STRUKTU STRU KTUR R ATOM Model
atom Thomson
Percobaan Model
atom Rutherford
Spektral Model
Geiger & Marsden
atom
atom Bohr
Eksitasi
atom
MODEL MOD EL ATOM THOM THOMSON SON
-
-
-
-
-
-
Materi bermuatan positip
-
-
Unsur-unsur kimia terdiri dari atom-atom
J.J. Thomson menemukan elektron
Di dalam atom terdapat elektron
Atom netral, di dalam atom harus ada yang bermuatan positip
J.J. Thomson (1898)
Atom terdiri dari materi bermuatan positip yang dikelilingi oleh elektron-elektron, seperti fruitcake.
Kue onde-onde
Elektron
PERCOBAAN GEIGER & MARSDEN
Cara langsung untuk mengetahui apa isi fruitcake, masukkan jari tangan ke dalamnya, sebagai probe
Ernest Rutherford mengusulkan menggunakan partikel alpha sebagai probe
Partikel alpha = inti Helium bermuatan + 2e
Massa partikel alpha = 8000 massa elektron
Hans Geiger dan Ernest Marsden (1911) menggunakan partikel alpha cepat (2x10 7 m/s)
Hamburan partikel alpha akibat tumbukan dengan lapisan tipis emas diamati dan diukur
PERCOBAAN GEIGER & MARSDEN
Radioactive substance
Zinc sulfide screen
Microscope
99,86 %
Thin gold foil Alpha particles Lead collimator
MODEL ATOM RUTHERFORD
-
-
-
+ Neutron
Elektron
-
Sebagian besar atom adalah ruang kosong
Di dalam atom terdapat inti atom (neutron) yang bermuatan positip
Hampir semua massa atom terkonsentrasi di dalam inti atom
Elektron-elektron berada jauh dari inti atom
Rutherford dianggap sebagai penemu neutron
Elektron-elektron bergerak seperti planet-planet mengelilingi matahari
Formula hamburan Rutherford N()
Ni ntZ2e 4 (8 o ) 2 r 2 (KE ) 2 sin 4 ( / 2)
N()
=
Jumlah total partikel alpha per satuan luas yang sampai di screen dengan sudut hamburan
Ni
=
Jumlah total partikel alpha yang sampai di screen
n
=
Jumlah atom persatuan volume di dalam foil
t
=
Tebal foil
Z
=
Nomor atom dari foil
KE
=
Energi kinetik patikel alpha
R
=
Jarak screen dari foil
Ukuran inti atom
KE PE R
r Inti atom
1
2Ze 2
4 o
R
2Ze 2 4 o KE
KE alpha 7,7 MeV 1,2x1012 J
R
R
PE
2(9x109 )(1,6x1019 ) 2 Z 1,2x1012
3,8x10
16
Zm
ZCu 79 R Cu 4x10 KE
Partikel alpha
14
4
m 10 r
Atom hidrogen
Fc
Fe
Proton
2
Fe
r
Fc Fe v
v
r
mv
Elektron Fc
e
4 o r
2
e 4 o mr
Kecepatan elektron PE KE
Energi total atom hidrogen
1
2
1 2
e2 4 o r mv2
e2 8 o r
E KE PE
e2 8 o r
Contoh Soal 3.1 Dari percobaan-percobaan diperoleh bahwa diperlukan energi sebesar 13,6 eV untuk memisahkan atom hidrogen menjadi sebuah proton dan sebuah elektron. Ini berarti bahwa energi total atom hidrogen adalah E = - 13,6 eV. Tentukan kecepatan dan jari-jari orbit elektron dari atom hidrogen.
Jawab : r
e2
E 13,6eV 2,2x1018 J
8 o E
(1,6 x10 )
19 2
r
v
8(8,85 x10 12 )( 2,2 x10 18 )
e 4 o mr
5,3x10 11 m
1,6x10
19
(9x109 )(9,1x10 31 )(5,3x1011 )
2,2x106 m / s
Kegagalan model atom klasik
Mekanik : Hukum Newton
Listrik : Hukum Coulomb
Elektromagnetik : partikel bermuatan yang sedang bergerak akan meradiasikan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik
Energi berkurang, sambil berputar elektron bergerak menuju proton
Kenyataannya atom selalu stabil
Fisika klasik gagal karena menggunakan pendekatan partikel murni dan gelombang murni
SPEKTRAL ATOM
Atom dalam fasa gas diberi arus listrik
Setiap atom ternyata mengemisikan gelombang-gelombang dengan panjang gelombang tertentu (emission line spectra)
SPEKTRAL ATOM
Setiap atom juga menyerap gelombang-gelombang dengan panjang gelombang tertentu (absorption line spectra)
Panjang gelombang yang diemisikan ternyata sama dengan panjang gelombang yang diserap
Diperlukan model atom yang dapat menerangkan kestabilan atom dan adanya garis-garis spektrum
Deret Spektral Hidrogen
J.J. Balmer (1885)
Spektrum cahaya tampak
H = 656,3 nm
H = 486,3 nm
H = 364,6 nm
Formula Balmer :
1 1 R 2 2 n 2 1
n 3, 4, 5,
R = konstanta Rydberg = 0,01097 nm -1
Deret Lyman (ultravoilet)
1 1 R 2 2 n 1 1
n 2, 3, 4,
Deret Paschen (inframerah)
1 1 R 2 2 n 3 1
n 4, 5, 6,
Deret Brackett (inframerah)
1 1 R 2 2 n 4 1
n 5, 6, 7,
Deret Pfund (inframerah)
1 1 R 2 2 n 5 1
n 6, 7, 8,
MODEL ATOM BOHR
Niels Bohr (1913)
Konsep gelombang materi
Menggunakan pendekatan yang lain, tetapi hasilnya sama dengan Broglie
v
e 4 o mr
h mv
h
4 o r
e
m
r 5,3x10 11 m 33 x10 11 m
33 x10 11 2(5,3x10 11 ) 2 r
Keliling orbit elektron yang mengelilingi inti atom hidrogen (proton) ternyata sama dengan panjang gelombangnya
Terdapat analogi dengan vibrasi/gelombang pada tali/kawat
Sebuah elektron hanya dapat mengelilingi inti atom bila lintasan orbitnya merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang Broglie-nya
n 2r n nh e
4 o r n m
r n
h
4 o r n
e
m
2r n
n 2 h 2 o
me
2
n=2
n=4
n 1, 2, 3,
n = bilangan kuantum Jari-jari Bohr = ao = r1 = 5,292x10-11 m
r n n 2 a o
n=8
Tingkat Energi Atom Hidrogen En
n h o 2
e2 8 o r n
r n
2
me 2
me4 1 E1 En 2 2 2 2 8o h n n
n 1, 2, 3,
E1 2,18 x10 18 J 13,6 eV E 2 , E3 ,
Excited states
Ground state
E 0
Elektron bebas
E 5 0,87 x10 19 J 0,54 eV
E 4 1,36 x10 19 J 0,85 eV E 3 2,42 x10 19 J 1,51 eV
E 2 5,43 x10 19 J 3,4 eV
E1 21,79 x10 19 J 13,6 eV
Contoh Soal 3.2 Sebuah elektron bertumbukan dengan sebuah atom hidrogen yang sedang berada pada tinggat dasar (ground state). Bila atom hidrogen ini sekarang berada pada tingkat terekstasi (n = 3), berapa energi yang telah diberikan oleh elektron kepada atom hidrogen dalam tumbukan tersebut ?
Jawab : 1 1 E E f E i 2 2 E1 2 2 n f ni n f n i E1
E1
n i 1, n f 3, E1 13,6 eV 1 1 E (13,6 eV) 2 2 12 ,1 eV 1 3
Contoh Soal 3.3 Atom-atom hidrogen pada bilangan kuantum yang sangat tinggi dapat dibuat di laboratorium dan diamati di ruang angkasa.
a). Tentukan bilangan kuantum dimana orbit Bohr = 0,01 mm b). Hitung energi atom hidrogen tersebut
Jawab : 2 n r a n o a). n
b).
E n
E 1 n
2
r n ao
13,6 eV (435 ) 2
1x10
5
5,29x10
11
7,19 x10 5 eV
435
Garis-garis Spektrum
Setelah mendapat energi, tingkat energi atom naik
Bila tingkat energinya turun, maka tentunya atom akan mengeluarkan (mengemisikan) energi
Energi yang diemisikan atom berupa foton
Energi awal – Energi akhir = Energi foton
1 1 E1 1 1 2 2 E i E f E1 2 2 hf f n f h n f n i n i c E1 1 1 1 E1 1 1 2 2 f 2 2 h n f n i ch n f n i me4 2 2 4 8 h E1 me o 1 7 1 , 097 x 10 m R 2 3 h
h
8
h
Deret Lyman
Deret Balmer
Deret Paschen
Deret Brackett
Deret Pfund
n f 1
1 1 R 2 2 n 1
n 2, 3, 4,
n f 2
1 1 R 2 2 n 2
n 3, 4, 5,
n f 3
1 1 R 2 2 n 3
n 4, 5, 6,
n f 4
1 1 R 2 2 n 4
n 5, 6, 7,
n f 5
1 1 R 2 2 n 5
n 6, 7, 8,
1
1
1
1
1
Contoh Soal 3.4 Hitung panjang gelombang terbesar yang terdpat pada deret Balmer dari atom hidrogen (H).
Jawab : Deret Balmer :
n f 2
H n i 3
1 1 1 1 R 2 2 R 2 2 0,139R 3 2 n f n i 1
1 0,139 R
1 7
0,139 (1,097 x10 )
656 nm
E=0
n= n=6 n=5 n=4 n=3
n=2
Series limit
n=1 Lyman series
Balmer series
Paschen series
Brackett series
EKSITASI ATOM
Atom akan mampu meradiasikan energi bila berada dalam keadaan tereksitasi
Mekanisme 1: Tumbukan dengan partikel lain
Atom akan menyerap sebagian energi kinetik dari partikel yang menumbuknya
Atom akan kembali kekeadaan semula dengan mengemisikan satu atau lebih foton dalam waktu singkat (10-8s)
Mekanisme 2 : Interaksi dengan cahaya pada panjang gelombang tertentu
Atom
akan
kembali
kekeadaan
semula
sambil
mengemisikan foton dengan panjang gelombang yang sama
n=1
Tumbukan dengan partikel lain
n=2
foton
n=1
Interaksi dengan cahaya Spektrum absorbsi foton,
+
Spektrum emisi
+
foton,
