Selamat Datang Dalam Kuliah Terbuka Ini 1. Kuliah terbuka kali ini berjudul “Mengenal Sifat Material I” 2.

Presentasi berjudul: "Selamat Datang Dalam Kuliah Terbuka Ini 1. Kuliah terbuka kali ini berjudul “Mengenal Sifat Material I” 2."— Transcript presentasi:

1 Selamat Datang Dalam Kuliah Terbuka Ini 1

2 Kuliah terbuka kali ini berjudul “Mengenal Sifat Material I” 2

3 Disajikan oleh Sudaryatno Sudirham melalui www.darpublic.com www.darpublic.com 3

4 Isi Kuliah 4 Sesi 1 : Pendahuluan Sesi 2 : Elektron Sebagai Gelombang Sesi 3 : Persamaan Schrödinger Sesi 4 : Aplikasi Pers. Schrödinger Pada Struktur Atom Sesi 5 : Konfigurasi Elektron Dalam Atom Sesi 6 : Ikatan Atom dan Ikatan Molekul Sesi 7 : Struktur Padatan Sesi 8 : Elektron Dalam Zat Padat Sesi 9 : Sifat Listrik Konduktor dan Dielektrik Sesi 10 : Sifat Mekanis Sesi 11 : Sifat-Sifat Thermal Sesi 12 : Pengertian Dasar Thermodinamika Sesi 13 : Sistem Multifasa Sesi 14 : Difusi Sesi 15 : Oksidasi dan Korosi

5 Sesi-1 Pendahuluan 5

6 Konsep tentang atom dapat ditelusuri ke belakang sampai  460 SM, pada Democritus 6 Democritus berpandangan bahwa material terdiri dari partikel-partikel kecil sedemikian kecilnya sehingga ia tidak dapat dibagi lagi (atomos) dan disebut atom Walaupun pandangan atau teori ini bersifat spekulatif, namun ia mampu bertahan selama lebih kurang dua ribu tahun lamanya Material tersusun dari atom

7 Tahun 1803 John Dalton (1766-1844) memberikan landasan yang lebih tegas dari teori atom. Melalui pemahamannya tentang perilaku gas, ia mengatakan bahwa setiap unsur terdiri dari atom-atom identik Atom dari suatu unsur berbeda beratnya dari semua unsur yang lain. Ia menghitung berat relatif dari berbagai unsur, yang kemudian disebut berat atom Dengan dasar teori Dalton, atom digambarkan sebagai kelereng kecil yang halus, licin, keras dan tak dapat dipecah lagi, dan gambaran seperti ini bertahan sampai pada akhir abad 19 7

8 Tahun 1897 Sir J.J. Thomson (1856-1940) menunjukkan bahwa suatu bentuk radiasi, yang disebut sinar katoda, terdiri dari partikel-partikel yang jauh lebih kecil dari atom dan partikel ini mengandung muatan listrik negatif. Partikel-partikel ini disebut elektron yang merupakan partikel sub-atom yang pertama kali ditemukan Thomson menyatakan bahwa atom bukanlah partikel terkecil Atom digambarkan sebagai partikel yang bermuatan positif dengan di sana-sini tertanam partikel lain yang bermuatan negatif. Banyaknya partikel yang bermuatan negatif itu adalah sedemikian rupa sehingga keseluruhan atom menjadi netral. 8

9 Tahun 1906-1908 Sir Ernest Rutherford (1871-1937) memperlihatkan bahwa partikel- partikel yang dipancarkan oleh bahan radioaktif hampir seluruhnya dapat menembus lembaran tipis metal. Kejadian ini membuat Rutherford percaya bahwa sebagian besar dari suatu atom adalah berupa ruang kosong Rutherford kemudian memberi gambaran bahwa muatan positif atom terkonsentrasi dalam ruang kecil di pusat atom dan dikelilingi oleh elektron-elektron Partikel bermuatan positif yang berada dalam inti atom ia namakan proton 9

10 Akhir abad 19 Para fisikawan disibukkan oleh persoalan radiasi benda hitam Benda hitam adalah benda yang menyerap seluruh radiasi gelombang elektromagnetik yang jatuh padanya dan sama sekali tidak memantulkannya. Tahun 1880 Kirchhoff menunjukkan bahwa radiasi semacam ini tersusun dari semua panjang gelombang dan secara ideal terdapat pada rongga tertutup dengan temperatur dinding yang merata. 10

11 Tahun 1901 Max Planck mengemukakan postulat bahwa perubahan energi hanya terjadi dalam kuantitas yang diskrit (quanta) Postulat Max Planck sangat mempengaruhi perkembangan fisika pada masa- masa berikutnya. Ia menyatakan bahwa dalam masalah radiasi benda hitam, energi osilatorlah yang pertama-tama harus diperhatikan dan bukan energi radiasi yang dipancarkannya Ia mendapatkan bahwa agar hukum pergeseran Wien dapat dipenuhi, maka elemen energi tiap osilator haruslah sama dengan frekuensinya kali suatu konstanta h yang ia sebut ”quantum of action” E osc = h  f Dari data-data eksperimental yang diperolehnya, Max Planck menghitung nilai dari h, yang kemudian dikenal sebagai suatu konstanta universal yang disebut konstanta Planck h = 6,626  10  34 joule-sec 11

12 Tahun 1905 Gagasan Planck mengenai terkuantisasinya energi digunakan oleh Albert Einstein (1879 – 1955), untuk menjelaskan efek photolistrik. Photolistrik adalah peristiwa terjadinya emisi elektron dari permukaan metal apabila permukaan tersebut menerima cahaya monochromatik. Elektron dapat keluar meninggalkan permukaan metal karena ia menerima tambahan energi dari cahaya. Jika intensitas cahaya ditambah  jumlah elektron yang diemisikan bertambah akan tetapi energi kinetik maksimum elektron yang keluar tidak berubah  jadi energi kinetik elektron yang diemisikan bukan merupakan fungsi intensitas cahaya. Frekuensi cahaya dinaikkan dengan intensitasnya tetap  energi kinetik maksimum elektron bertambah tetapi jumlah elektron yang diemisikan tidak berubah  berarti bahwa energi kinetik elektron bertambah apabila frekuensi cahaya bertambah  frekuensi gelombang cahaya menentukan besar energi elektron. 12

13 Fungsi kerja ini adalah tambahan energi minimum yang diperlukan agar elektron dapat keluar dari permukaan metal. Hal inilah yang terjadi pada peristiwa photolistrik yang dijelaskan oleh Einstein dengan mengambil postulat bahwa energi radiasi juga terkuantisasi seperti halnya Planck membuat postulat kuantisasi energi pada osilator Hubungan linier diperoleh untuk berbagai macam metal dan semuanya memberikan kemiringan kurva yang sama. Perbedaan terletak pada titik potong antara kurva dengan sumbu tegak (energi). Jarak antara titik potong ini dengan titik (0,0) menunjukkan apa yang disebut sebagai fungsi kerja, . Dengan kata lain perbedaan letak titik potong kurva menunjukkan perbedaan fungsi kerja dari berbagai metal 01230123 E maks f metal 1 metal 2 metal 3 13

14 Penjelasan Einstein memantapkan validitas hipotesa mengenai kuantum energi. Ia juga melakukan perhitungan-perhitungan yang berkaitan dengan gerak Brown, yang pada akhirnya meyakinkan para ilmuwan bahwa atom memang benar-benar ada Anggapan-anggapan yang dipakai oleh Einstein dalam menjelaskan peristiwa photolistrik adalah: (1) Radiasi cahaya terbangun dari pulsa-pulsa diskrit yang disebut photon. (2) Photon-photon ini diserap atau dikeluarkan dalam kuantitas yang diskrit. (3) Setiap photon memiliki energi yang merupakan kelipatan bulat dari hf. (4) Photon berperilaku seperti gelombang dengan frekuensi yang sesuai. Karena energi minimum yang diperlukan agar elektron dapat keluar dari permukaan metal tergantung dari frekuensi cahaya yang datang dan energi maksimum elektron yang keluar dari permukaan metal merupakan fungsi linier dari frekuensi, maka hal itu berarti bahwa energi cahaya yang datang juga berbanding lurus dengan frekuensinya 14

15 LYMAN BALMER PASCHEN tingkat energi 1 2 3 4 5 Tingkat-tingkat energi tersebut mempunyai nilai-nilai diskrit (terkuantisasi); penyerapan dan pengeluaran energi juga terjadi secara diskrit. Atom dengan konsep ini disebut atom Bohr. Model atom Bohr mampu menjelaskan cukup baik atom hidrogen tetapi tidak mampu menjelaskan atom dengan elektron yang banyak dan juga tidak mampu menjelaskan ikatan atom. Tahun 1913 Berangkat dari gagasan Planck mengenai kuantisasi energi, Niels Bohr menyatakan bahwa elektron di dalam atom berada pada tingkat-tingkat energi tertentu. Jika atom menyerap energi, elektron melompat ke tingkat energi yang lebih tinggi. Jika elektron kembali pada tingkat energi sebelumnya yang lebih rendah maka atom mengeluarkan energi. 15

16 Tahun 1923 Compton mengamati bahwa berkas sinar -X monochromatik jika melewati keping logam tipis mengalami pemisahan Hasilnya tidak saja sinar -X dengan frekuensi semula tetapi ada sinar tambahan dengan frekuensi berbeda. Sinar tambahan dengan panjang gelombang lebih besar tersebut merupakan akibat dari reaksi antara sinar -X dengan elektron bebas dalam logam. Hal ini ditafsirkan sebagai : photon dari sinar -X mengalami perubahan momentum saat berbenturan dengan elektron valensi dalam logam 16

17 Tahun 1924 Jika Niels Bohr masih memandang bahwa elektron adalah partikel, tidak demikian halnya Louis V. de Broglie. De Broglie menyatakan bahwa partikel sub-atom dapat dipandang sebagai gelombang Pernyataan ini dapat dilihat sebagai kebalikan dari pernyatan Einstein bahwa gelombang elektromagnetik terkuantisasi (seperti layaknya partikel) yang disebut photon (1905). 17 Tahun 1927 Pendapat de Broglie dikonfirmasi oleh fisikawan Amerika Clinton Joseph Davisson (1881 – 1958) dan Lester H. Germer, dan juga George P Thomson (1892 - ), melalui percobaan yang menunjukkan bahwa berkas elektron yang semuanya memiliki energi sama besar dapat didefraksi oleh sebuah kristal

18 Tahun 1926 Erwin Schrödinger (1887 – 1961) dan Paul A.M. Dirac mengembangkan pengetahuan mekanika kuantum dan aplikasinya pada gejala-gejala atom. Mekanika kuantum memberikan hasil matematis yang lebih mendekati hasil observasi dibandingkan dengan mekanika klasik, dan mengatasi kelemahan dari model atom Bohr. Dalam persamaan Schrödinger, elektron dimodelkan sebagai paket gelombang. 18 Tahun 1927 Heisenberg mengemukakan prinsip ketidak pastian (uncertainty Principle) : makin teliti kita mengetahui momentum suatu partikel, makin tidak pasti kita mengetahui posisinya, demikian juga sebaliknya

19 19 Tahun 1930 Born memberikan postulat : intensitas gelombang dapat dinyatakan sebagai Probabilitas untuk menemukan photon dalam selang dӨ

20 Walaupun model atom Bohr kurang memadai untuk menjelaskan berbagai gejala atom, namun kita akan meninjaunya agar memperoleh gambaran lengkap mengenai perkembangan pengertian tentang atom Model atom yang dikemukakan oleh Bohr berbasis pada model yang diberikan oleh Rutherford, yaitu bahwa atom terdiri dari partikel-partikel. Partikel bermuatan positif berada di pusat atom, yang disebut inti atom, dan di sekeliling inti atom ini terdapat elektron-elektron yang bermuatan negatif dengan jumlah yang sama dengan muatan positif inti atom Perbedaan penting antara kedua model atom itu adalah bahwa dalam model Rutherford elektron berada di sekeliling inti atom dengan cara yang tidak menentu sedangkan pada model atom Bohr elektron-elektron tersebut berada pada lingkaran-lingkaran orbit yang diskrit dan tertahan pada orbitnya tanpa kehilangan energi; energi elektron adalah diskrit Model atom Bohr dikemukakan dengan menggunakan pendekatan mekanika klasik 20 Tentang Model Atom Bohr

21 Ze r FcFc Inti atom elektron Gaya pada elektron: Energi kinetik: Energi potensial: 21

22 Gagasan Bohr adalah bahwa orbit elektron adalah diskrit dan bahwa ada hubungan linier antara energi dan frekuensi seperti halnya apa yang dikemukakan oleh Planck dan Einstein Kecepatan elektron: Energi kinetik elektron: perubahan frekuensi adalah diskrit perubahan energi juga harus diskrit 22

23 energi kinetik elektron : momentum sudut : Perubahan momentum sudut juga diskrit 23

24 Jadi dalam model atom Bohr ini, energi dan juga momentum sudut adalah terkuantisasi. Oleh karena itu dalam model atom Bohr, setiap orbit ditandai dengan dua macam bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum prinsipal n yang menentukan tingkat energi, dan bilangan kuantum sekunder l yang menentukan momentum sudut sebesar lh/2  Rasio n/l = perbandingan sumbu panjang dan sumbu pendek orbit yang berbentuk elips. Untuk suatu nilai n tertentu, bilangan kuantum l dapat mempunyai n nilai. Nilai l paling besar adalah n karena pada l = n itu orbitnya berbentuk lingkaran. Atom yang paling stabil adalah atom yang seluruh elektronnya menempati orbit-orbit yang paling rendah yang diperkenankan, yang disebut ground states. 24

25 Jari-Jari Atom Bohr Untuk atom hidrogen pada ground state, di mana n = 1 dan Z = 1, maka r = 0,528 Å 25

26 1 2 3 4 5 n :  13,6  3,4  1,51 energi total [ eV ] ground state  10,2 eV  1,89 eV bilangan kuantum prinsipal Tingkat-Tingkat Energi Atom Hidrogen 26

27 Spektrum Atom Hidrogen Deretn1n1 n2n2 Radiasi Lyman12,3,4,…UV Balmer23,4,5,…tampak Paschen34,5,6,…IR Brackett45,6,7,…IR Pfund56,7,8,…IR 1 2 3 4 5 deret Lyman deret Balmer deret Paschen Tingkat Energi 27

28 Referensi 1.Marcelo Alonso, Edward J. Finn, “Fundamental University Physics”, Addison-Wesley, 1972. 2.William G. Moffatt, George W. Pearsall, John Wulf, “The Structure and Properties of Materials”, Vol. I Structure, John Wiley & Sons, ISBN 0 471 06385, 1979. 3.Robert M. Rose, Lawrence A. Shepard, John Wulf, “The Structure and Properties of Materials”, Vol. IV Electronic Properties, John Wiley & Sons, ISBN 0 471 06388 6, 1979. 4.Jere H. Brophy, Robert M. Rose, John Wulf, The Structure and Properties of Materials, Vol. II Thermodynamic of Structure, John Wiley & Sons, ISBN 0 471 06386 X, 1979. 5.Daniel D Pollock, “Physical Properties of Materials for Engineers”, Volume I, CRC Press, ISBN 0-8493-6200-6, 1982 6.Daniel D Pollock, “Physical Properties of Materials for Engineers”, Volume II, CRC Press, ISBN 0-8493-6200-4, 1982. 7.Daniel D Pollock, “Physical Properties of Materials for Engineers”, Volume III, CRC Press, ISBN 0-8493-6200-2, 1982. 8.G. Bourne, C. Boussel, J.J. Moine, “Chimie Organique”, Cedic/ Ferdinand Nathan, 1983 9.Fred W. Billmeyer, Jr, “Textbook of Polymer Science”, John Wiley & Son, 1984. 10.Sudaryatno Sudirham, P. Gomes de Lima, B. Despax, C. Mayoux, “Partial Synthesis of a Discharge-Effects On a Polymer Characterized By Thermal Stimulated Current” makalah, Conf. on Gas Disharge, Oxford, 1985. 11.Sudaryatno Sudirham, “Réponse Electrique d’un Polyimide Soumis à une Décharge Luminescente dans l’Argon”, Desertasi, UNPT, 1985. 12.Zbigniew D Jastrzebski, “The Nature And Properties Of Engineering Materials”, John Wiley & Sons, ISBN 0-471- 63693-2, 1987. 13.L. Solymar, D. Walsh, “Lectures on the Electrical Properties of Materials”, Oxford Scie. Publication, ISBN 0-19- 856192-X, 1988. 14.W. Tillar Shugg, “Handbook of Electrical and Electronic Insulating Materials”, IEEE Press, ISBN 0-7803-1030-6, 1995. 28

29 Kuliah Terbuka Mengenal Sifat Material I Sesi-1 Sudaryatno Sudirham 29