STRUKTUR ATOM

GARIS BESAR PEMBAHASAN

Teori Atom klasikTeori Atom modernPercobaan RutherfordModel atom BohrTeori kuantum dari atom

TEORI ATOM KLASIK

Teori materi pertama kali diberikan oleh Leucippus, seorang philosop Yunani, yang pada saat itu dia mempelajari dari apa sebenarnya materi itu disusun.

Menurut Leucippus, sesungguhnya bila suatu materi dibelah secara terus menerus akan ada bagian terkecil dari materi tersebut yang tidak bisa dibelah yang dinamakan atomos yang berarti tidak bisa dibelah

Leucippus

LANJUTAN TEORI ATOM KLASIK

Teori atom Leucippus dilanjutkan oleh Democritus.

Democritus menerangkan bahwa semua benda tersusun dari bagian bagian kecil yang tidak tampak yang merupakan partikel-partikel yang tidak bisa dimusnahkan.

Atom-atom semuanya terbuat dari material dasar yang sama, tetapi atom-atom dari elemen yang berbeda mempunyai ukuran dan bentuk yang berbeda.

Ukuran, bentuk dan susunan atom material menentukan sifat-sifat material.

Dia percaya ada 4 elemen yang mana semua benda itu dibuat darinya: tanah, udara, api dan air.

Democritus

Pada teori atom klasik para scientists tidak mempunyai metoda atau teknologi untuk mengetes kebenaran teori struktur dasar dari materi,sehingga pandangan tentang teori tadi dapat diterima orang.

TEORI ATOM MODERN

John Dalton

Dalam abad ke 19 John Dalton membuat pernyataan bgm atom-atom terikat dengan perbandingan tertentu. Dalton juga menyatakan bahwa atom dari element yang berbeda bergabung dengan perbandingan yang tetap

Teori tersebut dan empat teori yang lain kemudian dinamakan dengan Teori Atom Modern. Dalam teori tersebut dinyatakan: atom tidak dapat dibelah dan dihancurkan, element yang berbeda mengadung sifat kimia yang berbeda dan atom-atom dari elemen yang sama mengandung sifat kimia yang sama

Perkembangan Teori Atom Modern

J.J. Thompson adalah seseorang yang dikenal sebagai penemu elektron. Thompson membuat tabung sinar katoda yang terdiri bagian anodanya bermuatan positif pada salah satu sisi tabung dan sisi lainnya adalah bagian katoda yang bermuatan negatif. Thompson menggunakan magnet untuk di tengah tabung. Ternyata ada pancaran muatan-muatan negatif dari katoda ke anoda yang kmd diberi nama ELEKTRON

J.J. Thompson

Thompson kemudian menggambarkan model atom seperti Plum Pudding, dimana elektron dan proton tersebar secara random dalam sistem atom.

The Plum Pudding

J.J. Thomson determined the charge-to-mass ratio of an electron using a cathode ray tube.

Electrons

The charge-to-mass (Z/m) ratio of an electron is 1.759 x 108 C/g

Sir Joseph John Thomson (1856-1940)

Robert Millikan measured the charge of an electron enabling scientists to calculate the mass of an electron.

Electrons

Robert Andrews Millikan (1868-1953)

Robert Millikan measured the charge of an electron enabling scientists to calculate the mass of an electron.

Electrons

Electron Charge: -1.602 x 10-19 C

Robert Andrews Millikan (1868-1953)

Electron Mass: 9.109 x 10-28 g

The first experimental evidence of protons came from the study of canal rays observed in special cathode ray tube with a perforated anode.

Protons :Subatomic particles with a unit of positive charge (+1).

Proton Charge: +1.602 x 10-19 C

Proton Mass: 1.673 x 10-24 g

Since atoms have a neutral charge, the number of protons is equal to the number of electrons in an atom.

Neutrons :Subatomic particles with no charge (0).

Neutron mass: 1.675 x 10-24 g

Most atoms have masses greater than what would be predicted based on the mass of protons and electrons.

Earnest Rutherford suggested that atoms must contain relatively massive particles with no electric charge to account for the high mass.

Rutherfords student, James Chadwick later found evidence for the existence of neutrons in 1932.

Eksperimen Rutherford

Pada tahun 1911 scientis Inggris Ernest Rutherford mengetes model atom yang diberikan oleh Thomson dengan menggunakan partikel alfa

Partikel alfa adalah partikel berat dengan dua muatan positif dari proton yang sekarang dikenal sebagai inti helium yang mengandung 2 proton dan 2 neutron.

Eksperimen Ernest Rutherford dilakukan dengan menembakkan pertikel alfa ke lembaran emas tipis. Rutherford mendapatkan bahwa partikel alfa tersebut sebagian besar diteruskan, sebagian dibelokkan dan sebagian kecil dipantulkan kembali.

Ernest Rutherford

Percobaan Rutherford

Percobaan Rutherford

Rutherford mengamati bahwa banyak partikel alfa yang melalui foil. Sebagian dibelokkan melalui sudut kecil dan sebagian kecil sekali dipantulkan kembali.

Rutherford kemudian menteorikan tentang atom yang menyatakan bahwa dalam atom terdapat inti atom yang mengandung partikel bermuatan positif dan masif dengan densitas yang tinggi.

Menurut Rutherford, sebagian atom terdiri atas ruangan kosong.

Danish Niels Bohr menggunakan pengetahuan baru mengenai pancaran radiasi dari atom-atom untuk mengembangkan model atom yang secara signifikan berbeda dari model Rutherford.

Model Bohr

Niels Bohr

Bohr mengembangkan theory dengan panjang gelombang yang sama dengan yang diprediksi para Scientis sebelumnya dan mengukur radiasi dari atom dengan elektron tunggal. Ia menyimpulkan karena atom memancarkan cahaya pada panjang gelombang yang deskrit, maka elektron hanya dapat berada pada orbit tertentu dan cahaya hanya bisa dihasilkan bila elektron berpindah dari orbit ke orbit lainnya yang energinya lebih rendah.

Scientists pada abad ke-19 telah menemukan bahwa bila muatan listrik dilewatkan melalui gas dalam suatu tabung gelas , atom-atom gas akan memancarkan cahaya radiasi. Radiation ini hanya terjadi pada panjang gelombang deskrit dan untuk elemen dan senyawa yang berbeda memancarkan panjang gelombang yang berbeda.

*

Spektrum Garis dari Atom

Kontribusi Bohr : model atom sederhana.Dasar model : Spektrum garis yang tajam dari atom-atom tereksitasi

Niels Bohr (1885-1962)

(Nobel, 1922)

*

*

Spektrum Garis dari Atom-atom
Tereksitasi

Atom-atom tereksitasi akan memancarkan radiasi pada panjang gelombang tertentuPanjang gelombang radiasi tergantung pada jenis unsur.

H

Hg

Ne

*

*

Spektra atom
dan model Bohr

Model atom awal abad 20: suatu elektron mengelilingi inti dalam suatu orbit

Karena orbit yang mungkin

tidak terhingga, energi elektron

juga tidak terhingga: tidak mungkin

2.Pergerakan partikel dalam medan

listrik akan memancarkan energi. Elektron

akan terus menerus kehilangan energi:

Akhir pergerakan elektron, kehancuran atom!

*

*

Energi suatu keadaan = - C/n2 dimana

C adalah konstanta

n = bilangan kuantum, n = 1, 2, 3, 4, ....

Bohr mengatakan bahwa teori klasik adalah salah. Teori baru: QUANTUM atau WAVE MECHANICS.e- hanya dapat berada pada orbit-orbit yang diskrit

disebut sebagai keadaan stasioner.

e- dipisahkan oleh keadaan-keadaan yang energinya terkuantisasi.

Spektra atom dan model Bohr (2)

*

*

n = bilangan bulatjari-jari orbital yang diperbolehkan

= n2 x (0.0529 nm)

teori ini dapat menjelaskan

spektra atomik

Energi keadaan terkuantisasi = - C/n2

Spektra atom dan model Bohr (3)

*

*

Karena elektron-elektron berada dalam keadaan terkuantisasi, maka DE dari setiap perubahan keadaan hanya dapat memiliki harga-harga tertentu. Inilah yang menjelaskan garis-garis tegas dalam spektra atom.

Spektra atom dan model Bohr (4)

n = 1

n = 2

E = -C /22

E = -C /12

H atom

07m07an1.mov

*

*

Hitung DE untuk e-dalam H jatuh dari

n = 2 ke n = 1 (energi tinggi ke rendah) .

.

maka, E cahaya yang dipancarkan = (3/4)R = 2.47 x 1015 Hz

dan l = c/n = 121.6 nm (daerah ULTRAVIOLET)

DE = Eakhir - Eawal = -C[(1/12) - (1/2)2] = -(3/4)C

C dikenal dengan R, konstanta Rydberg.

R = 1312 kJ/mol or 3.29 x 1015 Hz

Hasil ini sangat cocok dengan eksperimen!

DE negatif: emisi; DE positif: absorpsi Karena energi cahaya hanya bernilai positif,

DE = Etinggi - Erendah

Spektra atom dan model Bohr (5)

Energy

n

=

1

n

=

2

*

*

Spektra atom H

Garis-garis pada frekuensi sinar tampak disebut deret BALMER.

Energy

Ultra Violet

Lyman

Infrared

Paschen

Visible

Balmer

En = -1312

n2

6

5

3

2

1

4

n

*

Bohr mengubah secara radikal pandangan kita terhadap materi Problema teori model Bohrtidak berhasil untuk atom berelektron banyak.ide-ide kuantum diperkenalkan secara paksa.Perbaikan model Bohr:

KUANTUM atau MEKANIKA GELOMBANG

Dari Model Bohr ke Mekanika Kuantum

*

*

Mekanika Kuantum atau Gelombang

Cahaya: partikel dan gelombang Usulan de Broglie (1924): Setiap materi bergerak memiliki sifat gelombang Untuk cahaya: E = hn = hc / lUntuk partikel: E = mc2 (Einstein)

L. de Broglie

(1892-1987)

l untuk partikel disebut panjang gelombang de Broglie

maka, mc = h / l

untuk partikel

m v = h / l

*

*

Schrodinger : elektron yang bergerak mengelilingi inti juga berperilaku seperti gelombang Penyelesaian PERSAMAAN GELOMBANG menghasilkan sederet rumus matematik yang disebut Fungsi gelombang, YSetiap fungsi gelombang menggambarkan energi yang diperbolehkan untuk sebuah elektron Kuantisasi akan terjadi dengan sendirinya.

E. Schrodinger

1887-1961

Mekanika Kuantum atau Gelombang

*

*

FUNGSI GELOMBANG, Y

Y adalah fungsi jarak dan sudut.

Untuk satu elektron, Y menyangkut sebuah ORBITAL daerah dalam ruang tempat ditemukannya sebuah elektron

Y tidak menggambarkan kedudukan elektron dengan tepat

Harga Y2 menunjukkan probabilitas menemukan sebuah elektron pada titik tertentu

*

*

Azas ketidakpastian

Hakekat elektron dalam atom: teori W. Heisenberg.Posisi dan momentum (p = mv) sebuah elektron tidak dapat ditentukan secara tepat sekaligus. Kesalahan posisi dan momentum ditunjukkan dengan hubungan

Dx. Dp = h

Posisi dan kecepatan sebuah elektron dapat digambarkan dengan :

DISTRIBUSI PROBABILITAS (Y2)

W. Heisenberg

1901-1976

*

*

Bilangan kuantum orbital

Suatu orbital atom didefenisikan oleh 3 bilangan kuantum :

n bilangan kuantum utama

l bilangan kuantum angular

ml bilangan kuantum magnetik

*

*

Bilangan kuantum

ml (magnetik) -l..0..+l Orientasi orbital

l (sudut) 0, 1, 2, .. n-1 Bentuk orbital

n (utama) 1, 2, 3, .. Ukuran orbital dan

energi = -R(1/n2)

Simbol Harga Arti fisik

*

Untuk n = 1, l = 0 dan ml = 0:

orbital 1s

Untuk n = 2, l = 0,1

l = 0, ml = 0, orbital 2s

l = 1, ml = -1, 0, +1, orbital

2px , 2py ,2pz

(degenerasi)

3.Untuk n = 3, l = 0,1,2orbital, 3s, 3 orbital p dan lima orbital 3d

Orbital atom berelektron tunggal

*

*

Orbital-orbital s

Seluruh orbital berbentuk sferis

*

*

Orbital-orbital p

planar node

Ciri orbital p

Bila l = 1, akan ada simpul PLANAR yang melalui inti atom.

*

*

26

Atom Berelektron Banyak

Perbedaan dengan atom berelektron tunggal:

Dua elektron pada orbital yang sama tidak dapat dibedakan satu sama lain.

Pauli : bilangan kuantum spin, ms = -1/2, +1/2

Larangan Pauli : Dua elektron tidak boleh memiliki keempat bilangan kuantum yang sama

Adanya tolakan antar elektronBerkurangnya pengaruh inti akibat adanya tumpukan elektron pada kulit yang lebih rendah

*

+

Electron

orbit

p

z

p

y

p

x

90

o