teori pita energi
TRANSCRIPT
Mengenal Sifat Material
Teori Pita Energi
nhfE
h = 6,63 10-34 joule-sec
mv
h
2
kbilangan gelombang:h
mvk 2
kkh
p
2
energi kinetik elektron sbg gelombang : m
k
m
pEk 22
222
momentum:
Planck : energi photon
(partikel)
bilangan bulat frekuensi gelombang cahaya
De Broglie :
Elektron sbg gelombang
Teori Pita Energi
Ulas Ulang Kuantisasi Energi
m
k
m
pEk 22
222
E
k
Energi elektron sebagai fungsi k (bilangan gelombang)
Teori Pita Energi
Makin tinggi nomer atom, atom akan makin kompleks, tingkat energi yang terisi makin banyak.
Teori Pita Energi
s p d f
5,143
4
567
2
3
45
67
3
4
56
7
3
456 7
456 7
Sodium Hidrogen
E
[ eV
]
0
1
2
3
4
5
6
Kemungkinan terjadinya transisi elektron dari satu tingkat ke tingkat yang lain semakin banyak
Teori Pita Energi
[6]
Molekul lebih kompleks dari atom; tingkat-tingkat energi lebih banyak karena energi potensial elektron yang bergerak dalam medan yang diberikan oleh banyak inti atom tidaklah sederhana.
Lebih dari itu, energi vibrasi dan rotasi atom secara relatif satu terhadap lainnya juga terkuantisasi seperti halnya terkuantisasinya energi elektron pada atom.
Transisi dari satu tingkat ketingkat yang lain semakin banyak kemungkinannya, sehingga garis-garis spektrum dari molekul semakin rapat dan membentuk pita.
Timbullah pengertian pita energi yang merupakan kumpulan tingkat energi yang sangat rapat.
Molekul
Teori Pita Energi
Penggabungan 2 atom H membentuk molekul H2
0
2
4
6
4
2
8
10E
[
eV ]
1 2 3Ikatan stabil
Ikatan tak stabil
R0
Åjarak antar atom
Teori Pita Energi
Teori Pita Energi
Pada penggabungan dua atom, tingkat energi dengan bilangan kuantum tertinggi akan terpecah lebih dulu
Elektron yang berada di tingkat energi terluar disebut elektron valensi
Elektron valensi ini berpartisipasi dalam pembentukan ikatan atom.
Elektron yang berada pada tingkat energi yang lebih dalam (lebih rendah) disebut elektron inti;
Gambaran tentang terbentuknya molekul dapat diperluas untuk sejumlah atom yang besar yang tersusun secara teratur, yaitu kristal padatan.
n = 1
n = 2
n = 3
Jarak antar atom
Ene
rgi
Padatan
Dalam penggabungan N atom identik, setiap tingkat energi terpecah menjadi N tingkat dan setiap tingkat akan mengakomodasi sepasang elekron dengan spin
yang berlawanan ( ms = ± ½ ).
Teori Pita Energi
0 5 10 15Å
10
20
30
0
E
[ eV
]
sodium
2p
R0 = 3,67 Å
3s3p
4s
3d
Teori Pita Energi
[6]
Cara penempatan elektron pada tingkat-tingkat energi mengikuti urutan sederhana: tingkat energi yang paling rendah akan terisi lebih dulu, menyusul
tingkat di atasnya, dan seterusnya.
EF , tingkat energi tertinggi yang terisi disebut tingkat Fermi, atau energi Fermi.
Pada 0o K semua tingkat energi sampai ke tingkat EF terisi penuh, dan semua tingkat energi di atas EF kosong .
Pada temperatur yang lebih tinggi, beberapa tingkat energi di bawah EF kosong karena elektron mendapat tambahan energi untuk naik ke tingkat di
atas EF .
Teori Pita Energi
Elektron valensi yang berada pada tingkat energi Fermi ataupun di atas energi Fermi, berada pada salah satu tingkat energi yang dimiliki oleh
kristal.
Jumlah tingkat energi yang dimiliki oleh kristal sangat banyak dan sangat rapat sehingga hampir merupakan perubahan yang kontinyu. Oleh karena itu, elektron pada tingkat energi Fermi yang bergerak dalam kristal dapat
dipandang sebagai elektron bebas.
Elektron yang bergerak dengan kecepatan tertentu memiliki energi kinetik dan bilangan gelombang, k, tertentu.
m
k
m
pEk 22
222
Gerakan elektron tersebut mengalami hambatan karena ada celah energi.
Teori Pita Energi
Konduktor Isolator
Semikonduktor
Jika banyak atom bergabung menjadi padatan, tingkat valensi terluar dari setiap atom cenderung akan terpecah membentuk pita energi. Tingkat-tingkat energi yang lebih dalam, yang disebut tingkat inti, tidak terpecah.
Setiap tingkat valensi dari dari suatu padatan yang terdiri dari N atom berbentuk pita valensi yang terdiri dari N tingkat energi.
Dengan demikian maka tingkat valensi s yang di tiap atom memuat 2 elektron, akan menjadi pita s yang dapat menampung 2N elektron.
Tingkat valensi p yang di tiap atom memuat 6 elektron, akan menjadi pita p yang dapat menampung 6N elektron.
Konduktor , Isolator, Semikonduktor
Gambaran pita-pita energi pada suatu padatan
pita s
pita p
celah energi
Konduktor , Isolator, Semikonduktor
Pita-pita energi yang terjadi dalam padatan dapat digambarkan sebagai berikut:
Pada metal, pita valensi biasanya hanya sebagian terisi
Pita energi paling luar, jika ia hanya sebagian terisi dan padanya terdapat tingkat Fermi, disebut sebagai pita konduksi.
kosong
celah energi
terisi
kosong
pita valensiEF
pita konduksi
Sodium
Konduktor , Isolator, Semikonduktor
Pada beberapa metal, pita valensi terisi penuh. Akan tetapi pita ini overlap dengan pita di atanya yang kosong. Pita yang kosong ini memfasilitasi tingkat energi yang dengan mudah dicapai oleh elektron yang semula berada di pita valensi.
terisi penuh
kosong
EF
pita valensi
Magnesium
Konduktor , Isolator, Semikonduktor
Pada beberapa material, pita valensi terisi penuh dan pita valensi ini tidak overlap dengan pita di atasnya yang kosong. Jadi antara pita valensi dan pita di atasnya terdapat celah energi.
celah energi
terisi penuh
kosong
Intan
celah energi
terisi penuh
kosong
pita valensi
Silikon
isolator semikonduktor
Konduktor , Isolator, Semikonduktor
Course Ware
Mengenal Sifat MaterialTeori Pita Energi
Sudaryatno Sudirham