Perkembangan Teori Atom

Spektrum Atom Hidrogen

Model Atom Bohr

Atom Berelektron

Perkembangan Teori Atom

Demokritus(460 – 370 SM)

Perkembangan Teori Atom

Demokritus(460 – 370 SM) John Dalton

(1766-1844)

Perkembangan Teori Atom

Demokritus(460 – 370 SM) John Dalton

(1766-1844)

JJ. Thomson( 1856 - 1940 )

Perkembangan Teori Atom

Demokritus(460 – 370 SM) John Dalton

(1766-1844)

JJ. Thomson( 1856 - 1940 )

Ernest Rutherford(1871-1937)

Perkembangan Teori Atom

Demokritus(460 – 370 SM) John Dalton

(1766-1844)

JJ. Thomson( 1856 - 1940 )

Ernest Rutherford(1871-1937)Niels Bohr

Teori Atom

Demokritus

Demokritus(460 – 370 SM)

John Dalton(1766-1844)

John Dalton(1766-1844)

Menyempurnakan teori Domocritus atau teori Sebelumnya.

Teori Dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa daya hantar arus listrik

Teori AtomThompson

Atom berbentuk bola padat denganmuatan-muatan listrik positiftersebar merata di seluruh bagianbola, muatan-muatan positif inidinetralkan oleh elektron-elektronbermuatan negatif yang melekatpada bola seragam bermuatan positiftersebut.

JJ. Thomson( 1856 - 1940 )

elektron

Muatan positif

• J.J Thompson, melakukan percobaan denganmenggunakan tabung katoda.

• Berkas sinar katoda dibelokkan oleh medanmagnet. Pembelokkan ini menunjukkan bahwa sinarkatoda bermuatan negatif.

KELEMAHAN:

Tidak dapat menjelaskan susunan

muatan positif dan negatif dalam bola

atom tersebut.

KELEBIHAN:

dapat menerangkan bahwa atom

masih terdiri atas bagian terkecil yaitu

elektron.

Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif di pusat dan hampir seluruh massa atom terpusat pada inti atomPada jarak yang relative jauh

dari inti terdapat electron-elektron yang mengelilinginyaJumlah muatan positif dan

negative adalah samaElectron bergerak agar electron

tidak jatuh ke intinya = 9x109 Nm2C2

Tahun 1911 E Rutherford membuatpercobaan menggunakan lempeng emas yang sangat tipis dan logam lain (tebal 10-4 s.d. 10-

5 cm) sebagai sasaran partikel yang berasaldari zat radioaktif.

1. Sebagian besardari partikel

menembus lempenglogam tanpapembelokkan.

2. Sebagian (~1 dari tiap 20.000) mengalami

pembelokkan setelah menembus lempeng

logam.

3. Dalam jumlah yang sama (poin 2) tidak menembus

lempeng logam sama sekali tetapi berbalik sesuai arah

datangnya sinar.

E: Energi Total elektron (J)k: kostanta keseimbangan (9x109

m2c2)r: jari-jari lintasan elektrone: muatan elementer (1,6x10-19 c)m: massa elektronv: kecepatan linear

Menurut hukum Coulomb, antara inti bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif ada gaya sebesar:

Gaya sentripetal elektron

Gaya sentripetal = Gaya elektrostatika

2

2

r

eKFc

r

mvF

2

s

2

22

r

eK

r

mv r

eKmv

22

Ek elektron saat mengorbit

EP elektron pada jarak r dari inti

Energi total elektron selamamengorbit

r

eKE

2

p

2r

eKE

2

k 2k mv

2

1E

2r

eKE

2

r

eK-

2r

eKEEE

22

pk

Sebuah lintasan memiliki jari-jari 5m dan muatan

elektronnya sebanyak 1,60 x 10-19 C, dengan Konstanta

keseimbangannya 9 x 109 N m2/C2. Tentukanlah Energi

total elektronnya!

Dik: k: 9x109 m2c2

r: 5 m

e: 1,6x10-19 C

Dit: E...?

Penyelesaian:

J2,304x10

10

2,56x10.9x10

10

).(1,6x109x10

2r

eKE

29

389

2199

2

a. Tidak dapat menjelaskan

kestabilan atom

b. Tidak dapat menjelaskan

spektrum garis hidrogenAtom stabil

Spektrum menurut teori Atom

Rutherford

Spektrum hasil pengamatan

Atom hidrogen

Atom tidak stabil

Kelemahan1. model atom Rutherford ini belum mampu menjelaskan dimanaletak elektron dan car rotasinya terhadap inti atom.2. elektron memancarkan energi ketika bergerak, sehingga energi atom menjadi tidak stabil. 3. tidak dapat menjelaskan spektrum garis pada atom hidrogen.

KelebihanMembuat hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti

Teori Atom Bohr

1. Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalamatom hidrogen.

Neils Bohr dengan percobaan spektrumatom hidrogen menyatakan empat postulat:

2. Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.

3. Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain.

4. besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut.

• elektron-elektron mengelilingi inti padalintasan-lintasan tertentu yang disebut kulitelektron (tingkat energi).

• Tingkat energi paling rendah: kulit elektronyang terletak paling dalam

• semakin keluar semakin besar nomorkulitnya, semakin tinggi tingkat energinya

Model atom Bohr dinyatakan dengan dua postulat1. Elektron tidak dapat bergerak mengelilingi inti

melalui sembarang lintasan , tetapi hanyadapat melalui lintasan tertentu saja tanpamebebaskan energi. Lintasan itu disebutlintasan stasioner. Pada lintasan ini elektronmemiliki momentum angular (sudut)

2π

hnmvr

m = massa elektron (kg)v = keecepatan linier elektron (m/s)r = jari-jari lintasan elektron (m)n = bilangan kwantumh = tetapan planck =6,626.10-34 Js

2. Elektron dapat berpindah dari suatu lintasan ke lintasanyang lain dengan memancarkan atau menyerap energifoton. Energi foton yang dipancarkan atau diserap saatterjadi perpindahan lintasan sebanding denganfrekuensinya

E = Energi Foton (j)h = konstanta Planck (Js)EA = energi elektron pada lintasan dengan

bilangan kuantum A (J)EB = energi elektron pada lintasan dengan

bilangan kuantum B (J)F = frekuensi yang dipancarkan atau

diserap (Hz)

DE=hfhfEE BA

apabila elektron pindah dari lintasan dengan bilangankuantum utama besar ke lintasan dengan bilangan kuantum utama kecil, elektron memancarkan energi, jikasebaliknya, elektron menyerap energi.

n=1

n=2

n=3

n=4

Memancarkan energi dari n besar ke n kecil

Menyerap energi ,dari n kecil ke n besar

Foton

22

22

n mke4πh

nr

Dengan menggabungkan teori Rutherford dan teori Planck Bohr menghitung jari-jari lintasan orbit elektron

h = tetapan Planck = 6,626 x 10 -34 J.sk = tetapan = 9 x 10 9 Nm2C-2

m = massa elektron = 9,1 x 10 -31 kge = muatan elektron 1,6 x 10 -19 Cp = 3,14

Dengan memasukkan nilai-nilai variabel yang ada pada rumusini diperoleh nilai r = n2 (0.529 x 10 -10)meter.

Bohr beranggapan bahwa suatu elektron tunggal dengan massa m bergerak dalam lintasan orbit berbentuk lingkaran dengan jari-jari r, dan kecepatan v, mengelilingi inti bermuatan positif.

rv

mre

K

FF2

2

2

SC

Untuk lintasan orbit elektron lebih jauh dari inti dirumuskan :

Perbandingan jari-jari orbit elektron atau kulit atom pd

bilangan kuantum:

rn = n2 x r1 atau rn = n2 x 0,53 Å

....:9:2:1...:r:r:r

...:3:2:1...:r:r:r

...:n:n:n...:r:r:r

MLk

222321

23

22

21321

Jari-jari lintasan orbit elektron yang terdekat dengan inti n =1 adalah : r1 = 12 (0.529 x 10 -10) meter

= 0.529 x 10 -10 meter 0,529 Å

Dik: n = 3r1 = 0,53 Å

Dit: rn ...?

Penyelesaian: rn = n2 x r1 = 32 x 0,53= 4,77 Å

Contoh Soal:

Elektron atom hidrogen berada pada orbit Bohr n = 2. Jika k = 9× 109 Nm2/c2, dengan e = 1,6 × 10-19 C, me = 9,1 × 10-31 kg, tentukan:a. jari-jari orbit,b. gaya elektrostatik yang bekerja pada elektron (Fc)c. kelajuan elektron!

c.a. rn = 0,53 . n2

= (0,53)(2)2= 2,12 Å

b.

•Keberhasilan teori Bohr terletak pada kemampuannya untuk meeramalkan garis-garis dalam spektrum atom hidrogen•Salah satu penemuan adalah sekumpulan garis halus, terutama jika atom-atom yang dieksitasikan diletakkan pada medan magnet

1.Struktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikan spektrum selain atom hydrogen

2. Belum mampu menjelaskan adanya stuktur halus(fine structure) pada spectrum, yaitu 2 atau lebih garis yang sangat berdekatan3. Belum dapat menerangkan spektrum atom kompleks4. Itensitas relatif dari tiap garis spektrum emisi.5. Efek Zeeman, yaitu terpecahnya garis spektrum bila atom berada dalam medan magnet.

22

422

n hnme2πk

E eVn

13,6E 2n

Apabila elektron menyerap energi

foton dari luar cukup besar maka

elektron tersebut dapat tereksitasi

sampai ke lintasan dengan bilangan

kuantum utama n = ∞. Eksitasi

elektron ke n = ∞ disebut ionisasi

dan energi yang diserap disebut

energi ionisasi.

1 eV = 1,6 x 10 -19 JEksitasi elektron

Energi elektron pada keadaan dasar didalam atom hidrogen adalah -13,6 eV. Energi elektron pada orbit dengan bilangan kuantum n=4 adalah....

Dik: Eo = -13,6 eVn = 4

Dit: En...?

Penyelesaian:

eV0,854

13,6

eVn

13,6E

2

2n

Beberapa energi yang dilepas atau diserap elektron ketika berpindah dari tingkat nA ke tingkat nB yaitu:

ΔE = EnB – EnA

2

A2B n

1n1

-13,6ΔE

J-1,632x10

eV -10,2

-13,6

-13,6

18-

22

2A

2B

21

11

n1

n1

ΔE

Tanda (-) menyatakan pemancaran energi

Spektrum Atom Hidrogen

λ : Panjang gelombang spektrum (m)R : Konstanta Rydberg (R= 1,097x107 m-1)n : Bilangan kuantum utama (3,4,5,6,...)

Pada tahun 1886 John Jacob Balmer secara empirismembuat perumusan tentang deret-deret yang sesuaidengan panjang gelombang pada spektrum atomhidrogen. Secara matematis dapat dirumuskan sbb:

22

n n1

21

Rλ1

n= 3 λ3 = 6.560 Ån= 4 λ4 = 4.862 Ån= 5 λ5 = 4.341 Ån= 6 λ6 = 4.102 Å

2

t2r n

1n1R

λ1

Deret Lyman : nr = 1Deret Balmer : nr = 2Deret Pachen : nr = 3Deret Bracket : nr = 4Deret Pfund : nr = 5

nt : 2,3,4,...nt : 3,4,5,...nt : 4,5,6,...nt : 5,6,7,...nt : 6,7,8,...

Adapun yang ditemukan dalam inframerah adalah Paschen,Bracket, dan Pfund. Secara umum rumus deret dinyatakan sebagai:

Deret LymanElektron pindah ke n =1Spektrum yang dihasilkan cahaya ultra violet

Deret BalmerElektron pindah ke n = 2Spektrum yang dihasilkan cahaya tampak

Deret Paschen Elektron pindah ke n =3Spektrum yang dihasilkan cahaya infra merah 1

Deret Bracket Elektron pindah ke n =4Spektrum yang dihasilkan cahaya infra merah 2

Deret Pfund : Elektron pindah ke n =5

Spektrum yang dihasilkan cahaya infra merah 3

n = 2

n = 1

n = 3

n = 4

n = 5

n = 6

n = 7

Garis-Garis Spektrum Atom Hidrogen

a. Deret Lyman

Gambar 7.13Loncatan elektron yangmenimbulkan spektrum hidrogen

Deret Lyman merupakan spektrum gelombang elektromagnetik akibatperpin dahan elektron dari lintasan dengan bilangan kuan tum lebih besardaripada satu (n > 1) ke lintasan dengan bilangan kuantum satu (n = 1).Saat elektron berpindah lintasan terpancar cahaya ultraviolet, sehingga deretLyman disebut juga deret ultraviolet.

b. Deret Balmer

Deret Balmer merupakan spektrum akibat perpindahan elektron darilintasan dengan bilangan kuantum lebih besar daripada dua (n > 2) kelintasan dengan bilangan kuantum dua (n = 2). terpancar spektrum cahaya tampak

pada n = 3, terpancar sinar merah (Hα),pada n = 4, terpancar sinar biru (Hβ),pada n = 5, terpancar sinar ungu (Hγ), danpada n = 6, terpancar sinar ultraungu (Hδ).

c. Deret Paschen

Perpindahan elektron dari lintasan dengan bilangan kuantum lebih besardaripada tiga (n > 3) ke lintasan dengan bilangan kuantum tiga (n = 3).Pada perpindahan itu, elektron memancarkan sinar inframerah, sehinggaderet Paschen disebut juga deret inframerah I

d. Deret Bracket

Perpin dahan elektron dari lintasan dengan bilangan kuantum lebih besardaripada empat (n > 4) ke lintasan dengan bilangan kuantum empat (n =4).Pada perpindahan itu terpancar sinar inframerah, sehingga deret Bracketdisebut juga deret inframerah II.

e. Deret Pfund

Pada perpindahan ini terpancar sinar inframerah, sehingga deret Bracket disebut juga deret inframerah III.

C. Efek Zeeman

Dalam medan magnetik, energi keadaan suatu atom tidak hanya bergantung pada bilangan kuantum n, tetapi juga bergantung pada medan magnetik dalam ruang tempat atom tersebut berada. Pada keadaan ini, energi keadaan pada tiap bilangan kuantum n terbagi menjadi beberapa subkeadaan yang ditandai dengan bilangan kuantum magnetik ml. Besarnya energi pada subkeadaan tersebut bisa sedikit lebih besar atau sedikit lebih kecil dari padakeadaan atom tanpa pengaruh medan magnet. Perhatikan Gambar 7.14!

Gambar 7.14Spektrum energi atom pada bilangan kuantum n = 2, (a) tanpa pengaruh medan magnetik dan (b) dalam pengaruh medan magnerik

Pengaruh medan magnetik itu menyebabkan "terpecahnya" garis spektrum individual menjadi garis-garis terpisah dengan jarak antara garis bergantung dari besar medan itu. Terpecahnya garis spektrum oleh medan magnetik disebut efek Zeeman; nama ini diambil dari nama seorang fisikawan Belanda Zeeman yang mengamati efek itu pada tahun 1896.

Jawab :

= 1,097.107 ( 1 - 1/~ )

= 1,097.107 ( 1) = 1,097.107

l 9,12.10-8 m

Jika konstanta Rydberg = 1,097.107 m-1, hitunglah panjanggelombang terpendek dan terpanjang dari deret Lyman atom hidrogen.

Dik: n1 = 1 ; R = 1,097.107 m-1

Dit : panjang gelombang terpendekdan terpanjang.

2

22

1 n

1

n

1R

λ1

2

22

1 n

1

n

1R

λ1

= 1,097.107 ( 1 - 1/22 )

= 1,097.107(3/4) =8,2275.106

l 1,215.10-7 m

Untuk panjang gelombang terpanjang n2 =2

Untuk panjang gelombang terpendek n1 = ~

Suatu bilangan yang menunjukkan orbit elektron mengelilingi inti

pada kulit atau tingkat energi tertentu disebut bilangan

kuantum (quantum number).

Orbit elektron mengelilingi lingkaran berkaitan dengan bilangan

bulat panjang gelombang, diberikan oleh:

mvh

λ

r2πmvnh

nλ

Bilangan

Kuantum

n : Bilangan Kuantum

λ : Panjang gelombang de Broglier : Jari-jari orbit

Panjang gelombang dikaitkan dengan momentum

En = energi total elektron (eV)Z = nomor atomn = bilangan kuantum utama

eVn

Z 13,6E 2

2

n

Tentukanlah energi total elektron jika diketahui

nomor atom He (2) berada pada kulit k!

eV 54,4-

eV1

4 . 13,6

eV1

2 . 13,6

eVn

Z 13,6E

2

2

2

2

n

Dit: En...? Diketahui: n: kulit k= 1Z: 2

Bilangan kuantum orbital menyatakan besar momentum anguler(sudut) orbital elektron. Besar momentum sudut menurut teori mekanika kuantum dinyatakan dengan persamaan:

l = 0, 1, 2,..., (n–1)

1)l(l L

341,054x102πh

Ket:

L: momentum Sudut (Js)

l : bilangan kuantum orbital

Lambang yang dipakai berasal dari klasifikasi empiris spektrum,

yaitu deret sharp (tajam), principal (utama), diffuse (kabur), dan

fundamental (pokok), yang terjadi sebelum teori atom

dikembangkan.

Dik: l = 4h= 1,054x10-34

Dit: L....?Penyelesaian:

Tentukanlah besar momentum sudut, jika diketahui l = 4!

34

34

10x4,71

1,054x10x20

2πh

x1)4(4

1)l(lL

Contoh:

ml = 0, ±1, ±2, ±3, ....±l

Elektron dalam suatu atom dengan momentum sudut tertentu dapat berinteraksi dengan medan magnetik luar. Bila arah medan magnetik luar adalah sejajar dengan sumbu z, maka nilai L dalam arah z memenuhi persamaan:

lmLZ LZ: Momentum sudut pada arahMl : bilangan kuantum magnetik

Aturan Aufbau

1. Aturan Hund

2.

Menurut Aufbau, konfigurasi elektron dimulai dari subkulit yg memiliki tingkat energi terendah dan diikuti dgn subkulit yg memiliki tingkat energi lebih rendah.

2s

5f

2p

4f

1s

3d 4d 5d 6d

3p 4p 5p 6p 7p

8s3s 4s 5s 6s 7s

Aturan Hund, yaitu dalam suatu subtingkatan energi tertentu, tiap orbital dihuni oleh 1 elektron terlebih dahulu sebelum ada orbital yg memiliki sepasang elektron. Elektron-elektron tunggal dlm orbital itu mempunyai spin searah (paralel).

Subkulit s p d f...

l 0 1 2 3 ...

ml

(2l + 1)1 3 5 7 ...

Jumlah elektron= 2 x ml

2 6 10 14 ...

d10

n: Bilangan kuantum utama (nomor kulit)l : Bilangan kuantum orbital (nomor subkulit)m : Bilangan kuantum magnetik (nomor orbital)s : Bilangan Kuantum spin

Tentukan panjang gelombang terpanjang dan terpendek

deret Balmer atomR = 1,097× 107 m-1!

Dik: R= 1,097x107

n= Panjang gelombang terpanjang terjadi jika elektro

mengalami transisi dari kulit n = 3 ke n = 2.

Dit: λ...?

22 32

11Rλ1

nm656λ

m656x10λ

51,097x10λ1

9-

7

36

Jawab:

terdiri darigaris terangpada latar

belakang gelap

Zat yang beradiasi memancarkan spektrum emisi,

zat tersebut merupakan zat yang baik untuk

mengabsorbsi spektrumnya.