STRUKTUR ATOM
4.3 Model-Model Atom
4.3.4 Model Atom Bohr
Model atom Bohr merupakan mode kegagalan model atom Rutherford. gerakan elektron disekitar inti mengelakkan elektron tertarik keda Bohr (1911) telah mengemukakan pergerakan elektron di dalam atom hi model semiklasik dengan menganda surya mikroskopik dengan elektr mengelilingi inti. Gerakan elektron hukum-hukum mekanik klasik dan terhadap ciri-ciri tersebut, Bohr t tersebut dengan menjelaskan secara pada sifat dualisme cahaya yang disa
Untuk mempertahankan mengemukakan dua postulat yang disekitar inti atom. Postulat Bohr pe
A . H a l i m |F i s i k a M o d e r n I |185
alan model atom Rutherford ffer J.I, and Nir S, 2000)
odel atom yang berusaha mengatasi ord. Model atom Bohr menjelaskan nti dengan cara tertentu untuk dalam inti bermuatan positif. Neils kan suatu teori untuk menjelaskan hidrogen. Bohr menyarankan suatu andaikan atom sebagai sistem tata ktron bergerak dalam orbit bulat ron mengelilingi inti ini mematuhi n elektromagnet. Sebagai tambahan ohr telah menyesuaikan model atom ra kuantum, yaitu dengan didasarkan disarankan oleh de Broglie.
n model atomnya, Bohr telah ang terkait dengan gerak elektron ohr pertama menyatakan bahwa suatu A . H a l i m |F i s i k a M o d e r n I |185
A . H a l i m |F i s i k a M o d e r n I |186
elektron yang berada pada orbit tertentu akan terus bergerak dalam orbit tersebut tanpa memancarkan energi. Keadaan ini berlaku apabila momentum sudut elektron sama dengan nħ. Postulat Bohr kedua
mengatakan bahwa apabila elektron berada pada tingkat energi yang lebih tinggi akan mengalami transisi ke ke tingkat energi yang lebih rendah, maka atom akan memancarkan foton dengan energi tertentu sesuai dengan frekuensi yang terkait dengan teori kuantum Planck yang dinyatakan dengan E = hυ. Didasarkan pada postulat Bohr
pertama dan kedua dapat ditunjukkan dalam bentuk gambar model atom Bohr serti dalam gambar 4.6.
Gambar 4.6 Model Atom Bohr (Sumber: Nowikow & Heimbecker 2001)
Kegagalan model atom Bohr tidak mampu menjelaskan garis spektrum yang rapat antara suatu sama lain yang disebut struktur halus. Kewujudan struktur halus ini adalah disebabkan terdapatnya
pemecahan tingkat-tingkat energi menjadi beberapa tingkat energi yang mempunyai perbedaan energi sangat kecil. Walau bagimanapun model atom Bohr telah berhasil menjelaskan fenomena pemancaran radiasi elektromagnet, tetapi masih tetap menggunakan idea-idea klasik (dimana elektron bergerak dalam kedudukan tertentu
A . H a l i m |F i s i k a M o d e r n I |187
disekeliling inti). Sesuai dengan prinsip ketakpastian Heisemberg, kedudukan dan momentum tidak dapat ditentukan secara serentak dengan tepat, oleh karena itu penggunaan idea-idea klasik dalam model atom Bohr bertentangan dengan teori ketakpastian Heisemberg.
Terdapat empat postulat yang digunakan Bohr untuk menutupi kelemahan model atom Rutherford, antara lain :
1. Atom Hidrogen terdiri dari sebuah elektron yang bergerak dalam suatu lintas edar berbentuk lingkaran mengelilingi inti atom ; gerak elektron tersebut dipengaruhi oleh gaya coulomb sesuai dengan kaidah mekanika klasik.
2. Lintas edar elektron dalam hydrogen yang mantap hanyalah memiliki harga momentum angular L yang merupakan kelipatan dari tetapan Planck dibagi dengan 2π.
dimanan= 1,2,3,… dan disebut sebagai bilangan kuantum utama,
danhadalah konstanta Planck.
3. Dalam lintas edar yang mantap elektron yang mengelilingi inti atom tidak memancarkan energi elektromagnetik, dalam hal ini energi totalnya E tidak berubah.
4. Jika suatu atom melakukan transisi dari keadaan energi tinggi EU ke keadaan energi lebih rendah EI, sebuah foton dengan energi hυ=EU-EI diemisikan. Jika sebuah foton diserap, atom tersebut akan bertransisi ke keadaan energi rendah ke keadaan energi tinggi.
Berdasarkan pada postulat tersebut Bohr menggambarkan model atom yang diusulkannya dalam bentuk kata-kata berikut ini:
”Bohr menyatakan bahwa elektron-elektron hanya menempati orbit- orbit tertentu disekitar inti atom, yang masing-masing terkait sejumlah energi kelipatan dari suatu nilai kuantum dasar. (John
A . H a l i m |F i s i k a M o d e r n I |188
Model Bohr dari atom hidrogen menggambarkan elektron- elektron bermuatan negatif mengorbit pada kulit atom dalam lintasan tertentu mengelilingi inti atom yang bermuatan positif. Ketika elektron meloncat dari suatu orbit ke orbit lainnya selalu disertai dengan pemancaran atau penyerapan sejumlah energi elektromagnetik hf. Deskripsi ini sesuai seperti ditunjukkan dalam gambar 4.6a berikut. Secara mendetail Bohr juga menggambarkan kedudukan elektron dalam atom seperti diutarakan dalam diagram berikut:
”Ada aturan fisika kuantum yang hanya mengizinkan sejumlah tertentu elektron dalam tiap orbit. Hanya ada ruang untuk dua elektron dalam orbit terdekat dari inti.(John Gribbin, 2005)”
Gambar 4.6a. Model Kulit Atom Bohr (Sumber: Nowikow & Heimbecker 2001)
Model ini adalah pengembangan dari model puding prem (1904), model Suaturnian (1904), dan model Rutherford (1911). Karena model Bohr adalah pengembangan dari model Rutherford, banyak sumber mengkombinasikan kedua nama dalam penyebutannya menjadi model Rutherford-Bohr.
Kunci sukses model ini adalah dalam menjelaskan forpertama sekali Rydberg mengenai garis-garis emisi spektral atom hidrogen,
A . H a l i m |F i s i k a M o d e r n I |189
walaupun forpertama sekali Rydberg sudah dikenal secara eksperimental, tetapi tidak pernah mendapatkan landasan teoritis sebelum model Bohr diperkenalkan. Tidak hanya karena model Bohr menjelaskan alasan untuk struktur forpertama sekali Rydberg, ia juga memberikan justifikasi hasil empirisnya dalam hal suku-suku konstanta fisika fundamental.
Model Bohr adalah sebuah model primitif mengenai atom hidrogen. Sebagai sebuah teori, model Bohr dapat dianggap sebagai sebuah pendekatan orde pertama dari atom hidrogen menggunakan mekanika kuantum yang lebih umum dan akurat, dan dengan demikian dapat dianggap sebagai model yang telah usang. Namun demikian, karena kesederhanaannya, dan hasil yang tepat untuk sebuah sistem tertentu, model Bohr tetap diajarkan sebagai pengenalan pada mekanika kuantum.
Dengan menggunakan konsep model atom yang telah dikembangkan olehnya, Bohr menggunakan ide tersebut untuk mengkaji model atom Hidrogen (atom H) dan juga atom-atom sederhana yang mirip atom H. Menurut pandangan Bohr gaya tarik antara elektron atom dengan proton ditengah atom (inti atom) merupakan sifat alamiah untuk setiap atom. Jadi gaya tarik Coulomb antara elektron dan inti dinyatakan dalam betuk,
= −
(4.1) Dimana r adalah jarak antara inti atom dan elektron dan k adalah konstanta pembanding.
Secara klasik, ketika dua partikel yang diikat oleh gaya pusat (central force) seperti gaya elektrostatis yang beraksi antara dua
partikel bermuatan positif, maka partikel yang lebih kecil akan mengorbit partikel yang lebih besar dalam bentuk Ellip. Prinsip inilah yang digunakan oleh Bohr untuk menunjukkan struktur atom
A . H a l i m |F i s i k a M o d e r n I |190
Hidrogen atau yang mirip dengan atom Hidrogen, dimana elektron yang lebih kecil ukurannya mengelilingi pusat atom dalam betuk ellip atau lingkaran.
Dalam kasus orbit elektron berbentuk lingkaran dengan jari- jari R, energi potensial elektron Ep, dan energi kinetik elektron Ek secara berturut-turut dinyatakan dalam bentuk,
= −
(4.2) =
2 = 2
(4.3) Dimana me adalah waktu elektron dengan kecepatan orbitnya v (Pfeffer & Nir 2000). Dengan demikian energi total elektron yang berorbit dinyatakan dalam bentuk,
= + = −
2
(4.4) Tanda negatif menunjukkan elektron terikat pada inti, sehingga untuk melepaskannya memerlukan pemasukan atau tambahan energi dari luar.
Persamaan (4.4) merupakan bentuk klasik energi elektron yang bergerak melingkar dengan kecepatan konstan. Sekarang Bohr mengemukakan asumsi baru tersebut dengan bagaimana energi dibebaskan selama pembentukan atom Hidrogen dari elektron dan proton bebas. Selama pembebasan energi elekron terus bergerak melingkar dalam bentuk spiral (lihat gambar 4.6b).