v kecepatan elektron yang sedang bergerak.
Makin besar energi electron, makin tinggi momentum mv-nya, dan karena itu makin
kecil panjang gelombang pada fungsi gelombang terhadap geraknya. Karena gerak
electron yang mempunyai aspek miring gelombang ini, elektron-elektron yang
bergerak dapat menimbulkan efek difraksi seperti pada gelombang optik. Lebih dari
itu, tatanan atom-atom yang beraturan pada kisi logam dapat bertindak sebagai kisi
difraksi tiga dimensi, sebab atom-atom di situ bermuatan positif dan karena itu
berinteraksi dengan elektron-elektron bergarak.
Pada panjang gelombang terntentu, yang ditentukan oleh jarak atom-atom
pada kisi metalik, elektron-elektron akan mengalami efek difraksi yang kuat. Ini
menyebabkan elektron-elektron dengan energi sesuai panjang gelombang tersebut
tidak mampu bergerak bebas di dalam struktur. Akibatnya, dalam pita-pita elektron,
tingkat-tingkat energi tertentu tidak dapat ditempati dan karena ini terjadi sela-sela
energi yang menyebabkan spektrum-spektrum energi dalam suatu pits tidak kontinu.
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 26
Interaksi elektron-elektron bergerak denga ion-ion logam yang terdiri
terdistribusi pada suatu kisi bergantung pada panjang gelombang elektron-elektron
serta jarak antar ion dalam arah gerak elektron. Karena jarak antar ion bergantung
pada arah kisi, panjang gelombang elektron-elektron yang mengalami difraksi oleh
ion-ion juga akan bergantung pada arah kisi tersebut. Energi kinetik sebuah electron
bergeak merupakan fungsi panjang gelombang yang hubungannya adalah sebagai
berikut
22 2/ mvhE = (2.2)
dan karena kita berkepentingan dengan energi-energi electron, lebih baik bila efek-
efek interaksi dibahas menurut kebalikan panjang gelombang. Besaran yang
berbanding tebalik dengan panjang gelombang ini disebut bilangan gelombang dan
diberi notasi k.
Gambar 2.6 Gambaran skematik zona Brillouin dalam logam, (a) direproduksi dari Extractive and
Physical Metallurgy of Plutonium, seizin American Institute of Metallurgical Engeneerrs
Dalam mengambarkan interaksi-interaksi elektron kisi orang lazim
mengunakan diagram vektor. Di situ arah vektor menyatakan arah lintasan elektron
bergerak dan harga (magnitude) vektor menyatakan bilangan gelombang elektron.
Vector-vektor ini mengambarkan elektron-elektron berenergi yang, karena efek
difraksi, tidak dapat menembus kisi, dan karena itu membentuk permukaan tiga
dimensi yang disebut zona Brillouin. Gambar 2.6(a) memperlihatkan zona Brillouin
untuk sebuah kisi kubus pusat sisi. Daerah ini terbentuk dari bidang-bidang datar
yang sesungguhnya sejajar dengan bidang-bidang pada kisi yang terpisah paling
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 27
jauh, dalam hal ini bidang {111} dan {200}. Inilah cirri umum untuk zona Brillouin
yang berlaku untuk semua kisi.
Untuk suatu arah dalam kisi, kita dapat menganggap bentu energi elektron
sebagai fungsi bilangan gelombang. Hubungan antara kedua besaran tadi nila
mengunakan persamaan 2.2 adalah
mkhE 2/22= (2.3)
yang bias membentuk hubugan parabolic seperti tampak dalam Gambar 2.6(b).
akibat adanya zona Brillouin di harga k tertentu, tergantung arah kisinya, maka ada
suatu rentang harga energi yang tidak dapat diambil oleh elektron. Ini menghasilkan
distorsi berbentuk kurva E-k di sekitar harga kritis k yang pada gilirannya
menyebabkan adanya serangkaian sela energi (energi gap), yang tidak dapat
ditempat oleh elektron. Efek ini dalam kurva E-k tampak berupa sebuah garis
menerus (Gambar 2.6(b)).
Adanya distorsi pada kurva E-k, akibat adanya zona Brillouin, direfleksikan
denga kurva kerapatan keadaan vs energi berlawanan berbentuk parabola, tetapi
bentuknya tidak demikian bila ada interaksi akibat zona Brillouin, seperti pada
Gambar 2.7(a). Garis putus-putus menyatakan kurva N(E)-E untuk elektron-elektron
bebas ketika efek zona Brillouin tidak ada dan garis penuh digunakan untuk kurva
yang dipengaruhi zona Brillouin. Total banyaknya elektron yang dibutuhkan untuk
mengisi daerah elektron yang dibatasi oleh garis penuh dalam Gambar 2.7(a) adalah
2N, dengan N total banyaknya atom dalam logam. Jadi, zona Brillouin akan terisi
bila tiap atom dalam logam menyumbangkan dua buah elektron ke pita energi. Jika
atom-atom logam menyumbangkan lebih dari dua elektron per atom, elektron-
elektron lebihan itu harus ditempatkan ke zona kedua atau yang lebih tinggi.
Dalam Gambar 2.7(a) kedua zona tadi dipisahkan oleh sebuah sela energi,
namun pada logam sesungguhnya tidak harus demikian, jadi dua zona bias saja
saling tumpang-tindih sehingga pada kurva N(E)-E msela energi seperti itu tidak
tampak. Keadaan tumpang-tindih timbulk karena energi di daerah terlarang
bervariasi terhadap arah kisi dan seringkali tingkat energi dibagian atas zona pertama
memiliki harga lebih tinggi untuk suatu arah disbanding tingkat energi paling rendah
di bagian bawah jurva N(E)-E, yang mengambarkan jumlah tingkat-tingkat energi di
semua arah dengan demikian tertutup rapat. (Gambar2.7(b)).
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 28
Gambar 2.7 Gambaran skematik zona Brillouin
2.8 LOGAM DAN ISOLATOR
Ketika suatu bahan mengalami medan magnet, agar penghantaran listrik
dimungkinkan, elektron-elektron di bagian atas pita harus mampu meningkatkan
energi sehingga aliran aliran elektron dalam arah potensial, yang pada hakekatnya
adalah arus listrik, bias terjadi. Apabila sela energi antara dua zona seperti dalam
Gambar 2.7(a) memang ada, dan bila zona rendah sudah cukup elektronnya, maka
mungkin saja elektron di situ meningkatkan energi dengan cara melompat ke tingkat
yang kosong, asalkan ada medan listrik dan kekuatan medan itu cukup besar untuk
membuat elektron di bagian atas pita yang isi mampu melompati sela energi. Dengan
demikian, konduksi pada logam terjadi karena banyak elektron per atom tidak cukup
untuk mengisi pita energi sampai ke kedudukan sela energi. Pada tembaga misalnya,
elektron-elektron valensi 4s hanya mengisi separuh dari pita s terluar. Pada logam
lain, misalnya Mg, pita valensi tumpang-tindih dengan pita energi lebih tiggi dan
elektron-elektron dekat tingkat Fermi dengan demikian bebas untuk pindah ke
keadaan kosong di pita lebih tinggi. Bilamana pita valensi terisi penuh sementara pita
yang setingkat lebih tinggi, yaitu yang terpisah oleh sela energi, betul-betul kosong,
maka bahan bersangkutan bias tergolong isolator atau semikonduktor. Kalau sela itu
beberapa electron volt, misalnya 7 eV pada intan, diperlukan medan listrik luar biasa
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 29
tinggi untuk memindahkan elektron ke pita lebih tinggi dan bahan bersangkutan
isolator. Kalau sela kecil, misalnya 1 – 2 eV seperti pada silikon, maka energi
thermal mungkin sudah memadai untuk mengeksitasikan beberapa elektron ke pita
lebih tinggi serta menciptakan tempat-tempat kosong dalam pita valensi; dalam hal
ini bahan tergolong semikonduktor. Pada umumnya, pita energi paling rendah yang
tidak terisi elektron secara penuh disebut pita konduksi, sedangkan pita yang berisi
elektron-elektron valensi disebut pita valensi. Pada konduktor pita valensi juga
bertindak sebagai pita konduksi. Keadaan electron untuk contoh-contoh bahan degan
valensi berbeda-beda dapat dilihat dalam Gambar 2.7(c).
Meskipun semua logam boleh dikatakan tergolong penghantar listrik yang
baik, ternyata masing-masing menunjukan kehambatan (resistivity) yang beragam.
Penyebab keragaman ini bermacam-macam. Kehambatan logam ditentukan oleh
kerapatan keadaan elektron-elektron paling kuat di bagian atas pita, dan bentuk kurva
N(E)-E di situ. Kehambatan juga bergantung pada derajat penyebab elektron-elektron
oleh ion-ion logam yang bergetar kaena panas, dan oleh atom-atom takmurnian
(impurity atom) atau cacat-catat pada logam.
Soal-soal
1. Uraikan struktur atom menurut Rutherfort danBohr!
2. Jelaskan garis-garis spektrum pada efek Zeeman!
3. Uraikan dan gambarkan ikatan ion, hidrogen dan ikatan logam!
4. Ion-ion dalam logam padat tidak tersusun secara acak, namun seolah-olah dipak
secara beraturan. Pada kebanyakan logam, ion-ion mengelompok sedemikian
rupa sehingga volume yang dibutuhkan sedikit mungkin. Uraikan dan gambarkan
mengapa ikatan logam penting dipelajari!
5. Uraikan apa yang dimaksud bilangan kuantum dan spin elektron!
6. Apa yang dimaksud dengan pita valensi dan pita konduksi?
Daftar Pustaka 1. Mangonon. P.L, 1999 .’ The Principles of materials Selection for Engineering
Design’, Printice-Hall International,Inc. Hal- 29 -81. 2. Smallman R.E. dan R.J. Bishop,1999. “ Metalurgi Fisik Moderen dan Rekayasa
Material’ Erlangga. Jakarta.
Material Teknik
Bab 2 – Struktur Atom dan Ikatan 30
3. Smith William F.,1999, Principles of Material Science and Enginering, Mc -Granhill Book Company, New York
4. Surdia Tata.,1989 Pengetahuan Bahan Teknik, PT. Pradian Paramita, Jakarta 5. .............., ”Properties and Selection : Ferrous Materials, ” Vol. 1 , Metals Hanbook,
10th ed, ASM. 6. ..............,”Properties and Selection : Irons ans Steels , ” Vol. 1 , Metals Hanbook, 9th
ed, ASM. 7. Kern R.F. ans M.E. Suess, 1979, Steel Selection, John Wiley & Sons. 8. Asfahani, 1995, High Performance Structural Stell, Conference Proceedings
published by ASM International. 9. ............, 1994, Properties and Selection of tool Materials, ASM