4. Teori Atom Bohr Dan Mekanika Kuantum Oke1

MODUL KIMIA TEORI ATOM BOHR

DAN MEKANIKA KUANTUM

TEORI ATOM BOHR DAN MEKANIKA KUANTUM

A. STANDAR KOMPETE KOMP ETENSI NSI 1. Memahami Memahami struktur struktur atom untuk meramalkan meramalkan sifat-sifa sifat-sifatt periodik periodik unsur unsur, struktur struktur molekul, dan sifat sifat sifat senyawa senyawa B. KOMPE K OMPETEN TENSI SI DASAR DASA R

Halaman | 1



1.1 1.1

Menjel Menj elas aska kan n teor teorii atom atom Bohr Bohr dan dan meka mekani nika ka kuan kuantu tum m untu untuk k menu menuli lisk skan an konfigurasi elektron dan diagram orbital serta menentukan letak unsur dalam tabel periodik.

Anda akan melakukan melakukan kegiatan-kegiatan kegiatan-kegiatan berikut. berikut. Mengkaji teori atom Bohr dan hubungannya dengan teori kuantum,  prinsip ketidakpastian dan mekanika gelombang melalui diskusi kelompok Menemukan pengertian bilangan kuantum  Menentukan kedudukan elektron dengan bilangan kuantum  Mengilustrasikan bentuk orbital s, p, d dengan bantuan alat peraga  melalui kerja kelompok Mnentukan konfigurasi elektron berdasarkan sub kulit  Mendis Men diskus kusika ikan n hubung hubungan an konfig konfigura urasi si elektr elektron on dengan dengan letak letak unsur unsur  dalam sistem periodik unsur Akhirnya Anda akan akan mampu : Menjelaskan teori atom Bohr  Menemukan kelemahan teori atom Bohr  Menjelaskan teori mekanika kuantum  Mene Me nent ntuk ukan an bilan bilanga gan n kuan kuantu tum m dala dalam m rang rangka ka mene menemu muka kan n  kemungkinan elektron berada Menggambarkan bentuk-bentuk orbital.  Menentukan kulit dan sub kulit serta hubungannya dengan bilangan  kuantum. Menggunak Menggunakan an prinsip prinsip aufbau, aufbau, aturan Hund dan azas larangan Pauli Pauli  untuk menuliskan konfigurasi elektron dan diagram orbital Menghubung Menghubungkan kan konfiguras konfigurasii elektron elektron suatu unsur dengan dengan letaknya letaknya  dalam sistem periodik

C. RINGKASA RING KASAN N MATERI 1. PENDAHU PEN DAHULUA LUAN N Model atom iels Bohr dapat menjelaskan inti atom yang bermuatan positif yang dikeli dikelilin lingi gi oleh oleh elekt elektron ron yang yang bermua bermuatan tan negati negatiff di dalam dalam suatu suatu lintas lintasan. an. !lektron dapat berpindah dari satu lintasan ke yang lain dengan menyerap atau meman"arkan energi sehingga energi elektron atom itu tidak berkurang. Model atom Bohr ini merupakan model atom yang mudah dipahami, namun Bohr hanya hanya dapat dapat menjel menjelask askan an untuk untuk atom atom berele berelektro ktron n sediki sedikitt dan tidak tidak dapat dapat menjelask menjelaskan an bagaimana bagaimana adanya adanya sub lintasanlintasan-linta lintasan san yang terbentuk terbentuk diantara diantara lintasan-lintasan elektron. #arena itu dalam perkembangan selanjutnya, teori atom dikaji dengan menggambarkan pendekatan teori atom mekanika kuantum. Perkemban Perkembangan gan muktahir muktahir di bidang mekanika mekanika kuantum kuantum dimulai dimulai dari teori Ma$ Plan"k Plan"k yang mengemukakan mengemukakan kuanta-kua kuanta-kuanta nta energi energi dilanjutk dilanjutkan an oleh %ouis de Broglie tentang dualisme partikel, kemudian oleh &erner Heisenberg tentang

Halaman | 2



prinsip ketidakpastian dan yang terakhir saat ini adalah !rwin '"hrodinger tentang persamaan gelombang. Mekanika kuantum ini dapat menerangkan kelamahan teori atom Bohr tentang garis-garis terpisah yang sedikit berbeda panjang gelombangnya dan memperbaiki model atom Bohr dalam hal bentuk lintasan elektron dari yang berupa lingkaran dengan jari-jari tertentu menjadi orbital dengan bentuk ruang tiga dimensi yang tertentu.

2. TEORI KUANTUM a. Teori Kuantum (eori kuantum dari Ma$ Plan"k men"oba menerangkan radiasi karakteristik yang dipan"arkan oleh benda mampat. )adiasi inilah yang menunjukan sifat partikel dari gelombang. )adiasi yang dipan"arkan setiap benda terjadi se"ara tidak kontinyu *dis"ontinue+ dipan"arkan dalam satuan ke"il yang disebut kuanta *energi kuantum+. Plan"k berpendapat bahwa kuanta yang berbanding lurus dengan frekuensi tertentu dari "ahaya, semuanya harus berenergi sama dan energi ini ! berbanding lurus dengan. Ma$ Plan"k adi  !  h./ !  !nergi kuantum h  (etapan Plan"k  0,00 $ 12 -34 .s /  5rekuensi Plan"k menganggap hawa energi elektromagnetik yang diradiasikan oleh benda, timbul se"ara terputus-putus walaupun penjalarannya melalui ruang merupakan gelombang elektromagnetik yang kontinyu. !instein mengusulkan bukan saja "ahaya yang dipan"arkan menurut suatu kuantum pada saat tertentu tetapi juga menjalar menurut kuanta indi6idual. Hipotesis ini menerangkan efek fotolistrik, yaitu elektron yang terpan"ar bila frekuensi "ahaya "ukup tinggi, terjadi dalam daerah "ahaya tampak dan ultraungu. !ins tein Hipotesa dari Ma$ Plan"k dan !instein menghasilkan rumusan empiris tentang efek fotolistrik yaitu  h/  #maks 7 h/o

Halaman | 3



h/  8si energi dari masing-masing kuantum "ahaya datang #maks  !nergi fotoelektron maksimum h/o  !nergi minimum yang diperlukan untuk melepaskan sebuah elektron dari permukaan logam yang disinari

(idak semua fotoelektron mempunyai energi yang sama sekalipun frekuensi "ahaya yang digunakan sama. (idak semua energi foton *h6+ bisa diberikan pada sebuah elektron. 'uatu elektron mungkin akan hilang dari energi awalnya dalam interaksinya dengan elektron lainnya di dalam logam sebelum ia lenyap dari permukaan. 9ntuk melepaskan elektron dari permukaan logam biasanya memerlukan separuh dari energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari atom bebas dari logam yang bersangkutan. Penafsiran !instein mengenai fotolistrik dikuatkan dengan emisi termionik. :alam emisi foto listrik, foton "ahaya menyediakan energi yang diperlukan oleh elektron untuk lepas, sedangkan dalam emisi termionik kalorlah yang menyediakannya. 9sul Plan"k bahwa benda meman"arkan "ahaya dalam bentuk kuanta tidak bertentangan dengan penjalaran "ahaya sebagai gelombang. 'ementara !instein menyatakan "ahaya bergerak melalui ruang dalam bentuk foton. #edua hal ini baru dapat diterima setelah eksperimen ;ompton. !ksperimen ini menunjukan adanya perubahan panjang gelombang dari foton yang terhambur dengan sudut *f+ tertentu oleh partikel bermassa diam *mo+. Perubahan ini tidak bergantung dari panjang gelombang foton datang *l+. Hasil pergeseran "ompton sangat ke"il dan tidak terdeteksi. Hal ini terjadi karena sebagian elektron dalam materi terikat lemah pada atom induknya dan sebagian lainnya terikat kuat. ika elektron d timbulkan oleh foton, seluruh atom bergerak, bukan hanya elektron tunggalnya. 9ntuk lebih memahami tinjauan teori kuantum dan teori gelombang yang saling melengkapi, marilah kita amati riak yang menyebar dari permukaan air jika kita menjatuhkan batu ke permukaan air. Pernahkan
Halaman | 4



)iak yang menyebar pada permukaan air akan hilang dengan masuknya batu ke dasar.

Perhatikan gambar berikut 

*a+

*b+

>ambar 1 *a+ (eori gelombang "ahaya menjelaskan difraksidan interferensi yang tidak dapat dijelaskan oleh teori kuantum.*b+ (eori kuantum menjelaskan efek fotolistrik yang tidak dapat di jelaskan oleh teori gelombang. Bila "ahaya melalui "elah-"elah, "ahaya berlalu sebagai gelombang, ketika tiba di layar "ahaya berlalu sebagai partikel. Berdasarkan data tersebut, dilakukan eksperimen lanjutan yang meneliti sifat dualisme gelombang dan partikel.

. Dua!i"me Ge!oman# $an Parti%e!

Halaman | 5



%ouis de Broglie meneliti keberadaan gelombang melalui eksperimen difraksi berkas elektron. %ouis de Broglie

:ari hasil penelitiannya inilah diusulkan ?materi mempunyai sifat gelombang di samping partikel@, yang dikenal dengan prinsip dualitas

'ifat partikel dan gelombang suatu materi tidak tampak sekaligus, sifat yang tampak jelas tergantung pada perbandingan panjang gelombang de Broglie dengan dimensinya serta dimensi sesuatu yang berinteraksi dengannya. Pertikel yang bergerak memiliki sifat gelombang. 5akta yang mendukung teori ini adalah petir dan kilat. Pernahkan iermer *P (homas *8nggris+. Prinsip dualitas inilah menjadi titik pangkal berkembangnya mekanika kuantum oleh !rwin '"hrodinger.

Er&in S'(ro$in#er 'ebelum !rwin '"hrodinger, seorang ahli dari erman &erner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip

Halaman | 6



ketidakpastian yaitu ?(idak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda se"ara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom@.

!rwin '"hrodinger

&erner Heisenberg

:aerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh !rwin '"hrodinger. !rwin '"hrodinger meme"ahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi. Persamaan '"hrodinger

Halaman | 7



Persamaan gelombang dari '"hrodinger ini "ukup rumit sehingga akan dipelajari dalam fisika kuantum pada tingkat perguruan tinggi. Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini.

Arbital menggambarkan tingkat energi elektron. Arbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit. :engan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. &alaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.

Halaman | 8



3. BILANGAN KUANTUM

9ntuk menentukan kedudukan suatu elektron dalam atom, digunakan 4 bilangan kuantum. 1.

Bi!an#an %uantum utama )n*+ mewujudkan lintasan e!e%tron dalam atom. n mempunyai harga 1, , 3, ..... - n  1 sesuai dengan kulit # - n   sesuai dengan kulit % - n  3 sesuai dengan kulit M - dan seterusnya (iap kulit atau setiap tingkat energi ditempati oleh sejumlah elektron. umlah elektron maksimmm yang dapat menempati tingkat energi itu harus memenuhi rumus Pauli  n . Contoh:

kulit ke-4 *n4+ dapat ditempati maksimum  $ 4  elektron  3 elektron .

Bi!an#an %uantum a,imut( )!*  menunjukkan sub kulit dimana elektron itu bergerak sekaligus menunjukkan sub kulit yang merupakan penyusun suatu kulit. Bilangan kuantum azimuth mempunyai harga dari 2 sampai dengan *n-1+. n  1  l  2  sesuai kulit # n    l  2, 1  sesuai kulit % n  3  l  2, 1,   sesuai kulit M n  4  l  2, 1, , 3  sesuai kulit  dan seterusnya 'ub kulit yang harganya berbeda-beda ini diberi nama khusus l l l l

3.

 2  sesuai sub kulit s *s  sharp+  1  sesuai sub kulit p *p  prin"iple+    sesuai sub kulit d *d  diffuse+  3  sesuai sub kulit f *f  fundamental+

Bi!an#an %uantum ma#neti% )m*  mewujudkan adanya satu atau beberapa tingkatan energi di dalam satu sub kulit. Bilangan kuantum magnetik *m+ mempunyai harga *-l+ sampai harga *7l+.

Halaman | 9



9ntuk l  2 *sub kulit s+, harga m  l  1 *sub kulit p+, harga m  l   *sub kulit d+, harga m  l  3 *sub kwit f+ , harga m  4.

2 *mempunyai 1 orbital+ -1, A, 71 *mempunyai 3 orbital+ -, -1, A, 71, 7 *mempunyai C orbital+ -3, -, A, 71, 7, 73 *mempunyai D orbital+

Bi!an#an %uantum "-in )"* menunjukkan arah perputaran elektron pada sumbunya. :alam satu orbital, maksimum dapat beredar  elektron dan kedua elektron ini berputar melalui sumbu dengan arah yang berlawanan, dan masingmasing diberi harga spin 71E atau -1E.

Pertanyaan: Bagaimana menyatakan keempat bilangan kuantum dari elektron 3s 1 =

Jawab: #eempat bilangan kuantum dari kedudukan elektron 3s 1 dapat dinyatakan sebagai, n 3  l  2  m  2  s  71E  atau -1E

4. BENTUK DAN ARAH ORBITAL

8ngatlah bahwa setiap subkulit disusun oleh satu atau lebih orbital dan setiap orbitalmempunyai bentuk tertentu.
Halaman | 10



>ambar 4. Bentuk-bentuk orbital

'ebagaimana telah kita ketahui sebelumnya bahwa arah orbital ditentukan oleh bilangan kuantum magnetik. Arbital s yang berbentuk bola tidak menunjukan arah ruang tertentu karena kebolehjadian ditemukan elektron dengan bentuk ini berjarak sama jauhnya ke segala arah dari inti atom. 8nti atom terdapat pada pusat bola. Perhatikanlah gambar arah ruang orbital s berikut ini F

>ambar C. Bentuk orbital s

a. #ebolehjadian terbesar ditemukannya elektron dalam orbital s terdapat pada daerah sekitar bola, yaitu untuk orbital 

Halaman | 11



1. 1s

 terdapat pada kulit bola

. s

 terdapat pada awan lapisan kedua

3. 3s

 terdapat pada awan lapisan ketiga

>ambaran kebolehjadian ditemukan orbital pada masing-masing kulit 

>ambar 0. Bentuk orbital s pada kulit yang berbeda

Pernahkah ambaran ini mirip dengan kue onde-onde. #ue ini berbentuk bola yang di dalamnya terdapat isi dengan bentuk bola pula. :apatkah
Halaman | 12



'ubkulit p terdiri dari tiga orbital p. #arena nilai bilangan kuantum magnetiknya ada tiga yaitu G1, 2, dan 71. #etiga orbital ini mempunyai tingkat energi yang sama tetapi arah ruangnya masing-masing berbeda. ika digabungkan, ketiga orbital ini saling tegak lurus satu sama lain. Bila digambarkan pada sistem koordinat "artesius yang memiliki sumbu , I, dan J maka orbital p yang terletak pada sumbu  disebut orbital P, sedangkan yang terletak pada sumbu I disebut orbital PI. Begitu pula halnya dengan orbital p yang terletak pada sumbu J disebut orbital PJ. :apatkah
>ambar D. Bentuk orbital G orbital P, PI, PJ

'ehingga gambaran orbital p dengan bilangan kuantum azimut l 1 dinyatakan dalam gambar berikut iniF

Halaman | 13



>ambar K. Bentuk orbital p

:apat
Halaman | 14



Arbital dJ terletak pada sumbu J Arbital d-I terletak pada sumbu  dan I Arbital dI terletak antara sumbu  dan I Arbital dJ terletak antara sumbu  dan J Arbital dIJ terletak antara sumbu I dan J

>ambar L. Bebagai bentuk orbital d

Halaman | 15



%ebih rumitkah gambarnya= Mintalah bantuan guru bina untuk menjelaskan atau menunjukkan gambar tersebut 9ntuk lebih jelas tentang gambaran orbital ini, "obalah
. SISTEM PERIODIK UNSUR :alam setiap atom telah tersedia orbital-orbital, akan tetapi belum tentu semua orbital ini terisi penuh. Bagaimanakah pengisian elektron dalam or bital-orbital tersebut = Pengisian elektron dalam orbital-orbital memenuhi beberapa peraturan. antara lain

1. Prin"i- Au/au !lektron-elektron mulai mengisi orbital dengan tingkat energi terendah dan seterusnya. Arbital yang memenuhi tingkat energi yang paling rendah adalah 1s dilanjutkan dengan s, p, 3s, 3p, dan seterusnya dan untuk mempermudah dibuat diagram sebagai berikut

Halaman | 16



;ontoh pengisian elektron-elektron dalam orbital beberapa unsur
2. Prin"i- Pau!i (idak mungkin di dalam atom terdapat  elektron dengan keempat bilangan kuantum yang sama. Hal ini berarti, bila ada dua elektron yang mempunyai bilangan kuantum utama, azimuth dan magnetik yang sama, maka bilangan kuantum spinnya harus berlawanan.

0. Prin"i- Hun$ ;ara pengisian elektron dalam orbital pada suatu sub kulit ialah bahwa elektron-elektron tidak membentuk pasangan elektron sebelum masingmasing orbital terisi dengan sebuah elektron.

Halaman | 17



;ontoh 

Berdasarkan prinsip Hund, maka 1 elektron dari lintasan s akan berpindah ke lintasan pz, sehingga sekarang ada 4 elektron yang tidak berpasangan. Aleh karena itu agar semua orbitalnya penuh, maka atom karbon berikatan dengan unsur yang dapat memberikan 4 elektron. 'ehingga di alam terdapat senyawa ;H4 atau ;;l4, tetapi tidak terdapat senyawa ;;l3 atau ;;lC.

. HUBUNGAN ANTARA GOLONGAN DENGAN KONIGURASI ELEKTRON 9nsur yang terletak pada satu golongan mempunyai sifat-sifat kimia yang mirip *hampir sama+ 9nsur-unsur golongan < disebut golongan utama, sedangkan unsur-unsur golongan B disebut unsur transisi *peralihan+, semua unsur transisi diberi simbol B ke"uali untuk triade besi, paladium dan platina disebut golongan /888NN.

A. LAMBANG UNSUR3UNSUR GOLONGAN A

Laman# Go!on#an

Nama Go!on#an

8-<

88 - <

888 - <

Boron

8/ - <

#arbon - 'ilikon

/-<

itogen - Posphor

/8 - <

Aksigen

/88 - <

Halogen

/888 - <

>as mulia

Kon/i#ura"i E!e%tron Orita! Ter!uar 1 ns ns  ns - np1 ns  - np ns  - np3 ns  - np4 ns  - npC ns - np0

B. LAMBANG UNSUR3UNSUR GOLONGAN B

Halaman | 18



Kon/i#ura"i E!e%tron Laman# Go!on#an *n - 1+ d 1 ns 888 - B *n - 1+ d  ns 8/ - B *n - 1+ d 3 ns /-B *n - 1+ d 4 ns /8 - B *n - 1+ d C ns /88 - B *n - 1+ d 0-K ns /888 *n - 1+ d L ns 8-B *n - 1+ d 12 ns 88 - B

C. GOLONGAN LANTANIDA DAN AKTINIDA4 DIBERI LAMBANG n' *n-+f 1-14 Jika :

n  0 adalah lantanida n  D adalah aktinida ;ara penentuan Periode dan >ol

1. Unsur dengan nomor atom 11, konfigurasinya : 1s 2 2s2 2p !s1  n  3, berarti periode 3 *kulit M+  elektron 6alensi *terluar+ 3s sebanyak 1 elektron, berarti termasuk golongan 8<. 2. Unsur "a dengan nomor atom !1, konfigurasinya : 1s2 2s2 2p !s2 !p #s2 !d 1$ #p1  n  4, berarti perioda 4 *kulit +.  elektron6alensi 4s 4p1, berarti golongan 888<. !. Unsur %& dengan nomor atom 21, konfigurasinya : 1s 2 2s2 2p !s2 !p #s2 !d 1  n  4, berarti perioda 4 *kulit +.  3d1 4s berarti golongan 888B. #. Unsur 'e dengan nomor atom 2, konfigurasinya : 1s2 2s2 2p !s2 !p #s2 !d 1$  n  4, berarti perioda 4 *kulit +.  3d0 4s , berarti golongan /888. 5. U6I KOMPETENSI %ingkarilah awaban Pertanyaan di Bawah 8ni 1. #onfigurasi elektron yang paling tepat dari atom unsur L5 adalah O . a. 1s s p0 b. 1s s pC ". 1s s1 pC 3s1

Halaman | 19



d. 1s s1 p0 e. 1s1 s1 p0 3s1 . #onfigurasi elektron yang paling tepat dari atom unsur a. <. 1s s p0 3s 3p0 4s 3d4 b. B. 1s s p0 3s 3p0 4s 4p4 ". ;. 1s s p0 3s 3p0 4s1 3dC d. :. 1s s p0 3s 3p 3d4 4s e. !. 1s  s p0 3s 3p0 4s1 3d4 4p1

;r adalah O .

4

3. Penulisan konfigurasi elektron se"ara singkat yang paling tepat untuk atom unsur 4D
4. umlah elektron tunggal*tidak berpasangan+ dari atom unsur a. 1 b.  ". 3 d. 4 e. C

5e adalah ... .

0

C. :iketahui nomor atom Mn  C, maka konfigurasi elektron ion Mn 47 adalah O a. 1s s p0 3s 3p0 4s 3d3 b. 1s s p0 3s 3p0 3d1 ". 1s s p0 3s 3p0 3d3 d. 1s s p0 3s 3p0 4s 3d1 e. 1s s p0 3s 3p0 4s1 3d 0. :iketahui nomor atom unsur . a. 1s s p0 3s 3p0 4s b. 1s s p0 3s 3p0 4s ". 1s s p0 3s 3p0 4s d. 1s s p0 3s 3p0 4s e. 1s s p0 3s 3p0 4s

8  C3, maka konfigurasi elektron ion 8 - adalah O 3d12 3d12 3d12 3d12 3d12

4p0 4p0 4p0 4p0 4p0

Cs Cs Cs Cs1 Cs1

4d12 4d12 4d12 4d12 4d12

Cp4 Cp0 Cp3 CpC Cp0

D. :iketahui nomor atom unsur ;o  D, maka banyaknya elektron tunggal*tidak berpasangan+ yang dimiliki oleh ion ;o 7 adalah O . a. 1 b.  ". 3 d. 4 e. C

Halaman | 20



K. :iketahui nomor atom unsur ;l  1D, maka banyaknya elektron 6alensi atom unsur tersebut adalah O . a. 1 b. 3 ". C d. D e. K L. :iketahui nomor atom unsur )b  3D, maka banyaknya elektron 6alensi atom unsur tersebut adalah O . a. 1 b.  ". 3 d. 4 e. C 12. :iketahui nomor atom unsur (i  , maka banyaknya elektron 6alensi atom unsur tersebut adalah O . a. 1 b.  ". 3 d. 4 e. C

Halaman | 21



7. Kun'i 6a&aan

1. 2. 3. 4. C. 0. D. K. L. 12.

B ; < : ; B ; : < :

Halaman | 22

4. Teori Atom Bohr Dan Mekanika Kuantum Oke1

Recommend Documents