Teori Atom dan Aspek Eksperimen

BAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Mengingat bahwa ikatan kimia mencakup ikatan antara atom atom atau molekul molekul dalam suatu materi, maka untuk mendapatkan gambaran yang jelas mengenai ikatan tersebut, perlu ditinjau kembali masalah bangun atom terlebih dahulu.

Partikel terkecil dari suatu materi yang tidak dapat dipecah-pecah lagi dengan metode konvensional dinamakan atom. Pertama kali istilah atom diajukan oleh Democritus dan dipopulerkan kembali oleh Dalton melalui Teori Atom Dalton.

Pada perkembangan selanjutnya diketahui bahwa materi memiliki sifat listrik yang dikemukakan oleh Faraday, memberi gagasan bahwa atom juga dapat memiliki sifat listrik, dimana muatan positif dan negatif tersebar secara merata di seluruh permukaan atom (seperti roti kismis). Gagasan ini dikemukakan oleh Thomson melalui Model Atom Thomson.

Dengan dikemukakannya unsur-unsur radioaktif dan sifat keradioaktifan unsur, para pakar melakukan berbagai manuver percobaan dengan unsur-unsur radioaktif. Hasil pemboman terhadap lempeng emas dengan partikel alfa (hasil peluruhan radionuklida) melahirkan model atom Rutherford. Menurut model ini, atom terdiri dari inti atom bermuatan positif dengan ukuran sangat kecil, dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif.

Dasar percobaan dari model atom Rutherford sudah tepat, tetapi karena gagasannya tidak sesuai dengan teori fisika Maxwell (elektron bergerak mengelilingi inti), maka model atom Rutherford diperdebatkan. Dengan kata lainperlu disempurnakan.

Pada perkembangan selanjutnya, para pakar sains lebih tertarik terhadap hubungan antara materi dan energi. Sebagai perintis dalam hal ini adalah Einstein yang

Dengan semaraknya berbagai temuan dan teori, Bohr mencoba memadukan teori kuantum Planck dan model atom Rutherford untuk menjelaskan spektra atom Hidrogen, melahirkan model atom Bohr, yang didasarkan pada empat postulat.

Berdasarkan dualisme materi dari de Broglie dan ketidakpastian dari Heisenberg, muncul teori atom kuantum yang dikembangkan oleh Schr dinger danӧ

penerusnya. Sampai saat ini teori tersebut masih diberlakukan walaupun masih banyak kelemahan, sebab belum ada lagi teori atom yang lebih mutakhir.

I.2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana dasar teori atom Dalton?

2. Bagaimana cara mendeteksi elektron dan sifat khasnya?

3. Apa saja model atom dan apa dasar eksperimen yang dilakukan?

4. Bagaimana dualisme cahaya?

5. Bagaimana pokok-pokok teori Planck, sifat radiasi benda hitam dan efek fotolistrik?

6. Bagaimana prinsip-prinsip percobaan yang mendukung teori Planck?

7. Bagaimana terjadinya spektrum dan kaitannya dengan teori Bohr?

I.3 Tujuan

1. Menjelaskan dasar teori atom Dalton

2. Menjelaskan cara mendeteksi dan sifat khasnya

3. Menjelaskan berbagai model atom beserta dasar eksperimen yang dilakukan

4. Menjelaskan dualisme cahaya

5. Menjelaskan pokok-pokok teori Planck, sifat radiasi benda hitam dan efek fotolistrik

BAB II PEMBAHASAN

II.1 Dasar Teori Atom Dalton

Sudah sejak zaman purba manusia ingin mengetahui sifat bahan penyusun materi. Bila dilihat dengan mata, maka bahan tampak sebagai massa kontinu, namun bukti eksperimental menunjukkan bahwa materi terdiri dari satuan satuan yang terpisah-pisah dan nyata. Pada awalnya gagasan tentang atom dikemukakan oleh Demokritus dan Leukipos. Mereka menganggap bahwa pembagian materi bersifat diskontinu, jika suatu materi dibagi dan dibagi lagi maka pada akhirnya akan diperoleh partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi, partikel kecil tersebut disebut atom (a = tidak; tomos = terbagi). 2000 tahun kemudian (1805) barulah John Dalton menempatkan konsep atom secara kokoh menjadi konsep pokok keilmuan kimia.

Berikut Konsep atom menurut Dalton :

1. Unsur-unsur terdiri dari partikel-partikel yang luar biasa kecil yang tidak dapat dibagi kembali (disebut atom).Dalam reaksi kimia,mereka tidak dapat diciptakan,dihancurkan atau diubah menjadi jenis unsur yang lain.

2. Semua atom dalam unsur yang sejenis adalah sama dan oleh karena itu memiliki sifat-sifat yang serupa;seperti massa dan ukuran.

3. Atom dari unsur-unsur yang berbeda jenis memiliki sifat-sifat yang berbeda pula. 4. Senyawa dapat dibentuk ketika lebih dari 1 jenis unsur digabungkan.

5. Atom-atom dari 2 unsur atau lebih dapat direaksikan dalam perbandingan-perbandingan yang berbeda untuk menghasilkan lebih dari 1 jenis senyawa.

A. Percobaan Lavosier

Mula-mula tinggi cairan merkuri dalam wadah yang berisi udara adalah A, tetapi setelah beberapa hari merkuri naik ke B dan ketinggian ini tetap. Beda tinggi A dan B menyatakan volume udara yang digunakan oleh merkuri dalam pembentukan bubuk merah (merkuri oksida). Untuk menguji fakta ini, Lavoisier mengumpulkan merkuri oksida, kemudian dipanaskan lagi. Bubuk merah ini akan terurai menjadi cairan merkuri dan sejumlah volume gas (oksigen) yang jumlahnya sama dengan udara yang dibutuhkan dalam percobaan pertama.

B. Percobaan Joseph Pruost

Pada tahun 1799 Proust menemukan bahwa senyawa tembaga karbonat baik yang dihasilkan melalui sintesis di laboratorium maupun yang diperoleh di alam memiliki susunan yang tetap.

Percobaan

ke-Sebelum

pemanasan (g Mg)

Setelah pemanasan (g MgO)

Perbandingan Mg/MgO

1 0,62 1,02 0,62/1,02 = 0,61

2 0,48 0,79 0,48/0,79 = 0,60

3 0,36 0,60 0,36/0,60 = 0,60

Kelebihan Dari Teori Atom Dalton

Beberapa teori atom yang dinyatakan John Dalton memiliki beberapa kelebihan, diantaranya yaitu:

1. Bahwa seperti kenyataannya, dua buah atom atau lebih yang berasal dari unsur-unsur yang sama maupun yang tidak sama dapat membentuk suatu molekul.

2. Teori atom yang menyatakan bahwa atom-atom yang bersenyawa membentuk molekul mempunyai perbandingan tertentu, sehingga melahirkan hukum kekekalan massa Lavoiser (jumlah massa sebelum dan sesudah reaksi adalah tetap).

3. Memotivasi para ilmuwan yang lain untuk mengkaji lebih dalam tentang atom, sehingga muncullah teori-teori atom yang lebih lengkap, seperti teori atom Thomson, teori atom Rutherford, dan teori atom Niels Bohr.

Kekurangan Teori Atom Dalton

Dari teori-teori atom yang dinyatakan John Dalton selain memiliki kelebihan juga memiliki kekurangan, diantaranya yaitu:

1. Menurut John Dalton atom merupakan bagian terkecil suatu materi yang tidak dapat dibagi lagi, sedangkan pada kenyataannya atom masih dapat dibagi lagi menjadi sub-sub atom yang terdiri (proton, neutron, dan elektron) kenyataan ini dapat dibuktikan oleh Thomson melalui percobaannya.

2. Dalam teori John Dalton belum dapat menjelaskan gagasan tentang inti atom seperti yang dinyatakan Rutherford, dari hasil percobaannya dengan menggunakan sumber partikel Alfa.

3. Teori atom John Dalton belum bisa menjelaskan tentang adanya tingkat-tingkat energi (kulit-kulit) dalam atom, lintasan-lintasan stasioner dalam atom, dan pancaran atau penyerapan energi dari masing-masing lintasan dalam atom.

4. Tidak dapat menjelaskan sifat listrik materi (hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik).

5. Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan

7. Dalam perkembangan zaman dan seiring kemajuan teknologi mungkin akan lebih banyak pembuktian bahwa teori atom yang dinyatakan John Dalton masih sangat sederhana dan masih banyak pula kelemahannya. Contoh dari pendapat Dalton yang salah yaitu “Atom-atom pada suatu unsur tertentu adalah identik, artinya memiliki massa, ukuran dan sifat-sifat yang sama”, tapi para ilmuwan lain dapat menunjukkan bahwa atom-atom dari unsur yang sama dapat memiliki massa dan ukuran yang berbeda.

II.2 Cara Mendeteksi Elektron dari Sifat Khususnya

Pada tahun 1834 Faraday mengemukakan bahwa materi dan listrik adalah ekivalen. Penemuan elektron diawali dengan pembuatan tabung sinar katoda oleh J. Plucker (1858) dan dipelajari lebih lanjut oleh W. Crookes (1875), dan J.J. Thomson (1879).

1. Percobaann Thomson

Apabila suatu tabung vakum dengan dua electrode dan mengandung gas sedikit mendapat tegangan listrik dari luar, maka akan terjadi arus partikel dari elektroda negative, atau katoda, ke elektroda positif, atau anoda. Arus katoda ini merupakan arus electron. Muatan electron adalah negative dan besarnya 1,602 x 1011 _{C/kg. ternyata nilai perbandingan e/m}

e saja tidak cukup untuk mengetahui sifat electron, sehingga harus dicari cara untuk menentukan muatan electron bebas.

Selanjutnya dari bukti eksperimen diketahui bahwa sinar katode mempunyai sifat sebagai berikut:

1. Merambat menurut garis lurus, kecuali kalau dikenai gaya dari luar.

2. Bermuatan negatif karena tertarik oleh lempeng yang bermuatan positif dan dibelokkan oleh medan magnit dengan arah yang sama.

4. Sifat sinar katode tidak tergantung pada bahan katode, macam gas dalam tabung, maupun macam kawat penghantar arus listrik dalam tabung.

5. Dari bukti eksperimen juga dapat dinyatakan bahwa elektron merupakan partikel dasar yang dijumpai dalam setiap zat.

2. Percobaan Milikan

Penentuan muatan electron telah dilakukan oleh Milikan (1909) dengan tetesan minyaknya. Ruang antara pelat bermuatan mengandung udara. Dasar alat milikan terdiri dari dua pelat yang bermuatan dari pengatomasi A disemprotkan tetesan minyak.

Electron dibebaskan dari atom gas yang terdapat antara pelat oleh seberkas sinar – X. bila tetesan minyak disemprotkan ke dalam ruangan, electron akan menempel pada tetesan minyak yang dilewatkan antara dua pelat tersebut. Dengan menentukan muatan total pada minyak, banyaknya minyak dan pengandaian bahwa satu tetes hanya mengikat satu electron, maka muatan electron dapat dihitung. Nilai muatan yang didapat, digabungkan dengan nilai m/e dari Thomson, memberikan nilai e/me, massa electron. Apabila nilai m/e ini dibandingkan terhadap nilai massa hydrogen, m/H, maka me/mH = 1/1837.

Suatu elektrode logam diletakkan pada kedua ujung tabung gas dan udara dikeluarkan dari tabung dengan menggunakan pompa fakum. Bila tabung diberi muatan listrik maka sinar akan dipancarkan dari katode (elektrode negatif) menuju ke anode (elektrode positif). Karena sinar yang dipancarkan berasal dari katode maka disebut sinar katode. Pada percobaan tersebut juga dilakukan pengamatan tentang pengaruh adanya medan listrik dan medan magnet terhadap sinar katode.

Kelemahan dari Dalton diperbaiki oleh J.J. Thomson, eksperimen yang dilakukannya dengan menggunakan tabung sinar kotoda. Hasil eksperimennya menyatakan terdapat partikel bermuatan negative dalam atom yang disebut elektron. Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positif untuk menetralkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom Dalton dan mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson. Pada tahun 1904, J. J Thomson mengemukakan suatu model atom yang berbeda dengan teori atom Dalton.

Menurut Thomson, atom merupakan bola padat dan mempunyai muatan positif yang terbagi rata ke seluruh atom. Muatan ini dinetralkan oleh elektron-elektron yang juga tersebar mengelilingi atom. Model atom Thomson disebut juga sebagai model puddding Thomson atau model roti kismis.

Asal mula Di temukannya model atom Thomson

Pada tahun 1897 J.J Thomson menemukan adanya elektron dalam suatu atom dengan melakukanpercobaan tabung sinar katoda

yang cukup tinggi (beberapa ribu volt), gas dalam tabung akan berpijar dengan cahaya yang warnanya tergantung pada jenis gas dalam tabung (gas neon berwarna merah, gas natrium berwarna kuning). Jika tekanan gas dikurangi, maka daerah didepan katode akan menjadi gelap. Daerah gelap ini akan bertambah jika tekanan gas dalam tabung terus dikurangi, akhirnya seluruh tabung menjadi gelap, tetapi bagian tabung didepan katode berpendar dengan warna kehijauan.

Melalui percobaan dapat ditunjukkan bahwa perpendaran tersebut disebabkan oleh suatu radiasi yang memancar dari permukaan katode menuju anode. Oleh karena berasal dari katode, maka radiasi ini disebut sinar katode. Hasil percobaan tabung katoda ini membuktikan bahwa ada partikel bermuatan negatif dalam suatu atom karena sinar tersebut dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik. selanjutnya sinar katode ini merupakan partikel yang bermuatan negatif dan oleh Thomson partikel ini dinamakan elektron.

Thompson memperkirakan bahwa elektron ini sebagai partikel elementer penyusun atom. Elektron merupakan partikel sub atomik pertama yang dikenal manusia. Berdasarkan penemuan ini, Thompson mengajukan sebuah model atom untuk menjelaskan hasil-hasil eksperimen maupun prediksi teoritis yang muncul saat itu dengan nama model kue kismis. Atom dipandang sebagai sebuah bola bermuatan positif yang dinetralisir oleh elektron-elektron yang tersebar merata di seluruh volume bola.

Pada saat yang hampir bersamaan dengan penemuan elektron oleh Thompson, Antoine-Henri Becquerel tahun 1896 menemukan gejala radioaktivitas alamiah pada unsur radium. Materi-materi yang dipancarkan unsur tersebut berhasil diidentifikasi sebagai sebuah gelombang elektromagnetik (sinar), elektron (sinar) dan partikel (atom inti Helium). Penemuan radioaktivitas radium ini seolah-olah memperkuat ide Thompson tentang model atom yang diajukannya.

Kelebihan model atom Thomson

Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.

Model atom Thomson memiliki kelemahan yaitu belum ada bagian-bagian atom atau dengan kata lain tidak ada pemisahan antara elektron dan proton, karena kedua tersebar merata ke seluruh atom.

B. Rutherford

Dalam percobaannya, Ernest Rutherford (1871-1937) menembakkan partikel _ (alfa) pada kepingan emas yang tipis dengan tebal 1/100 mm. partikel alfa adalah partikel angmempunyai massa 7000 kali massa elektron. Hasil pengamatan menunjukkan adanya partikel-partikel yang dihamburkan, dibelokkan dan dipantulkan.. Berdasarkan hasil experimennya, Ruther ford menyangkal teori atom J.J Thomson.Pada tahun 1911 ia menyusun model atom yang baru.

Model atom menurut Rutherford:

1. Atom sebagian besar tediri dari ruang hampa dengan satu inti yang bermuatan positif dan satu atau beberapa electron yang beredar disekitar inti, seperti planet-planet yang bergerak dalam sistem tata surya. Massa atom sebagian besar terletak pada intinya.

2. Atom secara keseluruhan bersifat netral, muatan positif pada inti sama besarnya dengan muatan elektron yang beredar di sekitarnya. Muatan positif pada inti besarnya sama dengan nomer atom dikalikan dengan muatan elementer.

3. Inti dan elektron tarik-menarik. Gaya tarik menarik ini merupakan gaya sentripetal yang mengendalikan gerak elektron pada orbitnya masing-masing seperti grafitasi dalam tata surya.

Percobaan Rutherford sehingga menemukan model atom

Ernest Rutherford (1871 – 1937), ilmuwan Inggris bersama dua orang asistennya Geiger dan Marsden pada tahun 1911, menguji kebenaran model atom Thomson. Mereka melakukan percobaan dengan menembakkan sinar alfa (α) melalui celah pelat timbal dan ditumbukkan dengan lempeng emas tipis yang berukuran 0,01 mm. Untuk mendeteksi partikel alfa yang keluar dari lempeng emas, dipasang layar yang berlapis seng sulfida. Apabila partikel α bertumbukkan dengan lempeng ini maka akan menyebabkan nyala sekilas atau fluoresensi yang dapat terlihat secara jelas.

Hasil pengamatan Rutherford dinyatakan sebagai berikut:

1) Sebagian besar sinar α dapat menembus lempeng emas dengan lurus, hal ini terjadi karena tidak dipengaruhi oleh elektron-elektron. Karena sebagian besar bagian atom merupakan ruang kosong.

2) Sebagian kecil sinar α dibelokkan, karena lintasannya terlalu dekat dengan inti atom, sehingga dipengaruhi oleh gaya tolak inti atom. Karena inti atom bermuatan positif.

3) Sedikit sekali sinar α dipantulkan kembali sebab tepat bertumbukkan dengan inti atom. Karena massa atom terpusatkan pada inti atom.

1. Muatan positif berkumpul pada suatu titik di tengah-tengah atom yang disebut inti atom.

2. Muatan negatif (elektron) berada di luar inti atom dan bergerak mengelilingi inti pada lintasannya seperti planet-planet mengelilingi matahari pada sistem tata surya.

Kelebihan Model Atom Rutherford

1. Bahwa atom memiliki inti atom yang bermuatan positif dan disekelilingnya terdapat elektron yang mengelilinya.

2. Dapat menerangkan fenomena penghamburan partikel alfa oleh selaput tipis emas

3. Jari-jari inti atom dan jari-jari atom sudah dapat ditemukan

4. Sudah dapat menerangkan / menentukan bentuk lintasan elektron yang mengelilingi inti atom

5. Dapat menggambarkan gerak elektron disekitar inti

6. Elektron dapat bergerak dalam lintasan apapun, dari lintasan yang tak terhingga jumlahnya

Kelemahan Model atom Rutherford

Sebagaimana halnya model atom Thomson, model atom Rutherford juga harus diuji kebenarannya apakah sesuai dengan kenyataan atau tidak. Dari hasil pengujian para ilmuwan ternyata juga ditemukan adanya kelemahan pada model atom Rutherford.

Kelemahan kedua, model atom Rutherford tidak dapat menjelaskan spektrum garis hidrogen. Hal ini terjadi karena lintasan elektron semakin mengecil, sehingga waktu putarnya juga berkurang dan frekuensi gelombang yang dipancarkan menjadi beraneka ragam. Sehingga, atom hidrogen tidak akan menunjukkan spektrum garis tertentu, namun spektrumnya merupakan spektrum kontinu. Sedangkan pada kenyataannya dengan menggunakan spektrometer menunjukkan bahwa spektrum atom hidrogen merupakan garis yang khas.

II.4 Dualisme Cahaya

Mengungkap Identitas Cahaya

Cahaya itu Partikel? Atau Gelombang?

Percobaan Newton tentang cahaya

Dari sejak itulah "cahaya adalah partikel" mulai dikenal banyak orang. Terciptanya bayangan saat sinar diarahkan ke suatu benda juga adalah bukti bahwa cahaya adalah partikel. Kalau "cahaya adalah gelombang", maka bila cahaya diarahkan ke suatu benda, cahaya akan mengalami difraksi, dan bayangan tidak mungkin terjadi. Tapi karena bayangan terjadi, maka bisa dikatakan "cahaya adalah gelombang" gugur.

Tapi tetap ada juga yang menyatakan "cahaya adalah gelombang". Dia adalah Christiaan Huygens, yang hidup di era yang hampir sama dengan Newton. Saat dia melakukan percobaan dengan menumbukkan dua buah berkas cahaya, dia mendapatkan hasil bahwa kedua cahaya itu saling menembus. Makanya Huygens berpikir cahaya adalah gelombang". Kalau "cahaya adalah partikel", maka seharusnya sinar akan bertabrakan, dan bergerak berlawanan arah.

Tapi, bagaimana menjelaskan fenomena bayangan pada benda? Untuk menjelaskan hal ini, kita menganggap ukuran benda jauh lebih besar daripada panjang gelombang. Karena panjang gelombangnya sangat kecil, maka saat bertumbukan dengan benda, difraksi hampir tidak terjadi, malahan gelombang cahaya terhalang sepenuhnya oleh benda. Oleh karena itu, bayangan terbentuk.

Penjelasan diatas adalah bukti bahwa cahaya adalah partikel sekaligus gelombang. Fakta yang tidak dapat dibantah bahkan hingga saat ini. Tapi, perlu diskusi dan debat sangat panjang untuk mencapai kesimpulan tersebut.

Bukti Krusial Cahaya Adalah Gelombang

teori "cahaya adalah partikel". Tapi, diawal abad ke-19, Thomas Young menemukan fenomena interferensi cahaya lewat percobaan celah ganda-nya. Karena interferensi adalah fenomena khusus yang hanya ada pada gelombang, alhasil dalam sekejap teori "cahaya adalah gelombang" menjadi populer. Kalau "cahaya adalah partikel", maka berkas cahaya akan tampil sesuai dengan ukuran celah ganda tersebut. Teori "cahaya adalah partikel" tidak bisa menjelaskan hasil percobaan Young berupa spektrum garis hitam putih. Ini adalah bukti krusial "cahaya adalah gelombang".

Percobaan Celah Ganda oleh Thomas Young

Percobaan Celah Ganda oleh Thomas

Cahaya adalah Salah Satu Jenis Gelombang Elektromagnetik

. Banyak percobaan yang dilakukan untuk membuktikan "cahaya adalah gelombang". Dan pada pertengahan abad-19, teori ini hampir selesai disusun. Dan perangkum semua teori itu adalah Fisikawan Inggris, James Clerk Maxwell (1831-1879). Dia mencetuskan istilah "gelombang elektromagnetik".

magnet telah dipastikan. Listrik menghasilkan magnet, sebaliknya magnet pun dapat menghasilkan listrik.

Pada 1864 Maxwell mencetuskan ide mengenai medan dimana energi listrik atau magnet bekerja, atau juga biasa disebut medan listrik dan medan magnet. Kedua medan itu terbentuk karena getaran gelombang elektromagnetik yang merambat. Maxwell menemukan bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik itu identik dengan kecepatan cahaya. Oleh karena itu, dia menyimpulkan bahwa cahaya adalah salah satu gelombang elektromagnetik.

Dua Buah Misteri Cahaya

Kita sudah membaca perkembangan teori "cahaya adalah gelombang" hampir selesai disusun pada akhir abad 19. Tapi kalau "cahaya adalah gelombang", ada 2 misteri cahaya yang tersisa. Yang pertama, medium. Misalnya saja gelombang bunyi, mediumnya adalah udara. Dengan ikut bergetarnya partikel-partikel di udara, gelombang bunyi dapat merambat dan sampai di telinga. Kalau medium tidak ada, misalnya saja di luar angkasa, maka gelombang bunyi tidak dapat merambatdan didengarkan. Nah, bagaimana dengan gelombang cahaya? Cahaya menyebar di seluruh alam semesta, makanya medium gelombang cahaya adalah sesuatu yang melimpah di alam semesta. Tapi apakah itu? Bukankah alam semesta adalah ruang hampa?

Misteri kedua adalah karakteristik cahaya yang dihasilkan benda panas, sesuatu yang waktu itu tidak dapat dijelaskan para fisikawan. Dalam penelitiannya mengenai hal ini, Planck mengusulkan ide "energi kuantum", yang akhirnya bisa memecahkan misteri karakteristik cahaya. Bahkan pada perkembangannya, bisa menjawab misteri pertama, misteri medium gelombang cahaya (Nugroho,2015)

Dualisme Teori cahaya

yang diemisikan. Kecepatan elektron yang diemisikan bergantung pada frekuensi, semakin besar f maka semakin besar pula kecepatan elektron yang di emisikan.

Cahaya memiliki sifat kembar (dualisme), pada kondisi tertentu cahaya dapat memiliki sifat partikel dan pada kondisi tertentu juga cahaya dapat memiliki sifat gelombang. Sebuah cahaya hanya dapat memiliki satu sifat, artinya walaupun cahaya bersifat dualisme tidak berarti cahaya bisa memiliki sifat keduanya secara bersamaan. Jika dalam suatu kondisi tertentu cahaya berupa partikel maka cahaya tersebut tidak akan memiliki sifat dualisme nya sebagai gelombang, cahaya memang memiliki kedua sifat tersebut tetapi kedua sifat tersebut tidak akan bisa muncul secara bersamaan.

Dualisme cahaya berasal dari teori Newton dan Huygens:

1. Teori Newton

a. Cahaya terdiri dari partikel b. Gerak lurus

c. Dapat menjelaskan efek dari fotolistrik 2. Teori Huygens

a. Cahaya merupakan gelombang

b. Dapat menerangkan sifat interferensi.

Jika pada suatu tempat bertemu dua buah gelombang, maka resultan gelombang di tempat tersebut sama dengan jumlah dari kedua gelombang tersebut. Peristwa ini di sebut sebagai prinsip superposisi linear. Gelombang-gelombang yang terpadu akan mempengaruhi medium. Pngaruh yang ditimbulkan oleh gelombang-gelombang yang terpadu tersebut disebut interferensi gelombang.

Efek interferensi :

- Interferensi konstruktif adalah perpaduan dua gelombang atau lebih dengan frekuensi dan fasa yang sama tetapi amplitudo berbeda sehingga saling memperkuat.

Di dalam praktek, efek interferensi di dapatkan dari deret-deret gelombang yang berasal dari sumber yang sama tetapi yang mengikuti jalan yang berbeda ke titik interferensi. Perbedaan fase φ antara gelombang-gelombang yang sampai ke sebuah titik dapat di hitung dari perbedaan jalan yang di empuh oleh gelombang –gelombang

tersebut dari sumber ke titik interferensi. Perbedaan jalan tersebut adalah

(

∅ 2π

)

λ . Bila perbedaan jalan adalah 0, λ ,2 λ ,3 λ dan seterusnya, sehingga φ= 0,2 λ , 4 λ dan seterusnya maka ketiga gelombang tersebut berinterferensi secara

konstruktif. Untuk perbedaan jalan sebesar 1 2 λ , katakan berinterferensi secara destruktif. Namun demikian teori cahaya sebagai gerak gelombang tak dapat menjelaskan gejala fotolistrik dari logam. Gejala terakhir ini harus diterangkan atas dasar teori cahaya dari Newton , yang menganggap cahaya sebagai aliran partikel. Jadi, cahaya dapat dianggap sebagai gerak gelombang, tetapi juga sebagai aliran partikel. Sifat cahaya yang demikian dikenal sebagai Dualisme Cahaya.

II.5 Pokok – Pokok Teori Planck, Radiasi Benda Hitam, dan Efek Fotolistrik a. Pokok-Pokok Teori Planck

keluar dari benda hitam. Jadi, benda hitam mempunyai harga absorptansi dan emisivitas yang besarnya sama dengan satu. Seperti yang telah kalian ketahui, bahwa emisivitas (daya pancar) merupakan Karakteristik suatu materi, yang menunjukkan perbandingan daya yang dipancarkan per satuan luas oleh suatu permukaan terhadap daya yang dipancarkan benda hitam pada temperatur yang sama. Sementara itu, absorptansi (daya serap) merupakan perbandingan fluks pancaran atau fluks cahaya yang diserap oleh suatu benda terhadap fluks yang tiba pada benda itu.(susanta,2015)

Pengertian Radiasi Benda Hitam

Radiasi benda hitam adalah radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam. Radiasi ini menjangkau seluruh daerah panjang gelombang. Distribusi energi pada daerah panjang gelombang ini memiliki ciri khusus, yaitu suatu nilai maksimum pada panjang gelombang tertentu. Letak nilai maksimum tergantung pada temperatur, yang akan bergeser ke arah panjang gelombang pendek seiring dengan meningkatnya temperatur.(susanta,2015)

Hukum Stefan-Boltzmann

Pada tahun 1879 seorang ahli fisika dari Austria, Josef Stefan melakukan eksperimen untuk mengetahui karakter universal dari radiasi benda hitam. Ia menemukan bahwa daya total per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh suatu benda hitam panas (intensitas total) adalah sebanding dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Sehingga dapat dirumuskan:

I = σ.T 4

Untuk kasus benda panas yang bukan benda hitam, akan memenuhi hukum yang sama, hanya diberi tambahan koefisien emisivitas yang lebih kecil daripada 1 sehingga:

I total = e.σ.T 4

Intensitas merupakan daya per satuan luas, maka persamaan diatas dapat ditulis sebagai:

dengan:

P = daya radiasi (W) Q = energi kalor (J)

A = luas permukaan benda (m2₎ e = koefisien emisivitas

T = suhu mutlak (K)

Beberapa tahun kemudian, berdasarkan teori gelombang elektromagnetik cahaya, Ludwig Boltzmann (1844 – 1906) secara teoritis menurunkan hukum yang diungkapkan oleh Joseph Stefan (1853 – 1893) dari gabungan termodinamika dan persamaan-persamaan Maxwell. Oleh karena itu, persamaan diatas dikenal juga sebagai Hukum Stefan-Boltzmann, yang berbunyi:

“Jumlah energi yang dipancarkan per satuan permukaan sebuah benda hitam dalam satuan waktu akan berbanding lurus dengan pangkat empat temperatur termodinamikanya”.

Hukum pergeseran wien

Grafik Pergeseran Wien

Gambar diatas menunjukkan grafik antara intensitas radiasi yang dipancarkan oleh suatu benda hitam terhadap panjang gelombang (grafik I – l ) pada berbagai suhu. Total energi kalor radiasi yang dipancarkan adalah sebanding dengan luas di bawah grafik. Tampak bahwa total energi kalor radiasi radiasi meningkat dengan meningkatnya suhu ( menurut hokum Stefan- Bolztman. Energi kalor sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak.

Pengukuran spektra benda hitam menunjukkan bahwa panjang gelombang untuk intensitas maksimum (lm) berkurang dengan meningkatnya suhu, seperti pada persamaan berikut :

λm = panjang gelombang dengan intensitas maksimum (m) T = suhu mutlak benda hitam (K)

C = tetapan pergeseran Wien = 2,90 x 10-3 _{m K}

Pada suhu yang lebih tinggi (dalm orde 1000 K ) benda mulai berpijar merah, seperti besi dipanaskan. Pada suhu diatas 2000 K benda pijar kuning atau keputih-putihhan, seperti besi berpijar putih atau pijar putih dari filament lampu pijar.

Jika suatu benda padat dipanaskan maka benda itu akan memancarkan radiasi kalor. Pada suhu normal, kita tidak menyadari radiasi elektromagnetik ini karena intensitasnya rendah. Pada suhu lebih tinggi ada cukup radiasi inframerah yang tidak dapat kita lihat tetapi dapat kita rasakan panasnya jika kita mendekat ke benda tersebut. ( sukma,2015)

c. Efek fotolistrik

Efek fotolistrik dikemukakan oleh Albert Einstein pada tahun 1905. Efek fotolistrik adalah keadaan di mana cahaya mampu mengeluarkan elektron dari permukaan beberapa logam (yang paling terlihat adalah logam alkali)

Einstein menerangkan bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel foton yang energinya sebanding dengan frekuensi cahaya. Jika frekuensinya rendah, setiap foton mempunyai jumlah energi yang sangat sedikit dan tidak mampu memukul elektron agar dapat keluar dari permukaan logam. Jika frekuensi(dan energi) bertambah, maka foton memperoleh energi yang cukup untuk melepaskan elektron

Dengan Ek =energi kinetik elektron (joule)

W= hf0, yaitu fungsi kerja

f0 = frekuensi ambang

II.6 Prinsip Percobaan yang Mendukung Teori Planck

Pada tahun 1900 Max Planck mengemukakan teori kuantum. Planck menyimpulkan bahwa atom-atom dan molekul dapat memancarkan atau menyerap energi hanya dalam jumlah tertentu. Jumlah atau paket energi terkecil yang dapat dipancarkan atau diserap oleh atom atau molekul dalam bentuk radiasi elektromagnetik disebut kuantum. Planck menemukan bahwa energi foton (kuantum) berbanding lurus dengan frekuensi cahaya

Salah satu fakta yang mendukung kebenaran dari teori kuantum Max Planck adalah efek fotolistrik, yang dikemukakan oleh Albert Einstein pada tahun 1905. Efek fotolistrik adalah keadaan di mana cahaya mampu mengeluarkan elektron dari permukaan beberapa logam (yang paling terlihat adalah logam alkali) (James E. Brady, 1990).

Memperlihatkan susunan alat yang menunjukkan efek fotolistrik, Seberkas cahaya yang ditembakkan pada permukaan pelat logam akan menyebabkan logam tersebut melepaskan elektronnya. Elektron tersebut akan tertarik ke kutub positif dan menyebabkan aliran listrik melalui rangkaian tersebut.

Einstein menerangkan bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel foton yang energinya sebanding dengan frekuensi cahaya. Jika frekuensinya rendah, setiap foton mempunyai jumlah energi yang sangat sedikit dan tidak mampu memukul elektron agar dapat keluar dari permukaan logam. Jika frekuensi (dan energi) bertambah, maka foton memperoleh energi yang cukup untuk melepaskan elektron (James E. Brady, 1990). Hal ini menyebabkan kuat arus juga akan meningkat. Energi foton bergantung pada frekuensinya.

dengan:

h = tetapan Planck (6,626 × 10–34_{J dt)} ν = frekuensi (Hz)

c = kecepatan cahaya dalam vakum (3 × 108 _{m det}–1₎ λ = panjang gelombang (m)

II.7 Terjadinya Spektrum dan Kaitannya dengan Teori Bohr

Pada tahun 1913 Niels Bohr mencoba menjelaskan model atom Bohr melalui konsep elektron yang mengikuti orbit mengelilingi inti atom yang mengandung proton dan neutron. Menurut Bohr, hanya terdapat orbit dalam jumlah tertentu, dan perbedaan antar orbit satu dengan yang lain adalah jarak orbit dari inti atom. Keberadaan elektron baik di orbit yang rendah maupun yang tinggi sepenuhnya tergantung oleh tingkatan energi elektron.

Menurut Max Planck radiasi elektromagnetik bersifat diskontinyu atau dalam bentuk kuanta. Diskontinyuitas radiasi elektromagnetik dikuatkan oleh efekfotolistrik yang dikembangkan oleh Albert Einstein. Sedangkan kuantisasi/ kuanta energi digunakan oleh Niel Bohr dalam momentum sudut elektron untuk pengembangan teorinya tentang atom hidrogen.

Antaraksi antara radiasi dan atom tercakup dalam metode spektroskopi, ada dua susunan percobaan yaitu spektroskopi yang didasarkan pada radiasi yang diemisi oleh cuplikan yang dipanaskan dan spektroskopi yang didasarkan pada absorpsi radiasi yang dilewatkan suatu cuplikan. Yang pertama disebut spektroskopi emisi dan yang terakhir disebut spektroskopi absorpsi.

Alat yang digunakan untuk mendeteksi berbagai frekuensi radiasi berupa suatu plat foto disebut spektrograf. Bila yang digunakan adalah sistem elektronik, maka alatnya disebut spektrometer 1. Alat yang dapat memisahkan berbagai panjang gelombang atau frekuensi didaerah ultra lembayung, tampak. Dan inframerah adalah prisma atau kisi. Karena indeks bias bahan prisma berbeda untuk berbagai frekuensi radiasi akan mengalami bermacam-macam pembiasan. Sebagai hasilnya maka radiasi akan tersebar menurut frekuensinya.

Spektrum Atom Hidrogen

sinar itu akan terbagi menjadi beberapa komponen dengan panjang gelombang berbeda, dengan membentuk spektrum yang dapat difoto.

Balmer menunjukkan pada tahun 1885 bahwa panjang gelombang dari garis-garis

ini dapat dinyatakan oleh suatu persamaan empirik. λ= bn 2

n2−4

Keterangan = λ = panjang gelombang

b = tetapan berupa angka

n = bilangan bulat seperti 3, 4,5….dst

Ungkapan ini dapat dinyatakan dengan frekuensi lewat hubungan dengan

kecepatan cahaya (c), yaitu :

Dengan R = tetapan Ryberg (10.967.758 cm-1_{percobaan Balmer)}

Penelitian yang lebih lanjut mengungkapkan bahwa frekuensi dari semua garis dari spektrum hidrogen dapat dinyatakan oleh suatu persamaan umum:

1

Nama Seri Daerah Spektrum n1 n2

Lyman (1915) Ultra – Violet 1 2,3,4, dsb

Balmer (1885) Tampak 2 3,4,5, dsb

Paschen(1896) Inframerahdekat 3 4,5,6, dsb

Brackett (1922) Inframerah 4 5,6,7, dsb

Teori Atom Bohr untuk Hidrogen

Menurut teori elektromagnetik klasik, apabila ada elektron bergerak mengelilingi inti, seperti halnya dalam model atom Rutherford, maka elektron mengalami kecepatan dan harus disertai dengan energi yang diradiasi. Hal ini menyebabkan elektron akan bergerak seperti spiral dan akhirnya akan jatuh keinti. Maka model atom Bohr dapat mengatasinya dengan menggunakan dasar-dasar teori planck,

Teori atom Bohr didasarkan atas postulat sebagai berikut:

1. Elektron bergerak mengelilingi inti dalam lintasan berlingkar.

2. Lintasan yang dibolehkan adalah lintasan yang elektronnya mempunyai momentum

sudut sebesar kelipatan integral ₂h_n .

3. Elektron tak meradiasi energi bila terdapat dalam lintasan yang dibolehkan. Tetapi apabila elektron ini loncat dari lintasan satu kelintasan lain yang dibolehkan, maka elektron dapat mengalami penambahan atau pengurangan energi π .

Atas dasar postulat ini Bohr menghitung jari-jari dan energi dari lintasan yang dibolehkan, dan dari data ini ia menunjukkan bahwa spektrum yang didapat secara eksperimental dapat diterangkan secara teori.

Momentum sudut dari suatu partikel yang berotasi dinyatakan sebagai ω , sehingga : Iω=mr2

(

v

r

)

=mvr

Keterangan : I = momen inersia (mr2_{) ω = kecepatan sudut (v/r)} m = massa partikel yang berotasi v = kecepatan linier r = jarak antara partikel kepusat rotasi.

Berdasarkan postulat Bohr yang kedua didapat :mvr = n ₂h_π dengan n =1,2,3,

….

Bilangan bulat n adalah bilangan kuantum utama. Hanya momentum sudut tertentu yang di bolehkan, dan besaran ini dikatakan terkuantisasi dalam satuan h/2

π .

Ukuran lintasan yang dibolehkan dapat dihitung sebagai berikut. Gaya sentrifugal rotasi harus diimbangi oleh gaya tarik listrik keinti. Gaya sentrifugal dinyatakan

sebagai ¿ma , dengan a berupa percepatan ke inti. Gaya tarik Coulomb 1 antara inti

dan elektron e adalah e2_/r2_{. Pada keadaan setimbang berlaku:} mv 2

r − e2

r2 maka

didapat jari-jari lintasan yang dibolehkan adalah r = n2_{(0,529) A}

Untuk mendapatkan nilai energi dari lintasan Bohr maka terlebih dahulu dicari nilai tetapan Rydberg (R). Energi kinetik dari elektron dalam lintasan dinyatakan oleh

1 2mv

2

. Energi potensial dari elektron sebagai fungsi dari jarak 1 inti dinyatakan oleh

hukum Coulomb sebagai –e2_{/r. Energi total dari elektron adalah:} E = energi kinetik + energi potensial

1 2mv

2 –e2_/r

Dari percobaan Balmer didapatkan R = 10.967.758 m-1_{, yang tak jauh dari nilai} yang didapatkan Bohr sehingga teori bohr dapat dibenarkan.

KelebihanTeori Bohr

1. Keberhasilan teori Bohr terletak pada kemampuannya untuk meramalkan garis-garis dalam spektrum atom hidrogen.

2. Salah satu penemuan adalah sekumpulan garis halus, terutama jika atom-atom yang dieksitasikan diletakkan pada medan magnet.

Kelemahan Teori Bohr

1. Struktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memberikan spektrum selain atom Hidrogen.

2. Tidak dapat menerangkan terjadinya garis spektra tambahan ketika atom hidrogen diletakkan pada medan listrik atau medan magnet (efek Zeeman).

3. Tidak mampu menghitung besarnya panjang gelombang spektra tambahan tersebut bahkan tidak mampu meramalkan sama sekali keberadaan garis itu.

BAB III PENUTUP III.1 Kesimpulan

- Unsur-unsur terdiri dari partikel-partikel yang luar biasa kecil yang tidak dapat dibagi kembali (disebut atom).Dalam reaksi kimia,mereka tidak dapat diciptakan,dihancurkan atau diubah menjadi jenis unsur yang lain.

- Semua atom dalam unsur yang sejenis adalah sama dan oleh karena itu memiliki sifat-sifat yang serupa;seperti massa dan ukuran.

- Atom dari unsur-unsur yang berbeda jenis memiliki sifat-sifat yang berbeda pula.

- Senyawa dapat dibentuk ketika lebih dari 1 jenis unsur digabungkan.

- Atom-atom dari 2 unsur atau lebih dapat direaksikan dalam perbandingan-perbandingan yang berbeda untuk menghasilkan lebih dari 1 jenis senyawa. 2. Cara Mendeteksi Elektron dari Sifat Khususnya ada 2 yaitu Percobaann Thomson

didalam percobaan tersebut suatu tabung vakum dengan dua electrode dan mengandung gas sedikit mendapat tegangan listrik dari luar, maka akan terjadi arus partikel dari elektroda negative, atau katoda, ke elektroda positif, atau anoda. Arus katoda ini merupakan arus elektron. Kemudian percobaan milikan dimana dasar alat milikan terdiri dari dua pelat yang bermuatan dari pengatomasi A disemprotkan tetesan minyak.

3. Teori Bohr mampu untuk meramalkan garis-garis dalam spektrum atom hidrogen. Dimana ditemukannya sekumpulan garis halus, terutama jika atom-atom yang dieksitasikan diletakkan pada medan magnet.

4. Menurut Thomson, atom merupakan bola padat dan mempunyai muatan positif yang terbagi rata ke seluruh atom. Muatan ini dinetralkan oleh elektron-elektron yang juga tersebar mengelilingi atom. Model atom Thomson disebut juga sebagai model puddding Thomson atau model roti kismis.

5. Rutherford membuat teori atom, sebagai berikut:

Muatan positif berkumpul pada suatu titik di tengah-tengah atom yang disebut inti atom. Muatan negatif (elektron) berada di luar inti atom dan bergerak mengelilingi inti pada lintasannya seperti planet-planet mengelilingi matahari pada sistem tata surya.

cahaya bersifat dualisme tidak berarti cahaya bisa memiliki sifat keduanya secara bersamaan.

7. Max Planck, ahli fisika dari Jerman, pada tahun 1900 mengemukakan teori kuantum. Planck menyimpulkan bahwa atom-atom dan molekul dapat memancarkan atau menyerap energi hanya dalam jumlah tertentu. Jumlah atau paket energi terkecil yang dapat dipancarkan atau diserap oleh atom atau molekul dalam bentuk radiasi elektromagnetik disebut kuantum.

8. Radiasi benda hitam adalah radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam. Radiasi ini menjangkau seluruh daerah panjang gelombang.

9. Efek fotolistrik dikemukakan oleh Albert Einstein pada tahun 1905. Efek fotolistrik adalah keadaan di mana cahaya mampu mengeluarkan elektron dari permukaan beberapa logam (yang paling terlihat adalah logam alkali)

10. Salah satu fakta yang mendukung kebenaran dari teori kuantum Max Planck adalah efek fotolistrik, yang dikemukakan oleh Albert Einstein pada tahun 1905.

III.2 Saran

DAFTAR PUSTAKA

Noer, Mansdjoeriah Surdia. 1994. Ikatan dan Struktur Atom. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi. Jakarta

Yaya, Sunarya. 2012. Kimia Dasar I. Yrama Widya. Bandung

Nugroho, Daniel. 2015. “Mengungkap Identitas Cahaya”.

(http://www.danielnugroho.com/2012/07/mengungkap-identitas-cahaya.html ) diakses pada tanggal 12 september pukul 23.24 WIB

Sukma, Novianty. 2015. “Radiasi benda hitam”. (http://termodinamika