LOGAM - ALLOY

Malleability : Sifat logam yang mudah mengalami deformasi jika ditempa

Ductility : Sifat logam yang mudah mengalami regangan (stretch)

Conductivity : Sifat logam yang mudah menghantar panas atau listrik

Teori pita (band theory) (Kimia Anorganik 2) Overlap sejumlah besar orbital atom

menghasilkan orbital molekul yang sangat banyak dengan tingkat energi sangat berdekatan hingga membentuk pita level energi yang kontinyu. Pita terpisah oleh pemisah pita (band gap)

Andaikan ada sebaris atom, di mana setiap atom memiliki satu orbital s yang overlap dengan orbital s pada atom tetangganya

jika dalam satu baris atom hanya ada dua atom maka ada dua orbital molekul : satu orbital bonding dan satu orbital antibonding

jika ada sebanyak N atom dalam satu baris atom, maka ada sebanyak N orbital molekul. Orbital berenergi paling tinggi memiliki nodus, orbital berenergi paling rendah tidak punya nodus

jika dalam satu baris atom ada tiga atom maka ada tiga orbital molekul : orbital berenergi rendah (bonding), orbital berenergi tinggi (antibonding), dan orbital nonbonding di antara kedua orbital tersebut. dst. ...

antibonding

bonding nodus

lebar pita bergantung pada kekuatan interaksi antara atom-atom yang bertetangga.

makin kuat interaksi (makin besar tingkat overlap antara dua orbital atom), makin besar pemisahan energi antara orbital tak punya nodus dan orbital yang punya nodus. Pemisahan energi mendekati nol saat N mendekati tak berhingga.

jadi, suatu pita terdiri atas level-level energi yang jumlahnya tertentu tapi kontinyu.

Pita terbentuk dari orbital s pita s Pita terbentuk dari orbital p pita p

Orbital p berenergi lebih tinggi daripada s seringkali ada gap di antara kedua pita

Jika orbital-orbital s dan p mencakup kisaran energi yang cukup luas sehingga energi s dan p menjadi mirip, maka kdua pita akan tumpang tindih.

Pada suhu T = 0 elektron menempati orbital molekul dari pita menurut prinsip aufbau.

Jika setiap atom dari sejumlah N atom menyumbang satu elektron maka 1/2 N dari orbital paling bawah akan terisi elektron

pita kosong

level Fermi 1/2 N

Jika pita tidak terisi penuh maka elektron di dekat level Fermi dapat tereksitasi ke pita kosong di atasnya elektron bebas bergerak dan padatan adalah konduktor listrik

Konduktor

Karakteristik konduktor listrik : penurunan konduktivitas listrik dengan naiknya suhu

Kemampuan elektron untuk pindah ke pita kosong di atasnya bergantung pada keseragaman keteraturan atom

Pada suhu tinggi, atom bervibrasi sehingga mengganggu keteraturan susunan atom menurunkan kemampuan elektron untuk berpindah

Densitas Keadaan : Densitas keadaan

energi kisaran lebartertentu energi kisaran dalam energi level jumlah

level energi

Lebar kisaran energi dari E sampai (E+dE)

Densitas keadaan di bagian tengah pita lebih tinggi daripada bagian tepi pita

Densitas keadaan di bagian tengah pita lebih tinggi daripada bagian tepi pita

Densitas keadaan pada gap pita = 0

Suatu pita terisi penuh elektron dapat berimpit dengan pita kosong lainnya (dengan densitas keadaan nol pada titik pertemuan)

padatan ini disebut "semimetal" (semilogam) contoh : grafit

Suatu pita terisi penuh elektron dapat terpisah dari pita kosong lainnya oleh suatu gap pita

padatan ini disebut "insulator"

contoh : padatan kristal NaCl

sejumlah N ion Cl dalam kisi kristal terletak sangat berdekatan orbital valensi 3s dan 3p saling tumpang tindih membentuk pita yang terdiri atas sejumlah 4N level

Insulator

ion-ion Na+ juga terletak berdekatan dan membentuk pita elektronegativitas Cl > Na sehingga pita Cl terletak di

bawah pita Na dengan gap pita 7 eV ada 8N elektron yang harus mengisi pita (7 dari Cl dan 1

dari Na) 8N elektron mengisi penuh pita Cl dan pita Na kosong

pada suhu ruang ada energi gerakan termal = kT 0,03 eV sangat sedikit elektron yang punya energi untuk lompat ke pita Na NaCl adalah insulator

pita valensi = pita berenergi paling tinggi yang terisi elektron (pada T=0) pita Cl pada NaCl

pita konduksi = pita yang ada di atas pita valensi dan tidak terisi elektron pada T=0 pita Na pada NaCl

Karakteristik semikonduktor : suhu naik, konduktivitas naik Semikonduktor

pada suhu ruang : konduktivitas ada di antara konduktor dan insulator

Pada semikonduktor intrinsik, gap pita sangat kecil sehingga energi gerakan termal menyebabkan beberapa elektron dari pita valensi berpindah ke pita konduksi

Semikonduktor intrinsik

perpindahan elektron tersebut meninggalkan "lubang" bermuatan positif

"lubang" positif pada pita valensi

pada kondisi ini padatan dapat menghantar listrik karena "lubang positif" dan juga elektron yang berpindah bertindak sebagai pembawa muatan

(dengan terbentuknya kekosongan ("lubang") pada pita valensi, elektron yang tersisa dapat bergerak bebas)

Semikonduktor ekstrinsik : semikonduktor yang terbentuk karena adanya ketidakmurnian yang secara sengaja ditambahkan

Semikonduktor ekstrinsik

Atom dengan jumlah elektron valensi lebih banyak daripada atom material induk dapat disisipkan lewat proses "doping" ( satu atom dopant per 109 atom material induk) contoh : atom As ([Ar] 4s2 4p3) disisipkan ke kristal silikon

([Ne] 3s2 3p2) Satu elektron tambahan akan tersedia untuk setiap atom

dopant As yang mensubstitusi Si

Jika atom-atom dopant (As) terletak berjauhan, elektronnya terdelokalisasi dan pita donor memiliki kisaran energi yang sempit

Pita donor (As) yang terisi penuh memiliki energi lebih tinggi dibandingkan pita valensi material induk (Si), dan terletak lebih dekat ke pita konduksi Si yang kosong

Eksitasi termal menyebabkan elektron dari pita donor berpindah ke pita konduksi Si yang kosong

Terbentuk semikonduktor tipe n. ("n" untuk "muatan negatif" (= elektron) sebagai pembawa muatan

contoh : atom Ga ([Ar] 4s2 4p1) disisipkan ke kristal silikon ([Ne] 3s2 3p2)

Atom dopant Ga menyebabkan terbentuknya "lubang positif" membentuk pita akseptor kosong dengan kisaran energi sempit, sedikit di atas pita valensi Si yang terisi penuh

Atom dengan jumlah elektron lebih sedikit daripada atom material induk juga dapat disisipkan

Eksitasi termal dapat menyebabkan elektron dari pita valensi Si berpindah ke pita akseptor Ga, meninggalkan kekosongan ("lubang positif") pada pita valensi Si, elektron yang tersisa dapat bergerak bebas

Terbentuk semikonduktor tipe p. ("p" untuk "lubang positif" sebagai pembawa muatan

Kontrol ukuran butir kristal : Pemanasan Pendinginan Alloying

Efek Pemanasan : Penataan struktur yang lebih teratur ukuran butir kristal lebih besar logam lebih lunak lebih mudah ditempa

Efek Pemanasan : Kebalikan dari pemanasan

Alloying : Dapat menghasilkan padatan yang lebih keras dari logam individual: Baja : alloy besi dan karbon Perunggu : alloy stannum dan tembaga

ALLOY : Zat yang terbentuk melalui peleburan bersama dua atau lebih unsur, setidaknya salah satu unsur adalah logam.

Suatu alloy mengkristal menjadi larutan padat, campuran, atau senyawa interlogam (intermetallic compound).

NaAlSi3O8 KAlSi3O8

albit mikroklin

Larutan padat : Larutan dalam fase padat dari satu atau lebih zat terlarut dalam suatu pelarut

Larutan padat dianggap larutan (bukan senyawa) jika: struktur kristal pelarut tidak berubah

dengan penambahan zat terlarut campuran tetap homogen

Senyawa interlogam : Fase padatan yang terdiri atas dua atau lebih unsur logam, dan dapat ditambah dengan satu atau lebih unsur non logam

Cp6Ni2Zn4 Cp = siklopentadienil

Ag3Sn MgZn2

MgNi2

CuZn Cu31Sn8

Perunggu (bronze)

Kuningan (brass)

LOGAM - ALLOYSlide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26