CATUR WULAN TIGA (30 Jam Pelajaran)
STRUKTUR ATOM HIDROGEN
Dengan menyelidiki spektrum garis atau spektrum atom dapat diketahui beberapa hal yang dibutuhkan untuk menyempurnakan gambaran umum tentang bentuk-bentuk dan susunan atom karena gas atomik bertekanan rendah bila dieksitasi akan menghantarkan arus listrik dan memancarkan panjang gelombang tertentum, maka dengan analisa spektrum dapat ditentukan panjang gelombangnya.
Analisa spektrum yang dihasilkan gas hidrogen pada pelat fotograf berupa garis-garis hitam yang menyatakan panjang gelombang tertentu dengan intensitas yang semakin berkurang.
Pada tahun 1885 Balmer menyelidiki panjang gelombang garis-garis yang dihasilkan spektrum hidrogen yang terletak di daerah cahaya. Ternyata panjang gelombang-gelombang itu memenuhi rumus yang sederhana yang diperoleh secara empiris dan kebenarannya dapat dibuktikan pada model atom Niels Bohr.
Rumus:
dan garis-garis itu merupakan deret Balmer. Kemudian ditemukan deret lyman di daerah netra violet yang panjang gelombang garis-garisnya memenuhi rumus;
hubungan-hubungan yang mirip di atas yaitu:
Deret Paschen
1. Hitung panjang gelombang yang terkecil, frekuensi dari deret Lyman.
Penyelesaian;
= 1,216 x 10-7 = 1216 A
2. Hitung panjang gelombang terbesar pada deret Balmer dari Spektrum hidrogen.
Penyelesaian:
Panjang gelombang yang terbesar terjadi bila minimum. Harga minimum ini akan tercapai untuk nA = 3 dna nB = 2. percobaan-percobaan, mengemukakan beberapa konsep tentang atom:
1. Atom merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi 2. Atom suatu unsur tidak dapat berubah menjadi atom unsur lain 3. Dua atom atau lebih dapat membentuk molekul
4. Atom-atom suatu unsur semuanya serupa
5. Pada reaksi kimia, atom-atom berpisah tetapi kemudian dapat bergabung lagi dengan susunan yang berbeda menurut perbandingan tertentu.
Model atom JJ. Thomson
Atom berbentuk bola berisi muatan-muatan listrik positif dasi elcktron-elektron yang bermuatan listrik negatif. Muatan-muatan itu tersebar merata didalamnya Hingga atom menjadi netral.
Model atom Rutherford
Rutherford menyusun model atom setelah melakukan percobaan menguji atom JJ.
Thomson: Menurut Rutherford, jika model atom Thomson itu benar maka berkas partikel alpa yang diarahkan pada kepingan tipis emas tidak akan terhambur;
ternyata dalam percobaan, partikel-partikel alpa terhambur bahkan sebagian terpantul. Hal ini menunjukkan bahwa muatan-muatan listrik positif dan negatif di dalam sebuah atom tidak tersebar merata seperti yang dikemukakan oleh Thomson. Menurut Rutherford, atom terdiri dari inti atom yang bermuatan listrik positif dan dikelilingi elektron-elektron yang bermuatan listrik negatif. Pada modul ini sebagian besar atom terdiri dari ruang hampa dan mempunyai jari-jari lintasan elektron kira-kira 10.4 kali jari-jari intinya.
Kelemahan model atom Rutherford diperlihatkan dengan perhitungan berikut Model atom terdiri dari z proton di dalam inti dan sebuah elektron bermuatan -e.
Jika jari-jari atom sebesar r maka besar gaya tarik menarik antara inti dan elektron adalah
Gaya ini sesuai dengan gaya sentripetal yang bekerja pada elektron yaitu:
F = r v m 2
Karena kedua gaya ini sama, maka
r
dan energi kinetik elektron Ek = k
Untuk menutupi kelemahan teori Rutherford, Bohr memberikan postulatnya.
1. Elektron bergerak mengelilingi inti atom menurut lintasan tertentu, selama gerakannya ini elektron tidak memancarkan atau menyerap energi, dengan momentum sudut elektronnya.
m vr = n
2
h
dimana n = massa elektron v = kecepatan orbit r = jari-jari orbit
h = konstanta Planck = 6,626 . 10-34 j/det n = 1, 2, 3, 4, 4, ... (bilangan kuantum)
2. Elektron dapat berpindah dari lintasan luar ke lintasan dalam akan memancarkan energi dan bila berpindah dari lintasan dalam ke lintasan yang lebih luar akan menyerap energi berupa foton sebesar
E = h . f E = energi
h = konstanta Planck (6,626 x 10-34) f = frekuensi
Jika elektron tersebut meloncat dari kulit n = nB (energi kulit ini EB) ke kulit n = nA (energi = EA) maka besarnya energi yang dipancarkan
E = EB – EA = h . f = h .
Laser
Singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation adalah pesawat yang dapat menghasilkan cahaya kuat yang koheren yaitu sejenis cahaya kuat yang benar-benar monokhromatik dan terarah karena mempunyai frekuensi dan fase yang benar-benar sama.
Sifat sinar laser 1. Koheren
2. Monokhromatik
3. Mempunyai intensitas yang tinggi 4. Pulsanya sejajar
Penggunaan laser dalam kehidupan sehari-hari
1. Mengukur jarak (misal jarak bumi – bulan) dengan seksama laser diarahkan ke suatu benda dan selang waktu antara pancaran dan penerimaan pantulannya dicatat sehingga kita tahu jarak benda tersebut.
2. Sebagai alat bedah.
3. Untuk pembuatan gambar tiga dimensi (holografi) 4. Dapat dipakai untuk mengasah intan, memotong baja
Contoh Soal
Hitung jari-jari elektron pada bilangan kuantum 3 atom hidrogen!
rs = n2 r6
= 32.5,3.10-11
= 47,7 . 10-11
= 4,77 . 10-10 m
= 4,77 A
Struktur Inti
Gaya inti bekerja antar partikel pembangun ini.
Ada dua macam partikel pembangun inti
- Proton yaitu partikel bermuatan listrik yang besarnya sama dengan muatan elektron massa proton = 1,67264 x 10-27 kg
- Neutron yaitu partikel netral (tidak bermuatan listrik) yang massanya 1,67482 x 10-27 kg.
Netron ditemukan oleh Chadwick.
Isotop
Unsur-unsur tersebut memiliki sifat kimia yang sama atau unsur yang memiliki nomor atau (Z) yang sama tetapi nomor massanya berbeda (A).
Misal:
atom karbon mempunyai isotop C-12, C-13 dan C-14
C-12 massa atomnya 12, C-13 massa atomnya 13 dan C-14 massa atomnya 14
Gaya Inti
Inti terdiri dari proton-proton dan netron-netron, proton-proton akan saling tolak-menolak
proton-netron akan saling tarik menarik
Agar proton-proton tersebut tetap dalam inti, maka harus ada gaya yang mengikat proton-proton dan netron-netron menjadi satu. Yang dikenal dengan gaya inti.
Gaya inti merupakan gaya yang terkuat di antara empat gaya yang dikenal.
Jenis Gaya Kekuatan Relatif Gaya gravitasi
Gaya lemah
Gaya elektromagnet Gaya inti
1 1027 1038 1040
Stabilitas Inti
Stabilitas inti ditentukan oleh perbandingan jumlah proton dan netron pada inti.
Pada umumnya untuk jumlah partikel dalam inti (nuklida) < 20 disebut nuklida ringan. Makin besar jumlah proton, makin tidak stabil atom itu. Batas kestabilan, adalah 83. Artinya jika jumlah proton lebih besar dari 83 maka atom sudah tidak stabil lagi.
Peluruhan Zat Radioaktif
Untuk radioaktif yang tidak lain adalah unsur yang tidak stabil senantiasa memancarkan sinar radioaktif atau mengalami peluruhan radioaktif. Peluruhan (desintegras) adalah peristiwa pecahnya inti secara spontan. Suatu inti radioaktif yang dibiarkan begitu saja, makin lama akan semakin kecil karena akan terus-menerus memancarkan sinar radioaktif. Waktu yang diperlukan untuk inti radioaktif ini menjadi separuhnya disebut waktu paruh T.
Sifat dan hakekat sinar , , dan
Sinar Sinar Sinar
1. Pancaran partikel yang bermuatan listrik positif
Pancaran partikel
bermuatan listrik negatif
Pancaran gelombang elektromagnetik
2. Partikel inti helium Partikel ringan, merupakan elektron bermuatan negatif
Tidak bermuatan listrik
3. Dibelokkan oleh medan listrik
Dibelokkan oleh medan magnet ataupun medan listrik
Tidak dibelokkan oleh medan magnet ataupun medan listrik
4. Daya tembusnya sangat kecil
Daya tembusnya lebih besar dari sinar
Daya tembusnya sangat kuat
5. Daya pengionnya sangat kuat
Daya pengionannya kurang kuat
Tidak mempunyai daya pengion
Aktivitas Bahan Radioaktif
Radioaktivitas suatu bahan dapat dideteksi antara lain dengan:
a. Pencacah Geiger (Geiger – Counter)
digunakan untuk menentukan banyaknya (mencacah) Pancaran/radiasi sinar radioaktif
b. Kamar kabur Wilson
digunakan untuk mengamati jejak partikel radioaktif.
c. Emulsi film
Adalah plat film yang diberi emulsi khusus yaitu yang mempunyai kandungan perak tinggi digunakan untuk menangkap jejak lintasan partikel sinar radioaktif, sebab emuls film eka terhadap sentuhan partikel.
d. Pencacah sintilasi
Sintilasi berarti percikan cahaya digunakan untuk mencacah percikan sinar radioaktif.
Reaksi Inti
Pada reaksi inti berlaku beberapa hukum kekekalan momentum, energi, nomor atom dan nomor massa.
Reaksi inti:
Reaksi yang terjadi dalam suatu inti antara partikel-partikel inti dengan partikel asing seperti
(
42He4)
Proton
(
1He 1)
Contoh
N + He → O + H
Setiap reaksi inti harus memenuhi:
- hukum kekekalan momentum, nomer atom, nomer massa dan energi
Artinya unsur-unsur sebelum reaksi harus mempunyai jumlah momentum proton, elektron, netron dan energi yang sama dengan unsur-unsur sesudah reaksi.
Inti-inti berat dapat membelah menjadi inti-inti berat yang biasa dikenal dengan Fisi. Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan inti menjadi dua buah inti atau lebih disertai pemancaran energi.
Contoh:
U – 235 + neutron → U – 236 + Xo – 140 + Sr – 94 + 2 netron + energi
Beberapa inti ringan dapat bergabung menjadi inti yang lebih berat yang dikenal dengan fusi. Reaksi fusi adalah reaksi penggabungan beberapa inti ringan.
Catatan : Reaksi inti dengan perhitungan nomor massa, nomor atom dan energi akan dibahas lebih rinci di kelas tiga.
Teknologi Nuklir
Unsur-unsur radioaktif dapat dimanfaatkan bagi kesejahteraan manusia seperti reaktor atom. Reaktor atom adalah suatu alat tempat terjadinya reaksi fisi berantai yang terkendali. Reaktor ini merupakan sumber energi yang efisien misalnya 1 gram nuklida yang membelah per hari dapat melepaskan energi 106 watt.
Reaktor atom dapat memproduksi bahan radioaktif buatan maupun tenaga seperti:
a. Reaktor penelitian, digunakan untuk penelitian bidang biologi, fisika, kimia, industri dan teknologi lainnya.
b. Reaktor daya, digunakan sebagai sumber tenaga listrik.
c. Reaktor produksi isotop, digunakan untuk memproduksi isotop-isotop dari unsur radioaktif.
Isotop radioaktif berguna dalam berbagai bidang teknologi, misalnya penggunaan radio isotop dalam bidang hidrologi.
- untuk mengukur kecepatan aliran/debit aliran
- untuk menentukan jumlah kandungan air dalam tanah - mendeteksi kebocoran pipa saluran yang terbenam di tanah
- mengukur endapan lumpur pada pelabuhan yang menyebabkan pendangkalan Dibidang biologi
- untuk mendeteksi adanya tumor terutama tumor otak - untuk mempelajari sirkulasi darah
Bidang industri
Untuk meneliti suatu material misal kekuatan material tersebut untuk membantu dalam penelitian fenomena difusi dalam logam.
Bahaya yang ditimbulkan akibat bahan radioaktif terhadap manusia dan lingkungan seperti:
- mandul
- berkurangnya cairan tubuh
Soal-soal Latihan
1. Sinar Laser memiliki sifat ....
A. inkoheren B. polikhromatik
C. konvergen D. intensitas lemah E. monokhromatis
2. Dalam pembuatan suatu reaktor nuklir untuk pembangkit tenaga listrik dijumpai kesulitan akan dampak polusi yang ditimbulkan reaktor tersebut.
Bahaya yang tak dapat timbul akibat dari reaktor adalah ...
A. radiasi sinar radioaktif
B. polusi termal pada limbah air pendingin C. kebocoran reaktor
D. proses reaksi yang tak terkontrol sehingga reaktor menjadi sebuah bom E. berkurangnya air pendingin sehingga menyebabkan pecahnya ketel uap
3. Dalam inti isotop cobalt terdapat 27 proton dan 32 netron. Isotop cobalt yang dapat dibuat dalam sebuah reaktor intinya terdiri dari ...
A. 27 proton dan 0 neutron B. 28 proton dan 32 neutron C. 27 proton dan 33 neutron D. 24 proton dan 32 neutron E. 32 proton dan 24 neutron
4. Fungsi utama siklotron untuk proton ialah ....
A. menghasilkan proton B. mempercepat elektron C. mempercepat proton
D. menjaga agar kecepatan proton selalu tetap E. memperlambat proton
5. Atom Helium (He) terdiri dari ...
A. 2 proton dan 2 netron B. 2 proton dan 2 elektron
C. 2 proton 2 neutron dan 2 elektron
D. 2 proton 1 neutron dan 2 elektron E. 1 proton 1 netron dan 1 elektron
6. Prinsip kerja reaktor inti adalah reaksi ...
A. kimia B. fisi C. fusi D. atom E. peluruhan
7. Sinar laser memiliki kekuatan luar biasa karena ...
A. monokhromatik
B. panjang gelombangnya terbesar C. selalu sejajar
D. monokromatik dan fasenya sama
E. polykhromatik dengan panjang gelombang bervariasi
8. Hukum kesetaraan massa dan energi E = mc2 untuk pertama kali dikemukakan oleh ....
A. Lorentz B. Newton C. Maxwell D. Planck E. Einstein
9. Sebuah elektron massa diamnya 9 x 10-31 kg bergerak dengan kecepatan 0,6 C maka energi kinetiknya adalah ...
A. 2,025 . 10-14 joule B. 4,50 . 10-14 joule C. 4,025 . 10-14 joule D. 66,25 . 10-14 joule E. 2,25 . 10-15 joule
10. Alat yang digunakan untuk menentukan banyak pancaran radiasi sinar radioaktif adalah ...
A. detektor sintilasi B. kamar kabut wilson C. pencacah Geiger D. emulsi film E. reaktor atom
Kunci Jawaban 1. E
2. D 3. C 4. C 5. C 6. B 7. D 8. E 9. A 10. C