TEORI PITA: MODEL DAN CONTOH - KIMIA - 2025

Teori pita adalah salah satu yang mendefinisikan struktur elektronik dari benda padat secara keseluruhan. Ini dapat diterapkan pada semua jenis padatan, tetapi pada logam di mana keberhasilan terbesarnya tercermin. Menurut teori ini, ikatan logam dihasilkan dari tarikan elektrostatis antara ion bermuatan positif, dan elektron bergerak dalam kristal.

Oleh karena itu, kristal logam memiliki “lautan elektron”, yang dapat menjelaskan sifat fisiknya. Gambar di bawah mengilustrasikan tautan logam. Titik ungu elektron terdelokalisasi di lautan yang mengelilingi atom logam bermuatan positif.

"Lautan elektron" terbentuk dari kontribusi individu dari setiap atom logam. Input ini adalah orbital atom Anda. Struktur logam umumnya kompak; semakin kompak mereka, semakin besar interaksi antar atomnya.

Akibatnya, orbital atomnya tumpang tindih untuk menghasilkan orbital molekul yang sangat sempit dalam energi. Lautan elektron tidak lebih dari sekumpulan besar orbital molekul dengan rentang energi yang berbeda. Kisaran energi ini membentuk apa yang dikenal sebagai pita energi.

Pita-pita ini ada di setiap daerah kristal, itulah sebabnya ia dianggap secara keseluruhan, dan dari sanalah definisi teori ini muncul.

Model pita energi

Ketika orbital s atom logam berinteraksi dengan orbital tetangganya (N = 2), dua orbital molekul terbentuk: satu orbital ikatan (pita hijau) dan satu orbital anti-ikatan (pita merah tua).

Jika N = 3, sekarang terbentuk tiga orbital molekul, yang di tengahnya (pita hitam) tidak terikat. Jika N = 4, empat orbital akan terbentuk dan orbital dengan karakter pengikatan tertinggi dan orbital dengan karakter anti-ikatan tertinggi dipisahkan lebih lanjut.

Kisaran energi yang tersedia untuk orbital molekul melebar karena atom logam dalam kristal berkontribusi pada orbitalnya. Hal ini juga mengakibatkan penurunan ruang energetik antar orbital, sampai pada titik di mana orbital mengembun menjadi pita.

Pita yang tersusun atas orbital s ini memiliki daerah berenergi rendah (yang diwarnai hijau dan kuning) dan berenergi tinggi (yang diwarnai oranye dan merah). Ekstrem energinya memiliki kepadatan rendah; akan tetapi, di bagian tengah kebanyakan orbital molekul terkonsentrasi (pita putih).

Ini berarti bahwa elektron “berlari lebih cepat” melalui pusat pita daripada melalui ujungnya.

Tingkat fermi

Konduktivitas listrik kemudian terdiri dari migrasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi.

Jika celah energi antara kedua pita sangat besar, Anda memiliki isolasi padat (seperti pada B). Di sisi lain, jika celah ini relatif kecil, padatannya adalah semikonduktor (dalam kasus C).

Ketika suhu meningkat, elektron pada pita valensi memperoleh energi yang cukup untuk bermigrasi menuju pita konduksi. Ini menghasilkan arus listrik.

Faktanya, ini adalah kualitas padatan atau bahan semikonduktor: pada suhu kamar mereka mengisolasi, tetapi pada suhu tinggi mereka bersifat konduktif.

Semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik

Konduktor intrinsik adalah konduktor di mana celah energi antara pita valensi dan pita konduksi cukup kecil untuk energi panas untuk memungkinkan lewatnya elektron.

Di sisi lain, konduktor ekstrinsik menunjukkan perubahan dalam struktur elektroniknya setelah doping dengan pengotor, yang meningkatkan konduktivitas listriknya. Pengotor ini bisa berupa logam lain atau elemen non-logam.

Jika pengotor memiliki lebih banyak elektron valensi, pengotor dapat menyediakan pita donor yang berfungsi sebagai jembatan bagi elektron dari pita valensi untuk menyeberang ke pita konduksi. Padatan ini adalah semikonduktor tipe-n. Di sini nama n berasal dari kata "negatif".

Pada gambar atas pita donor diilustrasikan dalam blok biru tepat di bawah pita konduksi (Tipe n).

Sebaliknya, jika pengotor memiliki lebih sedikit elektron valensi, ia menyediakan pita akseptor, yang memperpendek celah energi antara pita valensi dan pita konduksi.

Elektron pertama-tama bermigrasi menuju pita ini, meninggalkan "lubang positif", yang bergerak ke arah yang berlawanan.

Karena lubang positif ini menandai lintasan elektron, padatan atau materialnya adalah semikonduktor tipe-p.

Contoh teori pita terapan

- Jelaskan mengapa logam berkilau: elektron yang bergerak dapat menyerap radiasi dalam berbagai panjang gelombang saat mereka melompat ke tingkat energi yang lebih tinggi. Mereka kemudian memancarkan cahaya, kembali ke tingkat pita konduksi yang lebih rendah.

- Silikon kristal merupakan bahan semikonduktor terpenting. Jika sebagian silikon didoping dengan jejak elemen golongan 13 (B, Al, Ga, In, Tl), itu menjadi semikonduktor tipe-p. Sedangkan jika didoping dengan elemen golongan 15 (N, P, As, Sb, Bi) menjadi semikonduktor tipe-n.

- Light Emitting Diode (LED) adalah semikonduktor papan pn. Apa artinya? Bahwa material tersebut memiliki kedua jenis semikonduktor, baik n maupun p. Elektron bermigrasi dari pita konduksi semikonduktor tipe-n ke pita valensi semikonduktor tipe-p.

Referensi

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning, hlm 486-490.
2. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat., Hal.103-107, 633-635). Mc Graw Hill.
3. Nave CR (2016). Teori Band tentang Padat. Diperoleh pada 28 April 2018, dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
4. Steve Kornic. (2011). Beralih dari Obligasi ke Band dari Sudut Pandang Ahli Kimia. Diperoleh pada 28 April 2018, dari: chembio.uoguelph.ca
5. Wikipedia. (2018). Semikonduktor ekstrinsik. Diperoleh pada 28 April 2018, dari: en.wikipedia.org
6. BYJU'S. (2018). Teori pita logam. Diperoleh pada 28 April 2018, dari: byjus.com