Tel ah diket ahui bahwa penemu si nar x adal ah Ront gen. Sinar x t erj adi ket ika sinar kat oda yang berupa el ekt ron berkecepat an t inggi menumbuk el ekt roda t embaga. Akibat t umbukan t ersebut , t embaga melepaskan el ekt ron t erl uarnya dan t empat el ekt ron yang kosong ini selanj ut nya diisi ol eh el ekt ron t embaga dari t ingkat energi l ain yang l ebih t inggi. Pengisian t empat kosong ol eh el ekt ron t embaga dari t ingkat energi yang l ebih t inggi menyebabkan t erj adinya pemancaran radiasi. Radiasi ini ol eh Ront gen disebut sebagai sinar x.
Pemahaman mengenai int i at om sel anj ut nya dij el askan ol eh percobaan Mosel ey. Mosel ey mel akukan penel it ian unt uk mengukur panj ang gel ombang sinar x berbagai unsur. Hasil penel it ian menunj ukkan bahwa set iap unsur memancarkan radiasi sinar x dengan panj ang gel ombang yang khas. Panj ang gelombang yang dihasil kan t ergant ung pada j uml ah ion posit if didal am int i at om. Penel it ian j uga menunj ukkan bahwa int i at om mempunyai muat an yang berharga kel ipat an dari +1, 6x10-9C. Mosel ey sel anj ut nya menyebut j uml ah prot on dal am at om adal ah nomor at om.
Gambar 2. 11 Wil hel m Conrad Ront gen
2. 2. 1 Nomor atom dan nomor massa
Int i at om mengandung prot on dan net ron. Nomor at om sama dengan j umlah prot on didal am int i at om sedangkan nomor massa sama dengan j uml ah prot on dan net ron didal am int i at om. Not asi unt uk menyat akan susunan int i at om yait u prot on dan net ron dial am int i at om dapat dinyat akan sebagai berikut :
Contoh soal
Tent ukan j uml ah prot on, el ekt ron dan net ron dal am at om
C
12 6 . Jawab
Mengingat ,
Nomor at om=j uml ah prot on dan el ekt ron Nomor massa=j uml ah prot on + net ron
Maka, unt uk 126
C
j uml ah prot on 6, el ekt ron 6 dan net ron 6.A
XZ
Ket erangan:
X = l ambang at om unsur A = nomor massa = prot on+net ron Z = nomor at om = j uml ah prot on Nomor at om Z sama dengan j uml ah prot on dal am at om
Contoh soal
Tent ukan j uml ah prot on dan el ekt ron dal am at om 1530
P
4.Jawab
Mengingat ,
Nomor at om=j uml ah prot on dan el ekt ron Nomor massa=j uml ah prot on + net ron
Maka, unt uk 1530
P
4 j uml ah prot on 15 dan el ekt ron 15 - 4 = 11.2. 2. 2 Isotop
Isot op adal ah at om unsur sama dengan nomor massa berbeda. Isot op dapat j uga dikat akan sebagai at om unsur yang mempunyai nomor at om sama t et api mempunyai nomor massa berbeda karena set iap unsur mempunyai nomor at om yang berbeda. Karbon merupakan cont oh adanya isot op.
Set iap karbon mempunyai nomor at om 6 t et api nomor massanya berbeda-beda. Dari cont oh t ersebut dapat dikat akan bahwa wal aupun unsurnya sama bel um t ent u nomor massanya sama.
2. 2. 3 Isobar dan isoton
Isobar adal ah at om unsur yang berbeda t et api mempunyai nomor massa sama. Isobar dapat dimengert i dengan mel ihat cont oh berupa 1124
Na
denganMg
24
12 yang memiliki nomor massa sama sebesar
24. Sedangkan isot on adal ahat om unsur yang berbeda t et api mempunyai j uml ah net ron yang sama. Cont oh isot on adalah
Ca
40
20 dengan
K
39
19 yang sama-sama memiliki j umlah net ron 20. 2. 3 Elektron dalam atom
Model at om yang dikemukakan ol eh Joseph John Thompson mempunyai banyak kel emahan, demikian pula dengan model at om yang dikemukakan ol eh Ernest Rut herf ord. Model at om Rut herf ord t idak dapat menj el askan al asan mengapa el ekt ron t idak dapat j at uh kedal am int i. Fisika klasik menyat akan bahwa apabil a t erdapat suat u part ikel bermuat an yang bergerak menurut l int san l engkung maka energinya akan hil ang dalam bent uk radiasi. Pernyat aan f isika kl asik ini menj adi persoal an bagi model at om yang dikemukakan ol eh
13 C6 12 C6 14 C6 p=6 e=6 n=6 p=6 e=6 n=7 p=6 e=6 n=8 Isot op mempunyai nomor at om sama t et api nomor massa berbeda
Rut herf ord karena j ika el ekt ron bergerak mengelil ingi int i, maka el ekt ron akan kehil angan energinya dan energi kinet ik el ekt ron akan t erus berkurang. Gaya t arik int i at om t erhadap el ekt ron akan menj adi l ebih besar daripada gaya sent rif ugal l int asan el ekt ron dan menyebabkan l int asan menj adi spiral dan akhirnya el ekt ron j at uh kedal am int i at om. Apabil a el ekt ron j at uh kedal am int i at om, maka at om menj adi t ak st abil. Hal ini bent ent angan dengan pernyat aan umum bahwa at om st abil .
Gambar 2. 12 Lint asan spiral el ekt ron
2. 3. 1 Spektrum garis
Menurut Max Pl anck radiasi el ekt romagnet ik bersif at diskont inyu at au dal am bent uk kuant a. Diskont inyuit as radiasi el ekt romagnet ik dikuat kan ol eh ef ek f ot olist rik yang dikembangkan ol eh Al bert Einst ein. Sedangkan kuant isasi/ kuant a energi digunakan ol eh Niel s Bohr dalam moment um sudut el ekt ron unt uk pengembangan t eorinya t ent ang at om hidrogen.
Apabil a berkas cahaya pol ikromat is sepert i l ampu l ist rik dan sinar mat ahari dil ewat kan mel al ui prisma maka akan diperol eh spekt rum kont inyu yang t erdiri dari berbagai warna penyusunnya. Spekt rum garis dihasil kan apabil a sumber cahaya pol ikromat ik sepert i l ampu l ist rik dan sinar mat ahari digant i ol eh busur l ist rik berisi gas hidrogen maka akan dihasil kan spekt rum yang t idak kont inyu. Spekt rum yang t idak kont inyu berupa sederet an garis berwarna yang disebut spekt rum garis t ak kont inyu.
spekt rum garis didapat dengan cara sebagai berikut :
- zat yang disel idiki spekt rumnya di uapkan pada t emperat ur t inggi
- uap yang t erbent uk dil et akkan di ant ara dua el ekt roda graf it
- l ist rik bert egangan t inggi dial irkan melal ui el ekt roda graf it
Spekt rum garis yang paling sederhana adal ah spekt rum garis at om hidrogen. Bal mer mel akukan penel i t ian sehingga didapat kan deret Balmer unt uk at om hidrogen.
Gambar 2. 13 Spekt rum cahaya pol ikromat ik
Gambar 2. 14 Spekt rum garis
Gambar 2. 15 Deret Bal mer unt uk at om hidr ogen
seri Lyman
seri Balmer
Kontinyu
2. 3. 2 Teori Bohr
Sepert i t el ah diket ahui bahwa menurut Max Pl anck radiasi el ekt romagnet ik bersif at diskont inyu at au dal am bent uk kuant a. Max Pl anck menurunkan persamaan unt uk pernyat aan t ersebut sebagai berikut :
Pernyat aan t ersebut bert ent angan dengan pandangan f isika kl asik yang mengemukakan bahwa energi bersif at kont inyu.
Unt uk mengat asi perbedaan t ersebut , Niels Bohr mel akukan penel it ian dan mencoba menj el askan dengan pendekat an pemecahan spekt rum garis hidrogen. Bohr menggunakan pendekat an Max Pl anck unt uk menj el askan spekt rum garis hidrogen.
Beberapa hasil penel it ian Bohr diant ara adal ah
- El ekt ron mengorbit pada l int asan t ert ent u dan dengan t ingkat energi t ert ent u
- Lint asan orbit el ekt ron berbent uk l ingkaran dan disebut kul it
- Moment um sudut el ekt ron yang mengorbit berharga kelipat an
S
2
h
. Set iap el ekt ron yang mengorbit mempunyai moment um
sudut sebesar
S
2
h
n
dengan n=1, 2, 3, . . . yang merupakanbil angan bulat posit if dan disebut sebagai bilangan kuant um ut ama
Bil angan kuant um ut ama menyat akan kul it
Tabel 2. 2 Hubungan Lint asan, Kul it dan Bil angan Kuant um
Lint asan Kul it Bil angan kuant um (n) 1 K n = 1 2 L n = 2 3 M n = 3 4 N n = 4
nhȞ
E
Ket erangan:n = bil angan bul at posit if h = t et apan Pl anck (6, 6, 3. 10-34 J. s)
Gambar 2. 16 Pendekat an energi ol eh Max Pl anck dan f isika kl asik
- Energi el ekt ron berbanding t erbal ik dengan l int asan (kul it )
- Keadaan pal ing st abil adalah pada saat n = 1 yakni ket ika el ekt ron memiliki energi paling minimal
- El ekt ron berada dal am keadaan st asioner, t idak memancarkan dan menyerap energi, ket ika el ekt ron megorbit mengel il ingi int i at om.
Apabil a el ekt ron berpindah dari t i ngkat energi rendah menuj u t ingkat energi t inggi maka energi akan diserap unt uk mel akukan proses t ersebut . El ekt ron yang berpindah dari t ingkat energi rendah menuj u t ingkat energi yang l ebih t inggi menyebabkan elekt ron t ereksit asi. Akan t et api keadaan el ekt ron t ereksit asi ini t idak st abil sehingga el ekt ron kembali dari t ingkt a energi t inggi menuj u t ingkat energi rendah yang disert ai pel epasan energi dal am bent uk radiasi.
Gambar 2. 18 Model at om Bohr
Teori Bohr berhasil menj el askan spekt rum garis at om hidrogen dan ion-ion berelekt ron t unggal sepert i 2He
+
dan 3Li 2+
. Akan t et api t eori Bohr j uga masih menunj ukkan kel emahan yait u t idak mampu menj el askan spekt rum garis at om berel ekt ron banyak dan sif at spekt rum garis dal am medan magnet sert a t idak dapa menj el askan garis-garis hal us spekt rum garis at om hidrogen.
Gambar 2. 19 Pr oses eksit asi dan emisi
Contoh soal
Berapakah energi sinar l aser dengan panj ang gel ombang 780nm.
m
x
nm
x
m
x
nm
7 97,8
10
10
1
1
780
JawabJ
x
m
x
ms
x
x
Js
x
hc
E
7 19 1 8 3410
547
,
2
10
8
,
7
10
998
,
2
10
626
,
6
O
2. 3. 3 Konfigurasi elektronSusunan el ekt ron dal am at om dapat dij el askan menggunakan konf igurasi el ekt ron. Penyusunan el ekt ron dal am at om didasarkan pada t eori-t eori berikut :
- Teori dualisme gelombang part ikel yang dikemukakan ol eh de Brogl ie pada t ahun 1924. Teori ini menyat akan bahwa el ekt ron dal am at om bersif at gelombang dan part ikel
- Azas ket idakpast ian yang dikemukakan ol eh Heisenberg pada t ahun 1927. Teori ini menyat akan bahwa posisi dan moment um part ikel t idak dapat dit ent ukan secara past i dal am wakt u
elektron
foton teremisi
elektron tereksitasi
sebelum
sesudah
foton terabsorpsi
sebelum
sesudah
Konf igurasi el ekt ron at om menj el askan j uml ah el ekt rondal am t ingkat ut ama
bersamaan. Teori ini menyirat kan bahwa l int asan el ekt ron t idak berbent uk l ingkaran
- Teori persamaan gel ombang yang dikemukakan ol eh Erwin
Schrodinger. Teori ini dapat menerangkan pergerakan part ikel - apert ikel mikroskopik t ermasuk el ekt ron.
Azas ket idakpast ian Heisenberg menyebabkan posisi el ekt ron t idak dapat dit ent ukan dengan past i demikian pul a dengan orbit el ekt ron dal am at om menurut mekanika kuant um. Wal aupun orbit elekt ron t idak dapat dit ent ukan dengan past i t et api pel uang unt uk menemukan el ekt ron pada posisi t ert ent u di sekit ar int i masih mungkin unt uk dit ent ukan. Obit al merupakan daerah disekiar int i dengan pel uang t erbesar unt uk menemukan el ekt ron. Kapasit as maksimal orbit al unt uk dit empat i el ekt ron sebesar 2 el ekt ron. Orbit al j uga mempunyai energi yang khas bagi t iap-t iap el ekt ron unt uk menempat inya. Energi khas unt uk t iap el ekt ron ini seri ng disebut t ingkat energi. Hanya el ekt ron dengan energi yang cocok dapat menempat i orbit al t ersebut . Sist em susunan el ekt ron dal am at om dapat dil ihat pada gambar 2. 21 berikut .
Tabel 2. 3 Susunan Bil angan Kuant um
Kul it Bil angan kuant um (n) Daya t ampung el ekt ron maksimal
K 1 2 x 12 = 2 L 2 2 x 22 = 8 M 3 2 x 23 = 18 N 4 2 x 24 = 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . n 2n2
Juml ah maksimum el ekt ron dal am kul it t ert ent u sebesar 2n2 dengan n adal ah nomor kul it . Pengisian el ekt ron dimul ai pada kul it dengan t ingkat energi t erendah yait u kul it pert ama at au kul it K yang dil anj ut kan dengan kul it L, M, N dan set erusnya. Pengisian dilakukan dengan pengisian maksimum t erl ebih dahul u unt uk t iap kulit . Apabila t erdapat 18 el ekt ron maka el ekt ron akan mengisi kul it K sebanyak 2 yang dil anj ut kan dengan pengisian kulit L sebanyak 8 el ekt ron dan diakhiri dengan pengisian kul it L sebanyak 8 el ekt ron.
El ekt ron valensi merupakan j uml ah el ekt ron yang t erdapat pada kul it t erl uar suat u at om unsur. Ikat an kimia dapat t erbent uk dengan memanf aat kan at au menggunakan el ekt ron val ensi sehingga el ekt ron val ensi dapat dikat akan merupakan penent u sif at kimia at om unsur.
Lit ium Oksigen Fl orin Neon
Nat rium
Gambar 2. 20 El ekt ron val ensi beberapa unsur periode 2 dan periode 3
Contoh soal
Tul iskan konf igurasi el ekt ron C (Z=6).
Jawab
Konf igurasi elekt ron C = [ K = 2, L = 6]
Contoh soal
Berapakah j uml ah el ekt ron maksiumum yang dapat menempat i kul it O (n=5)?
Jawab
Juml ah el ekt ron di kul it O (n=5) = 2(2)5 = 64 el ekt ron