METALLIC BONDINGWirda Udaibah, M.SiIAIN Walisongo

Ayat-ayat Allah tentang Logam

Ali Imron: 14 dan At Taubah:34 (logam mulia)Al Hadid: 25 (besi)

OutlineThe Sea of Electron TheoryMolecular Orbital TeoryMolecular Orbital Theory on Metal Band Theory and SemiconductorsMetal Structure and Geometrical Packed ModelUnit Cell and Geometry Calculation

Tujuan PerkuliahanMelalui perkuliahan dengan ceramah aktif dan latihan soal, mahasiswa dapat:Menjelaskan teori lautan elektronmenjelaskan teori orbital molekularmengaplikasikan teori orbital molekular untuk menjelaskan sifat logam suatu unsur.

Bonding Models

Chemical Bonds?????the force of attraction between any two atoms in a compound

Kinds of chemical bond IonicCovalentMetallicHydrogen

Properties of metal

Most are solid at Room Temperature

Metals are good conductors of electricity when solid, or liquid.

Metals are good conductors of heat.

Metals are malleable and ductile, not brittle

moderate to high mp, and very high b.p.

Metallic BondingTin Magnesium is not easily broken upmetal is deformed

Properties of metal

Metallic Bonding

Metal atoms have lost all their electrons(Drude and Lorentz)

All identical cations

Kept together in a sea of electrons

Metallic BondingSea of Electron TheorySo, what is the definition of metallic bonding?

Metallic BondingTin Magnesium is not easily broken upmetal is deformed

Orbital Atom =Fungsi gelombang elektron dalam suatu atom (persamaan Schrodinger)

Dalam tiga dimensi, pers. tersebut membantu meramalkan distribusi ruang dan energi elektron serta bentuk orbital

Teori Orbital Molekul (TOM)

Prinsip dasar Teori Orbital Molekul: Orbital atom (OA) bertumpang tindih membentuk orbital molekul (OM)n orbital atom menghasilkan n orbital molekul Orbital-orbital molekul mempunyai energi yang berbeda-beda, tergantung pada tipe overlap yang terjadi:- Orbital bonding (Energi < Energi OA) - Orbital nonbonding (Energi = Energi OA) - Orbital antibonding (Energi > Energi OA)

Prinsip dasar Teori Orbital Molekul:

Prinsip dasar Teori Orbital Molekul:

Aturan dasar pembentukan orbital molekul menurut Linear Combination of Atomic Orbitals (LCAO):

Cuping orbital atom penyusunnya cocok untuk tumpang tindih (cuping directions)

Tanda positif atau negatif cuping yang bertumpang tindih sama

Tingkat energi orbital-orbital atomnya dekat

LCAO

Pengisian Orbital Molekul- Diagram Energi Memilih diagram tingkat energi orbital molekul yang sesuaiMenentukan jumlah total elektron dalam molekul

Menambahkan elektron-elektron tersebut ke diagram tingkat energi. Pengisian orbital molekul memenuhi aturan-aturan sebagaimana orbital atomAturan AufbauAturan Hund

Urutan energi:1 < 1*

TOM Pada LogamDengan pendekatan TOM, atom logam akan membentuk orbital molekul berupa pita

TOM pada LogamDalam material padatan, tingkat energi elektron membentuk pita energi.

Pita valensi adalah pita tertinggi (outermost/highest) yang terisi oleh elektron (all states occupied). Pita konduksi adalah pita tertinggi selanjutnya (next highest) yang terisi sebagian atau bahkan kosong. gap adalah perbedaan energi antara pita valensi dan pita konduksi. Tingkat fermi adalah tingkat tertinggi terisi elektron.

TOM pada logamBerdasarkan struktur pitanya, keterisian pita valensi dan gap pita; padatan secara umum dapat dibedakan menjadi 3 :insulatorSemikonduktorkonduktor

Struktur Pita pada InsulatorPita valensi terisi penuh, pita konduksi kosongPita terpisah oleh gap energy yang besarContoh : pada diamond, mempunyai gap pita ~6 eV, hanya sedikit elektronnya yang mempunyai cukup energi termal untuk dapat dipromosikan ke pita kosong.

Struktur Pita pada SemikonduktorPita valensi sebagian kosong, pita konduksi sebagian terisiPita terpisah oleh gap energy yang tidak terlalu besar ( 0,5 3 eV )Ada sedikit elektron yang mempunyai cukup energi termal, sehingga dapat dipromosikan ke pita kosongStruktur pita semikonduktor tanpa dopping

Semikonduktor dibagi 2 macam :Semikonduktor IntrinsikBerasal dari material murni, contoh silikon, germaniumJumlah elektron pada pita konduksi (n) dipengaruhi oleh jarak band gap dan temperatur

Semikonduktor ekstrinsikBerasal dari material yang konduktivitasnya dikontrol dengan penambahan dopant.Contoh : Si didopant dengan unsur gol. III atau VSi + 10-2 (% atom) unsur trivalent (Contoh : Ga) untuk Tipe PGa menggantikan atom Si pada sisi tetrahedral untuk membentuk substitutional solid solution. Ga hanya punya 3 elektron valensi, sehingga ikatan Ga-Si kekurangan 1 elektron.

Tingkat energinya akan bergabung dengan elektron tunggal pada Ga-Si membentuk tingkat diskrit atau orbital atom di atas pita valensi yang disebut sebagai acceptor level (berkemampuan menerima elektron)Gap antara acceptor level dengan pita valensi kecil = ~ 0,1 eV.Stuktur pita semikonduktor tipe PDengan energi termal, elektron pada pita valensi dapat berpromosi ke acceptor level. Terjadi lubang positif pada pita valensi, sehingga disebut semikonduktor TIPE P.

Si + unsur pentavalen (contoh : arsenic) untuk Tipe NAs menngantikan 1 atom Si dalam tetrahedral.As mempunyai 5 elektron valensi, terdapat kelebihan 1 elektron untuk membentuk ikatan As-Si. Elektron ini akan menempati tingkat diskrit di bawah pita konduksi pada ~0,1 eV. Level ini bertindak sebagai donor level, karena elektronnya dapat berpindah ke pita konduksi, pita konduksi akan bermuatan negatif dan disebut semikonduktor TIPE N.Semikonduktor tipe n (Si didopan dengan As)

Struktur pita pada Silikon (penjelasan : Teori Orbital Molekul)Si membentuk 4 ikatan yang sama (tetrahedral, orbital hibrida sp3). Tiap orbital hibrida overlap dengan orbital hibrida sejenis pada Si lain yang berdekatan membentuk pasangan orbital molekul, bonding dan antibonding *.Orbital molekul overlap membentuk pita , dan menjadi pita valensi yang penuh berisi 4 elektron per atom Si.Orbital * juga overlap membentuk pita *, menjadi pita konduksi yang kosong.

Application of SemiconductorsLight Emmited Dioda (LED) LASER

Tugas Tuliskan definisi sederhana tentang model ikatan lautan elektron pada logamBagaimana sifat kemagnetan Ne2, Terangkan dengan diagram orbital molekul,Jelaskan prinsip kerja dari LED dan LASER

Metal Structure and Geometrical Packed ModelStruktur logam: tatanan atom-atom yang terkemas (packing) bersama dalam suatu kristalAtom berupa bola keras dan berukuran samaSel satuan (unit cell): pengulangan unit/satuan atau motif yang menunjukkan keseluruhan simetri dalam sistem kristal

Metal StructureA-ASimple cubic packingBody centered cubic (bcc)Cara Pertama

BUKAN KEMAS RAPAT

Cara KeduaLapisan pertama (A)Lapisan kedua (A-B)Lapisan ketiga??????

Ada dua kemungkinan:(1)(2)KEMAS RAPAT(CLOSEST PACKING)

Close packing menyisakan 2 tipe celah/rongga (hole) antara lapis-lapisnya.Rongga tetrahedralRongga oktahedral

Unit Cell and Geometry CalculationKristal dibentuk atas penataan ulang atom-atom dalam 3 dimensi= kisiUnit cells: pengulangan satuan atau motif yang menunjukkan simetri dari strukur kristalPosisi atom-atom/ion-ion/molekul dalam urutan yang disebut dengan titik kisiDalam kisi kristal, pola pengulangan sel satuan selalu dapat ditentukan

Beberapa hal penting tentang kisi kristal Jangan mencampuradukkan atom dengan titik kisiTitik-titik kisi adalah titik-titik tertentu dalam ruang Atom adalah obyek fisik Titik kisi tidak harus terletak pada pusat atom

UNIT CELL: The basic building block of a crystal, repeated infinitely in three dimensions.

Tujuh sisitem kristal (7 tipe unit sel) menunjukkan sumbu dalam ruang dengan panjang dan sudut sisi yang berbedaTujuh sistem kristal

Sistem kristal (unit cell)Jumlah atomJari-jari dan massa atomRapatan(densitas)Face centreSide centreBody Centre

Thank You .Semoga Bermanfaat

*