Materi Fisika Modern Radioaktivitas

- Sebagaimana telah di bahas dalam bab sebelumnya, bahwa nukleus memiliki keadaan tereksitasi.
- Keadaan ini dapat mengalami peluruhan melalui emisi foton-foton berenergi tinggi ke keadaan dasar, baik langsung maupun melalui keadaan energi yang lebih rendah.
- Nukleus-nukleus di keadaan tereksitasi dan dasar dapat secara spontan mengemisi partikel-partikel lain untuk mencapai konfigurasi keadaan yang lebih
rendah.


Radioaktivitas
- Radioaktivitas disebut juga peluruhan radioaktif, yaitu peristiwa terurainya beberapa inti atom tertentu  secara spontan yang diikuti dengan pancaran partikel alfa (inti helium), partikel beta (elektron), partikel beta (+)(positron), atau radiasi gamma (gelombang elektromagnetik gelombang pendek)
- Penemuan sinar X oleh Roentgen dan minat Becquerel terhadap peristiwa fluoresensi merupakan titik tolak dari perkembangan radioaktivitas

- Nuklida (Inti atom):
• inti atom ringan stabil bila n=Z
• Inti atom tak stabil terdiri dari:
- n/Z >> maka terlalu banyak netron
- n/Z << maka terlalu banyak proton
- Z > 83
- Peta nuklida: letak nuklida berdasar jumlah proton dan netron


Hipotesis Rutherford
- Unsur radioaktif mengalami transformasi spontan
- Perubahan itu disertai dengan pemancaran radiasi.
- Proses radiasi ialah proses di dalam atom.

Jenis-Jenis Radiasi
1.Sinar alfa
- 2 proton+2 netron
- Muatan positif dan identik dengan He
- Bermuatan positif dan identik dengan inti He.
2. Sinar beta
- Sinar beta merupakan elektron berenergi tinggi yang berasal dari inti atom
Sifat-sifat sinar β
- Mempunyai daya ionisasi yang lebih kecil dari sinar alfa
- Identik dengan elektron, dengan kecepatan hampir sama dengan c- Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet
3. Sinar Gamma
- Sinar gamma adalah radiasi gelombang elektromagnetik yang terpancar dari inti atom dengan energi yang sangat tinggi yang tidak memiliki massa maupun muatan.
- Sinar gamma ikut terpancar ketika sebuah inti memancarkan sinar alfa dan sinar beta.
- Peluruhan sinar gamma tidak menyebabkan perubahan nomor atom maupun massa atom

Continue reading →

Materi Fisika Modern Fisika Inti

Pendahuluan
- Adanya inti Atom pertama  kali diketahui oleh Rutherford (1911), dari eksperimen yang dilakukan oleh Geiger dandan Marsden (1909).
- Model Inti : Inti Atom berbentuk bola dengan jejari tertentu, bermassa dandan mempunyai momentum sudut dandan momen magnetik.
- Distribusi muatan dalam inti tidak simetris bola, hal ini menyebabkan momen listrik.

Komposisi Inti
- Struktur inti terdiri dari proton dan neutron yang massanya hampir sama. Massa proton = 1,007825 sma = 1,67252 x 10pangkat27 kg. Massa netron = 1,008665 sma = 1,67483 x 10 pangkat 27 kg
1 sma ( satuan massa atom) = 1,66048 x 10pangkat27kg
- Partikel : partikel penyusun inti, yaitu proton dan netron disebut juga nukleon. Proton bermuatan positif dan netron tidak bermuatan (netralnetral), sehingga secara keseluruhan inti atom bermuatan positif.

Nomor atom Z menyatakan
- nomor tempat unsur dalam susunan berkala
- jumlah proton didalam inti
- jumlah elektron dikulit (untuk atom netral)
Nomor massa A menyatakan
- Jumlah proton+netron didalam inti
- bilangan bulat yang terdekat dengan massa atom (dalam sma)

Pembagian nukleus
- Isotop adalah inti atom yang mempunyai nomor atom Z yang sama tetapi nomor massa A yang berbeda misal 8O16 dan 8O17, hal ini memiliki sifat kimia yang sama dan sifat fisika yang berbeda
- Isobar adalah inti atom yang memiliki nomor massa A yang sama dan nomor atom Z yang berbeda, misal 14Si31, 15P31
- Isoton adalah inti yang mempunyai jumlah netron yang sama  misal 5B10, 5B11


Bentuk dan Ukuran Inti
- volume inti atom berbanding lurus dengan banyaknya nukleon yang dikandungnya
- inti atom tidak memiliki permukaan yang jelas tetapi memiliki jari-jari yang rata-rat.

Masa dan Energi Ikat Inti
- Massa suatu atom berhubungan erat dengan jumlah elektron, proton, dan neutron yang dimiliki atom tersebut.
- Berdasarkan perjanjian internasional, satu atom dari isotop karbon (disebut karbon:12) yang mempunyai 6 proton dan 6 neutron memiliki massa tepat 12 satuan massa atom (sma).
- Atom karbon 12 ini dipakai sebagai standar, sehingga satu satuan massa atom didefinisikan sebagai
suatu massa yang besarnya tepat sama dengan seperduabelas massa dari satu atom karbon-12.

Defec massa
Selisih antara massa-massa diam sebuah inti atom dan jumlah seluruh massa diam masing-masing nukleonnya dalam keadaan tak terikat.

Sifat atom vs inti   
- Elektron mengalami gaya yang diberikan oleh Inti (gaya Coulomb); jadi ada gaya luar. Di dalam
inti tidak ada gaya luar. Gerak nukleon disebabkan oleh pegaruh gaya dari nukleon sendiri.
- Interaksi antar elektron di dalam atom pengaruhnya sangat kecil terhadap tingkat energi atomik. Struktur atom ditentukan oleh interaksi elektron dan inti. Dalam inti interaksi antar nukleon memberikan gaya inti.

Model-model inti
- Model tetes cairan
- model kulit

Continue reading →

Materi Fisika Modern Teori Pita Zat Padat dan Semikonduktor

Pita Energi
- Teori pita zat padat merupakan suatu dasar untuk memahami perbedaan antara konduktor, isolator, dan semikonduktor
- Terdapat 2 pendekatan pada teori ini:
1. Teori F. Bloch (1928) → elektron valensi dalam logam tidak mengalami potensial yang konstan dalam gerakannya dalam kristal, melainkan
mengalami potensial yang periodik sesuai dengan susunan kristal
2. Teori W. Heitler dan F.London (1927) → meninjau efek pada fungsi gelombang elektron bila atom-atom membentuk kristal.

Elektron-elektron dalam kristal ada 2 macam
1. Elektron-elektron yang terikat kuat pada masing-masing inti yang selalu tinggal tetap bersama inti (elektron domestik).
2. Elektron-elektron luar atau elektron-elektron valensi, yang terikat sangat lemah dan bebas berigerak dari satu inti ke inti lainnya sehingga elektron-elektron ini dianggap milik kristal bukannya milik inti (elektron bebas)

Potensial Periodik dan fungsi blok
- Dapat dibayangkan bahwa bila elektron bergerak disepanjang kristal yang potensialnya periodik, elektron tidak sepenuhnya bebas tetapi berinteraksi dengan medan kristal .
- Fungsi gelombang elektron untuk menggambarkan gerakannya dalam pengaruh medan kristal merupakan gabungan dari fungsi gabungan untuk elektron bebas dan fungsi yang periodik.
- Fungsi yang bersangkutan disebut fungsi Bloch dengan eikx adalah fungsi untuk elektron bebas sedangkan Uk(x) suatu fungsi ruang periodic
- 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.

Konduktifitas 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.
- Pita valensi penuh
- Celah energi biasanya tidak ada, justru ada beberapa pita yang bertumpuk/over laping.

Semikonduktor
- Pita terakhir (pita konduksi) kosong.
- Pita valensi penuh
- Celah energi/energy gap sempit (sekitar 1 eV).
- Akibatnya pada suhu rendah dia bersifat isolator, elektron mengisi penuh pita valensi dan pita konduksi kosong. Tetapi pada suhu tinggi sebagian elektron memiliki energi cukup untuk pindah ke pita konduksi sehingga bersifat konduktor


Isolator
- Pita Konduksi kosong
- Pita Valensi penuh
- Celah Energi lebar ( ≈ 6 eV)

Continue reading →

Materi Fisika Modern Semikonduktor

Bahan Semikonduktor
• Bahan-bahan yang mempunyai sifat semikonduktif umumnya memiliki konduktivitas listrik antara dan celah energinya lebih kecil dari 6 eV.
• Bahan Semikonduktor dapat berupa bahan murni atau bahan paduan
• Berdasarkan tingkat kemurnian bahan-nya bahan semikonduktor, dibedakan menjadi 2, yaitu:
– semikonduktor intrinsik
bahan semikonduktor yang tidak mengandung atom-atom takmurnian(impuritas), sehingga hantaran listrik yang terjadi pada bahan tersebut adalah elektron dan lubang (hole).
– semikonduktor ekstrinsik.
bahan semikonduktor yang mengandung atom-atom pengotor (impuritas), pembawa muatan didominasi oleh elektron saja atau lubang saja.

Semikonduktor Intrinsik
• Semikonduktor  yang belum mengalami pengotoran atau pinyisipan oleh atom akseptor atau atom donor.
• Bersifat konduktor pada suhu sedang (300 K) Pada suhu tinggi, elektron pada pita valensi dapat
berpindah menuju pita konduksi, dengan menciptakan hole pada pita valensi.
• Yang berperan dalam penghantaran listrik pada semikonduktor adalah elektron dan hole.
• Bersifat isolator pada suhu rendah

Semikonduktor Ekstrinsik
• Semikonduktor yang telah mengalami pengotoran atau pinyisipan oleh atom akseptor atau atom donor (golongan IIIA, VA)
• Pengotoran pada umumnya dilakukan dalam rangka untuk meningkatkan konduktivitas listriknya.
• Bersifat isolator pada suhu rendah
• Lebih bersifat konduktor jika dibanding intrinsik
• Semikonduktor ekstrinsik  dibedakan menjadi dua, yakni:
– semikonduktor tipe-n
– semikonduktor tipe-p.

Atom Akseptor Atau Atom Donor
• Berdasarkan jumlah elektron valensi atom pengotor ini, maka atom pengotor dibedakan menjadi dua, yaitu: atom donor dan atom akseptor.
• Syarat sebagai atom akseptor atau atom donor:
(1) mempunyai ukuran atom yang hampir sama dengan atom murni (semikonduktor intrinsik yang akan didoping), sehingga dapat masuk dan tidak merusak struktur kristal atom murni,
(2) memiliki jumlah elektron valensi berbeda satu dengan atom murni. 

Atom Donor dan Akseptor
• Ketika semikonduktor murni (intrinsik) dikotori denganmemberikan doping atom lain, dengan elektron valensi lebih banyak satu atau kurang satu dari elektron valensi atom semikonduktor intrinsik, maka semikonduktor tersebut kemudian menjadi semikonduktor ekstrinsik.
• Ketentuan bagi atom pendoping adalah sebagai
berikut:
a. Atom Donor adalah atom pengotor yang memberikan kontribusi jumlah elektron berlebih (jumlah elektronnya lebih banyak satu dari atom murni). Contoh semikonduktor intrinsik silikon(Si) didoping
dengan arsenic (As) (lihat Gambar 5)
b. Atom Akseptor: adalah atom pengotor yang memberikan kontribusi jumlah hole berlebih (jumlah elektronnya lebih sedikit satu dari atom murni).Contoh semikonduktor intrinsik silikon(Si) didoping dengan boron (B) (lihat gambar 6).

Semikonduktor tipe n
• Dibuat dengan mengotori kristal Si (IVA) dengan atom golongan VA(As, Sb, P)
• Atom-atom golongan VA (As) disebut atom donor (menyumbangkan sebuah elektron bebas)
• Pembawa muatan mayoritas : elektron
• Pembawa muatan minoritas : hole
• Untuk menjadi konduktor hanya dibutuhkan sedikit energi ± 0,05 eV

Semikkonduktor tipe p
• Dibuat dengan mengotori kristal Si (IVA) dengan atom golongan III(Boron, Al, Ga, I, Tl)
• Pembawa muatan mayoritas : hole
• Pembawa muatan minoritas : elektron

Kegunaan semikonduktor
1.  Thermistor (Thermally Sensitive Resistor)
- Thermometer hambat yang sangat peka
- Dasar kerja : kenaikan suhu, hambat jenis semikonduktor turun sehingga kuat arus naik.
2.  Penunda arus
3.  Pengukur intensitas cahayaSemakin besar intensitas cahaya semakin banyak fotonnya sehingga semakin besar energi yang dibawa berkas cahaya itu. Hal ini menyebabkan penurunan hambat jenis sehingga menaikkan kuat arus listrik pada rangkaian.
4.  Penyaring
Energi foton sinar inframerah sesuai dengan celah energi germanium, sehingga apabila sinar putih dilewatkan pada kristal Ge, hanya sinar inframerah saja yang lolos sedangkan sinar-sinar yang lain diserap.

Continue reading →

Materi Fisika Modern Model Atom Bebas Pada Logam

Kristal logam adalah kumpulan ion positif yang tersusun teratur dalam ruang dan lautan elektron bebas yang bergarak dalam ruang berisis ion tersebut

Elektron dihambur oleh ion-ion yang melakukan getaran termal disekitar kedudukan seimbangnya dan ketidakmurniankimiawi dan cacat geometrik kristal logam.

Elektron ada 2
1. Elektron bebas
Elektron terluar dari atom logam yang telah menjadi warga seluruh kristal karena tidak lagi berada dalam pengaruh atom asalnya
2. Elektron domestik
Elektron dari atom yang tetap terikat oleh potensial atom

Asumsi Dasar Model Elektron Bebas Klasik

- Jarak antar atom sangat kecil
- Potensial atom individual tumpang tindih
- Superposisi medan kristal

- Jarak antar atom dalam kristal sekitar 3X10^-10

^{- Kristal Logam Superposisi Jajaran gugus ion positif membentuk kisi kristal, Rapatan muatan negatif serba sama, elektron bebas di seluruh kristal} 

Continue reading →

Materi Fisika Modern Zat padat

Atom atau molekul bergabung membentuk zat padat, dan susunan atom yang teratur disebut kisi

Zat padat dapat diklasifikasikan menurut keteraturan atom-atomnya yaitu
1. Kristal : bahan yang tersususn oleh deretan-deretan atom yang teratur dan berulang-ulang dan mempunyai keteraturan berjangkauan panjang
2. amorf : zat padat yang memiliki keteraturan atom dan keteraturannya berjangkauan pendek

Ikatan Atom
 Gaya elektrostatik : tarik menarik antara muatan negatif elektron dengan muatan positif inti atom.

Energi Ikat Adalah resultan dari gaya tarik elektrostatik (antar proton-elektron) dan gaya tolak elektrostatik (proton-proton)

Struktur Kristal
1. kubus pusat sisi (face-centered cubic = FCC), (struktur NaCl)
2. kubus pusat ruang (body-centered cubic = BCC), dan (Struktur CsCl)
3. heksagonal mampat (hexagonal close-packed = HCP). 

Satu jenis struktur kristal yang paling sederhana, meskipun cukup jarang detemukan ialah kubus sederhana (simple cubic = SC)→ tipe kisi kristal yang merata ke semua ruang dimana atomnya terletak pada titik titik sudut kubus yang mengisi volume kristal.

Zat Padat Kristal Ionik
1. Terjadi akibat ikatan ionik antara ion-ion dalam zat padat.
2. Ikatan ionik terbentuk karena adanya gaya tarik menarik elektrostatik (Coulomb) antara ion positif
dan ion negatif. 
3. Pada kristal ionik, tiap ion dikelilingi oleh ion-ion yang lain.
4. Beberapa contoh bahan kristal ionik antara lain : NaCl, CsCl, KBr, NaI, dst. 

Sifat Zat Padat Ionik
1. Kristal kubik yang dibentuk relatif stabil dan keras
2. Sifat konduktor elektriknya jelek, karena tidak terdapat eletron bebas
3. Suhu penguapannya tinggi. karena orde kohesif zat padat ionik adalah beberapa eV, maka untuk
menguapkan zat padat ini harus dipanaskan hingga mencapai suhu cukup tinggi sehingga kT ∼ 1 eV, T ∼ 12.000 K
4. Tidak tembus cahaya terhadap radiasi tampak.
4. Menyerap kuat sinar inframerah.
6. Zat padat ionik biasanya mudah larut dalam zat cair polar seperti air.Molekul air memiliki momen dipol elektrik, yang dapat mengenakan gaya tarik pada ion ion bermuatan, melepaskan ikatan ioniknya dan melarutkan zat padat ionik.

Zat Padat (Kristal) Kovalen
1. Terjadi karena ikatan kovalen antara atom-atom.
2. Ikatan kovalen : ikatan yang terjadi karena adanya pemakaian bersama elektron-elektron dari atom-atom yang bersangkutan.
3. Elektron-elektron yang membentuk ikatan tersebut bersifat lokal (hanya terdapat) di daerah antara dua atom, menempati orbital ikatan (σ) dengan spin yang berlawanan arahnya (anti-paralel).
4. Ikatan kovalen sering juga disebut ikatan kuantum, karena memerlukan teori kuantum untuk menjelaskan mekanisme pembentukan ikatannya.

Ikatan Kovalen
1. Ikatan kovalen termasuk ikatan yang kuat. Ikatan pada dua atom karbon dalam kristal intan (karbon padat) membentuk struktur tetrahedral, artinya setiap atom karbon dikelilingi oleh 4 buah atom karbon tetangga terdekat.
2. Kristal lain yang temasuk dalam struktur intan adalah kristal silikon dan germanium (semikonduktor).
3. Zat padat kovalen memiliki energi ikat yang lebih besar dari pada zat padat ionik, sehingga memiliki sifat yang lebih keras.

Sifat-Sifat Kristal Kovalen
1. Tidak larut dalam zat cair biasa
2. Sebagai konduktor dan termal yang jelek
3. Tembus cahaya (contoh : intan)
4. Beberapa kristal kovalen sangat keras (intan, silikon karbid untuk ampelas), karena energi kohesif kristal ini besar
5. Sebagian kristal, titik lelehnya sangat tinggi
(intan = 4000 K)

Continue reading →