Kimia, Fisika Analitik 2012

“MEKANIKA KUANTUM”

Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan kuantum dan fisika kuantum umumnya, yang, bersama relativitas umum, merupakan salah satu pilar fisika modern. Dasar dari mekanika kuantum adalah bahwa energi itu tidak kontinyu, tapi diskrit -- berupa 'paket' atau 'kuanta'. Konsep ini cukup revolusioner, karena bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan.

Gelombang sebagai suatu fungsi sinusoida.

λ : Wave length Wavenumber (cm-1)

V : frequency

c : speed of light (3 x 108 m s-1 )

Kegagalan Fisika Klasik

1. Radiasi Benda HitamBenda hitam adalah suatu benda yang permukaannya sedemikian sehingga menyerap semua radiasi yanga datang padanya (tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam). Semua benda hitam pada suhu yang sama memancarkan radiasi dengan spektrum yang sama.

1 Mulyani11210020

Kimia, Fisika Analitik 2012

Rayleigh-Jeans Law

Sayangnya (untuk Rayleigh-Jeans, dan fisika klasik), meski pun hukum Rayleigh-Jeans cukup berhasil pada panjang gelombang panjang (frekuensi rendah), gagal buruk pada panjang

gelombang pendek (frekuensi tinggi).

2. Teori PlanckTeori Reyleigh-Jeans cocok dengan spektrum radiasi benda hitam untuk panjang gelombang yang panjang, dan menyimpang untuk panjang gelombang yang pendek. Jelas bahwa fisika klasik gagal menjelaskan tentang radiasi benda hitam. Pada tahun 1900, Planck memulai pekerjaannya membuat suatu anggapan baru tentang sifat dasar dari getaran

molekul dalam rongga-rongga benda hitam (pada saat itu elektron belum ditemukan). Anggapan baru ini sangat bertentangan dengan teori fisika klasik, yaitu:

Radiasi yang dipancarkan oleh getaran molekul-molekul tidaklah kontinue tetapi dalam paket-paket energi diskret yang disebut kuantum (sekarang foton). Besar energi yang dikeluarkan oleh foton adalah E=h.f sehingga untuk n buah foton maka energinya dinyatakan dalam

h= konstanta Planck

2 Mulyani11210020

Kimia, Fisika Analitik 2012

Molekul-molekul memancarkan atau menyerap energi dalam satuan diskret dari energi cahaya, disebut kuantum (sekarang foton). Molekul-molekul itu melompat dari satu energi ke tingkat energi lainnya. Jikan bilangan kuantum n berubah dengan satu-satuan, persamaan diatas menunjukkan bahwa jumlah energi yang dipancarkan atau diserap oleh molekul-molekul sama denga hf. Jadi, beda energi antara energi yang berdekatan adalah hf.

3. Atom dan molekul spektrum

 Record dari intensitas cahaya yang ditransmisikan atau tersebar oleh molekul sebagai fungsi dari frekuensi (v),panjang gelombang (λ), atau bilangan gelombang yang disebut spektrum.

3 Mulyani11210020

Kimia, Fisika Analitik 2012

Wave-particle duality Energi Kinetik

= work function

4 Mulyani11210020

Kimia, Fisika Analitik 2012

Fisikawan Perancis Louis de Broglie berhipotesis bahwa semua materi memiliki gelombang De Broglie yang mirip dengan cahaya.Ini berarti bahwa di bawah kondisi yang tepat, elektron dan semua materi dapat menunjukkan sifat-sifat seperti partikel maupun seperti gelombang.

P=mv (momentum elektron)

Persamaan Schrödinger

Fisikawan Austria Erwin Schrödinger (1887-1961) mengusulkan ide bahwa persamaan De Broglie dapat diterapkan tidak hanya untuk gerakan bebas partikel, tetapi juga pada gerakan yang terikat seperti elektron dalam atom. Dengan memperluas ide ini, ia merumuskan sistem mekanika gelombang. Pada saat yang sama Heisenberg mengembangkan sistem mekanika matriks. Kemudian hari kedua sistem ini disatukan dalam mekanika kuantum.

Dalam mekanika kuantum, keadaan sistem dideskripsikan dengan fungsi gelombang. Schrödinger mendasarkan teorinya pada ide bahwa energi total sistem, E dapat diperkirakan dengan menyelesaikan persamaan. Karena persamaan ini memiliki kemiripan dengan persamaan yang mengungkapkan gelombang di fisika klasik, maka persamaan ini disebut dengan persamaan gelombang Schrödinger.

Prinsip ketidakpastian

Seorang fisikawan Jerman Werner Karl Heisenberg (1901-1976) menyatakan tidak mungkin menentukan secara akurat posisi dan momentum secara simultan partikel yang sangat kecil semacam elektron.

5 Mulyani11210020

Kimia, Fisika Analitik 2012

Untuk mengamati partikel, seseorang harus meradiasi partikel dengan cahaya. Tumbukan antara partikel dengan foton akan mengubah posisi dan momentum partikel.

Heisenberg menjelaskan bahwa hasil kali antara ketidakpastian posisi x dan ketidakpastian momentum p akan bernilai sekitar konstanta Planck:

x p = h

Hubungan ini disebut dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg.

6 Mulyani11210020