bab fisika atom - · pdf file... berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) jika ......

13
1 http://atophysics.wordpress.com BAB FISIKA ATOM Contoh 9.1 Hitungan mengenai percobaan Milikan 1. Sebuah tetes minyak yang beratnya 1,9 × 10 -14 N diam di antara pasangan keping sejajar yang kuat medan listriknya 4,0 × 10 4 N/C. a) Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika tetesan minyak ditarik ke keping positif , berapa jumlah elektron yang terkandung dalam tetesan minyak? Jawab : a) Tetes minyak diam di antara pasangan keping sejajar karena berat minyak mg seimbang dengan gaya listrik qE. Jadi , qE = mg q = E mg = 4 -14 10 0 , 4 10 1,9 × × = C 18 10 8 , 4 - × b) muatan 1 e = 1,6 × 10 -19 C sehingga banyak elektron, n, yang dikandung dalam tetes minyak adalah q = n e 30 10 6 , 1 10 8 , 4 19 18 = × × = = - - C C e q n 2) Sebuah tetes minyak yang memiliki berat 80 fN ( 1fN = N 15 10 - ) mengandung dua buah elektron ( C e 19 10 6 , 1 - × = ) a) Berapakah beda potensial yang harus diberikan di antara sepasang keping logam sejajar horizontal yang terpisah pada jarak 10 mm agar tetes minya seimbang? b) Jika beda potensial dalam a) dikurangi hingga menjadi setengahnya, berapakah percepatan awal yang akan dialami tetes minyak c) Jika dalam a), tetes minyak secara tib-tiba memperoleh tambahan tiga elektron, berapakah beda potensial baru yang diperlukan agar tetes minyak tetap seimbang? Jawab : Berat tetes minyak mg = 80 fN = N 15 10 80 - × e = C 19 10 6 , 1 - × a) Kuat medan d V E = dengan V = beda potensial d = jarak antar keping d = 10 mm = 10 mm 3 10 - × Tetesan minyak seimbang sehingga mg d V e mg qE = = ) 2 (

Upload: haliem

Post on 03-Feb-2018

245 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: BAB FISIKA ATOM - · PDF file... Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika ... Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada ... Gaya listrik yagn bekerja pada elektron,

1

http://atophysics.wordpress.com

BAB

FISIKA ATOM

Contoh 9.1 Hitungan mengenai percobaan Milikan

1. Sebuah tetes minyak yang beratnya 1,9 × 10-14

N diam di antara pasangan keping sejajar

yang kuat medan listriknya 4,0 × 104 N/C.

a) Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu?

b) Jika tetesan minyak ditarik ke keping positif , berapa jumlah elektron yang

terkandung dalam tetesan minyak?

Jawab :

a) Tetes minyak diam di antara pasangan keping sejajar karena berat minyak mg

seimbang dengan gaya listrik qE. Jadi ,

qE = mg

q = E

mg =

4

-14

100,4

10 1,9

×

× = C

18108,4 −×

b) muatan 1 e = 1,6 × 10-19

C sehingga banyak elektron, n, yang dikandung dalam

tetes minyak adalah

q = n e → 30106,1

108,419

18

×==

C

C

e

qn

2) Sebuah tetes minyak yang memiliki berat 80 fN ( 1fN = N1510−

) mengandung dua buah

elektron ( Ce19106,1 −×= )

a) Berapakah beda potensial yang harus diberikan di antara sepasang keping logam sejajar

horizontal yang terpisah pada jarak 10 mm agar tetes minya seimbang?

b) Jika beda potensial dalam a) dikurangi hingga menjadi setengahnya, berapakah

percepatan awal yang akan dialami tetes minyak

c) Jika dalam a), tetes minyak secara tib-tiba memperoleh tambahan tiga elektron,

berapakah beda potensial baru yang diperlukan agar tetes minyak tetap seimbang?

Jawab :

Berat tetes minyak mg = 80 fN = N151080 −×

e = C19106,1 −×

a) Kuat medand

VE = dengan

V = beda potensial

d = jarak antar keping

d = 10 mm

= 10 mm310−×

Tetesan minyak seimbang sehingga

mgd

VemgqE =�

���

�→= )2(

Page 2: BAB FISIKA ATOM - · PDF file... Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika ... Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada ... Gaya listrik yagn bekerja pada elektron,

2

http://atophysics.wordpress.com

( ) ( )( )19

153

106,12

10801010

2

..−

−−

××

×××==

e

gmdV

= 2 500 volt

b) Misalkan tegangan sekarang adalah V ‘ V2

1= , maka gaya listik menjadi

qEd

VqF

d

V

qqEF

2

1

2

1

2

1

'

''

=��

���

�=

����

����

==

Karena dalam a) , mgqE = maka mgF2

1' =

Perhatikan, mgF2

1' = (ke atas) lebih kecil daripada berat tetes minyak mg (ke bawah).

Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada tetes minyak yang akan

membuat minyak dipercepat ke bawah dengan percepatan a. Sesuai dengan hukum II

Newton,

� = maF

mg - mamg =2

1

gamamg2

1

2

1=→=

( ) 22 /0,5/102

1smsm ==

c) Mula-mula muatan adalah q = 2e. Setelah mendapat tambahan 3 elektron, muatan sekarang

menjadi q = 2e + 3e = 5e. Secara umum, supaya tetes minyak seimbang haruslah

......(*)g

dmgVmg

d

VqmgqE =→=�

���

�→=

Perhatikan (*), d dan mg adalah besaran yang nilainya tetap, sehingga V hanya sebanding

dengan q

1. Dengan demikian,

VVV

e

e

q

q

q

q

V

V

1000)2500(5

2

5

2

5

2

/1

'/1

'

'

'

===

===

Contoh 9.2 Menentukan jenis deret dari panjang gelombang terpanjangnya

Panjang gelombang terpanjang yang diamati dari suatu deret adalahR7

144, dengan R

adalah tetapan Rydberg. Deret apakah ini?

Jawab:

Page 3: BAB FISIKA ATOM - · PDF file... Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika ... Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada ... Gaya listrik yagn bekerja pada elektron,

3

http://atophysics.wordpress.com

Rumus umum deret adalah

( )( )

.....(**)7

144

......(*)

1111

22

2

22

22

22

R

nmR

mn

nm

nmR

mnR

=

−=

���

����

� −=→�

���

�−=

λ

λ

λλ

Dengan menyamakan pembilang pada kedua ruas persamaan, kita peroleh

( ) *)*.....(*1442

=mn

Telah Anda ketahui sebelumnya bahwa � terpanjang diperoleh jika selisih m dan n

adalah satu; misalnya untuk deret Lyman n = 1 dan m = 2, untuk Balmer n = 2 dan m

= 3, dan seterusnya. Jelas untuk menentukan deret mana yang � terpanjangnya

berharga R7

144 kita tinggal memeriksa deret mana yang nilai ( )2

mn memenuhi

persamaan (***).

Lyman n = 1, m = 2 → ( ) ( ) 41222

=×=mn tidak memenuhi

Balmer n = 2, m = 3 → ( ) ( ) 92322

=×=mn tidak memenuhi

Paschen n = 3, m = 4 → ( ) ( ) 1443422

=×=mn memenuhi

Jelas bahwa deret yagn panjang gelombang terpanjangnya R7

144adalah deret Paschen

Contoh 9.3 Perhitungan dalam model atom Bohr

1. Menentukan jari-jari orbit dan kelajuan elektron

Untuk atom hidrogen pada orbit Bohr n = 3, tentukan :

a) jari-jari orbit

b) gaya listrik yang bekerja pada elektron

c) gaya sentipetal

d) kelajuan elektron

Massa elektron = kg31101,9 −× ;

9109×=k dalam SI; Ce19106,1 −×= .

Jawab:

a) Rumus umum jari-jari orbit ke-n adalah

528,02 ×= nrn �

528,032

3 ×=r � = 4,75 �

b) Gaya listrik yagn bekerja pada elektron, Fq, adalah

( )

( )NF

r

ek

r

eek

r

qqkF

q

q

9

210

2199

2

2

22

21

1002,11075,4

106,1109

.....

×=×

××=

===

c) Gaya sentripetal Fs yang menyebabkan elektron bergerak melingkar berasal dari

gaya tarik listrik Fq. Karena itu NFFF sqs

91002,1 −×=→=

d) Kelajuan elektron pada orbitnya v, dihitung dari rumus umum gaya sentripetal.

Page 4: BAB FISIKA ATOM - · PDF file... Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika ... Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada ... Gaya listrik yagn bekerja pada elektron,

4

http://atophysics.wordpress.com

( ) ( )

smvv

m

rFv

r

mvF s

s

/1031,210324,5

101,9

1075,41002,1.

5102

31

1092

2

×=→×=

×

×××==→=

−−

2. Menghitung energi elektron

Sebuah atom hidrogen berada pada keadaan dasar. Tentukanlah:(a)energi total;(b)energi

kinetik;(c)energi potensial; dan (d) energi yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron

sama sekali. (Semua dalam satuan elektronvolt)

Jawab:

Pada keadaan dasar (n = 1), energi elektron sesuai dengan Persamaan (9-26), yaitu:

eVeVn

E 6,131

6,136,1322

−=−=−=

a) Energi total sama dengan E yakni -13,6 eV. Dari rumus yang lain(Persamaan (9.21)):

r

keEn

2

−=

Jadi Etotal = eVr

keeV

r

ke6,13

26,13

2

22

=⇔−=−

b) Energi kinetik (Ek) dihitung dengan Persamaan (9-18):

eVr

keEk 6,13

2

=−=

c) Energi potensial (Ep) dihitung dengan Persamaan (9-20):

22

22

×−=−=r

ke

r

keE p

= -13,6 eV×2 = -27,2 eV

d) Energi untuk mengeluarkan elektron sama sekali berati energi transisi dari n = 1 ke

n = ~ , sehingga diperlukan energi sebesar

( )6,136,13

1 −−∞

−=−∞ EE

eV6,136,130 =+=

Energi ini kita sebut energi ionisasi

Contoh 9.4 Garis-garis spektra dari bintang Puppis

Garis-garis aneh yang diamati oleh astronam Edward Charles Pickering pada 1896

dalam spektum bintang Puppis cocok dengan rumus

Page 5: BAB FISIKA ATOM - · PDF file... Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika ... Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada ... Gaya listrik yagn bekerja pada elektron,

5

http://atophysics.wordpress.com

( ) ( ) �

��

����

�−=

222/

1

2/

11

mnR

λ

Dengan R adalah tetapan Rydberg. Tunjukkan bahwa garis-garis ini dapat dijelaskan

oleh teori Bohr yang berkaitan dengan ion He+.

Jawab:

Perhatikan ion He+ sama seperti atom hidrogen hanya mempunyai sebuah elektron

yang bergerak mengitari inti atom. Bedanya atom inti He+ memiliki dua proton (z = 2)

, sehingga sesuai dengan persamaan (9-30),

���

����

�−=

2

2

0

2 2

2 na

keEn

Untuk elektron melompat dari orbit dengan bilangan kuantum m ke bilangan kuantum

n, dengan m> n , panjang gelombang yang dipancarkan menurut teori Bohr adalah :

���

����

�−=

=���

����

�+���

����

�−

==−

2

2

2

2

0

2

2

2

0

2

2

2

0

2

22

.2

1

2

2

2

2

mnhca

ke

hc

na

ke

ma

ke

hchfEE nm

λ

λ

λ

Telah dihitung bahwa hca

ke

.2 0

2

adalah tetapan Rydberg, R, sehingga persamaan di atas

menjadi,

���

����

�−=

��

���

�−=

22

2222

)2/(

1

)2/(

11

2/

1

2/

11

mnR

mnR

λ

λ

Contoh 9.5 Tingkat energi

1. Menentukan panjang gelombang terbesar ke n =1

Bila atom hidrogen ditembak ,maka elektron atom itu akan tereksitasi ke tingkat

energi yang lebih tinggi. Pada saat elektron turun kembali ke tingkat energi yang

lebih rendah ,maka atom akan memancarkan cahaya . Tentukan ketiga panjang

gelombang terbesar yang dipancarkan atom ,bila atom kembali ke keadaan n = 1

dari tingkat yang lebih tinggi .

Jawab :

Dari persamaan En = eVn

2

6,13−, kita peroleh

Page 6: BAB FISIKA ATOM - · PDF file... Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika ... Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada ... Gaya listrik yagn bekerja pada elektron,

6

http://atophysics.wordpress.com

E1 = eV21

6,13−= -13,6 eV

E2 = 4,32

6,132

−=−

eV

E3 = 5,13

6,132

−=−

eV

E4 = 85,04

6,132

−=−

eV

n = 2→ n = 1; �E 1,2 = E 2- E 1 = (-3,4) - (-13,6)= 10,2 eV

n = 3→ n = 1; �E 1,3 = E 3- E 1 = (-1,5 ) - (-13,6)= 12,1 eV

n = 4→ n = 1; �E 1,2 = E 4- E 1 = (-0,85) - (-13,6)= 10,2 eV

�E =hf = hλ

c atau λ =

∆Ε

ch.

Misalnya untuk transisi n = 2→ n = 1

λ 1,2 =1,2

.

∆Ε

ch=

( )( )( )( )

nmm .1221022,1106,12,10

1031063,6 7

19

834

=×=×

×× −

Dengan cara yang sama didapatkan panjang gelombang lainnya, yaitu:

λ 1,3 = 10,2 nm dan λ 1,4 = 97 nm.

Ketiga panjang gelombang ini merupakan tiga garis pertama dari deret Lyman.

2. Panjang gelombang pancar jika atom dikenai energi

Elektron dengan energi 11,6 eV ditembakkan pada atom pada atom gas hidrogen.

Berapa panjang gelombang yang akan dipancarkan gas?

Jawab:

Enegi yang diberikan )106,1.(6,11.6,11 19−×== eVe J.

Tetapan Planck 34106,6 −×=h J s .

Panjang gelombang radiasi, �, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

bahwa energi yang diberikan sama dengan hf.

Jadi E = hf

λ

chE = , sebab

λ

cf = , dengan smc /100,3 8×=

( )( )( )

m

J

smsJ

E

ch

7

19

834

1007,1

106,16,11

/100,3.106,6.

×=

×

××==

λ

λ

3. Apakah atom mengalami ionisasi?

Sebuah atom memiliki elektron pada tingkat n = 4.

a) Jika panjang gelombang foton 990 nm menumbuk atom, akankah atom

mengalami ionisasi?

b) Jika atom diionisasi dan elektron menerima kelebihan energi setelah ionisasi

,berapakah energi kinetik elektron (dalam joule)?

34106,6 −×=h J s ; ./100,3 8 smc ×=

Page 7: BAB FISIKA ATOM - · PDF file... Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika ... Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada ... Gaya listrik yagn bekerja pada elektron,

7

http://atophysics.wordpress.com

Jawab :

Energi atom pada tingkat energi n = 4 adalah

En = 85,04

6,136,13242

−=−

=→−

En

eV

E4 = 85,0 eV ( ) 1919 1036,1/106,1 −− ×−=× eVJ J

Jadi ,energi ionisasi untuk n = 4 adalah 191036,1 −×− J

a) Panjang gelombang � = 910990 −× m, sehingga energi foton adalah

( ) ( ) 19

9

834

1000,210990

100,3106,6. −

×=×

×××==

λ

chE foton J

Energi foton = 191000,2 −× J lebih besar daripada energi ionisasi = 191036,1 −× J.

b) Energi kinetik elektron, Ek, adalah selisih antara energi foton dengan

energi ionisasi

JEk )1036,1()1000,2( 1919 −− ×−×=

=0,64 JJ2019 104,610 −− ×=×

Contoh 9.6 Panjang gelombang de Broglie

Hitung panjang gelombang:

a) sebuah elektron bermassa 9,1 × kg3110−

yang bergerak dengan kecepatan

2,0 × sm /107,

b) Sebuah bola tenis bermassa 0,20 kg yang bergerak dengan kecepatan 30 m/s

sesaat sesudah dipukul.

Tetapan Planck 34106,6 −×=h J s.

Jawab:

a) Massa elektron m = 9,1 × kg3110−

; kecepatan v = 2,0 × sm /107. Panjang

gelombang dihitung dengan persamaan (9-31)

( ) ( )

mmv

h 11

731

34

106,3100,2101,9

106,6 −

×=×××

×==λ

b) Massa bola m = 0,20 kg ; kecepatan v = 30 m/s

Panjang gelombang bola dihitung dengan persamaan (9-31)

mmv

h 3434

101,13020,0

106,6 −−

×=×

×==λ

Jika kedua nilai panjang gelombang kita bandingkan tampak dengan jelas

bahwa panjang gelombang untk partikel-partikel beukuran besar (bola tenis)

terlalu kecil untuk dapat diukur. Dengan kata lain sifat gelombagn dari benda-

benda berskala besar (makro) tidak dapat diamati. Sebaliknya panjang gelombang

elektron ( m11106,3 −× ) berada dalam spectrum gelombang elektromagnetik.

Oleh karena itu difraksi elektron dapat diamati. Jadi rumus panjang

gelombang de Broglie biasanya ditujukan untuk menghitung panjang

gelombang benda-benda berskala mikro seperti elektron, proton dan

neutron yang sedang begerak.

Page 8: BAB FISIKA ATOM - · PDF file... Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika ... Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada ... Gaya listrik yagn bekerja pada elektron,

8

http://atophysics.wordpress.com

Contoh 9.7 Panjang gelombang de Broglie elektron dinyatakan dalam tegangan

pemercepat

Dalam suatu percobaan difraksi elektron digunakan suatu tegangan pemercepat 320 V

a) tentukan panjang geombang elektron.

b) Jika tegangan pemercepat yang digunakan adalah 500 V ,tentukan panjang

gelombang elektron sekarang.

(me = 9 kg3110−× ; e = 1,6 ×10

-19 C; h = 6,6

3410−× J s)

Jawab:

a) Tegangan pemercepat

Panjang gelombang de Broglie elektron, �1, dihitung dengan Persamaan (9-34)

�1

( ) ( ) ( )320106,1101,92

106,6

...2 1931

34

1 ×××××

×==

−−

Vem

h

m11

25

34

50

34

109,6

10323

106,6

10321692

106,6

×=

××

×=

××××

×=

b) Tegangan 3201 =V volt m11

1 109,6 −×=→ λ

Tegangan 5002 =V volt ?...2 =→ λ

Dalam persamaan (9-34), h, m, dan e adalah konstanta, sehingga � sebanding

dengan V

1. Oleh karena itu ,

2

1

1

2

1

2

/1

/1

V

V

V

V==

λ

λ

( ) mm1111

12

1

2

105,5109,65

4

5

4

5

4

252

162

500

320

−− ×=×==

×==

λλ

λ

λ

Contoh 9.8 Energi total ion berelektron satu

Tentukan energi total ion He+

(z = 2) untuk keadaan n = 1, 2, dan 3.

Jawab:

Ion He+

memiliki sebuah elektron seperti halnya hidrogen, hingga energi totalnya

dinyatakan oleh Persamaan (9-35)

( )

2

2

2

2 2.6,13.6,13

neV

n

zEn

−=

−= ; karena z = 2

eVn

En 2

4,54−=

Untuk n = 1 → E1 eV21

4,54−=

= -54,4 eV

Page 9: BAB FISIKA ATOM - · PDF file... Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika ... Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada ... Gaya listrik yagn bekerja pada elektron,

9

http://atophysics.wordpress.com

Untuk n = 2 → E2 eV22

4,54−=

= -13,6 eV

Untuk n = 3 → E3 eV23

4,54−=

= -6,04 eV

Contoh 9.9 Menentukan bilangan kuantum orbital

Tentukan nilai-nilai bilangan kuantum orbital yang diperbolehkan untuk: n = 2 dan

n = 3. Berapa banyakkah bilangan kuantum orbital yang diperbolehkan?

Jawab:

Sesuai dengan persamaan (9-37), nilai-nilai bilangan kuantum orbital l yang

diperbolehkan adalah:

untuk n = 2 → (n-1) = 1 hingga l = 0 dan 1.

untuk n = 3 → (n-1) = 2 hingga l = 0 ,1, dan 2.

Jadi, untuk n = 2 terdapat dua nilai l yang diperbolehkan , yaitu l = 0 dan l = 1.

Untuk n = 2 terdapat tiga nilai l yang diperbolehkan , yaitu l = 0, l = 1,dan l = 2

Dapatlah dinyatakan bahwa banyaknya nilai l yang diperbolehkan sama dengan nilai

n.

Contoh 9.10 Menentukan besar momentum sudut elektron

Hitung besar momentum sudut sebuah elektron dengan keadaan l = 1 dan 3.

( h = 6,6 3410−× J s)

Jawab:

Besar momentum sudut (L) dihitung dengan Persamaan (9-38):

L = ( ) hll .1+

Untuk l = 1 → L = ( )( )

π2

106,6.2.2.111

34−×==+ hh J s

= 1,5 × 10-34

J s

Untuk l = 1 → L = ( )( )

π2

106,6.32.12.133

34−×==+ hh J s

= 3,6 × 10-34

J s

Contoh 9.11 Menentukan nilai bilangan kuantum magnetik

Tentukan nilai bilangan kuantum magnetik yang mungkin untuk subkulit s dan d.

Jawab:

Untuk subkulit s, bilangan kuantum orbital l = 0.

Karena itu nilai ml yang mungkin hanyalah ml = 0.

Untuk subkulit d, bilangan kuantum orbital l = 2

Nilai ml yang mingkin adalah

-l, …., 0,.....,0, +l = -2, -1, 0, +1, +2

Page 10: BAB FISIKA ATOM - · PDF file... Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika ... Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada ... Gaya listrik yagn bekerja pada elektron,

10

http://atophysics.wordpress.com

Contoh 9.12 Visualisasi vektor momentum sudut

Sebuah elektron dalam atom hidrogen berada dalam keadaan n = 3, l = 2.

a) Berapakah besar vektor momentum sudut elektron?

b) Berapa banyakkah komponen-Z yang boleh dimiliki oleh vektor momentum sudut L?

c) Gambarlah vektor-vektor L yang mungkin tersebut.

d) Tentukan sudut-sudut yagn dibentuk oleh vektor L terhadap sumbu Z.

e) Apakah jawaban a), b), dan d) berubah jika bilangan kuantum utamanya n = 4?

Jawab:

a) Besar vektor momentum sudut L, dihitung dengan Persamaan (9-38);

L = ( ) hll .1+

Untuk l = 2 diperoleh

L = ( ) hh .6.122 =+

b) Komponen L pada sumbu Z, Lz , dihitung dengan persamaan (9-41). hmL lz .= .

Sedang banyak nilai ml yang mungkin dinyatakan oleh persamaan (9-40).

banyak ml = 2l + 1

untuk l = 2 diperoleh

banyak ml = (2×2) + 1 = 5

c) Untuk menggambar vektor L yang mungkin, tiap-tiap nilai Lz yang mungkin harus kita

hitung dahulu dengan Persamaan (9-41). Untuk itu kita harus menentukan dahulu nilai

ml yang mungkin untuk nilai l = 2 dengan menggunakan Persamaan (9-39).

ml = -l, …., 0,.....,0, +l

ml = -2, -1, 0, +1, +2

Nilai Lz yang mungkin adalah Lz =ml h, yaitu

Lz = -2h, -1h, 0, +1h, +2h

Selanjutnya, langkah-langkah untuk menggambar vektor-vektor L yang mungkin adalah

sebagai berikut.

1. Tetapkan skala h= 1 satuan (misal h = 1 cm).

2. Gambarlah setengah lingkaran berpusat di O dengan jari-jari sama dengan L, yaitu L =

≅h6 2,5 cm.

3. Tentukan letak Lz yang mungkin pada sumbu Z (garis tegak), yaitu

Lz = -2h, -1h, 0, +1h, +2h

= -2cm, -1cm, 0, +1cm, +2cm

4. Dari tiap letak Lz pada sumbu Z tarik garis sejajar sumbu mendatar sampai memotong

busur setengah lingkaran, maka vektor dengan pangkal O dan kepala di titik potong

tersebut menunjukkan tiap vektor momentum sudut L.

Page 11: BAB FISIKA ATOM - · PDF file... Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika ... Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada ... Gaya listrik yagn bekerja pada elektron,

11

http://atophysics.wordpress.com

d) Sudut-sudut yang dibentuk oleh tiap vektor L terhadap sumbu Z positif (lihat Gambar

(9.30a)) adalah:

( ) ( )21

0

012 180,180,90,, θθθθθ −−=

sudut θ dapat dihitung dengan rumus perbandingan kosinus:

cos L

Lz=θ

Dengan demikian ,

cos 0

22

2 353

6

6

62

6

2=→==== θθ

h

h

L

Lz

cos 0

11

1 666

6

6

1

6=→==== θθ

h

h

L

Lz

( ) ( )

( ) ( ) 00

2

00

1

14535180180

11466180180

=−=−

=−=−

θ

θ

Jadi, sudut-sudut θ adalah

θ = { ,350 ,660 ,900 ,1140 0145 }

e) Jika n bukan 3 tetapi diganti 4 maka jawaban a), b), dan d) tidak berubah sebab vektor

momentum sudut hanya berkaitan dengan dua buah bilangan kuantum ,yaitu bilangan

kuantum orbital l dan bilangan kuantum magnetik ml. Vektor momentum sudut tidak

bergantung pada bilangan kuantum utama n.

Contoh 9.13 Jumlah maksimum elektron pada suatu kulit

Tunjukkan bahwa kulit L maksimum ditempati oleh 8 elektron, dan M maksimum oleh 18

elektron.

Jawab:

Kulit L memiliki bilangan kuantum n = 2.

Sesuai Persamaan (9-37), untuk n = 2 maka nilai l yang diperbolehkan adalah l = 0 dan l = 1

Untuk l = 0 ada (2l + 1) = (2×0) + 1 = 1 buah nilai ml .

Untuk l = 1 ada (2l + 1) = (2×1) + 1 = 3 buah nilai ml .

Page 12: BAB FISIKA ATOM - · PDF file... Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika ... Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada ... Gaya listrik yagn bekerja pada elektron,

12

http://atophysics.wordpress.com

Tiap nilai ml memiliki 2 buah nilai ms .2

1

2

1��

���

�+−= danms Karena untuk l = 0 ada 1

nilai ml yang dapat ditempati oleh 2 buah elektron, dan untuk l = 1 ada 3 nilai ml yang dapat

ditempati oleh 3×2 = 6 buah elektron, maka kulit L maksimum ditempati oleh 2 + 6 = 8

buah elektron.

Kulit M memiliki bilangan kuantum n = 3. Sesuai Persamaan (9-37), untuk n = 3 maka

nilai l yang diperbolehkan adalah l = 0, 1, dan 2.

Untuk l = 0 ada 1 buah nilai ml dan untuk l = 1 ada 3 buah nilai ml .Untuk l = 2 ada

(2l+1) = (2×2) + 1 = 5 buah nilai ml. Jadi pada keadaan M ada 1 + 3 + 5 = 9 buah nilai ml .

Karena pada tiap ml dapat ditempati oleh 9×2 = 18 buah elektron.

Perhatikan , kulit L(n = 2) dapat ditempati maksimum oleh 8 elektron. Kulit M(n = 3)

dapat ditempati maksimum oleh 18 elektron. Secara umum dapatlah dinyatakan bahwa

jumlah maksimum elektron yang dapat menempati suatu kulit dengan bilangan kuantum n

adalah 2n2 .

Jumlah maksimum elektron pada kulit n = 2n2 ( 9-45).

Contoh 9.14 Jumlah keadaan kuantum atom nilai hidrogen

Tentukan kemungkinan jumlah keadaan untuk atom hidrogen jika bilangan kuantum utama

adalah

a) n =1 dan

b) n = 2

Strategi Tiap kombinasi berbeda dari keempat bilangan kuantum yang dirangkum pada

tabel 9.4 berhubungan dengan suatu keadaan yang berbeda. Kita mulai dengan

bilangan kuantum n dan nilai yang diperkenankan untuk l. Kemudian, untuk

tiap nilai l kita tentukan kemungkinan nilai ml. Akhirnya ada dua kemungkinan

nilai ms, yaitu 2

1

2

1+− dan untuk tiap kelompok nilai-nilai n, l, dan ml.

Jawab:

a) Diagram di bawah ini menunjukkan kemungkinan-kemungkinan untuk l, ml dan ms

untuk n = 1

Jadi, ada dua keadaan kuantum berbeda untuk atom hidrogen. Kedua keadaan kuantum

berbeda ini memiliki energi total yang sama sebab keduanya memiliki nilai n yang sama

b) Dengan n = 2 maka ada delapan kemungkinan keadaan bilangan kuantum berbeda dari

nilai-nilai n, l, ml dan ms, seperti ditunjukkan pada diagram di bawah ini.

Dengan nilai yang sama n = 2, seluruh kedelapan keadaan kuantum memiliki energi

yang sama.

Page 13: BAB FISIKA ATOM - · PDF file... Berapa besar muatan listrik tetes minyak itu? b) Jika ... Dengan demikian terdapat resultan gaya ke bawah pada ... Gaya listrik yagn bekerja pada elektron,

13

http://atophysics.wordpress.com