MAKALAH
“TUGAS PROJECT FISIKA MODERN”
Disusun Oleh :
NAMA : Fauzan Bin Eylidarson
NIM : 21034054
DOSEN : Dr. Riri Jonuarti S. Pd., M. Si
PRODI : FISIKA NK
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI PADANG
2022
Kata Pengantar
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan anugerah-Nya Makalah Fisika Modern Tugas akhir ini dapat terselesaikan.
Makalah ini merupakan pelaksanaan Tugas akhir semester dimata kuliah Fisika Modern di Jurusan Fisika Universitas Negri Padang.
Penulis menyadari bahwa Makalah ini masih banyak kekurangannya, maka saran dan kritik membangun dari semua pihak sangat diharapkan. Harapan penulis,
semoga makalah ini dapat bermanfaat.
Padang, 15 Desmber 2022
Fauzan Bin Eylidarson
Daftar Isi
1.1 Latar Belakang ... 4
1.2 Rumusan Masalah ... 4
1.3 Tujuan Penulisan ... 4
A.1 Model atom ... 5
A.2 Spektrum Atom Hidrogen... 11
A.3 Prinsip Korespondens ... 13
B. Teori Kuantum Atom Hidrogen ... 14
B.1 Persamaan Schrodinger ... 14
B.2 Bilangan Kuantum ... 15
C. Atom Berelektron Banyak ... 17
C.1 Spin Elektron dan Efek Zeeman Anomali ... 17
C.2 Prinsip Eksklusi ... 17
D. Molekul ... 24
D.1 Pembentukan Molekul ... 24
D.2 Tingkat energi vibrasi dan rotasi ... 24
D.3 Spektrum elektronik Molekul ... 25
3.1 Kesimpulan ... 26
3.2 Saran ... 26
Daftar Pustaka ... 27
Bab I Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Atom merupakan satuan unit yang terdiri dari sebuah inti kecil yang terdiri dari proton dan neutron dan sejumlah elektron pada jarak yang jauh.Mempelajari tentang teori atom sangatlah penting sebab atom merupakan penyusun materi yang ada di alam semesta. Dengan mempelajari atom kita dapat mempelajari bagaimana satu atom dengan yang lain berinteraksi, mengetahui sifat- sifat atom, dan sebagainya sehigga kita dapat menambah ilmu dalam mempelajari semesta untuk kepentingan umat manusia.Democritus pertama kali mengartikulasikan teori atom, yang menurutnya segala sesuatu dapat direduksi menjadi partikel yang lebih kecil dan tidak ada lagi partikel yang dapat disebut atom.
Teori atom Rutherford lebih baik dari model atom Thomson karena ditunjang oleh hasil eksperimen, tetapi itupun tidak dapat menjelaskan spektrum cahaya yang dipancarkan oleh atom hidrogen. Suatu elektron akan tetap berada di salah satu orbitnya, apabila tidak ada energi yang diradiasikan. Pada model atom Bohr memungkinkan untuk menghitung panjang gelombang berbagai transisi dalam atom hidrogen yang kesesuaiannya sama dengan panjang gelombang yang diamati dalam berbagai spektrum pancar dan serap sangatlah mengesankan Persamaan Schrodinger adalah persamaan yang menyatakan hubungan antara turunan pertama fungsi gelombang terhadap waktu dengan turunan kedua fungsi tersebut terhadap koordinat.
Persamaan Schrodinger dipresentasikan oleh Fisikawan Erwin Schrodinger pada tahun 1925.
Persamaan Schrodinger ini menjelaskan hubungan antara ruang dan waktu pada sistem mekanika kuantum. molekul merupakan gabungan dari beberapa atom sejenis maupun dari atom yang tidak sejenis yaitu molekul senyawa. ada 3 prinsip pembentukan molekul, yaitu konfigurasi elektron, ikatan ion, dan identifikasi unsur.
Permasalahan ini sangat bagus untuk dipecahkan karena seiring dengan perkembangan teknologi. Maka materi materi ini akan diterapkan dalam pengaplikasikannnya dan sangat membantu dalam pembelajaran dalam perkembangan zaman.
1.2 Rumusan Masalah
1. Apa saja isi tentang Model Atom beserta kandungannya?
2. Apa saja isi tentang Teori Kuantum Hidrogen beserta kandungannya?
3. Apa itu Atom Berelektron Banyak?
4. Apa itu Molekul?
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan dari Makalah ini, untuk menjawab semua pertanyaan rumusan masalah dan sebagai tugas akhir dari mata kuliah Fisika Modern, serta sebagai penambah Ilmu dasar untuk mempelajari Fisika Kuantum.
BAB II Pembahasan A. Struktur Atomik
A.1 Model atom
Democritus pertama kali mengartikulasikan teori atom, yang menurutnya segala sesuatu dapat direduksi menjadi partikel yang lebih kecil dan tidak ada lagi partikel yang dapat disebut atom.
Atom berasal dari kata atomos (a: tidak, tomos: memotong). Setelah beberapa tahun lamanya, teori atom mulai mendapat perhatian serius, yang mengarah pada penemuan bahwa partikel dasar atom adalah proton, elektron, dan neutron. Partikel-partikel inilah yang menyebabkan terjadinya atom.
Dalam ajaran kimia setiap atom memiliki inti, inti atau bisa disebut nukleus yang tersusun dari sejumlah neutron dan proton. Ahmad Baiquni mengatakan, bahwa sebuah atom tersusun dari sebuah inti yang bermuatan listrik positif dan dipisahkan oleh elektron-elektron yang bermuatan listrik negatif, yang berfungsi untuk melemahkan muatan inti proton tersebut, mirip dengan cara kerja proton di dalam inti.
Pengetahuan tentang atom terus-menerus mengalami perkembangan sehingga mulai banyak adanya pendapat dari para ahli tentang atom ini dan melakukan percobaan, diantaranya :
a. jhon dalton (1760-1844)
John Dalton seorang fisikawan Inggris awal abad ke-19 mempresentasikan idenya tentang atom.
Menurutnya, atom adalah partikel yang tidak dapat dibagi lagi. Atom suatu unsur memiliki sifat yang sama dan atom unsur yang berbeda memiliki massa dan sifat yang berbeda. Atom pun bisa membentuk molekul dan senyawa. Selain itu, ia juga menekankan bahwa suatu reaksi kimia hanya melibatkan penata ulang atom-atom, sehingga tidak ada atom yang berubah
akibat reaksi kimia.
Model Atom Dalton
Teori atom Dalton tersebut didukung oleh dua hukum kekekalan alam yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) yang menyatakan bahwa massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama. Dan hukum perbandingan tetap (hukum Proust) yang menyatakan bahwa perbandingan massa unsur-unsur yang menyusun suatu zat adalah tetap.
b. Joseph Jhon Thomson
J.J Thomson seorang fisikawan bangsa Amerika, Thomson mengemukakan teorinya bahwa atom memiliki muatan positif yang terbagi merata keseluruh isi atom. Muatan tersebut dinetralkan oleh elektron yang tersebar diantara muatan tersebut. Keadaannya mirip roti kismis, dimana elektron diumpamakan sebagai kismis yang tersebar diseluruh bagian dari kue roti.
Model Atom Thomson
Walaupun masalah teori atom Thomson sangat penting, tetapi 13 tahun kemudian, uji coba model ini dilakukan. Dalam ujian sebuah karya klasik yang disajikan pada tahun 1911 atas saran Geiger dan Marsden atas saran Rutherford mereka menggunakan mereka memakai partikel alfa cepat sebagai bahan penyelidikan yang secara spontan dipancarkan oleh unsur radioaktif.
Eksperimen dilakukan dengan meletakkan sebuah sampel (cuplikan) selaput logam sebagai bahan pemancar partikel alfa di belakang layar timbal yang mempunyai lubang kecil sehingga menghasilkan berkas partikel alfa yang tajam. Disisi lain ditempatkan layar sintilasi (zink sulfide) yang dapat berputar dan akan berpendar apabila terkena partikel alfa. Berkas sinar alfa diarahkan pada selaput logam tipis. Apabila teori atom Thomson benar maka seluruh partikel alfa dengan energi yang besar itu tidak akan dihamburkan, tetapi akan menembus lurus keping logam. Sebab atom-atom keping logam netral tidak menghalangi partikel alfa yang bermuatan listrik positif.
Sebagian besar partikel alfa menembus keping logam lurus mengenai layar, tetapi ada beberapa di antaranya dibelokkan bahkan ada yang dipantulkan dan membentuk sudut antara 90̊ sampai 180̊
. hasil ini tidak cocok dengan model atom Thomson.
Eksperimen Hamburan Rutherford untuk Membuktikan Kelemahan Teori Atom Thomson
Berdasarkan hukum Coulomb sudut penyimpangan akan berkisar antara 5̊ sampai 150̊ . partikel alfa yang bermuatan listrik positif, hanya mungkin dibelokkan dan dipantulkan oleh muatan listrik positif yang ada pada atom-atom keping logam itu. Jadi, muatan listrik positif pada atom, tidak tersebar merata dan diselingi oleh muatan listrik negatif dari elektron, tetapi terkumpul disuatu tempat dalam atom untuk menolak partikel alfa. Oleh karena partikel alfa massanya relatif besar (sekitar 7000 kali lebih dari elektron) dan partikel yang dipakai dalam eksperimen ini memiliki
kecepatan tinggi (biasanya 2 107 m/s), sehingga terdapat gaya yang kuat yang beraksi pada partikel itu supaya terjadi defleksi (pembelokan) sebesar itu.
Model Thomson ini dikoreksi oleh teori atom Ruthertord melalui eksperimen hamburan partikel alfa oleh lapisan tipis logam. Menurut beliau, atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif yang terletak di pusat atom, yang terdiri dari proton dan neutron dan elektron berputar mengelilingi inti, seperti planet mengelilingi matahari. Dan juga menurut teori elektromagnetik klasik, ini menolak kemungkinan terdapatnya orbit elektron yang mantap. Untuk memecahkan ketidakjelasan ini pada tahun 1913 Niels Bohr menerapkan gagasan kuantum pada struktur atomik untuk mendapatkan model yang tetap dan memudahkan gambaran mental atom.
c. Rutherford (1871-1937)
Rutherford ialah seorang ilmuan fisika yang berkecimpung dalam masalah atom, ia telah berhasil menemukan bukti bahwa dalam atom terdapat inti atom yang bermuatan positif yang berukuran jauh lebih kecil dari ukuran atom, tetapi massa atom hampir seluruhnya berasal dari massa intinya. Berdasarkan temuannya tersebut, Rutherford menyusun model atom dan memperbaiki model atom Thomson. Model atom Rutherford mengambarkan atom terdiri atas inti yang bermuatan positif dan berada pada pusat atom, serta elektron bergerak melintasi inti separti halnya planet-planet mengitari matahari. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut ini:
Model Atom Rutherford
Meskipun demikian model atom ini mempunyai kelemahan, diantaranya tidak mampu untuk menjelaskan mengapa elektron tidak jauh ke inti atom akibat gaya tarik elektrostatis inti terhadap elektron. Berdasarkan satu azas fisika klasik, elektron sebagai partikel bermuatan bila mengitari inti yang muatannya berlawanan, lintasannya akan berbentuk spiral sehingga akhirnya jauh keinti.
Berdasarkan pernyataan di atas maka terdapat beberapa kelemahan dari teori Rutherford ini, diantaranya:
1. Tidak dapat menerangkan struktur atom yang stabil, 2. Tidak dapat menerangkan spectrum atom, dan
3. Karena memancar energi, jari-jari elektron akan mengecil dan akhirnya akan bersatu dengan inti, sedangkan kenyataannya tidak.
Setelah Rutherford melakukan percobaan pada tahun 1920, partikel bermuatan listrik positif yang terdapat pada inti atom disebut proton. Besarnya muatan listrik sebuah proton sama dengan muatan listrik sebuah elektron, sebesar 1,6 10-19 Coulomb. Misalnya, atom oksigen mempunyai 8 buah elektron maka inti atom oksigen mempunyai 8 buah proton (Z = 8). Elektron-elektron atom oksigen tersebar.
Model atom Rutherford dapat diterima karena dapat diperoleh suatu rumus yang menggambarkan hamburan partikel alfa oleh selaput tipis berdasarkan model tersebut. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa partikel alfa dan inti yang berinteraksi dengannya berukuran cukup kecil sehingga dapat dipandang sebagai massa titik dan muatan titik. Inti begitu masif dibandingkan dengan partikel alfa sehingga tidak bergerak ketika terjadi interaksi.
Atom Oksigen menurut Model Rutherford
Model atom Rutherford diterima setelah dibuktikan oleh eksperimen ini secara menyakinkan, memberikan gambaran bahwa sebuah inti bermuatan positif yang kecil dan masif yang dilingkungi pada jarak yang relatif besar oleh elektron sehingga atom secara keseluruhan bermuatan netral.
Dalam metode ini elektron tidak dapat diam karena tidak ada sesuatu pun yang dapat mempertahankannya melawan gaya tarikan listrik dari inti.
Kesetimbangan Gaya dalam Atom Hidrogen
Berdsarkan dinamika klasik atom hidrogen berelektron tunggal sebagai atom yang paling sederhana. Untuk mudahnya kita menganggap bahwa orbit elektron berbentuk lingkaran, dengan gaya sentripetal:
Energi total elektron bertanda negatif, hal ini berlaku untuk setiap elektron atomik, dan mencerminkan bahwa elektron itu terikat pada inti. Jika E lebih besar dari nol, elektronnya tidak akan mengikuti orbit tertutup disekeliling inti. Sebenarnya, energi E bukan hanya milik elektron, tetapi merupakan milik sistem elektron dan inti.
d. Niels Bohr
Kegagalan model atom Rutherford yaitu ketidakmampuannya dalam menjelaskan mengapa elektron dapat berputar disekeliling inti tanpa ditarik oleh inti sehingga bergabung. sehingga pada tahun 1913 Niels Bohr menyusun teori berdasarkan atom Rutherford dan teori kuantum, yaitu:
1. Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan disekitarnya berputar elektron-elektron yang bermuatan negatif
2. Dalam atom, elektron berputar mengelilingi inti atom pada orbit tertentu yang dikenal sebagai keadaan gerakan yang stasioner yang selanjutnya disebut dengan tingkat energi utama atau bilangan kuantum atau kulit (n)
3. Sepanjang elektron berada dalam lintasan stasioner energi akan konstan, jadinya tidak ada cahaya yang dipancarkan.
4. Elektron hanya dapat berpindah dari lintasan stasioner yang lebih rendah ke yang lebih tinggi jika menyerap energi. Dan sebaliknya, jika elektron berpindah dari lintasan stasioner yang tinggi ke yang rendah terjadi pembebasan energi.
Elektron-elektron tersebut bergerak mengelilingi inti yang terbagi atas beberapa kulit, seperti terlihat pada tabel di bawah ini:
Nomor kulit dan nama kulit lintasan elektron
Nomor kulit dan nama kulit dari suatu atom disebut dengan bilangan kuantum, tiap-tiap kulit atom dibagi dalam sub kulit seperti terlihat pada tabel di atas. Masing-masing kulit atom dapat mempunyai elektron maksimum sebesar 2n2 , dimana n adalah bilangan kuantum, tetapi harus didasari pada azas Pauli.
Azas Pauli mengatakan bahwa tidak mungkin ada dua elektron yang memiliki
lintasan-lintasan dengan bilangan-bilangan kuantum yang tetap sama. Banyaknya elektron yang diperkenankan dari masing-masing sub adalah: untuk s=2 elektron, p=6 elektron, untuk d=10 elektron dan f=14 elektron. Walaupun demikian teori Niels Bohr juga masih memiliki banyak kelemahan, yaitu: Bohr hanya dapat menerangkan spectrum dari atom yang mengandung satu elektron dan tidak sesuai dengan spectrum atom berelektron banyak. Selain itu dia tidak mampu menerangkan atom dapat membentuk molekul melalui ikatan kimia.
A.2 Spektrum Atom Hidrogen
Teori atom Rutherford lebih baik dari model atom Thomson karena ditunjang oleh hasil eksperimen, tetapi itupun tidak dapat menjelaskan spektrum cahaya yang dipancarkan oleh atom hidrogen. Suatu elektron akan tetap berada di salah satu orbitnya, apabila tidak ada energi yang diradiasikan. Apabila elektrom diberi radiasi itu akan berpindah ke lintasan yang lain.
Berpindahnya elektron dari lintasan tertentu ke lintasan yang lain akan menghasilkan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang tertentu yang harganya berada di antara daerah infra merah dan ultra violet. Gelombang ini menghasilkan garis-garis spektrum yang mengumpul dalam suatu deret spektrum.
Seperti yang diketahui jika pada sebuah prisma dipancarkan seberkas cahaya maka akan didispersikan menjadi suatu spektrum. Apabila sumber cahaya zat padat atau zat cair yang berpijar, spektrum yang dihasilkan akan kontinu, artinya cahaya dengan semua panjang gelombang muncul dalam spektrum tersebut. Apabila sumber cahaya berupa gas yang berpijar, spektrumnya mempunyai sifat yang berbeda, menjadi beberapa warna saja dalam bentuk garis-garis paralel yang terisolasi satu sama lain. Spektrum jenis ini disebut spektrum garis emisi. Panjang gelombang garis garis ini ditentukan oleh elemen yang mengemisikan cahaya tersebut. Hidrogen memberikan himpunan garis-garis tertentu pada posisi yang sama, helium menghasilkan himpunan yang lain, air raksa menghasilkan himpunan yang lain lagi dan seterusnya. Spektrum garis emisi hidrogen, helium, dan air raksa ditunjukkan pada Gambar dibawah.
Beberapa Garis Utama dalam Spektrum Hidrogen, Helium, dan Air Raksa Berdasarkan pengamatan tersebut, garis-garis menjadi makin rapat dan akhirnya terkumpul bersama-sama pada batas deretan garis-garis tersebut.
Rumus Balmer untuk panjang gelombang dalam deret tersebut adalah
R tetapan Rydberg = 1,097 107 m-1
Eksperimen untuk mengamati spektrum atom hidrogen dilakukan dengan cara memberikan tegangan listrik pada tabung sinar yang berisi gas hidrogen dengan tekanan rendah. Apabila atom diberi energi (dalam hal ini tegangan yang diberikan pada gas bertekanan rendah) hingga atom dalam keadaan tereksitasi, atom dapat memancarkan sinar. Atom Hidrogen yang mengalami peristiwa ini kemudian akan memancarkan sinar. Apabila sinar dikenakan pada sisi difraksi atau prisma, sinar akan terpecah menjadi beberapa warna. Lalu ditangkap oleh pelat film, dan akan terbentuk garis-garis jarang yang mengikuti pola tertentu. Inilah yang dinamakan spektrum hidrogen.
Dari eksperimen spektrum hidrogen membuat Niels Bohr menyimpulkan bahwa lintasan elektron yang berbentuk lingkaran adalah terkuantisasi, maksudnya bahwa momentum sudut elektron hanya dapat mempunyai kelipatan bulat dari sebuah nilai dasar. Bohr beranggapan bahwa atom hidrogen tidak memancarkan atau menyerap energi selama tetap pada lintasannya, dengan kata lain dalam keadaan stasioner. Dalam keadaan stasioner, elektron bergerak dalam lintasan berupa lingkaran, dengan jari-jari yang tetap besarnya bisa dikatakan stabil.
Radiasi terjadi apabila atom membuat sebuah transisi dari sebuah keadaan, dengan energi , ke sebuah keadaan dengan energi, . Dalam bentuk persamaan :
Keterangan :
= Tetapan Planck =
= frekuensi yang dipancarkan (Hz)
sebagai kuantum energi yang diangkut oleh foton yang dipancarkan dari atom tersebut selama transisi.
Elektron yang berpindah dengan memancarkan energi foton.
A.3 Prinsip Korespondens
Pada model atom Bohr memungkinkan untuk menghitung panjang gelombang berbagai transisi dalam atom hidrogen yang kesesuaiannya sama dengan panjang gelombang yang diamati dalam berbagai spektrum pancar dan serap sangatlah mengesankan. Namun, untuk mendapatkan kesesuaian ini, Bohr harus “terpaksa” mengeluarkan dua postulat yang merupakan suatu loncatan yang radikal dari fisika klasik.
Terutama untuk postulat yang mengatakan bahwa sebuah elektron dalam model atom Bohr, yang mengalami percepatan sewaktu beredar dalam garis edar lingkaran, tidak meradiasikan energi elektromagnet (kecuali ia berpindah ke garis edar lainnya). Ini melanggar hukum fisika klasik, yang mengatakan bahwa sebuah partikel bermuatan meradiasikan energi elektromagnet bila mengalami percepatan. Dalam hal ini kita melakukan suatu hal percobaan yang sangat berbeda dari yang kita lakukan dalam kajian mengenai teori relativitas khusus.
Teori relativitas khusus menyatakan bahwa energi kinetik dalam bentuk K = E – Eo, sedangkan fisika klasik memberi bentuk yang berbeda K = ½ m v 2 ; tetapi telah ditunjukkan bahwa E – Eo tersederhanakan menjadi ½ m v 2 apabila v<<c. Jadi, kedua pernyataan ini sebenarnya tidaklah terlalu berbeda – yang satu merupakan hal khusus dari yang lainnya. Dalam hal ini yang berkaitan dengan elektron yang dipercepat bukanlah hanya persoalan fisika atom (sebagai satu contoh dari fisika kuantum) sebagai suatu hal khusus dari fisika klasik, melainkan apakah elektron yang dipercepat meradiasikan energi elektromagnet atau tidak !!!.
Permasalahan ini dipecahkan oleh Bohr dengan mengajukan azas persesuaian (Correspondence – Principle), yang mengatakan bahwa hukum fisika klasik hanya berlaku dalam ranah klasik, sedangkan hukum fisika kuantum berlaku dalam ranah atom ; pada ranah di mana keduanya bertumpang tindih, kedua himpunan hukum fisika itu harus memberikan hasil yang sama.
B. Teori Kuantum Atom Hidrogen
B.1 Persamaan Schrodinger
Persamaan Schrodinger adalah persamaan yang menyatakan hubungan antara turunan pertama fungsi gelombang terhadap waktu dengan turunan kedua fungsi tersebut terhadap koordinat.
Persamaan Schrodinger dipresentasikan oleh Fisikawan Erwin Schrodinger pada tahun 1925.
Persamaan Schrodinger ini menjelaskan hubungan antara ruang dan waktu pada sistem mekanika kuantum. Persamaan ini merupakan hal penting dalam teori mekanika kuantum, sebagaimana halnya hukum II Newton pada mekanika klasik. Berbeda dari hukum Newton, pemecahan persamaan Schrodinger yang disebut juga fungsi gelombang memberikan informasi tentang perilaku gelombang dari partikel. Dalam mekanika klasik, persamaan yang dihadapi dapat dicirikan oleh hadirnya gaya tertentu F. Sedangkan dalam mekanika kuantum, persoalannya dapat dicirikan oleh fungsi potensial tertentu.
Salah satu bentuk permasalahan persamaan diferensial parsial linear adalah persamaan
Schrodinger. persamaan Schrodinger diperiksa berdasarkan suatu gelombang monokromatik yang dapat dilihat dalam gambar sebagai berikut.
Gelombang Monokromatik
𝐴 merupakan amplitudo dan 𝜆 merupakan panjang gelombang. Gelombang monokromatik dapat dinyatakan dalam bentuk sebagai berikut:
𝜔 merupakan frekuensi sudut dengan 𝜔 = 2𝜋𝑓, 𝑣 merupakan kecepatan perambatan
gelombang dengan 𝑣 = 𝑓𝜆 dimana 𝑓 merupakan frekuensi gelombang dan 𝜆 merupakan panjang gelombang sehingga rumus menjadi
B.2 Bilangan Kuantum
Bilangan kuantum atau Quantum Number ialah bilangan yang menentukan suatu kedudukan posisi elektron atom yang mana posisi elektron atom itu diwakili oleh suatu nilai yang menjelaskan tentang kuantitas kekal dinamis.
Macam-macam Bilangan Kuantum
Ada empat bilangan kuantum yang akan dikenal, yaitu bilangan kuantum utama (n),
bilangan kuantum Azimut (I), bilangan kuantum magnetik (m) dan bilangan kuantum spin (s).
1. Bilangan kuantum utama
Bilangan kuantum utama (n) dalam teori kuantum sama dengan n dalam teori Bohr. Namun, dalam teori Bohr n menunjukkan tingkat energi kulit, sedangkan dalam teori kuantum, n menunjukkan tingkat energi orbital atau ukuran orbital. Nilai n adalah bilangan bulat dari 1
sampai (tak hingga). Bilangan kuantum ini juga berhubungan dengan jarak rata-rata elektron (dalam orbital tertentu) dari inti atom. Semakin besar nilai n, maka jarak rata-rata elektron (dalam orbital) dari inti semakin besar, sehingga ukuran orbital semakin besar pula.
2. Bilangan Kuantum Momentum Sudut
Bilangan kuantum momentum sudut (l) menunjukan bentuk orbital. Nilai l ditulis dengan huruf s, p, d, f, … sebagaimana berikut ini:
Huruf s, p, d, dan f masing-masing berasal dari kata sharp, principal, diffuse, dan fundamental.
Nilai bilangan kuantum azimut (l)bergantung pada nilai bilangan kuantum utama (n). Jika bilangan kuantum utama adalah n, maka nilai l yang mungkin adalah 0 sampai (n -1). Untuk n
=1, maka l hanya memiliki satu nilai yang mungkin, yaitu (n-1) = (1-1) = 0. Jika nilai n = 3, maka tiga nilai l yang mungkin adalah 0, 1, dan 2. Kumpulan orbital dengan nilai n yang sama dinamakan kulit. Satu atau lebih orbital dengan nilai n dan l yang sama disebut subkulit. Contoh, kulit dengan n = 2, terdiri dari dua subkulit, yaitu l = 0 dan 1; yang ditulis 2s dan 2p, dimana angka 2 menunjukkan n, dan huruf s dan p menunjukkan nilai l.
3. Bilangan Kuantum Magnetik (m)
Momentum sudut elektron L adalah sebuah vektor. Jika vektor momentum
sudut L diproyeksikan ke arah sumbu yang tegak atau sumbu-z secara tiga dimensi akan didapatkan besar komponen momentum sudut arah sumbu-z dinyatakan sebagai Lz. bilangan bulat yang berkaitan dengan besar Lzadalah m. bilangan ini disebut bilangan kuantum magnetik.
Karena besar Lzbergantung pada besar momentum sudut elektron L, maka nilai m juga berkaitan dengan nilai l. m = −l, … , 0, … , +l misalnya, untuk nilai l = 1, nilai m yang diperbolehkan adalah −1, 0, +1. Bilangan kuantum magnetik menyatakan orbital tempat ditemukannya elektron pada subkulit tertentu dan arah momentum sudut elektron terhadap inti.
Sehingga nilai bilangan kuantum magnetik berhubungan dengan bilangan kuantum azimut.
Nilai bilangan kuantum magnetik antara - l sampai + l.
4. bilangan kuantum spin (s).
Bilangan kuantum spin dibutuhkan untuk menjelaskan efek Zeeman anomali. Anomali ini berupa terpecahnya garis spektrum menjadi lebih banyak garis dibanding yang diperkirakan.
Jika efek Zeeman disebabkan oleh adanya medan magnet eksternal, maka efek Zeeman anomali disebabkan oleh rotasi dari elektron pada porosnya. Rotasi atau spin elektron menghasilkan momentum sudut intrinsik elektron. Momentum sudut spin juga mempunyai dua orientasi yang berbeda, yaitu spin atas dan spin bawah. Tiap orientasi spin elektron memiliki energi yang berbeda tipis sehingga terlihat sebagai garis spektrum yang terpisah. Bilangan kuantum spin (s):
menunjukkan arah perputaran elektron pada sumbunya. Dalam satu orbital, maksimum dapat beredar 2 elektron dan kedua elektron ini berputar melalui sumbu dengan arah yang berlawanan, dan masing-masing diberi harga spin +1/2 atau -1/2.
C. Atom Berelektron Banyak
C.1 Spin Elektron dan Efek Zeeman Anomali
Kelemahan Teori Atom bohr ini tidak dapat menjelaskan untuk atom yang memiliki elektron lebih dari satu ( atom berelektron banyak ) disebabkan oleh:
1. Struktur atom kompleks
2. Struktur halus dari tingkat tingkat energi atom komplek 3. Perbedaan intensitas spektrum atom berelektron banyak
4. Adanya efek zeeman, yaitu terpecahnya garis spektrum jika atom berada dalam medan magnetik kebenaran Hipotesa de Broglie diuji oleh Davisson-germer dan G.P Thomson dengan cara : 1. Menembakkan elektron (partikel) pada pelat sangat tipis dari nikel, ternyata di belakang pelat yang dipasang layar menunjukkan adanya gejala gelombang yaitu terjadi pola difraksi
2. ini membuktikan bahwa partikel (elektron) dapat menunjukkan si&at gelombang, dengan panjang gelombang sesuai dengan perkiraan de Broglie. uji coba yang sama di lakukan oleh ilmuan lain seperti G.P Thomson dengan menembakkan elektron pada foil foil emas sangat tipis.
C.2 Prinsip Eksklusi
Pada tahun 1925 Wolfgang Pauli menemukan prinsip pokok yang mengatur konfigurasi elektron atom yang memiliki lebih dari satu elektron. Prinsip eksklusinya menyatakan bahwa tidak terdapat dua elektron dalam satu atom yang dapat berada dalam keaadaan kuantum yang sama.
Pauli menemukan prinsip eksklusi ketika mempelajari spektrum atomik. Dari hasil itu dapat menentukan keadaan sebuah atom dari spektrumnya. dalam spektrum setiap unsur selain hidrogen, tidak terdapat sejumlah garis. Garis ini bersesuaian dengan transisi dan ke keadaan yang memiliki kombinasi keadaan kuantum tertentu. Jadi, dalam Helium tidak teramati transisi dari dan ke konfigurasi keadaan dasar dengan kedua spin berarah sama, Walaupun transisi dari dan ke konfigurasi keadaan dasar dengan spin elektron berlainan sehingga spin totalnya nol.
Momentum Sudut Total
Tiga sifat penting dari fungsi ini
ikatan antar atom berlangsung melalui orbital orbital tersebut
Kopling LS dan JJ Kopling LS
Momentum L dan S berinteraksi magnetis melalui eFek spin orbit untuk membentuk momentum momentum sudut total J. Skema inilah yang dinamakna dengan kopling LS.
Kopling JJ
Gaya listrik yang terkopel dalam Li menjadi vector tunggal dan Si menjadi vector , ini lebih kuat dari gaya spin orbit magnetic yang mengkopel dan membentuk dalam atom ringan. Gaya listrik yang mengkopel Li menjadi mendominasi, walaupun terdapat medan magnet eksternal yang agak besar. Dalam kasus ini presesi dalam mengelilingi B lebih lambat dari pada presesi dan yang mengelilingi.
Namun, dalam atom berat muatan inti cukup besar untuk menghasilkan interaksi Spin-orbit yang orde besarnya sama dengan interaksi listrik antara Li dan Si, dan skema kopling LS mulai tidak berlaku. Ketidakberlakuan serupa juga terjadi dalam medan magnetic eksternal kuat (>IT), yang menimbulkan efek Paschen- Back dalam spectrum atomic. Dalam batas kegagalan kopling, momentum sudut total Ji dari electron Masing-masing dapat dijumlahkan langsung membentuk momentum sudut J dari keseluruhan atom itu, situasi ini dikenal sebagai kopling j-j (sambatan j-j) karena masing-masing Ji diperikan dengan bilangan kuantum j.
Spektrum Satu Elektron
Sekarang kita telah sampai pada posisi untuk mengerti keistimewaan utama spektrum berbagai unsur. Sebelum kita memeriksa contoh-contoh yangdapat mewakili berbagai kelompok unsur, harus dikemukakan bahwa komplikasi selanjutnya yang belum dibahas sebelumnya dapat timbul, misalnya yang timbul dari efek realistik dan kopling antara elektron dengan fluktuasi vakum dalam medan elektromagnetik. Faktor-faktor tambahan ini memecah keadaan energi tertentu menjadi sub-keadaan garis spectral. berbagai keadaan atom hidrogen yang diklasifikasikan menurut bilangan- kuantum total n dan bilangan kuantum momentum sudut orbital l.
Spektrum Dua Elektron
Spektrum Sinar X
D. Molekul
D.1 Pembentukan Molekul
molekul merupakan gabungan dari beberapa atom sejenis maupun dari atom yang tidak sejenis yaitu molekul senyawa. ada 3 prinsip pembentukan molekul, yaitu konfigurasi elektron, ikatan ion, dan identifikasi unsur.
1. Konfigurasi Elektron
Untuk dapat mengetahui ikatan antar atom maka perlu mempelajari susunan elektron yang disebut dengan konfigurasi elektron. Konfigurasi eletron merupakan susunan elektron dalam suatu atom. Dimana, pengisian elektron pada kulit-kulit atom dimulai dari pengisian kulit terdalam atau yang mempunyai energi paling rendah.
2. Ikatan Ion
Suatu atom dengan nomor atom 1 sampai 18 dapat dikatakan dalam keadaan stabil apabila kulit atom terluarnya berisi 2 elektron seperti helium (He) atau 8 elektron seperti neon (Ne) dan argon (Ar). Untuk memenuhi jumlah 8 elektron, suatu atom dapat melepaskan atau menerima satu atau lebih elektron.Ion sendiri terbagi menjadi 2, yaitu ion positif (kation) dan ion negative (anion).
Dimana atom yang melepaskan elektron akan menjadi ion yang bermuatan positif sedangkan atom yang menerima elektron akan menjadi ion bermuatan negarif.
3. Identifikasi Unsur
Kembang api mengandung senyawa tertentu yang apabila dibakar molekul didalamnya akan menyerap energy dan menyebabkan elektron-elektron pada atomnya mengalami perpindahan antar kulit atom. Perpindahan elektron dari kulit yang rendah ke tinggi ini membutuhkan energi sehingga terjadi penyerapan energi, sedangkan perpindahan kulit elektron dari yang tinggi ke rendah akan melepaskan energi.Energi yang dilepas ini akan terlibat sebagai cahaya seperti pada kembang api. Dimana, masing-masing atom mempunyai jarak antarkulit atom yang berbeda sehingga energi yang diserap atau dilepaskan juga akan berbeda dan mengakibatkan perbedaan warna cahaya.Warna khas yang dihasilkan suatu unsur dapat digunakan untuk mencari tahu keberadaan suatu unsur dalam suatu materi secara kualitatif atau mengidentifikasi kadar suatu suatu unsur pada suatu bahan.
D.2 Tingkat energi vibrasi dan rotasi
Spektrum serap rotasi-vibrasi terjadi di daerah infra merah. Spektrum ini dihasilkan oleh transisi vibrasi ke tingkat yang lebih tinggi disertai dengan transisi rotasi, bisa naik, bisa turun. Puncak- puncak yang dihasilkan akibat energi rotasi yang turun, disebut "cabang P" dari spektrum. Puncak- puncak yang dihasilkan akibat energi rotasi naik, disebut "cabang R" dari spektrum. Untuk kasus- kasus tertentu, akan muncul cabang Q dimana vibrasi naik tetapi tidak terjadi perubahan energi rotasi. Pada rotasi murni, dapat terjadi efek sentrifugal, dimana panjang ikatan bertambah saat energi rotasi meningkat, sehingga diperlukan suku tambahan pada suku rotasi atau energi rotasi untuk mengoreksi efek ini, Pada spectrum rotasi-vibrasi, dapat terjadi efek serupa, yang sehingga nilai B dapat berbeda pada tingkat energi vibrasi yang lebih tinggi (Bv). Nilai B1 lebih kecil dari B0.
Spektroskopi biasanya digunakan dalam kimia fisik dan kimia analisis untuk mengidentifikasi suatu substansi melalui spektrum yang dipancarkan atau yang diserap. Alat untuk merekam spektrum disebut spektrometer. Asal-usul spektra dalam spektroskopi molekul adalah emisi atau
absorbsi sebuah foton ketika energi molekulnya berubah. Perbedaan antara spektroskopi atom dengan spektroskopi molekul adalah energi molekul dapat berubah tidak hanya sebagai hasil transisi elektronik, tetapi juga karena transisi antara keadaan vibrasi dan rotasinya. Oleh karena itu, spektra molekul lebih rumit dibandingkan dengan spektra atom. Spektra molekul memiliki informasi yang berhubungan dengan banyak sifat dan analisisnya menghasilkan nilai tentang kekuatan, panjang serta sudut ikatan. Spektra molekul juga menyediakan cara untuk mengukur berbagai sifat molekul khususnya momen dipol listrik.
Spektroskopi emisi adalah spektroskopi atom dengan menggunakan sumber eksitasi selain nyala api seperti busur listrik atau bunga api. Dalam spektroskopi emisi, molekul mengalami transisi dari keadaan energi tinggi (E1) ke keadaan yang energinya lebih rendah (E2) serta memancarkan kelebihan energinya sebagai foton. Dalam spektroskopi absorpsi, absorpsi neto dari sinar datang yang hampir monokromatis, dimonitor saat sinar tersebut dilewatkan pada suatu jarak frekuensi.
Energi (hv) dari foton yang dipancarkan atau diabsorpsi dan karenanya frekuensi (v) dari radiasi yang dipancarkan, dinyatakan dengan kondisi frekuensi Bohr yang sama seperti yang
dijumpai untuk atom
D.3 Spektrum elektronik Molekul
Tabung sinar hidrogen adalah suatu tabung tipis yang berisi gas hidrogen pada tekanan rendah dengan elektroda pada tiap-tiap ujungnya. Jika anda melewatkan tegangan tinggi (misal 5000 volt), tabung akan menghasilkan sinar berwarna merah muda yang terang.Jika sinar tersebut dilewatkan pada prisma atau kisi difraksi, sinar akan terpecah menjadi beberapa warna. Warna yang dapat anda lihat merupakan sebagian kecil dari spektrum emisi hidrogen. Sebagian besar spektrum tak terlihat oleh mata karena berada pada daerah infra-merah atau ultraviolet.
Banyaknya garis spektral atom unsur tergantung pada konfigurasi elektron atau banyaknya elektron dalam orbital yang terdapat pada suatu sub kulit. Karakteristik suatu garis spektra ditentukan oleh panjang gelombang dan intensitas garis spektra tersebut. Jika gas atomik atau uap atomik yang bertekanan sedikit di bawah tekanan atmosfer dieksitasi dengan mengalirkan arus listrik radiasi yang dipancarkan hanya mempunyai spektrum yang berisi panjang gelombang tertentu saja. Yang ternyata harga tetapannya sama dengan R. Model atom hidrogen ini yang pada hakekatnya sama dengan yang dikembangkan oleh Bohr dalam tahun 1913, sesuai eksperimen, menunjukkan secara skematik bagaimana garis spektral hidrogen berkaitan dengan tingkat energy hidrogen.
Bab III Penutup 3.1 Kesimpulan
Democritus pertama kali mengartikulasikan teori atom, yang menurutnya segala sesuatu dapat direduksi menjadi partikel yang lebih kecil dan tidak ada lagi partikel yang dapat disebut atom.
Atom berasal dari kata atomos (a: tidak, tomos: memotong).
Persamaan Schrodinger adalah persamaan yang menyatakan hubungan antara turunan pertama fungsi gelombang terhadap waktu dengan turunan kedua fungsi tersebut terhadap koordinat.
Persamaan Schrodinger dipresentasikan oleh Fisikawan Erwin Schrodinger pada tahun 1925. Pada tahun 1925 Wolfgang Pauli menemukan prinsip pokok yang mengatur konfigurasi elektron atom yang memiliki lebih dari satu elektron. Prinsip eksklusinya menyatakan bahwa tidak terdapat dua elektron dalam satu atom yang dapat berada dalam keaadaan kuantum yang sama.
molekul merupakan gabungan dari beberapa atom sejenis maupun dari atom yang tidak sejenis yaitu molekul senyawa. ada 3 prinsip pembentukan molekul, yaitu konfigurasi elektron, ikatan ion, dan identifikasi unsur.
3.2 Saran
Demikian lah makalah ini dibuat dengan penuh kesadaran dan dibuat untuk menjelaskan tentang struktur atomik, Atom-atom, persamaan Schrodinger dan Molekul beserta semua sub bab yang ada didalamnya. Penulis menyadari makalah ini masih banyak terdapat kesalahan dan penulis mohon untuk saran dan kritiknya yang bersifat membangun agar berguna bagi kita dalam pengembangan ilmu untuk kedepannya.
Daftar Pustaka
1. Drs. Alimufi Arief, M. P. (2016). Model Atom. Reository, 1–53.
2. Consolidation, C. L. (2015). Spektrum Atom Hidrogen. In Sunday, March 1st.
3. Febriana, S. E. (2015). Model Hamburan Partikel Alfa Rutherford Dan Pengukuran Konstanta Hamburan. 1–14.
4. Sabarni, S. (2017). ATOM dan MOLEKUL BERDASARKAN ILMU KIMIA DAN PERSPEKTIF AL-QURAN. Lantanida Journal, 2(2), 123.
5. Abdy, M., Ihsan, H., & Rossyana Dewi, D. A. (2021). Solusi Persamaan Schrodinger dengan Menggunakan Metode Transformasi Diferensial. Journal of Mathematics Computations and Statistics, 4(1), 47.
6. Setiawan, E., & Zulys, A. (2015). STUDI TEORITIS STRUKTUR DAN SPEKTRUM ELEKTRONIK KOMPLEKS [Ln(pytpy)(NO3)3] SECARA KOMPUTASI METODE
SPARKLE/RM1. Molekul, 10(1), 19.
7. Pembina, D. (1961). Teori kuantum atom hidrogen (pp. 130–140).
8. Febriana, Serly Eka. (2015). Model Hamburan Partikel Alfa Rutherford dan Pengukuran Konstanta Hamburan. Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma
9. Setyorini, Evi Sulis, DKK. (). Tingkat Energi dan Spektrum. Universitas Sebelas Maret 10. Suarsa ,I Wayan. (2016). SPEKTRA ROTASI DAN VIBRASI. Universitas Udayana.
