MOLEKUL, MOLEKUL, ZAT ZAT PADAT PADAT DAN DAN PITA 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.
ENERGI IKAT
Gaya Ikat,Jarak Ikatan, dan Energi Ikat adalah resultan dari gaya tarik elektrostatik (antar proton–elektron) Gaya dan gaya tolak elektrostatik (proton– Ikat proton)
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
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 ClNa+ + 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 :
d
Tiga Dimensi
Dua Dimensi
Difraksi Sinar X b
a
a
b
d sin
d
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
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 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 PERBEDAAN INTAN • Atom atom karbon saling mengikat dengan kuat dalam pola tertutup
CARBON
• Berwarna bening
• Atomatomnya hanya terikat kuat pada tiap lembaran, sedangkan ikatan antar atom pada lembaran yang berdekatan relatif lebih lemah •Berwarna hitam
• Sangat keras
•Tidak keras
• Merupakan batu perhiasan dan mahal
•Mudah dibuat dan murah
IKATAN PADA KRISTAL Jenis Ikatan
Asal ikatan
Sifat Sangat keras;titik lebur tinggi;larut dalam sedikit cairan; transparan terhadap cahaya tampak
Kovalen
Patungan elektron
Ionik
Gaya tarik menarik elektrostatik antara ion positif dan ioan negatif
Keras; titk lebur tinggi; mungkin larut dalam cairan polar seperti air
Gaya tarik menarik elektrostatik antara ion positif logam dengan awan elektron
Berkilauan,;menghantarkan kalor dan listrik dengan baik
Logam
Gaya Van der Waals akibat Van der Waals distribusi muatan yang tidak simetris Hidrogin
Gaya tarik menarik elektrostatik kuat antara hidrogin pada satu molekul dengan atom N, O atau F
Lunak; titik lebur dan titik didih rendah ;larut dalam cairan kovalen
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
Energi
Energi Tingkat energi 3s atom 2 natrium yang berdekatan
3s
3s
Tingkat energi 3s enam atom Natrium yang saling berdekatan
Tingkat energi 3s enam atom Natrium yang saling berdekatan
Energi
Energi
3s
Terbentuknya pita energi 3s ketika banyak atom natrium saling berdekatan untuk membentuk zat padat
3s
Tingkatan Energi Tingka tan energi kulit luar
Tingka tan energi kulit dalam
Atom Tunggal
Atom Banyak Berdekatan
Pita Energi Atom Banyak Berdekatan
Pita Kunduksi
Pita Valensi
3s 2p
Celah Terlarang
2s 1s 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.
3s 2p 2s 1s
DISTRIBUSI ENERGI kosong Pita konduksi
Kosong
Celah terlarang besar
Kosong Celah terlarang kecil
Pita valensi
Konduktor
Isolator
Semikonduktor
Konduktor
Hambatan jenis (x 108 m)
Hambatan jenis (x 108 m)
Konduktivitas Konduktor dan Semikonduktor
T
Semikonduktor
T
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)
Pita Konduksi
Semikonduktor Intrinsik (murni)
Pita Valensi
Pita terlarang
Semikonduktor Ektrinsik Jenis -N
Si
0,05 eV
Tingkat donor
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
As
Elektron donor
Semikonduktor Ektrinsik Jenis -P
Si
Si
In
Si Hole
0,05 eV
Tingkat akseptor
Si
Si
Si
Si
Si
Si
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
