materi 9 struktur atom lanjutan

8/18/2019 Materi 9 Struktur Atom Lanjutan

1/18

STRUKTUR ATOM LANJUTANSTRUKTUR ATOM LANJUTANNURUN NAYIROH, M.Si

Pertemuan Ke-9 dan 10

FISIKA MODERN

SUB TEMASUB TEMAModel Atom BohrTingkat Energi dan SpektrumAsas PersesuaianEksitasi Atomik (Percobaan Frank-Hertz)


2/18


3/18

Energi total sebuah elektron dalam orbit adalahpenjumlahan energi kinetik dan energi potensialnya:

dengan k = 1 / (4πε 0), dan q e adalah muatan elektron

Momentum sudut elektron hanya boleh memiliki hargadiskret tertentu:

dengann = 1,2,3,… dan disebutbilangan kuantum utama,h adalahkonstanta Planck , dan

Jari-jari Orbit ElektronElektron yang jari-jari lintasannya r memiliki persamaanumum untuk sembarang lintasan :

dengan r1 = 0,53 Å (jari-jari Bohr), dan n = 1,2,3,… dst.

20

22

mehn

r n π ε

= Atau


4/18

Kecepatan elektron dalam orbit :

dimana: n = 1,2,3,…Untuk tingkat dasar : n =1 & Z = 1

Tingkat Energi dan SpektrumTingkat Energi dan SpektrumFoton dipancarkan bila elektron melompat dari suatutingkat energi ke tingkat energi yang lebih rendah,Berbagai orbit yang diijinkan berkaitan dengan energielektron yang berbeda-beda.Energi elektron En dinyatakan dalam jari-jari orbit rndiberikan sebagai berikut:

Rumus rn disubstitusi ke persamaan di atas, sehinggamenjadi:

n= 1, 2, 3,...Rumus Tingkat Energi


5/18

Energi untuk kulit ke-n:

Tingkat energi ini semuanya negatif, hal ini menyatakanbahwa elektron tidak memiliki energi yang cukup untukmelarikan diri dari inti.Apabila terjadi perpindahan (transisi) elektron dari satukulit ke kulit yang lain, maka memerlukan energi :

Besarnya energi yang diperlukan atau dipancarkansebesar:

λ

hchf E ==∆

h = tetapan Planck = 6,6.10-34 Jsf = frekuensi foton (Hz)c = cepat rambat cahaya = 3.108 m/sλ = panjang gelombang foton (m)

E1= (2,179 x 10 -18J= -13,6 eV)

Sehingga,

Tingkat energi yang terendah E 1 disebut keadaandasar (status dasar) dari atom itu dan tingkatenergi lebih tinggi E 2, E 3, E 4,...disebut keadaaneksitasi (status eksitasi).Ketika bilangan kuantum n bertambah, energi Enyang bersesuaian mendekati nol; dalam limit n= ≈,E≈ = 0 dan elektronnya tidak lagi terikat pada intiuntuk membentuk atom.

n 3

+ n 2n 1E 1E 2E 3

M L KE1 < E2 < E3


6/18

Tingkat-tingkat energi atom Hydrogen

eV J 6.1310x2,179nilaidengannumerikkonstanta:B -18 −=

Energi IonisasiAdalah energi yang dibutuhkan untuk membebaskan elektrondari atom dalam keadaan dasarnya atau energi yang diserapuntuk men-ion-kan atom.Energi ionisasi biasanya sama dengan –E1, yang harusdilengkapi agar menurunkan sebuah elektron dari keadaandasarnya.Bila elektron terbangkit sampai kuantum, maka elektron itulepas dari lingkungan atom dan atom tersebut menjadi ion (+).Besar Energi Ionisasi atom Hidrogen:

untuk n = 1→ E = 13,6 eV


7/18

Sebaliknya jika ion Hidrogen mengikat sebuah elektron akandipancarkan energi sebesar:

Besar Frekuensi foton yang dipancarkan:

Elektron yang terlepas dari susunan atom akan ditangkap oleh strukturatom yang lain.Kemampuan sebuah atom untuk menangkap elektron bebas disebutsebagai Afinitas Elektron.Dan atom tersebut menjadi ion (-)

untuk n = 2 diperoleh frekuensiyang sesuai dengan salah satuderet balmer.

Spektrum Gas Hidrogen Menurut Bohr • Bila elektron meloncat dari lintasan yang energinya tinggi

ke lintasan yang energinya rendah, dipancarkan energisebesar E=h.f mengikuti spektrum “LBPBP” (Lyman, Balmer,Paschen, Brackett, Pfund), dengan persamaan :

nA = Kulit yang ditujunB = Kulit yang ditinggalkan

= R = 1,097.10-7 m-1 (tetapan Rydbeg)


8/18

•Deret Lyman (Ultra Ungu)nA = 1 dan nB = 2, 3, 4 ….

•Deret Balmer (Cahayatampak)

nA = 2 dan nB = 3, 4, 5, ….•Deret Paschen (Inframerah I)

nA = 3 dan nB = 4, 5, 6, ….•Deret Brackett (InframerahII)

nA = 4 dan nB = 5, 6, 7, ….•Deret Pfund (Inframerah III)

nA = 5 dan nB = 6, 7, 8, ….

Postulat Dasar Model Atom Bohr Postulat Dasar Model Atom Bohr

Ada empat postulat yang digunakan untuk menutupikelemahan model atom Rutherford, antara lain :

1. Atom Hidrogen terdiri dari sebuah elektron yangbergerak dalam suatu lintas edar berbentuk lingkaranmengelilingi inti atom ; gerak elektron tersebutdipengaruhi oleh gaya coulomb sesuai dengan kaidahmekanika klasik.

2. Lintas edar elektron dalam hydrogen yang mantaphanyalah memiliki harga momentum angular L yangmerupakan kelipatan dari tetapan Planck dibagi dengan2̟.

dimanan = 1,2,3,… dan disebut sebagaibilangan kuantumutama, danh adalahkonstanta Planck .


9/18

3. Dalam lintas edar yang mantap elektron yangmengelilingi inti atom tidak memancarkan energielektromagnetik, dalam hal ini energi totalnya Etidak berubah.

4. Jika suatu atom melakukan transisi dari keadaanenergi tinggi EU ke keadaan energi lebih rendah

EI, sebuah foton dengan energi hυ=EU-EIdiemisikan. Jika sebuah foton diserap, atomtersebut akan bertransisi ke keadaan energirendah ke keadaan energi tinggi.

18

Kelebihan model BohrKelebihan model Bohr

• Keberhasilan teori Bohr terletak padakemampuannya untuk meramalkan garis-garisdalam spektrum atom hidrogen.

• Salah satu penemuan adalah sekumpulan garishalus, terutama jika atom-atom yangdieksitasikan diletakkan pada medan magnet.


10/18

KelemahanKelemahan• Struktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori

Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikanspektrum selain atom hydrogen

• Belum mampu menjelaskan adanya stuktur halus(finestructure ) pada spektrum, yaitu 2 atau lebih garis yangsangat berdekatan

• Belum dapat menerangkan spektrum atom kompleksItensitas relatif dari tiap garis spektrum emisi.

• Efek Zeeman, yaitu terpecahnya garis spektrum bila atomberada dalam medan magnet

AZAS PERSESUAIAN

Asas Persesuaian adalah asas yangdiajukan Neils Bohr untuk memecahkanmasalah perbedaan antara postulat Bohrdalam fisika kuantum dengan hukum fisika

klasik.


11/18

Postulat BohrSebuah elektron dalam model atom Bohr yang mengalamipercepatan sewaktu beredar dalam garis edar lingkaran, tidak meradiasikan energi elektromagnet (kecuali jika ia berpindahke garis edar).

Hukum Fisika Klasik Sebuah partikel bermuatan meradiasikan elektromagnet bilamengalami percepatan.Fisika klasik memberi bentuk berbeda

k =1/2 mv

2;tetapi telah kita perlihatakan bahwa E – E0 tersederhanakan

menjadi1/2 mv2 apabila v


12/18

Sebuah partikel bermuatan elektrik yang bergerak sepanjangsebuah lingkaran meradiasikan gelombang elekteromagnetik dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi gerak melingkarnya.Misal jarak tempuh satu gerak edar lingkaran penuh elektron= 2π r, dengan laju edar v = √2k/m, maka diperolehperiodenya :

Karena frekuensi v adalah kebalikan periode maka :

Dengan menggunakan penyataan diatas bagi jari jariorbit yang diperkenankan maka diperoleh :

Sehingga sebuah elektron klasik yang bergerak dalam orbitlingkaran berjari-jari rn akan meradiasikan gelombangelektromagnet dengan frekuensiν n ini.Namun jika kita perbesar jari-jari atom bohr menjadi sangatbesar mulai dari objek berukuran kuantum (10-10 m) hinggake ukuran laboratorium (10-3 m) ,dapatkah kita harapkanbahwa atomnya berperilaku klasik. Sehingga munculpersamaan seperti di bawah ini untuk penjelasan tersebut.


13/18

Jika n besar sekali,kita dapat hampiri n-1 dengan ndan 2n-1 dengan 2n,sehingga menurut persamaanseperti ini :

Rumus di atas, identik dengan persamaan frekuensi klasik.Elektron klasik berspiral secara mulus menuju inti atom,sambil meradiasi dengan frekuensi yang diberikan.Sedangkan elektron kuantum meloncat dari orbit n ke orbit(n-1), dan kemudian ke orbit (n-2), dan seterusnya

Apabila orbit-orbit lingkaran besar sekali, maka loncatandari satu orbit lingkaran ke orbit yang lebih kecilnampaknya menyerupai sebuah sepiral.


14/18

PemahamanPemahamanDalam rentang n yang besar, dimana fisikaklasik dan kuantum bertumpang tindih,pernyataan klasik dan kuantum bagi frekuensiradiasi keduanya identik. Ini adalah salah satucontoh penerapan asas persesuaian bohr.

Asa ini penting untuk memahami bagaimanakita beranjak dari ranah dimana berlakuhukum-hukum fisika klasik ke ranah dimanaberlaku hukum-hukum fisika kuantum.

EKSITASI ATOMIKEKSITASI ATOMIKTerdapat 2 mekanisme utama eksitasi:◦ Tumbukan dengan partikel lain.

Sebagian Ek bersamanya diserap oleh atom, sehinggaatom tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi,kemudian kembali lagi ke keaadaan dasarnya dalamwaktu 10-8 s dengan memancarkan foton

◦ Dengan menimbulkan lucutan listrik dalam gasbertekanan rendah, sehingga timbul medan listrik yangmempercepat elektron dan ion atomik sampai energikinetiknya cukup untuk mengeksitasikan atom ketikaterjadi tumbukan.

◦ Eksitasi melalui penyerapan radiasi.Spektrum yang dihasilkan adalah spektrum absorbsi.


15/18

TeoriTeori PercobaanPercobaan FranckFranck - - HertzHertz

Pada percobaan Frank Hertz mengggunakan sinarelektron yang dipercepat untuk mengukur besarnya energieksitasi pertama pada atom gas mercury (Hg).

Elektron yang dihasilkan dari proses termionik padakatoda akan dipercepat diantara katoda dan anoda, dalamtabung uap Hg elektron tersebut akan mengalami tumbukandengan atom hidrogen.

Proses tumbukan yang terjadi meliputi tumbukan elastikdan non elastik. Setelah energi kritis tercapai, ternyata arusmenurun secara tiba tiba.

Tafsiran dari effek ini ialah bahwa elektron yangbertumbukan dengan atom memberikan sebagian atauseluruh energi di atas tingkat dasar.

Tumbukan semacam ini disebut tak elastis. Energi kritiselektron bersesuaian dengan energi yang diperlukan untukmenaikkan atom ke tingkat eksitasi terendah.

Semakin banyak elektron yang mencapai anodamaka arus listriknya makin besar. Atom atom dalamtabung saling bertumbukan akan tetapi tidak ada energiyang dilepaskan di dalam tumbukan ini. Jaditumbukannya secara elastis.

Untuk menghasilkan terjadinya pelepasan energi,maka atom mengalami transisi ke suatu keadaan eksitasidan hal ini dapat dilakukan dengan cara tabung elektrondiisi dengan gas hidrogen, maka elektron akanmengalami tumbukan dan jika tegangan dinaikkan lagimaka arus listriknya juga akan ikut naik.

Jika energi kinetik kekal dalam tumbukan antarelektron dan sebuah atom uap gas hidrogen, elektronnyahanya terpental dalam arah yang berbeda dengan arahdatangnya.karena atom tersebut lebih masif darielektron, atom hampir tidak kehilangan energi dalamproses tersebut.


16/18

GAMBAR PERCOBAANGAMBAR PERCOBAANFRANK FRANK- -HERTZHERTZ

Elektron-elektron meninggalkankatoda, yang dipanasi dengansebuah filamen pemanas.Semua elektron itu kemudiandipercepat menuju sebuah kisioleh bedapotensial V , yang dapatdiatur.Elektron dengan energi V elektron-volt dapat menembusikisi dan jatuh pada pelat anoda,

jika V lebih besar daripada V 0,suatu tegangan perlambat kecilantara kisi dan pelat katoda.Arus elektron yang mencapaipelat anoda diukur denganmenggunakan ammeter A.

GGAMBARAMBAR KURVAKURVA ARUSARUSTERHADAPTERHADAP TEGANGANTEGANGAN

Pada grafik terlihat bahwa arus yang terbaca tidak turun sampainol. Ini dikarenakan ada elektrondari pemanas yang tidakberinteraksi dengan atom gas baik

interaksi melalaui tumbukanmaupun penyerapan energi.Sebagai konsekuensi elektronpemanas yang tidak berinteraksitsb dapat mencapai anoda.


17/18

RumusRumus PercobaanPercobaan FranckFranck -- HertzHertz

Ee : energi eksitasiV : tegangan eksitasiN : jumlah data

E E E E

V e Ei N

V V V

N V V V

V

321

)(1)(

321

3

1

2

++=∆

∆=∆

∆−∆=∆∆

++=∆

∑

Kelemahan dankelebihan Percobaan

Franck Hertz

Pada percobaan ini memberikankita suatu bukti langsung mengenaikehadiran keadaan eksitasi atom.

Sayangnya, tidaklah mudah untuk

melakukan percobaan ini dengan atomhidrogen, karena secara alamiah hidrogentidak hadir dalam bentuk atom,melainkan dalam bentuk molekul H 2.

Karena molekul menyerap energidalam berbagai cara, penafsiranpercobaannya akan menjadi kabur.


18/18

THANKS FOR YOUR NICE ATTENTIONTHANKS FOR YOUR NICE ATTENTION

WASSALAMUALAIKUM. WR.WB

materi 9 struktur atom lanjutan

Documents