STRUKTUR ATOM 1 STRUKTUR ATOM 1 STRUKTUR ATOM 1

STRUKTUR ATOM

RADIASI

ELEKTROMAGNETIK



Muatan listrik dan kutub magnetik

menimbulkan gaya dalam jarak tertentu

melalui medan listrik dan medan magnetik.



Medan ini merupakan bentuk penyebaran

energi yang disebut gelombang, dan



Gelombang memiliki panjang yang

merupakan jarak antara dua puncak atau

lembah disimbolkan dengan





Sifat gelombang lainnya adalah frekuensi

(



) yang dinyatakan dalam satuan detik

-1

yaitu jumlah kejadian atau putaran (siklus)

per detik



Hasil kali



dengan



menghasilkan

Satuan frekuensi untuk putaran per detik adalah hertz (Hz). Panjang gelombang memiliki satuan angstrom nama seorang ahli fisika Swedia yang nilainya sama dengan 1 x 10-10 _m.

1 cm = 1 x 10-2 _m

1 nm = 1 x 10-9 m = 1 x 10-7 cm = 10 Å

Spektrum

Spektrum dan

Spektrograf



Sinar tampak (matahari, filamen) menghasilkan

spektrum kontinuum (sinambung) dari

merah-jingga-kuning-hijau-biru-lembayung



Cahaya yang dihasilkan zat yang dipanaskan

memberikan spektrum garis yang tidak kontinu



Spektrum dari dari suatu atom berbeda dari

unsur lainnya dan merupakan

fingerprint

suatu

unsur (Robert Bunsen 1811-1899)



Johann Balmer menurunkan rumus umum

5.

Rumus yang lebih umum untuk persamaan Balmer



R = konstanta Rydberg

10.967.800 m-1_{, c kecepatan}

cahaya 2,997925 x 108 _{m det}-1

Soal Latihan

Gunakan Persamaan Balmer untuk menghitung

a.

Frekuensi radiasi dengan n = 5

b.

Panjang gelombang garis dalam deret balmer

dengan n = 7



Spektrum kontinuum dapat dijelaskan oleh

teori gelombang cahaya, tetapi spektrum

garis gagal dengan teori ini



Teori radiasi elektromagnetik yang

dikenalkan oleh James Maxwell 1860-an

juga tidak dapat menguraikan fenomena ini



Persamaan Balmer menimbulkan dugaan

Teori Kuantum



Max Planck (1900) mengajukan teori kuantum

berdasarkan suatu gejala yang disebut radiasi benda

hitam



Hipotesisnya menyatakan bahwa energi bersifat

discontinue dan terdiri dari banyak satuan terpisah

yang sangat kecil yang disebut

kuanta/kuantum

.



Energi terkait dengan kuantum dari REM dinyatakan

dengan E = h



; h = 6,626 x 10

-34

J det

-1



Teori kuantum memperoleh pembuktian dari efek

Efek

Soal

Latihan



Hitung energi dalam J/foton suatu radiasi

dengan frekuensi 3,10 x 10

15

det

-1

!



Berapa frekuensi radiasi yang terukur

memiliki energi 3,54 x 10

-20

J/foton!



Suatu energi sebesar 185 kJ/mol memiliki

Atom Bohr



Secara elektrostatika, elektron harus bergerak

mengelilingi inti agar tidak tertarik ke inti



Namun berdasarkan fisika klasik benda yang

bergerak memutar akan melepaskan energi

yang lama kelamaan akan menghabiskan

energi elektron itu sendiri dan kemudian

kolaps



Niels Bohr mengungkapkan bahwa dilema

Gagasan Bohr dalam menggabungkan

teori klasik dan kuantum



Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diizinkan

bagi satu elektron dalam atom hidrogen



Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan

stasioner ke yang lainnya dengan melibatkan

sejumlah energi menurut Planck



Lintasan stasioner yang diizinkan mencerminkan

Keterangan



Lintasan yang diizinkan untuk elektron dinomori n

= 1, n = 2, n =3 dst. Bilangan ini dinamakan

bilangan kuantum, huruf K, L, M, N juga

digunakan untuk menamakan lintasan



Jari-jari orbit diungkapkan dengan 1

2

, 2

2

, 3

2

, 4

2

, …

n

2

. Untuk orbit tertentu dengan jari-jari minimum a

0

= 0,53 Å



Jika elektron tertarik ke inti dan dimiliki oleh orbit

n, energi dipancarkan dan energi elektron menjadi

lebih rendah sebesar

J n

B

1

Konstanta B/h identik dengan hasil dari R x c dalam persamaan Balmer. Jika persamaan

diatas dihitung maka frekuensi yang diperoleh adalah frekuensi garis merah dalam deret

Soal Latihan



Berapakah frekuensi dan panjang

gelombang cahaya yang dipancarkan jika

elektron dari atom hidrogen jatuh dari

tingkat energi n = 6 ke n = 4? Dalam

Kelemahan Teori Bohr



Keberhasilan teori Bohr terletak pada

kemampuannya untuk meeramalkan garis-garis

dalam spektrum atom hidrogen



Salah satu penemuan lain adalah sekumpulan

garis-garis halus, terutama jika atom-atom yang

dieksitasikan diletakkan pada medan magnet



Struktur garis halus ini dijelaskan melalui

modifikasi teori Bohr tetapi teori ini tidak pernah

berhasil memerikan spektrum selain atom

Dualitas Gelombang - Partikel

 Newton mengajukan bahwa cahaya mempunyai sifat

seperti sekumpulan patikel yang terdiri dari aliran partikel berenergi

 Huygens menyatakan bahwa cahaya terdiri dari gelombang energi

 Pembuktian dengan pengukuran kecepatan cahaya pada berbagai medium menunjukkan cahaya berkurang

kecepatannya dalam medium yang lebih rapat

 Tetapi Einstein menganggap bahwa foton cahaya bersifat sebagai partikel untuk menjelaskan efek fotolistrik

 Tahun 1924 Louise de Broglie menyatakan Tidak hanya

cahaya yang memperlihatkan sifat-sifat partikel, tetapi partikel-partikel kecil pun pada saat tertentu dapat

memperlihatkan sifat-sifat gelombang

 Usulan ini dibuktikan tahun 1927 dimana gelombang materi (partikel) dijelaskan secara matematik

 Panjang gelombang de Broglie dikaitkan dengan partikel berhubungan dengan momentum partikel dan konstanta Planck.

Panjang gelombang dinyatakan dengan meter, massa dalam kilogram, kecepatan dalam meter per detik. Konstanta

Prinsip

Ketidakpastian

 Hukum Fisika klasik dianggap berlaku universal dan dapat menjelaskan kejadian yang akan datang

berdasarkan keadaan awal

 Tahun 1920 Niels Bohr dan Werner Heisenberg berusaha menentukan sampai seberapa jauh kecepatan yang

diperoleh dalam penentuan sifat-sifat sub-atomik

 Dua peubah yang ditentukan dalam menentukan sifat ini adalah kedudukan partikel (x) dan momentumnya (p).  Kesimpulan dari pemikiran ini ialah bahwa dalam

penentuan sub-atomik selalu terdapat ketidakpastian



Persamaan ini dikenal dengan prinsip

ketidakpastian Heisenberg dan menyatakan

bahwa kedudukan dan momen tak dapat diukur

dengan ketepatan tinggi sekaligus



Seandainya diameter elektron 10

-14

m, cahaya

dengan



ini akan mempunyai frekuensi 3 x 10

22

det

-1

dan energi per foton adalah 2 x 10

-11

J.

Energi ini jauh melampaui energi yang

diperlukan untuk mengionkan elektron dalam

hidrogen



Hal ini menyebabkan usaha untuk melihat dalam

foton

elektron _elektron

foton

(a) (b)

Sebuah foton cahaya menumbuk elektron dan dipantulkan. Dalam

tumbukan foton mengalihkan momennya kepada elektron. Foton yang dipantulkan dapat dilihat dalam mikroskop, tetapi elektron telah

Mekanika

Gelombang

 Salah satu implikasi struktur atom menurut prinsip ketidakpastian, tidak mungkin mengukur sekaligus kedudukan dan momen dari suatu elektron

 Implikasi lain diungkapkan oleh Schrodinger bahwa elektron dapat diperlakukan sebagai gelombang materi, gerakannya dapat disamakan dengan gerakan gelombang

 Gerakan gelombang yang berkenaan dengan elektron haruslah terkait dengan pola terijinkan

 Pola ini dapat diperikan dengan persamaan matematis yang jawabannya dikenal dengan fungsi gelombang ()

  mengandung tiga bilangan kuantum yang jika ditentukan akan diperoleh hasil berupa orbital. 2 _{menggambarkan}

Orbital Elektron dan Bilangan Kuantum

 Bilangan kuantum utama (n). Bilangan ini hanya

mempunyai nilai positif dan bilangan bulat bukan nol n = 1, 2, 3, 4, …

 Bilangan kuantum orbital (azimut), l. yang mungkin bernilai nol atau bulat positif. Bilangan ini tidak pernah negatif dan tidak lebih besar dari n –1

l = 0, 1, 2, 3, …, n –1

 Bilangan kuantum magnetik (m_l). Nilainya dapat positif, negatif, nol dan berkisar dari –l s.d. +l (l bilangan kuantum orbital)

Soal Latihan

Nyatakan perangkat bilangan kuantum berikut yang

tidak

terijinkan!

 Setiap kombinasi tiga bilangan kuantum n, l dan m berkaitan dengan orbital elektron yang berbeda-beda  Orbital yang memiliki bilangan kuantum n yang sama

dikatakan berada dalam kulit elektron atau peringkat utama yang sama

 Sementara elektron yang mempunyai nilai l yang sama dikatakan berada dalam sub kulit atau sub peringkat yang sama

 Nilai bilangan n berhubungan dengan energi elektron dan kemungkinan jaraknya dari inti

Spin (Rotasi) Elektron – Bilangan Kuantum

Keempat

 Tahun 1925 Uhlenbeck dan Goudsmit

mengajukan sifat yang tak dapat dijelaskan mengenai garis halus pada spektrum

hidrogen, apabila elektron dianggap memiliki bilangan kuantum keempat

 Sifat elektron yang berkaitan dengan bilangan

ini adalah spin elektron

 Elektron berotasi menurut sumbunya saat ia

mengelilingi inti atom, terdapat dua kemungkinan rotasi elektron

 Bilangan kuantum ini dinyatakan dengan m_s

Konfigurasi

Elektron

Ada tiga aturan dalam penentuan konfigurasi

1.

Elektron menempati orbital sedemikian rupa

untuk meminimumkan energi atom tersebut

2.

Tak ada dua elektron dalam sebuah atom yang

boleh memiliki keempat bilangan kuantum yang

sama (prinsip eksklusi Pauli)

3.

Prinsip penggandaan maksimum, jika terdapat

orbital –orbital dengan energi yang sama,