BANGUN ATOM

TEORI ATOM DALTONModel atom : Atom seperti bola

TEORI ATOM THOMSONModel atom : Atom seperti roti kismis

TEORI ATOM RUTHERFORDModel atom : Atom memiliki inti dan kulit atom, sebagian besar ruang kosong.

TEORI BOHRModel atom : Elektron mengelilingi inti pada orbit tertentu (kulit) dengan energi tertentu

TEORI ATOM MODERN (KUANTUM)Model atom : 4 bilangan kuantum untuk mengetahui posisi elektron dalam atom

PERKEMBANGAN TEORI ATOM

Gas discharge tubes

a. Gas discharge tubes

-

+

b. Pembelokan sinar katoda menuju logam yang bermuatan positif

9

A B

C Dengan mengatur kekuatan medan magnet dan listrik, Thomson dan menghitung perbandingan muatan dan massa elektron. (e/m) yaitu –1,76 x 108 coulomb/gram, dimana coulomb (C) adalah satuan SI untuk muatan listrik dan tanda negatif adalah jenis muatan elektron.

(a) A diagram showing how white light is refracted by a glass prism, which spreads out the colour of the visible spectrum

(b) In this color photograph we see the continuous rainbow of colors

formed from white light.

Energi Gelombang Cahaya Energi 1 Foton = E = hEnergi 1 Foton = Quantum h = Konstanta Plank = frekuensi

(a)

(b)

Produksi spektrum garis. Cahaya yang diemisikan oleh atom dilalukan

kepada celah lalu prisma.Sinar cahaya terbagi menjadi beberapa sinar

dengan frekuensi tertentu yang spesifik tergantung pada jenis unsur yang

dianalisa.

Spektrum Atom

Signifikansi Spektrum Atom

Elektron beredar pada kulit atom memiliki tingkat energi tertentu, dengan kata lain energi yang dimiliki elektron terkuantisasi. Tingkat energi elektron dapat digambarkan dengan ilustrasi berikut ini :

Ball on a staircase. The ball can have only certain amounts of potential energy when at rest.

Apabila atom Hidrogen mengemisi sinar pada frekuensi 4,57 x 1014 Hz,atau = 656 nm energi atom akan menurun sejumlah 3,03 x 10-

19 J. Apabila atom tereksitasi, energi yang dilepaskan besarnya tertentu.

Model atom Bohr memberikan informasi mengenai ukuran orbit dan tingkat energi elektron pada orbit tertentu.

Persamaan Bohr untuk energi adalah :

E = -A/n2

Dimana E = energi yang dimiliki elektron A = konstanta = 2.18 x 10-18 J / 13,6 eV n = bilangan kuantum ( 1,2,3,4,…..) menunjukkan orbit ke…

Karena persamaan diatas bertanda negatif, maka pada n=1 memiliki tingkat energi yang paling rendah (ground state)

Jika atom hidrogen diberi energi dengan cara memasukkannya ke dalam discharge tube, maka elektron menyerap energi dan pindah ke orbit yang lebih tinggi, n=2 atau n=3 , atau bahkan lebih tinggi lagi tergantung besarnya energi yang diterima. Elektron akan kembali ke orbit dengan tingkat energi yang lebih rendah sambil melepaskan energi dalam bentuk cahaya.

Karena tingkat energi pada orbit tetap, maka energi yang dipancarkan elektron yang pindah dari orbit satu ke orbit yang lain, misalnya dari n=2 ke n=1 selalu sama atau frekuensi cahaya yang dipancarkan tetap.

Teori atom Bohr dapat menjelaskan spektrum atom hidrogen tapi tidak dapat menjelaskan spektrum atom dengan jumlah elektron lebih dari satu.

Energi transisi elektron dalam atom hidrogen yang berpindah dari n1 ke n2

adalah :

EH = A ( 1/n2 2 – 1/n12)

Karena E1 = hc/, maka;

1/ = RH (1/n22 – 1/n1

2)

Dimana RH adalah 109.677,581 cm-1

Untuk atom lain selain H yang memiliki elektron satu buah, seperti He+ dan Li2+, maka:

En = -A. Z2 /n2

E = Z2. A ( 1/n22 – 1/n1

2)

Dimana Z = no. atom

SIFAT GANDA ELEKTRON

Para ahli fisika masih bertanya-tanya setelah mempelajari teori atom Bohr. Mereka bertanya, mengapa energi elektron hidrogen terkuantisasi? Mengapa elektron pada atom Bohr hanya beredar mengelilingi inti atom hanya pada jarak-jarak tertentu saja? Selama 10 tahun tidak ada yang dapat menjelaskan pertanyaan di atas secara logis. Baru pada tahun 1924 ilmuwan muda Louis de Broglie dapat memecahkan teka teki ini.

Broglie berpendapat jika gelombang cahaya dapat bersifat seperti partikel (foton), maka partikel kecil seperti elektron dapat bersifat seperti gelombang.

Menurut de Broglie, elektron terikat kepada inti seperti

gelombang berdiri.

Latihan soal:1. Hitung energi yang dibutuhkan dalam elektron volt (eV)

untuk menaikkan elektron dari orbit Bohr ke dua ke orbit Bohr keempat.

2. Hitung panjang gelombang () dalam Angstrom (Ao)a. garis ke-4 dari deret Balmerb. garis ke-3 dari deret Lyman

3. Hitung perbandingan bilangan gelombang (1/ ) garis pertama deret Lyman(L) dengan bilangan gelombang garis kedua deret Balmer (B)

Broglie berpendapat, jika elektron bersifat seperti gelombang berdiri dalam atom hidrogen, maka panjang lintasan elektron harus merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang elektron.

2 r = n n = 1,2,3,…Jika panjang lintasan elektron bukan bilangan bulat dari panjang gelombang elektron, maka pada titik tertentu gelombang elektron akan berbeda fasa, dan kondisi ini tidak terijinkan. Dan karena energi elektron tergantung dari ukuran lintasan (atau r) maka energi elektron akan terkuantisasi.

Hal di atas menjadi alasan bagi Broglie untuk menyimpulkan bahwa gelombang dapat bersifat seperti partikel dan partikel dapat bersifat seperti gelombang. Hubungan kedua sifat di atas dapat dinyatakan dengan persamaan de Broglie :

= h/mvh= konstanta Plank, m = massa, v = kecepatan

MEKANIKA QUANTUM

Penemuan Bohr yang spektakuler, ternyata masih meninggalkan

ketidakpuasan. Pendekatan Bohr tidak menghitung untuk

spektrum atom yang memiliki jumlah elektron lebih dari satu,

seperti atom helium dan litium. Bohr juga tidak menjelaskan garis

tambahan yang muncul pada spektrum emisi hidrogen ketika

diberi medan magnet. Masalah lainpun muncul seiring dengan

penemuan bahwa elektron juga bersifat seperti gelombang yaitu

bagaimana posisi gelombang dapat ditentukan ?Kita tidak dapat

menentukan dengan pasti lokasi sebuah gelombang karena

gelombang memenuhi suatu ruangan.

Untuk memecahkan masalah di atas, dan usaha untuk menentukan lokasi elektron yang bersifat seperti gelombang, Werner Heisenberg merumuskan konsep yang kemudian kita sebut dengan…..

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg : Adalah suatu hal yang tidak mungkin untuk menentukan momentum (massa kali kecepatan) dan posisi suatu partikel pada waktu yang sama. Secara matematika :

2

hpx

BILANGAN KUANTUM

Dalam mekanika kuantum, tiga bilangan kuantum diperlukan untuk menggambarkan distribusi elektron dalam suatu atom, yaitu :

1. Bilangan Kuantum Utama (n)

2. Bilangan Kuantum Momentum Sudut (l)

3. Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Tiga bilangan kuantum ini dapat menunjukan tempat orbital sebuah elektron berada.

Bilangan kuantum yang ke empat :4. Bilangan kuantum spin (s),

menggambarkan sifat suatu elektron sehingga dapat mengidentifikasi lebih spesifik lagi

Bilangan Kuantum Utama, nBilangan kuantum utama ,n, dapat dinyatakan dengan bilangan bulat, seperti 1,2,3, dst. Bilangan kuantum ini menunjukkan tingkat energi suatu orbital. Bilangan kuantum ini pun menujukkan jarak rata-rata suatu elektron dengan inti atom.

Bilangan kuantum utama satu, atau n = 1 menunjukkkan bahwa elektron berada pada kulit pertama (kulit K) . Jika n = 2, maka elektron berada pada kulit ke dua (kulit L), dan seterusnya.

n = 1 2 3 4 ...

Kulit K L M N ...

Bilangan Kuantum Momentum Sudut (l)

Bilangan Kuantum Momentum Sudut (l), menyatakan bentuk orbital. Harga bilangan kuantum ini bergantung pada harga bilangan kuantum utama, n. Untuk bilangan kuantum utama n, maka harga l yang mungkin adalah dari l = 0 sampai l = (n-1). Untuk n = l, maka hanya memiliki satu harga l yaitu l =0. Untuk n =2, maka ada dua harga l yang dimiliki adalah l=0 dan l =1. Jika n = 3, maka ada tiga harga l yang dimiliki yaitu l=0, l=1, dan l=2.

Harga l menyatakan dengan Subkulit dapat diidentifikasi dengan harga l. Tetapi untuk mencegah penomoran yang memusingkan harga n dengan l maka …

Harga l 0 1 2 3 4 5

Huruf simbol s p d f g h ……….

Misalnya, untuk subkulit dengan n = 2 dan l = 1 subkulitnya 2p; subkkulit dengan n = 4 dan l = 0 subkulitnya 4s.

Bilangan kuantum sudut menentukan bentuk orbital.

4s<4p<4d<4f

- energi naik

-Bilangan Kuantum Magnetik, ml. Bilangan kuantum ketiga, ml

dikenal dengan bilangan kuantum magnetik. Pembagian subkulit ke dalam orbital individual berhubungan dengan cara orbital tersebut berorientasi terhadap masing-masing dalam ruang. Misalnya l, terdapat dua harga ml yang mungkin dengan jarak dari +l ke –l. Jika l = 0, ml dapat hanya mempunyai harga 0 sebab +0 dan –0 adalah sama. Jika l = 1, harga yang mungkin ml adalah +1, 0 dan –1. Sub kulit p mempunyai tiga orbital : dengan l = 1 dan ml = 1, kemudian l = 1 dan ml = 0, dan yang ketiga l = 1 dan ml = -1.

Gambar tingkat energi orbital

SPIN ELEKTRON DAN PRINSIP LARANGAN PAULI

Salah satu faktor yang penting yang mempengaruhi distribusi elektron

adalah fenomena yang dikenal dengan spin elektron.Konsep spin elektron berdasar pada kenyataan bahwa elektron

memiliki sifat sedikit magnet.Spin elektron memberikan kita bilangan kuantum ke-4 untuk elektron yang disebut bilangan kuantum spin, ms. Bilangan kuantum spin memberikan dua harga yang mungkin yaitu ms = +1/2 atau ms = -1/2.

Pada tahun 1925 fisikawan Austria, Wolfgang Pauli (1900-1958), menggambarkan spin elektron yang penting ditentukan oleh struktur elektronik. Prinsip Larangan Pauli menyatakan bahwa tidak ada dua elektron pada atom yang sama mempunyai harga yang sama dari keempat bilangan kuantum.

Prinsip larangan Pauli menjelaskan bahwa jumlah maksimum elektron dalam setiap orbital adalah dua, dan jika dua elektron dengan orbital yang sama, maka mereka harus memiliki spin yang berlawanan.

Spin Elektron = ms

ms = + ½ atau – ½ Prinsip Pauli

A paramagnetic substance is attracted to a magnetic field

STRUKTUR ELEKTRONIK ATOM MULTIELEKTRON

Distribusi elektron antara orbital atom disebut struktur elektronik atau konfigurasi elektron. Prinsip distribusi elektron dengan menggunakan:

Aturan Hund

Prinsip Aufbau

Kestabilan ½ penuh

Struktur dasar tabel periodik adalah salah satu empiris terkuat yang mendukung teori kuantum yang sudah digunakan untuk memprediksi konfigurasi elektron, dan juga mengizinkan kita untuk penggunakan tabel periodik itu sendiri sebagai pembagian untuk prediksi konfigurasi elektron.

Konfigurasi Elektron = Struktur Elektronik

Aturan Hund : A way to remember the fiIling order of subshells. Write the subshell designations as shown and follow the diagonal arrows, starting at the bottom. (Prinsip Aufbau)

Core Electrons: Na [Ne] 3s1

Mg [Ne] 3s2

Konfigurasi Elektron dalam Tabel Perioda

BENTUK ATOM DAN ORBITAL

Bentuk dan Ukuran Orbital s dan p

Semua orbital s bentuknya sferik, ukurannya naik dengan bertambahnya nilai n. Titik kepadatan elektron yang sama terletak pada permukaan ruang dengan inti terletak ditengahnya. Orbital s berbentuk bola.

Orbital p sedikit berbeda dengan orbital s, kerapatan elektron terdistribusi pada dua daerah sisi yang berseberangan dari inti. Ukuran orbital p juga naik dengan naiknya nilai n seperti yang digambarkan pada Gambar di bawah ini :

Kedudukan Elektron Setiap Saat

FIGURE 3.22 Size variation among s orbitals become larger with increasing n. The diagrams represent cross sections of the spherical electron density patterns.

The shapes and directional properties of the five d orbitals of a d subshell

probabiIity distribution in a p orbital. The orientations of the three p orbitals in a p subshell.

VARIASI SIFAT ATOM DENGAN STRUKTUR ELEKTRONIK

Muatan Inti Efektif

Ukuran kulit luar bergantung juga kepada jumlah muatan positif yang mempengaruhi elektron bagian luar.Tambah besar muatan positf ini bertambah banyak pula elektron yang berkumpul di tengan atom.

Sisa muatan negatif elektron yang mempengaruhi kulit valensi

elektron bagian luar disebut muatan ini efektif.

Unsur litium mempunyai konfigurasi elektron 1s2 2s1

Ukuran Atom dan Ion

Pengukuran percobaan diameter atom berjarak antara 1,4 X 10-

10 ke 5,7 X 10-10 m. Unit yang lebih umum disebut angstrom (),1 A = 1 X 10-10 m

Energi Ionisasi

Energi ionisasi (EI) adalah energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu elektron dari keadaan terisolasi, atom gas atau ion dalam keadaan dasar.

X(g) X+ (g) + e-

Energi ionisasi umumnya meningkat dari bawah ke atas pada satu golongan dan meningkat dari kiri kekanan dalam satu perioda.

 

Afinitas Elektron

Afinitas elektron (EA) adalah perubahan energi potensial karena penambahan elektron pada atom gas atau ion dalam keadaan dasar.

X(g) + e- X- (g)

Afinitas elektron menjadi lebih eksotermik dari kiri ke kanan pada tabel periodik dan dari bawah ke atas.

Large atom are found in the lower left of the periodic table, and small atoms are found in the upper right

Ukuran Atom dan Ion

Jari -jari Atom 7,0 x 10-11 m s/d 2,9 x 10-11 m

Variations in atomic and ionic radii in the periodic table. Value are in picometers

Ukuran Ion

Energi lonisasi = EI. Adalah energi yang diperlukan untuk melepaskan satu elektron dari sebuah atom bebas.

X(g) X+(g) + e

TABLE 3.3 Successive Ionization Energies in kJ/mol for Hydrogen through Magnesium

FIGURE 3.27 The variation of first ionization energy with atomic number

FIGURE 3.28 Variations of ionization energy within the periodic table.

Afinitas Elektron = EA

Adalah energi yang dilepaskan apabila satu elektron ditambahkan kepada atom bebas

X(g) + e- X-(g)

TABLE 3.4 Electron Affinities for Some Elements