Teori Pita Zat Padat

Teori Pita Zat Padat
• Atom Na :
Nomor atomnya 11, punya 1 elektron valensi,
menempati kulit 3s (energinya E3s)
• Saat 2 atom Na didekatkan (Na A dan Na B),
elektron valensi A akan berinteraksi dengan
elektron valensi B, shg energi elektron valensi
tiap atom tidak lagi sama dengan E3s.
• Pada gambar tampak, saat jarak antara atom
r1, energi elektron valensinya E3s, tapi saat
jarak antar atom r2, ada 2 kemungkinan energi
elektron : E1 dan E2.
energi
E2
E3s
E1
r2
r1 Jarak antar atom
Tingkat energi 3s atom 2 natrium
yang berdekatan
Energi
Energi
3s
3s
Tingkat energi 3s enam atom Natrium
yang saling berdekatan
Energi
Terbentuknya pita energi 3s ketika banyak
atom natrium saling berdekatan untuk
membentuk zat padat
3s
Energi
Tingkat energi 3s enam atom Natrium
yang saling berdekatan
3s
Tingkatan Energi
Tingkat
an
energi
kulit
luar
Tingkat
an
energi
kulit
dalam
Atom Banyak Berdekatan
Atom Tunggal
Pita Energi Atom
Banyak Berdekatan
Pita Konduksi
Pita Valensi
3s
2p
Celah
Terlarang
2s
1s
Energi yang tidak dapat dimiliki oleh elektron
• Jika ada 1022 atom, jumlah tingkat energinya
sangat banyak.
• Jarak antara satu tingkat energi dengan tingkat
energi lain sangat dekat, sehingga membentuk
semacam pita energi.
• Berapa daya tampung suatu pita energi ?
Tiap pita energi suatu atom dapat ditempati
2(2l +1) elektron.
KULIT DAN SUBKULIT
• Bohr melukiskan elektron atom hidrogen
bergerak pada lintasan stasioner.
• Untuk membedakan antara satu lintasan dan
lintasan lain diperkenalkan konsep kulit atom
(K, L, M dst)
Lintasan n=1 dinamakan kulit K
Lintasan n=2 dinamakan kulit L
Lintasan n=3 dinamakan kulit M
Lintasan n=4 dinamakan kulit N
K L M N
Pada tiap kulit terdapat subkulit yang memungkinan
adanya elektron berada dalam subkulit tersebut.
Subkulit diberi nama s, p, d, f, g dst
Subkulit
Subkulit
Subkulit
Subkulit
dst.
s (“sharp”) untuk elektron yang mempunyai l = 0.
p (“principa”) untuk elektron yang mempunyai l = 1.
d (“diffuse”) untuk elektron yang mempunyai l = 2.
f (“fundamental”) untuk elektron yang mempunyai l = 3.
Untuk menyatakan keadaan elektron disuatu lintasan stasioner
tertentu yang mempunyai bilangan kuantum utama n dan
bilangan kuantum orbital l dipakai singkatan nl.
Jika elektron berada dikeadaan stasioner 2s artinya elektron
tersebut mempunyai bilangan kuantum utama n=2 dan
bilangan kuantum orbital l=0 (subkulit s mempunyai l=0)
Tabel 1. Ringkasan notasi kulit dan subkulit
n
Nama kulit
l
Nama subkulit
1
K
0
s
2
L
1
p
3
M
2
d
4
N
3
f
5
O
4
g
6
P
5
h
…..
…..
…..
…..
Jumlah elektron dalam suatu kulit dicari dengan rumus : (2n2)
Contoh soal:
1. Sebutkan bilangan kuantum utama dan orbital yang
dimiliki oleh elektron yang berada pada lintasan
stasioner 3p dan 3 d. Apakah ada lintasan 3 f ?
Jawab : Singkatan penulisan keadaan elektron : nl
Keadaan 3p mempunyai n=3 dan l =1(subkulit p untuk l =1)
Keadaan 3d mempunyai n=3 dan l =2(subkulit d untuk l =2)
Keadaan 3f menunjukkan bahwa n=3 dan l=3. Keadaan ini
tidak ada karena nilai terbesar l harus sama dengan n-1
2. Berapakah banyaknya elektron maksimum yang
dapat menempati kulit M, N, O dan P?
Jawab : Jumlah elektron maksimum dalam suatu kulit dicari dengan
rumus : (2n2)
Kulit M (n=3), banyaknya elektron maksimum : 18 elektron
Kulit N (n=4), banyaknya elektron maksimum: 32 elektron
Kulit O (n=5), banyaknya elektron maksimum: 50 elektron
Kulit P (n=6), banyaknya elektron maksimum : 72 elektron
• Jika ada N atom yang berdekatan, maka
tingkat energi akan terpecah (membentuk
suatu pita energi jika N sangat besar).
• Tiap pita energi mampu menampung :
2(2l +1) N elektron.
Contoh : Logam Natrium yang memiliki N atom
 Pita 1s, menampung 2(2x0+1)N = 2N elektron
 Pita 2s, menampung 2(2x0+1)N = 2N elektron
 Pita 2p, menampung 2(2x1+1)N = 6N elektron
 Pita 3s, menampung 2(2x0+1)N = 2N elektron
Konduktivitas Zat Padat
• Berdasarkan daya konduktivitas zat padat, ada
3 macam sifat yaitu :
1. Konduktor
2. Semikonduktor
3. Isolator
• Sifat konduktivitas zat padat, dapat dijelaskan
dengan teori pita energi.
Konduktor
• Pita terakhir (pita
konduksi) terisi
setengah penuh.
• Celah energi biasanya
tdk ada, justru ada
beberapa pita yang
bertumpuk/over laping.
3s
Jurang Energi
2p
2s
1s
Sifat Konduksi Listrik
Konduktor
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
Semikonduktor
• Pita terakhir (pita
konduksi) kosong.
• Celah energi/energy gap
sempit.
• Contoh : Silikon,
Germanium
Energy gap
Konduktivitas Semikonduktor
Semikonduktor yang baru kita bicarakan
adalah semikonduktor netral, dengan 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)
Konduktor
Hambatan jenis (x 108 m)
Hambatan jenis (x 108 m)
Konduktivitas Konduktor dan Semikonduktor
T
Semikonduktor
T
Konduktivitas konduktor berkurang karena
kenaikan suhu, sedangkan pada semikonduktor
justru bertambah dengan kenaikan suhu.