ATOM

percobaan Rutherford, model atom Rutherford, model atom Bohr, tingkat energi atom, spektrum atomik, eksitasi atomik, laser

Tabung sinarkatoda meng-hasilkan berkaselektron, yangkeluar darikutub negatifmenuju kutubpositif

Penemuan Elektron & Model Atom Thompson

Sifat-sifat sinar katoda

Sinar katodamerambatdalamgaris lurus

Sinar katodadibelokkanoleh medanlistrik

Sinar katodadibelokkanoleh medanmagnet

Sinar katodamengasilkanpendaranpada dindingtabung

Sinar katodaadalah berkas

elektron !!

Jelly positif

Elektron(negatif)

Model atomThompson:atom adalahjelly positifyang dilekatielektron-elektron

Elektronadalah bagiandari atom !!

Percobaan Rutherford

Lembaran tipis emas ditembakkandengan sinar alfa dari suatu sumberradiaktif. Intensitas partikel alfa yangdihamburkan pada berbagai sudutdiukur.

Detektor yangdapat digerakkan

Sumberpartikel

Penghalang timbaluntuk mekolimasisinar

Foilemas

Percobaan ini dilakukan untukmenguji kebenaran model atomThompson yang berupa jellybermuatan positif yang dilekatioleh elektron-elektron yangbermuatan negatif.

Partikel

Jelly positif tempatmelekatnya elektron

Jika model atom Thompsonbenar, maka lintasanpartikel alfa hanya mengalamisedikit pembelokan. Tidak adapartikel alfa yang dihambur-kan dengan sudut besar

Hasil Percobaan Rutherford

Sebagian besar partikel alfamenembus foil emas. Sebagiankecil partikel dipantulkan dengansudut yang sangat besar. Bahkanada sebagian yang sangat kecilpartikel alfa yang dipantulkandalam arah yang hampirberlawanan dengan sinar datang.

Intiatomemas

Dugaan prosestumbukan yangterjadi. Massaemas terkonsentrasipada inti bermuatanpositif yangukurannya sangatkecil. Sebagianbesar volum zatadalah ruangkosong

Model Rutherford:elektron mengitari intidalam orbit lingkaran

Masalah dengan model atom Rutherford

Elektron mengitari inti dalamorbit lingkaran mengalamipercepatan terus-menerus(sentripetal). Partikel bermu-atan yang mengalami perce-patan memancarkangelombang EM (rekuensi samadengan frekuensi putaranelektron)

Energi elektron makinkecil, lintasannya makindekat ke inti, dan freku-ensi putaran berubah-terus menerus.Lintasan elektron berupaspiral. Akhirnya elektronjatuh ke inti (atomtidak stabil)Frekuensi yang dipancarkanatom kontinu.

Lintasan partikel bermuatan dalam medan magnetyang semula lingkaran berubah menjadi spiral.

Frekuenksi kontinu

H

Na

Hg

Tidak sesuai dengan pengamatan spektrumemisi atom berupa garis-garis terpisah

Model atom Bohr

Terdapat orbit tertentu yangdimiliki elektron sekitar intidi mana tidak terjadi pemancarangelombang elektromagnetikmeskipun elektron memilikipercepatan (prinsip kuantisasi orbit).Orbit tersebut disebut orbitstasioner. Pandangan ini tidaksesuai dengan elektrodinamikaklasik.

Merupakan penyempurnaan model atomRutherford. Konsep kuantum diperkenal

kan pertama kali pada atom.

Pemancaran atau penyerapangelombang EM terjadi jika elektronmeloncat dari satu orbit stasionerke orbit orbit stasioner lain.Frekuensi gelombang EM yangdipancarkan/diserap memenuhi

hf = Eorb-akhir – Eorb-awal

Mem

anca

rkan

gel.

EM

Menyerap

energi

Orb

it

stati

oner

Postulat kuantisasi Bohr

Orbit stasioner memilikimomentum sudut yangmerupakan kelipatanbulat dari

h/2

h : konstanta Planck

L = m v rn = n h2

n = 1, 2, 3, …,

n : bilangan kuantum orbitrn : jari-jari orbit yang berkaitan dengan bilangan kuantum n

Niels Bohr

Kuantisasi jari-jari Orbit

Gaya tarik inti pada elektronyang berada pada orbit stasionerdengan bilangan kuantum n

2

)(

nr

eZekF

nn r

mv

r

Zek

2

2

2

Elektron tetap pada orbitnyajika terpenuhi

e : muatan elektronZe : muatan intim : massa elektronk : 1/4o

o : permitivitas vakum

nmr

hnv

2

Dari persamaan kuantisasimomentum sudut dapatditulis

(1)

(2)

(3)

Substitusi (3) ke dalam (2)dan atur ualng, diperoleh

22

22

4 mke

h

Z

nrn

(4)

Persamaan (4) merupakan persamaan kuantisasi jari-jari orbit stasioner.

Khusus untuk atomhidrogen (Z=1), Bn anr 2 dengan 22

2

4 mke

haB

= 0,529 10-10 m

Jari-jariBohr

nk r

ZekmvE

22

2

1

2

1

Dari persamaan (2) dapatditurunkan energi kinetikelektron pada orbit denganbilangan kuantum n

np r

ZekE

2

Energi potensialelektron pada orbit denganbilangan kuantum n

Energi totalelektron pada orbit denganbilangan kuantum n nnn

pk r

Zek

r

Zek

r

ZekEEE

222

2

1

2

1

Kuantisasi Energi

Substitusi rn yang diberikanoleh persamaan (4) ke dalampersamaan (7) diperolehpersamaan kuantisasi energi

2

242

2

2 2

h

mke

n

ZEn

Khusus untuk atomhidrogen dengan Z=1, 12

1E

nEn dengan 2

242

1

2

h

mkeE

= 13,6 eV

(5)

(6)

(7)

(8)

(8)

7 | 10

Diagram level Energi atom Hidrogen.

Keadaan dasar dan keadaan tereksitasi atom H

Jika elektron berada pada orbit dengan n = 1 maka atom H dikatakanberada pada keadaan dasar. Tetapi jika elektron berada pada orbit dengann > 1 maka atom dikatakan berada pada keadaan tereksitasi

n = 1

n = 2

n = 3

n = 1

n = 2

n = 3

n = 1

n = 2

n = 3

Keadaan dasar Keadaan tereksitasi

Transisi elektron dalam atom H

Jika atom mendapat energi dari luar, maka energi tersebut dapat diserapoleh elektron untuk meloncat dari orbit dengan bilangan kuantumkecil ke orbit dengan bilangan kuantum besar. Atom selanjutnya beradadalam keadaan tereksitasi.

Keadaan tereksitasi bukan merupakan keadaan stabil. Elektron hanyabertahan sesaat pada orbit dengan bilangan kuantum n > 1, sebelumkembali ke bilangan n = 1 (atom kembali ke keadaan dasar)

ifΔ EEE

E

(9)

Deret spektrum emisi atom H

Dengan menggunakan hubunganc

f

Persamaan (9) dapat ditulis

(10)

(11)

Substitusi persamaan (8) kedalam persamaan (11) diperoleh

nmnm

EEhc

11

22

1 111

mnhc

E

nm (12)

Dengan menggunakan persamaan (8) dan (12) diperoleh

hc

E1= 1,0974 10-7 m-1

2

242

2

2 2

h

mke

n

ZEn

yang persis sama dengan konstanta Rydberg RH = 2.179 × 10-18 J yang diperoleh secara eksperimen

Dengan memasukkan n = 2 pada persamaan (12)

diperoleh rumus yang persis sama dengan rumus empiris Balmer 1885 di persamaan (13).

m = 3, 4, …;

Dari sini dapat disimpulkan bahwa, spektrum tampak atom hidrogendihasilkan akibat perpindahan elektron dari orbit dengan bilangankuantum n > 2 ke orbit dengan bilangan kuantum n = 2.

22

1 111

mnhc

E

nm

22

1

2

11

mRH

410 nm

434 nm

486 nm

656 nm

Spektrum tampak atom H

Atom hidrogen juga memiliki grup spektrum di daerah ultraviolet yang di-kenal dengan deret Lyman. Grup spektrum ini dihasilkan oleh transisielektron dari orbit dengan bilangan kuantum n > 1 ke orbit denganbilangan kuantum n = 1.

Grup spektrum di daerah inframerah yang dikenal dengan deret Paschendihasilkan jika terjadi transisi elektron dari orbit dengan bilangankuantum n > 3 ke orbit dengan bilangan kuantum n = 3, deret Bracketdihasilkan oleh transisi ke n = 4, dan deret Pfund akibat transisi ke n = 5.

Lebih jauh, teori Bohr juga meramalkan keberadaan deret spektrum lainyang dimiliki atom hidrogen di daerah ultraviolet dan inframerah.

Deret spektrum atom hidrogen

eksitasi atom H• n>1 ke n=1 Lyman UV

• n>2 ke n=2 Balmer tampak

• n>3 ke n=3 Paschen IR

• n>4 ke n=4 Bracket• n>5 ke n=5 Pfund

Planck

Vibrasi atom hanya mempunyai energi tertentu:

E = h or 2h or 3hEinstein

Energi terkuantisasi dalam foton:

E = hBohr

Elektron dalam atom mempunyai energi tertentu; unt hidrogen:

numberquantumprincipalJ,10x2.179 18H

2H

nR

n

RE

Pernyataan2 Kuantisasi Energi

LaserCara terjadi radiasi EM/foton

Pemancaran spontanatom* atom + foton

Penyerapan terimbasatom + foton atom*

Pemancaran terimbasatom* + foton atom +2foton

Ke 2 foton mempunyai arah gerak dan energi yang sama sehingga gel Emnya sefase ( koheren )

Prinsif sederhana Laser

• Jika pemancaran terimbas terjadi pada sistem banyak atom maka akan terjadi proses penggandaan foton2 yang koheren

Kendala: el pd keadaan eksitasi susah dipertahankan dan sebagian foton diserap oleh el dlm keadaan dasar… keadaan metastabil

Laser HeNe

He Ne

metastabiltumbukan

=632,8 nm