STRUKTUR ATOMELEKTRON DALAM ATOM

RADIASI ELEKTROMAGNETIKMuatan listrik dan kutub magnetik menimbulkan gaya dalam jarak tertentu melalui medan listrik dan medan magnetik.Medan ini merupakan bentuk penyebaran energi yang disebut gelombang, dan pengalihan energi ini dinamakan radiasi elektromagnetik.

Gelombang memiliki panjang yang merupakan jarak antara dua puncak atau lembah disimbolkan dengan Sifat gelombang lainnya adalah frekuensi () yang dinyatakan dalam satuan detik-1 yaitu jumlah kejadian atau putaran (siklus) per detikHasil kali dengan menghasilkan kecepatan gelombangc =

Satuan frekuensi untuk putaran per detik adalah hertz (Hz). Panjang gelombang memiliki satuan angstrom nama seorang ahli fisika Swedia yang nilainya sama dengan 1 x 10-10 m.1 cm = 1 x 10-2 m1 nm = 1 x 10-9 m = 1 x 10-7 cm = 10 1 = 1 x 10-10 m = 1 x 10-8 cm

Spektrum elektromagnetik

Spektrum dan SpektrografSpektrum sinar tampakSpektrum atom

Sinar tampak (matahari, filamen) menghasilkan spektrum kontinuum (sinambung) dari merah-jingga-kuning-hijau-biru-lembayungCahaya yang dihasilkan zat yang dipanaskan memberikan spektrum garis yang tidak kontinuSpektrum dari dari suatu atom berbeda dari unsur lainnya dan merupakan fingerprint suatu unsur (Robert Bunsen 1811-1899)Johann Balmer menurunkan rumus umum untuk spektrum yang dihasilkan oleh hidrogen

Rumus yang lebih umum untuk persamaan BalmerR = konstanta Rydberg 10.967.800 m-1, c kecepatan cahaya 2,997925 x 108 m det-1 hasil kali R dan C diberikan diatas

Soal LatihanGunakan Persamaan Balmer untuk menghitungFrekuensi radiasi dengan n = 5Panjang gelombang garis dalam deret balmer dengan n = 7Nilai n untuk garis dalam deret Balmer pada 380 nm.

Spektrum kontinuum dapat dijelaskan oleh teori gelombang cahaya, tetapi spektrum garis gagal dengan teori iniTeori radiasi elektromagnetik yang dikenalkan oleh James Maxwell 1860-an juga tidak dapat menguraikan fenomena iniPersamaan Balmer menimbulkan dugaan adanya prinsip-prinsip yang mendasari semua spektrum garis

Teori KuantumMax Planck (1900) mengajukan teori kuantum berdasarkan suatu gejala yang disebut radiasi benda hitamHipotesisnya menyatakan bahwa energi bersifat discontinue dan terdiri dari banyak satuan terpisah yang sangat kecil yang disebut kuanta/kuantum.Energi terkait dengan kuantum dari REM dinyatakan dengan E = h; h = 6,626 x 10-34 J det-1Teori kuantum memperoleh pembuktian dari efek fotolistrik tahun 1955 oleh Albert Einstein

Efek Fotolistrik

Ketergantungan Efek Fotolistrik pada frekuensi cahaya

Soal LatihanHitung energi dalam J/foton suatu radiasi dengan frekuensi 3,10 x 1015 det-1!Berapa frekuensi radiasi yang terukur memiliki energi 3,54 x 10-20 J/foton!Suatu energi sebesar 185 kJ/mol memiliki panjang gelombang sebesar?

Atom BohrSecara elektrostatika, elektron harus bergerak mengelilingi inti agar tidak tertarik ke intiNamun berdasarkan fisika klasik benda yang bergerak memutar akan melepaskan energi yang lama kelamaan akan menghabiskan energi elektron itu sendiri dan kemudian kolapsNiels Bohr mengungkapkan bahwa dilema diatas dapat dipecahkan oleh teori Planck

Gagasan Bohr dalam menggabungkan teori klasik dan kuantumHanya ada seperangkat orbit tertentu yang diizinkan bagi satu elektron dalam atom hidrogenElektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke yang lainnya dengan melibatkan sejumlah energi menurut PlanckLintasan stasioner yang diizinkan mencerminkan sifat-sifat elektron yang mempunyai besaran yang khas. Momentum sudut harus merupakan kelipatan bulat dari h/2 atau menjadi nh/2.

Model Bohr untuk Atom Hidrogen

KeteranganLintasan yang diizinkan untuk elektron dinomori n = 1, n = 2, n =3 dst. Bilangan ini dinamakan bilangan kuantum, huruf K, L, M, N juga digunakan untuk menamakan lintasanJari-jari orbit diungkapkan dengan 12, 22, 32, 42, n2. Untuk orbit tertentu dengan jari-jari minimum a0 = 0,53 Jika elektron tertarik ke inti dan dimiliki oleh orbit n, energi dipancarkan dan energi elektron menjadi lebih rendah sebesar

Konstanta B/h identik dengan hasil dari R x c dalam persamaan Balmer. Jika persamaan diatas dihitung maka frekuensi yang diperoleh adalah frekuensi garis merah dalam deret Balmer.

Soal LatihanBerapakah frekuensi dan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan jika elektron dari atom hidrogen jatuh dari tingkat energi n = 6 ke n = 4? Dalam bagian spektrum elektromagnetik manakah sinar ini?

Kelemahan Teori BohrKeberhasilan teori Bohr terletak pada kemampuannya untuk meeramalkan garis-garis dalam spektrum atom hidrogenSalah satu penemuan lain adalah sekumpulan garis-garis halus, terutama jika atom-atom yang dieksitasikan diletakkan pada medan magnetStruktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikan spektrum selain atom hidrogen

Dualitas Gelombang - PartikelNewton mengajukan bahwa cahaya mempunyai sifat seperti sekumpulan patikel yang terdiri dari aliran partikel berenergiHuygens menyatakan bahwa cahaya terdiri dari gelombang energiPembuktian dengan pengukuran kecepatan cahaya pada berbagai medium menunjukkan cahaya berkurang kecepatannya dalam medium yang lebih rapatTetapi Einstein menganggap bahwa foton cahaya bersifat sebagai partikel untuk menjelaskan efek fotolistrikTimbul gagasan baru bahwa cahaya mempunyai dua macam sifat sebagai gelombang dan sebagai partikel

Tahun 1924 Louise de Broglie menyatakan Tidak hanya cahaya yang memperlihatkan sifat-sifat partikel, tetapi partikel-partikel kecil pun pada saat tertentu dapat memperlihatkan sifat-sifat gelombangUsulan ini dibuktikan tahun 1927 dimana gelombang materi (partikel) dijelaskan secara matematikPanjang gelombang de Broglie dikaitkan dengan partikel berhubungan dengan momentum partikel dan konstanta Planck.Panjang gelombang dinyatakan dengan meter, massa dalam kilogram, kecepatan dalam meter per detik. Konstanta Planck dinyatakan dalam kg m2 s-2.

Prinsip KetidakpastianHukum Fisika klasik dianggap berlaku universal dan dapat menjelaskan kejadian yang akan datang berdasarkan keadaan awalTahun 1920 Niels Bohr dan Werner Heisenberg berusaha menentukan sampai seberapa jauh kecepatan yang diperoleh dalam penentuan sifat-sifat sub-atomikDua peubah yang ditentukan dalam menentukan sifat ini adalah kedudukan partikel (x) dan momentumnya (p).Kesimpulan dari pemikiran ini ialah bahwa dalam penentuan sub-atomik selalu terdapat ketidakpastian

Persamaan ini dikenal dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg dan menyatakan bahwa kedudukan dan momen tak dapat diukur dengan ketepatan tinggi sekaligusSeandainya diameter elektron 10-14 m, cahaya dengan ini akan mempunyai frekuensi 3 x 1022 det-1 dan energi per foton adalah 2 x 10-11 J. Energi ini jauh melampaui energi yang diperlukan untuk mengionkan elektron dalam hidrogenHal ini menyebabkan usaha untuk melihat dalam atom dengan menggunakan sistem cahaya justru akan mengganggu pengukuran

fotonelektronelektronfoton(a)(b)Sebuah foton cahaya menumbuk elektron dan dipantulkan. Dalam tumbukan foton mengalihkan momennya kepada elektron. Foton yang dipantulkan dapat dilihat dalam mikroskop, tetapi elektron telah bergerak keluar dari fokus (b). Kedudukan elektron tak dapat ditentukan

Mekanika GelombangSalah satu implikasi struktur atom menurut prinsip ketidakpastian, tidak mungkin mengukur sekaligus kedudukan dan momen dari suatu elektronImplikasi lain diungkapkan oleh Schrodinger bahwa elektron dapat diperlakukan sebagai gelombang materi, gerakannya dapat disamakan dengan gerakan gelombangGerakan gelombang yang berkenaan dengan elektron haruslah terkait dengan pola terijinkanPola ini dapat diperikan dengan persamaan matematis yang jawabannya dikenal dengan fungsi gelombang () mengandung tiga bilangan kuantum yang jika ditentukan akan diperoleh hasil berupa orbital. 2 menggambarkan rapatan muatan elektron atau peluang menemukan elektron pada suatu titik dalam atom

Tiga macam penggambaran orbital 1s

Orbital 2s

Orbital Elektron dan Bilangan KuantumBilangan kuantum utama (n). Bilangan ini hanya mempunyai nilai positif dan bilangan bulat bukan noln = 1, 2, 3, 4, Bilangan kuantum orbital (azimut), l. yang mungkin bernilai nol atau bulat positif. Bilangan ini tidak pernah negatif dan tidak lebih besar dari n 1 l = 0, 1, 2, 3, , n 1 Bilangan kuantum magnetik (ml). Nilainya dapat positif, negatif, nol dan berkisar dari l s.d. +l (l bilangan kuantum orbital)ml = -l, -l + 1, -l + 2, , 0, 1, 2, , +l

Soal LatihanNyatakan perangkat bilangan kuantum berikut yang tidak terijinkan!n = 3, l = 2, ml = -1n = 2, l = 3, ml = -1n = 4, l = 0, ml = -1n = 5, l = 2, ml = -1n = 3, l = 3, ml = -3n = 5, l = 3, ml = +2

Setiap kombinasi tiga bilangan kuantum n, l dan m berkaitan dengan orbital elektron yang berbeda-bedaOrbital yang memiliki bilangan kuantum n yang sama dikatakan berada dalam kulit elektron atau peringkat utama yang samaSementara elektron yang mempunyai nilai l yang sama dikatakan berada dalam sub kulit atau sub peringkat yang samaNilai bilangan n berhubungan dengan energi elektron dan kemungkinan jaraknya dari intiNilai bilangan kuantum l menentukan bentuk geometris dari awan elektron atau penyebaran peluang elektron

Tiga gambaran orbital 2p

Ketiga orbital p

Kelima orbital d

Kulit elektron, orbital dan bilangan kuantum

Kulit utamaKLMn =12222333333333l =00111001112222ml =00-10+10-10+1-2-10+1+2Tanda orbital1s2s2p2p2p3s3p3p3p3d3d3d3d3dJml orbital pd subkulit113135Jml total orbital n2149

Spin (Rotasi) Elektron Bilangan Kuantum KeempatTahun 1925 Uhlenbeck dan Goudsmit mengajukan sifat yang tak dapat dijelaskan mengenai garis halus pada spektrum hidrogen, apabila elektron dianggap memiliki bilangan kuantum keempatSifat elektron yang berkaitan dengan bilangan ini adalah spin elektronElektron berotasi menurut sumbunya saat ia mengelilingi inti atom, terdapat dua kemungkinan rotasi elektronBilangan kuantum ini dinyatakan dengan ms bisa bernilai + atau

Konfigurasi ElektronAda tiga aturan dalam penentuan konfigurasiElektron menempati orbital sedemikian rupa untuk meminimumkan energi atom tersebutTak ada dua elektron dalam sebuah atom yang boleh memiliki keempat bilangan kuantum yang sama (prinsip eksklusi Pauli)Prinsip penggandaan maksimum, jika terdapat orbital orbital dengan energi yang sama, elektron menempatinya sendiri-sendiri sebelum menempatinya secara berpasangan

Urutan pengisian sub kulit elektron