Struktur Atom
Dari Model Klasik sampai Model Mekanika Kuantum elektron inti Lintasan orbital elektron
Model Klasik
Teori atom Democritus (~400 BC)
Filosofi Yunani
Konsep: Semua materi tersusun atas partikel sangat kecil dan tidak terbagi
yang disebut ATOM Teori atom Dalton (1808)
1. Materi tersusun atas partikel-partikel sangat kecil yang tidak dapat terbagi
lagi yang disebut ATOM
2. Atom penyusun suatu unsur berbeda dengan atom penyusun unsur yang
lain. Atom dari 1 unsur mempunyai kesamaan massa dan sifat.
3. Atom unsur yang berbeda dapat bergabung satu dengan yang lain dengan
perbandingan sederhana membentuk suatu SENYAWA.
4. Reaksi kimia berlangsung jika atom-atom dipisahkan, digabungkan atau
ditata ulang. Atom satu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain melalui reaksi kimia.
Teori atom Thomson (1897) Teori atom Rutherford (1910)
TEORI ATOM DALTON F F F F F F H H H H + F F F H F H F H F H +
F Massa relatif=19 H Massa relatif=1
3 F2 + 2 H2 Æ F2 + 4 HF
J.J. Thomson (1897), fisikawan
Inggris
Eksperimen menentukan rasio muatan terhadap massa elektron (q/me)
q/me= -1,76 x 108 C/g
Sinar katoda dikenai medan listrik dan medan magnet Model atom “Plum pudding” (Kismis)
RA Millikan (1923) Æmuatan e--1,6022 x 10-19C Æ m e= 9,10 x 10-28 g e-bermuatan negatif e-bermuatan negatif
Eksperimen Rutherford: Lempeng emas (1910) Partikel α (alfa) – ion He bermuatan
positif dari sumber radioaktif
ditembakkan melalui lempeng/lembaran emas (Au foil) yang sangat tipis
Layar fluoresen ditempatkan di belakang Au foil untuk mendeteksi hamburan (scattering) partikel α
Observasi eksperimen Rutherford
Sebagian besar partikel α melewati foilBanyak partikel α terdefleksi dengan
sudut bervariasi
Beberapa partikel α terdefleksi balik dari foil Au
Kesimpulan eksperimen Rutherford
Sebagian besar massa atomterpusatkan dalam suatu INTI yang disebut INTI ATOM
Inti atom bermuatan POSITIF
Sebagian besar volum atom adalah ruang kosong
Kelemahan model atom Rutherford
Tidak menjelaskan posisi elektron(partikel atom yang bermuatan negatif) FAKTA:
Partikel bermuatan berlawanan akan saling tarik menarik
Apa yang mencegah elektron tidak tertarik ke inti yang bermuatan positif?
Model atom Bohr (1913)
Niels Bohr (1885-1962) ilmuwan Danish yang bekerja dengan Rutherford
Mengusulkan: elektron harus mempunyai cukup energi untuk membuatnya berada dalam gerak konstan mengelilingi inti
Bohr membuat analogi terhadap gerakan planet mengelilingi matahari
Model atom Planet
Planet mengelilingi matahari dengan gaya gravitasi (gaya sentripetal dan sentrifugal)
Elektron mempunyai cukup energi yang memungkinkannya untuk mengatasi gaya tarik inti
Untuk difikirkan:
Kita mengirim satelit menuju orbit bumi dengan menggunakan energi roketÆmemungkinkan satelit untu mengorbit mengelilingi bumi dengan energi yang cukup
ÆBesarnya energi menentukan tinggi rendahnya posisi satelit terhadap bumi
Energi apa yang digunakan oleh elektron?
Struktur elektronik Atom
Dualisme partikel-gelombang Efek fotoelektrik
Konstanta Planck Model Bohr
Energi cahaya
Radiasi≡emisi/pancaran energi dalam berbagai bentuk
radiasi elektromagnetik = radiasi yang mempunyai sifat
seperti gelombang listrik dan medan magnet meliputi cahaya (light), gelombang mikro, sinyal radio dan sinar-X
Gelombang eloktromagnetik mempunyai kecepatan di ruang
hampa = kecepatan cahayaÆc=3.00x108m/detik atau
sekitar 300 juta m/detik!!!
Energi cahaya berjalan dalam bentuk gelombang yang mempunyai impuls magnetik dan elektrik
Gelombang bersifat memindahkan energi dari satu tempat ke tempat yang lain
ÆKerusakan karena gelombang setelah terjadi angin putting beliung
Æbola tenis di bak mandi, saat air ditepuk di satu sisiÆbola bergerak (melompat) di sisi lain
Gelombang elektromagnetik mempunyai sifat sebagai GELOMBANG
SIFAT GELOMBANG
Panjanggelombang, λ (lambda) ≡ jarak antara titik puncak yang berurutan 10 m 2 m
Frekuensi, ν(nu) ≡jumlah satu panjang gelombang yang melalui titik tertentu per satuan waktu, 1 siklus gelombang per detik Satuan frekuensi: 1/s (s-1); hertz, Hz
t=0 t=5 t=0 t=5 Semua gelombang elektromagnetik bergerak dengan kecepatan cahayaÆ panjang gelombang dinyatakan dengan
Amplitudo ≡ tinggi maksimum suatu gelombang
Node/simpul ≡ titik saat amplitudo nol
SIFAT GELOMBANG
Spektrum Elektromagnetik
Radio & TV, microwaves, UV, infrared, cahaya tampak (visible light)
Spektrum Elektromagnetik: seluruh rentang daerah radiasi elektromagnetik
1024 1020 1018 1016 1014 1012 1010 108 106
Gamma Xrays UV MicrowavesFM AM IR
Frequency Hz
Stasiun radio?
Diidentifikasi dengan frekuensi dalam MHz. QUIS 1: tentukan panjang gelombang stasiun radio favorit anda!
Kecepatan gelombang (m/s) = panjang gelombang (m) x frekuensi (1/s)
c = λν
c= kecepatan cahaya = 3,00x108 m/s
Kecepatan gelombang
Keadaan elektron (State of the electrons)
Saat arus dilewatkan melalui gas pada tekanan rendah, Ep(energi karena posisi) atom-atom gas MENINGKAT
Keadaan dasar (Ground State): posisi/keadaan terendah suatu atom
Keadaan tereksitasi (Excited State): posisi atom saat mempunyai Ep lebih tinggi daripada keadaannya saat pada tingkat energi dasar
Apa hubungan antara spektrum elektromagnetik dengan elektron?
Terkait dengan energiÆenergi gerak elektron dan energi cahaya
Neon Signs
Saat atom tereksitasi kembali ke keadaan dasarÆmemancarkan energi yg diperoleh dalam bentuk radiasi EM
Contoh: Kilau lampu neon
Cahaya putih tersusun atas semua warna dalam spektrum (mejiku hibini u) = ROY G BIV
Saat dilewatkan prisma, cahaya putih terpisah menjadi spektrum warna penyusunnya
Fenomena: PELANGI
White Light
Helium
Neon
Argon
Spektrum Garis Emisi
Saat arus dilewatkan via tabung vakum
yang mengandung gas H2 pada tekanan
rendah Æ teramati emisi “pinkish glow”
Bagaimana jika kilau pink tersebut dilewatkan prisma?
Spektrum emisi gas hidrogen
Cahaya pink tersusun atas hanya beberapa frekuensi bukan seluruh rentang cahaya putihPeneliti mengharapkan untuk melihat satu deret frekuensi kontinyu radiasi EM
Æ karena atom hidrogen dieksitasikan
oleh sembarang energi yang dikenakan padanya.
Teori baru tentang ATOM
Bohr’s Model of Hydrogen Atom
Hydrogen did not produce a continuous spectrum New model was needed:
Electrons can circle the nucleus only in allowed paths or
orbits
When an e- is in one of these orbits, the atom has a fixed,
definite energy
e- and hydrogen atom are in its lowest energy state when it
is in the orbit closest to the nucleus
Orbits are separated by empty space, where e-cannot exist
Energy of e- increases as it moves to orbits farther and farther from the nucleus
Model atom Bohr Model dan Spektrum Hidrogen
Pada lintasan (orbit), e- dapat kehilangan atau memperoleh energi
e- memperoleh energi setara dengan beda antara orbital tertinggi dan terendah yang ditempati Æ bergerak menuju orbital tingkat energi lebih tinggiÆ ABSORPSI
e- turun dari keadaan energi lebih tinggi ke yang lebih rendahÆmemancarkan energi ÆEMISI
Bohr menghitung energi elektron pada tingkat energi yang dibolehkan untuk atom hidrogen berdasarkan panjang gelombang spektrum garis emisi hidrogen
Efek Fotoelektrik (1900an)
cahaya mengenai permukaan suatu logam, elektron dipancarkan keluar logam
• Cahaya dengan frekuensi tertentu mampu memancarkan elektron (frekuensi minimum)
• Pada frekuensi lebih tinggi, makin banyak elektron yang dipancarkan
• Quis3: Bagaimana pada frekuensi lebih rendah (< frekuensi minimum) ? MENGAPA ?
Logam sebagai katoda
Elektron bergerak dari katoda menuju anoda Æaliran arus dalam sel
Max Planck mengkaji emisi cahaya oleh benda panas
Pendapat Planck:
benda memancarkan energi dengan jumlah tertentu yang relatif kecil yang disebut KUANTA
(Apa bedanya dengan konsep teori gelombang?)
Kuantum: jumlah minimum satuan energi yang dapat dilepaskan atau diperoleh oleh suatu atom
Persamaan Planck
E radiation = Planck’s constant x frekuensi radiasi E = hν
h = Planck’s constant = 6,626 x 10-34 J•s
Saat suatu benda memancarkan radiasi
Æ ada kuantitas minimum energi yang
dapat dipancarkan pada sembarang waktu yang ditetapkan
Pengembangan Einstein terhadap
teori Planck
Radiasi EM mempunyai dua sifat alamiah: gelombang and partikel Radiasi EM berkelakuan seperti gelombang dan partikel
Cahaya sebagai partikel yang masing-masing membawa 1 kuantum energi yang disebut FOTON
FOTON
Partikel radiasi EM yang mempunyai massa kosong dan membawa satu kuantum energi
Ephoton = hν Kesimpulan Einstein:
Radiasi EM diserap materi hanya dalam
bentuk foton
e- dapat dipancarkan dari suatu materi jika
dikenai foton tunggal dengan frekuensi minimum
Contoh persamaan Planck
CD player menggunakan laser yang
memancarkan sinar merah dengan λ
685 nm. Hitung energi 1 foton.
Logam yang berbeda membutuhkan energi
minimum yang berbeda untuk memperoleh efek fotoelektrik
Answer
Efoton = hν h = Planck’s constant = 6,626 x 10-34 J•s c = λν c= speed of light = 3,00x108 m/s ν= (3,00x108 m/s)/(6,85x10-7m) ν=4,37x10141/s Efoton= (6,626 x 10-34 J•s)(4,37x10141/s) Efoton= 2,90 x 10-19JSifat gelombang elektron (1925)
1925, Louis de Broglie berpendapat bahwa elektron mempunyai kemungkinan bersifat sebagai gelombangMenghubungkan sifat partikel (m and v) dengan sifat gelombang (λ)
Massa suatu e- bebas yang bergerak dengan kecepatan (v) mempunyai panjang