FISIKA SEKOLAH 2Fisika Atom dan Fisika IntiDosen Pengampu : Pak Nathan Hindarto dan Pak Supriyadi

Disusun Oleh :

1. Nurlailiatul Isnani(4201412058)2. Rizki Maulana N.(42014120)

JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS NEGERI SEMARANG2015FISIKA ATOMA. TEORI ATOM JOHN DALTONTeori atom mulai berkembang dalam beberapa tahun yang lalu, yaitu dari sekitar tahun 1803 sampai sekitar tahun 1926 dimana banyak para ilmuwan kimia mulai menemukan dan mengembangakan teori teori atom dari yang sederhana sampai dengan teori atom yang modern . Dimulai pada tahun 1803 seorang penemu bernama John Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom . Teori atom dalton didasarkan pada hukum kekekalan masa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum Prouts).. Dari kedua hukum tersebut dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut :1. Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi.2. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil,suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda3. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana .4. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru.Kelemahan: Teori dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.B. TEORI ATOM J.J. THOMSONPada tahun 1900, J.J. Thomson menemukan electron. Penemuan electron berkaitan dengan percobaan-percobaan tentang hantaran listrik melalui tabung hampa, seperti pada gambar.

Gambar tersebut memperlihatkan tabung kaca yang hampa udara di dalamnya terdapat dua electrode, yaitu katode (positif) dan anode (negatif). Katika katode dan anode diberi beda potensial yang tinggi, berkas sinar terpancar dari katode. Sinar tersebut disebut sinar katode.Membeloknya sinar katode ketika dilewatkan pada medan listrik dan medan magnet mengantarkan pada kesimpulan bahwa sinar katode terdiri atas partikel-partikel bermuatan listrik negative. Selanjutnya J.J. Thomson melakukan eksperimen untuk menentukan besar muatan partikel tersebut. Skema sederhana perlalatan eksperimen tersebut

Sinar katode (digambarkan sebagai sebuah muatan negative yang besarnya ) dilewatkan pada daerah bermedan listrik E dan bermedan magnet B yang saling tegak lurus. Akibatnya, sinar katode mendapat gaya listrik (F= E) dan medan magnetic (F= vB) yang arahnya saling berlawanan. Besar medan magnet diatur sedemikian rupa sehingga besar gaya magnet sama dengan besar gaya listrik. Keadaan yang diharapkan adalah sinar katode merambat lurus dengan kecepatan yang memenuhi persamaan:

Selanjutnya, sinar katode melewati daerah bermedan magnet. Akibatnya, sinar katode akan dibelokkan dan menempuh lintasan lingkaran dengan jari-jari R. Dalam hal ini, gaya magnet bertindak sebagai gaya sentipental, sehingga berlaku:

Dan diperoleh:Selanjutnya, dengan memasukan , diperoleh persamaan:

Besaran-besaran E, B dan R dapat diukur. Akan tetapi, meskipun muatan dan massa m tidak dapat ditentukan secara terpisah , maka perbandingannya adalah 1,76 x 1011 C/kg. sinar katode kemudian dikenal sebagai electron.Menurut Thomson, atom bukanlah bagian terkecil dari suatu unsure, melainkan tersusun oleh muatan-muatan positif yang tersebar diseluruh atom dan di netralkan oleh electron-elektron seperti roti kismis

Kelemahan:tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

C. TEORI ATOM RUTHERFORDErnest Rutherford pada tahun 1910 bersama dua orang asistennya Hans Geiger dan Ernest Marsden melakukan eksperimen untuk menguji kebenaran model atom Thomson. Mereka menembaki lempeng emas yang sangat tipis dengan partikel sinar alfa berenergi tinggi.Mereka menemukan bahwa sebagian besar partikel alfa dapat menembus lempeng emas tanpa pembelokkan berarti, seolah-olah lempeng emas itu tidak ada. Akan tetapi, kemudian mereka menemukan bahwa sebagian kecil dari partikel alfa mengalami pembelokan yang cukup besar, bahkan di antaranya dipantulkan.Adanya partikel alfa yang terpantul mengejutkan Rutherford. Partikel alfa yang terpantul itu pastilah telah menabrak sesuatu yang sangat padat dalam atom. Fakta ini tidak sesuai dengan model yang dikemukakan oleh J.J.Thomson, dimana atom digambarkan bersifat homogeny pada seluruh bagiannya.

Pada tahun 1911, Rutherford menjelaskan penghamburan sinaralfa dengan mengajukan gagasan tentanginti atom. Menurut Rutherford, sebagian besar dari massa dan muatan positif atom terkonsentrasi pada bagian pusat atom yang selanjutnya disebut inti atom. Elektron beredar mengitari inti pada jarak yang relative sangat jauh. Lintasan electron itu disebut kulit atom.Kelemahan pada teori atom Rutherford yakni tidak dapat menjelaskan electron itu tidak jatuh keintinya. Menurut teori fisika klasik, gerakan electron mengitari inti akan disertai pemancaran energy berupa radiasi elektromagnet. Dengan demikian, energy electron semakin berkurang dan gerakannya melambat sehingga membentuk lintasan spiral dan akhirnya jatuh ke inti atom.D. TEORI ATOM BOHRPada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernamaNeils Bohrmemperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:1. Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen.Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti.2. Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.3. Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck,E2 E1= hf4. Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebutmomentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan darih/2patau nh/2p, dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebutkulit elektronatautingkat energi.Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya. Kelemahan:1. Model atom ini tidak bisa menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak.2. Tidak dapat menjelaskan efek Zemaan3. Tidak dapat menjelaskan anomaly efek zeeman4. Melanggar ketidakpastian Heizenberg

E. TEORI ATOM MEKANIKA KUANTUM (1926)Merupakan sumbangan dari: Louis de Broglie, Wolfgrang Pauli, Werner Heisnberg, Erwin Schrdinger, dan Max Born. Inti dari model atom ini adalah persamaan SchrdingerPenjelasan postulat kuantisasi momentum sudut Bohr:Bohr mengajukan postulat kuantisasi momentum sudutnya, , begitu saja tanpa memberikan alasan secara fisis sama sekali.Louis de Broglie dengan teori gelombang-partikelnya menjelaskan bahwa: partikel (misalnya elektron) yang bergerak dengan kecepatan v kemungkinan memili sifat gelombang dengan panjang gelombang , yang sesuai. Pernyataan ini dirumuskan sebagai:Persamaan de Broglie: Prinsip ketidakpastian Heisenberg:Tidak mungkin kita mengetahui posisi partikel secara teliti dan momentum partikel secara teliti secara bersamaan. Berdasarkan prinsip ini, kita tidak dapat mengetahui lintasan electron secara pasti seperti yang dikemukaan oleh Bohr. Inilah yang menyebabkan teori atom Bohr melanggar ketidakpastian Heinsenberg. Yang hanya bisa ditentukan adalah orbital. Orbital adalah kebolehjadian terbesar untuk menemukan electron. Orbital bukanlah bidnag tetapi ruang yang mirip lapisan kulit bawang.Persamaan gelombang Schrdinger:1. Gelombang electron dapat dijelaskan oleh suatu fungsi matematik yang memberikan ampiltudo gelombang pada titik apa saja dalam ruang. Fungsi ini disebut fungsi gelombang ().2. Kuadrat fungsi gelombang, memberikan peluang menemukan electron pada titik dalam ruang. Tidaklah mungkin menyatakan secara tepat letak electron bila electron dipandang sevbagai gelombang. Model gelombang ini tidak bertentangan dengan ketidakpastian Heisenberg karena tidak mendefinisikan letak electron secara pasti.3. Ada banyak fungsi gelombang yang deskripsi gelombang elektronnya dalam suatu electronnya dalam suatu atom dapat diterima. Setiap fungsi gelombang dikarakteristikan oleh sekumpulan bilangan-bilangan kuatum. Nilai-nilai bilangan kuantum berkaitan dengan bentuk dan ukuran gelombanga electron dan letak electron dalam ruang 3 dimensi.Bedasarkan hasil persamaan Schrdinger, kemungkianna cara terbaik untuk menvisulalisasikan sebuah electron dalam sebuah atom adalah seperti awan bermuatan negative yang didistribusikan di sekitar inti atom.

BILANGAN KUANTUMDalam model atom mekanika kuantum, untuk menetapkan keadaan stasioner electron diperlukan empat bilangan kuantum. Kemepat bilangan kuantum adalah:Bilangan kuantum utama (n)Bilangan kuantum utama (n) menyatakan tingkat energy atau kulit dalam atom. Nilai bilangan kuantum utama adlah bilngan bulat mulai dari 1 sampai ~.Bilangan kuantum utama n = 1, 2, 3, 4, .Orbit tempat electron bergerak disebut kulit dan diberi nama dengan huruf K, L, M, N, O,. Kulit dengan n = 1 diberi nama K, n = 2 diberi nama L, n = 3 diberi nama M dan seterusnya..

Semakin dekat letak kulit atom dengan inti maka nilai bilangan kuantum utama semakin kecil (mendekati 1). Sehingga bilangan kuantum utama digunakan untuk menentukan ukuran orbit (jari-jari) berdasarkan jarak orbit electron dengan inti atom dan juga dapat mengetahui besarnya energy potensial electron. Semakin dekat jarak orbit dengan inti atom maka kekuatan ikatan electron dengan inti atom semakin besar, sehingga energy potensial electron semakin besar. Bilangan kuantum orbital ()Bilangan kuantum orbital menyatakan sub kulit tempat electron berada dan bentuk orbital, serta menetukan besarnya momentum sudut electron terhadap inti.Bilangan kuantum orbital muncul karena teramati efek Zeeman yaitu garis-garis tambahan dalam spectrum emisi jika atom-atom tereksitasi diletakan di dalam medan magnetic luar homogeny.Efek Zeeman tidak dapat dijelaskan oleh orbit lingkaran Bohr karena orbit lingkaran hanya mempunyai satu vector momentum sudut. Berdasarkan efek Zeeman, Arnold Sommerfeld mengusulkan orbit elips selain orbit lingkaran (lingkaran merupakan keadaan khusus dari orbit elips). Dalam orbit ellips orientasi lingkaran bisa lebih dari satu.Bilangan kuantum orbital = 0, 1, 2, 3, (n-1)Momentum sudut electron dari bilangan kuantum orbital diturunkan dari persamaan Schrdinger:

Bilangan kuantum magnetik ()Bilangan kuantum magnetic menyatakan orbital tempat ditemukannya electron pada subkulit tertentu dan arah momentum sudut electron terhadap inti. Nilai bilangan kuantum magnetic berhubungan dengan nilai bilangan kuantum orbital anrata sampai +.Hubungan bilangan kauntum orbital dan bilangan kuantum magnetic

Bilangan kuantum spinTerpecahnya garis-garis spectra pada atom lebih dari yang diperkirakan disebut Anomali Efek Zeeman (AEZ). Terjadinya AEZ dijelaskan Pauli dengan menyatakan hipotesis bahwa karena adanya rotasi tesembunyi yang menghasilkan momentum sudut tambahan, kemudian ia mengusulkan bilangan kuantum keempat yang hanya boleh memiliki dua nilai supaya dapat menjelaskan AEZ. Goudsmit dan Uhlenbeck kemudian mengusulkan bahwa rotasi tersembunyi ini disebabkan oleh momentum sudut intrinsic yang dikaitkan dengan electron yang berotasi pada porosnya. Bilangan kuantum spin hanya memiliki dua nilai yaitu -1/2 atau +1/2.Tingkat-tingkat Energi Atom HidrogenEnergy atom hydrogen (berelektron tunggal) bergantung pada bilangan kunatum utama dari fungsi gelombang.

KONFIGURASI ELEKTRON1. Aturan AufbauPengisian elektron dimulai dari subkulit yang berenergi paling rendah dilanjutkan pada subkult yang lebih tinggi energinya. 2. Aturan HundFrederich Hund (1927), seorang ahli fisika mengemukaan aturan pengisian electron pada orbital yaitu: orbital-orbital dengan ennergi yang sama, masing-masing terisi satu electron arah yang sama atau setelah semua orbital masing-masing terisis satu electron kemudian electron akan memasuki orbital-orbital secara berurutan dengan arah yang berlawanan .3. Prinsip Larangan PauliTidak boleh ada dua electron dalam sebuah atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama persis

ENERGI IONISASI DAN AFINITAS ELEKTRONEnergi Ionisasi adalah enenrgi yang dibutuhkan untuk melepaskan sebuah elektron yang tidak erat terikat dalam atomnya dalam keadaan gas.Energi ionisasi golongan gas mulia adalah yang paling besar karena ada celah energi yang cukup lebar (besar) terhadap kelompok dari subkulit berikutnya. Oleh karena itu diperlukan energi yang cukup besar untuk mengeluarkan elektron pada subkulit terluar ini. Sebaliknya, Golongan logam alkali, yaitu : Li, Na, K, Rb, dan Cs, kulit terluarnya hanya terdiri dari satu elektron, dan untuk mengeluarkan elktron terluar ini tidak diperlukan energi yang besar, sehingga elektron terluar ini mudah dilepaskan, sehingga golongan logam alkali ( golongan IA) mempunyai energi ionisasi paling rendah.Afinitas elektron adalah proses pembentukan ion negatif disertai dengan pembebasan energi. Jadi afinitas elektron adalah besarnya elektron yang dibebaskan ketika sebuah atom netral menangkap elektron untuk membentuk ion negatif