HAND OUT Mengenal SifatMaterial OUT 1 2 Mengenal SifatMaterial 3 ... • Konfigurasi Elektron Dalam...

download HAND OUT Mengenal SifatMaterial OUT 1 2 Mengenal SifatMaterial 3 ... • Konfigurasi Elektron Dalam Atom ... Elektron dapat dipandang sebagai gelombang tidaklah berarti bahwa elektron

of 54

  • date post

    12-Mar-2018
  • Category

    Documents

  • view

    248
  • download

    7

Embed Size (px)

Transcript of HAND OUT Mengenal SifatMaterial OUT 1 2 Mengenal SifatMaterial 3 ... • Konfigurasi Elektron Dalam...

  • 8/20/2012

    1

    HAND OUT

    1

    2

    Mengenal

    Sifat Material

    3

    Kuliah Terbukadalam format ppsx beranimasi

    tersedia di

    www.ee-cafe.org

    4

    Buku

    Dalam Format PDF

    tersedia di

    www.buku-e.lipi.go.id

    dan

    www.ee-cafe.org

    5

    Pendahuluan: Perkembangan Konsep Atom Elektron Sebagai Partikel dan Sebagai

    Gelombng Persamaan Gelombang Schrdinger Aplikasi Persamaan Schrdinger pada

    Atom Konfigurasi Elektron Dalam Atom Ikatan Atom dan Susunan Atom Struktur Kristal dan Nonkristal Teori Pita Energi

    6

    Sifat Listrik Metal Sifat Listrik Dielektrik Sifat-Sifat Thermal Pengertian Dasar Thermodinamika Sistem Multifasa Gejala Permukaan Difusi Oksidasi dan Korosi Karbon dan Ikatan Karbon Senyawa Hidrokarbon

  • 8/20/2012

    2

    Pendahuluan

    7

    Perkembangan pengetahuan tentang material dilandasioleh konsep atom yang tumbuh semakin rumit

    dibandingkan dengan konsep awalnya yang sangat

    sederhana.

    Dalam tayangan ini kita hanya akan melihat selintas

    mengenai perkembangan ini. Uraian agak rinci dapat

    dilihat dalam buku yang dapat diunduh dari situs ini juga.

    Perkembangan Konsep Atom

    8

    460 SM Democritus

    1897 Thomson

    Akhir abad 19 : Persoalan radiasi benda hitam

    1880 Kirchhoff

    1901 Max Planck Eosc = h f h = 6,626 1034 joule-sec1905 Albert Einstein

    efek photolistrik

    0123

    Emaks

    f

    metal 1metal 2metal 3Dijelaskan:

    gelombang

    cahaya seperti

    partikel; disebut

    photon

    1803 Dalton : berat atom

    : atom bukan partikel terkecil elektron

    1906-1908 Rutherford : Inti atom (+) dikelilingi oleh elektron (-)9

    1913 Niels Bohr

    LYMAN

    BALMER

    PASCHENtin

    gkat

    ene

    rgi

    1

    2

    345

    1923 Compton : photon dari sinar-X mengalami perubahan momentum saatberbenturan dengan elektron valensi.

    1924 Louis de Broglie : partikel sub-atom dapat dipandang sebagai gelombang

    1926 Erwin Schrdinger : mekanika kuantum

    1927 Davisson dan Germer : berkas elektron didefraksi oleh sebuah kristal

    1927 Heisenberg : uncertainty Principle hxpx htE

    1930 Born : = *Iintensitas gelombang10

    Model atom Bohr berbasis pada model yang diberikan oleh Rutherford:

    Partikel bermuatan positif terkonsentrasi di inti atom, dan elektron berada di sekeliling inti atom.

    Perbedaan penting antara kedua model atom:

    Model atom Rutherford: elektron berada di sekeliling inti atom dengan cara yang tidak menentu

    Model atom Bohr: elektron-elektron berada pada lingkaran-lingkaran orbit yang diskrit; energi elektron adalah diskrit.

    Model atom Bohr dikemukakan dengan menggunakan pendekatan mekanika klasik.

    11

    Model Atom Bohr C 1060,119=e

    2

    2

    r

    ZeFc =

    Ze

    r

    Fc

    r

    mvFc

    2=

    r

    Zemv

    22 =

    r

    ZemvEk 22

    22

    ==

    kp Er

    ZeE 2

    2

    ==

    kkptotal Er

    ZeEEE ==+=

    2

    2

    Gagasan Bohr :

    orbit elektron adalah diskrit; ada hubungan linier antara energi dan frekuensi seperti halnya apa yang dikemukakan oleh Planck dan Einstein

    nhfE =2) 2(

    rm

    hnf

    =

    12

  • 8/20/2012

    3

    Dalam model atom Bohr :

    energi dan momentum sudut elektron dalam orbitterkuantisasi

    Setiap orbit ditandai dengan dua macam bilangan kuantum:

    bilangan kuantum prinsipal, n

    bilangan kuantum sekunder, l

    13

    JariJariJariJari----Jari Atom BohrJari Atom BohrJari Atom BohrJari Atom Bohr

    22

    22

    4 mZe

    hnr

    =

    Z

    nkr

    2

    1= cm 10528,08

    1=k

    Untuk atom hidrogen pada ground state, di mana n = 1 dan Z = 1,

    maka r = 0,528

    14

    Tingkat-Tingkat Energi Atom Hidrogen

    eV 6,132

    222

    422

    nhn

    emZEn =

    =

    -16

    0

    0 1 2 3 4 5 6

    1 2 3 4 5n :

    13,6

    3,41,51

    en

    erg

    i to

    tal

    [ eV

    ]

    ground state

    10,2 eV

    1,89 eV

    bilangan kuantum prinsipal

    2

    6,13

    nEn =

    15

    Spektrum Atom Hidrogen

    Deret n1 n2 Radiasi

    Lyman 1 2,3,4, UV

    Balmer 2 3,4,5, tampak

    Paschen 3 4,5,6, IR

    Brackett 4 5,6,7, IR

    Pfund 5 6,7,8, IR

    1

    2

    3

    4

    5

    deret Lyman

    deret Balmer

    deret Paschen

    Ting

    kat E

    nerg

    i

    16

    17 18

  • 8/20/2012

    4

    Gelombang

    Sudaryatno Sudirham

    19

    Gelombang Tunggal

    )cos( = tAu )( = tjAeu)( kxtjAeu = = /2kbilangan gelombang

    Kecepatan rambat gelombang dicari dengan melihat perubahan posisi amplitudo

    0= kxtk

    tx

    = === fkdt

    dxv f Kecepatan ini disebut

    kecepatan fasa

    20

    Paket gelombang adalah gelombang komposit yang merupakan jumlah dari n gelombang sinus

    Paket Gelombang

    =n

    xktjn

    nneAu )(

    )(0

    ])()[(

    0

    )(0

    ])()[(

    0

    )(

    00

    0000

    xktj

    n

    xktjn

    xktj

    n

    xkktjn

    n

    xktjn

    eAeA

    A

    eAeA

    AeAu

    nn

    nnnn

    =

    ==

    dengan k0 , 0, A0, berturut-turut adalah nilai tengah dari bilangan gelombang, frekuensi dan amplitudo

    Bilangan gelombang: k

    +

    22 00k

    kkk

    k

    Perbedaan nilai k antara gelombang-gelombang yang membentuk paket gelombangtersebut sangat kecil dianggap kontinyu demikian juga selang k sempit sehingga An / A0 1. Dengan demikian maka

    )(0

    )(0

    ])()[( 0000 ),( xktjxktj

    n

    xktj eAtxSeAeu nn =

    =

    Pada suatu t tertentu, misalnya pada t = 0 persamaan bentuk amplitudo gelombang menjadi

    0)(

    0)0,()0,( AeAxSxAn

    xkj n

    ==

    Karena perubahan nilai k dianggap kontinyu maka

    x

    kxkdeexS

    k

    k

    xkj

    n

    xkj n /2)sin(2)0,(2/

    2/

    )()( === +

    variasi k sempit

    21

    Persamaan gelombang komposit untuk t = 0 menjadi

    xjkt

    eAx

    kxu 000

    /2)sin(2 =

    =

    Persamaan ini menunjukkan bahwa amplitudo gelombang komposit ini terselubung oleh fungsi

    x

    kxxS

    /2)sin(2)(

    =

    -1

    0

    1

    -0 .9 3 4 -0 .3 0 6 0 .3 2 2

    selubungx

    x

    kx /2)sin(2

    )cos(/2)sin(2

    00 xkAx

    kx

    lebar paket gelombang

    kx

    = 2 = 2kx

    Persamaan gelombang

    22

    Kecepatan Gelombang

    )(0

    )(0

    ])()[( 0000 ),( xktjxktj

    n

    xktj eAtxSeAeu nn =

    =

    kecepatan fasa: 00 / kv f =kecepatan group: Amplitudo gelombang akan mempunyai bentuk yang sama bila S(x,t) = konstan. Hal ini terjadi jika ()t = (k)x untuk setiap n

    kkt

    xvg

    =

    ==

    Kecepatan group ini merupakan kecepatan rambat paket gelombang

    23

    Panjang gelombang de Broglie, Momentum, Kecepatan

    Panjang gelombang p

    h=gmv

    h=

    =

    == h2

    hhfE phEinstein : energi photon

    2

    2

    h== gkmv

    E =

    == hkmvg

    2hh

    kmvp g h==

    =

    ===

    m

    h

    mm

    kvv ge

    2hhMomentum

    Kecepatan

    de Broglie: energi elektron

    konstanta Planckmomentum

    Elektron Sebagai Partikel dan Elektron Sebagai Gelombang

    Elektron dapat dipandang sebagai gelombang tidaklah berarti bahwa elektron adalah gelombang; akan tetapi kita dapat mempelajari gerakan elektron dengan menggunakan

    persamaan diferensial yang sama bentuknya dengan persamaan diferensial untuk gelombang.

    Elektron sebagai partikel:massa tertentu, m.

    Elektron sebagai partikel:Etotal = Ep+ Ek= Ep+ mve2/2.

    Elektron sebagai partikel:p = mve2

    Dalam memandang elektron sebagai gelombang, kita tidak dapat menentukan momentum dan posisi elektron secara simultan dengan masing-masing

    mempunyai tingkat ketelitian yang kita inginkan secara bebas. Kita dibatasi oleh prinsip ketidakpastian Heisenberg: px h. Demikian pula halnya dengan

    energi dan waktu: Et h .

    Elektron sebagai gelombang massa nol, tetapi = h/mve.

    Elektron sebagai gelombang:Etotal = hf = .

    Elektron sebagai gelombang:p = k = h/.

    24

  • 8/20/2012

    5

    Persamaan Schrdinger

    25

    H = Hamiltonian

    Sebagai partikel elektron memiliki energi

    energi kinetik + energi potensial

    )(2

    )(2

    22

    xVm

    pxV

    mvE +=+=

    )(2

    ),(2

    xVm

    pxpHE +=

    Turunan H(p,x) terhadap p memberikan turunan x terhadap t.Turunan H(p,x) terhadap x memberikan turunan p terhadap t.

    dt

    dxve ==

    dt

    dp

    dt

    dvmxF === )(

    m

    p

    p

    xpH =

    ),(

    x

    xV

    x

    xpH

    =

    )(),(

    E merupakan fungsi p dan x

    26

    Gelombang : )(0])()[( 00 xktjn

    xktj eAeu nn

    =

    )(0

    ])()[(

    00

    00

    xktj

    n

    xktjn eAejt

    unn

    =

    1/ ,sempit selang Dalam 0 nk

    jEuujut

    ==

    )( 0hh

    ut

    jEu= h

    tjE

    h

    Operator momentum

    )(0

    ])()[(

    00

    00 xktj

    n

    xktjn eAek

    kjk

    x

    unn

    =

    1/ ,sempit selang Dalam 0 kkk n

    jpuukjux

    ==

    )( 0hh

    ux

    jpu= h

    xjp

    h

    Operator energi

    u merupakan fungsi t dan x

    Turunan u terhadap t: Turunan u terhadap x:

    27

    )(2

    ),(2

    xVm

    pxpHE +=

    tjE

    h

    xjp

    h

    Hamiltonian:

    x