BAB I PENDAHULUAN A. Latar belakang
Susunan dalam atom-atom suatu zat sangat mempengaruhi sifat kimia dan sifat fisika dari zat tersebut. Susunan elektron ini juga berpengaruh pada pembentukan molekul yang akan kita pelajari. Atom adalah suatu suatu satuan dasar materi, yang materi, yang terdiri atas inti atas inti atom serta awan elektron awan elektron bermuatan bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan positif, dan neutron yang bermuatan netral (kecuali pada inti atom Hidrogen-1, yang Hidrogen-1, yang tidak memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya elektromagnetik. elektromagnetik. Sekumpulan atom demikian pula dapat berikatan satu sama lainnya, dan membentuk sebuah molekul. Menurut model Bohr untuk atom hidrogen, lintasan elektron dalam atom hidrogen berbentuk lingkaran.
Dengan model ini kita telah menurunkan rumus
tingkat-tingkat energi elektron atom hidrogen yang dinyatakan dalam bilangan kuantum n. Aggapan bahwa lintasan elektron berbentuk lingkaran lingkaran terlalu sederhana. sederhana. Gerakan elektron mengelilingi atom dipengaruhi oleh gaya yang merupakan fungsi 1/ . Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya elektromagnetik. Demikian pula sekumpulan atom dapat berikatan satu sama lainnya membentuk sebuah molekul. Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat netral, sedangkan yang mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat positif atau negatif dan merupakan ion. Atom dikelompokkan berdasarkan jumlah berdasarkan jumlah proton dan neutron pada neutron pada inti atom tersebut. Jumlah J umlah proton pada
atom menentukan unsur kimia atom tersebut, dan jumlah neutron menentukan isotop unsur tersebut. Susunan elektron yang dinyatakan oleh ke-4 bilangan kuantum.
Dalam
penyusunan ini kita akan berpedoman pada asas larangan Pauli yang menyatakan tidak ada dua elektron sejenis yang menempati keadaan (state) (state) yang sama. Kita juga akan mempelajari tentang spektrum emisi dan absorpsi absorpsi suatu zat. diakhiri pembahasan tentang kopel LS Dan kopel JJ. B. RUMUSAN MASALAH
1. Apakah pengertian dari atom berelektron ? 2.
Sebutkan struktur Inti Atom ?
3. Sebutkan susunan Elektron ? 4. Apakah Bilangan Atom Berelektron Banyak itu ?
C. Tujuan
1. Mengetahui pengertian tentang atom berelektron 2. Mengetahui struktur inti atom 3. Mengetahui susunan elektron 4. Mengetahui bilangan atom berelektron banyak
Bab ini akan
BAB II PEMBAHASAN 1.1. ATOM ELEKTRON
Istilah atom berasal dari dari Bahasa Yunani (ἄτομος/átomos, αα-τεμνω), yang berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Konsep atom sebagai komponen yang tak dapat dibagi-bagi lagi pertama kali diajukan oleh para filsuf India dan Yunani. Yunani. Pada abad ke-17 dan ke-18, para kimiawan meletakkan dasar-dasar pemikiran ini dengan menunjukkan bahwa zat-zat tertentu tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi menggunakan metode-metode kimia. Selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, para fisikawan berhasil menemukan struktur dan komponen-komponen subatom di dalam atom, membuktikan bahwa 'atom' tidaklah tak dapat dibagi-bagi lagi. Prinsip-prinsip mekanika kuantum yang digunakan para fisikawan kemudian berhasil memodelkan atom. Atom adalah suatu satuan dasar materi, yang materi, yang terdiri atas inti atas inti atom serta awan elektron awan elektron bermuatan bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas proton yang
bermuatan
positif,
dan
neutron
yang
bermuatan netral (kecuali pada inti atom Hidrogenatom Hidrogen1, 1, yang tidak memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya
elektromagnetik. Sekumpulan elektromagnetik. Sekumpulan atom demikian pula dapat berikatan satu sama lainnya, dan membentuk sebuah molekul. sebuah molekul. Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat netral, sedangkan yang mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat positif atau negatif dan disebut sebagai ion. ion. Atom dikelompokkan berdasarkan jumlah proton dan neutron yang terdapat pada inti atom tersebut. Jumlah proton pada atom menentukan unsur kimia atom tersebut, dan jumlah neutron menentukan isotop menentukan isotop unsur tersebut. A. Partikel subatom
Artikel utama untuk bagian ini adalah: Partikel adalah: Partikel subatom walaupun awalnya kata atom atom berarti suatu partikel yang tidak dapat dipotong-potong lagi menjadi partikel yang lebih kecil, dalam terminologi ilmu pengetahuan modern, atom tersusun atas berbagai partikel subatom. subatom. Partikel-partikel penyusun atom ini adalah elektron, proton, proton, dan neutron. neutron. Namun hidrogen-1 tidak mempunyai neutron. Demikian pula +
halnya pada ion pada ion hidrogen positif hidrogen positif H . Dari kesemua partikel subatom ini, elektron adalah yang paling ringan, dengan −31
massa elektron sebesar 9,11 × 10
kg dan mempunyai muatan negatif. Ukuran
elektron sangatlah kecil sedemikiannya tiada teknik pengukuran yang dapat digunakan untuk mengukur ukurannya. ukurannya.
[32]
Proton memiliki muatan positif dan massa −27
1.836 kali lebih berat daripada elektron (1,6726 × 10 listrik dan bermassa bebas 1.839 kali massa elektron
[33]
kg). Neutron tidak bermuatan −27
atau (1,6929 × 10
kg).
Dalam model standar fisika, baik proton dan neutron terdiri dari partikel elementer yang disebut kuark. kuark. Kuark termasuk kedalam golongan partikel fermion dan merupakan salah satu dari dua bahan penyusun materi dasar (yang lainnya adalah lepton). lepton). Terdapat enam jenis kuark dan tiap-tiap kuark tersebut memiliki muatan listri fraksional sebesar +2/3 ataupun −1/3. Proton terdiri dari dua kuark naik dan satu
kuark turun, turun, manakala neutron terdiri dari satu kuark naik dan dua kuark turun. Perbedaan komposisi kuark ini memengaruhi perbedaan massa dan muatan antara dua partikel tersebut. Kuark terikat bersama oleh gaya oleh gaya nuklir kuat yang diperantarai oleh gluon. Gluon gluon. Gluon adalah anggota dari boson dari boson tolok yang merupakan perantara gaya-gaya fisika. B. Inti atom
Artikel utama untuk bagian ini adalah: Inti adalah: Inti atom Energi
pengikatan
yang
diperlukan
oleh
nukleon untuk lolos dari inti pada berbagai isotop. Inti atom terdiri atas proton dan neutron yang terikat bersama pada pusat atom. Secara kolektif, proton dan neutron tersebut disebut sebagai −15
Diameter inti atom berkisar antara 10 sama dengan
nukleon
(partikel
penyusun
inti).
−14
hingga 10
m. Jari-jari inti diperkirakan
fm, fm, dengan A dengan A adalah adalah jumlah nukleon. Hal ini sangatlah kecil
dibandingkan dengan jari-jari atom. Nukleon-nukleon tersebut terikat bersama oleh gaya tarik-menarik potensial yang disebut gaya kuat residual. Pada residual. Pada jarak lebih kecil daripada 2,5 fm, gaya ini lebih kuat daripada daripada gaya elektrostatik yang menyebabkan proton saling tolak menolak. Atom dari unsur dari unsur kimia yang sama memiliki jumlah proton yang sama, disebut nomor atom. Suatu atom. Suatu unsur dapat memiliki jumlah neutron yang bervariasi. Variasi ini disebut sebagai isotop. isotop. Jumlah proton dan neutron suatu atom akan menentukan nuklida atom tersebut, sedangkan jumlah neutron relatif terhadap jumlah proton akan menentukan stabilitas inti atom, dengan isotop unsur tertentu akan menjalankan peluruhan radioaktif.
Neutron dan proton adalah dua jenis fermion yang berbeda. Asas pengecualian Pauli melarang adanya keberadaan fermion yang identik (seperti misalnya proton berganda) menduduki suatu keadaan fisik kuantum yang sama pada waktu yang sama. Oleh karena itu, setiap proton dalam inti atom harusnya menduduki keadaan kuantum yang berbeda dengan aras energinya masing-masing. Asas Pauli ini juga berlaku untuk neutron. Pelarangan ini tidak berlaku bagi proton dan neutron yang menduduki keadaan kuantum yang sama. Untuk atom dengan nomor atom yang rendah, inti atom yang memiliki jumlah proton lebih banyak daripada neutron berpotensi jatuh ke keadaan energi yang lebih rendah melalui peluruhan radioaktif yang menyebabkan jumlah proton dan neutron seimbang. Oleh karena itu, atom dengan jumlah proton dan neutron yang berimbang lebih stabil dan cenderung tidak meluruh. Namun, dengan meningkatnya nomor atom, gaya tolak-menolak antar proton membuat inti atom memerlukan proporsi neutron yang lebih tinggi lagi untuk menjaga stabilitasnya. Pada inti yang paling berat, rasio neutron per proton yang diperlukan untuk
menjaga
stabilitasnya
akan
meningkat
menjadi 1,5. Gambaran proses fusi nuklir yang menghasilkan inti deuterium (terdiri dari satu proton +
dan satu neutron). Satu positron (e ) dipancarkan bersamaan dengan neutrino dengan neutrino elektron. Jumlah proton dan neutron pada inti atom dapat diubah, walaupun hal ini memerlukan energi yang sangat tinggi oleh karena gaya atraksinya yang kuat. Fusi nuklir terjadi ketika banyak partikel atom bergabung membentuk inti yang lebih berat. Sebagai contoh, pada inti Matahari, proton memerlukan energi sekitar 3 – 10 10 keV untuk mengatasi gaya tolak-menolak antar sesamanya dan bergabung menjadi [41]
satu inti. inti.
Fisi nuklir merupakan kebalikan dari proses fusi. Pada fisi nuklir, inti
dipecah menjadi dua inti yang lebih kecil. Hal ini biasanya terjadi melalui peluruhan radioaktif. Inti atom juga dapat diubah melalui penembakan partikel subatom
berenergi tinggi. Apabila hal ini mengubah jumlah proton dalam inti, atom tersebut akan berubah unsurnya. Jika massa inti setelah terjadinya reaksi fusi lebih kecil daripada jumlah massa partikel awal penyusunnya, maka perbedaan ini disebabkan oleh pelepasan pancaran energi (misalnya sinar (misalnya sinar gamma), gamma), sebagaimana yang ditemukan pada rumus kesetaraan rumus kesetaraan 2
massa-energi Einstein, E = = mc , dengan m adalah massa yang hilang dan c adalah kecepatan cahaya. Defisit cahaya. Defisit ini merupakan bagian dari energi dari energi pengikatan inti yang baru. C. Struktur Atom
Struktur atom merupakan satuan dasar materi yang terdiri dari inti atom beserta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom mengandung campuran proton yang bermuatan positif dan neutron yang bermuatan netral (terkecuali pada Hidrogen-1 yang tidak memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya elektromagnetik. Demikian pula sekumpulan atom dapat berikatan satu sama lainnya membentuk sebuah molekul. Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat netral, sedangkan yang mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat positif atau negatif dan merupakan ion. Atom dikelompokkan berdasarkan jumlah berdasarkan jumlah proton dan neutron pada inti atom tersebut. Jumlah proton pada atom menentukan unsur kimia atom tersebut, dan jumlah neutron menentukan isotop unsur tersebut. Relatif terhadap pengamatan sehari-hari, atom merupakan objek yang sangat kecil dengan massa yang sama kecilnya pula. Atom hanya dapat dipantau menggunakan peralatan khusus seperti mikroskop penerowongan payaran. Lebih dari 99,9% massa atom berpusat pada inti atom, dengan proton dan neutron yang bermassa hampir sama. Setiap unsur paling tidak memiliki satu isotop dengan inti yang tidak stabil yang dapat mengalami peluruhan radioaktif. radioaktif. Hal ini dapat mengakibatkan transmutasi yang mengubah jumlah proton dan neutron pada inti.
Elektron yang terikat pada atom mengandung sejumlah aras energi, ataupun orbital, yang stabil dan dapat mengalami transisi di antara aras tersebut dengan menyerap ataupun memancarkan foton yang sesuai dengan perbedaan energi antara aras. Elektron pada atom menentukan sifat-sifat kimiawi sebuah unsur dan memengaruhi sifat-sifat magnetis atom tersebut.
D. Elektron
Elektron adalah partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis -
sebagai e . Elektron tidak memiliki komponen dasar ataupun substruktur apapun yang diketahui, sehingga ia dipercayai sebagai partikel sebagai partikel elementer. Elektron elementer. Elektron memiliki massa memiliki massa sekitar 1/1836 massa proton. Momentum sudut (spin) (spin) instrinsik elektron adalah setengah nilai integer dalam satuan
ħ,
yang berarti bahwa ia termasuk fermion.
Antipartikel elektron disebut sebagai positron, positron, yang identik dengan elektron, tapi bermuatan positif. Ketika sebuah elektron bertumbukan dengan positron, dengan positron, keduanya kemungkinan dapat saling berhambur ataupun musnah total, menghasilan sepasang (atau lebih) foton lebih) foton sinar sinar gama. Elektron, yang termasuk ke dalam generasi dalam generasi keluarga partikel lepton partikel lepton pertama, pertama, berpartisipasi dalam interaksi gravitasi, gravitasi, interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah. Sama lemah. Sama seperti semua materi, elektron memiliki sifat bak partikel maupun bak gelombang (dualitas gelombang-partikel), gelombang-partikel), sehingga ia dapat bertumbukan dengan partikel lain dan berdifraksi berdifraksi seperti cahaya. Oleh karena elektron termasuk fermion, dua elektron berbeda tidak dapat menduduki keadaan kuantum yang sama sesuai dengan asas dengan asas pengecualian Pauli.
Konsep muatan listrik yang tidak dapat dibagi-bagi lagi diteorikan untuk menjelaskan sifat-sifat kimiawi atom oleh filsuf alam Richard Laming pada awal tahun 1838; nama electron electron diperkenalkan untuk menamakan muatan ini pada tahun 1894 oleh fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney. Stoney. Elektron berhasil diidentifikasikan sebagai partikel pada tahun 1897 oleh J. oleh J. J. Thomson. Dalam banyak fenomena fisika, seperti listrik, magnetisme dan konduktivitas termal, elektron termal, elektron memainkan peran yang sangat penting. Suatu elektron yang bergerak relatif terhadap pengamat akan menghasilkan medan menghasilkan medan magnetik dan lintasan elektron tersebut juga akan dilengkungkan oleh medan magnetik eksternal. Ketika sebuah elektron dipercepat, ia dapat menyerap ataupun memancarkan energi dalam bentuk foton. Elektron bersama-sama dengan inti dengan inti atom yang terdiri dari proton dari proton dan neutron, dan neutron, membentuk atom. Namun, elektron hanya mengambil 0,06% massa total atom. Gaya tarik Coulomb antara elektron dengan proton menyebabkan elektron terikat dalam atom. Pertukaran ataupun perkongsian elektron antara dua atau lebih atom merupakan sebab utama terjadinya ikatan terjadinya ikatan kimia. Menurut teorinya, kebanyakan elektron dalam alam semesta diciptakan pada peristiwa Big Bang (ledakan besar), namun ia juga dapat diciptakan melalui peluruhan beta b eta isotop radioaktif maupun dalam tumbukan berenergi tinggi, misalnya pada saat sinar kosmis memasuki atmosfer. Elektron dapat dihancurkan melalui pemusnahan dengan positron, maupun dapat diserap semasa nukleosintesis bintang. Peralatan-peralatan laboratorium modern dapat digunakan untuk memuat ataupun memantau elektron individual. Elektron memiliki banyak kegunaan dalam teknologi modern, misalnya dalam mikroskop dalam mikroskop elektron, terapi elektron, terapi radiasi, dan radiasi, dan pemercepat pemercepat partikel. E. Awan elektron
Artikel utama untuk bagian ini adalah: Orbital adalah: Orbital atom dan Konfigurasi elektron Sumur potensial yang
menunjukkan energi minimum V ( x) x) yang diperlukan untuk mencapai tiap-tiap posisi x. x. Suatu partikel dengan energi E energi E dibatasi dibatasi pada kisaran posisi antara x antara x1 dan x dan x2. Elektron dalam suatu atom ditarik oleh proton dalam inti atom melalui gaya elektromagnetik. Gaya ini mengikat elektron dalam sumur potensi elektrostatik di sekitar inti. Hal ini berarti bahwa energi luar diperlukan agar elektron dapat lolos dari atom. Semakin dekat suatu elektron dalam inti, semakin besar gaya atraksinya, sehingga elektron yang berada dekat dengan pusat sumur potensi memerlukan energi yang lebih besar untuk lolos. Elektron, sama seperti partikel lainnya, memiliki sifat seperti partikel maupun seperti gelombang (dualisme gelombang-partikel). Awan elektron adalah suatu daerah dalam sumur potensi di mana tiap-tiap elektron menghasilkan sejenis gelombang diam (yaitu gelombang yang tidak bergerak relatif terhadap inti) tiga dimensi. Perilaku ini ditentukan oleh orbital atom, atom, yakni suatu fungsi matematika yang menghitung probabilitas suatu elektron akan muncul pada suatu lokasi tertentu ketika posisinya diukur. Hanya akan ada satu himpunan orbital tertentu yang berada disekitar inti, karena pola-pola gelombang lainnya akan dengan cepat meluruh menjadi bentuk yang lebih stabil. Fungsi gelombang dari lima orbital atom pertama. Tiga orbital 2p memperlihatkan satu biidang simpul. Tiap-tiap orbital atom berkoresponden
terhadap
aras
energi
elektron tertentu. Elektron dapat berubah keadaannya ke aras energi yang lebih tinggi dengan menyerap sebuah foton. sebuah foton.
Selain dapat naik menuju aras energi yang lebih tinggi, suatu elektron dapat pula turun ke keadaan energi yang lebih rendah dengan memancarkan energi yang berlebih sebagai foton. Energi yang diperlukan untuk melepaskan ataupun menambah satu elektron (energi pengikatan elektron) adalah lebih kecil daripada energi pengikatan nukleon. Sebagai contohnya, hanya diperlukan 13,6 eV untuk melepaskan elektron dari atom hidrogen. Bandingkan dengan energi ene rgi sebesar 2,3 MeV yang diperlukan untuk memecah inti deuterium. deuterium. Atom bermuatan listrik netral oleh karena jumlah proton dan elektronnya yang sama. Atom yang kekurangan ataupun kelebihan elektron disebut sebagai ion. ion. Elektron yang terletak paling luar dari inti dapat ditransfer ataupun dibagi ke atom terdekat lainnya. Dengan cara inilah, atom dapat saling berikatan membentuk molekul. molekul.
F. Elektron valensi
Dalam bidang kimia, elektron valensi adalah elektron-elekron adalah elektron-elekron sebuah atom sebuah atom yang dapat ikut membentuk ikatan kimia dengan atom lainnya. Elektron-elektron valensi yang terdapat di sebuah atom netral bebas dapat berikatan dengan elektron-elektron valensi atom lain untuk membentuk ikatan kimia. Dalam ikatan kovalen tunggal, kedua atom menyumbang satu elektron valensi untuk membentuk pasangan bersama. Untuk unsur golongan utama, utama, elektron-elektron dalam kulit terluar merupakan elektron valensinya. Untuk logam transisi, beberapa transisi, beberapa elektron kulit yang lebih dalam juga merupakan elektron valensi. Elektron valensi dapat menentukan bagaimana ciri-ciri kimia unsur tersebut dan apakah unsur tersebut dapat berikatan dengan yang lain atau tidak. Elektron valensi memiliki kemampuan, seperti elektron dalam kulit yang lebih dalam, untuk menyerap atau melepas energi dalam bentuk foton. foton. Terserapnya atau terlepasnya energi dapat
membuat sebuah elektron berpindah (melompat) ke kulit yang lain atau bahkan terlepas dari atom dan kulit valensinya.
G. Konfigurasi elektron
Orbital-orbital molekul dan atom elektron Dalam fisika Dalam fisika atom dan kimia dan kimia kuantum, konfigurasi elektron adalah susunan elektron-elektron pada sebuah atom, molekul, molekul, atau struktur fisik lainnya. Sama seperti partikel seperti partikel elementer lainnya, elektron patuh pada hukum mekanika hukum mekanika kuantum dan menampilkan sifat-sifat bak-partikel maupun bak-gelombang. Secara formal, keadaan formal, keadaan kuantum elektron tertentu ditentukan oleh fungsi oleh fungsi gelombangnya, yaitu gelombangnya, yaitu sebuah fungsi ruang dan waktu yang bernilai kompleks. kompleks. Menurut interpretasi mekanika kuantum Copenhagen, posisi Copenhagen, posisi sebuah elektron tidak bisa ditentukan kecuali setelah adanya aksi pengukuran
yang
menyebabkannya
untuk
bisa
dideteksi.
Probabilitas
aksi
pengukuran akan mendeteksi sebuah elektron pada titik tertentu pada ruang adalah proporsional terhadap kuadrat nilai absolut fungsi gelombang pada titik tersebut. Elektron-elektron dapat berpindah dari satu aras energi ke aras energi yang lainnya dengan emisi atau absorpsi kuantum absorpsi kuantum energi dalam bentuk foton. Oleh foton. Oleh karena
asas larangan Pauli, Pauli, tidak boleh ada lebih dari dua elektron yang dapat menempati sebuah orbital atom, atom, sehingga elektron hanya akan meloncat dari satu orbital ke orbital yang lainnya hanya jika terdapat kekosongan di dalamnya. 1.2. ATOM BERELEKTRON BANYAK
A. Bilangan kuantum
Menurut model Bohr untuk atom hidrogen, lintasan elektron dalam atom hidrogen berbentuk lingkaran. Dengan model ini kita telah menurunkan rumus tingkat-tingkat energy electron atom hydrogen yang dinyatakan dalam bilangan kuantum n. Aggapan bahwa lintasan elektron berbentuk lingkaran terlalu sederhana. sederhana. Gerakan elektron mengelilingi atom dipengaruhi oleh gaya yang merupakan funsi 1/ . Telah dipelajari hokum Keppler bahwa gaya jenis ini akan memberikan lintasan elips. Itulah sebab nya lasan elektron lebih tepat mengatakan bahwa lintasan elektron berupa elips bukan lingkaran. Lintasan elips elektron memerlukan 3 bilangan kuantum: 1. Bilangan kuantum utama (n (n) mengatur besar kecilnya lintasan (berhubungan dengan jari-jari rata-rata lintasan). 2. Bilangan kuantum orbital (l (l ) mengatur kepipihan elips. 3. Bilangan kuantum magnetic (m (m) mengatur kemiringan elips. Bilangan kuantum utama n, rumus jari-jari orbit = menunjukkan bahwa n menentukan jari-jari lintasan elektron ( adalah jari-jari atom Bohr).
Bilangan
kuantum orbital l dan dan bilangan kuantum magnetic m akan kita bahas dibawah ini. B. Bilangan kuantum orbital
Bilangan orbital berhubungan erat dengan besar momentum sudut. Momentum sudut ini lah lah yang mengatur mengatur kepipihan elips. Pada lintasan lingkaran dalam model atom Borh, besar momentum sudut elektron adalah L = nh di nh di mana h (baca: h-bar ) =
h/2 dan h adalah konstantas Planck.
Menurut Schrodinger rumus diatas tidak
berlaku jika lintasan elektron berbentuk elips.
Dengan menganggap elektron
berkelakuan seperti gelombang, Schrodinger menurunkan rumus momentum sudut elektron. L = h
= (h/ (h/ 2)
…………………….(1.1) …………………….(1.1)
Dengan l menyatakan bilangan kuantum orbital yang merupakan bilangan bulat dari 0 sampai n – 1 1 (n (n = bilangan kuantum utaman) l = l = 0, 1, 2, ……….. , n – 1 1 Pada Gambar 1.1, ditunjukan lintasan elips untuk berbagai nilai l pada kulit k ulit n = 4. Jari-jari rata-rata elips (r (r = = (a + b)/2, a = panjang sumbu mayor; b = panjang sumbu minor), dari keempat elips tersebut sama besar. Besar r ditentukan oleh bilangan kuantum n.
Orbit dengan nilai l terbesar (l (l = n -1) -1) memiliki momentum sudut terbesar (momentum sudut diukur terhadap inti atom). atom). Orbitnya terbentuk lingkaran. lingkaran.
Semua nila l yang yang lebih kecil akan memberikan elips yang lebih pipih.
Pada l = = 0 elips sangat pipih. Sumbuh minor lintasan lintasan ini hamper sama dengan jari-jari inti atom. Jika inti atom dianggap titik, lintasan l = 0 berbentuk garis lurus. Ini sesuai sesuai dengan konsep momentum sudut di mana ketika L = 0, partikel bergerak lurus melewati titik awan.
Besar momentum sudut untuk tiap nilai l adalah:
l = 0 memberikan L = 0
l = 1 = 1 memberikan L = h √
l = 2 memberikan L = h = h√
l = 3 memberikan L = h = h√
C. Bilangan kuantum magnetik
Momentum sudut merupakan besaran vector yang mempunyai komponen x, komponen x, y, dan z. Membuat para tokoh pengembang fisika kuantum (Schrodinger, Heisenberg), komponen x dan y y dari momentum sudut dapat mempunyai besar sembarang tetapikomponen z tidak.
Komponen z dari momentum sudut terkuantisasi, dan
besarnya adalah:
= h dinamakan
………………….......…………………………..(1.2)
bilangan kuantum magnetik (atau bilangan kuantum magnetic
orbital ) yang nilanya dibatasi dari – dari – l sampai + 1 yaitu,
= -l, -l, -l + 1, … , 0, … l – 1, l Banyaknya
yang
..………………...… ..………………...….(1.3) .(1.3)
mungkin adalah 2l 2l + dan tiap ml ml berhubungan dengan satu
kemungkinan proyeksi L pada arah sumbu z. Misalnya, lintasan elektron denganl dengan l =
= √ memilih 3 kemungkinan proyeksi 1 dan L = h pro yeksi L yaitu = 1; = 0 = -1.
Jadi 3 kemungkinan proyeksi momentum sudut pada sumbu z, yaitu: Cos = / L = 1/√ ; cos = Cos = / L = 0 ; Cos = Cos = / L = 1/√ ; Cos =
Bilangan
dinamakan
bilangan kuantum magnetic karena bilangan kuantum ini
sangat erat hubungannya dengan medan magnetic yang dapat memiringkan lintasan elektron.
D. Bilangan kuantum spin
Dalam tahun 1925, S.A Goudsmit dan G. E. Uhlenbec mengusulkan bahwa sebuah elektron memiliki momentum sudut intrinsic intrinsic yang disebut spin. magnetic spin (
)
Momen
berkaitan dengan momentum sudut spin (S) dan komponen S
terhadap sumbu Z ( ).
Arah dari setiap
ditentukan
oleh bilangan kuantum
magnetic spin ( ). Elektron inilah yang menyebabkan terjadinya terjadinya penyimpangan berkas atom yang menyimpang kearah kutub magnetic S, seperti yang diamati oleh Stren-Gerlach.
Oleh karena orientasi dari
hanyan
dua buah, dapat ditulis
persamaan 2s + 1 = 2 S=
………..……………................................................(1.4) ………..……………................................................(1.4)
Vector momentum sudut spin S adalah S = h
……..………………………………(1.5) ……..………………………………( 1.5)
Komponen S terhadap sumbu-z adalah
= h
……..…………………………………..…..(1.6) ……..…………………………………..…..( 1.6)
Harga-haraga yang mungkin adalah dari +s sampai – sampai – s tanpa melalui 0, yaitu
= dan = -
……………………………….. ……………………………… ..…...( …...(1.7) 1.7)
E. Konfigurasi elektron
Kaidah yang menentukan struktur elektron dari atom berelktron banyak.
Sebuah system zarah mantap (stabil) bila energy energ y totalnya minimum
Hanya satu elektron yand dapat berada dalam keadaan kuantum tertentu dalam atom.
Elektron yang memiliki bilangan kuantum utama yang sama terletak pada jarak rata-rata yang sama dari inti. inti.
Secara konvensional dikatakan bahwa elektron
menempati kulit yang sama. Kulit atom n = 1 2 3 4 5 ….. K L M N O …… Energi elektron pada kulit tertentu disamping bergantung pada bilangan kuantum utama n, juga bergantung kuantumorbital l . elektron dalam dalam masing-masing masing-masing kulit akan bertambah besar enrginya jika l bertambah besar. Elektron-elektron yang memiliki harga l yang sama dalam satu kulit dikatakan menempati
subkulit
dikatakan
menempati
kepergantungan energy elektron pada
subkulit
dan
yang
sangat kecil.
sama,
karena
Keadaan pada
bilangan kuantum orbital l dinotasikan dengan huruf kecil sebagai berikut: l = 0 1 2 3 4 5 …. s
p d
f g h ….
Lambang-lambang tersebut diperoleh dari klarifikasi empiris spektrum deret sharp (tajam), principal (utama), diffuse diffuse (kabur), dan fundamental (pokok) yang terjadi sebelum teori atom dikembangkan. Aturan Aufbau dalam konfigurasi elektron dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 1.2. Urutan Pengisian Elektron dalam Subkulit Konfigurasi elektron pada atom Na bernomor atom 11 dapat dituliskan sebagai berikut:
Hal ini berarti bahwa subkulit 1s (n ( n = 1, l = = 0) dan subkulit 2s (n (n = 2, l = 0) masing-masing berisi dua elektron, subkulit 2p (n (n = 2, l = 1) berisi enam elektron, dan subkulit 3s (n (n = 3,l 3,l = 0) berisi satu elektron. Sebuah subkulit bercirikan bercirikan bilangan kuantum
utama
n
dan
bilangan
kuantum
orbital
l
dengan:
l = 0, 1, 2, 3, … , (n-1) (n-1) Untuk setiap I terdapat 2l 2l +1 +1 bilangan kuantum magnetik
yang
berbeda sebagai
berikut:
= 0, 1, 2, 3, … , , l Dan untuk setiap
terdapat
= +1/2 dan = -1/2.
2 bilangan kuantum spin yang berbeda yakni
Masing-masing subkulit dapat berisi maksimum maksimum 2(2l 2(2l + + 1)
elektron. Dan jumlah maksimum elektron dalam kulit ke-n ke-n adalah .
Aturan Hund
Aturan ini menyatakan : pada umumnya electron dalam atom tetap tak berpasangan (spinnya sejajar) bila memungkinkan.
N
:
O: Gambar 1.3. Penerapan Aturan Hund pada Atom N dan O Aturan ini timbul karena elektron atomik saling tolak menolak.
Karena
tolakkan ini elektron akan saling berjauhan sehingga energy atomnya akan mengecil. Elektron berspin sejajar lebih terpisah dalam ruang dibandingkan dengan jika elektron itu berpasangan., sehingga konfigurasi semacam ini mempunyai energy yang lebih kecil dan lebih mantap. F. Momentum sudut total
Setiap elektron dalam sebuah atom memiliki momentum sudut orbital L dan momentum sudut spin S tertentu, keduanya memberikan sumbangan pada momentum sudut total J dari atom. Momentum sudut total dari atom terkuantisasi dengan persamaan: J = Komponen
z
dari
momentum
= h
……………………………….….…(1.8) ……………………………….….…( 1.8) sudut
totala
atom
memenuhi:
……………………………………………..(1.9) …………………………………………… ..(1.9)
dengan J dan menyatakan bilangan kuantum yang mengatur J dan . Besar L dari momentum sudut orbital L ditentukan oleh bilangan kuantum l menurut menurut persamaan: L = h
…………………………………....(1.10) ………………………………….... (1.10)
Komponen momentum sudut orbital pada sumbuh z,
ditentukan
oleh bilangan
kuantum magnetik :
= h
…………………………………………...(1.11) …………………………………………... (1.11)
Besar S dari momentum sudut spin S ditentukan oleh bilangan kuantum spin s (yang harganya +1/2 saja) menurut persamaan: S = h
…………………………………....(1.12) …………………………………....(1.12)
Komponen momentum sudut spin pada sumbu z, ditentukan dari bilangan kuantum magnetic spin :
= h
…………………………………..……….(1.13) …………………………………..……….( 1.13)
Momentum sudut total J merupakan jumlah dari L dan S: J=L+S
……………………………………………(1.14) ……………………………………………( 1.14)
Biasanya dipakai lambing j lambing j dan untuk J dan untuk elektron tunggal.
h J = = h
……………………………………..……(1.15) ……………………………………..……( 1.15)
Hubungan antara berbagai bilangan kuantummomentum sudut:
= h = h h =
……………………………………(1.16)
Harga m yang mungkin berkisar antara +j melewati 0, sampai ke-j dalam langkah bilangan bulat. Untuk setiap harga l , bilangan kuantum j memenuhi: j memenuhi: J = l s
……………………………………………(1.17)
Harga dan j adalah setengah bulat Karena kuantitas setentak dari J, L, dan S, maka vector itu hanya bias memiliki orientasirelatif orientasirelatif yang khusus.
Dalam kasus atom dengan satu elektron,
hanya terdapat 2 orientasi relative yang diizinkan.
Pertama bersesuaian dengan
j = l + s sehingga J > L dan kedua, bersesuaian dengan j dengan j = l – s, s s, sehingga ehingga J < L. S
J
S
L
J
J = l + s = 3/2
L
j = l – s = 1/2 1/ 2
Gambar 1.3. Cara penjumlahan L dan S menjadi J padal pada l = 1 dan s = ½ J
Kerucut orbit L
L
S
Kerucut orbit S Atom Gambar 1.4. Vektor momentum sudut orbital L dan momentum sudut spin S berprestasi disekitar momentum sudut total J
Momentum sudut L dan S berinteraksi dengan medan magnet eksternal B. Akibatnya momentum sudut total J akan berpresisi disekitar medan magnet B, sedangkan L dan S berpresisi disekitar J. Koper LZ
Kopel ini berlaku pada hampir semua atom dan pada medan lemah. Pola yang umum selain pada atom sangat berat adalah: momentum sudut orbital dari berbagai elektron terkoper bersama secara elektrik menjadi resultan tunggal L. L. Momentum sudut spin terkoper bersama menjadi resultan resultan tunggal S secara bebas. Momentum L dan S berinteraksi magnetis melalui efek spin-orbit untuk membentuk momentum sudut total J. Skema kopel LS dapat dituliskan secara singkat sebagai berikut: L = ∑ L = ∑ J=L+S
……………………………………………(1.18)
Kuntisasi pada kopel LS : L = h
= h S = h
= h J = h
= h L dan
adalah
……………………………………...…….(1.19)
bilangan bulat, sedangkan bilangan kuantum lainnya ialah
setengah bulat bila menyangkut jumlah elktron ganjil, dan bilangan bulat atau nol jika jumlah elektron genap. Kopel JJ
Kopel ini berlaku pada atom berat dan medan magnet magnet kuat. Prinsip dari pengkopelan ini adalah momentum sudut total dari masing-masing elektron dapat
dijumlahkan membentuk momentum sudut total keseluruhan keseluruhan atom J. Masing-masing J diberikan dengan bilangan kuantum J.
= + J = ∑
……………………………………………(1.20)
BAB II PENUTUP
KESIMPULAN
materi, yang terdiri atas inti atom serta 1. Atom adalah suatu satuan dasar materi, awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan positif, dan neutron yang bermuatan netral (kecuali pada inti atom Hidrogen-1, atom Hidrogen-1, yang yang tidak memiliki neutron). 2. Struktur atom merupakan satuan dasar materi yang terdiri dari inti atom beserta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom mengandung campuran proton yang bermuatan positif dan neutron yang bermuatan netral (terkecuali pada Hidrogen-1 yang tidak memiliki neutron).
3. Susunan elektron yang dinyatakan oleh ke-4 bilangan kuantum. Dalam
penyusunan ini kita akan berpedoman pada asas larangan Pauli yang menyatakan tidak ada dua elektron sejenis yang menempati keadaan (state) yang yang sama. Kita juga akan mempelajari tentang spektrum emisi dan absorpsi suatu zat. 4. Bilangan-bilangan atom berelektron banyak terdiri dari:
a. Bilangan kuantum b. Bilangan kuantum orbital c. Bilangan kuantum magnetik d. Bilangan kuatum spin
SARAN
Atom adalah suatu satuan dasar materi, materi, yang terdiri atas inti atom serta awan elektron bermuatan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas atas proton yang bermuatan positif, dan neutron yang bermuatan netral (kecuali pada inti atom Hidrogen-1, yang Hidrogen-1, yang tidak memiliki neutron).
DAFTAR PUSTAKA
Wiyatmo, Y. (2010). Fisika Atom Dalam Perpektif Klasik, Semiklasik dan Kuantum. Yogyakarta: Pustaka Pelajar. Krane, K.(2006). Fisika Modern. Jakarta: Universitas Indonesia. http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/03/model-dan-kelemahan-teori-atomthomson-pengertian gambar.html#ixzz2oY5M1nhB
