Fisika Atom 197197

membuat ulasan tentang perkembangan teori atom

Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:

menganalisis berbagai besaran fisis pada gejala kuantum dan batas-batasberlakunya relativitas Einstein dalam paradigma Fisika Modern.

Hasil yang harus Anda capai:

Fisika Atom

A. Evolusi ModelAtom

B. Atom BerelektronBanyak

Bab

8Sumber: Chemistry: Matter and Its Changes, 2003

Atom terdiri atas proton dan neutron yang terletak pada intiserta elektron yang mengorbit pada kulit.

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII198

A. Evolusi Model Atom

1. Model Atom Demokritus

2. Model Atom Dalton

Tes Kompetensi Awal

Tokoh

John Dalton(1766–1844)

John Dalton adalah seorangilmuwan Inggris. Dia orang pertamayang mengemukakan tentang teoriatom berdasarkan hasil eksperimenyang dilakukan Joseph Proust. Daltonmenyatakan bahwa atom adalahbagian terkecil dari benda yang tidakdapat dibagi-bagi lagi.

Sumber: www.allbiographies.com

Fisika Atom 199

3. Model Atom Thomson

Tokoh

Sir J.J. Thomson(1856–1940)

Thomson adalah seorang ahli Fisikayang lahir di Checham Hill, GreaterManchester, Inggris. Dia belajar diCambridge dan meraih gelarprofesor pada 1884. Dia meraihhadiah Nobel Fisika tahun 1906.Eksperimennya yang terkenaltentang tabung sinar katode. Darieksperimennya, dia menemukannilai nisbah e/m.

Sumber: www.allbiographies.com

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII200

Gambar 8.1Percobaan Thomson

katode anode

layar fluoresensi

+

–

U

S

A

B

C

BF

v

Jika ada elektron yang bergerakdengan kecepatan v dalam suatumedan magnet B, arah gayaLorentznya mengikuti kaidah tangankanan.

Ingatlah

Fisika Atom 201

pengamatmikroskopis

minyak disemprot

lubang kecil

radiasi sinar-X

pelat negatif

tetes minyakSumber: Chemistry, 2001

Gambar 8.2Model Atom Thomson

Gambar 8.3Percobaan tetes minyak Millikan

–

–

–

–

–

–

–

muatan negatif

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII202

FS

FA

mg

Gambar 8.4Gaya berat, gaya Archimedes, dangaya stokes bekerja pada tetesanminyak pada percobaan Millikan.

Gambar 8.5Tetesan minyak berada dalam

kesetimbangan karena adanyagaya berat, gaya Archimedes, dan

gaya elektrostatis.

Felektrostatis

FA

mg

Tugas Anda 8.1Dengan menggunakan logika danpemahaman Anda tentang konsepgerak lurus, apakah Anda dapatmenduga bagaimana Millikanmengukur kecepatan (v) daritetesan minyak tersebut? Jelaskandengan alasan-alasan ilmiahmenurut pendapat Anda.

Fisika Atom 203

4. Model Atom Rutherford

sumber partikel alfa

beberapa partikelalfa dipantulkan kembali

keping tipis emas

pancaranalfa

sebagian partikelalfa dibelokkan

sebagian partikel alfamenembus keping logam

layar detektor

Gambar 8.6Percobaan Rutherford

Tokoh

Ernest Rutherford(1871–1937)

Ernest Rutherford lahir di NewZealand pada 1871. Ia mendapatbeasiswa di Universitas Cambridge,Inggris pada 1894. Di sana, ia mulaimelakukan penelitian tentang radiasielektromagnetik, tetapi kemudianperhatiannya beralih ke sinar-X danradioaktivitas. Ia menunjukkan bahwaada perbedaan tipe radioaktivitas,yang ia namakan radiasi alfa, beta, dangamma. Ia mendapat hadiah Nobeluntuk bidang kimia pada 1908. Pada1911, Rutherford menjadi seorangprofesor di Universitas Manchester, iamenemukan bahwa hampir seluruhmassa atom berkumpul di inti atom.

Sumber: Science Encyclopedia, 1998

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII204

partikel alfa

intiatom

menembus

dibelokkan

dipantulkan

5. Spektrum Atom Hidrogen

inti atom

elektron

Gambar 8.7Skema penyimpangan sinar alfa.

Gambar 8.8Model atom Rutherford

Fisika Atom 205

Keterangan:

Keterangan:

warna

frekuensi (Hz)

merah biru ungu

4 × 1014 5 × 1014 6 × 1014 7 × 1014 8 × 1014

Gambar 8.9Spektrum hidrogen pada daerahtampak

Tantanganuntuk Anda

Diskusikanlah bersama teman Anda,apakah Anda dan teman Anda dapatmenduga mengapa dalameksperimennya Rutherfordmenggunakan sinar dan lempengemas?

Tantanganuntuk Anda

Hitunglah panjang gelombangterpendek dan terpanjang untukderet Balmer, deret Lyman, deretPascha, deret Bracket, dan deretPfund.

Sumber: Konsep Fisika Modern, 1983

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII206

Contoh 8.1

6. Model Atom Bohr

Gambar 8.10Model atom Bohr (Z = 1) untuk

hidrogen

m

v

F

r

inti

elektron

+Ze

Fisika Atom 207

a. Jari-Jari Lintasan Stasioner

Tokoh

Niels Bohr(1885–1962)

Pada awal 1900-an, struktur atommenjadi lebih jelas, namun hukumFisika pada saat itu tidak dapatmenjelaskan mengapa elektrontidak cepat menghasilkan spiralmenuju inti. Niels Bohr, muridRutherford, membantu memecah-kan misteri itu dengan menunjukkanbahwa elektron-elektron hanyadiberi energi tertentu. Iamenemukan bahwa elektron-elektron yang memiliki energiterendah mengorbit paling dekat keinti, dan elektron dengan energitinggi mengorbit paling jauh. Pada1913, Niels Bohr juga menjelaskanhubungan antara materi dan cahaya.Ia menunjukkan bahwa jika elektronberpindah dari satu tingkat energike tingkat energi lainnya, elektron-elektron itu mengeluarkan ataumenyerap paket radiasi dalambentuk cahaya. Paket ini dinamakanfoton.

Sumber: Jendela Iptek, 1997

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII208

b. Energi Elektron Berdasarkan Teori Bohr

Gambar 8.11Tingkat-tingkat energi atom

hidrogen.

n

n = 4n = 3

n = 2

E = –0,8 eVE = –1,5 eV

E = –3,4 eV

n = 1 E = –13,6 eV

E = 0

Pembahasan Soal

Dalam model atom Bohr, energiyang dibutuhkan oleh elektronhidrogen untuk pindah dari orbitdengan bilangan kuantum 1 ke 3adalah ....a. 1,50 eVb. 1,90 eVc. 2,35 eVd. 12,10 eVe. 13,60 eV

UMPTN 1992Pembahasan:Energi yang dibutuhkan

E = E3 – E

1

Diketahui bahwa energi dasar = E1

= –13,6 eVMaks,

E3 = 1

2

E

n

= 2

13,6 eV

3

Jadi,

E = 13,6 eV

9 – (– 13,6 eV)

= 12,10 eV

Jawaban: d

Fisika Atom 209

Contoh 8.2 Kata Kunci• model atom Demokritus• model atom Dalton• Hukum Perbandingan Tetap• Hukum Lavoisier• model atom Thomson• tetes minyak Millikan• model atom Rutherford• model atom Bohr• jari-jari Bohr• orbit stasioner• energi elektron terkuantisasi

Tantanganuntuk Anda

Jika sebuah atom terdiri atasbeberapa atom, apakah ada gayaelektrostatik antarelektrontersebut? Kemudian, bagaimanalintasan orbit elektron tersebut?

Contoh 8.3

Contoh 8.4

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII210

B. Atom Berelektron Banyak1. Kelemahan Teori Atom Bohr

Tes Kompetensi Subbab A

Fisika Atom 211

2. Bilangan Kuantum

a. Bilangan Kuantum Utama (n)

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII212

Gambar 8.12Bentuk-bentuk orbital

(a) Orbital s merupakan sebuah bola;(b) Orbital p memiliki bentuk

seperti balon yang terpilin dua;(c) Orbital d memiliki bentuk

seperti empat buah balon yangterpilin.

Contoh 8.5

b. Bilangan Kuantum Orbital ( )

Contoh 8.6

Atom adalah partikel yang sangatkecil sehingga tidak dapat diamatidengan cahaya tampak.Menggambarkan struktur atommerupakan pekerjaan yang sangatmenarik. Untuk mempelajari atom,para ahli mempelajarinya dari cahayayang diesensikan oleh atom-atomdari unsur murni. Spektrum cahayatersebut mengandung informasitentang struktur, atom, energiionisasi, dan lain-lain.

Atom are tiny, and not observableusing visible light. Trying to figure outthe structure of atoms is a facinatingtask. A major source of informationabout atoms comes from a study ofthe light emitted by the atoms of apure material. The spectrum of thelight give information about atomstructure, ionization energy, etc.

Informasiuntuk Anda

Information for You

Fisika Atom 213

c. Bilangan Kuantum Magnetik (m )

2

0

–2

–

m = 2

m = 1m = 0

m = 1

m = 2

= 2

Lz

Gambar 8.13Arah dan besar momentum sudutLz untuk = 2

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII214

Gambar 8.14Arah momentum sudut-

sudut orbital s, p, dan d(a) orbital hanya memiliki 1

kemungkinan arah;(b) orbital p memiliki 3

kemungkinan; dan(c) orbital d memiliki 5

kemungkinan.

zz z

Z 0

0

Z 2h

Z 2h

1 2Z

h

Z 2h

Z 0 Z 0

Z 2h

Zh

Gambar 8.15Elektron dalam subkulit s, p, dan d.

Gambar 8.16Arah perputaran dan vektor

momentum sudut S.

dxy

dxz

dyz

dx

2y

2 dx

2y

2

s

px

py

pz

12

12

Z 4hSp

Z 4hSp

S

Contoh 8.7

d. Bilangan Kuantum Spin (ms)

Fisika Atom 215

Gambar 8.17Gerak elektron dalam medanmagnet B.

Tantanganuntuk Anda

Tentukan besar momentum sudutuntuk subkulit:a. f;b. g;c h.

LZ

Gambar 8.18Arah momentum sudut elektron.

Lz = m

e

ZL

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII216

Gambar 8.19Terpecahnya garis spektrum

akibat medan magnet.

Fisika Atom 217

3. Sifat Atom

Contoh 8.8

Gambar 8.21(a) Atom Mn menerima elektrondari atom Na.(b) Atom Na yang tidak stabil.

elektron dilepas

Na Na

Gambar 8.20(a) Atom Na, kulit terluarnya terisisatu elektron.(b) Atom Na yang stabil setelahmelepas elektron terluarnya.

e

NaMn

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII218

4. Sistem Periodik

a. Aturan Aufbau

Tantanganuntuk Anda

Jelaskan sifat-sifat yang dimiliki atomberikut ini.

1. 4020 Ca

2. 3031 Ga

3. 8035 Br

Gambar 8.22Pengisian elektron menurut

aturan Aufbau.

1s

2s

3s

4s

5s

6s

7s

2p

3p

4p

5p

6p

3d

4d

5d

6d

4f

Fisika Atom 219

c. Aturan Hund

c. Asas Larangan Pauli

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII220

Gambar 8.24Proses untuk menghasilkan

spektrum emisi

5. Spektrum Emisi dan Spektrum Absorpsi

a. Spektrum Emisi

benar salah

Gambar 8.23Berdasarkan asas larangan Pauli,

satu orbital maksimum ditempatidua elektron dengan spin yang

berlawanan.

sumber celah

kisi

spektrum

Fisika Atom 221

b. Spektrum Absorpsi

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII222

energi ionisasi semakin besar

ener

gi

ion

isas

i se

mak

in b

esar

6. Energi Ionisasi, Afinitas Elektron, dan Elektron Valensi

a. Energi Ionisasi

Gambar 8.25Proses untuk menghasilkan

spektrum absorpsi

cahayaputih celah

kisi

spektrum

atom-atomgas

Gambar 8.26Perulangan sifat pada sistem

periodik

Fisika Atom 223

b. Afinitas Elektron

c. Elektron Valensi

Mari Mencari Tahu

• teori atom Bohr• bilangan kuantum utama• bilangan kuantum orbital• bilangan kuantum magnetik• bilangan kuantum spin• prinsip Pauli• aturan Aufbau• kaidah Hund• spektrum emisi• spektrum absorsi• garis-garis Praunhoffer• energi ionisasi• afinitas elektron• elektron valensi

Sumber: General Chemistry, 1990

Kata Kunci

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII224

Tes Kompetensi Subbab B

Rangkuman

Fisika Atom 225

Peta Konsep

Setelah mempelajari bab ini, tentu Anda telahmemahami bagaimana perkembangan model atomsampai terakhir digunakan model atom Bohr. Anda jugatentu telah paham bagaimana kedudukan dan sifatelektron dalam bab inti. Dari semua materi yang adadalam bab ini, bagian manakah yang menurut Anda sulitdipahami? Coba Anda diskusikan bersama teman atauguru Fisika Anda.

Refleksi

Sekarang Anda menjadi tahu bahwa rekayasa atomuntuk dimanfaatkan dalam kehidupan bergantung sekalipada elektron valensi atom. Coba Anda cari manfaat lainyang diperoleh setelah mempelajari bab ini, kemudiandiskusikan konsep Fisika apa yang terkandung di dalamnyabersama teman Anda.

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII226

Tes Kompetensi Bab 8

Fisika Atom 227

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII228