210729327 atom elektron banyak modul

(© SMA NEGERI 8 JAKARTA) Halaman -1-

ATOM BERELEKTRON BANYAK

A. MODEL ATOM BOHR

* KeunggulanDapat menjelaskan adanya :1. Kestabilan atom2. Spektrum garis pada atom hidrogen (deret Lyman, Balmer, Paschen, Brackett,

Pfund)

* KelemahanTidak dapat menjelaskan :1. Efek Zeeman yaitu, gejala tambahan garis-garis spektrum jika atom-atom

tereksitasi diletakkan dalam medan magnet.2. Spektrum garis yang dipancarkan oleh atom berelektron banyak.3. Pada spektrum suatu atom, beberapa garis spektrum memiliki intensitas lebih

besar dari garis spektrum yang lain.

B. MODEL ATOM MEKANIKA KUANTUM

* Dikembangkan oleh Erwin Schrodinger dan Werner Heisenberg

* Dikenal dengan Teori Mekanika Kuantum1. Bilangan kuantum utama (n)

- Menentukan besar energi total elektron

Energi total elektron atom hidrogen

eVn

6,13E 2−=

Energi total elektron ion He+, Li2+

2

2

nz6,13E ⋅

−= z = nomor atom

He+ → z = 2Li2+ → z = 3

- Energi total elektron banyak

2

2ef

nz6,13E ⋅

−= zef = nomor atom efektif

- Jumlah elektron maksimum pada orbit ke-n adalah 2n2 jadi 2n2e =∑2. Bilangan Kuantum Orbital/Azimuth

- Penemu : Arnold Sommerfeld → orbit ellips- menentukan besar momentum anguler/sudut orbital elektron- l = (n – 1) jadi l = 0, 1, 2, 3, ...- besar momentum sudut (L)


π+=

2h)1(L ll

π2h = h

h : tetapan Planck- l makin kecil → L makin kecil bentuk orbit semakin pipih.

3. Bilangan kuantum magnetik (ml)- Menunjukkan arah dari momentum sudut orbital- lm = − l , ..., 0, ... + l

- Banyaknya nilai yang diperbolehkan (jumlah orbital)

12m += ll

- Arah momentum sudut dikuantisasi dengan acuan ke medan magnet luar: kuantisasi ruang (Lz)

hlmLz =

Contoh : l = 2

- Anomali efek Zeeman (AEZ) : pengecualian gejala tambahan garis spektrumyang tidak sesuai dengan jumlah yang diperkirakan.Contoh : garis pertama deret Balmer dari atom hidrogen yang

menunjukkan sebuah struktur halus oleh Phipps dan Taylor

4. Bilangan Kuantum Spin (ms)- Menunjukkan arah perputaran elektron pada sumbunya- Ada 2 nilai, ms = ± 2

1

- Pauli berhasil menjelaskan adanya AEZ (penyebab → rotasi tersembunyi)- Goudsmit & Uhlenbeck → rotasi tersembunyi disebabkan oleh momentum

sudut intrinsik (momentum sudut spin)- Besar momentum sudut spin (S)

h)1m(mS ss +=

l = 3

l = 2

l = 1l = 0

inti

h6

h6

h6

h6

z2 h

h

0

− h

−2 h

L = h)12(2 + = h6


- Arah vektor momentum sudut spin (Sz)

hsz mS =

Nama kulit K L M N OBilangan kuantum utama (n) 1 2 3 4 5Nama subkulit s p d f gBilangan kuantum orbital ( l ) 0 1 2 3 4Banyak orbital ( 12m += ll ) 1 3 5 7 9Jumlah elektron (Σ l = 2 × m) 2 6 10 14 18

* KONFIGURASI ELEKTRONYaitu : susunan elektron-elektron dalam atom yang sesuai dengan tingkat

energinya.

Aturan-aturan1. Prinsip Aufbau Elektron mengisi orbital dari tingkat energi yang paling rendah sampai yang

paling tinggi.Contoh : Atom K → z = 19, konfigurasi elektronnya 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

2. Aturan Hund• Dalam orbital yang setingkat, elektron-elektron tidak boleh berpasangan

sebelum seluruh orbital setingkat terisi oleh sebuah elektron.• Contoh :

tidak boleh

3. Larangan Pauli dalam satu atom tidak boleh ada elektron yang mempunyai keempat bilangan

kuantum yang sama harganya.

* SPEKTRUM EMISI & ABSORPSI Adanya spektrum menunjukkan adanya tingkat energi.

1. Spektrum Emisi• Dihasilkan dari zat yang memancarkan gelombang elektromagnetik• Dapat diamati denan spektroskop• Ada 3 jenis :

a. spektrum garis- dihasilkan oleh gas-gas bertekanan rendah yang dipanaskan- terdiri dari garis-garis cahaya monokromatik dengan panjang

gelombang tertentu yang merupakan karakteristik dari unsur yangmenghasilkan spektrum tersebut

1s2p2s

3d3p3s4f4d5p4s5f5d5p5s

6d6p6s7s


b. spektrum pita- dihasilkan oleh gas dalam keadaan molekuler

Contoh gas H2, O2, N2 dan CO- spektrum yang dihasilkan berupa kelompok-kelompok garis yang

sangat rapat sehingga membentuk pita-pita.c. spektrum kontinue

- spektrum kontinue terdiri atas cahaya dengan semua panjanggelombang, walaupun dengan intensitas yang berbeda

- dihasilkan oleh zat padat, zat cair dan gas yang berpijar

2. Spektrum Absorpsi- terjadi karena penyerapan panjang gelombang tertentu oleh suatu zat

terhadap radiasi gelombang elektromagnetik yang memiliki spektrumkontinue

- terdiri dari sederetan garis-garis hitam pada spektrum kontinue- Contoh : spektrum matahari

sepintas spektrum matahari tampak seperti spektrum kontinue, tetapi jikadicermati akan tampak garis-garis gelap terang yang disebut garis-garisFraunhofer.Hal ini disebabkan cahaya putih dari bagian inti matahari diserap olehatom-atom atau molekul-molekul gas dalam atmosfer matahari maupunatmosfer bumi.

* ENERGI IONISASI DAN AFINITAS ELEKTRON Apabila suatu atom menerima energi dari luar yang cukup untuk mengeksitasi

elektron melampaui tingkat energi tertinggi, maka elektron tersebut akanmeninggalkan atom. Energi ionisasi : energi terendah yang dibutuhkan untuk melepaskan sebuah

elektron dari ikatan atomnya

Contoh : energi ionisasi atom hidrogen pada kulit ke-n adalah eVn

6,13En 2+

=

Ø Energi ionisasi merupakan ukuran kestabilan konfigurasi elektron terluardari suatu atom

Ø Makin besar energi ionisasi, makin sukar atom tersebut untuk melepaskanelektron

Ø Dalam satu periode dari kiri ke kanan energi ionisasinya makin besarØ Dalam satu golongan dari atas ke bawah energi ionisasinya makin

§ Jumlah elektron pada orbit terluar disebut ELEKTRON VALENSI§ Elektron valensi kurang dari 4 cenderung melepaskan elektron, sedangkan

yang lebih dari 4 cenderung menerima elektron§ Atom-atom yang menangkap elektron membentuk Ion negatif disertai dengan

pembebasan sejumlah energi

AFINITAS ELEKTRON : energi yang dibebaskan pada saat suatu atommenangkap sebuah elektron


MOLEKUL, ZAT PADATPITA ENERGI

A. MOLEKUL

molekul terbentuk karena adanya gaya tarik-menarik antara 2 atom atau lebih (gayacoulomb)

Ikatan molekul1. Ikatan Ion

- disebabkan oleh gaya coulomb, atom satu melepas satu elektron terluarnya danyang lain menerima.

- Contoh : NaCl

+ + + +

ClNa Cl−Na+

Na → Na+ + e (membutuhkan energi)Cl + e → Cl− (melepaskan energi)

2. Ikatan Kovalen- ikatan yang terjadi di antara dua atom dengan memakai satu atau dua elektron

bersama.- Contoh : H2

H → H+ + e H2

3. Ikatan Hidrogen- terjadi akibat gaya tarik-menarik elektrostatik kuat antara hidrogen pada satu

molekul dengan atom N, O atau F dari molekul lain.

B. ZAT PADAT

Zat padat terbentuk karena antaratomnya terikat oleh ikatan :- ionik (garam padat)- kovalen (intan)- Van der Waals (H2O padat)- hidrogen (hidrogen padat)- logam

1. Ikatan Van der Waals Ikatan yang terjadi karena gaya tarik-menarik antar dipol (H2O dengan H2O), N2

padat, CH4 padat.


2. Ikatan Logam Ikatan terjadi antara awan elektron dengan ion-ion positif

C. PITA ENERGI

Elektron-elektron yang mengelilingi inti atom memiliki energi. Bila atom-atomberdekatan, maka elektron-elektron pada atom mengalami pergeseran/perubahanenergi.

Pita Energi : sekumpulan energi-energi yang besarnya tidak jauh berbeda.

Banyak elektron pada setiap pita energi adalah N)12(2e +=∑ l

Keterangan : l = bilangan kuantum orbital (0, 1, 2, 3, ...) N = banyaknya atom yang saling berdekatan

Pita Valensi (PV) : pita energi terakhir yang terisi penuh elektronPita Konduksi (PK) : pita energi yang terisi sebagian atau tidak terisi elektronCelah Energi (CE) : selisih energi pada pita valensi dan konduksi

Contoh : Na11

Pada Na11 pita konduksi terisi sebagian oleh sebab ituelektron-elektron pada PK akan bergerak bebas yangmemungkinkan Na sebagai konduktor yang baik.

Ditinjau dari konduktivitas zat pada yang berkaitan dengan pita energi dibagi sebagaiberikut :

1. Konduktor• PV penuh• CE sempit• PK sebagian

2. Isolator• PV penuh• CE lebar• PK kosong

E

E 2s

E 1s

atom tunggal

E

pita energi

Banyak atom berdekatan

N

6N2p

2N2s2N1s


3. Semikonduktor• PV penuh• CE sedang• PK kosong

SEMIKONDUKTOR (Si, Ge)

Berdasarkan kemurniannya, semikonduktor dibedakan menjadi :

1. Intrinsik• Semikonduktor yang belum dikotori• Bersifat isolator pada suhu rendah• Bersifat konduktor pada suhu sedang (300 K)

2. Ekstrinsik• Semikonduktor yang telah dikotori (golongan IIIA, VA)• Bersifat isolator pada suhu rendah• lebih bersifat konduktor jika dibanding intrinsik

Ada dua macam semikonduktor Ekstrinsik, yaitu :

a. Semikonduktor ekstrinsik tipe N- dibuat dengan mengotori kristal Si (IVA) dengan atom golongan VA(As, Sb, P)

- Atom-atom golongan VA (As) disebut atom donor (menyumbangkan sebuahelektron bebas)

- Pembawa muatan mayoritas : elektron- Pembawa muatan minoritas : hole- Untuk menjadi konduktor hanya dibutuhkan sedikit energi ± 0,05 eV

b. Semikonduktor ekstrinsik tipe P- dibuat dengan mengotori kristal Si (IVA) dengan atom golongan III(Boron, Al,

Ga, I, Tl)

- Pembawa muatan mayoritas : hole- Pembawa muatan minoritas : elektron

AsSi Si

Si

Si

elektron bebas

BSi Si

Si

Si

hole


Kegunaan semikonduktor1. Thermistor (Thermally Sensitive Resistor)

- thermometer hambat yang sangat peka- dasar kerja : kenaikan suhu, hambat jenis semikonduktor turun sehingga kuat

arus naik.2. Penunda arus3. Pengukur intensitas cahaya

- semakin besar intensitas cahaya semakin banyak fotonnya sehingga semakinbesar energi yang dibawa berkas cahaya itu. Hal ini menyebabkan penurunanhambat jenis sehingga menaikkan kuat arus listrik pada rangkaian.

4. Penyaring- energi foton sinar inframerah sesuai dengan celah energi germanium, sehingga

apabila sinar putih dilewatkan pada kristal Ge, hanya sinar inframerah saja yanglolos sedangkan sinar-sinar yang lain diserap.

SOAL-SOAL LATIHAN(Atom Berelektron Banyak, Molekul, Zat Padat dan Pita Energi)

1. Salah satu konsep atom menurutDalton adalah ...a. molekul terdiri dari atom-atomb. massa keseluruhan atom berubahc. atom tidak bergabung dengan atom

lainnyad. atom tidak dapat membentuk suatu

molekule. atom dapat dipecah-pecah lagi

2. Percobaan hamburan Rutherfordmenghasilkan kesimpulan ...a. atom adalah bagian terkecil dari

unsurb. elektron adalah bagian atom yang

bermuatan listrik negatifc. atom memiliki massa yang tersebar

secara meratad. massa atom terpusat di suatu titik

yang disebut intie. elektron mengelilingi inti pada

lintasan tertentu

3. Berikut ini beberapa kesamaan antaramodel atom Rutherford dan model atomBohr, kecuali ...a. elektron berputar mengelilingi inti

dengan membebaskan sejumlahenergi

b. elektron merupakan bagian atomyang bermuatan negatif

c. atom berbentuk bola kosong denganinti berada di tengah

d. secara keseluruhan atom bersifatnetral

e. massa atom terpusat pada inti atom


4. Salah satu model atom menurut Bohradalah ...a. elektron bergerak dengan lintasan

stasionerb. energi foton yang terpancar

berbanding terbalik dengan fc. tidak memiliki momentum angulerd. atom merupakan bola pejal

bermuatan positife. atom tidak dapat dipecah-pecah lagi

5. Dalam postulat Bohr tentangmomentum sudut, tersirat sifatgelombang elektron, panjang gelombangλ elektron yang bergerak dalam suatuorbit berjari-jari r memenuhi ... .

(n : bilangan bulat)a. r = nλb. 2πr = nλc. 2πr = n2λ

d. r =nλ

e. 2πr = 2nλ

6. Menurut Bohr, elektron bergerakmengelilingi inti hanya pada lintasantertentu dan besarnya momentumanguler elektron pada lintasan ituadalah ...a. berbanding terbalik dengan tetapan

Planckb. berbanding lurus dengan tetapan

Planckc. berbanding lurus dengan tetapan

Rydbergd. berbanding terbalik dengan tetapan

Rydberge. berbanding terbalik dengan

momentum linier

7. Sebuah atom akan memancarkan foton,apabila salah satu elektronnya ... .a. meninggalkan atom itub. bertumbukan dengan elektron

lainnyac. bertukar tingkat energi dengan

elektron yang laind. mengalami transisi ke tingkat energi

yang lebih rendahe. mengalami transisi ke tingkat energi

yang lebih tinggi


8. Menurut teori atom Bohr, elektronbermassa 9 × 10−31 kg pada atomhidrogen dengan jari-jari 0,53 Å akanmempunyai kecepatan sebesar ...a. 2

1 c d. 1001 c

b. 51 c e. 137

1 c

c. 131 c

9. Pemancaran sinar ultraviolet pada atomhidrogen terjadi apabila elektronberpindah dari ... .a. lintasan 1 ke lintasan 2b. lintasan 2 ke lintasan 4c. lintasan 3 ke lintasan 2d. lintasan 4 ke lintasan 1e. lintasan 4 ke lintasan 2

10. Berdasarkan model atom Bohr, tetapanRydberg 1,097.107 m−1 jika terjaditransisi elektron dari lintasan n = 4 kelintasan n = 2 dipancarkan foton denganpanjang gelombang ... .a. 1,82 × 10−7

b. 2,43 × 10−7

c. 3,65 × 10−7

d. 4,86 × 10−7

e. 7,29 × 10−7

11. Jika konstanta Rydberg 1,097.107m−1,maka panjang gelombang terbesar darideret Balmer adalah ...a. 1215 Å d. 6563 Åb. 4050 Å e. 8752 Åc. 5127 Å

12. Energi foton sinar tampak yangdipancarkan atom hidrogen ketikaterjadi transisi elektron dari kulit ke-4ke kulit ke-2 adalah ...a. 13,6 eV d. 2,55 eVb. 6,8 eV e. 54,4 eVc. 3,4 eV

13. Jika energi elektron atom hidrogen padatingkat dasar 13,6 eV, maka energi yangdiserap atom hidrogen agar elektronnyatereksitasi dari tingkat dasar ke lintasankulit M adalah ... .a. 6,82 eV d. 10,20 eVb. 8,53 eV e. 12,09 eVc. 9,07 eV


14. Bila elektron berpindah dari kulit M kekulit K pada atom hidrogen dan Radalah tetapan Rydberg, maka panjanggelombang yang terjadi besarnya ...

a.R98

b.R89

c.R9

17

d.R17

9

e.R1

15. Elektron atom hidrogen model Bohrmengelilingi intinya dengan bilangankuantum n, bila energi ionisasi atom itubernilai 16

1 kali energi ionisasi atom itu

dalam keadaan dasarnya, maka nilai nitu adalah ... .a. 2b. 4c. 8d. 16e. 32

16. Dalam model atom Bohr, elektron atomhidrogen yang mengorbit di sekitar intiatom membangkitkan kuat arus listrikrata-rata sebesar 0,8 mA pada suatutitik di orbit lintasannya, bila besarmuatan elektron adalah 1,6.10−19 Cmaka jumlah putaran per sekonelektron tadi mengelilingi inti adalah ...a. 5 × 1012

b. 5 × 1013

c. 5 × 1015

d. 5 × 1016

e. 5 × 1018

17. Pada model atom Bohr, elektron atomhidrogen bergerak dengan orbitlingkaran dengan laju sebesar 2,2.106

m/s, jika e = 1,6.10−19 c danme = 9,1.10−31 kg, maka besarnya aruspada orbit tersebut adalah ... .a. 1,06 pAb. 1,06 nAc. 1,06 µAd. 1,06 mAe. 1,06 A


18. Diagram di bawah ini menunjukkanempat tingkatan energi suatu atomlogam

dari pengolahan data di atas, denganmengendalikan transisi ke tingkatanenergi yang lebih rendah selalumungkin, dapat ditarik kesimpulanbahwa :1. ada 6 garis spektrum yang mungkin

terjadi akibat transisi elektron2. panjang gelombang minimum

spektrum emisinya 1.10−7m3. panjang gelombang maksimum

spektrum emisinya 5.10−7m4. adanya komponen spektrum emisi

yang merupakan sinar tampak

19. Perbandingan frekuensi yangdipancarkan foton apabila elektronpindah dari orbit 2 ke orbit 1 denganelektron yang pindah dari orbit 4 keorbit 1 adalah ...a. 4 : 5 d. 2 : 4b. 4 : 2 e. 1 : 4c. 4 : 1

20. Atom A dapat mengadakan ikatan ionikdengan atom B jika ...a. atom A dan atom B saling

melepaskan sejumlah elektronterluar yang sama jumlahnya

b. atom A dan atom B merupakanatom dari suatu unsur yang sejenis

c. atom A dan atom B memakaisejumlah elektron secara bersama-sama

d. atom A dan atom B membentukdipol-dipol listrik

e. atom A melepaskan sejumlahelektron dan atom B menerimaelektron tersebut

21. Ikatan antaratom dengan pemakaianbersama sejumlah elektron pada kulitterluar atom-atom penyusun disebut ... .a. ikatan Van der Waalsb. ikatan ionikc. ikatan kovalend. ikatan logame. ikatan hidrogen

-5,2 . 10-19 J-9,0 . 10-19 J-16,4 . 10-19 J-24,6 . 10-19 J


22. Semikonduktor tipe-n memiliki ...a. tingkat energi akseptor yang

terletak di dekat pita konduksib. tingkat energi donor yang terletak di

dekat pita valensic. tingkat energi akseptor yang

terletak di dekat pita valensid. tingkat energi donor yang terletak di

dekat pita konduksie. tingkat energi donor yang terletak di

bawah pita valensi

23. Pengotoran (doping) pada bahansemikonduktor intrinsik dimaksudkanuntuk ...a. menurunkan daya hantar listriknyab. menurunkan resistivitasnyac. menurunkan harga jualnyad. memperbesar celah energinyae. memperbesar hambatan jenisnya

24. Semikonduktor intrinsik pada OKbersifat sebagai isolator, karena ... .a. jarak celah energi antara pita

valensi dan pita konduksi terlalubesar

b. tidak ada tingkat energi akseptorpada pita energi

c. tidak ada tingkat energi donor padapita energi

d. tidak cukup energi bagi elektronuntuk pindah ke pita konduksi

e. tidak ada pembawa muatan yangdiberikan dari luar

25. Yang berfungsi sebagai pembawamuatan mayoritas dalam bahwa semi-konduktor ekstrinsik tipe n adalah ...a. elektronb. protonc. holed. elektron dan holee. proton dan hole

26. Beberapa sifat sinar-X adalah ...1. dapat menghitamkan film2. mampu menembus keping kayu3. bergerak menurut garis lurus4. menimbulkan ion-ion dalam udara

yang dilaluinya

210729327 atom elektron banyak modul

Documents