Teori Atom Bohr

A. Teori

Berdasarkan dari hasil percobaan Thomson tentang elektron dan percobaan

Rutherford tentang inti atom, maka seorang ahli fisika Denmark, Niels Bohr

mengungkapkan kaitan antara spectrum atom dengan struktur energy dalam atom. Untuk

mengungkapkan kaitan tersebut, maka pada tahun 1913 Bohr mengajukan

asumsi/postulat yang selanjutnya dikenal sebagai postulat Bohr, yaitu:

1. Di dalam suatu atom elektron-elektron bergerak menurut lintasan dengan tingkat

energy tertentu, sehingga mereka memiliki energy tertentu pula.

2. Elektron-elektron di dalam atom berada dalam keadaan stasioner, sehingga tidak

akan terjadi pancaran cahaya selama gerakannya. Suatu elektron dapat berpindah dari

suatu energy ke tingkat energy yang lain. Dalam perpindahannya sejumlah energy

tertentu (kuanta) diikutsertakan.

3. Jika suatu elektron dalam atom menjalani lintasan lengkung atau berada dalam

keadan stasioner mengakibatkan elektron mempunyai sifat-sifat yang khas.

Contohnya sifat momentum angular harus mempunyai kelipatan bulat dari h/2.

Karena itu momentum angular haruslah nh/2 (n bilangan bulat, h tetapan Planck).1

Model atom Bohr menyertakan gagasan tentang gerakan elektron dalam orbit

melingkar, namun ia memasukkan syarat yang ketat. Tiap elektron dalam atom hydrogen

hanya dapat menempati orbit tertentu, karena tiap orbit memiliki energy tertentu, energy

yang berkaitan dengan gerakan elektron pada orbit yang diizinkan harus mempunyai nilai

yang konstan atau terkuantisasi.

Pancaran radiasi dari atom hydrogen berenergi, dapat dihubungkan dengan

jatuhnya electron dari orbit berenergi tinggi ke orbit yang berenergi lebih rendah, dan

memberikan satu kuantum energy (foton) dalam bentuk cahaya.2

Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-

lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling

rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar

nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.

1 Dr. Ir. Latifah K. Darusman, MS, KIMIA DASAR I, Bogor: IPB, 2003, hlm. III-6 2 Raymond Chang, Kimia Dasar: Konsep-Konsep Inti Jilid I. Jakarta: Erlangga, 2005, hlm. 198

3

Percobaan Spektrum Gas Hidrogen:

Niels Bohr menerangkan model atomnya berdasarkan teori kuantum untuk

menjelaskan spektrum gas hidrogen. Spektrum garis menunjukkan bahwa elektron hanya

menempati tingkat-tingkat energi tertentu dalam atom.4

Bohr menggambarkan atom hidrogen sebagai elektron yang mengorbit sekeliling

inti, seperti bumi mengelilingi matahari. Keadaan yang boleh ditempati elektron diberi

nomor n=1, n=2, n=3 dan seterusnya. Selanjutnya oleh Bohr lintasan n=1 dinamakan

kulit K, n=2 dinamakan kulit L, n=3 dinamakan kulit M dan seterusnya. Secara teoritis

tingkat energi setiap lintasan bisa dihitung, tetapi dalam percobaan hal ini sama sekali

tidak mungkin. Oleh karena itu, Bohr hanya dapat menghitung beberapa sifat elektron

dalam atom hidrogen dengan menggunakan teorinya.

3 http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2007/Vika%20Susanti/bohr.html

4 https://kimiaindah.files.wordpress.com/2015/08/4-perkembangan-model-atom.pdf

B. Kelebihan dan kekurangan

Kelebihan dapat menjelaskan:

Keberhasilan teori Bohr terletak pada kemampuannya untuk meramalkan garis-garis

dalam spektrum atom hidrogen.

Salah satu penemuan adalah sekumpulan garis halus, terutama jika atom-atom yang

dieksitasikan diletakkan pada medan magnet.

Kelemahan:

Hanya dapat menerangkan spektrum atom sederhana (hidrogen), tidak dapat

menerangkan spektrum atom dengan nomor atom > 1.

Tidak dapat menjelaskan pengaruh medan magnet dalam atom hydrogen.

Teori Bohr tidak dapat menjelaskan munculnya garis-garis tambahan dalam

spectrum pancar hydrogen bila diberi medan magnetik. 5

5 http://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/35600426/Perkembangan_Model_Atom.pdf?.pdf

Teori Mekanika Kuantum

A. Teori

Pada tahun 1924, seorang ahli fisika Perancis, Louis de Broglie mengajukan

kemungkinan lain untuk menerangkan kelakuan gerakan elektron dalam atom

sehubungan dengan sifat cahaya dan benda. De Broglie menyatakan bahwa tidak hanya

cahaya yang memperlihatkan sifat partikel, tetapi partikel-partikel kecilpun pada saat

tertentu dapat memperlihatkan sifat gelombang. Atau dengan kata lain bahwa semua

benda yang bergerak selalu dapat dikaitkan dengan sifat-sifat gelombang.6

Dualisme sifat elektron secara khusus menimbulkan masalah karena masa

elektron yang sangat kecil. Untuk menguraikan masalah posisi partikel sub atomik yang

berperilaku seperti gelombang, fisikawan jerman Werner Heisenberg merumuskan apa

yang sekarang ini dikenal sebagai prinsip ketidakpastian Haeisenberg: tidak mungkin

untuk mengetahui secara serentak momentum (massa x kecepatan) dan posisi partikel

dengan pasti.

Pada tahun 1926, fisikawan Austria, Erwin Schrodinger menggunakan tekhnik

matematika yang rumit, yang merumuskan sebuah persamaan yang menggambarkan

perilaku dan energy partikel submikroskopis secara umum, suatu persamaan yang analog

dengan hukum Newton untuk gerak benda-benda makroskopis.7

Persamaan Schrodinger memulai era baru di bidang fisika dan kimia, sebab

persamaan ini memperkenalkan bahasan baru, mekanika kuantum (juga disebut mekanika

gelombang). Kini kita merujuk perkembangan teori kuantum dari tahun 1913 – saat Bohr

mengemukakan analisisnya tentang atom hidrogen- sampai tahun 1926 sebagai “Teori

Kuantum Klasik”.

Persamaan Schrodinger, bila diselesaikan untuk atom hydrogen, menentukan

tingkat energy yang mungkin ditempati elektron dan mengidentifikasi fungsi-fungsi

gelombang yang berkaitan. Tingkatan energy dan fungsi-fungsi gelombang ini diberi

tanda dengan beberapa bilangan kuantum.

Walaupun mekanika kuantum menyatakan bahwa kita tidak dapat menunjuk

posisi elektron dalam atom, mekanika kuantum mendefinisikan daerah dimana elektron

6 Dr. Ir. Latifah K. Darusman, MS, KIMIA DASAR I, Bogor: IPB, 2003, hlm. III-8 7 Raymond Chang, Kimia Dasar: Konsep-Konsep Inti Jilid I. Jakarta: Erlangga, 2005, hlm. 203-204

mungkin ditemukan pada waktu tertentu. Konsep kerapatan elektron memberikan

peluang elektron akan ditemukan pada daerah tertentu dalam atom.

Untuk membedakan deskripsi mekanika kuantum dari atom model Bohr, kita

sebut orbital atom bukan orbit. Orbital atom dapat dianggap sebagai fungsi gelombang

dari elektron dalam atom. Oleh karna itu, orbital atom mempunyai energy yang khas, dan

juga distribusi kerapatan elektron yang khas.

Persamaan Schrodinger dapat dengan mudah diselesaikan untuk atom hydrogen

yang sederhana yang hanya terdiri dari satu proton dan satu elektron, tetapi ternyata

untuk atom yang mengandung lebih dari satu elektron persamaan ini tidak dapat

diselesaikan secara tepat.8

Model atom:

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.

Model atom mutakhir atau model atom

mekanika gelombang

Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital

menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama

atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk

kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari

beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu

sama.

Ciri Khas Model Atom Mekanika Kuantum:

1. Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak

stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi

gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar

ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom).

8 Raymond Chang, Kimia Dasar: Konsep-Konsep Inti Jilid I. Jakarta: Erlangga, 2005, hlm. 205

2. Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya.

(Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut).

3. Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu

yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.

B. Kelemahan Model Atom Modern

Persamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk partikel

dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal.9

C. BILANGAN KUANTUM

1. Bilangan Kuantum Utama (n)

Bilangan kuantum utama (n) dapat bernilai 1,2,3,…, dan seterusnya sampai tidak

terbatas. Bilangan kuantum utama juga berhubungan dengan jarak rata-rata elektron

dari inti dalam orbital tertentu. Semakin besar nilai n, semakin besar jarak rata-rata

elektron dalam orbital tersebut dan energinya juga semakin besar.

2. Bilangan kuantum azimut (l)

Mekanika gelombang menetapkan bahwa setiap kulit terdiri dari satu atau lebih

subkulit, atau subtingkat, dimana setiap subkulit ditunjukkan oleh bilangan kuantum

kedua (l), yang disebut bilangan kuantum azimut. Bilangan kuantum ini

menunjukkan bentuk orbital pada tingkat-tingkat tertentu menunjukkan tingkat

energi juga.

Nilai (l) bergantung pada nilai kuantum utama (n). untuk nilai n tertentu, l

mempunyai nilai bilangan bulat yang mungkin dari 0 sampai (n-1). Jika n = 1, l

paling besar adalah l = 0. Oleh sebab itu, nilai K hanya terdiri dari satu subkulit. Jika

n = 2 maka ada dua harga l, yaitu l=0 dan l=1 sehingga kuliat L terdiri dari dua

subkulit.

Nilai-nilai l biasanya ditandai dengan huruf s, p, d, ….,

l 0 1 2 3 4 5

9 http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2007/Vika%20Susanti/mekanika%20kuantum.html

Nama orbital s p d f g h

3. Bilangan kuantum magnetic (m)

Bilangan kuantum magnetic (m) mengambarkan orientasi orbital. Setiap subkulit

terdiri dari satu atau lebih orbital. Setiap orbital dalam subkulit tertentu dibedakan

dari nilai m 1 yang menunjukkan orientasi dalam ruang relative terhadap orbital lain.

Di dalam satu subkulit, nilai m bergantung pada nilai bilangan kuantum azimuth (l).

untuk nilai l tertentu, ada (2l + 1) nilai bulat n sebagai berikut.

-l, (-l + 1), …, 0, …, (l + 1), l

4. Bilangan kuantum spin (s)

Bilangan kuantum spin menunjukkan arah perputaran elektron pada

sumbunya. Ada dua kemungkinan arah yaitu searah jarum jam dinyatakan dengan

harga = ½ atau berlawanan arah jarum jam dinyatakan dengan harga + ½. Karena

hanya terdapat dua arah perputaran, maka didalam setiap orbital hanya terdapat 2

elektron, yaitu elektron pertama dengan s= +1/2 dan elektron kedua dengan s= -1/2.