ATOM BERELEKTRON BANYAK

ATOM BERELEKTRON BANYAK

A. MODEL ATOM BOHR

* Keunggulan

Dapat menjelaskan adanya :

1. Kestabilan atom

2. Spektrum garis pada atom hidrogen (deret Lyman, Balmer, Paschen, Brackett,

Pfund) * Kelemahan

Tidak dapat menjelaskan :

1. Efek Zeeman yaitu, gejala tambahan garis-garis spektrum jika atom-atom

tereksitasi diletakkan dalam medan magnet.

2. Spektrum garis yang dipancarkan oleh atom berelektron banyak.

3. Pada spektrum suatu atom, beberapa garis spektrum memiliki intensitas lebih

besar dari garis spektrum yang lain.

B. MODEL ATOM MEKANIKA KUANTUM

* Dikembangkan oleh Erwin Schrodinger dan Werner Heisenberg * Dikenal denganTeori Mekanika Kuantum

1. Bilangan kuantum utama (n)

- Menentukan besar energi total elektron Energi total elektron atom hidrogen

eV n 6 , 13 E=− ₂

Energi total elektron ion He+_{, Li}2+

2 2 n z 6 , 13 E=− ⋅ z = nomor atom He+→ _{z = 2} Li2+→ _{z = 3}

- Energi total elektron banyak

2 2 ef n z 6 , 13

E=− ⋅ zef = nomor atom efektif

- Jumlah elektron maksimum pada orbit ke-n adalah 2n2 _jadi

∑

_e=_2n2 2. Bilangan Kuantum Orbital/Azimuth

- Penemu : Arnold Sommerfeld→ orbit ellips

- menentukan besar momentum anguler/sudut orbital elektron - l = (n – 1) jadi l = 0, 1, 2, 3, ...

π + = 2 h ) 1 ( L ll π 2 h ₌ h h : tetapan Planck

- lmakin kecil→ L makin kecil bentuk orbit semakin pipih.

3. Bilangan kuantum magnetik (ml)

- Menunjukkan arah dari momentum sudut orbital - m =l −l, ..., 0, ... + l

- Banyaknya nilai yang diperbolehkan (jumlah orbital)

1 2 m_l = l+

- Arah momentum sudut dikuantisasi dengan acuan ke medan magnet luar : kuantisasi ruang (Lz) h l m Lz = Contoh : l = 2

- Anomali efek Zeeman (AEZ) : pengecualian gejala tambahan garis spektrum yang tidak sesuai dengan jumlah yang diperkirakan.

Contoh : garis pertama deret Balmer dari atom hidrogen yang menunjukkan sebuah struktur halus oleh Phipps dan Taylor 4. Bilangan Kuantum Spin (ms)

- Menunjukkan arah perputaran elektron pada sumbunya - Ada 2 nilai, ms =±1₂

- Pauli berhasil menjelaskan adanya AEZ (penyebab→ rotasi tersembunyi) - Goudsmit & Uhlenbeck → rotasi tersembunyi disebabkan oleh momentum

sudut intrinsik (momentum sudut spin) - Besar momentum sudut spin (S)

h ) 1 m ( m S= s s+ l= 3 l= 2 l= 1l= 0 inti h 6 h 6 h 6 h 6 z 2h h 0 −h −2h L = 2(2+1)h= 6h

- Arah vektor momentum sudut spin (Sz) h s z m S = Nama kulit K L M N O

Bilangan kuantum utama (n) 1 2 3 4 5

Nama subkulit s p d f g

Bilangan kuantum orbital (l) 0 1 2 3 4 Banyak orbital (ml =2l+1) 1 3 5 7 9

Jumlah elektron (Σl= 2× m) 2 6 10 14 18

* KONFIGURASI ELEKTRON

Yaitu : susunan elektron-elektron dalam atom yang sesuai dengan tingkat energinya.

Aturan-aturan 1. Prinsip Aufbau

Elektron mengisi orbital dari tingkat energi yang paling rendah sampai yang paling tinggi.

Contoh : Atom K→ z = 19, konfigurasi elektronnya 1s2 _2s2 _2p6 _3s2_3p6 _4s1

2. Aturan Hund

• Dalam orbital yang setingkat, elektron-elektron tidak boleh berpasangan sebelum seluruh orbital setingkat terisi oleh sebuah elektron.

• Contoh :

tidak boleh

3. Larangan Pauli

dalam satu atom tidak boleh ada elektron yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama harganya.

* SPEKTRUM EMISI & ABSORPSI

Adanya spektrum menunjukkan adanya tingkat energi. 1. Spektrum Emisi

• Dihasilkan dari zat yang memancarkan gelombang elektromagnetik • Dapat diamati denan spektroskop

• Ada 3 jenis :

a. spektrum garis

- dihasilkan oleh gas-gas bertekanan rendah yang dipanaskan

- terdiri dari garis-garis cahaya monokromatik dengan panjang

gelombang tertentu yang merupakan karakteristik dari unsur yang menghasilkan spektrum tersebut

1s 2p 2s 3d 3p 3s 4f 4d 5p 4s 5f 5d 5p 5s 6d 6p 6s 7s

b. spektrum pita

- dihasilkan oleh gas dalam keadaan molekuler

Contoh gas H2, O2, N2 dan CO

- spektrum yang dihasilkan berupa kelompok-kelompok garis yang

sangat rapat sehingga membentuk pita-pita.

c. spektrum kontinue

- spektrum kontinue terdiri atas cahaya dengan semua panjang

gelombang, walaupun dengan intensitas yang berbeda

- dihasilkan oleh zat padat, zat cair dan gas yang berpijar 2. Spektrum Absorpsi

- terjadi karena penyerapan panjang gelombang tertentu oleh suatu zat

terhadap radiasi gelombang elektromagnetik yang memiliki spektrum kontinue

- terdiri dari sederetan garis-garis hitam pada spektrum kontinue - Contoh : spektrum matahari

sepintas spektrum matahari tampak seperti spektrum kontinue, tetapi jika dicermati akan tampak garis-garis gelap terang yang disebut garis-garis Fraunhofer.

Hal ini disebabkan cahaya putih dari bagian inti matahari diserap oleh atom-atom atau molekul-molekul gas dalam atmosfer matahari maupun atmosfer bumi.

* ENERGI IONISASI DAN AFINITAS ELEKTRON

Apabila suatu atom menerima energi dari luar yang cukup untuk mengeksitasi elektron melampaui tingkat energi tertinggi, maka elektron tersebut akan meninggalkan atom.

 Energi ionisasi : energi terendah yang dibutuhkan untuk melepaskan sebuah elektron dari ikatan atomnya

Contoh : energi ionisasi atom hidrogen pada kulit ke-n adalah eV n

6 , 13 En=+ ₂

Ø Energi ionisasi merupakan ukuran kestabilan konfigurasi elektron terluar dari suatu atom

Ø Makin besar energi ionisasi, makin sukar atom tersebut untuk melepaskan elektron

Ø Dalam satu periode dari kiri ke kanan energi ionisasinya makin besar Ø Dalam satu golongan dari atas ke bawah energi ionisasinya makin § Jumlah elektron pada orbit terluar disebut ELEKTRON VALENSI

§ Elektron valensi kurang dari 4 cenderung melepaskan elektron, sedangkan yang lebih dari 4 cenderung menerima elektron

§ Atom-atom yang menangkap elektron membentuk Ion negatif disertai dengan pembebasan sejumlah energi

 AFINITAS ELEKTRON : energi yang dibebaskan pada saat suatu atom menangkap sebuah elektron

MOLEKUL, ZAT PADAT

PITA ENERGI

A. MOLEKUL

molekul terbentuk karena adanya gaya tarik-menarik antara 2 atom atau lebih (gaya coulomb)

Ikatan molekul

1. Ikatan Ion

- disebabkan oleh gaya coulomb, atom satu melepas satu elektron terluarnya dan

yang lain menerima.

- Contoh : NaCl + + + +

Cl

Na

Na

+

Cl

− Na→ Na+ _{+ e (membutuhkan energi)} Cl + e→ Cl− (melepaskan energi) 2. Ikatan Kovalen

- ikatan yang terjadi di antara dua atom dengan memakai satu atau dua elektron

bersama.

- Contoh : H2

H→ H+ _{+ e H2}

3. Ikatan Hidrogen

- terjadi akibat gaya tarik-menarik elektrostatik kuat antara hidrogen pada satu

molekul dengan atom N, O atau F dari molekul lain.

B. ZAT PADAT

Zat padat terbentuk karena antaratomnya terikat oleh ikatan :

- ionik (garam padat) - kovalen (intan)

- Van der Waals (H2O padat)

- hidrogen (hidrogen padat) - logam

1. Ikatan Van der Waals

Ikatan yang terjadi karena gaya tarik-menarik antar dipol (H2O dengan H2O), N2 padat, CH4 padat.

2. Ikatan Logam

Ikatan terjadi antara awan elektron dengan ion-ion positif

C. PITA ENERGI

Elektron-elektron yang mengelilingi inti atom memiliki energi. Bila atom-atom berdekatan, maka elektron-elektron pada atom mengalami pergeseran/perubahan energi.

Pita Energi : sekumpulan energi-energi yang besarnya tidak jauh berbeda. Banyak elektron pada setiap pita energi adalah

∑

e=2(2l+1)N

Keterangan :l = bilangan kuantum orbital (0, 1, 2, 3, ...) N = banyaknya atom yang saling berdekatan Pita Valensi (PV): pita energi terakhir yang terisi penuh elektron

Pita Konduksi (PK): pita energi yang terisi sebagian atau tidak terisi elektron Celah Energi (CE): selisih energi pada pita valensi dan konduksi

Contoh : Na11

Pada Na11 _{pita konduksi terisi sebagian oleh sebab itu} elektron-elektron pada PK akan bergerak bebas yang memungkinkan Na sebagai konduktor yang baik.

Ditinjau dari konduktivitas zat pada yang berkaitan dengan pita energi dibagi sebagai berikut : 1. Konduktor • PV penuh • CE sempit • PK sebagian 2. Isolator • PV penuh • CE lebar • PK kosong E E 2s E 1s atom tunggal E pita energi

Banyak atom berdekatan

N 6N 2p 2N 2s 2N 1s

3. Semikonduktor • PV penuh • CE sedang • PK kosong

SEMIKONDUKTOR (Si, Ge)

Berdasarkan kemurniannya, semikonduktor dibedakan menjadi : 1. Intrinsik

• Semikonduktor yang belum dikotori • Bersifat isolator pada suhu rendah

• Bersifat konduktor pada suhu sedang (300 K) 2. Ekstrinsik

• Semikonduktor yang telah dikotori (golongan IIIA, VA) • Bersifat isolator pada suhu rendah

• lebih bersifat konduktor jika dibanding intrinsik Ada dua macam semikonduktor Ekstrinsik, yaitu : a. Semikonduktor ekstrinsik tipe N

- dibuat dengan mengotori kristal Si (IVA) dengan atom golongan VA(As, Sb, P)

- Atom-atom golongan VA (As) disebut atom donor (menyumbangkan sebuah

elektron bebas)

- Pembawa muatan mayoritas : elektron - Pembawa muatan minoritas : hole

- Untuk menjadi konduktor hanya dibutuhkan sedikit energi± 0,05 eV

b. Semikonduktor ekstrinsik tipe P

- dibuat dengan mengotori kristal Si (IVA) dengan atom golongan III(Boron, Al,

Ga, I, Tl)

- Pembawa muatan mayoritas : hole - Pembawa muatan minoritas : elektron

As Si Si Si Si elektron bebas B Si Si Si Si hole

Kegunaan semikonduktor

1. Thermistor (Thermally Sensitive Resistor)

- thermometer hambat yang sangat peka

- dasar kerja : kenaikan suhu, hambat jenis semikonduktor turun sehingga kuat

arus naik. 2. Penunda arus

3. Pengukur intensitas cahaya

- semakin besar intensitas cahaya semakin banyak fotonnya sehingga semakin

besar energi yang dibawa berkas cahaya itu. Hal ini menyebabkan penurunan hambat jenis sehingga menaikkan kuat arus listrik pada rangkaian.

4. Penyaring

- energi foton sinar inframerah sesuai dengan celah energi germanium, sehingga

apabila sinar putih dilewatkan pada kristal Ge, hanya sinar inframerah saja yang lolos sedangkan sinar-sinar yang lain diserap.

SOAL-SOAL LATIHAN

(Atom Berelektron Banyak, Molekul, Zat Padat dan Pita Energi) 1. Salah satu konsep atom menurut

Dalton adalah ...

a. molekul terdiri dari atom-atom b. massa keseluruhan atom berubah c. atom tidak bergabung dengan atom

lainnya

d. atom tidak dapat membentuk suatu

molekul

e. atom dapat dipecah-pecah lagi

2. Percobaan hamburan Rutherford menghasilkan kesimpulan ...

a. atom adalah bagian terkecil dari

unsur

b. elektron adalah bagian atom yang

bermuatan listrik negatif

c. atom memiliki massa yang tersebar

secara merata

d. massa atom terpusat di suatu titik yang disebut inti

e. elektron mengelilingi inti pada

lintasan tertentu

3. Berikut ini beberapa kesamaan antara model atom Rutherford dan model atom Bohr, kecuali ...

a. elektron berputar mengelilingi inti

dengan membebaskan sejumlah energi

b. elektron merupakan bagian atom yang bermuatan negatif

c. atom berbentuk bola kosong dengan

inti berada di tengah

d. secara keseluruhan atom bersifat

netral

4. Salah satu model atom menurut Bohr adalah ...

a. elektron bergerak dengan lintasan

stasioner

b. energi foton yang terpancar

berbanding terbalik dengan f

c. tidak memiliki momentum anguler d. atom merupakan bola pejal

bermuatan positif

e. atom tidak dapat dipecah-pecah lagi

5. Dalam postulat Bohr tentang momentum sudut, tersirat sifat gelombang elektron, panjang gelombang λ elektron yang bergerak dalam suatu orbit berjari-jari r memenuhi ... .

(n : bilangan bulat) a. r = nλ b. 2πr = nλ c. 2πr = n2λ d. r = n λ e. 2πr = ₂ n λ

6. Menurut Bohr, elektron bergerak mengelilingi inti hanya pada lintasan tertentu dan besarnya momentum anguler elektron pada lintasan itu adalah ...

a. berbanding terbalik dengan tetapan

Planck

b. berbanding lurus dengan tetapan

Planck

c. berbanding lurus dengan tetapan Rydberg

d. berbanding terbalik dengan tetapan

Rydberg

e. berbanding terbalik dengan

momentum linier

7. Sebuah atom akan memancarkan foton, apabila salah satu elektronnya ... .

a. meninggalkan atom itu

b. bertumbukan dengan elektron

lainnya

c. bertukar tingkat energi dengan

elektron yang lain

d. mengalami transisi ke tingkat energi

yang lebih rendah

e. mengalami transisi ke tingkat energi

8. Menurut teori atom Bohr, elektron bermassa 9 × 10−31 _{kg pada atom} hidrogen dengan jari-jari 0,53 Å akan mempunyai kecepatan sebesar ...

a. ₂1c d. ₁₀₀1 c

b. ₅1c e. ₁₃₇1 c

c. ₁₃1 c

9. Pemancaran sinar ultraviolet pada atom hidrogen terjadi apabila elektron berpindah dari ... . a. lintasan 1 ke lintasan 2 b. lintasan 2 ke lintasan 4 c. lintasan 3 ke lintasan 2 d. lintasan 4 ke lintasan 1 e. lintasan 4 ke lintasan 2

10. Berdasarkan model atom Bohr, tetapan Rydberg 1,097.107 _m−1 _{jika terjadi} transisi elektron dari lintasan n = 4 ke lintasan n = 2 dipancarkan foton dengan panjang gelombang ... . a. 1,82× 10−7 b. 2,43× 10−7 c. 3,65× 10−7 d. 4,86× 10−7 e. 7,29× 10−7

11. Jika konstanta Rydberg 1,097.107_m−1_, maka panjang gelombang terbesar dari deret Balmer adalah ...

a. 1215 Å d. 6563 Å b. 4050 Å e. 8752 Å c. 5127 Å

12. Energi foton sinar tampak yang dipancarkan atom hidrogen ketika terjadi transisi elektron dari kulit ke-4 ke kulit ke-2 adalah ...

a. 13,6 eV d. 2,55 eV b. 6,8 eV e. 54,4 eV c. 3,4 eV

13. Jika energi elektron atom hidrogen pada tingkat dasar 13,6 eV, maka energi yang diserap atom hidrogen agar elektronnya tereksitasi dari tingkat dasar ke lintasan kulit M adalah ... .

a. 6,82 eV d. 10,20 eV b. 8,53 eV e. 12,09 eV c. 9,07 eV

14. Bila elektron berpindah dari kulit M ke kulit K pada atom hidrogen dan R adalah tetapan Rydberg, maka panjang gelombang yang terjadi besarnya ...

a. R 9 8 b. R 8 9 c. R 9 17 d. R 17 9 e. R 1

15. Elektron atom hidrogen model Bohr mengelilingi intinya dengan bilangan kuantum n, bila energi ionisasi atom itu bernilai ₁₆1 kali energi ionisasi atom itu dalam keadaan dasarnya, maka nilai n itu adalah ... . a. 2 b. 4 c. 8 d. 16 e. 32

16. Dalam model atom Bohr, elektron atom hidrogen yang mengorbit di sekitar inti atom membangkitkan kuat arus listrik rata-rata sebesar 0,8 mA pada suatu titik di orbit lintasannya, bila besar muatan elektron adalah 1,6.10−19 _C maka jumlah putaran per sekon elektron tadi mengelilingi inti adalah ...

a. 5× 1012

b. 5× 1013

c. 5× 1015

d. 5× 1016

e. 5× 1018

17. Pada model atom Bohr, elektron atom hidrogen bergerak dengan orbit lingkaran dengan laju sebesar 2,2.106 m/s, jika e = 1,6.10−19 _{c dan} me = 9,1.10−31 _{kg, maka besarnya arus} pada orbit tersebut adalah ... .

a. 1,06 pA b. 1,06 nA c. 1,06µA d. 1,06 mA e. 1,06 A

18. Diagram di bawah ini menunjukkan empat tingkatan energi suatu atom logam

dari pengolahan data di atas, dengan mengendalikan transisi ke tingkatan energi yang lebih rendah selalu mungkin, dapat ditarik kesimpulan bahwa :

1. ada 6 garis spektrum yang mungkin

terjadi akibat transisi elektron

2. panjang gelombang minimum

spektrum emisinya 1.10−7_m

3. panjang gelombang maksimum

spektrum emisinya 5.10−7_m

4. adanya komponen spektrum emisi

yang merupakan sinar tampak 19. Perbandingan frekuensi yang

dipancarkan foton apabila elektron pindah dari orbit 2 ke orbit 1 dengan elektron yang pindah dari orbit 4 ke orbit 1 adalah ...

a. 4 : 5 d. 2 : 4 b. 4 : 2 e. 1 : 4 c. 4 : 1

20. Atom A dapat mengadakan ikatan ionik dengan atom B jika ...

a. atom A dan atom B saling

melepaskan sejumlah elektron terluar yang sama jumlahnya

b. atom A dan atom B merupakan

atom dari suatu unsur yang sejenis

c. atom A dan atom B memakai

sejumlah elektron secara bersama-sama

d. atom A dan atom B membentuk

dipol-dipol listrik

e. atom A melepaskan sejumlah elektron dan atom B menerima elektron tersebut

21. Ikatan antaratom dengan pemakaian bersama sejumlah elektron pada kulit terluar atom-atom penyusun disebut ... .

a. ikatan Van der Waals b. ikatan ionik c. ikatan kovalen d. ikatan logam e. ikatan hidrogen -5,2 . 10-19 _J -9,0 . 10-19 _J -16,4 . 10-19 _J -24,6 . 10-19 _J

22. Semikonduktor tipe-n memiliki ...

a. tingkat energi akseptor yang

terletak di dekat pita konduksi

b. tingkat energi donor yang terletak di

dekat pita valensi

c. tingkat energi akseptor yang

terletak di dekat pita valensi

d. tingkat energi donor yang terletak di

dekat pita konduksi

e. tingkat energi donor yang terletak di

bawah pita valensi

23. Pengotoran (doping) pada bahan semikonduktor intrinsik dimaksudkan untuk ...

a. menurunkan daya hantar listriknya b. menurunkan resistivitasnya

c. menurunkan harga jualnya d. memperbesar celah energinya e. memperbesar hambatan jenisnya

24. Semikonduktor intrinsik pada OK bersifat sebagai isolator, karena ... .

a. jarak celah energi antara pita

valensi dan pita konduksi terlalu besar

b. tidak ada tingkat energi akseptor

pada pita energi

c. tidak ada tingkat energi donor pada

pita energi

d. tidak cukup energi bagi elektron untuk pindah ke pita konduksi

e. tidak ada pembawa muatan yang

diberikan dari luar

25. Yang berfungsi sebagai pembawa muatan mayoritas dalam bahwa semi-konduktor ekstrinsik tipe n adalah ...

a. elektron b. proton

c. hole

d. elektron dan hole

e. proton dan hole

26. Beberapa sifat sinar-X adalah ...

1. dapat menghitamkan film 2. mampu menembus keping kayu 3. bergerak menurut garis lurus 4. menimbulkan ion-ion dalam udara