MOLEKUL, ZAT PADAT DAN PITA ENERGI Kelas III SMA 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 Gaya Ikat,Jarak Ikatan, dan Energi Ikat adalah resultan dari gaya tarik elektrostatik (antar proton–elektron) dan gaya tolak elektrostatik (proton–proton) Gaya Ikat Besar gaya tarik dan tolak : r > ro gaya tarik lebih besar r < ro gaya tolak lebih besar r =  gaya tarik dan gaya tolak = 0 gaya tarik = gaya tolak, sehingga ro disebut jarak keseimbangan atau jarak ikatan r = ro

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 H H H2 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 Dua Dimensi Tiga Dimensi

 Difraksi Sinar X b a a b d sin  d n  = 2 d sin  Ketika sinar X melalui kristal, beda lintasan sinar a dan sinar b yang dipantulkan oleh atom atom kristal NaCl adalah 2 d sin  b a a b  d sin  d Interferensi saling memperkuat kedua sinar pantul itu terjadi bila beda lintasan sama dengan kelipatan bulat dari panjang gelombang sinar X. n = orde = panjang gelombang d = jarak antar atom  = sudut antara sinar datang dengan garis mendatar Sehingga: n  = 2 d sin 

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 Jawab: n = 1 n  = 2 d sin  Ditanya: d = 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 CARBON INTAN

PERBEDAAN PERBEDAAN INTAN CARBON 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 Berwarna hitam Berwarna bening Tidak keras Sangat keras Merupakan batu perhiasan dan mahal 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

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

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

Atom Banyak Berdekatan Tingkatan Energi Pita Energi Tingkatan energi kulit luar Tingkatan energi kulit dalam Atom Banyak Berdekatan Atom Tunggal

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

Kunduktor Sifat Kunduksi Listrik 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 kosong Kosong Pita konduksi Celah terlarang besar Celah terlarang kecil Pita valensi Semi- konduktor Konduktor Isolator

Konduktivitas Konduktor dan Semikonduktor Hambatan jenis (x 108 m) Konduktor Hambatan jenis (x 108 m) Semikonduktor T 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)

Semikonduktor Intrinsik (murni) Pita Konduksi Pita terlarang Pita Valensi

Semikonduktor Ektrinsik Jenis -N As Si Si Si Elektron donor Si Si Si 0,05 eV Tingkat donor Si Si Si

Semikonduktor Ektrinsik Jenis -P Hole Si Si Si 0,05 eV Tingkat akseptor 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