MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

39
1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Perkembangan ilmu fisika telah memberikan akses bagi para ilmuwan untuk meneliti berbagai hal dengan lebih jauh, termasuk salah satunya adalah analisis zat. Dalam hal ini, salah satu ilmu yang sangat membantu dalam perkembangan berbagai metode analisis zat adalah teori kuantum. Teori kuantum merupakan suatu perkembangan yang pesat dalam ilmu fisika, dan telah mengantarkan ilmu fisika klasik menjadi fisika modern. Salah satu topik sentral dari teori kuamtum adalah mengenai kuantisasi energi dalam benruk foton, dan interaksinya dengan materi lain. Interaksi inilah yang nantinya dimanfaatkan untuk menganalisis berbagai sifat dari suatu zat, seperti struktur, bentuk kristal, konsentrasi, dan lain sebagainya. Contoh dari bentuk- bentuk analisis tersebut adalah X-ray Crystallography yang memanfaatkan difraksi sinar X untuk mengidentifikasi struktus kristal dari suatu batuan mineral, dan spektroskopi ESR yang digunakan untuk mengetahui keadaan lingkungan elektron dalam suatu senyawa yang dianalisis. Oleh karena itu, penulis perlu mempelajari prinsip dasar serta aplikasi dari teori kuantum agar dapat mengetahui serta memanfaatkan teori tersebut dengan cara yang benar. B. Definisi Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang ada, maka definisi masalah diberikan sebagai berikut: 1. Perbedaan teori fisika klasik dan kuantum, penjelasan teori kuantum, persamaan Rydberg, dan penjelasan model atom Bohr. 2. Menentukan panjang gelombang, frekuensi dan energi pada efek fotolistrik. 3. Elektronegativitas dan hubungannya dengan skala Pauling. 4. Penjelasan radiasi elektromagnetik dan gelombang elektromagnetik. 5. Penjelasan kristalografi, jenis-jenis kristal dan bentuk-bentuk geometrinya. 6. Ikatan hidrogen pada suatu senyawa dan menetukan gugus fungsi dalam suatu senyawa. 7. Cara menganalisis senyawa dengan spektrum spektroskopi ESR.

description

MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

Transcript of MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

Page 1: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Perkembangan ilmu fisika telah memberikan akses bagi para

ilmuwan untuk meneliti berbagai hal dengan lebih jauh, termasuk salah

satunya adalah analisis zat. Dalam hal ini, salah satu ilmu yang sangat

membantu dalam perkembangan berbagai metode analisis zat adalah teori

kuantum. Teori kuantum merupakan suatu perkembangan yang pesat dalam

ilmu fisika, dan telah mengantarkan ilmu fisika klasik menjadi fisika modern.

Salah satu topik sentral dari teori kuamtum adalah mengenai kuantisasi energi

dalam benruk foton, dan interaksinya dengan materi lain. Interaksi inilah yang

nantinya dimanfaatkan untuk menganalisis berbagai sifat dari suatu zat, seperti

struktur, bentuk kristal, konsentrasi, dan lain sebagainya. Contoh dari bentuk-

bentuk analisis tersebut adalah X-ray Crystallography yang memanfaatkan

difraksi sinar X untuk mengidentifikasi struktus kristal dari suatu batuan

mineral, dan spektroskopi ESR yang digunakan untuk mengetahui keadaan

lingkungan elektron dalam suatu senyawa yang dianalisis. Oleh karena itu,

penulis perlu mempelajari prinsip dasar serta aplikasi dari teori kuantum agar

dapat mengetahui serta memanfaatkan teori tersebut dengan cara yang benar.

B. Definisi Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang ada, maka definisi

masalah diberikan sebagai berikut:

1. Perbedaan teori fisika klasik dan kuantum, penjelasan teori kuantum,

persamaan Rydberg, dan penjelasan model atom Bohr.

2. Menentukan panjang gelombang, frekuensi dan energi pada efek fotolistrik.

3. Elektronegativitas dan hubungannya dengan skala Pauling.

4. Penjelasan radiasi elektromagnetik dan gelombang elektromagnetik.

5. Penjelasan kristalografi, jenis-jenis kristal dan bentuk-bentuk geometrinya.

6. Ikatan hidrogen pada suatu senyawa dan menetukan gugus fungsi dalam

suatu senyawa.

7. Cara menganalisis senyawa dengan spektrum spektroskopi ESR.

Page 2: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

2

BAB II

DASAR TEORI

A. Mekanika Kuantum

Mekanika kuantum adalah cabang fisika yang menggantikan

mekanika klasik. Dasar dimulainya periode mekanika kuantum adalah saat

mekanika klasik tidak bias menjelaskan gejala-gelaja fisika yang yang bersifat

mikroskopis dan dan bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan

cahaya. Model atom Bohr dikemukakan oleh Niels Bohr pada tahun 1913.

Model atom Bohr dari atom hidrogen menggambarkan electron-elektron

bernuatan negative mengorbit pada kulit atom dalam lintasan tertentu yang

mengelilingi inti atom yang bermuatan positif. Dalam teori kuantum dikenal

konsep orbital, yang menggunakan bilangan kuantum. Bilangan kuantum

terbagi atas bilangan kuantum utama, bilangan kuantum azimuth, bilangan

kuantum magnetik, dan bilangan atom spin. Teori Band menjelaskan tentang

bagaimana suaru benda bias menjadi isolator, semikonduktor, ataupun

konduktor. Landasan dari Teori Band ini adalah teori orbital molekul. Energy

gap dari suatu zat dapat menentukan apakah zat itu adalah isolator, semi

konduktor, atau konduktor.

B. Efek Fotolistrik

Teori Planck

Menurut Planck, energi yang terpancarkan bergerak dalam bentuk

gelombang. Akan tetapi, model gelombang tidak dapat menjelaskan efek

fotolistrik, mengalirnya suatu arus ketika cahaya monokromatik dengan

frekuensi yang cukup tinggi menyinari bidang logam. Adanya arus dapat

dianggap muncul ketika cahaya mentransfer energi ke elektron pada

permukaan logam, yang membebaskan elektron dan kemudian terkumpul pada

elektroda positif. Efek fotolistrik memiliki beberapa sifat khusus, diantaranya

frekuansi ambang dan keterlambatan waktu.

1. Frekuansi ambang.

Cahaya yang menyinari logam harus memiliki frekuensi

minimum, atau tidak ada arus yang mengalir. (Logam yang berbeda

Page 3: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

3

memiliki frekuensi minimum berbeda) Namun, teori gelombang

mengasosiasikan energi dari cahaya dengan amplitudo (intensitas) dari

gelombang, bukan dengan frekuensinya (warna). Dengan demikian, teori

gelombang memprediksikan bahwa suatu elektron akan terbebas ketika

menyerap cukup energi dari cahaya dengan warna apapun.

2. Keterlambatan waktu.

Arus mengalir disaat cahaya dengan frekuensi minimum

menyinari logam, tanpa memperhatikan intensitas cahaya. Akan tetapi,

teori gelombang memprediksikan bahwa pada cahaya redup akan terdapat

keterlambatan waktu sebelum arus mengalir, karena elektron harus

menyerap cukup banyak energi untuk terbebas.

Teori Einstein

Melanjutkan teori Planck akan energi terkuantisasi, Albert Einstein

mengusulkan bahwa cahaya itu sendiri merupakan partikulat, dimana,

terkuantisasi menjadi “buntalan” kecil energi elektromagnetik, yang nantinya

akan disebut proton. Dalam teori Planck, dapat dikatakan bahwa setiap atom

mengubah energinya setiap kali atom tersebut menyerap atau melepaskan satu

foton, satu “partikel” cahaya, yang energinya telah ditetapkan oleh

frekuensinya.

(1)

di mana v adalah frekuensi cahaya.

Jika cahaya yang digunakan memiliki frekuensi yang lebih tinggi

dibanding frekuensi ambang, elektron tidak hanya akan terbebas, tetapi juga

akan menerima sejumlah energi kinetik. Situasi ini dituliskan dalam

persamaan:

(2)

dimana KE adalah energi kinetik dari elektron yang terlepas dan BE adalah

energi yang mengikat elektron dalam logam. Persamaan dapat ditulis ulang

sebagai

(3)

Page 4: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

4

Hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi energi foton (yaitu, memiliki

frekuensi yang lebih tinggi), akan semakin besar energi kinetik dari elektron

yang terlepas.

Pada teori Einstein mengenai foton, dijelaskan sifat-sifat dari efek fotolistrik:

1. Penjelasan dari frekuensi ambang

Menurut teori foton, suatu sinar cahaya terdiri dari begitu

banyak jumlah foton. Intensitas cahaya (keterangan) berhubungan dengan

jumlah foton yang mengenai permukaan per satuan waktu, tetapi tidak

dengan energinya. Karena itu, sebuah foton dengan energi minimum

tertentu haruslah diserap agar elektron dapat terbebas. Karena energi

bergantung pada frekuensi (hv), secara teori dapat ditentukan frekuensi

ambang.

2. Penjelasan dari keterlambatan waktu

Suatu elektron tidak dapat “menyimpan” energi dari beberapa

foton dibawah energi minimum hingga memiliki cukup banyak untuk

terbebas. Sebaliknya, satu elektron akan terbebas disaat ia menyerap satu

foton dengan energi yang cukup. Arus akan lebih lemah dalam cahaya

redup dibanding cahaya terang karena terdapat lebih sedikit foton dengan

energi yang cukup, jadi lebih sedikit elektron yang terbebas per satuan

waktu. Tetapi beberapa arus mengalir ketika foton mencapai bidang logam.

C. Elektronegativitas dan Skala Pauling

Secara sederhana, elektronegativitas merupakan kecenderungan

suatu atom dalam menarik elektron dalam suatu ikatan kepada dirinya. Dalam

definisi ini, atom yang memiliki elektronegativitas tinggi akan memiliki

kemampuan untuk menarik elektron pada ikatan yang dibentuk lebih dekat

dengan dirinya, dan menjauhkan elektron tersebut dari atom pasangannya. Hal

ini akan memberi pengaruh terhadap nilai dipol dari atom-atom yang

bersangkutan, yang pada kasus kompleksnya akan mempengaruhi kepolaran

suatu molekul, dan bersamaan dengan itu, kelarutannya dalam jenis pelarut

tertentu.

Konsep elektronegativitas juga dibahas oleh Linus Pauling. Pauling

mengamati bahwa energi ikatan dari atom yang berbeda (misal A-B) memiliki

Page 5: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

5

nilai yang lebih besar dari rata-rata nilai energi ikatan dari ikatan A-A dan B-B,

dengan jumlah selisih yang semakin meningkat seiring dengan polaritas dari A

dan B. Dari sini, ia menjabarkan sebuah persamaan elektronegativitas

berdasarkan energi disosiasi ikatan dari atom yang bersangkutan.

Persamaannya adalah sebagai berikut:

(4)

D. Radiasi Elektromagnetik

Radiasi elektromagnetik sering ditemui dalam kehidupan sehari-

hari dalam bentuk alat-alat elektronik yang menggunakan prinsip dasar dari

radiasi elektromagnetik itu sendiri. Radiasi elektromagnetik terjadi apabila

suatu electron tereksitasi berkencenderungan untuk kembali ke lintasannya

semula sehingga berusaha mengeluarkan energi yang telah diserapnya. Radiasi

elektromagnetik merambat layaknya gelombang, karena secara umum

diklasifikasikan sebagai gelombang. Gelombang elektromagnetik tidak

memerlukan media perambatan seperti gelombang bunyi ataupun gelombang

mekanik, dikarenakan sifatnya yang meradiasikan energi. Partikel dalam

radiasi elektromagnetik disebut foton. Foton tersebut berupa energi yang akan

sesuai dengan frekuensi dan panjang gelombangnya. Karena sifat foton

mengikuti arah elektron, foton dapat digambarkan pada medan listrik, dan

sebagai akibatnya apabila ada medan listrik, maka timbul medan magnet.

Radiasi elektromagnetik itu terdiri atas medan listrik dan medan magnet.

E. Difraksi Sinar X dan Kristal

Difraksi Sinar X

i. Penjelasan Singkat mengenai Difraksi Sinar-x

Difraksi sinar-X merupakan proses hamburan sinar-X oleh

kristal. Difraksi sinar-x dapat digunakan untuk menganalisis kristal.

Eksperimen difraksi sinar-X yang pertama dilakukan menggunakan

tembaga sulfat dan berhasil memberikan hasil pola difraksi pertama yang

kemudian menjadi induk perkembangan difraksi sinar-X.

Terdapat dua proses yang terjadi apabila sinar-X ditembakkan

ke sebuah atom yaitu

a. Energi sinar-X diserap oleh atom

Page 6: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

6

b. Sinar-X dihamburkan oleh atom

Dalam proses yang pertama, berkas sinar-x terserap oleh atom

melalui efek fotolistrik yang menyebabkan tereksitasinya atom atau

terlemparnya elektron dari atom. Atom akan kembali kekkeadaan dasarnya

dengan memancarkan elektron atau memancarkan sinar-x floresen yang

memiliki panjang gelombang karakteristik atom tereksitasinya.

Pada proses yang kedua, ada bagian berkas yang mengalami

hamburan tanpa kehilangan energi dan ada bagian yang terhambur dengan

kehilangan sebagian energi.

Dalam interakasinya dengan material, sinar-x juga dapat

mengalami polarisasi linier, baik parsial maupun total. Dengan demikian,

berkas sinar-x terpolarisasi dapat diperoleh dengan cara hamburan dan

untuk sudut hamburan 90o, polarisasi lengkap terjadi, yaitu komponen

vektor medan listrik tegak lurus bidang yang dibentuk berkan datang dan

berkas terhambur.

ii. Mengapa Difraksi Sinar-x dapat Mengidentifikasi suatu kristal

Suatu kristal memiliki susunan atom yang tersusun secara

teratu dan berulang, memiliki jarak antar atom yang ordenya sama dengan

panjang gelombang sinar-x. Oleh karena itu, bila suatu sinar-x

ditembakkan pada suatu material kristali, maka sinar tersebut akan

menghasilkan pola dfraksi yang khas. Pola difraksi yang dibentuk sesuai

dengan susunan atom pada kristal tersebut.

Kristal terdiri atas bidang-bidang datar yang masing-masing

berfungsi sebagai cermin semi transparan. Jika sinar-x ditembakkan pada

tumpukan bidang datar tersebut, maka beberapa akan dipantulkan sama

dengan sudut datangnya. Secara matematis, panjang gelombang sinar-x,

jarak antar bidang antar bidang kristal, dan sudut difraksi memiliki

hubungan:

(5)

Persamaan di atas disebut persamaan Bragg. Persamaan

tersebut digunakan untuk menentukan parameter sel kristal. Sedangkan

untuk menentukan struktur kristal, digunakan metode komputasi

Page 7: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

7

kristalografik. Data intensitas digunakan untuk menentukan posisi atom-

atomnya.

Kristal dan Jenisnya

i. Kristal

Kristal adalah suatu padatan yang memiliki bentuk teratur

karena atom, molekul, atau ionnya tersusun dengan teratur serta terbentuk

melalui proses alam. Apabila disintesis di laboratorium, maka tidak bisa

disebut sebagai kristal. Keteraturan suatu kristal tercermin dari

permukaannya yang berupa bidang-bidang datar yang rata yang memiliki

pola tertentu. Bidang ini disebut sebagai bidang muka kristal. Sudut antar

bidang muka kristal yang saling berpotongan besarnya selalu tetap pada

suatu kristal.

Bidang muka suatu kristal, baik letak maupun arahnya

ditentukan oleh perpotongannya dengan sumbu kristal. Dalam sebuah

kristal, sumbu kristal berupa garis imajiner yang lurus yang menembus

kristal melalui pusat kristal. Keteraturan suatu Kristal tercermin dalam

permukaan kristal yang berupa bidang-bidang datar dan rata yang

mengikuti pola-pola tertentu. Bidang-bidang ini disebut sebagai bidang

muka kristal. Sudut antara bidang-bidang muka kristal yang saling

berpotongan besarnya selalu tetap pada suatu kristal. Bidang muka itu baik

letak maupun arahnya ditentukan oleh perpotongannya dengan sumbu-

sumbu kristal. Dalam sebuah kristal, sumbu kristal berupa garis bayangan

Gambar 1. Difraksi SInar X

Page 8: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

8

yang lurus yang menembus kristal melalui pusat kristal. Sumbu kristal

tersebut mempunyai satuan panjang yang disebut sebagai parameter.

ii. Proses Pembentukan Kristal

Pada kristal ada beberapa proses atau tahapan dalam

pembentukan kristal. Proses yang di alami oleh suatu kristal akan

mempengaruhi sifat-sifat dari kristal tersebut. Proses ini juga bergantung

pada bahan dasar serta kondisi lingkungan tempat dimana kristal tersebut

terbentuk.Berikut ini adalah fase-fase pembentukan kristal yang umumnya

terjadi pada pembentukan kristal:

Fase cair ke padat: kristalisasi suatu lelehan atau cairan sering terjadi

pada skala luas dibawah kondisi alam maupun industri. Pada fase ini

cairan atau lelehan dasar pembentuk kristal akan membeku atau

memadat dan membentuk kristal. Biasanya dipengaruhi oleh

perubahan suhu lingkungan.

Fase gas ke padat (sublimasi): kristal dibentuk langsung dari uap tanpa

melalui fase cair. Bentuk kristal biasanya berukuran kecil dan kadang-

kadang berbentuk rangka (skeletal form). Pada fase ini, kristal yang

terbentuk adalah hasil sublimasi gas-gas yang memadat karena

perubahan lingkungan. Umumnya gas-gas tersebut adalah hasil dari

aktifitas vulkanis atau dari gunung api dan membeku karena perubahan

temperature.

Fase padat ke padat: proses ini dapat terjadi pada agregat kristal

dibawah pengaruh tekanan dan temperatur (deformasi). Yang berubah

adalah struktur kristalnya, sedangkan susunan unsur kimia tetap

(rekristalisasi). Fase ini hanya mengubah kristal yang sudah terbentuk

sebelumnya karena terkena tekanan dan temperatur yang berubah

secara signifikan. Sehingga kristal tersebut akan berubah bentuk dan

unsur-unsur fisiknya. Namun, komposisi dan unsur kimianya tidak

berubah karena tidak adanya faktor lain yang terlibat kecuali tekanan

dan temperatur.

Page 9: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

9

F. Ikatan Hidrogen

Pengertian Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen adalah sebuah interaksi tarik-menarik (dipol-dipol)

antara atom yang bersifat elektronegatif dengan atom hidrogen yang terikat

pada atom lain yang juga bersifat elektronegatif. Jadi, ikatan hidrogen tidak

hanya terjadi pada satu molekul, tetapi juga antara molekul satu dengan

molekul yang lainnya. Selain itu, ikatan hidrogen juga selalu melibatkan atom

hidrogen.

Sifat Kekuatan Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen termasuk ikatan yang kuat, lebih kuat

dibandingkan gaya van der Waals, akan tetapi lebih lemah dibandingkan

ikatan kovalen maupun ikatan ion.

Pembentukan Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen sangat dominan dalam kimia air, larutan air,

pelarut hidroksilik, spesies yang mengandung gugus -OH umumnya, dan

penting juga dalam sistem biologi misalnya sebagai penghubung rantai

polipetida dalam rantai protein dan pasangan basa dari asam nukleat.

Apabila atom hidrogen terikat pada atom lain, terutama F, O, N,

atau Cl, sedemikian sehingga ikatan X-H bersifat sangat polar dengan daerah

positif pada atom H, maka atom H ini dapat berinteraksi dengan spesies

negatif lain atau spesies kaya elektron membentuk ikatan hidrogen (Xδ- -

Hδ+•••Y ; H•••Y = ikatan hidrogen). Walaupun detilnya sangat bervariasi,

tetapi umumnya dipercaya bahwa sifat khas gaya elektrostatik yang besar

antara atom H dan Y. Konsekuensinya, jarak ikatan X-H dengan ikatan

hidrogen akan menjadi lebih panjang, sekalipun tetap sebagai ikatan kovalen

tunggal, daripada panjang ikatan normal X-H tanpa ikatan hidrogen. Demikian

juga jarak H•••Y umumnya lebih panjang daripada jarak ikatan normal H-Y.

Dalam hal ikatan hidrogen sangat kuat, jarak X•••Y menjadi sangat pendek

dan panjang ikatan antara X-H dan H•••Y keduanya menjadi pendek dan

hampir sama.

Page 10: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

10

G. Spektroskopi ESR (Electron Spin Resonance)

Spektroskopi Electron Spin Resonance (ESR) adalah suatu metode

spektroskopi yang digunakan untuk meneliti/mempelajari material dengan

elektron yang tidak berpasangan. Spektroskopi ini menggunakan spin elektron

dari suatu elektron tak berpasangan dalam suatu material sebagai objeknya,

berbeda dengan Nuclear Magnetic Resonance (NMR) yang memanfaatkan

spin dari inti atom (nuclear). Namun, keduanya memiliki konsep yang mirip,

yaitu memanfaatkan fenomena di mana keberadaan suatu atom dalam suatu

medan magnet akan menyebabkan inti atom (pada NMR) dan/atau elektron

yang tidak berpasangan (pada ESR) mengalami perubahan posisi menjadi

paralel atau anti-paralel terhadap medan magnet yang diberikan. Perubahan

tersebut akan menyebabkan perubahan tingkat energi pada inti atom dan/atau

elektron, dan perubahan inilah yang digunakan sebagai dasar perhitungan

untuk kedua spektroskopi tersebut.

Page 11: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

11

BAB III

PEMBAHASAN

1. Pembahasan Part 1

a. Jelaskan perbedaan fisika klasik dan fisika kuantum

Jawab:

Secara garis besar, fisika dapat dibagi menjadi dua yaitu fisika

klasik dan fisika modern. Fisika klasik umumnya mempelajari materi dan

energi dari suatu kejadian keseharian yang mudah diamati (kondisi

normal). Beberapa topik bahasannya adalah mekanika, termodinamika,

bunyi, cahaya, dan elektromagnet (listrik dan magnet).

Pada fisika kuantum (modern), materi dan energi yang

dipelajari sering kali berada pada kondisi ekstrem dimana kondisi tersebut

berada pada skala sangat besar ataupun sangat kecil. Sebagai contoh,

topik mekanika kuantum,kemudian atom dan intinya,atau fisika partikel

elementer (FPE) yang skalanya lebih kecil daripada atom dan inti. Bidang

FPE ini dikenal pula dengan nama “fisika energi-tinggi”. Cahaya tersusun

dari paket-paket energi diskret yang diberi nama foton. Masing-masing

foton memiliki energi sesuai dengan frekuensinya. Persamaan energi foton

Einstein adalah sebagai berikut:

(6)

b. Apa ciri-ciri orbital terkait dengan masing-masing bilangan kuantum

berikut: (a) Principal quantum number (n), (b) angular momentum number

(l), dan (c) magnetic quntum number (m)

Jawab:

i. Principal quantum number (n)

Dalam atom hidrogen, nilai n menentukan energy orbital.

Bilangan kuantum utama juga berhubungan dengan jarak rata-rata

elektron dari inti dalam orbital tertentu. Semakin bedar nilai n,

semakin jaih jarak electron dari inti dan oleh karena itu orbitalnya juga

semakin besar.

ii. Angular momentum number (l)

Page 12: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

12

Bilangan kuantum momentum sudut (l) memberikan

informasi tentang bentuk orbital. Nilai l bergantung pada nilai bilangan

kuantum utama (n). untuk nilai n tertentu, l mempunyai nilai bilangan

bulat yang mungkin dari 0 sampai (n-1). Nilai l biasanya ditandai

dengan dengan huruf s,p,d,… sebagai berikut:

l 0 1 2 3 4 5

Nama orbital s p d f g h

Sekumpulan orbital dengan nilai n yang sama disebut kulit, sedangkan

sekumpulan orbital dengan nilai n dan l yang sama dirujuk selalu

subkulit.

iii. Magnetic quantum number (m)

Menggambarkan orientasi orbital pada ruang. Didalam subkulit, nilai

m bergantung pada nilai l. untuk nilai l tertentu, ada (2l + 1) nilai bulat

m sebagai berikut

- l, (-l + 1),…, 0,…, (+l – 1), +l

c. Bagaimana n1 dalam persamaan Rydberg?

Jawab:

Persamaan Rydberg dapat diaplikasikan tidak hanya pada

spektrum emisi akan tetapi juga pada spektrum serapan (absorpsi) dimana

yang diamati ialah hilangnya intensitas cahaya setelah melalui sampel.

Rumus rydberg dapat ditulis menjadi

(7)

Dalam rumus Rydberg terdapat beberapa deret-deret lain

diantaranya terdapat deret Lymann, deret Pascen, deret Bracket, dan deret

Pfund. Pola dari hasil deret-deret ini memliki keserupaan yang dapat

dirangkum menjadi 1 persamaan,yaitu persamaan spektrum hidrogen.

(8)

dimana

Apabila rumus R dimasukkan dalam persamaan 2 kita akan

mendapatkan persamaan spektrum hidrogen:

Page 13: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

13

(9)

Baik nilai m dan nilai n keduanya merupakan bilangan bulat.

n1 dalam rumus Rydberg adalah deret Lymann.

d. Bedakan antara spektrum serapan dan spektrum emisi . tunjukan yang

mana model Bohr bekerja!

Jawab:

i. Spektrum serapan: Spektrum yang terjadi karena penyerapan panjang

gelombang tertentu oleh suatu zat terhadap rediasi gelombang

elektromagnetik yang memiliki spektrum kontinu. Spektrum absorpsi

bekerja pada model bohr.

ii. Spektrum Emisi: Dihasilkan oleh suatu zat yang memancarkan

gelombang elektromagnetik dan dapat dibedakan menjadi tiga macam,

yaitu spektrum garis, spektrum pita, dan spektrum kontinu. Spektrum

garis dihasilkan oleh gas bertekanan rendah yang dipanaskan.

Spektrum pita dihasilkan oleh gas dalam keadaan molekuler, dan

sepktrum kontinu terdiri atas cahaya dengan semua panjang

gelombang, walaupun dengan intensitas berbeda. Spektrum ini

dihasilkan oleh zat padat, cair, dan gas yang berpijar.

e. Kenapa model Bohr tidak memprediksi garis spektra untuk atom selain

hidrogen ?

Jawab:

i. Model Bohr lebih menjelaskan secara rinci mengenai emisi dan

penyerapan spektrum atom hidrogen. Penjelasan ini memprediksi

panjang gelombang di mana cahaya dipancarkan atau diserap oleh

atom, tetapi, tidak memprediksi emisi atau penyerapan panjang

gelombang unsur lain dengan benar. Untuk penetuan panjang

gelombang digunakan persamaan:

(10)

yang bekerja untuk semua atom dan molekul.

Page 14: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

14

ii. Model Bohr belum mampu menjelaskan adanya stuktur halus (fine

structure) pada spektrum, yaitu 2 atau lebih garis yang sangat

berdekatan.

iii. Model Bohr hanya berlaku untuk atom elektron tunggal. Bahkan hanya

untuk model tingkat energi utama, yaitu perbedaan energi dalam

prinsip kuantum nomor "n”.

f. Sebuah atom H pada keadaan standar menyerap foton dari panjang

gelombang 94,91nm, dan electron mencapai tingkat energy yang lebih

tinggi. Atom kemudian memancarkan dua foton: salah satu panjang

gelombangnya pada 1281nm untuk mencapai tingkat menengah

(intermediate), dan yang kedua untuk mencapai tingkat dasar (ground

state). (a) what the higher level did to reach electron? (b) what the

intermediate level did to reach the electron? (c) berapa panjang

gelombang dari foton kedua tersebut dipancarkan?

Jawab:

Penyelesaian menggunakan persamaan Bohr dan Planck

Bohr : (11a) Planck : Eph = (11b)

Untuk proses absorpsi maka energi sistem akan meningkat akibat Eph ;

(12)

Untuk proses emisi maka energi sistem akan menurun akibat Eph

(13)

i. Langkah awal adalah absorpsi

= Eph = (14a)

Mencari nilai nf dengan ni = 1

(14b)

Dengan memasukkan nilai h sebesar 6,626 x 10 -34

Js, nilai c

sebesar 3 x 108, nilai sebesar 9,491 x 10

-8 m dan nilai RH sebesar

2,179 x 10-18

J kedalam persamaan diatas maka diperoleh nilai n

sebesar 5.

ii. Langkah kedua adalah emisi

Page 15: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

15

= - Eph = - (15a)

Mencari nilai nf dengan = 1281 nm dan ni = 5

(15b)

Dengan memasukkan nilai yang sama seperti pengerjaan untuk a,

maka diperoleh hasil n adalah 3

iii. Langkah terakhir adalah dari tingkatan n = 3 ke tingkatan n= 1 maka

energi foton dapat diperoleh dengan persamaan

Eph = - ΔEsys = = 2,179 × 10-18

J

= 1,937 × 1018

J

= 1,026 x 10-7

m = 102,6 nm

g. Teori molecular orbital mekanika kuantum menawarkan model kedua

ikatan dalam padatan sebagai perluasan atau penjabaran teori orbital

molekul (MO) yang disebut Teori Band. Teori Band menjelaskan

perbedaan – perbedaan dalam hal ukuran energi gaps antara band

valensi dan band konduksi seperti terlihat pada gambar dibawah ini?

Bandingkan ukurannya dalam superkonduktor, konduktor, semikonduktor

dan isolator dengan melihat gambar dibawah ini dan berikan masing –

masing contohnya.

Jawab:

Berdasarkan energi gap dapat dibedakan sifat material. Berikut

adalah perbedaannya :

i. Material logam (superkonduktor & konduktor) memiliki energi gap

yang saling tumpang tindih (overlap), sehingga atom – atom dapat

dengan sangat mudah bergerak ke daerah pita konduksi. Sehingga,

material ini memili sifat yang sangat konduktif dan dikenal sebagai

bahan superkonduktor & konduktor

ii. Material non – logam (isolator) memliki energi gap yang t berjauhan,

sehingga membuat atom sulit untuk berpindah ke daerah pita konduksi.

Page 16: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

16

Sehingga, material ini memiliki sifat yang sukar untuk mengkonduksi

dan dikenal sebagai bahan isolator

iii. Material Semikonduktor memiliki energi gap yang berdekatan.

Namun, pada kondisi normal atom sulit untuk bergerak ke daerah pita

konduksi dan bersifat isolator. Tetapi dengan sedikit tambahan suatu

energi, atom tersebut dapat bergerak ke daerah pita konduksi sehingga

bersifat konduktor. Karena bahan ini dapat bersifat konduktor dan

isolator maka bahan ini dikenal sebagai bahan semikonduktor.

2. Pembahasan Part 2

a. Sebuah percobaan fotolistrik dilakukan secara terpisah pada panjang

gelombang 450 nm (biru) dan laser 560 (lampu kuning) pada permukaan

logam bersih dan mengukur jumlah dan energi kinetik dari elektron

dikeluarkan. Dimana cahaya menghasilkan lebih banyak elektron?

Dimana cahaya akan mengeluarkan elektron dengan energi kinetik lebih

besar? Asumsikan jumlah energi yang sama dikirim ke permukaan logam

oleh masing-masing laser dan bahwa frekuensi dari lampu laser melebihi

frekuensi ambang?

Jawab:

Dalam perhitungan jumlah elektron yang dihasilkan oleh

masing-masing panjang gelombang digunakan persamaan:

(16)

i. Lampu biru (λ = 450 nm)

E = = 4,42 × 10-14

Joule

ii. Lampu kuning (λ = 560 nm)

E = = 3,55 × 10-14

Joule

Banyaknya elektron yang teremisikan akan sama dengan

besarnya arus fotolistrik dikali waktu. Dari teori ini, dapat disimpulkan

bahwa besarnya arus fotolistrik yang dihasilkan berbanding lurus dengan

intensitas cahaya yang diberikan. Intensitas cahaya juga berbanding lurus

dengan energi fotolistrik yang dihasilkan. Oleh karena itu, elektron akan

Page 17: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

17

lebih banyak pada gelombang yang memiliki panjang gelombang lebih

kecil, dalam kasus ini yaitu pada lampu biru yang memiliki panjang

gelombang 450 nm.

b. Tuliskan beberapa laser dalam tabel berikut serta sifat dari beberapa

laser tersebut yang sering digunakan.

Jawab:

Tabel 1. Jenis Laser dan Sifatnya

Type λ (nm) v (s-1

) E (J) Warna

He-Ne 632,8 4,741 × 1014

3,141 × 10-19

Jingga

Ar 514 6,148 × 1014

4,074 × 10-19

Biru

Ar-Kr 468 6,410 × 1014

3,499 × 10-19

Kuning

Dye 663,7 4,520 × 1014

2,995 × 10-19

Merah

3. Pembahasan Part 3

a. Dengan menggunkan data energi ikatan, hitunglah berdasarkan metode

Pauling, perbedaan elektronegativitas antara H dan Br dan juga antara H

dan C. Asumsikan nilai untuk H = 2,2. Hitunglah nilai elektronegativitas

untuk Br dan C!

Jawab:

Berdasarkan data energi ikatan, didapatkan nilai energi ikatan yang

diperlukan sebagai berikut.

i. Br - Br = 193 kJ/mol = 2,00 eV/molekul

ii. H - Br = 366 kJ/mol = 3,79 eV/molekul

iii. C - C = 347 kJ/mol = 3,6 eV/molekul

iv. H - C = 414 kJ/mol = 4,29 eV/molekul

v. H - H = 436 kJ/mol = 4,52 eV/molekul

Berdasarkan data di atas beserta dengan asumsi nilai elektronegativitas H

yang bernilai 2,2 , maka nilai elektronegativitas dari Br dan C dapat dicari

dengan menggunakan rumus elektronegativitas Pauling.

i. Elektronegativitas Br:

(17)

Page 18: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

18

ii. Elektronegativitas C:

(18)

b. Hitunglah perbedaan elektronegativitas untuk Br dan Csecaa langsung

dari data energi ikatan, cari tabelnya di Buku Kimia Fisika atau Kimia

Umum!

Jawab:

Perbedaan nilai elektronegativitas dari Br dan C berdasarkan data energi

ikatan Br - C sebesar 285 kJ/mol atau sebesar 2,95 eV/molekul adalah

sebagai berikut.

(19)

Bila perbedaan nilai terebut dihitung memakai hasil perhitungan pada

nomor 1, maka didapatkan hasil sebagai berikut.

Terdapat perbedaan nilai yang cukup signifikan, yang dapat disebabkan

oleh perbedaan ketelitian dalam perhitungan.

c. Gambarkan tren vertikal dan horizontal elektronegativitas (EN) antara

unsur-unsur pada golongan utama. Menurut skala Pauling, sebutkan dua

unsur yang paling elektronegatif! Apa hubungan umum antara energi

ionisasi dan EN untuk unsur?

Jawab:

Tren vertikal dan horizontal dari elektronegativitas unsur-unsur pada tabel

periodik menurut skala Pauling dapat digambarkan sebagai berikut.

Page 19: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

19

Menurut skala elektronegativitas Pauling, didapatkan bahwa pada

tabel periodik, semakin ke atas dan ke kanan posisi suatu unsur, nilai

keelektronegatifannya akan semakin tinggi. Hal ini dibuktikan dengan

nilai elektronegativitas Pauling yang telah dihitung untuk setiap unsur

yang ada. Namun, tren tersebut hanya berlaku hingga golongan VII A,

sedangkan nilai elektronegativitas pada golongan VIII A justru berada

pada posisi yang sangat rendah. Hal ini dikarenakan jumlah elektron yang

dimiliki oleh unsur-unsur pada golongan VIII A sudah penuh di setiap

kulit, sehingga keadaannya merupakan keadaan yang paling stabil dan

tidak butuh menarik elektron lagi. Berbeda halnya dengan golongan VII A

yang hanya membutuhkan 1 elektron untuk mencapai keadaan stabil,

sehingga kecenderungannya untuk menarik elektron menjadi sangat tinggi.

Dua unsur dengan nilai elektronegativitas yang tertinggi menurut skala

Pauling adalah Fluor (dengan elektronegativitas sebesar 3,98) dan Oksigen

(dengan elektronegativitas sebesar 3,44).

Hubungan umum yang dimiliki antara energi ionisasi dan

elektronegativitas adalah trennya yang searah dalam tabel periodik, yaitu

ke kanan dan atas. Namun, pada tren energi ionisasi, nilai energi ionisasi

tertinggi terletak pada golongan VIII A, sedangkan pada tren

elektronegativitas, nilai elektronegativitas tertinggi terletak pada golongan

VII A. Hal ini dapat dikembalikan pada konsep dasar dari energi ionisasi

Gambar 2. Tren Vertikal dan Horizontal dari Elektronegativitas Unsur

pada Tabel Periodik

Page 20: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

20

dan elektronegativitas. Energi ionisasi merupakan energi yang diperlukan

untuk melepas 1 elektron dan membentuk ion. Dalam konteks ini, tentu

golongan VIII A akan memiliki energi yang paling tinggi, karena keadaan

elektron pada golongan VIII A yang sangat stabil, sehingga akan sangat

sulit baginya untuk menjadi ion. Berbeda halnya dengan elektronegativitas

yang merupakan kemampuan suatu atom untuk menarik elektron untuk

menjadi stabil. Golongan VII A memiliki selisih 1 elektron untuk

mencapai kestabilan, namun golongan VIII A sudah stabil sejak awal dan

tidak membutuhkan elektron lagi. Maka, elektronegativitas tertinggi

dimiliki oleh golongan VII A.

4. Pembahasan Part 4

a. Ada beberapa jenis radiasi elektromagnetik yaitu microwave, ultraviolet,

gelombang radio, inframerah, x-ray, dan visible

i. Aturlah mereka dalam peningkatan panjang gelombang;

ii. Frekuensi, dan;

iii. energi

Jawab:

i. Berdasarkan Peningkatan Panjang Gelombang (λ)

Tabel 2. Tabel Perbandingan Radiasi Elektromagnetik

berdasarkan Panjang Gelombang

Sinar PanjangGelombang(λ)

Sinar X 0,01 – 10 nm

Ultraviolet 10 nm – 400 nm

Visible 400 – 750 nm

Inframerah 750 – 1 mm

Microwave 1 mm – 1 m

Gelombang Radio 1m – 100000 m

ii. Berdasarkan Peningkatan Frekuensi

Tabel 3. Tabel Perbandingan Radiasi Elektromagnetik

berdasarkan Frekuensi

Jenis Frekuensi

Page 21: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

21

Gelombang Radio 3 Hz – 300 MHz

Microwave 300 MHz – 300 GHz

Inframerah 300 GHz – 400 THz

Visible 400 THz – 750 THz

Ultraviolet 750 THz – 30 PHz

Sinar X 30 PHz – 30 EHz

iii. Berdasarkan Peningkatan Energi

Tabel 4. Tabel Perbandingan Radiasi Elektromagnetik

berdasarkan Peningkatan Energi

Jenis Energi

Gelombang Radio 12,4 f eV – 1,24 μ eV

Microwave 1,24 μ eV – 1,24 m eV

Inframerah 1,24 m eV – 1,7 eV

Visible 1,7 eV – 3 eV

Ultraviolet 3 eV – 124 eV

Sinar X 1. – 124 K eV

b. Saluran TV sinyal 2-13 VHF siaran antara frekuensi dari 59,5 dan 215,8

MHz sedangkan stasiun radio FM siaran dengan panjang gelombang

antara 2,78 dan 3,41. Apakah jalur sinyal ini akan saling tumpang tindih?

Sinyal radio Am memiliki frekuensi antara 550 – 1600 KHz. Manakah

yang memiliki jalur transmisi lebih luas, AM atau FM ?

Jawab:

i. Pada saluran TV bekerja Propagasi Segaris Pandang yaitu antena

pemancar dan antena efektif harus berada dalam garis pandang efektif

antara satu dan lainnya .Istilah efektif digunakan karena gelombang

mikro dibengkokkan atau mengalami refraksi oleh atmosfer.

ii. Pada radio FM bekerja Propagasi Gelombang Angkasa yaitu sinyal

dari antena bumi dipantulkan dari lapisan terionisasi pada ionosfer

kembali ke bumi disebabkan oleh refraksi. Dengan perbedaan mode

yang ada maka jalur sinyal tidak akan tumpang tindih.

Page 22: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

22

iii. Pada sinyal radio AM dan FM, karena AM memiliki rentang frekuensi

yang lebih kecil maka jalur transmisi akan lebih kecil. Sehingga FM

mempunyai jalur transmisi yang lebih luas.

c. Sarana komunikasi antara manusia dan kuar (probe) di planet lain sedang

ramai dikembangkan untuk eksplorasi ruang angkasa yang semakin

meningkat.

i. berapa banyak waktu yang dibutuhkan untuk gelombang radio

frekuensi 8,93 x perdetik untuk mencapai mars yang jaraknya 8,1

x km dari bumi

ii. jika dibutukan radiasi ini 1,2 detik untuk mencapai bulan, berapa

jauh jarak bulan dari bumi?

Jawab:

i. Diketahui : f = 8,93 × Hz

s = 8,1 × km

Gelombang radio saat f = 8,93 × Hz, memiliki λ =

297667,4 m = 297,6674 km

Interpolasi penentuan λ radio saat f = 8,93 x Hz

x = 297667,4 m = λ

Ditanya : t

Jawab:

v = λ x f

v = 297,6674 km × 8,93 x

= 2,66 ×

= 3,05 ×

ii. Jarak bulan dengan kecepatan diatas.

Diketahui : t = 1,2 s

v = 2,66 × km/s

Ditanya : s

Jawab :

Page 23: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

23

s = v × t

= 2,66 × km/s × 1,2 s

= 3,19 × km

5. Pembahasan Part 5

a. Jelaskan empat jenis kristal (ionik, kovalen, molekul, atau logam). Tuliskan

perbedaan atau sifat umum dan contohnya dalam sebuah tabel!

Jawab:

Tabel 5. Tabel Jenis Kristal

Kristal Kovalen Kristal Ion Kristal Logam Kristal Molekular

Atom satu dengan

tetangga berikatan

kovalen

membentuk

struktur jaringan

(network)

sehingga

membentuk

molekul tunggal

Padatannya keras

dan titik lelehnya

sangat tinggi.

Contoh: Berlian

Dalam kristal

ionik, ion-ion

terletak pada titik-

titik kisi dan

atraksi antar

partikel (ion)

disebabkan oleh

gaya elektrostatik

yang kuat,

akibatnya titik

leleh tinggi dan

cukup keras

Ion-ion terpaku

erat pada kisi yang

kaku. Namun, jika

dilelehkan menjadi

penghantar listrik

yang baik , karena

ion-ion dapat

bergerak bebas

Contoh: NaCl

Pada kristal logam,

ion positif terletak

pada titik-titik kisi

kristal yang

dikelilingi oleh

elektron valensi dari

semua atom logam

dalam kisi itu

Jadi pada kristal

logam, elektron

berada dalam

keadaan

terdelokalisasi pada

seluruh kisi kristal,

akibatnya logam

merupakan

penghantar listrik

yang baik.

Contoh: magnesium

Setiap titik kisi

ditempati oleh

molekul

Dalam kristal

molekul polar

terdapat gaya tarik

dipol-dipol permanen

dan/atau ikatan

hidrogen.

Dalam kristal

molekul non polar

bekerja gaya dipol-

dipol sesaat.

Zat padat kristalin

molekular umumnya

lunak dan

mempunyai titik leleh

rendah.

Contoh: kristal air

Page 24: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

24

b. Definisikan istilah berikut: crystalline solid, lattice point, unit cell,

coordination number, closest packing! Tuliskan sistem kristal (7) dan

simetrinya dalam sebuah tabel, tunjukkan atau buat salah satu model

kristal tersebut! Bagaimana cara penentuan pusat simetri atau point

group?

Jawab:

Crystalline Solid: Suatu padatan yang memiliki bentuk teratur karena

atom, molekul, atau ionnya tersusun dengan teratur serta terbentuk melalui

proses alam

Lattice Point: Susunan tiga dimensi titik-titik kisi dalam ruang yang

menunjukkan pola rangkaian tatanan terulang dari partikel penyusun

kristal

Unit cell: struktur terkecil dari suatu kristal yang mana pengulangannya

yang membentuk pola tertentu akan membentuk kristal

Coordination number: Jumlah atom terdekat pada suatu unit kristal

Closest Packing: Atom-atom yang digambarkan sebagai sebuah bola yang

bersinggungan dengan atom terdekatnya yang membentuk struktur

mampat.

Berdasarkan sumbu simetrinya, kristal terbagi atas 7 sistem,

yaitu isometrik, triclinic, monoclinic, orthorombik, hexagonal, trigonal,

dan tetragonal.

Tabel 6. Tabel SIstem Kristal

Page 25: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

25

c. Jelaskan geometri sel kubik berikut: sederhana, kubik, BCC, FCC.

Manakah dari struktur ini yang akan memberikan kepadatan tertinggi

untuk jenis atom yang sama? Untuk struktur dari atom yang identik,

berapa banyak atom yang terkandung dalam kubus, BCC dan FCC?

Jawab:

Kubik sederhana: Suatu kubik sederhana memiliki bilangan koordinasi 6.

Memiliki 1 atom per unit sel. Jari jari atom R=0,5a. APF bernilai 0,52

Kubik berpusat badan: Memiliki bilangan koordinasi 8. Memiliki jari-

jari atom R= . Setiap unit sel memiliki 2 atom. APF untuk BBC

bernilai 0,68.

Kubus berpusat muka: Memiliki bilangan koordinasi 12. Jari jari atom

adalah . Setiap unit sel mengandung 4 atom. APF untuk FCC

adalah 0,74

Gambar 3. Struktur Kubik Sederhana

Gambar 4. Struktur Kubik berpusat Badan

Page 26: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

26

Untuk mengetahui struktur mana yang memberikan kerapatan

tertinggi, kita harus mengetahui terlebih dahulu istilah faktor kemasan

rapat atau atomic packing factor. Bila suatu benda berbenruk bulat disusun

membentuk pola tertentu, sehingga satu sama lain saling bersentuhan, akan

ada rongga diantara bola-bola tersebut. untuk mengetahui efisiensi susunan

kemasan rapat dari setiap unit sel, dapat dihitung nilai APF dengan rumus:

(20)

Semakin besar nilai APF, maka semakin rapat atau padat suatu unit sel.

Dari perhitungan tersebut, dapat dilihat bahwa nilai APF dari kubus

berpusat muka lebih besar dibandingkan struktur kubus lainnya, yaitu 0,74

dan kubus sederhana memiliki nilai APF sebesar 0,52. Sehingga dapat

disimpulkan bahwa kubus berpusat muka memiliki kepadatan tertinggi dan

kubus sederhana memiliki kepadatan terendah.

d. Berapakah bilangan koordinasi masing-masing lingkup dalam (a) sel

kubik sederhana (b) sel kubus berpusat badan, (c) sel kubik berpusat

muka? Asumsikan semua bola sama.

Jawab:

Gambar 5. Struktur Kubik berpusat Muka

Page 27: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

27

Gambar 6. Bilangan Koordinasi dari Tiap Jenis Kubus

Dari gambar di atas, dapat terlihat bahwa pada kubik sederhana,

terdapat 6 atom terdekat sehingga bilangan koordinasi kubik sederhana

adalah 6. Sedangkan pada BCC, memiliki bilangan koordinasi 8. Dapat

pula dilihat bahwa pada FCC, jumlah atom tetangga adalah 12 sehingga

memiliki bilangan koordinasi 12.

e. Europium mengkristal dalam kisi kubus berpusat badan (BCC) (atom Eu

hanya menempati satu titik kisi). Densitas Eu adalah 5,26 g/cm3. Hitung

unit cell edge length!

Jawab:

Diketahui rumus cell edge length (Vcell) adalah

(21)

dimana : Z = Banyaknya atom dalam satu sel satuan BCC/FCC

M = Molaritas

= Densitas

N = Bilangan Avogadro

Pada BCC, terdapat 1/8 atom pada setiap sudutnya dan 1 atom

yang berada di tengah. Maka nilai Z untuk BCC adalah 2. Mr literatur dari

Page 28: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

28

europium adalah 151.96 g/mol. Maka besar dari unit cell edge length

adalah:

f. Dalam sel unit BCC, atom pusat terletak pada diagonal internal sel dan

menyentuh atom sudut. (a) Tentukan panjang diagonal dalam hal r (jari-

jari atom) (b) Jika panjang tepi kubus adalah a,berapa panjang wajah

diagonal (c) Turunkan ekspresi untuk a dalam r (d) Berapa banyak atom

dalam sel unit ini (e) Berapa fraksi volume sel unit yang diisi dengan

bola?

Jawab:

Dapat dilihat pada gambar di bawah, apabila unit cell suatu

kubus BCC memiliki sisi dengan panjang a, maka suatu atom dari unit sel

BCC memiliki jari-jari atom sebesar R= . Dari nilai jari-jari atom

tersebut, dapat dicari nilai radius dari kubus BCC, yaitu

Panjang diagonal dari suatu kubus adalah , apabila

dirumuskan dengan R, nilai diagonal dari kubus tersebut bernilai

atau 4R. Panjang wajah diagonal suatu kubus bernilai , maka panjang

wajah diagonal kubus tersebut dalam R adalah ..

Dari gambar di bawah, dapat dilihat pula bahwa terdapat 1

atom utuh di tengah dan 1/8 atom pada setiap sudut dari kubus tersebut ,

maka jumlah atomnya adalah 1/8 x4 ditambah 1 atom sehingga jumlah

atomnya adalah 2.

Dari gambar hard sphere unit cell, dimana sel satuan BCC

digambarkan sebagai bola, faktor penumpukan atom (Atomic Packing

Factor) dapat dihitung dengan formula :

(22)

Page 29: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

29

dari hasil perhitungan diperoleh besar fraksi APF untuk sel satuan BCC

adalah 0,68, artinya 0,68 dari volume sel satuan BCC tersebut ditempati

oleh atom-atom.

g. Padatan yang paling stabil adalah yang berbentuk kristal. Namun jika

padatan terbentuk dengan cepat akan dihasilkan padatan amorf. Contoh

padatan amorf adalah kaca. Apa yang anda tahu tentang padatan amorf?

Apa perbedaannya dengan padatan kristal? Jelaskan kenapa fenomena ini

terjadi! Definisikan kaca dan sebutkan komponen utama dari kaca serta

jelaskan tiga jenis kaca!

Jawab:

Padatan amorf adalah suatu padatan yang atom, ion, atau

molekul penyusunnya tidak beraturan dan bersifat isotropik. Akibat

ketidakterautran susunan partikel partikelnya, sifat fisisnya ekivalen ke

segala arah. Perbedaan antara padatan kristal dan amorf diuraikan pada

tabel di bawah ini:

Gambar 7. Perhitungan Jari-jari Atom dengan

menggunakan Hard Sphere Unit Cell

Gambar 8. Perbedaan antara Padatan Kristal dan Amorf

Page 30: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

30

Padatan amorf terbenentuk apabila suatu padatan terbentuk

secara cepat sehingga atom-atom penyusun padatan tersebut tidak

mempunyai waktu yang cukup untuk membentuk keteraturan sehingga

tercipta padatan amorf.

Kaca merupakan sebuah substansi yang keras dan rapuh serta

merupakan padatan amorf. Kaca tidak memilki range keteraturan struktur

atom yang panjang. Kaca dapat juga disebut sebagai produk inorganik

yang dihasilkan dari leburan menjadi padatan melalui proses pendinginan

tanpa menunjukkan gejala kristalisasi. Penyusuun utama dari kaca adalah

silika dioksida (SiO2).

Kaca ada beberapa jenis, diantaranya:

i. Kaca Tempered adalah kaca yang telah melalui suatu proses

pemanasan hingga pada tingkat suhu tertentu dan kemudian

didinginkan seketika, sehingga menghasilkan kaca yang mempunyai

kekuatan dan kelenturan yang baik terhadap tekanan pada kedua sisi

permukaaan kaca.

ii. Kaca Laminated adalah lembaran kaca yang terdiri dari 2 lapisan kaca

yang direkatkan, sehingga dapat berfungsi untuk mencegah

kemungkinan jatuh atau hancurnya kaca akibat benturan pada salah

satu sisinya.

iii. Kaca Polos atau juga sering disebut kaca bening biasa. Dari kaca polos

inilah kemudian dikembangkan keberbagai variasi kaca.

iv. Double Glass / Double Glazed / Double Glazing adalah kaca yang

dibentuk/digabung oleh 2 panel kaca dengan terciptanya ruang antara

panel yang memiliki ketebalan beberapa milimeter. Ruang antara panel

bersifat kedap udara dan memilki kelembaban yang rendah, sehingga

pemasangan kaca dobel glassing pada sebuah ruangan menyebabkan

ruangan tersebut kedap suara dan suhu ruangan dapat terjaga dengan

baik/stabil.

Page 31: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

31

v. Kaca Reflective adalah kaca yang hanya memiliki daya tembus

pandang satu arah saja ( One Way ), sehingga dari bagian luar tidak

dapat melihat bagian dalam suatu ruangan.

vi. Kaca Bevel adalah kaca yang sisinya memiliki tepi miring. Tehnik

bevel kaca digunakan untuk menambah gaya dekoratif kaca karena

dapat meningkatkan dampak visual pada kaca

6. Pembahasan Part 6

a. Manakah dari senyawa tersebut yang dapat membentuk ikatan hidrogen?

Gambar struktur dalam setiap kasus!

Jawab:

Pada senyawa asam-2-furoic dan furfuril alcohol memiliki

gugus hidroksil dan pada furfural terdapat atom hidrogen yang berikatan

kovalen dengan atom C. Akan tetapi, dengan tingkat kekuatan ikatan

berbeda-beda tergantung dari perbedaan keelektronegatifannya, semakin

besar perbedaannya maka semakin kuat.

b. Molekul pada beberapa senyawa dapat membentuk ikatan “internal” H,

yaitu ikatan H dalam sebuah molekul. Manakah dari molekul-molekul di

atas yang kemungkinan dapat membentuk ikatan H internal yang stabil?

Gambarkan strukturnya!

Jawab:

Ikatan Hidrogen Intramolekular, yaitu ikatan hidrogen yang

terjadi pada satu molekul atau dalam satu senyawa.Ikatan ini terjadi pada

molekul organic yang memiliki gugus hidroksil atau –OH. Maka dari

ketiga senyawa tersebut yang dapat berikatan yaitu asam-2-furoic dan

furfuril alkohol.

Gambar 9. Struktur Asam-2-furoic dan Furfuril Alkohol

Page 32: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

32

c. Bagaimana kita dapat mengkarakterisasi struktur, gugus fungsi, komposisi

dari ketiga senyawa di atas. Apakah dengan XRD, NMR, ESR, FTIR atau

dapat dengan instrumen lain? Jelaskan secara singkat!

Jawab:

Spektroskopi NMR untuk menganalisis struktur dari setiap

senyawa, FTIR untuk menganalisis gugus fungsi dari setiap senyawa, dan

spectrometer massa untuk mengetahui massa molekulnya. Spektroskopi

XRD digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material

dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan

ukuran partikel. Spektroskopi ESR digunakan juga untuk

mengkarakterisasi sifat suatu sistem makro molekul dalam kepentingan

biologis dengan memberikan akses informasi mengenai sifat struktural dan

dinamik.

7. Pembahasan Part 7

Perhatikan gambar 2 ESR di bawah ini. Apa yang dapat anda jelaskan,

apabila anda membaca dat spektrum di bawah ini? Apa prinsip dari kedua

instrument tersebut? Jelaskan konsepnya.

Jawab:

Konsep dasar dari spektroskopi ESR adalah perubahan spin

elektron dalam suatu medan magnet dengan kuat tertentu. Seperti yang telah

diketahui dari mekanika kuantum, bahwa setiap elektron memiliki suatu

bilangan kuantum spin (s = ½) dengan komponen magnetik yang bernilai ms =

-½ dan ms = +½. Bila suatu medan magnet dengan kuat tertentu diberikan,

maka elektron-elektron yang ada akan memosisikan dirinya secara paralel (ms

= -½) atau anti-paralel (ms = +½) terhadap medan magnet tersebut. Peristiwa

ini disebut dengan pemisahan Zeeman. Setiap perubahan posisi tersebut akan

memiliki tingkatan energi tertentu, yang dapat dihitung dengan persamaan

berikut:

(23)

di mana nilai ge merupakan faktor g yang bernilai 2.002319 untuk elektron,

nilai B0 adalah kuat medan magnet yang diberikan, nilai ms merupakan nilai

Page 33: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

33

komponen magnetik dari spin elektron, dan nilai µB merupakan magneton

Bohr yang merupakan momen dipol magnetik untuk elektron. Nilai µB dapat

didefinisakan sebagai berikut:

(24)

Dengan demikian, maka dapat dikatakan bahwa perbedaan energi antara dua

tingkat energi tersebut adalah:

(25)

Suatu elektron dapat berpindah tingkat energi dengan menyerap atau melepas

foton, sehingga dapat dibuat persamaan dasar untuk spektroskopi ESR yang

didefinisikan sebagai berikut:

(26)

Dalam percobaan ESR, suatu analit diteliti dengan suatu alat

khusus yang mampu memberikan medan magnet dengan kuat tertentu kepada

analit. Lalu dilakukan perubahan nilai kuat medan magnet terhadap analit

yang hendak diteliti, dengan menjaga nilai frekuensi radiasi elektromagnetik

yang diberikan pada keadaan konstan. Spektrum yang dihasilkan adalah

berupa turunan pertama dari spektrum absorbansi. Hal ini disebabkan oleh

penggunaan detector yang sensitif terhadap fasa yang mengkonversi sinyal

absrobansi awal menjadi turunan pertamanya. Spektroskopi ESR

Gambar 10. Diagram dari Perbedaan Tingkat Energi dari Spin Elektron

Gambar 11. Contoh Perbedaan Spektrum Absorbansi Awal dengan Turunan Pertamanya

Page 34: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

34

menggunakan radiasi elektromagnetik dengan frekuensi sekitar 3 GHz hingga

400 GHz, yang merupakan frekuensi gelombang mikro (microwave). Hal ini

berbeda dengan spektroskopi NMR yang menggunakan radiasi

elektromagnetik dengan frekuensi lebih rendah (300 hingga 1000 MHz,

gelombang radio). Oleh karena itu, dikatakan bahwa ketelitian dari

spektroskopi ESR lebih teliti dibandingkan dengan spektroskopi NMR.

Dalam membaca suatu spektrum ESR, rumus dasar yang dapat

digunakan adalah rumus (26) pada bagian sebelumnya. Rumus tersebut

menggambarkan relasi antara radiasi elektromagnetik yang diberikan dengan

nilai medan magnet yang diberikan terhadap sampel dan faktor g dari sampel.

Namun, hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa lingkungan tempat elektron

berada dapat mempengaruhi elektron tersebut dalam mengalami perubahan

spin. Misal, dalam kompleks ion logam transisi, akan terdapat keberadaan

medan magnet kedua (ΔB) akibat inti atom yang juga mempengaruhi elektron.

Oleh karena itu, rumus (26) dapat diubah menjadi:

(27)

Namun, karena nilai B hanya bisa didapat dari spektrometer, maka rumusan

tersebut diubah menjadi:

(28)

Dalam hal ini, dapat dikatakan bahwa nilai yang dapat menjadi “sidik jari”

bagi senyawa-senyawa yang dianalisis adalah nilai Δg, karena interaksi suatu

elektron dalam suatu senyawa berbeda-beda dan unik untuk senyawa yang

berbeda. Dari nilai inilah identitas suatu senyawa yang dianalisis dapat

diidentifikasi. Dalam suatu spektrum ESR, nilai g dapat dihitung dengan

mengacu pada bagian tengah dari suatu sinyal deteksi, lalu dengan

menggunakan rumus berikut.

(29)

Page 35: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

35

Berikut merupakan contoh perhitungan nilai g dari spektrum ESR.

Pada suatu analisis ESR, terdapat apa yang disebut dengan hyperfine splitting.

Ini merupakan fenomena di mana suatu puncak (peak) absorpsi dari ESR

terpecah menjadi beberapa garis akibat interaksi antara momen magnetik dari

spin elektron dengan momen magnetik dari spin nuklir (inti atom). Puncak

absorpsi ESR dari suatu radikal dengan 1 elektron tidak berpasangan akan

terbagi menjadi n+1 garis oleh n proton ekuivalen. Contoh, radikal CH3 akan

memiliki 4 puncak absorpsi atau 4 garis. Lalu, bila suatu elektron yang tidak

berpasangan berinteraksi dengan suatu set pertama dengan n proton ekuivalen

dan set kedua dengan m proton ekuivalen, maka jumlah garis yang muncul

menjadi (n+1)(m+1) garis.

Gambar 12. Contoh Perhitungan Nilai g dari Spektrum ESR

Page 36: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

36

BAB IV

KESIMPULAN

A. Kesimpulan Part 1

Fisika bisa dibagi menjadi dua yaitu fisika klasik dan fisika modern.

Fisika klasik biasanya mempelajari materi dan energi dari suatu kejadian

keseharian yang mudah diamati (kondisi normal). Pada fisika klasik

pendekatan terhadap pemecahan persoalan pada umumnya lebih didasarkan

pada dalil-dalil mekanika gerak (hukum Newton), seperti mekanika,

termodinamika, bunyi, cahaya, dan elektromagnet (listrik dan magnet). Pada

fisika modern, materi dan energi yang dipelajari sering kali berada pada

kondisi ekstrem atau skala sangat besar atau sangat kecil. Contoh topiknya

adalah mekanika kuantum, fisika atom dan inti, atau fisika partikel elementer

(FPE) yang skalanya lebih kecil daripada atom dan inti. Bilangan kuantum

menggambarkan sifat orbital dan elektron dalam orbital.

Bilangan kuantum menentukan tingkat energi utama atau jarak dari

inti, bentuk orbital, orientasi orbital, dan spin elektron. Untuk menjelaskan

elektron secara lengkap dibutuhkan empat macam bilangan kuantum, yaitu

bilangan kuantum utama (n) yang menyatakan tingkat energi, bilangan

kuantum azimut (ℓ) yang menyatakan bentuk orbital, bilangan kuantum

magnetik (m) yang menyakatakan orientasi orbital dalam ruang tiga dimensi,

bilangan kuantum spin (s) yang menyatakan spin elektron pada sebuah atom.

Model atom Bohr mengemukakan bahwa atom terdiri dari inti berukuran

sangat kecil dan bermuatan positif dikelilingi oleh elektron bermuatan negatif

yang mempunyai orbit. Model atom Bohr berbentuk seperti tata surya, dengan

elektron yang berada di lintasan peredaran (orbit) mengelilingi inti bermuatan

positif yang ukurannya sangat kecil.

B. Kesimpulan Part 2

Ketika suatu cahaya monokromatik menyinari bidang logam,

elektron pada logam akan terbebas dan dapat terkumpul pada elektroda positif

yang akan menghasilkan arus listrik. Hal inilah yang disebut dengan efek

fotolistrik.

Page 37: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

37

C. Kesimpulan Part 3

Elektronegativitas adalah ukuran suatu kecenderungan bagi suatu

unsur untuk menarik elektron pada dirinya. Hal ini dipengaruhi oleh jumlah

elektron valensi yang diperlukan untuk mencapai keadaan oktet.

Elektronegativitas dari suatu unsur dapat dihitung secara cukup akurat

menggunakan rumus elektronegativitas Pauling, dan hasilnya akan menjadi

skala Pauling, yang memiliki tren ke arah kanan dan atas dalam tabel periodik

untuk nilai elektronegativitas yang makin meningkat. Namun, hal tersebut

hanya sampai pada golongan VII A, karena golongan VIII A sudah memiliki

elektron valensi yang oktet, sehingga memiliki elektronegativitas yang sangat

rendah.

D. Kesimpulan Part 4

Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan

medan magnet yang berosilasi dan merambat lewat ruang dan membawa

energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Cahaya tampak adalah salah satu

bentuk radiasi elektromagnetik. Setiap muatan listrik yang memiliki

percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Ketika kawat atau

panghantar seperti antena menghantarkan arus bolak-balik, radiasi

elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama dengan arus listrik.

Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat

seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh

kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau

dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan

masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang

ditunjukan oleh hubungan Planck Ephoton = h x f, di mana E adalah energi

foton, h ialah konstanta Planck (6.626 × 10 −34

J·s) dan f adalah frekuensi

gelombang.

E. Kesimpulan Part 5

Difraksi sinar-X merupakan proses hamburan sinar-X oleh kristal.

Difraksi sinar-x dapat digunakan untuk menganalisis kristal. Terdapat dua

Page 38: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

38

proses ketika sinar-x ditembakkan kepada suatu atom, yaitu penyerapan energi

oleh atom tersebut atau terjadi hamburan sinar-x.

Kristal adalah suatu padatan yang atom penyusunnya tersusun

secara teratur. Pembentukan suatu kristal terjadi secara perlahan sehingga

atom penyusunnya memiliki waktu yang cukup untuk membentuk keteraturan.

Kristal terdiri dari 7 sistem berdasarkan sumbu simetrinya, yaitu isometric,

hexagonal, triclinic, tetragonal, orthorombik, monoclinic, dan trigonal.

F. Kesimpulan Part 6

Interaksi tarik-menarik antara atom yang bersifat elektronegatif

dengan atom hidrogen yang terikat pada atom lain yang juga bersifat

elektronegatif disebut ikatan hidrogen.

G. Kesimpulan Part 7

Spektroskopi ESR adalah suatu metode spektroskopi yang

memanfaatkan fenomena di mana spin elektron akan memosisikan dirinya

secara paralel atau anti-paralel terhadap medan magnet dengan kuat tertentu

yang diberikan. Perpindahan posisi spin dari elektron akan menyebabkan

suatu pelepasan atau penyerapan radiasi elektromagnetik, yang merupakan

prinsip dasar dari spektroskopi ini. Dalam perhitungannya, faktor yang

menjadi “sidik jari” bagi suatu senyawa atau unsur adalah faktor g. Faktor g

berhubungan erat dengan lingkungan di mana elektron berada, di mana

kondisi ini berbeda-beda untuk setiap unsur atau senyawa yang ada.

Page 39: MAKALAH PEMICU 3 - KELOMPOK 8 - Kimia Fisika.pdf

39

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P. dan de Paula, J. (2010) Physical Chemistry, 9th

edition. New York:

W.H. Freeman and Company

Levine, Ira N. (2009) Physical Chemistry 6th Ed. New York: Higher Education

Maron, S.H., Lando, J.B., Prutton, C.F. (1974) Fundamentals of Physical

Chemistry. London: Macmillan

Howard, M., dan Howard, D. Introduction to Crystallography and Mineral

Crystal System. [online] Available at http://www.rockhounds.com

Kaur, P. et al. EPR: Theory [online] Available at http://chemwiki.ucdavis.edu/

Physical_Chemistry/Spectroscopy/Magnetic_Resonance_Spectroscopies/E

lectron_Paramagnetic_Resonance/EPR%3A_Theory [7 November 2014]

Silberberg, Martin S. (2007) Principle of General Chemistry. New York : Higher

Education

Zhao, P. et al. EPR: Interpretation [online] Available at

http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Spectroscopy/Magnetic_

Resonance_Spectroscopies/Electron_Paramagnetic_Resonance/EPR%3A_

Interpretation [21 November 2014]