765

4

3

2

1

BAB 1

1. Jelaskan mengapa agar terjadi efek fotolistrik diperlukan energi ambang tertentu yang tergantung dari jenis logam

target!

Jawaban:

Cahaya memancarkan energinya berupa paket-paket energi (foton), dimana setiap foton menyerahkan seluruh energinya

pada satu elektron yang terikat pada logam target. Di dalam logam, elektron terikat dengan gaya ikat tertentu oleh inti

atom logam. Untuk melepaskan elektron dibutuhkan energi untuk melawan energi ikat elektron tersebut. Hal inilah

yang menyebabkan diperlukannya energi ambang tertentu agar terjadi efek fotolistrik. Dimana besarnya energi ambang

tersebut tergantung pada jenis logam target.

2. Jelaskan perbedaan antara pengertian radiasi elektromagnetik (energi) oleh teori klasik dengan teori kuantum cahaya!

Jawaban:

Berdasarkan teori klasik, radiasi elektromagnetik dipancarkan secara malar (kontinyu) sementara pada teori kuantum

cahaya, radiasi elektromagnetik dipancarkan (atau diserap) dalam bentuk paket-paket energi yang disebut kwanta.

3. Buktikan bahwa panjang gelombang spektrum atom H sebesar 410 nm sesuai dengan persamaan balmer

Jawaban:

Panjang gelombang spektrum atom H yaitu 410 nm. Untuk membuktikan apakah panjang spektrum atom H sesuai

dengan persamaan Balmer dapat dilakukan dengan cara:

mencari nilai energi yang dipancarkan pada panjang gelombang

λ= cv

4,10 x 10−7 m=3 x 108 m /sv

v= 3 x108 m/ s4,10 x10−7m

v=7,317 x1014 Hz

Setelah ν didapatkan maka bisa dicari nilai energinya

E=h v

¿6,626 x10−34 Js .7,317 x1014 Hz

¿4,8 x 10−19 J

Bandingkan nilai energi dari panjang gelombang ini dengan energi yang didapatkan dari persamaan Balmer dengan

menghitung selisih posisi awal elektron dengan posisi akhir elektron. Posisi awal elektron dan posisi akhir elektron

dapat ditentukan dengan melihat tingkatan energi deret Balmer.

Dari gambar disamping dapat dilihat panjang gelombang 410 nm

terjadi ketika elektron pada n = 4 berpindah ke n = 2 maka dapat

dihitung energi sesuai dengan pernyataan Balmer

Perbadingan nilai energi dari panjang gelombang dengan energi

sesuai persamaan Balmer dapat dilihat sesuai persamaan berikut:

ΔΕ=h ν=RH ( 1ni

2 −1nf

2 )

410 nm

4,8 x 10−19 J ≈ 2,18 x10−18

J ( 1

42 −1

22 )4,8 x 10−19 J ≈ 4,08 x 10−19

Jadi dapat dilihat bahwa nilai energi dari panjang gelombang mendekati nilai energi berdasarkan persamaan Balmer.

1. Jelaskan secara singkat eksperimen yang dilakukan oleh Rutherford!Jawaban:Rutherford melakukan eksperimen dengan melakukan penembakan sinar alfa  terhadap sebuah sasaran sebuah lempeng emas yang amat tipis, dimana hasil eksperimennya adalah sebagian kecil sinar alfa dipantulkan dan dibelokkan serta sebagian besar diteruskan, apabila sebagian besar  sinar diteruskan, artinya sebagian besar atom-atom terdiri dari ruang kosong. Ada sebagian sinar yang dipantulkan , ini berarti di dalam atom terdapat  bagian yang rapat dan padat. Sedangkan sinar dibelokkan, artinya sinar melewati  bagian dari lempeng logam yang bermuatan positif dan dibelokan arahnya, karena tertolak muatan yang sama.

2. Jelaskan bagaimana JJ.Thomson dapat menerangkan sifat-sifat sinar katoda!Jawaban: Penyelidikan sifat-sifat sinar katoda yang dilakukan Thomson adalah dengan mendekatkan  medan listrik ke tabung kaca bermuatan. Ternyata sinar yang mulanya bergerak lurus menjadi berbelok mendekati medan listrik yang bermuatan positif. Kenyataan ini  membuatnya berkesimpulan bahwa sinar katoda itu bermuatan listrik negatif. Ia juga menyimpulkan bahwa sinar katoda itu suatu materi setelah mengamati  sinar katoda  dapat memutar baling-baling yang ditaruh di dalam tabung.

3. Jelaskan mengapa teori atom Rutherford tidak dapat menjelaskan bahwa atom bersifat stabil dan tidak dapat menjelaskan bahwa spektrum atom hidrogen berupa spektrum garis (diskrit/diskontinu)!Jawaban:

a. Tidak dapat menjelaskan bahwa atom bersifat stabil. Teori atom Rutherford bertentangan dengan Hukum

Fisika Maxwell. Jika partikel bermuatan negatif (elektron) bergerak mengelilingi partikel bermuatan

berlawanan (inti atom bermuatan positif), maka akan mengalami percepatan dan memancarkan energi berupa

gelombang elektromagnetik. Akibatnya energi elektron semakin berkurang. Jika demikian halnya

maka lintasan elektron akan berupa spiral. Pada suatu saat elektron tidak mampu mengimbangi gaya tarik inti

dan akhirnya elektron jatuh ke inti. Sehingga atom tidak stabil padahal kenyataannya atom stabil.

b. Tidak dapat menjelaskan bahwa spektrum atom hidrogen berupa spektrum garis (diskrit/diskontinu). Jika

elektron berputar mengelilingi inti atom sambil memancarkan energi, maka lintasannya berbentuk spiral.

Ini berarti spektrum gelombang elektromagnetik yang dipancarkan berupa spektrum pita (kontinu) padahal

kenyataannya dengan spektrometer atom hidrogen menunjukkan spektrum garis.1. Bagaimana bisa Joseph J. Thomson melalui eksperimennya yakin bahwa sinar katode bukanlah gelombang,

melainkan arus partikel yang memiliki massa dan bermuatan negatif? Apa yang mendasari pendapat tersebut?

Mengapa dalam eksperimennya, Joseph J. Thomson menggunakan tabung kaca vakum? Dan mengapa model atom

Thomson ini berhasil dipatahkan oleh Rutherford?

Jawab:

Joseph J. Thomson melalui eksperimennya yakin bahwa sinar katode bukanlah gelombang, melainkan

arus partikel yang memiliki massa dan bermuatan negatif. Ini terjadi karena eksperimen yang dilakukannya

menunjukkan adanya sinar yang keluar dari elektrode negatif (katode) menuju elektrode positif (anode). Sinar

katode ini tidak dapat terlihat oleh mata, tetapi dapat memendarkan zat tertentu sehingga dapat terlacak

keberadaannya. Thomson menemukan bahwa medan magnet dan medan listrik mempengaruhi sinar katode. Ketika

magnet didekatkan pada tabung, maka arah sinar katode membelok. Kutub positif medan listrik menarik sinar

katode, sedangkan kutub negatif menolaknya. Dengan dibelokkannya sinar katode menuju kutub positif, Thomson

menyimpulkan bahwa sinar katode bukanlah gelombang. Menurut beliau, sinar katodemerupakan arus partikel

yang memiliki massa dan bermuatan negatif.

Dalam eksperimennya, Joseph J. Thomson menggunakan tabung kaca vakum agar tekanan udara dalam

tabung dapat dibuat sangat rendah. Apabila vakumnya ditingkatkan, maka didindingnya akan menjadi mengkilap

dan memancarkan cahaya (fluoresensi). Apabila kation mengenai anoda (bila diberi beda potensial yang tinggi

pada tekanan rendah/vakum) maka gas dalam tabung menjadi penghantar dan dapat memancarkan cahaya.

Model atom Thomson ini berhasil dipatahkan oleh Rutherford berdasarkan percobaan hamburan sinar

alfa yang dilakukan Rutherford. Rutherford menyataka bahwa atom terdiri dari inti yang berukuran sangat kecil

yang merupakan pusat massa atom yang bermuatan positif, sedangkan elektron berputar disekitar inti.

2. Mengapa mekanika klasik tidak bisa menjelaskan fenomena energi diskrit yang dipancarkan oleh atom – atom

dalam wujud gas? Dan mengapa dari sekian banyak gas yang ada, justru spektrum atom Hidrogen yang pertama

kali menjadi perhatian para fisikawan saat itu?

Jawab:

Mekanika klasik tidak bisa menjelaskan fenomena energi diskrit yang dipancarkan oleh atom – atom

dalam wujud gas karena pada saat itu mekanika klasik masih menggunakan pendapat bahwa energi adalah

kuantitas yang malar (kontinue).

Dari sekian banyak gas yang ada, justru spektrum atom Hidrogen yang pertama kali menjadi perhatian

para fisikawan saat itu karena atom hidrogen memiliki struktur paling sederhana dan spektrum yang dihasilkan

oleh atom hidrogen merupakan spektrum yang sederhana.

3. Dalam spektrum atom, terdapat sekat – sekat yang tampak bila direkam dalam suatu plat fotografi. Mengapa hal

tersebut dapat terjadi?

Jawab:

Dalam spektrum atom, terdapat sekat – sekat yang tampak bila direkam dalam suatu plat fotografi. Ini

terjadi karena perbedaan intensitas pancaran dan serapan yang diperolehnya. Apabila spektrum atom diskrit

tersebut gelap berlatar terang, maka terjadi adsorbsi. Apabila hasil yang diperoleh terang berlatar gelap, maka

terjadi emisi. Inilah alasan mengapa terdapat sekat – sekat yang tampak bila direkam dalam suatu plat fotografi.

4. Mengapa pada teori atom Bohr tidak berlaku untuk atom-atom yang jumlah elektronyya lebih dari satu ?

Jawab: hal tersebut dikarenakan sifat-sifat electron tidak cukup diterangkan dengan bilangan kuantum n yang

menyatakan besarnya linntasan, tetapi juga kita harus mengetahui kedudukan dan kecepatan elektronnya.

5. Mengapa unsur-unsur disusun menurut berat atom yang semakin besar, diperoleh kenyataannya bahwa unsur-

unsur memiliki sifat yang sama terletak dalam satu golongan?

Jawab: hal ini dapat dijelaskan oleh percobaan sinar X. Bila sinar katoda dikenakan anoda yang berupa zat padat,

timbullah sinar X. Sinar ini ternyata juga berupa sinar elektromagnetik dengan panjang gelombang yang sangat

pendek. Sinar X yang terjadi mempunyai λ yang berbeda-beda yang bergantun dari anoda yang dipakai. Difraksi

sinar X ini menghasilkan spectra garis karakteristik untuk tiap jenis anda sehingga garis-garis tersebut diberi nama

golongan K, L, M, N, dimana Moseley menguur panjang spectra sinar X dan mendapatkan bahwa bila akar

frekuensi digambarkan terhadap nomor atomnya diperoleh garis lurus, hal ini berarti bahwa nomor atom unsure-

unsurnya memiliki yang mengurutkan unsur-unsur disusun dari berat atom yg kecil ke besar.

1. Mengapa energi kinetik foto elektron tergantung pada energi cahaya dan fungsi kerja logam?

Jawab :

Foto elektron merupakan elektron yang terlepas dari permukaan logam ketika dikenai atau menyerap radiasi

elektromagnetik. Agar elektron dapat terlepas dari permukaan logam maka besarnya energi cahaya harus lebih

besar dari fungsi kerja logam. Namun besarnya energi minimun yang diperlukan agar terjadi foto elektron berbeda

– beda tergantung pada jenis logam target, karena setiap logam target mempunyai fungsi kerja tertentu.

Semakin besar energi cahaya yang ditembakkan pada logam sehingga fungsi kerja logam dapat terlampaui, maka

semakin besar pula kecepatan atau energi kinetik dari foto elektron. Demikian sebaliknya, apabila energi cahaya

kurang, maka tidak akan terjadi foto elektron. Jadi energi kinetik foto elektron tergantung pada energi cahaya dan

fungsi kerja logam.

2. Mengapa pada percobaan Rutherford sebagian besar sinar α diteruskan dan sangat sedikit sinar α yang

dipantulkan?

Jawab :

Karena atom dalam emas tidak padat, sebagian besar terdiri dari ruang kosong, dan terdapat muatan listrik positif

pada atom yang tidak tersebar secara merata tetapi terkumpul pada satu tempat sehingga ketika sinar α yang

bermuatan positif ditembakkan pada lempeng tipis emas, maka sebagian besar sinar α dapat menembus logam

emas (sinar α diteruskan) dan hanya sedikit sinar α yang dipantulkan yaitu pada bagian yang terdapat muatan

listrik positif.

3. Mengapa Bohr bisa menyatakan bahwa tidak sembarang lintasan (tingkat energi) yang bisa ditempati oleh

elektron? Dan apa yang terjadi jika suatu elektron menempati sembarang lintasan (tingkat energi)?

Jawaban:

Karena hanya lintasan tertentu yang memenuhi postulatnya yang membolehkan elektron menempatinya, yaitu

lintasan elektron yang momentum sudutnya adalah kelipatan dari h/2π (ħ). yang terjadi jika suatu elektron

menempati sembarang lintasan (tingkat energi) yaitu tidak akan terbentuk pola-pola garis yang tertentu dan khas

pada spektrum atom yang menunjukkan bahwa elektron-elektron yang ada dalam atom tidak menduduki lintasan

yang bersesuaian dengan tingkat energi tertentu.

1. Mengapa percobaan Rutherford digunakan lempengan tipis emas sebagai objek yang ditembak?

Jawab : Digunakan emas karena ia merupakan suatu logam yang stabil dan merupakan golongan gas mulia yang

sudah memenuhi kaidah oktet sehingga ia sukar untuk bereaksi dengan unsur lain. Selain itu logam emas mudah

ditempa, sehingga bisa membentuk lapisan tipis dan sangat susah teroksidasi. Apabila menggunakan logam lain

yang mudah teroksidasi maka yang tertembak adalah oksidanya bukan atomnya. Sinar alpha tidak bisa mencapai

inti atom emas, dikarenakan berkas partikel alfa yang didefleksi menunjukan bahwa partikel alfa tersebut berada

pada posisi yang dekat dengan inti atom yang bermuatan positif. Muatan positif dengan muatan positif akan saling

tolak menolak, hal inilah yang menyebabkan partikel alfa dibelokan dengan sudut yang besar. Hasil yang diperoleh

adalah sebagian besar sinar alfa diteruskan atau dapat menembus plat tipis emas. Sinar alfa dalam jumlah atau

intensitas yang sedikit juga dibelokkan dan dipantulkan. Hasil penelitian yang menunjukkan bahwa sebagian besar

sinar alfa diteruskan memberikan kesimpulan bahwa sebagian besar atom merupakan ruang kosong, sedangkan

sebagian kecil sinar alfa yang dipantulkan juga memberikan kesimpulan bahwa dalam atom terdapat benda pejal

dan bermuatan besar. Adanya benda pejal yang bermuatan besar didasarkan pada kenyataan bahwa sinar alfa yang

bermuatan 4 sma dapat dipantulkan apabila mengenai plat tipis emas. Hal ini berarti massa benda pejal dalam atom

emas jauh lebih besar daripada massa sinar alfa. Selanjutnya Rutherford menyebut benda pejal tersebut sebagai inti

atom yang merupakan pusat massa atom. Penelitian juga menunjukkan bahwa sinar alfa dibelokkan ke arah kutub

negatif apabila dimasukkan kedalam medan listrik. Hal ini berarti sinar alfa menolak sesuatu yang bermuatan

positif dalam atom emas dan lebih mendekati sesuatu dengan muatan yang berlawanan.

Gambar sinar alpha yang dibelokkan dan diteruskan

2. Bagaimanakah tingkatan energi pada atom hidrogen?

Jawab : Model Bohr hanya akurat untuk sistem satu elektron seperti atom hidrogen atau helium yang terionisasi

satu kali. Penurunan rumusan tingkat-tingkat energi atom hidrogen menggunakan model Bohr.

Penurunan rumus didasarkan pada tiga asumsi sederhana:

1) Energi sebuah elektron dalam orbit adalah penjumlahan energi kinetik dan energi potensialnya:

dengan k = 1 / (4πε0), dan qe adalah muatan elektron.

2) Momentum sudut elektron hanya boleh memiliki harga diskret tertentu:

dengan n = 1,2,3,… dan disebut bilangan kuantum utama, h adalah konstanta Planck, dan .

3) Elektron berada dalam orbit diatur oleh gaya coulomb. Ini berarti gaya coulomb sama dengan gaya sentripetal:

Dengan mengalikan ke-2 sisi persamaan (3) dengan r didapatkan:

Suku di sisi kiri menyatakan energi potensial, sehingga persamaan untuk energi menjadi:

Dengan menyelesaikan persamaan (2) untuk r, didapatkan harga jari-jari yang diperkenankan:

Dengan memasukkan persamaan (6) ke persamaan (4), maka diperoleh:

Dengan membagi kedua sisi persamaan (7) dengan mev didapatkan

Dengan memasukkan harga v pada persamaan energi (persamaan (5)), dan kemudian mensubstitusikan harga

untuk k dan , maka energi pada tingkatan orbit yang berbeda dari atom hidrogen dapat ditentukan sebagai

berikut:

Dengan memasukkan harga semua konstanta, didapatkan,

Dengan demikian, tingkat energi terendah untuk atom hidrogen (n = 1) adalah -13,6 eV, tingkat energi berikutnya

(n = 2) adalah -3.4 eV, tingkat energi ketiga (n = 3) adalah -1.51 eV, dan seterusnya. Harga-harga energi ini adalah

negatif, yang menyatakan bahwa elektron berada dalam keadaan terikat dengan proton. Harga energi yang positif

berhubungan dengan atom yang berada dalam keadaan terionisasi yaitu ketika elektron tidak lagi terikat, tetapi

dalam keadaan tersebar.

3. Mengapa model atom Bohr tidak dapat dilemahkan oleh teori elektromagnetik klasik Maxwell?

Jawab: Bohr menemukan bahwa elektron bergerak mengelilingi inti pada lintasannya atau sesuai dengan tingkat-

tingkat energi tertentu, pada keadaan ini elektron tidak meradiasi energi selama pergerakannya pada suatu lintasan

tertentu, sehingga energi elektron tidak berkurang dan tidak tertarik ke inti karena gaya sentripetal dapat

mengimbangi gaya tarik elektrostatik, energi baru diserap atu dilepaskan jika elektron pindah lintasan.

1. Mengapa pada percobaan hamburan sinar alfa yang dilakukan oleh rutherford sedikit sinar alfa yang dipantulkan

dan sebagian besar sinar alfa tersebut diteruskan?

Jawab:

Pada percobaan penembakan sinar alfa pada lempeng emas yang dilakukan oleh rutherford sebagian besar sinar

diteruskan, ini disebabkan karena sinar alfa melewati ruang hampa yang terdapat pada atom, ruang hampa

selanjutnya akan meneruskan sebagian besar dari sinar alfa tersebut. Akan tetapi terdapat juga sinar yang

dipantulkan dan dibelokkan. Sinar alfa merupakan sinar yang bermuatan positif, sehingga partikel alfa yang

menuju inti atom akan dipantulkan karena inti bermuatan positif dan sangat passif, partikel alfa yang mendekati

inti atom dibelokkan karena mengalami gaya tolak inti.

2. Apa yang menyebabkan partikel bermuatan yang dipercepat akan memancarkan radiasi gelombang

elektromagnetik?

Jawab:

Karena pergerakan elektron yang mengintari inti atom pada porosnya disana akan menimbulkan suatu percepatan

yang disebut dengan percepatan sentripetal, mengakibatkan elektron yang memiliki muatan listrik negatif akan

tertarik kepada inti yang memiliki muatan positif sehingga menimbulkan pancaran radiasi gelombang

elektromagnetik.

3. Bagaimana Bohr menjelaskan kekurangan teori atom rutherford dan mematahkan teori fisika klasik yang

dicetuskan oleh maxwel yang menyatakan bahwa elektron yang bergerak mengintari inti atom pada akhirnya akan

jatuh kedalam inti karena energi elektron tersebut akan terus berkurang dan habis?

Jawab:

Berdasarkan data spektrum atom hidrogen, Bohr memperbaiki model atom yang dikembangkan oleh Rutherford,

dimana pola-pola garis yang tertentu dan khas pada spektrum atom menunjukan bahwa di dalam atom terdapat

tingkat-tingkat energi, dimana spektrum atom hidrogen berasal dari transisi elektron dari tingkat energi satu ke

tinkat energi yang lain. Dengan kata lain, elektron-elektron dalam atom menduduki lintasan yang bersesuaian

dengan tingkat-tingkat energi tertentu. Elektron tidak meradiasi energi selama pergerakanya pada suatu lintasan

tertentu, tidak seperti yang dinyatakan oleh teori elektromagnetik klasik Maxwel. Energi baru akan diserap atau

dilepaskan jika elektron berpindah lintasan. Dan Bohr juga menyatakan tidak sembarang lintasan (tingkat energi)

yang bisa ditempati oleh elektron, dan hanya lintasan tertentu yang memenuhi postulatnya yang dibolehkan, yaitu

lintasan elektron yang momentum sudutnya adalah kelipatan dari h/2

1. Mengapa deret Lyman jatuh pada daerah Ultra Violet?

Jawab:

Pada tahun 1906 Lyman mengamati adanya spectrum hydrogen yang termasuk di daerah sinar ultraviolet yang

dinyatakan dalam persamaan:

1λ=RH ( 1

n12 −

1n2

2 )Karena untuk deret Lyman, n1= 1 dan n2= 2,3,4, dst, jadi

1λ=10973731,5( 1

12 −1

22 )1λ=10973731,5( 1

1−1

4 )1λ=10973731,5( 3

4 )1λ=8230298,625 m

λ= 18230298,625

m

λ=1,215022742 x10−7 m

λ=121 nm

Karena panjang gelombang dari sinar ultra violet adalah sekitar 100-400 nm maka panjang gelombang 121 jatuh

pada sinar ultra viole (uv)

2. Mengapa agar terjadi efek fotolistrik diperlukan energy ambang teretentu?

Jawab :

Cahaya memancarkan energinya berupa paket – paket energy (foton ), dimana setiap foton menyerahkan seluruh

energinya pada satu electron yang terikat pada logam target. Foton tidak bisa menyerahkan energinya untuk lebih

dari satu electron. Karena di dalam logam, electron terikat dengan gaya ikat tertentu oleh inti atom logam, maka

untuk melepaskan electron dibutuhkan energy untuk melawan energy ikat electron tersebut. Hal inilah yang

menyebabkan agar terjadinya efek fotolistrik diperlukan energy ambang tertentu.

3. Mengapa pada Model atom Bohr hanya akurat untuk sistem satu elektron seperti atom hidrogen atau helium yang

terionisasi satu kali?

Jawab :

Pertama, dalam teori atom Bohr dikenal konsep energi nol dimana itu terjadi ketika atom mengalami

ionisasi sempurna, dimana hanya dialami oleh hidrogen yang berelektron 1. Energi nol adalah energi

yang terjadi jika elektron sudah lepas dari atom ( tidak ada tarik menarik dengan inti atom). Hal ini

hanya bisa dialami oleh Hidrogen yang hanya mengalami ionisasi satu kali (karena hanya memiliki 1

elektron). Sedangkan atom dengan electron tidak akan mengalami peristiwa energi nol.

Kedua, ketika Bohr menjelaskan sistem satu elektron seperti atom hidrogen, bohr belum mengenal

konsep bilangan kuantum. Bohr hanya mengenal konsep letak elektron berdasarkan energi yang

dipancarkan. Menurut ketidakpastian Heinseberg, tidak mungkin bisa menentukan letak elektron hanya

berdasarkan energi. Akhirnya muncul konsep mekanika kuantum yang menjelaskan bahwa letak elektron

untuk atom yang memiliki jumlah elektron banyak dipengaruhi tidak semata-mata oleh energi saja, tetapi

oleh jenis orbital yang ditempati.

Ketiga, bohr tidak mampu menjelaskan bagaimana atom bisa membentuk molekul melalui ikatan kimia

yang kebanyakan atom-atomnya bisa mengionisasikan elektron lebih dari 1 kali, sehingga teori bohr

hanya berlaku untuk hidrogen yang hanya mengalami ionisasi satu kali.

Apa yang ditemukan Rutherford dari percobaannya?

Jawab: Rutherford menggunakan sinar alfa dan lempengan emas dalam percobaannya. Pada percobaan ini didapatkan bahwa partikel yang ditembakkan ada yang diteruskan, dibelokkan atau dipantulkan. Hal ini bertentangan dengan model atom JJ. Thompson yang menyatakan bahwa atom adalah bola pejal yang tidak bermuatan. Sebagian besar partikel sinar alfa dapat diteruskan (menembus lempeng) karena melalui daerah hampa, hal ini menunjukkan bahwa atom tidaklah berbentuk bola pejal. Sedangkan, partikel alfa dapat dibelokkan atau dipantulkan karena adanya gaya tolak inti yang menunjukkan inti atom bermuatan positif. Hal inilah yang ditemukan oleh Rutherford.

Teori atom Bohr merupakan penyempurnaan dari teori atom Rutherford. Bagaimanakah cara Bohr

menyempurnakannya dan pada bagian manakah penyempurnaan tersebut?

Jawab:

Bohr menyempurnakan teori atom Rutherford dengan menggunakan data spektrum atom hidrogen. Pola-pola garis yang tertentu dan khas pada spektrum atom menunjukkan bahwa di dalam atom terdapat tingkat-tingkat energi yang berasal dari transisi elektron dari tingkat energy satu ke tingkat energi lain. Dengan kata lain, elektron-elektron dalam atom menduduki lintasan yang bersesuaian dengan tingkat energi tertentu. Elektron tidak meradiasi energi selama pergerakannya pada suatu lintasan tertentu seperti yang dinyatakan oleh teori klasik Maxwell. Hal ini menjelaskan hal yang sebelumnya menjadi kelemahan teori atom Rutherford, karena elektron tidak akan kehabisan energi dan jatuh ke dalam inti atom seperti yang diduga sebelumnya.

Menurut teori atom Bohr elektron dapat menduduki tingkat-tingkat energi sesuai dengan persamaan

En=−2π 2 me2

h2 n2. Bagaimanakan nilai En jika n mendekati tak terhingga dan n semakin kecil ?

Jawab:

Jika n mendekati tak terhingga, maka nilai En adalah nol ini sehingga inti dan elektron akan terpisah dengan jarak tak terhingga, dan karena itu energi tarik-menariknya harus nol. Sedangkan jika n semakin kecil maka nilai En semakin besar tetapi En menjadi semakin negatif. Besarnya En pada keadaan ini dikaitkan dengan energi tarik-menarik yang dimiliki atom, dimana tanda En menyatakan energi yang semakin negatif yang mengacu terhadap sistem yang paling mantap terhadap elektron dan inti yang terpisah dalam jarak tak terhingga.

1. Pada percobaan mengenai sinar katoda, jika partikel bermuatan (elektron) bergerak dengan kecepatan (v) di daerah

dengan kuat medan B, maka pertikel tersebut akan mengalami pembelokkan yang diakibatkan oleh timbulnya gaya

magnetik (Fm). Jika muatan elektron adalah e dan kecepatannya v, maka:

a. Dari data tersebut, buatlah persamaan siklotron yang memungkinkan dapat terjadi!

b. Apa fungsi dari persamaan siklotron tersebut?

Jawaban:

a. Persamaan:

Fm = e v x B

Fm = Fs

evB = mvr

mv = P = eBr

b. Siklotron merupakan alat pemercepat partikel, yang mana dalam hal ini, fungsi dari persamaan siklotron tersebut

adalah untuk menggambarkan suatu gerak partikel.

2. Pada percobaan tabung sinar katode, apa yang membuktikan bahwa sinar katode tersebut merupakan seebuah partikel

dan partikel tersebut bermuatan negatif sehingga akhirnya dinamakan sebagai elektron ?

Jawaban:

Sinar tersebut merupakan radiasi partikel karena memiliki massa terbukti bahwa dapat memutarkan baling-baling yang

diletakkan di antara katode dan anode, sedangkan partikel tersebut terbukti bermuatan negatif, karena sinar katode

tertarik oleh pelat yang bermuatan positif, yang selanjutnya partikel sinar katode ini dinamai “elektron” oleh George

Johnstone Stoney pada tahun 1981.

3. Berdasarkan penelitian Bohr, bagaimana spektrum atom dapat menyempurnakan model atom yang dikembangkan oleh

Rutherford?

Jawaban:

Pola-pola garis tertentu dan khas pada spektrum atom menunjukkan bahwa didalam atom terdapat tingkat-tingkat

energi, dimana spektrum atom hidrogen berasal dari transisi elektron dari tingkat energi satu ke tingkat energi yang

lain. Elektron-elektron dalam atom menduduki lintasan yang bersesuaian dengan tingkat-tingkat energi tertentu. Tidak

sembarang lintasan (tingkat energi) yang dapat ditempati oleh elektron, hanya lintasan tertentu yang memenuhi

postulatnya yang dibolehkan, yaitu lintasan elektron yang momentum sudutnya adalah kelipatan dari h

2 π (ħ).

Berdasarkan postulatnya ini, Bohr menjelaskan, antara elektron yang bermuatan negatif dengan inti yang bermuatan

positif bekerja gaya Coulumb (Fc) yang diimbangi oleh gaya sentrifugal dari gerak melingkar elektron (Fs). Energi

akan diserap oleh atom bila elektron pindah dari keadaan dengan tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih

tinggi (tereksitasi), sedangkan energi diemisikan bila elektron-elektron yang tereksitasi kembali ke tingkat energi yang

lebih rendah (relaksasi).

1. Ukuran elektron dengan proton sangat jauh berbeda. Apakah ukuran tidak berpengaruh terhadap muatannya?

Jawab :

Tidak mempengaruhi, karena atom tersebut netral yang berarti jumlah proton dan elektronnya sama. Seperti kita

ketahui ukuran proton dan elektron berbeda dimana proton memiliki ukuran lebih besar dibandingkan dengan

dengan elektron. Apabila ukuran proton mempengaruhi muatannya, maka akan atom tersebut tidak akan netral.

2. Logam apakah yang paling baik digunakan pada percobaan efek Fotolistrik?

Jawab:

Logam yang paling baik digunakan dalam percobaan efek fotolistrik adalah logam dari golongan alkali. Hal ini

karena logam dari golongan alkali merupakan logam yang cenderung untuk melepaskan elektron serta energi yang

diperlukan untuk melepaskan elektron tersebut juga kecil. Sementara untuk logam dari golongan yang lain,

misalnya logam dari golongan alkali tanah (IIA), energi yang diperlukan untuk melepasakan elektron cukup besar.

3. Mengapa teori atom Bhor hanya dapat menjelaskan atom hidrogen?

Jawab:

Karena teori ini memiliki keterbatasan yaitu hanya dapat menjelaskan atom yang memiliki elektron tunggal

dimana atom tersebut adalah atom hidrogen. Sementara untuk atom yang memiliki elektron lebih dari satu, tidak

dapat dijelaskan dengan teori ini. Mengingat adanya interaksi antara elektron yang satu dengan elektron yang

lainnya dalam satu atom.

1. Mengapa sebagian besar dari partikel alfa dapat melewati lempeng emas, tetapi hanya sebagian kecil partikel alfa

yang dipantulkan kembali pada percobaan Rutherford?

2. Apa maksud dari pernyataan Bohr yang menyatakan bahwa tidak sembarang lintasan (tingkat energi) yang bisa

ditempati oleh elektron. Elektron yang bagaimana yang dapat menempati lintasan tertentu?

3. Mengapa Bohr tidak mampu menjelaskan spektrum atom yang berelektron banyak (mengandung lebih dari satu

elektron)?

Jawab.

1.

Pada gambar tersebut partikel menumbuk tabir Zn, kilat cahaya diamati melalui mikroskop. Sebagian besar

partikel alfa diteruskan oleh lempeng emas tanpa pembelokan, hanya beberapa partikel yang dipantulkan dengan

sudut lebih besar dari 90°.

Berdasarkan data itu, Rutherford menyimpulkan bahwa volume atom sebagian besar berupa ruang kosong. Ini

ditunjukkan oleh banyaknya partikel alfa yang dapat melewati lempeng emas. Adanya partikel alfa yang

dipantulkan akibat bertumbukan dengan suatu partikel yang sangat keras dengan ukuran sangat kecil. Rutherford

menamakan partikel itu sebagai inti atom. Oleh karena partikel alfa bermuatan positif maka inti atom harus

bermuatan positif. Jika inti atom bermuatan negatif maka akan terjadi tarik menarik antara inti atom dan partikel

alfa.

2. Elektron-elektron dalam atom menduduki lintasan yang bersesuaian dengan tingkat-tingkat energi tertentu.

Dimana, elektron tidak meradiasi energi selama pergerakannya pada suatu lintasan tertentu, tidak seperti yang

dinyatakan oleh teori elektromagnerik Maxwell. Sehingga tidak sembarang lintasan (tingkat energi) yang bisa

ditempati oleh elektron dimana, hanya lintasan tertentu yang memenuhi postulat Bohr yang diperbolehkan yaitu

lintasan elektron yang momentum sudutnya adalah kelipatan dari h

2 μ(h).

3. H, disebut dengan limit Konvergensiatau batas konvergensi dari spektrum yang ditimbulkan oleh transisi dari

keadaan dengan tingkat energi 0 (C). Contohnya pada deret Lymen. Hz merupakan spektrum garis yang

ditimbulkan dari transisi Ez menuju keadaan E1. Dengan kemudian besarnya energi garis Hz deret Lymen adalah

sama dengan energi ionisasi atom Hidrogen. Dengan demikian Model Bohr hanya dapat menjelaskan atom yang

hanya mengandung satu elekron, sedangkan untuk atom yang mempunyai lebih dari satu elektron dianggap tidak

cocok dengan fakta atau pengamatan dari spektrum atom.

4. Apa yang menyebabkan Hidrogen dikatakan sebagai dasar pengembangan teori ikatan dan teori atom?

Jawab:

Karena hidrogen merupakan atom terkecil yang hanya mempunyai 1 elektron, sehingga mudah untuk diteliti

efeknya dari pada atom yang lain yang memiliki banyak elektron. Dari atom hidrogen inilah Niels Bohr

mengembangkan teori atom berdasarkan spektrum unsur yang dipancarkannya. Untuk mempelajari perilaku 1

elektron lebih mudah dari pada beberapa elektron yang ada di sekitar inti atom

5. Apa makna dari pola garis-garis pada spektrum atom? Dan bagaimana garis-garis itu bisa terbentuk?

Jawab:

Makna dari pola garis-garis pada spektrum atom yakni di dalam atom terdapat tingkat-tingkat energi atau dengan

kata lain elektron-elektron dalam atom menduduki lintasan yang bersesuaian dengan tingkat-tingkat energi

tertentu. Garis-garis pada spektrum atom terbentuk akibat dari adanya transisi elektron dari tingkat energi satu ke

tingkat energi lainnya.

6. De Broglie menghipotesiskan bahwa jika gelombang dapat berprilaku sebagai partikel terungkap dalam radiasi

benda hitam dan efek fotoloistrik , tentunya partikel dapat juga berprilaku sebagai gelombang. Apakah semua

partikel dapat berprilaku sebagai gelombang? Jika tidak apakah syarat agar partikel tersebut dapat berprilaku

sebagai gelombang? Dan apakah semua gelombang dapat berprilaku sebagai partikel? Jika tidak, apakah syarat

agar gelombangdapat berprilaku sebagai partikel?

Jawab:

Tidak semua partikel dapat berprilaku sebagai gelombang.

Untuk sebuah foton, berlaku v=E

h dan

λ= hp , terlihat bahwa ruas kiri pada persamaaan tersebut

menyangkut aspek gelombang dari foton yaitu frekuensi dan panjang gelombang. Sedangkam pada ruas kanan,

terlihat aspek partikelnya yaitu energi dan momentum. Dengan itu De Broglie menghipotesiskan bahwa panjang

gelombang yang berkaitan dengan partikel akan memenuhi hubungan yang serupa yang berlaku u ntuk foton. Oleh

karena itu sebuah ojek materi akan memiliki panjang gelombang yaitu

λ= hp= h

mv . Berdasarkan persamaan

tersebut maka hanya partikel yang memiliki kecepatan yang dapat berperilaku sebagai gelombang. Dengan kata

lain hanya partikel yang bergerak dapat berperilaku sebagai gelombang (memiliki sifat gelombang). Partikel yang

diam (v = 0) tidak memiliki sifat gelombang (panjang gelombang). Bukti:

λ= hp= h

mv= h

m(0 )=tidak

tedefinisi. Berdasarkan pembuktian tersebut, partikel diam (v = 0) tidak dapat memiliki sifat gelombang. Maka,

tidak semua partikel dapat berperilaku sebagai gelombang. Partikel yang diam tidak memiliki sifat gelombang

sesuai dengan hipotesis de Broglie.

Tidak semua gelombang dapat berperilaku sebagai partikel.

Radiasi elektromagnetik (foton) merupakan salah satu contoh gelombang yang dapat berperilaku sebagai materi.

Oleh karena itu salah satu syarat gelombang dapat berperilaku sebagai partikel adalah gelombang tersebut

merupakan gelombbang elektromagnetik yang memiliki kecepatan mendekati atau sama dengan kecepatan

cahaya. Sehingga, gelombag pada tali yang memiliki kecepatan sangat kecil (kurang dari kecepatan cahaya) tidak

dapat berperilaku sebagai materi.

1. Pada percobaan Rutherford, partikel α yang ditembakkan ke lempeng logam emas sebagian kecil dibelokkan.

Mengapa bisa terjadi demikian ?

Pembahasan

Karena partikel yang terpantul tersebut diperkirakan telah menabrak sesuatu yang padat di dalam atom. Dengan

demikian atom tersebut tidak bersifat homogen seperti digambarkan oleh Thomson. Bahkan menurut pengamatan Marsden,

diperoleh fakta bahwa satu di antara 20.000 partikel akan membelok dengan sudut 90o bahkan lebih.

Berdasarkan gejala-gejala tersebut, diperoleh beberapa kesimpulan antara lain:

Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel diteruskan. Berarti, sebagian besar volume atom

merupakan ruang kosong.

Partikel yang mengalami pembelokan ialah partikel yang mendekati inti atom. Hal tersebut disebabkan keduanya

bermuatan positif.

Partikel yang dipantulkan ialah partikel yang tepat menabrak inti atom.

Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atomnya yang

menyatakan bahwa atom terdiri atas inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron yang

bermuatan negatif. Jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron ynag mengelilingi inti, sehingga atom bersifat

netral. Rutherford juga menduga bahwa di dalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi untuk mengikat partikel-

partikel positif agar tidak saling menolak.

Soal

2. Mengapa elektron tidak dapat menempati sembarang lintasan (tingkat energi)?

Pembahasan

Karena setiap lintasan memiliki tingkatan energi tertentu, jadi elektron yang menempati suatu lintasan harus

memiliki tingkatan energi yang sama dengan lintasan yang ditempatinya. Hal ini sesuai dengan aturan Aufbau. Dimana

tingkatan energi yang tertinggi terletak pada jarak yang lebih dekat dengan inti. Bila elektron menempati tingkatan energi

secara acak maka akan menyalahi aturan Aufbau. Pada umumnya elektron yang dapat menempati lintasan harus memenuhi

postulat bohr yang momentum sudutnya adalah kelipatan dari h/2 ( h).

3. Bisakah model Bohr menjelaskan atom yang mengandung lebih dari satu elektron?

Pembahasan

Model Bohr itu hanya mampu menjelaskan atom yang hanya mengandung satu elektron, sedangkan untuk atom

yang memiliki lebih dari satu elektron, kajian model Bohr tidak cocok dengan fakta atau dari spektrum atom. Misalnya untuk

atom hidrogen (spesi dengan muatan inti lebih besar dari inti atom hidrogen dan hanya mengandung satu elektron) kajian

Bohr dapat diterapkan.