MOLEKUL, ZAT PADAT DAN PITA ENERGI MOLEKUL ZAT PADAT PITA ENERGI

Transkripsi

1 MOLEKUL, ZAT PADAT DAN PITA ENERGI MOLEKUL ZAT PADAT PITA ENERGI edy wiyono 2004

2 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.

3 Gaya Ikat,Jarak Ikatan, dan Energi Ikat adalah resultan dari gaya tarik Gaya elektrostatik (antar proton elektron) Ikat dan gaya tolak elektrostatik (proton proton) Besar gaya tarik dan tolak : r > r o gaya tarik lebih besar r < r o gaya tolak lebih besar r = gaya tarik dan gaya tolak = 0 r = r o ENERGI IKAT gaya tarik = gaya tolak, sehingga ro disebut jarak keseimbangan atau jarak ikatan

4 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.

5 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)

6 IKATAN KOVALEN adalah patungan elektron valensi dari kedua atom Contoh : Atom hidrogin (H) memiliki konfigurasi 1s 1 akan lebih stabil jika pemakaian bersama sepasang elektron dengan sebuah elektron hidrigin yang lain sehingga membentuk molekul H 2 + = H H H 2

7 ZAT PADAT fat 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

8 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

9 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

10 Difraksi nar 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

11 Contoh Soal Berapa jarak pisah bidang bidang difraksi kristal NaCl jika panjang gelombang 1,60 Ǻ membentuk sudut hamburan 32 pada orde pertama?

12 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 =

13 Kekerasan Zat Padat Kekerasan Zat Padat Mengapa Intan dan Arang yang disusun oleh atom atom yang sama, yaitu atom karbon memiliki kekerasan yang berbeda?

14 Perhatikan susunan kristal Intan dan Karbon INTAN CARBON

15 PERBEDAAN INTAN Atom atom karbon saling mengikat dengan kuat dalam pola tertutup Berwarna bening Sangat keras Merupakan batu perhiasan dan mahal CARBON Atomatomnya hanya terikat kuat pada tiap lembaran, sedangkan ikatan antar atom pada lembaran yang berdekatan relatif lebih lemah Berwarna hitam Tidak keras Mudah dibuat dan murah

16 IKATAN PADA KRISTAL Jenis Ikatan Asal ikatan fat Kovalen Ionik Logam Van der Waals Hidrogin Patungan elektron Gaya tarik menarik elektrostatik antara ion positif dan ioan negatif Gaya tarik menarik elektrostatik antara ion positif logam dengan awan elektron Gaya Van der Waals akibat distribusi muatan yang tidak simetris Gaya tarik menarik elektrostatik kuat antara hidrogin pada satu molekul dengan atom N, O atau F Sangat keras;titik lebur tinggi;larut dalam sedikit cairan; transparan terhadap cahaya tampak Keras; titk lebur tinggi; mungkin larut dalam cairan polar seperti air Berkilauan,;menghantarkan kalor dan listrik dengan baik 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

17 Pita Energi Tingkatan tingkatan energi dalam satu kelompok yang berdekatan

18 Energi Energi 3 s 3 s Tingkat energi 3s atom 2 natrium yang berdekatan Tingkat energi 3s enam atom Natrium yang saling berdekatan

19 Energi Energi 3 s Terbentuknya pita energi 3s ketika banyak atom natrium saling berdekatan untuk membentuk zat padat Tingkat energi 3s enam atom Natrium yang saling berdekatan 3 s

20 Tingkatan Energi Tingka tan energi kulit luar Tingka tan energi kulit dalam Atom Tunggal Atom Banyak Berdekatan

21 Pita Energi Atom Banyak Berdekatan Pita Kunduksi Pita Valensi 3s 2p 2s 1s Celah Terlarang Energi yang tidak dapat dimiliki oleh elektron

22 fat Kunduksi Listrik Kunduktor Natrium dengan konfigurasi elektron : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 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

23 DISTRIBUSI ENERGI Pita konduksi kosong Kosong Celah terlarang besar Kosong Celah terlarang kecil Pita valensi Konduktor Isolator Semikonduktor

24 Hambatan jenis (x 10 8 m) Hambatan jenis (x 10 8 m) Konduktivitas Konduktor dan Semikonduktor Konduktor Semikonduktor T T Kunduktivitas konduktor berkurang karena kenaikan suhu, sedangkan pada semikunduktor justru bertambah dengan kenaikan suhu.

25 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)

26 Pita Valensi Pita Konduksi Semikonduktor Intrinsik (murni) Pita terlarang

27 Semikonduktor Ektrinsik Jenis -N As 0,05 ev Elektron donor Tingkat donor

28 Semikonduktor Ektrinsik Jenis -P In 0,05 ev Hole Tingkat akseptor

29 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

30 Semoga Bermanfaat Hay sabiq, 7 Maret 2005