FISIKA ATOM

KELOMPOK KERJAGILANG PRATAMA WISNU PUTRA (09) HAIRLINDA ARINI AGUTSTIN (10) SOFIAN WINARTO (25) VIKY EKA (27)

SMA NEGERI 2 BONDOWOSO 2011-2012

Perkembangan Teori Atom 1. Teori Atom Dalton

Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan bahwa Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi . Sedangkan Prouts menyatakan bahwa Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap .

a. Teori Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan b. Model

c. Kelebihan d. Kelemahan Teori dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.

2. Model Atom Thomson

Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron. Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. a. Teori Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron b. Model Model atomini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:

c. PercobaanPercobaan tabung lucutan untuk memperoleh e/m :

Ep listrik = Ek e.V = mv2 Percobaan Millikan Prcobaan tetes minyak oleh millikan didapat : e/m = 1,758803 x 1011 e = 1,6 x 10 19 C m = 9,109543 x 10 31 kg

d. Kelebihan

Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur. e. Kekurangan Model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

3. Percobaan Rutherford

Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden)melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa ( ) terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90 bahkan lebih. a. Teori Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan b. Model Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford yang menyatakan bahwa Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif. Rutherford menduga bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.

Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai beriukut:

c. PercobaanDeret spektrum atom Hidrogen : Gas hidrogen ditempatkan dalam tabung lucutan kemudian dipasang beda potensial tinggi sehingga terdapat lucutan muatan listrik gas hidrogen bercahaya dan memancarkan cahaya merah kebiru-biruan.Dianalisa dengan spektrograf nampak deretderet spektrum garis.Panjang gelombang spektrum garis atom H dinyatakan dengan :

1 1 1 ! R( 2 2 ) P n A nBR = konstanta Rydberg = 1,097 x 107 m1

nA = lintasan yang dituju nB = lintasan asal elektron ( nB > nA) Deret seret tersebut meliputi : 1. deret Lyman berupa deret ultra ungu, didapat jika nA = 1, nB >1 2. deret Balmer berupa deret cahaya tampak , didapat jika nA = 2, nB >2 3. deret Paschen berupa deret infra merah I, didapat jika nA = 3, nB >3 4. deret Brachett berupa deret infra merah II, didapat jika nA = 4, nB >4 5. deret Pfund berupa deret infra merah III , didapat jika n A = 5, nB >5 dari deret deret tersebut tiap deret akan didapat : - panjang gelombang (P) terpanjang jika nA =1 - panjang gelombang (P) terpendek jika nB = b

d. Kelebihan Membuat hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti e. Kekurangan Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berdasarkan teori fisika, gerakan elektron mengitari inti ini disertai pemancaran energi sehingga lama - kelamaan energi elektron akan berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan jatuh ke dalam inti Ambilah seutas tali dan salah satu ujungnya Anda ikatkan sepotong kayu sedangkan ujung yang lain Anda pegang. Putarkan tali tersebut di atas kepala Anda. Apa yang terjadi? Benar. Lama kelamaan putarannya akan pelan dan akan mengenai kepala Anda karena putarannya lemah dan Anda pegal memegang tali tersebut. Karena Rutherford adalah telah dikenalkan lintasan/kedudukan elektron yang nanti disebut dengan kulit.

4. Model Bohr

Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. a. Teori Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, E = hv Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2 atau nh/2 , dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck b. Model Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasanlintasan 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.

c. PercobaanDengan pendekatan Teori kuantum , bahwa elektron dengan massa m ,muatan e bergerak dengan kelajuan v dalam suatu orbit stasioner lingkaran dengan jari-jari r mengitari sebuah inti atom akan mempunyai :

ke 2 ke 2 dan E p ! , maka energi total elektron pada lintasan tersebut Ek ! 1 2 r radalah E total (energi mekanik) = Ep + Ek

Etotal !

ke 2 ke 2 ke 2 ! r 2r 2r

Jari jari atom hidrogen (ao) ( jari-jari Bohr) pada lntasan dasar ( n = 1) adalah

ao !

J ! 0,528 A o 2 mke

Jari-jari orbit stasioner ke n adalah

rn ! n 2 .ao ! n 2 .0,528 A13,6 eV , n2

Energi elektron pada lintasan n=1 E1 = - 13,6 eV Energi kuantisasi atom hidrogen pada lintasan n adalah : En ! n = nomer kulit atom.

d. Kelebihan Atom Bohr adalah bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron. e. Kekurangan Model atom ini adalah tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack

5. Mekanika Kuantum

Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom.. Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger. Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi. 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. 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 gelombang y 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) y Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut) y Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.Postulat Bohr : Elektron yang mengelilingi inti mempunyai momentu sudut yang besarnya :

mvr !

h , elektron yang merupakan partikel juga dianggap sebagai gelombang. 2T

1. Seluruh keadaan stasioner dari elektron dianalogikan sebagai dengan keadaan keadaan gelombang stasioner yang memiliki panjang gelombang dan momentum sudut. 2. Atom atom dianggap menyerupai kulit genderang yang bergetar dengan model-model getaran diskret. ( tidak seperti susunan tata surya) 3. Dalam gelombang stasioner, frekuensi resonansi tertentu terjadi jika

2 L ! nP ,L = panjang senar P = panjang gelombang getaran. n = nilangan bulat positif Jadi keliling lingkaran orbit sebagai n Panjang gelombang elektron.

nP ! 2Tr ,n = 1,2,3,4, ..... r = jari-jari orbit Dengan memasukkan panjang gelombang de Broglie dari elektron

h h ! p mv Jadi nP ! 2Tr h n( ) ! 2Tr mv h mvr ! n 2T P!Keadaan gelombang stasioner elektron dapat menyatakan kuantisasi momentum sudut elektron dalam atom. ( postulat kuantisasi elektron Bohr menjadi kenyataan) Percobaan Difraksi Elektron Elektron dipercepat oleh tegangan pemercepat V, maka panjang gelombang de Broglie dapat dinyatakan : Tegangan V dapat memberikan energi potensial listrik sebesar eV pada elektron, kemudian eV elektron diubah menjadi energi kinetik elektron sehinggadiperoleh :

E p listrik ! Ek eV ! v! 1 2 mv 2

2eV m h h P! ! mv 2meVP = panjang gelombang de Broglie h = konstantan Planck = 6,6 x 10 34 J.s V = tegangan pemercepat m = 9,1 x 10 31 kg e = 1,6 x 10 19 C

Bilangan Kuantum :Dalam model atom Bohr untuk menetapkan keadaan stasioner hanya diperlukan satu bilangan kuantum yaitu bilangan kuantum utama (n) Model atom Mekanika Kuantum Untuk menetapkan keadaan stasioner elektron diperlukan empat bilangan kuantum adalah : 1. Bilangan kuantum utama (n) a. Bilangan kuantum Utama (n) menentukan energi total elektron, yaitu yang selalu konstan. b. Menyatakan kulit dimana elektron berada . c. Bilangan kuantum utama n = 1 kulit K d. Bilangan kuantum utama n = 2 kulit L e. Bilangan kuantum utama n = 3 kulit M f. Bilangan kuantum utama n = 4 kulit N g. Bilangan kuantum utama n = 5 kulit O h. Bilangan kuantum utama n = 6 kulit P 2. Bilangan kuantum orbital (l) Bilangan Kuntum Orbital (l) ( bilangan kuantum Azimut) a. Menentukan besar momentum sudut elektron (L) vektor kaidah tangan kanan b. Menentukan besar momentum sudut elektron (L) vektor kaidah tangan kanan c. menyatakan sub kulit ( s,p,d,f,g,h, . . ..) tempat elektron berada dan bentuk orbital. l = 0,1,2,3, . . . . ( n - 1)

! Momentum sudut L ! l (l 1)J; ......... J Sub kulit s (sharp) l = 0 Sub kulit p (princilpe) l = 1 Sub kulit d (diffuse) l = 2 Sub kulit f ( fundamental) l = 3 Sub kulit g l=4

h 2T

Sub kulit h

l = 5, dst.

3. Bilangan kuantum magnetik (ml ) menentukan arah momentum sudut . Besarnya ditentukan oleh l jadi ml = -l, .....0, ....+l Contoh : Untuk sub kulit s , maka l = 0 ml = 0 Untuk sub kulit d , maka l = 2 ml = -2, -1, 0, 1, 2 4. Bilangan kuantum spin (ms) Menurut Dirac , spin elektron dapat ditunjukkan oleh bilangan kuantum ms Ms =