Fisika Atom

download Fisika Atom

of 22

  • date post

    18-Oct-2015
  • Category

    Documents

  • view

    16
  • download

    0

Embed Size (px)

description

fisika

Transcript of Fisika Atom

  • #

    $ !% & ' ())*

    Segala sesuatu yang ada di alam terdiri atas materi, yang bentuknyabermacam-macam. Tiap materi tersusun atas unsur dan tiap unsurtersusun atas atom. Atom adalah bagian terkecil dari unsur. Jika ditelitilebih dalam lagi, atom terdiri atas elektron, neutron, dan proton. Perhatikan-lah demonstrasi kembang api di atas. Pada saat kembang api dibakar, ratusanjuta partikel berhamburan keluar. Dapatkah kalian menghitungnya? Untukmengetahui konsep atom, ikutilah pembahasan berikut ini.

  • Perkembangan teori atom dimulai ketika seorang filsufYunani, Democritus, mengemukakan bahwa setiap materitersusun oleh partikel-partikel kecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi yang disebut atom. Atom berasal dari kata ayang berarti tidak dan tomos yang berarti terbagi. Padatahun 1803, John Dalton (1766 - 1844) melakukanpercobaan dan menemukan teori mengenai atom. Teori atomDalton mengemukakan bahwa atom adalah bagian terkecildari suatu zat yang sudah tidak dapat dibagi-bagi lagi.Pernyataan ini dibantah oleh J.J Thomson, yang melaluipercobaan sinar katoda berhasil membuktikan bahwa teoriDalton tersebut salah. Pada bab ini akan dibahas mengenaiperkembangan model atom yang dikemukakan ahli-ahlifisika untuk meninjau kelemahan teori Dalton, jadimerupakan penyempurnaan teori atom sebelumnya.

    +%

    Seperti yang telah diungkapkan bahwa Thomson(1856 - 1940) berhasil membuktikan bahwa teori atomDalton salah. Melalui percobaannya, ia menemukan bahwaada bagian dari zat yang lebih kecil dari atom, yaituelektron. Selanjutnya, pada tahun 1904, Thomsonmenggambarkan model atom sebagai sebuah bola ber-muatan positif dengan elektron tersebar merata ke seluruhisi atom. Model atom Thomson ini dikenal dengan istilahmodel atom roti kismis.

    Thomson menarik kesimpulan bahwa suatu modelatom harus memenuhi dua hal berikut ini.a. Sebuah atom harus netral, yaitu jumlah muatan

    positif (proton) harus sama dengan jumlah muatannegatif (elektron).

    b. Sebagian besar massa atom terdapat pada muatanpositifnya.

    %

    '!

    %

    (%

    Model atom Thomson akhirnya diuji oleh ErnestRutherford (1871 - 1937) (Gambar 9.2). Dia melakukanpercobaan dengan menembakkan partikel alfa padalempeng emas yang sangat tipis dengan ukuran 0,01 mmatau kira-kira setebal 2.000 atom. Ternyata, partikel alfaitu tidak seluruhnya menembus secara lurus, artinya be-berapa di antaranya terhambur atau dibelokkan membentuksudut antara 90o sampai 120o.

    ' '

    ' '

    ' '

    !' !

    ,

    %

    & '

    ' ()))

  • #

    Apabila model atom Thomson benar, partikel alfatersebut seharusnya melintas lurus (tidak dibelokkan). Karenamassa dan energi partikel alfa jauh lebih besar daripadaelektron dan proton dalam atom, sehingga lintasannya tidakterganggu oleh elektron dan proton dalam atom.

    Gambar 9.4 memperlihatkan percobaan yangdilakukan oleh Geiger dan Marsden (1911). Berdasarkanpercobaan tersebut, Rutherford mengemukakan suatumodel atom berikut ini.a. Sebuah atom terdiri atas inti bermuatan positif yang

    terletak di tengah/pusat.b. Inti atom dikelilingi elektron yang dipengaruhi oleh gaya

    tarik-menarik, yang disebut gaya Coulomb sebesar:

    F = k2

    2

    re ..................................................... (9.1)

    Gaya Coulomb tersebut diimbangi oleh gayasentripetal sebesar:

    F = mr

    v2 ..................................................... (9.2)

    Jadi, elektron berputar pada lintasan tertentu, sepertiperputaran planet-planet yang mengelilingi pusat tatasurya.

    c. Atom bersifat netral, yaitu jumlah proton samadengan jumlah elektron yang mengelilingi inti.

    Di sisi lain, model atom Rutherford memiliki kelemahanberikut ini.a. Elektron yang berputar mengelilingi inti dianggap

    sebagai getaran listrik yang memancarkan gelombangelektromagnetik (energi). Jika energi berkurang, makalintasan makin kecil, tetapi elektron tersebut tidakmenempel pada inti. Hal ini menunjukkan bahwamodel atom Rutherford tidak dapat menjelaskankestabilan atom.

    b. Jika lintasan makin kecil, periode putaran elektronjuga makin kecil. Frekuensi gelombang bermacam-macam, sehingga spektrum yang dipancarkan seharus-nya berupa spektrum diskontinu. Pada kenyataannya,pada atom hidrogen bertentangan dengan pengamatanspektrometer tentang atom hidrogen.

    !-

    . %

    !

    -

    "

    !

    ."/

    "

    %

    0

    1

    !

    %

  • !2

    !

    3

    /4-5+6#+1+#789'

    4

    % : !"

    '

    !

    +#;

  • #

    Adapun yang ditemukan dalam daerah inframerah, adalahPaschen, Bracket, dan Pfund. Secara umum rumus deretdinyatakan sebagai:

    1

    = R

    2211

    mn dengan n > m

    Untuk deret Lyman, n = 1; Balmer n = 2; Paschen n = 3;Bracket n = 4; dan Pfund n = 5, sehingga secara umumdapat dituliskan berikut ini.a. Deret Lyman (deret ultra ungu)

    1

    = R

    221

    11

    n, dengan n = 2, 3, 4, .......... (9.4)

    b. Deret Balmer (deret cahaya tampak)

    1

    = R

    221

    21

    n, dengan n = 3, 4, 5, ......... (9.5)

    c. Deret Paschen (deret inframerah I)

    1

    = R

    221

    31

    n, dengan n = 4, 5, 6, ......... (9.6)

    d. Deret Bracket (deret inframerah II)

    1

    = R

    221

    41

    n, dengan n = 5, 6, 7, ......... (9.7)

    e. Deret Pfund (deret inframerah III)

    1

    = R

    221

    51

    n, dengan n = 6, 7, 8, .......... (9.8)

    /

    1. Tentukan panjang gelombang terpanjang dan terpendek deret Balmer atomhidrogen jika konstanta Rydberg R = 1,097 107 m-1!Penyelesaian:Panjang gelombang terpanjang terjadi jika elektron mengalami transisi darikulit n = 3 ke n = 2. Sesuai dengan persamaan (9.4) diperoleh:

    1 = R

    22 31

    21

    1 = 1,097 107 36

    5

    = 656 10-9 m = 656 nm

    2. Spektrum deret Paschen menghasilkan panjang gelombang 1,28 10-6 m.Tentukan nilai n pada deret Paschen tersebut, jika konstanta RydbergR = 1,097 107 m-1!

    !!

    !,

    !%

    &''+##7

  • 1. Jika konstanta Rydberg R = 1,097 107 m-1, hitung panjang gelombangterpanjang dan terpendek dari deret Paschen!

    2. Spektrum deret Lyman menghasilkan panjang gelombang 1,026 10-10 m.Jika diketahui R = 1,097 107 m-1, tentukan nilai n untuk persamaan Lymantersebut!

    3. Carilah panjang gelombang terpendek untuk garis yang berada dalam deretLyman!

    4. Atom hidrogen berada dalam keadaan aktifnya yang kesepuluh yang sesuaidengan model Bohr (n = 11).a. Berapakah jari-jari orbit Bohr-nya?b. Berapakah momentum sudut elektronnya?c. Berapakah energi kinetik elektronnya?d. Berapakah energi potensial elektronnya?e. Berapakah energi menyeluruh elektronnya?

    =, :!#%+

    "

    %

    !

    Penyelesaian:Pada deret Paschen berlaku:

    1 = R

    221

    31

    n

    R1 =

    21

    91

    n

    21

    n=

    R1

    91

    21

    n=

    -6 71 1

    9 (1,28 10 )(1,097 10 )

    21

    n=

    1 1

    9 14,04

    21

    n= 0,04

    n2 = 25 atau n = 5

    ;%

    Teori atom Bohr tentang atom dilandasi oleh teoriatom Rutherford dan Max Planck. Dalam teori atomnya,Bohr menyatakan bahwa elektron yang mengelilingi intiatom berada pada lintasan atau orbit tertentu yang disebutorbit stabil atau orbit kuantum. Bohr mengaitkan konsepenergi dengan gerak elektron dan mendasarkan teorinyapada dua postulat berikut ini.

    a. Elektron mengelilingi inti dengan lintasan atau orbittertentu. Berdasarkan teori mekanika kuantum,

  • #

    benda yang bergerak beraturan dengan orbit tertentutidak akan membebaskan energi jika kelilinglintasannya merupakan bilangan bulat dari panjanggelombang de Broglie, dengan momentum angulersebesar:

    m.v.r = 2.hn ................................................ (9.9)

    dengan n adalah bilangan bulat (n = 1, 2, 3, .......)yang menyatakan bilangan kuantum, h adalah tetapanPlanck, m adalah massa elektron, dan r adalah jari-jari lintasan.

    b. Elektron dapat berpindah dari tingkat energi satu ketingkat energi yang lain. Tingkat energi pada tiaplintasan elektron adalah berbeda-beda. Elektron yangpaling dekat dengan inti (n = 1) mempunyai tingkatenergi yang paling rendah.

    Jika elektron berpindah ke lintasan yang lebih dekatdari inti (ke tempat energi yang rendah), akan melepaskan(memancarkan) energi foton sebesar hf. Sebaliknya, jikaelektron berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggiakan menyerap energi.

    Bohr beranggapan bahwa suatu elektron tunggaldengan massa m bergerak dalam lintasan orbit berbentuklingkaran dengan jari-jari r, dan kecepatan v, mengelilingiinti bermuatan positif. Keadaan ini menunjukkan adanyakeseimbangan antara gaya Coulomb pada persamaan (9.1)dan gaya sentripetal pada persamaan (9.2).F

    C= F

    s

    k2

    2

    re = m

    rv2

    sehingga diperoleh:

    v2 = krm

    e.

    2............................................................. (9.10)

    Dari persamaan (9.9) dan (9.10) akan diperoleh jari-jarilintasan elektron berikut ini.

    r = mke

    hn....4

    .22

    22

    ................................................. (9.11)

    untuk n = 1 diperoleh nilai r = 5,3 10-9 cm = 0,53 yang disebut jari-jari Bohr (Bohr radius).

    >-

    "

    %

    !

    %

    %

    !%2

    "

    1

    ! !1!

    %

    %!

    ' !1! "

    !

    %

  • %

    Energi tiap lintasan elektron merupakan jumlah dari energikinetik dan energi potensialnya.

    E = Ep + Ek

    = -kre2 +

    21 mv2

    E = -kr

    e2

    2......................................................... (9.12)

    Berdasarkan nilai r pada persamaan (9.11) maka energielektron pada pers