STRUKTUR ATOM LANJUTAN STRUKTUR ATOM LAN

STRUKTUR ATOM LANJUTAN

STRUKTUR ATOM LANJUTAN

NURUN NAYIROH, M.Si Pertemuan Ke 9 dan 10

FISIKA MODERN

SUB TEMA

SUB TEMA

Model Atom Bohr

Tingkat Energi dan Spektrum

Asas Persesuaian

MODEL ATOM BOHR

MODEL ATOM BOHR

• Rutherford mengemukakan bahwa massa dan muatan

positif atom terhimpun pada suatu daerah kecil di pusatnya.

• Hasil pengamatan spektroskopis terhadap spektrum atom

Hidrogen telah membuka kelemahan kelemahan model atom Rutherford.

• Pada tahun 1913, Niels Bohr (1885 1962) menyusun model

atom Hidrogen berdasarkan model atom Rutherford dan teori Kuantum Planck

• Bohr mengemukakan bahwa atom ternyata mirip sistem

planet mini, dengan elektron elektron mengedari inti atom seperti halnya planet planet mengedari matahari.

Dengan alasan yang sama bahwa sistem tata sura tidak runtuh karena tarikan gravitasi antara matahari dan tiap planet, atom juga tidak runtuh karena tarikan

elektrostatis Coulomb antara inti atom dan elektron. Dalam kedua kasus ini, gaya tarik berperan memberikan percepatan sentripetal yang dibutuhkan untuk

mepertahankan gerak edar.

e

+Ze v

F = a

Elektron berada dalam orbit diatur oleh

Energi total sebuah elektron dalam orbit adalah penjumlahan energi kinetik dan energi potensialnya:

dengan = 1 / (4πε0), dan adalah muatan elektron Momentum sudut elektron hanya boleh memiliki harga diskret tertentu:

dengan = 1,2,3,… dan disebut bilangan kuantum utama, adalah

konstanta Planck, dan

Jari jari Orbit Elektron

Elektron yang jari jari lintasannya r memiliki persamaan

umum untuk sembarang lintasan :

dengan r

₁

= 0,53 Å (jari jari Bohr), dan n = 1,2,3,… dst.

π ε

Kecepatan elektron dalam orbit :

dimana: n = 1,2,3,…

Untuk tingkat dasar : n =1 & Z = 1

Tingkat Energi dan Spektrum

Tingkat Energi dan Spektrum

Foton dipancarkan bila elektron melompat dari suatu tingkat energi ke tingkat energi yang lebih rendah, Berbagai orbit yang diijinkan berkaitan dengan energi elektron yang berbeda beda.

Energi elektron E_ndinyatakan dalam jari jari orbit r_n diberikan sebagai berikut:

Rumus r_ndisubstitusi ke persamaan di atas, sehingga menjadi:

Energi untuk kulit ke n:

Tingkat energi ini semuanya negatif, hal ini menyatakan bahwa elektron tidak memiliki energi yang cukup untuk melarikan diri dari inti.

Apabila terjadi perpindahan (transisi) elektron dari satu kulit ke kulit yang lain, maka memerlukan energi :

Besarnya energi yang diperlukan atau dipancarkan sebesar:

λ = =

h = tetapan Planck = 6,6.1034_Js f = frekuensi foton (Hz)

c = cepat rambat cahaya = 3.108_m/s

λ= panjang gelombang foton (m)

Sehingga,

Tingkat energi yang terendah E1disebut

dari atom itu dan tingkat energi lebih tinggi E2, E3, E4,...disebut keadaan

eksitasi (status eksitasi).

Ketika bilangan kuantum n bertambah, energi En yang bersesuaian mendekati nol; dalam limit n= ≈, E≈= 0 dan elektronnya tidak lagi terikat pada inti

untuk membentuk atom.

Tingkat tingkat energi atom Hydrogen

! ! "

# =−

Adalah energi yang dibutuhkan untuk membebaskan elektron dari atom dalam keadaan dasarnya atau energi yang diserap untuk men ion kan atom.

Energi ionisasi biasanya sama dengan –E₁, yang harus dilengkapi agar menurunkan sebuah elektron dari keadaan dasarnya.

Bila elektron terbangkit sampai kuantum, maka elektron itu lepas dari lingkungan atom dan atom tersebut menjadi ion (+). Besar Energi Ionisasi atom Hidrogen:

Sebaliknya jika ion Hidrogen mengikat sebuah elektron akan dipancarkan energi sebesar:

Besar Frekuensi foton yang dipancarkan:

Elektron yang terlepas dari susunan atom akan ditangkap oleh struktur atom yang lain.

Kemampuan sebuah atom untuk menangkap elektron bebas disebut sebagai Dan atom tersebut menjadi ion ( )

untuk n = 2 diperoleh frekuensi yang sesuai dengan salah satu deret balmer.

• Bila elektron meloncat dari lintasan yang energinya tinggi

ke lintasan yang energinya rendah, dipancarkan energi sebesar E=h.f mengikuti spektrum “

Paschen, Brackett, Pfund), dengan persamaan :

nA = Kulit yang dituju nB = Kulit yang ditinggalkan

•

Ada empat postulat yang digunakan 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 2̟.

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 E

_U

ke keadaan energi lebih rendah

E

_I

, sebuah foton dengan energi h

υ

=E

_U

E

_I

diemisikan. Jika sebuah foton diserap, atom

tersebut akan bertransisi ke keadaan energi

rendah ke keadaan energi tinggi.

Kelebihan model Bohr

Kelebihan model Bohr

•

Keberhasilan teori Bohr terletak pada

kemampuannya untuk meramalkan garis garis

dalam spektrum atom hidrogen.

•

Salah satu penemuan adalah sekumpulan garis

halus, terutama jika atom atom yang

Kelemahan

Kelemahan

• Struktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori

Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikan spektrum selain atom hydrogen

• Belum mampu menjelaskan adanya stuktur halus

) pada spektrum, yaitu 2 atau lebih garis yang sangat berdekatan

• Belum dapat menerangkan spektrum atom kompleks

Itensitas relatif dari tiap garis spektrum emisi.

• Efek Zeeman, yaitu terpecahnya garis spektrum bila atom

berada dalam medan magnet

Postulat Bohr

Sebuah elektron dalam model atom Bohr yang mengalami percepatan sewaktu beredar dalam garis edar lingkaran, tidak meradiasikan energi elektromagnet (kecuali jika ia berpindah ke garis edar).

Hukum Fisika Klasik

Sebuah partikel bermuatan meradiasikan elektromagnet bila mengalami percepatan.

Fisika klasik memberi bentuk berbeda k =1_/

2mv2 ;

tetapi telah kita perlihatakan bahwa E – E₀tersederhanakan menjadi 1_/

2mv2apabila v << c. Jadi, kedua pernyataan ini sebenarnya tidaklah terlalu berbeda yang satu merupakan hal khusus dari yang lainnya

Asas

Persesuaian

(

Sebuah partikel bermuatan elektrik yang bergerak sepanjang sebuah lingkaran meradiasikan gelombang elekteromagnetik dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi gerak

melingkarnya.

Misal jarak tempuh satu gerak edar lingkaran penuh elektron = 2πr, dengan laju edar v = √2k/m, maka diperoleh

periodenya :

Karena frekuensi v adalah kebalikan periode maka :

Dengan menggunakan penyataan diatas bagi jari jari orbit yang diperkenankan maka diperoleh :

Sehingga sebuah elektron klasik yang bergerak dalam orbit lingkaran berjari jari rnakan meradiasikan gelombang

elektromagnet dengan frekuensi ν_nini.

Namun jika kita perbesar jari jari atom bohr menjadi sangat besar mulai dari objek berukuran kuantum (1010_{m) hingga}

ke ukuran laboratorium (103_{m) ,dapatkah kita harapkan}

Jika n besar sekali,kita dapat hampiri n 1 dengan n

dan 2n 1 dengan 2n,sehingga menurut persamaan

seperti ini :

Rumus di atas, identik dengan persamaan frekuensi klasik. Elektron klasik berspiral secara mulus menuju inti atom, sambil meradiasi dengan frekuensi yang diberikan.

Sedangkan elektron kuantum meloncat dari orbit n ke orbit (n 1), dan kemudian ke orbit (n 2), dan seterusnya

Apabila orbit orbit lingkaran besar sekali, maka loncatan dari satu orbit lingkaran ke orbit yang lebih kecil

Pemahaman

Pemahaman

Dalam rentang n yang besar, dimana fisika

klasik dan kuantum bertumpang tindih,

pernyataan klasik dan kuantum bagi frekuensi

radiasi keduanya identik. Ini adalah salah satu

contoh penerapan asas persesuaian bohr.

Asa ini penting untuk memahami bagaimana

kita beranjak dari ranah dimana berlaku

hukum hukum fisika klasik ke ranah dimana

berlaku hukum hukum fisika kuantum.

EKSITASI ATOMIK

EKSITASI ATOMIK

Terdapat 2 mekanisme utama eksitasi:

◦ Tumbukan dengan partikel lain.

Sebagian Ek bersamanya diserap oleh atom, sehingga atom tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi, kemudian kembali lagi ke keaadaan dasarnya dalam waktu 108_{s dengan memancarkan foton}

◦ Dengan menimbulkan lucutan listrik dalam gas

bertekanan rendah, sehingga timbul medan listrik yang mempercepat elektron dan ion atomik sampai energi kinetiknya cukup untuk mengeksitasikan atom ketika terjadi tumbukan.

◦ Eksitasi melalui penyerapan radiasi.

Pada percobaan Frank-Hertz mengggunakan sinar elektron yang dipercepat untuk mengukur besarnya energi eksitasi pertama pada atom gas mercury (Hg).

Elektron yang dihasilkan dari proses termionik pada katoda akan dipercepat diantara katoda dan anoda, dalam tabung uap-Hg elektron tersebut akan mengalami tumbukan dengan atom hidrogen.

Proses tumbukan yang terjadi meliputi tumbukan elastik dan non elastik. Setelah energi kritis tercapai, ternyata arus menurun secara tiba-tiba.

Tafsiran dari effek ini ialah bahwa elektron yang bertumbukan dengan atom memberikan sebagian atau seluruh energi di atas tingkat dasar.

Tumbukan semacam ini disebut tak elastis. Energi kritis elektron bersesuaian dengan energi yang diperlukan untuk menaikkan atom ke tingkat eksitasi terendah.

Semakin banyak elektron yang mencapai anoda maka arus listriknya makin besar. Atom-atom dalam tabung saling bertumbukan akan tetapi tidak ada energi yang dilepaskan di dalam tumbukan ini. Jadi

tumbukannya secara elastis.

Untuk menghasilkan terjadinya pelepasan energi, maka atom mengalami transisi ke suatu keadaan eksitasi dan hal ini dapat dilakukan dengan cara tabung elektron diisi dengan gas hidrogen, maka elektron akan

mengalami tumbukan dan jika tegangan dinaikkan lagi maka arus listriknya juga akan ikut naik.

Jika energi kinetik kekal dalam tumbukan antar elektron dan sebuah atom uap gas hidrogen, elektronnya hanya terpental dalam arah yang berbeda dengan arah datangnya.karena atom tersebut lebih masif dari

#

#$ $ % ##&

#

#$ $ % ##&

'$#&(

'$#&())

$*+

$*+

) ,

- " .

! /

-- ,

.

)0

-/ ,

/ -

-- !

.

# !

# #$

Rumus

Rumus Percobaan

Percobaan Franck

Franck Hertz

Hertz

E

_e

: energi eksitasi

V : tegangan eksitasi

N : jumlah data

Franck - Hertz