1 F IS IKA MODERN

STRUKTUR ATOM

Muchammad Chusnan Aprianto

MODEL ATOM

Dalton’s model

(1803)

Thomson’s plum-pudding

model (1897)

Rutherford’s model

(1909)

Bohr’s model

(1913)

Charge-cloud model

(present)

Dorin, Demmin, Gabel, Chemistry The Study of Matter , 3rd Edition, 1990, page 125

Greek model

(400 B.C.)

+ - -

-

-

- e

e

e

+

+ +

+

+ +

+ +

e

e e

e

e

e e

"In science, a wrong theory can be valuable and better than no theory at all."

- Sir William L. Bragg

MODEL ATOM

Dalton’s model

(1803) Thomson’s plum-pudding

model (1897)

Rutherford’s model

(1909)

Bohr’s model

(1913) Charge-cloud model

(present)

Dorin, Demmin, Gabel, Chemistry The Study of Matter , 3rd Edition, 1990, page 125

1800 1805 ..................... 1895 1900 1905 1910 1915 1920 1925 1930 1935 1940 1945

1803 John Dalton

pictures atoms as

tiny, indestructible

particles, with no

internal structure.

1897 J.J. Thomson, a British

scientist, discovers the electron,

leading to his "plum-pudding"

model. He pictures electrons

embedded in a sphere of

positive electric charge.

1904 Hantaro Nagaoka, a

Japanese physicist, suggests

that an atom has a central

nucleus. Electrons move in

orbits like the rings around Saturn.

1911 New Zealander

Ernest Rutherford states

that an atom has a dense,

positively charged nucleus.

Electrons move randomly in

the space around the nucleus.

1913 In Niels Bohr's

model, the electrons move

in spherical orbits at fixed

distances from the nucleus.

1924 Frenchman Louis

de Broglie proposes that

moving particles like electrons

have some properties of waves.

Within a few years evidence is

collected to support his idea.

1926 Erwin Schrodinger

develops mathematical

equations to describe the

motion of electrons in

atoms. His work leads to

the electron cloud model.

1932 James

Chadwick, a British

physicist, confirms the

existence of neutrons,

which have no charge.

Atomic nuclei contain

neutrons and positively

charged protons.

+ - -

-

-

- e

e

e

+

+ +

+

+ +

+ +

e

e e

e

e

e e

HISTORICAL DEVELOPMENT

1. J.J. Thompson: Model kue bundar (1904)

Muatan elektron

Latar uniform

muatan positif

• Jumlah muatan positif = jumlah muatan negatif

• Bagaimana elektron berinteraksi?

• Tidak dapat menjelaskan eksperimen hamburan

2. Ekperimen Hamburan Rutherford (1909)

Partikel

berasal dari ion

helium ions He2+

Pantulan sudut

kecil

Pantulan sudut

besar

Yang terjadi di dalam atom?

Sudut pantulan

kecil

Sudut patulan

besar

USULAN MODEL ATOM BERDASARKAN EKSPERIMEN

• Sebuah atom terdiri dari elektron dan sebuah inti

• Inti bermuatan positif, ukurannnya kecil, ukuran

muatan = ukuran muatan elektron

• Elektron berevolusi pada inti atom seperti laiknya

gerak planet pada sistem tata surya

DUA PERBANDINGAN MODEL ATOM

Tidak sesuai dgn

eksperimen Sesuai dgn

eksperimen

KELEMAHAN

• Tidak bisa menjelaskan spektrum emisi dari

loncatan lintasan pada sebuah elektron

Model Atom Bohr

3. BOHR MODEL (1913)

• Menggunakan pendekatan semi-klasik:

• Mekanika klasik untuk hubungan gerak pada

gaya

• Postulat:

• Kuantisasi momentum angular dari orbit elektron

• Tidak ada energi yg hilang/bertambah ketika

elektron berputar pada orbit yg sama

• Transisi elektron dari satu orbit ke orbit yg lain menyebabkan energi hilang/bertambah

radiasi EM emisi spektrum

PENURUNAN • Model Bohr untuk Atom Hidrogen

Rumus Hkm ke-2 Newton untuk gerak melingkar:

2

22

4

1

r

e

r

vm

o

Energi total elektron

22

2

1

4mv

r

eKEPEE

o

Kuantisasi momentum sudut:

2

nhmvr

(1)

(2)

(3)

Penggabungan (1) dan (2)

r

emv

o4

22

(4)

dan

r

e

r

e

r

eE

ooo 842

1

4

222

(5)

Perbandingan (3) dan (4)

r

emrmvmr

hnrvm

o 44

2222

2

22222 (6)

Dari (6)

0

2

2

22 an

me

hnr o

n

(7) 222

42 1

88 nh

me

r

eE

oo

n

(8)

Emisi radiasi dari n1 ke n2 (dimana n1>n2)

2

1

2

2

22

0

4

nnn

1

n

1

h8

meEE

hchE

21

2

1

2

2

y2

1

2

2

32

4

n

1

n

1R

n

1

n

1

ch8

me1

0

(9)

• Dimana Ry ad. konstanta Rydberg

• Untuk m = 9.11x10-31kg, e = 1.602x 10-19C, h = 6.63x10-

34Js, o = 8.85x10-12 F m-1, c = 3x108 ms-1, 1eV =

1.602x10-19J, kita peroleh jari-jari pertama Bohr:

mxao

1010529.0

Potensial ionisasi, transisi dari n1=1 ke n2=

eVh

meE

o

ion 6.138 22

4

(10)

Konstanta Rydberg

17

32

4

10097.18

0

mxch

meRy

(11)

Persamaan (9) jg disebut perumusan Rydberg, dan

telah dirumuskan secara empiris jauh sebelum

perumusan Bohr

SPEKTRUM EMISI DARI EKSITASI ATOM HIDROGEN

• Atom hidrogen dapat dieksitasi melalui: tembakan

elektron, energi optikal atau energi termal

• Elektron dieksitasi ke level energi lebih tinggi

• Transisi dari level energi tinggi ke energi di

bawahnya menghasilkan emisi foton

Spektrum emisi dari atom hidrogen

Deret n2 Batas gelombang pendek

(x 10-10 m)

Lyman 1 912

Balmer 2 3650

Paschen 3 8220

TINGKAT ENERGI HIDROGEN

+ 1

3

4

TINGKAT ENERGI HIDROGEN

+

1

2

ATOM BOHR

cahaya tampak infrared ultraviolet

ATOM BOHR

APA YANG MENYEBABKAN BOHR MEMPERBOLEHKAN ELEKTRON PADA TINGKAT

ENERGI YANG SAMA?

Apa yang terjadi jika gaya dikenakan pada tali:

GELOMBANG SEMPIT

Hanya gelombang dengan panjang gelombang yang sesuai

dapat bertahan (gelombang yang lain saling meniadakan)

Elektron dalam atom merupakan gelombang materi terbatas ala de Broglie

Gelombang ini, jika terus terjadi, akan menggangu

dan pada akhirnya akan saling meniadakan

Bagaimanapun, jika lingkaran gelombang merupakan

n (bil. Integer) kali gelombang, secara berturut-turut

akan saling berinterfensi

Energi Bohr yang diperbolehkan berkorespondensi

dengan bilangan integer kali panjang gelombang

ORBIT BOHR

ORBIT-ORBIT BOHR

CONTOH

Carilah panjang gelombang terpanjang dan terpen-

dek yang dihasilkan oleh derat Balmer

• Panjang gelombang terpendek energi foton

terbesar (n1, n22)

• Panjang gelombang terpanjang energi foton

terkecil (n13, n22)

2

1

2

2

22

0

4

nnn

1

n

1

h8

meEE

hchE

21

21

22

21

22

320

4 1111

8

1

nnR

nnch

mey

Dimana

8334212

41931

320

4

10998.21063.61085.88

)106.1(1011.9

8 xxxxx

xxx

ch

meRy

=1.097x107m-1

Panjang gelombang terpendek S

17

2

7

21

22

102743.002

110097.1

111

mxxx

nnRy

S

S = 3.646x10-7m = 364.6 nm

Panjang gelombang terpanjang L

17

22

7

21

22

101524.03

1

2

110097.1

111

mxxx

nnRy

L

L = 6.563x10-7m = 656.3 nm

KEUNGGULAN MODEL ATOM BOHR

• Berhasil menjelaskan secara empiris perihal

spektrum emisi dari atom hidrogen

KELEMAHAN MODEL ATOM BOHR

• Penurunan dengan menganggap elektron sebagai

sebuah partikel kecil yang bertentangan dengan

konsep fisika modern

• Tidak bisa menggambarkan bagaimana bagaimana

elektron berprilaku ada tingkat energi yang sama

• Solusi terakhir dengan pendekatan Mekanika Kuantum –

dengan menggunakan persamaan Shroedinger.

TERIMA KASIH