tugas Fisika man
Transcript of tugas Fisika man
Perkembangan teori atom
Teori atom dalton
Teori atom thomson
Teori atom rutherford
Spektrum atom hidrogen
Teori atom bohr
Teori atom Dalton
Teori atom Thomson
“Atom berbentuk bola dan bermuatan positif yang tersebarmerata ke seluruh bagian atom dan dinetralkan olehelektron yang melekat pada permukaannyaJadi, menurut Thomson elektron melekat pada permukaanatom bagaikan kismis yang melekat pada roti sehinggamodel atom ini dikenal dengan roti kismis.
Teori atom Rutherford
• Atom terdiri atas inti atom yang bermuatan listrik positif. Inti atomyang mengandung hampir seluruh massa atom dan dikelilingi olehelektron-elektron bermuatan listrik negatif seperti model tata surya
• Atom bermuatan netral karena jumlah inti (positif) sama denganjumlah muatan elektron yang mengelilinginya (negatif)
• Selama mengelilingi inti, gaya sentripetal pada elektron dibentukoleh gaya tarik elektrostatik (gaya coulomb)
Spektrum atom hidrogen
• Spektrum hidrogen dijadikan prototipe untuk mempelajari spektrum atomyang lebih rumit
• Spektrum atom hidrogen bukan merupakan spektrum yang kontinu, tetapiberupa garis-garis spektrum dengan jarak tertentu yang teratur. Spektrumyang demikian disebut spektrum garis.
Teori atom bohr
Niels bohr mengajukan model atom baruuntuk memperbaiki kelemahan teori atomrutherford. Bohr mempostulatkan bahwaelektron-elektron mengitari inti yangbermuatan positif pada orbit statioer tertentusaja, tetapi elektron dapat melompat dari satuorbit ke orbit yang lain.
Spektrum Cahaya unsur logam yang dipanasi
Hasil eksperimen menunjukkan bahwa spektrum yang dihasilkan hanya
satu warna
Spektrum Garis dari Beberapa Unsur
Kesimpulan yang didapat oleh Niels Bohr
• Spektrum garis menunjukkan bahwa elektronmempunyai energi yang konstan maka : selamaelektron mengelilingi inti tidak terjadi perubahanenergi.
• Terjadinya pemancaran spektrum karena elektronmenyerap energi dan berpindah lintasan sehinggapada saat kembali ke keadaan semula energitersebut dipancarkan kembali dalam bentukspektrum garis maka : lintasan elektron mempunyaitingkat energi tertentu, dan semakin besar tingkatenerginya jika semakin jauh dari inti atom.
Model Atom Niels Bohr
• Atom Terdiri dari inti atom yang bermuatanpositif.
• Elektron mengelilingi inti atom padalintasan-lintasan tertentu yang disebuttingkat energi atau kulit elektron. Selamamengelilingi inti atom, elektron tidakkehilangan energi.
• Semakin jauh lintasan elektron dari intiatom semakin besar tingkat energi elektron
Jari-jari lintasan stasioner
Menurut Bohr, dalam keadaanstasioner, elektron tidak menerima energi.Elektron terus bergerak pada orbitnya denganmomentum sudut besar
Energi total elektron
Berdasarkan postulat Bohr, elektron hanyamelepaskan energi ketika melompat kelintasan yang lebih dalam dan akan menyerapenergi jika pindah ke lintasan yang lebih luar.Selama bergerak pada orbitnya, energi yangdimiliki elektron tetap, besar energinyamerupakan jumlah kinetik dan energipotensial sistem.
Atom berlektron banyak
Elektron-elektron pada lintasan yang berbedamemiliki energi yang berbeda pula. Untukmembedakan keadaan elektron-elektrondalam suatu atom, digunakan bilangankuantum yang pembahasannya secaraterperinci.
Bilangan kuantum
Bilangan kuantum digunakan untuk menyatakankeadaaan dan energi elektron.Macam-macam bilangan kuantum :
o bilangan kuantum utama (n) = menyatakan nama kulitatom.
o Bilangan kuantum azimut (l) = menyatakan namasubkulit
o Bilangan kuantum magnetik (ml) = menyatakanbanyaknya orbital yang terdapat di setiap subkulit
o Bilangan kuantum spin (ms) = menyatakan arahputaran elektron pada sumbunya
Bilangan kuantum utama menyatakan nama kulitatom dengan urutan energi K, L, M, N.
Bilangan kuantum azimut menyatakan namasubkulit.
Orbital s (sharp)
Orbital p (principle)
Orbital d (diffuse)
Orbital f (fundamental)
Ada kemungkinan untuk orbital yang lebih tinggilagi dengan orbital g, h, i dan seterusnya.
a. Bilangan Kuantum Utama (n)
Untuk menyatakan orbit elektron di kulittertentu, digunakan notasi K, L, M, N. Setiapkulit hanya dapat diisi oleh sejumlah eelektrontertentu. Bilangan kuantum utama n adalahbilangan bulat n = 1, 2, 3, 4,... Setiap nmenyatakan K, L, M, N. Banyak elektronmaksimal yang dapat mengisi setiap kulitdinyatakan dengan persamaan 2n2 dengan n =1, 2, 3, ...
b. Bilangan Kuantum Orbital (Azimut)
Bilangan kuantum yang menggambarkanbentuk orbital elektron. Nilai l bergantungpada bilangan kuantum utama dengan l=n-1dengan subkulit s,p,d,f.
c. Bilangan Kuantum Magnetik
Nilai bilangan kuantum magnetik bergantungdengan nilai kuantum orbital (l) dengan
ml = -l, -(l-1), -(l-2), ..., 0, ..., (l-2), (l-1), l
d. Efek Zeeman
dalam medan magnetik, energi keadaanatomik akan berubah menjadi beberapasubkeadaan jika atom itu berada dalammedan magnetik dan energinya dapatsedikit lebih besar atau lebih kecildaripada keadaan tanpa medan magnetik.Gejala itu menyebabkan terpecahnyagaris spektrum individual menjadi garis-garis terpisah jika atom dipancarkan kedalam medan magnetik, dengan jarakantara garis bergantung dari besar medantersebut.
e. Bilangan Kuantum Spin
Elektron berputar pada sumbunya, perputaranelektron dapat menimbulkan momenmagnetik. Ada dua kemungkinan perputaranyang keduanya saling berlawanan arah. Tanda+1/2 dengan notasi penulisan anak panah keatas, dengan notasi -1/2 dengan notasipenulisan anak panah ke bawah.
Sifat atom dan sistem periodik
a. Sifat Atom
Susunan elektron dalam suatu atom dapat dipakai sebagai dasar untuk mengetahui sifat-sifat atom tertentu. Pada bagian unsur, kulit-kulit atom ada yang terisi elektron dengan penuh dan ada yang tidak penuh. Kuit yang tidak penuh terisi elektron berada pada kulit yang paling luar, yang dinamakan elektron valensi.
Pengisian elektron dimulai dari tingkat energi teredah.
b. Sistem Periodik
Sistem periodik unsur disusun berdasarkankenaikan nomor atomnya atau urutan jumlahelektron yang dapat menjelaskan sifat unsurpada periode dan golongan tertentu.
Sifat dalam sistem periodik dapat diketahuimelalui konfigurasi elektron (cara penyusunanatau pengaturan elektron dalam suatu atom).
1. Aturan Aufbau
Penempatan elektron dimulai dari subkulit yangmemiliki tingkat energi yang paling rendah sampaipenuh, sesuai dengan jumlah elektron yang ada.
Cara penulisan konfigurasi:
7N : 1s2 2s2 2p3
12Mg : 1s2 2s2 2p6 3s2
27Co : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7
Dapat disingkat dengankonfigurasi gas mulia sebagai berikut:
7N : 1s2 2s2 2p3
12Mg : (Ne) 3s2
27Co : (Ar) 4s2 3d7
2. Kaidah Hund
Penempatan elektron pada subkulit p, d, fyang memiliki subkulit yang sama. Setiapsubkulit diisi dengan satu elektron terlebihdahulu dengan arah spin yang sama, lalu diisidengan elektron berikutnya dengan arahyang berlawanan.
3. Asas Larangan Pauli
Elektron-elektron cenderung akan menempati energi terendah yang masih mungkin dalam suatu orbital. Karena jumlah elektron maksimum yang dapat mengisi subkulit tertentu terbatas, maka dibuat suatu aturan “dalam sebuah atom tidak boleh ada dua elektron yang menempati keadaan yang sama, elektron ridak boleh mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama (n, l, mp,dan ms)
INTI ATOM
INTI ATOM
Inti atom:
proton = 1.007276 sma 1 sma
neutron = 1.008665 sma 1 sma
Simbol inti :A
Z
ket : Z = nomor atom = proton
A = nomor massa = p + n.
Contoh :
Berarti : No atom 17, p= 17 dan n= 35-17 = 18
35
17
Isotop :Atom yang jml protonnya sama tp berbeda jml neutronnya
Contoh : Atom hidrogen
Hidrogen Deuterium Tritium
Proton 1 1 1
Neutron 0 1 2
Elektron 1 1 1
Inti tdk stabil meluruh radiasi
Ra Rn + He
Th Pa + e
N P + e
226
88
Radioaktivitas alam
Tabel Peluruhan Radioaktif & Perubahan inti
Jenis Radiasi Simbol No. Massa MuatanPerub No
massa
Perub No.
Atom
Alfa 4 2 Berkurang 4 Berkurang 2
Beta 0 1- Tetap Tambah 1
Gamma 0 0 Tetap Tetap
Contoh :
Plutonium meluruh dgn memancarkan partikel alfa. Unsur
apakah yg tbtk?
Jawab :
Massa unsur baru = 239-4 = dan muatannya = 94-2 = 92
Muatan inti (nomor atom) 92 adalah uranium (U)
U He Pu 235
92
4
2
239
94
WAKTU PARUHYaitu perioda waktu dimana 50% dari jml atom semula yang
ada tlh meluruh
Contoh :
1. Berapa fraksi atom radioaktif tersisa setelah 5 waktu paruh?
Jawab:
Setelah 1 waktu paruh, tersisa 1/2 bagian
Setelah 2 waktu paruh, tersisa 1/2 x 1/2 = 1/4 bagian
Setelah 3 waktu paruh, tersisa 1/2 x 1/4 = 1/8 bagian
Setelah 4 waktu paruh, tersisa 1/2 x (1/2)3 = (1/2)4 = 1/16 bagian
Setelah 5 waktu paruh, tersisa 1/2 x (1/2)4 = (1/2)5 = 1/32 bagian
2/1
9
5 B t = 8 x 10-19 detik
2/1
238
92 U t = lama sekali
3.5 Transmutasi buatan
Transmutasi : Perubahan suatu unsur menjadi unsur lain
alami
buatan
Reaksi umum : , n, partikel subatomik lain + inti stabil
pemancaran radioaktif
2. Bila dimulai dgn 16 juta atom radioaktif, berapa yg tertinggal
stl 4 waktu paruh?
Jawab:
Tersisa = (1/2)4 = 1/16 x 16 juta = 1 juta atom
Setelah n kali waktu paruh, tersisa 1/2n bagian
Ernest Rutherford :
HOHeN 1
1
17
8
4
2
14
7
James Chadwick :
nCHeBe 1
0
12
6
4
2
9
4
Contoh:
Bila Kalium-39 ditembak dgn neutron akan terbentuk klor-36.
Partikel apakah yg terpancar?
HeClnK 4
2
36
17
1
0
39
19
3.6 RADIOAKTIF TERINDUKSI
yaitu : pancaran radioaktif baru, yg dihslkan dr suatu
inti radioaktif yg terbentuk dr reaksi inti sebelumnya
n P He Al 1
0
30
15
4
2
27
13
Si e P 30
14
0
1
30
15
n e H 0
1
0
1
1
1
Contoh:
Karbon-10 memancarkan positron ketika meluruh. Tuliskan
reaksinya!
Jawab:
B e C 10
5
0
1
10
6
3.7 DAYA TEMBUS
Daya Tembus : < <
Daya ionisasi : > >
dpt ditahan oleh lapisan kulit
dpt ditahan selembar kertas
dpt ditahan papan kayu atau Al
dpt menembus & merusak organ
dpt ditahan oleh beberapa cm Pb
Penggunaan Isotop Keterangan
Kebocoran pipaIsotop yg
pendek umurnyaAlat pencacah Geiger
Penyerapan
pupuk PIsotop P Hasilnya disebut autoradiograf
Pertanian -
Menguji keefektifan pupuk & herbisida
Membandingkan nilai nutrisi pakan
Pemberantasan hama
Penelitian dasar 14CMekanisme fotosintesis jalur
metabolisme hewan & manusia
3.8 penggunaan radioisotop
Isotop suatu unsur tertentu, radioaktif atau tdk, mempunyai
tingkah laku yg sama dlm proses kimia & fisika pelacak
3.9 PENGOBATAN NUKLIR
ISOTOP NAMA PENGUNAAN
51Cr Kromium-51Penentuan volume sel darah & volume
darah total
58Co Kobalt-58 Penentuan serapan vit. B12
60Co Kobalt-60 Perlakuan radiasi utk kanker
131I Iod-131
Deteksi ktdk beresan fs tiroid; pengukuran
aktifitas hati & metabolisme lemak;
perlakuan utk kanker tiroid
59Fe Besi-59Pengukuran laju pembentukan & umur sel
darah merah
ISOTOP NAMA PENGUNAAN
32P Fosfor-32Deteksi kanker kulit /kanker jaringan
yg terbuka krn operasi
226Ra Radium-226 Terapi radiasi utk kanker
24Na Natrium-24Deteksi konstriksi 7 obstruksi dlm
sistem sirkuler
99Tcm Teknetium-99m Diagnosis beberapa penyakit
3 H Tritium Penentuan total air tubuh
Teknetium-99m* diperoleh dr peluruhan molibdenum 99
eTcMo m 0
1
99
43
99
42
*m = metastabil artinya
isotop tsb akan melepas sjmlh energi utk menjadi isotop
yg sama tp lbh stabil
TcMo 99
43
99
42
Emisi Positron Tomografi Transaksial (PETT)
Utk mengukur proses dinamis dlm tubuh, spt aliran darah atau laju
metabolisme oksigen/glukosa
eBC 0
1
11
5
11
6
20
1
0
1 ee
3.10 PENENTUAN UMUR DGN
RADIOISOTOP
Waktu paruh isotop tertentu dpt digunakan utk memperkirakan
umur batuan & benda purbakala
Uranium-238 (t1/2 = 4,5 x 109 thn)
PbU 206238
Utk memperkirakan umur batuan
batuan bumi 3-3,5 x 109 thn umur bumi 4,5-5,0 x 109 thn
batuan bulan 4,5 x 109 thn karbon-14 (t1/2 = 5730 thn)
Karbon-14 (t1/2 = 5730 thn)
Utk menentukan umur benda purbakala & mendeteksi
keaslian benda purbakala 14C terbtk di lap atmosfir atas
HCnN 1
1
14
6
1
0
14
7
)hidupmakhluk di(146)atmosfir di(
146 CC
jk makhluk hidup mati maka:
NC berkurang
14
7)(
14
6
Tritium (t1/2 =5730 thn)
Utk penentukan umur benda sampai 100 thn
IsotopT1/2
(tahun)
Selang umur yg
diukurPenerapan
14C 5730 500-50000 thnBatubara, bhn
organik
3H 12,3 1-100 thn Anggur tua
40K 1,3 x 109 10000 thn – contoh
bumi tertuaBatuan, kerak bumi
187Rh 4,3 x 109 4 x 107 thn – contoh
tertetua di duniaMeteorit
238U 4,5 x 109 107- contoh tertua Batuan, kerak bumi
Contoh
Sepotong kayu fosil mempunyai aktivitas karbon-14, 1/8 x
aktivitas dlm kayu baru. Berapa umur fosil tsb? (t1/214C = 5730
thn)
Jawab :14C tlh melewati 3 waktu paruh yaitu (1/2)3= 1/8
jadi umur fosil = 3 x 5730 = 17190 thn
3.11 PEMBUATAN BOM
fisi inti : inti dipecah dgn penembakan shg dihslkan
fragmen inti yg lebih kecil, & dibebaskan energi yg sgt besar
Enrico Fermi & Emilio Segre (1934)
UnU 239
92
1
0
238
92eNpU 0
1
239
93
238
92
Otto Hahn & Fritz Strassman (1938)
Atom uranium terpecah Ba, La, Ce
Lise Meitner & Otto frisch
Menghitung energi yg berkaitan dgn pembelahan uranium
Pengayaan Uranium-235235U di alam 0,7% utk bom atom dibutuhkan 90%
campuran isotop U + gas F2 UF6 (volatil)235UF6 lbh ringan & lbh cepat bergerak dibandingkan 238UF6 shg
dpt dipisahkan
Glenn T. Seaborg
Uranium-238 tdk akan pecah jk dibombardir oleh neutron
U Np Pu (dpt dipecah, cocok utk pembuatan bom atom)
UnU 239
92
1
0
238
92 ePuNp 0
1
239
94
239
93nNpU 0
1
239
93
239
92
sebelum suatu bhn yg dpt mptahankan reaksi berantai, maka
diperlukan jml minimum ttt yg disebut massa kritis
contoh : uranium-235 mempunyai massa kritis 4 kg
penggabungan sjml inti < massa kritis akan memicu reaksi rantai
pembuatan bom atom
Hiroshima, 6 Agustus 1945
Nagasaki, 9 Agustus 1945
U235
92
Pu 239
94
3.12 KIMIAWI PERANG NUKLIR :
DEBU RADIOAKTIF
Ledakan bom menyebabkan kawah dgn lebar 300m &
kedalaman 100m
- Radius kerusakan total = 10 km
- Radius kematian = 40 km
- Perusakan oleh radioaktif tdk akan habis
Reaksi fisi yg mungkin terjadi:
nXeSrnU 1
0
143
54
90
38
1
0
235
92 3 eCsXe 0
1
143
55
143
54
Komponen Debu Radioaktif:90Sr, 143Xe,143Cs, 14C, 3H
90Sr
• mirip dgn Ca
• t1/2 = 28 thn
• masuk ke tubuh melalui susu & sayuran serta terserap
ke dlm tulang
• merupakan sumber radiasi internal selam beberapa thn
131I
• t1/2 = 8 hari
• terbawa mealalui rantai pangan
• dlm tubuh ada di kelenjar gondok
• bermanfaat utk pelacakan diagnostik
143Cs
mirip dgn K
t1/2 = 30 thn
diperoleh melalui sayuran, susu, & daging
3.13 EFEK RADIASI
Radiasi : dpt menguntungkan & merugikan
Partikel berenergi tinggi & sinar melepaskan e- dr atom ion
Jk tjd dlm tubuh akan berbahaya, misalnya H2O H2O2
• Merusak sel darah putih
• Mempengaruhi sumsum tulang anemia
• Merangsang leukimia
• Perubahan molekul DNA mutasi
3.14 ENERGI IKATAN INTIEnergi ikatan inti adl
Energi yg tbtk dr sebagian massa apabila neutron & proton
dibiarkan bersama-sama membtk inti
Henp 4
2
1
0
1
1 2
{2 x 1,007276} + {2 x 1,008665} 4,001506 sma
4,031882 sma 4,001506 sma
m = 0,030376 sma
massa hilang sebesar m sbg energi Energi ikat
bdsrkan rumus Einstein, E = mc2 maka m setara dgn E
3.15 REAKSI TERMONUKLIR
Reaksi Termonuklir di matahari
eHeH 0
1
4
2
1
1 24
Bom Hidrogen
nHeHH 0
1
4
2
3
1
2
1
HHenLi 3
1
4
2
1
0
6
3