STRUKTUR ATOM

Model atom ThomsonPercobaan Geiger & MarsdenModel atom RutherfordSpektral atomModel atom BohrEksitasi atom

Elektron

--

--

-

-

-

-- --

Materi bermuatan positip

MODEL ATOM THOMSON

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

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 & MARSDEN

Microscope

Radioactive substance

Lead collimatorAlpha particles

Zinc sulfide screen

Thin gold foil

99,86 %

PERCOBAAN GEIGER & MARSDEN

Neutron

Elektron

+

---

-

-

-

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

Formula hamburan Rutherford

)2/(sin)KE(r)8(

entZN)(N

4222o

42i

θπε=θ

N(θ) = Jumlah total partikel alpha per satuan luas yang sampai di screen dengan sudut hamburan θ

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

Inti atomr

R

Partikel alpha

KE

PE

R

Ze2

4

1PEKE

2

oπε==

KE4

Ze2R

o

2

πε=

J10x2,1MeV7,7KE 12alpha

−==

mZ10x8,3

10x2,1

Z)10x6,1)(10x9(2R

16

12

2199

−

−

−

=

=

r10m10x4R79Z 414CuCu

−− ≈=→=

Atom hidrogen

Proton Elektron

vr

Fe

Fc

r

mvF

2

c =2

2

oe r

e

4

1F

πε=

mr4

evFF

o

ec πε=→=

r8

emv

2

1KE

o

22

πε==

r4

ePE

o

2

πε−=

r8

ePEKEE

o

2

πε−=+=

Energi total atom hidrogen

Kecepatan elektron

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.

J10x2,2eV6,13EE8

er 18

o

2−−=−=

πε−=

Jawab :

m10x3,5)10x2,2)(10x85,8(8

)10x6,1(r 11

1812

219−

−−

−

=−π

−=

s/m10x2,2)10x3,5)(10x1,9)(10x9(

10x6,1

mr4

ev 6

11319

19

o

==πε

=−−

−

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

Hα = 656,3 nm

Hβ = 486,3 nm

H∞ = 364,6 nm

,5,4,3nn

1

2

1R

122

=

−=

λ

R = konstanta Rydberg = 0,01097 nm-1

Formula Balmer :

,4,3,2nn

1

1

1R

122

=

−=

λ

Deret Lyman (ultravoilet)

,6,5,4nn

1

3

1R

122

=

−=

λ

Deret Paschen (inframerah)

Deret Brackett (inframerah)

,7,6,5nn

1

4

1R

122

=

−=

λ

,8,7,6nn

1

5

1R

122

=

−=

λ

Deret Pfund (inframerah)

MODEL ATOM BOHR Niels Bohr (1913) Konsep gelombang materi Menggunakan pendekatan yang lain,

tetapi hasilnya sama dengan Broglie

m

r4

e

h

mv

h

mr4

ev o

o

πε==λ→πε

=

m10x33m10x3,5r 1111 −− =λ→=

r2)10x3,5(210x33 1111 π=π==λ −−

Keliling orbit elektron yang mengelilingi inti atom hidrogen (proton) ternyata sama dengan panjang gelombangnya

Terdapat analogi dengan vibrasi/gelombang pada tali/kawat

nno

non

r2m

r4

e

nh

m

r4

e

hr2n

π=πε

πε=λπ=λ

Sebuah elektron hanya dapat mengelilingi inti atom bila lintasan orbitnya merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang Broglie-nya

,3,2,1nme

hnr

2o

22

n =π

ε=

Jari-jari Bohr = ao = r1 = 5,292x10-11 m

o2

n anr =

n = bilangan kuantum

n = 2

n = 8

n = 4

Ground state

Tingkat Energi Atom Hidrogen

no

2

n r8

eE

πε−=

2o

22

n me

hnr

πε=

,3,2,1nn

E

n

1

h8

meE

21

222o

4

n ==

ε−=

eV6,13J10x18,2E 181 −=−= −

,E,E 32 Excited states

eV6,13J10x79,21E 191 −=−= −

eV4,3J10x43,5E 192 −=−= −

eV51,1J10x42,2E 193 −=−= −

eV85,0J10x36,1E 194 −=−= −

eV54,0J10x87,0E 195 −=−= −

0E =∝ Elektron bebas

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 ?

−=−=−=∆

2i

2f

12i

12f

1if n

1

n

1E

n

E

n

EEEE

Jawab :

eV6,13E,3n,1n 1fi −===

eV1,121

1

3

1)eV6,13(E

22=

−−=∆

Contoh Soal 3.3

Atom-atom hidrogen pada bilangan kuantum yang sangat tinggi dapat dibuat di laboratorium dan diamati di ruang angkasa.

Jawab :

43510x29,5

10x1

a

rnnar

11

5

o

n2on ===→= −

−

eVxeV

n

EEn

522

1 1019,7)435(

6,13 −−=−==

a). Tentukan bilangan kuantum dimana orbit Bohr = 0,01 mm

b). Hitung energi atom hidrogen tersebut

a).

b).

Garis-garis Spektrum

Energi awal – Energi akhir = Energi foton

hfn

1

n

1EEE

2f

2i

1fi =

−=−

−−=

2i

2f

1

n

1

n

1

h

Ef

−−=

λ=

2i

2f

1

n

1

n

1

h

Ecf

−−=

λ 2i

2f

1

n

1

n

1

ch

E1

Rm10x097,1hc8

me

ch

h8me

ch

E 1732

o

422o

4

1 ==ε

=

ε

−−=− −

Setelah mendapat energi, tingkat energi atom naik Bila tingkat energinya turun, maka tentunya atom akan

mengeluarkan (mengemisikan) energi Energi yang diemisikan atom berupa foton

,4,3,2nn

1

1

1R

122

=

−=

λDeret Lyman

,6,5,4nn

1

3

1R

122

=

−=

λDeret Paschen

Deret Brackett ,7,6,5nn

1

4

1R

122

=

−=

λ

,8,7,6nn

1

5

1R

122

=

−=

λDeret Pfund

1n f =

Deret Balmer 2n f = ,5,4,3nn

1

2

1R

122

=

−=

λ

3n f =

4n f =

5n f =

Contoh Soal 3.4

Hitung panjang gelombang terbesar yang terdpat pada deret Balmer dari atom hidrogen (Hα).

Jawab :

2n f =

R139,03

1

2

1R

n

1

n

1R

1222

i2f

=

−=

−=

λ

Deret Balmer : 3nH i =→α

nm656)10x097,1(139,0

1

R139,0

17

===λ

E = 0

Lyman series Balmer series Paschen series Brackett seriesn = 1

n = 2

n = 3

n = 4

n = 5n = 6n = ∞

Series limit

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

n = 2

n = 1

foton

Tumbukan dengan partikel lain

+

Spektrum emisi

foton, λ

+

Spektrum absorbsi

foton, λ

Interaksi dengan cahaya