Modul 6 Model Atom

Catatan Kuliah Fisika Modern

Oleh: Annisa Aprilia | Model Atom

1

MODUL 6. MODEL ATOM

PENDAHULUAN

Pada modul 6 ini akan dipelajari dan dibahas perkembangan model atom atau gambaran

tentang struktur atom.

Struktur bangun atom: Merupakan uraian tentang komponen-komponen yang membentuk

atom dan hubungan antara komponen bersangkutan.

Berikut Ringkasan perkembangan model atom:

Dalton Atom merupakan struktur terkecil dan tidak dapat dibagi-bagi lagi.

J.J. Thomson Model roti kismis dimana menerangkan bahwa terdapat elektron sebagai

penyusun atom.

Rutherford Model atom selayaknya tata surya, dimana elektron mengelilingi inti, tetapi

tidak stabil karena terdapat gaya sentripetal.

Niels Bohr Diawali dengan kesuksesan mengenai kuantisasi energi pada atom H, kemudian

berkembang menjadi struktur model atom yangpaling valid hingga kini.

MODEL ATOM THOMSON

Menurutnya atom memancar radiasi EM atau menyerap energi EM yang berfrekuensi sama,

dan ternyata tidak. Hal ini merupakan kegagalan dari model Thomson. Model atom Thomson,

terbantahkan berdasarkan atas hasil percobaan dua orang mahasiswa bernama Geiger dan

Marsden tentang hamburan sinar dengan lempeng Au yang sangat tipis.

Susunan percobaan Geiger-Marsden dapat dilihat pada gambar 6.1. ZnS merupakan detektor

sinar yang akan berfluoresensi bila terkena radiasi sinar . Pengamatan dilakukan pada

sebaran diferensial jumlah partikel yang terhambur dalam arah .



2

Gambar 6.1 Susunan percobaan Davisson-Germer. Hasil percobaan ini mematahkan model

atom Thomson.

Karakteristik partikel alpha :

Memiliki muatan 2 e+, akan tolak-menolak dengan muatan positif dari massa pejal. Au

= +Ze, dimana = positron dalam inti atom.

Massa partikel kira-kira 5000 kali massa elektron. Pengaruh elektron dalam atom

hanya sedikit mempengaruhi gerak .

Karakteristik Lempeng Tipis Au:

Massa atom Au hampir sebesar 50 kali massa partikel . Sehingga dalam interaksinya

dan Au, atom Au dianggap tidak bergerak.

Lembar Au yang digunakan dalam eksperimen ini sangat tipis sekali. Hal tersebut

diupayakan agar hanya satu kali terjadi proses hamburan dengan massa Au.

MODEL ATOM RUTHERFORD

Model atom merurut Rutherford mengandaikan bahwa seluruh massa pejal bermuatan

positif dan menempati ruang yang sangat terbatas di tengah atom (inti atom) Sehingga atom

memiliki inti atom bermuatan positif dengan elektron di luar massa positif itu, lyaknya sistem

matahari dan planet-planet. Model atom Rutherford dinamakan pula sebagai model atom tata

surya.



3

Skema hamburan model atom Rutherford:

Gambar 6.2 Skema hamburan model atom Rutherford.

Lintasan partikel alpha pada gambar 6.2 memperlihatkan lintasan berbelok ketika mendekati

inti atom. Hal tersebut terjadi akibat adanya gaya tolak-menolak antara partikel alpha dengan

inti atom, dikarenakan keduanya bermuatan sama yaitu positif. Dalam proses analisa,

diasumsikan hanya gaya Coulomb yang bekerja antara +2e dan +Ze. Sedangkan interaksi

alpha dengan elektron diabaikan dan juga tidak ada gaya inti karena elektron dan inti terlalu

jauh. Massa inti dianggap bernilai tak hingga bila dibandingkan dengan massa dari partikel

alpha, sehingga diasumsikan bahwa inti merupakan titik yang tetap. Pada peristiwa ini

berlaku hukum mekanika.

Langkah dalam analisis:

Hukum kekekalan momentum angular untuk mencari hubungan antara dengan

energi kinetik (E ).

Tentukan penampang hamburan sebagai fungsi .

Tentukan fraksi partikel yang terhambur dalam sudut dan .

Menentukan hubungan fungsi antara jumlah partikel terhambur perdetik perluas

sebagai fungsi (N( )).

Gambar 6.3



4

p1 = momentum awal partikel .

p2 = momentum akhir/ setelah terhambur.

Fc = Gaya Coulomb antara inti Au dan .

Lintasan partikel berbentuk hiperbola, dengan fokusnya berada pada +Ze. Fc dikatakan

pula sebagai gaya sentarl, dimana momen gaya luar selalu bernilai nol. Oleh karena itu

momentum angular L bernilai tetap (konstan). Pada perietiwa hamburan tersebut, terjadi

hamburan elastic, dikarenakan +Ze tidak beranjak dari tempat semula.

| | = | | = (6.1)

= 2 sin

Menurut hukum mekanika, perubahan momentum linier:

= (6.2)

Gambar 5.4

cos (6.3)

Karena hanya komponen Fc cos yang pada akhirnya memberi kontribusi pada p, maka:

p2p2p

p1



5

| | = cos

sin2

= cos

sin2

= cos ; =1

; ,

Sehingga,

sin2

= cos1

= cos

( )

( ),

sin2

= ,

cos

)

)

sin =,

2 cos

sin = 2 cos

cot = ; = (6.4)

Apakah ada makna pada persamaan 6.4?

Gambar 6.5



6

Perhatikan kondisi berikut ini:

Jika nilai b = 0, maka nilai cot = 0 = 90° , = 180°

Jika nilai b = , nilai cot , ; maka tidak terjadi hamburan.

Luas penampang hamburan ( ) :

= cot (6.5)

Kesimpulan dari percobaan Rutherford, yaitu:n( ) yang didasarkan pada andaian Rutherford tentang interaksi sinar dengan inti

atom Au, dan analisis mekanika tentang interaksi itu ternyata sesuai dengan

pengamatan sebelumnya, yaitu yang diamati oleh Geiger dan Marsden.

Gambaran baru tentang inti atom (Rutherford): Inti atom meuat semua muatan

positif dan massa atom menempati bagian yang sangat kecil dari ruang atom.

Semua elektron atom berada di luar inti, modelnya seperti model tata surya.

Terdapat beberapa konsekuensi dari argument Rutherford mengenai model atom, yaitu:

1. Elektron harus beredar mengelilingi atom dan tidak dapat ada pada keadaan yang tidak

bergerak. Apabila elektron tersebut tidak bergerak maka akan tertarik oleh inti atom

2. Dalam pergerakkannya mengelilingi inti atom, elektron akan mengalami percepatan

sentripetal, sehingga memancarkan radiasi EM yang mengakibatkan energinya berkurang,

dan lama-kelamaan radius orbitnya akan mengecil. Selanjutnya elektron akan bermukim di

inti atom.

3. Keadaan yang tidak stabil tersebut, dimana tergambarkan pada model atom sistem tata

surya Rutherford, mengharuskan adanya terobosan teoritik. Model fisika klasik tidak dapat

mendukung model tata surya dari atom. Terobosan dilakukan selanjutnya oleh Bohr, dengan

pemicunya adalah rumus deret Balmer tentang spektrum garis atom H.

MODEL ATOM BOHR

Pemikiran Bohr mengenai atom adalah kuantisasi sistem yang membentuk atom. Atom H

paling sederhana yaitu hanya terdiri dari satu elektron dan inti atom saja.

POSTULAT BOHR TENTANG ATOM H.



7

1) Atom Hidrogen (H) terdiri dari elektron yang bergerak dalam lintas edar (orbit) datar

berbentuk lingkaran, dengan inti sebagai pusat gerak lingkar. Gerak elektron

mengelilingi inti atom didasarkan pada hukum Coulomb. Geraknya sesuai dengan

mekanika klasik.

2) Tentang kuantisasi sistem atom H. Lintas edar mantap elektron dalam atom H

hanyalah yang memiliki momentum sudut L yang besarnya adalah kelipatan dari . (

2h

. L n (6.6)

3) Tentang elektron dalam orbit yang stabil. Dalam orbit yang stabil elektron tidak

memancarkan energi EM, dengan kata lain energi atom tidak berubah.

4) Tentang transisi ke orbit stabil yang lain. Energi EM yang dipancar oleh atom apabila

dalam orbit stabil berenergi Ei, melakukan transisi ke orbit stabil lain berenergi Ef,

dipancarkan sebagai foton dengan frekuensi yang besarnya:

= (6.7)

PENURUNAN RUMUS SPEKTRUM H, BERDASARKAN PADA POSTULAT BOHR.

(a). Diawali dari kuantisasi L:

= × (selalu, karena orbit lintasannya lingkaran)

Maka,

= = (6.8)

(b). Energi atom H, berdasarkan hukum coulomb :

=

1=

= (6.9)

Dengan menggunakan persamaan 6.8 dan 6.9, maka akan memberikan:



8

=

Energi kinetik elektron: = = =

Energi potensial V : =

Sehingga energi total elektron : Energi kinetik + Energi potensial

=

= (6.10)

Persamaan 5.10 merupakan ungkapan energi yang terkuantisasi.

Maka, = dengan =2

.

Sehingga nilai En adalah :

Diperoleh,

13,6

=

= 0,529 × 10 m ; dengan =2

dinamakan sebagai radius Bohr untuk atom H.

(c) Transisi ke orbit stabil yang lain:

=

Maka akan didapatkan :

=8

1 1

= 3,298 × 10 (6.11)



9

Gambar 6.6 Diagram orbit tentang transisi dalam atom H menurut Bohr.

SIMPULAN DARI ATOM H MENURUT BOHR:

1. Model atom H menurut Bohr adalah upaya pertama untuk mengkuantisasi suatu sistem

Fisika Mikro yang terdiri dari lebih satu unsur.

2. Teori Bohr tidak dapat menerangkan spektrum atom dengan elektron jamak.

3. n dinamakan bilangan kuantum utama atom H, yang secara sepenuhnya menyatakan

keadaan atom H itu.

4. Ketika n = 1, atom H dalam keadaan dasar. Keadaan ini stabil karena anerginya tidak

dapat menjadi lebih kecil lagi.

n = 2, 3, 4,…. atom H dalam keadaan labil. Sehingga dapat melakukan transisi ke keadaan

dengan bilangan kuantum yang lebih rendah.

n = atom H terionisasi, E = 0, artinya tidak ada perkaitan antara elektron dengan inti

atom H.

Ketika n = 0 ground state (keadaan dasar) apakah berada pada inti atom??



10

Eksitasi dapat terjadi, diantaranya adalah adanya tumbukan dalam lucutan muatan bilamana

atom H di tumbuk oleh elektron yang bergerak dari katoda ke anoda. Tumbukan tersebut

mengakibatkan pindahnya energi kinetik elektron ke atom, baik untuk Ek atom atau

mengeksitasi atom (mungkin keduanya).

Gambar 6.7 Diagram energi atom Hidrogen.

Modul 6 Model Atom

Documents

Transcript of Modul 6 Model Atom