Stuktur atom

RADIASI ELEKTROMAGNETIK

• Muatan listrik dan kutub magnetik menimbulkan gaya dalam jarak tertentu melalui medan listrik dan medan magnetik.

• Medan ini merupakan bentuk penyebaran energi yang disebut gelombang, dan pengalihan energi ini dinamakan radiasi elektromagnetik.

• Gelombang memiliki panjang yang merupakan jarak antara dua puncak atau lembah disimbolkan dengan

• Sifat gelombang lainnya adalah frekuensi () yang dinyatakan dalam satuan detik-1 yaitu jumlah kejadian atau putaran (siklus) per detik

• Hasil kali dengan menghasilkan kecepatan gelombangc =

Satuan frekuensi untuk putaran per detik adalah hertz (Hz). Panjang gelombang memiliki satuan angstrom nama seorang ahli fisika Swedia yang nilainya sama dengan 1 x 10-10 m.1 cm = 1 x 10-2 m1 nm = 1 x 10-9 m = 1 x 10-7 cm = 10 Å1 Å = 1 x 10-10 m = 1 x 10-8 cm

Spektrum elektromagnetik

Spektrum dan Spektrograf

• Sinar tampak (matahari, filamen) menghasilkan spektrum kontinu (sinambung) dari merah-jingga-kuning-hijau-biru-lembayung

• Cahaya yang dihasilkan zat yang dipanaskan memberikan spektrum garis yang tidak kontinu

• Spektrum dari dari suatu atom berbeda dari unsur lainnya dan merupakan fingerprint suatu unsur (Robert Bunsen 1811-1899)

• Johann Balmer menurunkan rumus umum untuk spektrum yang dihasilkan oleh hidrogen

5. 4, 3, n dimana 4

6,36452

2

n

n

Rumus yang lebih umum untuk persamaan Balmer

22

115

22

1

2

1det102881,3

1

2

1

nx

nRc

R = konstanta Rydberg 10.967.800 m-1, c kecepatan cahaya 2,997925 x 108 m det-1 hasil kali R dan C diberikan diatas

Soal Latihan

Gunakan Persamaan Balmer untuk menghitung

a. Frekuensi radiasi dengan n = 5b. Panjang gelombang garis dalam

deret balmer dengan n = 7c. Nilai n untuk garis dalam deret

Balmer pada 380 nm.

• Spektrum kontinuum dapat dijelaskan oleh teori gelombang cahaya, tetapi spektrum garis gagal dengan teori ini

• Teori radiasi elektromagnetik yang dikenalkan oleh James Maxwell 1860-an juga tidak dapat menguraikan fenomena ini

• Persamaan Balmer menimbulkan dugaan adanya prinsip-prinsip yang mendasari semua spektrum garis

Teori Kuantum

Max Planck (1900) mengajukan teori kuantum berdasarkan suatu gejala yang disebut radiasi benda hitamHipotesisnya menyatakan bahwa energi bersifat discontinue dan terdiri dari banyak satuan terpisah yang sangat kecil yang disebut kuanta/kuantum.Energi terkait dengan kuantum dari REM dinyatakan dengan E = h; h = 6,626 x 10-34 J det-1Teori kuantum memperoleh pembuktian dari efek fotolistrik tahun 1955 oleh Albert Einstein

Efek Fotolistrik

Ketergantungan Efek Fotolistrik pada frekuensi cahaya

Soal Latihan• Hitung energi dalam J/foton suatu

radiasi dengan frekuensi 3,10 x 1015 det-1!

• Berapa frekuensi radiasi yang terukur memiliki energi 3,54 x 10-20 J/foton!

• Suatu energi sebesar 185 kJ/mol memiliki panjang gelombang sebesar?

Atom Bohr• Secara elektrostatika, elektron harus

bergerak mengelilingi inti agar tidak tertarik ke inti

• Namun berdasarkan fisika klasik benda yang bergerak memutar akan melepaskan energi yang lama kelamaan akan menghabiskan energi elektron itu sendiri dan kemudian kolaps

• Niels Bohr mengungkapkan bahwa dilema diatas dapat dipecahkan oleh teori Planck

Gagasan Bohr dalam menggabungkan teori klasik dan kuantum

• Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diizinkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen

• Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke yang lainnya dengan melibatkan sejumlah energi menurut Planck

• Lintasan stasioner yang diizinkan mencerminkan sifat-sifat elektron yang mempunyai besaran yang khas. Momentum sudut harus merupakan kelipatan bulat dari h/2 atau menjadi nh/2.

Model Bohr untuk Atom Hidrogen

KeteranganLintasan yang diizinkan untuk elektron dinomori n = 1, n = 2, n =3 dst. Bilangan ini dinamakan bilangan kuantum, huruf K, L, M, N juga digunakan untuk menamakan lintasanJari-jari orbit diungkapkan dengan 12, 22, 32, 42, …n2. Untuk orbit tertentu dengan jari-jari minimum a0 = 0,53 ÅJika elektron tertarik ke inti dan dimiliki oleh orbit n, energi dipancarkan dan energi elektron menjadi lebih rendah sebesar

Jn

BEn

18-2

10 x 2,179 nilaidengan numerik konstanta : B ,

115134

8

2222

22222223

det10289,3det10626,6

10179,2

3

1

2

1;

3

1

2

1

3

1

2

1

3223

xJx

Jx

h

B

BhBE

hE

BBBBB

EEE

Konstanta B/h identik dengan hasil dari R x c dalam persamaan Balmer. Jika persamaan diatas dihitung maka frekuensi yang diperoleh adalah frekuensi garis merah dalam deret Balmer.

Soal LatihanBerapakah frekuensi dan panjang

gelombang cahaya yang dipancarkan jika elektron dari atom hidrogen jatuh dari tingkat energi n = 6 ke n = 4? Dalam bagian spektrum elektromagnetik manakah sinar ini?

Kelemahan Teori Bohr• Keberhasilan teori Bohr terletak pada

kemampuannya untuk meeramalkan garis-garis dalam spektrum atom hidrogen

• Salah satu penemuan lain adalah sekumpulan garis-garis halus, terutama jika atom-atom yang dieksitasikan diletakkan pada medan magnet

• Struktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikan spektrum selain atom hidrogen

• Keberhasilan teori Bohr terletak pada kemampuannya untuk meeramalkan garis-garis dalam spektrum atom hidrogenSalah satu penemuan lain adalah sekumpulan garis-garis halus, terutama jika atom-atom yang dieksitasikan diletakkan pada medan magnetStruktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikan spektrum selain atom hidrogen

• Newton mengajukan bahwa cahaya mempunyai sifat seperti sekumpulan patikel yang terdiri dari aliran partikel berenergi

• Huygens menyatakan bahwa cahaya terdiri dari gelombang energi• Pembuktian dengan pengukuran kecepatan cahaya pada berbagai

medium menunjukkan cahaya berkurang kecepatannya dalam medium yang lebih rapat

• Tetapi Einstein menganggap bahwa foton cahaya bersifat sebagai partikel untuk menjelaskan efek fotolistrik

• Timbul gagasan baru bahwa cahaya mempunyai dua macam sifat sebagai gelombang dan sebagai partikel

• Tahun 1924 Louise de Broglie menyatakan Tidak hanya cahaya yang memperlihatkan sifat-sifat partikel, tetapi partikel-partikel kecil pun pada saat tertentu dapat memperlihatkan sifat-sifat gelombang

• Usulan ini dibuktikan tahun 1927 dimana gelombang materi (partikel) dijelaskan secara matematik

• Panjang gelombang de Broglie dikaitkan dengan partikel berhubungan dengan momentum partikel dan konstanta Planck.

mv

h

p

h

Panjang gelombang dinyatakan dengan meter, massa dalam kilogram, kecepatan dalam meter per detik. Konstanta Planck dinyatakan dalam kg m2 s-2.

Prinsip Ketidakpastian• Hukum Fisika klasik dianggap berlaku

universal dan dapat menjelaskan kejadian yang akan datang berdasarkan keadaan awal

• Tahun 1920 Niels Bohr dan Werner Heisenberg berusaha menentukan sampai seberapa jauh kecepatan yang diperoleh dalam penentuan sifat-sifat sub-atomik

• Dua peubah yang ditentukan dalam menentukan sifat ini adalah kedudukan partikel (x) dan momentumnya (p).

• Kesimpulan dari pemikiran ini ialah bahwa dalam penentuan sub-atomik selalu terdapat ketidakpastian

2

hpx

• Persamaan ini dikenal dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg dan menyatakan bahwa kedudukan dan momen tak dapat diukur dengan ketepatan tinggi sekaligus

• Seandainya diameter elektron 10-14 m, cahaya dengan ini akan mempunyai frekuensi 3 x 1022 det-1 dan energi per foton adalah 2 x 10-11 J. Energi ini jauh melampaui energi yang diperlukan untuk mengionkan elektron dalam hidrogen

• Hal ini menyebabkan usaha untuk melihat dalam atom dengan menggunakan sistem cahaya justru akan mengganggu pengukuran