STRUKTUR ATOMModel atom Thomson Percobaan Geiger & Marsden
Model atom Rutherford Spektral atom Model atom Bohr Eksitasi
atom
MODEL ATOM THOMSON
-
-
Materi bermuatan positip
Elektron
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
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 (2x107 m/s) Hamburan partikel
alpha akibat tumbukan dengan lapisan tipis emas diamati dan
diukur
PERCOBAAN GEIGER & MARSDENRadioactive substance Zinc sulfide
screen
Microscope
99,86 %
Thin gold foil Alpha particles Lead collimator
MODEL ATOM RUTHERFORD 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
+Neutron
-
Elektron
Formula hamburan RutherfordN i ntZ e N(U) ! (8TIo ) 2 r 2 (KE) 2
sin 4 (U / 2)N(U) = Jumlah total partikel alpha per satuan luas
yang sampai di screen dengan sudut hamburan U = Jumlah total
partikel alpha yang sampai di screen = Jumlah atom persatuan volume
di dalam foil = Tebal foil = Nomor atom dari foil = Energi kinetik
patikel alpha = Jarak screen dari foil2 4
Ni n t Z KE R
Ukuran inti atom
1 2 Ze KE ! PE ! 4TIo R2Ze R ! 4TIo KE2
2
r Inti atomR PE
KE alpha ! 7,7 MeV ! 1,2x10 12 J 2(9x109 )(1,6x10 19 ) 2 Z R !
1,2x10 12 ! 3,8x10 16 Z m ZCu ! 79 p R Cu ! 4x10 14 m } 10 4 r
KE
Partikel alpha
Atom hidrogen
mv 2 Fc ! rv
1 e2 Fe ! 2 4TIo r e 4TIo mr
Fc ! Fe p v !
r Fe Proton Fc
Elektron
Kecepatan elektrone2 PE ! 4TIo r 1 e2 KE ! mv 2 ! 2 8TIo r
Energi total atom hidrogen
e2 E ! KE PE ! 8TIo r
Contoh Soal 3.1Dari 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 :e2 r! 8TI o E E ! 13,6eV ! 2,2 x10 18 J
(1,6 x10 19 ) 2 r! ! 5,3x10 11 m 8T(8,85x10 12 )(2,2 x10 18 ) v!
e ! 4TIo mr 1,6 x10 19 (9 x109 )(9,1x10 31 )(5,3x10 11 ) ! 2,2 x106
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 HE = 656,3 nm HF = 486,3 nm Hg = 364,6 nm
Formula Balmer :
1 1 1 ! R 2 2 n P 2
n ! 3, 4, 5, .
R = konstanta Rydberg = 0,01097 nm-1
Deret Lyman (ultravoilet)
1 1 1 ! R 2 2 P n 1 1 1 1 ! R 2 2 P n 3 1 1 1 ! R 2 2 P n 4 1 1
1 ! R 2 2 P n 5
n ! 2, 3, 4, .
Deret Paschen (inframerah)
n ! 4, 5, 6, .
Deret Brackett (inframerah)
n ! 5, 6, 7, .
Deret Pfund (inframerah)
n ! 6, 7, 8, .
MODEL ATOM BOHR Niels Bohr (1913) Konsep gelombang materi
Menggunakan pendekatan yang lain, tetapi hasilnya sama dengan
Broglie
v!
e h h pP! ! mv e 4TIo mr
4TIo r m
r ! 5,3x10 11 m p P ! 33x10 11 m P ! 33x10 11 ! 2T(5,3x10 11 ) !
2T 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=2
nP ! 2Trn nh e
h P! e
4TIo rn mn=4
4TIo rn ! 2Trn mn 2h 2Io rn ! Tme 2 n ! 1, 2, 3, .
n = bilangan kuantum Jari-jari Bohr = ao = r1 = 5,292x10-11 m
n=8
rn ! n 2 a o
Tingkat Energi Atom Hidrogene En ! 8TIo rn me 4 En ! 2 2 8I o
h2
n 2h 2Io rn ! Tme 2
1 E1 2! 2 n n
n ! 1, 2, 3, .
E1 ! 2,18x10 18 J ! 13,6 eV E2 , E3 , .
Ground state
Excited states
Ew ! 0
Elektron bebas
E 5 ! 0,87 x10 19 J ! 0,54 eV E 4 ! 1,36 x10 19 J ! 0,85 eVE 3 !
2,42 x1019
J ! 1,51 eV
E 2 ! 5,43x10
19
J ! 3,4 eV
E1 ! 21,79 x10 19 J ! 13,6 eV
Contoh Soal 3.2Sebuah 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 E1 E1 1 (E ! E f E i ! 2 2 ! E1 2 2 n nf ni ni f 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 3.3Atom-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 :rn ! a o n 2 p n ! a). rn ! ao 1x10 5 ! 435 11 5,29
x10
b).
E1 13,6 eV En ! 2 ! ! 7,19 x10 5 eV n ( 435) 2
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 E i E f ! E1 2 2 ! hf n nf i c E1 1 1 f ! ! 2 2 P h nf
ni
E1 1 1 f ! 2 2 h nf ni 1 E1 1 1 ! 2 2 P ch n f n i
me 4 2 2 8I h E1 me 4 o ! ! ! 1,097 x107 m 1 ! R 2 ch ch 8cI o h
3
Deret Lyman
nf ! 1 nf ! 2 nf ! 3 nf ! 4 nf ! 5
Deret Balmer
1 1 1 ! R 2 2 P n 1 1 1 1 ! R 2 2 P n 2 1 1 1 ! R 2 2 P n 3 1 1
1 ! R 2 2 P n 4 1 1 1 ! R 2 2 P n 5
n ! 2, 3, 4, . n ! 3, 4, 5, . n ! 4, 5, 6, . n ! 5, 6, 7, . n !
6, 7, 8, .
Deret Paschen
Deret Brackett
Deret Pfund
Contoh Soal 3.4Hitung panjang gelombang terbesar yang terdpat
pada deret Balmer dari atom hidrogen (HE).
Jawab :Deret Balmer :
nf ! 2
HE p ni ! 3
1 1 1 1 1 2 2 ! R 2 2 ! 0,139R ! R P ni 3 2 nf 1 1 P! ! ! 656 nm
7 0,139R 0,139(1,097 x10 )
n=g n=6 n=5 n=4 n=3
E=0
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 cahayaSpektrum absorbsi foton, P
+
Spektrum emisi
+
foton, P
