KIMIA FISIKA IKIMIA FISIKA IDisusun oleh IGMA SANJAYADisusun oleh IGMA SANJAYA

JURUSAN KIMIA FMIPA UNIVERSITAS NEGERI JURUSAN KIMIA FMIPA UNIVERSITAS NEGERI SURABAYASURABAYA

Landasan Teori Ilmu Kimia:

perubahan

struktur energi

Kimia Fisika

Struktur:

struktur atom

struktur molekul

Perubahan:

kinetika kimia

dinamika reaksi

Energi:

termodinamika

termokimia

MATERI

Bagaimana ini bisa terjadi?

GRAFIT INTAN

BAGAIMANA BISA BERBEDA ?

STRUKTUR MATERI

Struktur Atom Struktur Molekul:

Ikatan Kimia

Bentuk Molekul

Mekanika klasik Mekanika kuantum

Kimia Kuantum Mekanika relativistik

PENGANTAR KE KIMIA KUANTUM

Titik Balik Penggunaan Kimia Kuantum:

Pengembangan prinsip energi terkuantasi1. Radiasi benda hitam (Planck)2. Penemuan spektrum atom hidrogen

Pengembangan postulasi sifat dualisme gelombang-materi1. Efek fotolistrik2. postulasi de Broglie

Penemuan Spektrum Atom Hidrogen

UVIR

Balmer LymanPascen, Brackett, Pfund

Atom H menyerap gelombang elektromagnetik dengan frekwensi tertentu

Rumusan Rydberg:

-12 21 2

1 1 1 ; 109.677,76 cmR R

n n

Contoh soal:

1. Hitung transisi berpanjang gelombang terbesar (bilangan gelombang terkecil) dalam deret Lyman yang mempunyai n1 = 1 dan n2 = 2.

Jawab:

2 21 2

-12 2

-1

-1

-5

1 1

1 1 109.677,76 cm

1 2

3 109.677,76 cm

4

82.258,32 cm

11,2157 10 cm

Rn n

Tugas:

1. Hitung panjang gelombang transisi terpanjang dalam deret Balmer yang mempunyai n1 = 2, deret Paschen yang mempunyai n1=3, deret Bracket dengan n1 =4, dan deret Pfund dengan n1=5.

2. Apakah panjang gelombang transisi terpendek dalam deret Lyman, Balmer, Paschen, Bracket, dan Pfund sama? Buktikan!!!!

3. Bila transisi elektronik melibatkan n1=3 dan n2=6, hitunglah energi dari transisi tersebut.

Koreksi persamaan Rydberg bagi atom seperti hidrogen:

Landasan Filosofi persamaan Rydberg?

22 21 2

1 1 1 RZ

n n

Teori Bohr Elektron bergerak mengelilingi inti

dengan energi tertentu Elektron dapat berpindah dari

suatu tingkat energi ke tingkat energi yang lain dengan cara menyerap atau memancarkan energi

Gerak elektron memenuhi hukum mekanika Newton

Momentum sudut elektron merupakan kelipatan bulat dari h/2π (postulat Bohr), dengan h merupakan tetapan Planck.

Penentuan Jari-jari Bohr

Menurut postulat Bohr:

1. Momentum sudut elektron:

v ; 1, 2,3.... (bilangan kuantum)2

v =2

hm r n n

nh

mr

v

2

20

1

4C

eF

r FC

3. Dalam mengelilingi inti, elektron mengalami gaya sentripetal:

2vSp

mF

r

2. Elektron dan inti saling tarik menarik dengan gaya coulomb:

Fsp

10 2 -1 -20

19

4 1,113 10 C N m

dan

1,60 10 Ce

dengan tetapan permitivitas

Agar elektron stabil dalam orbitnya maka:

FC

Fsp

2 2

20

1 v

4

c SpF F

e m

r r

Sehingga diperoleh

2 202 2

4

4

n hr

me

Bentuk generalisasi jari-jari Bohr melalui koreksi massa dan muatan inti:

2 2 2 20 0

2 2 2 2

4 4

4 4n

n h h nr

Ze e Z

Contoh soal:

2. Hitung jari-jari Bohr pertama sampai ke 3 dari atom hidrogen bila diketahui μ = 9,105×10-31kg

Jawab:

2 210 2 -1 -2 34

101 231 19

1,113 10 C N m 6,63 10 Js 10,5295 10 m

19,105 10 kg 1,60 10 C 4 3,14r

2

10 102

20,5295 10 m 2,118 10 m

1r

2

10 102

30,5295 10 m 4,7655 10 m

1r

Jari-jari Bohr secara umum bagi atom-atom seperti hidrogen menjadi:

210

0 0 ; 0,5295 10 mn

nr a a

Z

Penentuan Energi terkuantasi Bohr

Menurut Hukum kekekalan energi:

E V T dengan

2

0

1

4

eV

r

21v

2T m

0

22

0

2 2

0 0

2

0

2 2 2

2 20 0

4

2 2 2

1 1v

4 2

1 1

4 8

1

4 2

1 4

4 2 4

1

8

eE m

r

e e

r r

e

r

e me

n h

me

h n

Sehingga

Perluasan bagi atom-atom seperti hidrogen, dengan koreksi massa dan muatan menghasilkan

0

4 2

2 2 2

2 218

2 2

8

2,18 10 J atau 13,6 eV

e ZE

h n

Z Z

n n

Model energi Bohr

Energi potensial

n=1

n=2 n=3n=~

Balmer, VISLyman, UV

Inti atom H

Energi potensial

r

n=1

n=2

n=3n=~0

Inti atom H

2 4

2 2 208

en

Z e mE

n h

Tugas:

4. Hitung jari-jari Bohr dan energi terkuantasi ke 2 dan ke 3 dari ion Li2+

5. Buktikan bahwa energi dan panjang gelombang elektromagnetik yang dipancarkan melalui transisi di atas konsisten dengan hasil perhitungan berdasarkan persamaan Rydberg

6. Model atom Bohr dapat digunakan untuk menjelaskan model atom ion Li2+. Bila elektron dari ion Li2+ berada pada keadaan tereksitasi n=2, dengan memancarkan sinar VIS. Maka hitunglah dengan menggunakan model Bohr:

a. Jari-jari orbit elektron, rn , ini?b. Kecepatan, n , elektron ini?c. Energi, En , pada keadaan ini? (Gunakan: tetapan Planck, h, me, dan

jari-jari Bohr, a0=0,529 Å, nomor atom, Z, Li= 3)

Sifat Gelombang Dari Partikel

1. Postulat de Broglie:

v

h

m

Partikel mempunyai sifat gelombang dengan panjang gelombang

h

p atau

Pembuktian postulat de Broglie dengan rumusan Einstein-Planck,

2

2

v

Einstein PlanckE E

mc h

cmc h

h h

mc m

Postulat de Broglie membuktikan tingkat-tingkat energi dalam model Bohr,

v2

2v

2

hm r n

hr n

mr n

n= 4

Lintasan e-

Fungsi gelombang e-

λ

n= 4r

y

Contoh soal:Hitunglah panjang gelombang elektron yang dipercepat sehingga mempunyai energi kinetik 40 kV.

Jawab:

21/ 22 2

1/ 2

34

1/ 2-31 19 4

12

1v 2 2

2 2

2

6,626 10 Js

2 9,109 10 kg 1,609 10 C 4 10 V

6,1 10 m

pE m p mE p mE

mh h

p mE

Soal:1. Hitunglah panjang gelombang de Broglie dari

Sebuah elektron yang bergerak dengan kecepatan v=1,0 x 106 ms-1?2. Hitunglah panjang gelombang de Broglie dari sebuah bola kasti bermassa,

m = 0,145 kg dan berkecepatan v=30 ms-1?3. Bandingkan hasil kedua contoh di atas, kemudian beri komentar tentang

penting atau tidaknya panjang gelombang de Brogliè ini bagi bola kasti?

Akibat postulat de Broglie:

h

p hp

λ

x

Bila diganggu,

x p h

Prinsip Heisenberg:

Posisi dan momentum partikel tidak dapat ditentukan secara simultan

x p h Bentuk ketidaksamaan muncul akibat dari hubungan

1x

Usulan lanjut Heisenberg:

E t h

r

x

x lebar, p kecil

r

x

r

r

x

=?

x sempit, p besar

Bila p diketahui maka x tak diketahui dan bila x diketahui maka p tak diketahui, prinsip ini disebut prinsip ketakpastian Heisenberg

Contoh soal:

Hitunglah ketakpastian momentum elektron yang terletak dalam kisaran tempat yang berjarak 10 Amstrong.

Hitunglah ketakpastian posisi elektron yang bergerak dengan kecepatan dua pertiga kali kecepatan cahaya.

Dasar-dasar Mekanika KuantumPostulat 1:

Untuk setiap keadaan yang mungkin terhadap suatu sistem digambarkan dengan fungsi dari koordinat-koordinat sistem dan waktu yang secara lengkap menggambarkan sistem tersebut

Postulat 2:

Untuk suatu variabel dinamika (yang dapat diamati) selalu berkaitan dengan suatu operator

TERIMA KASIH