▲

▲

▲

▲

.

Elektron di dalam Atom

Apa yang dipelajari Membandingkan

gelombang dan partikel.

Mendiskripsikan bagaimana frekuensi pancaran cahaya atom adalah karakter unik dari atom.

Membandingkan dan membedakan model atom Bohr dan model atom mekanika quantum.

Mengungkapkan susunan electron di dalam orbita atom, konfigurasi electron, dan struktur titik (dot) electron.

Mengapa itu Penting Mengapa beberapa kembang

api berwarna merah, putih,

dan yang lainnya berwarna

biru? Kunci untuk mengerti

sifat kimia dari kembang api,

dan semua materi, berada

pada pemahaman bagaimana

electron mengatur atom dari

tiap-tiap unsur.

Kunjungi situs web kimia

chemistrymc.com untuk

menemukan link tentang elektron di dalam atom.

Tampilan warna- warni dari

kembang api disebabkan oleh

perubahan dalam konfigurasi

elektron.

5 BAB

116 Bab 5

LAB PENEMUAN

Apa yang ada ? I&E 1.d

Bahan

sebuah kotak bungkus

dari gurumu

Saat ulang tahunmu, berapa bungkus kado yang akan kamu buka.

Senang ketika mencoba menebak isinya.Dalam mencoba menetukan

struktur atom ahli kimia melakukan penelitian sama.Bagaimana

kehebatan observasimu dan kesimpulanmu?

Cara kerja

1. Sebuah kotak yang diberi gurumu.

2. Menggunakan cara pengamatan. Tebak apa didalamnya tanpa

membuka bungkus.

3. Catatlah pengamatan yang yang km lakukan.

Analisis

Bagaimana kamu dapat menentukan barang seperti ukuran, bentuk, jumlah, dan komposisi dari benda yang ada di dalam kotak? Apa yang ada dipikiranmu untuk membuat subuah observasi? Mengapa sulit menebak tipe benda apa yang ada di dalam kotak tanpa benar-benar melihatnya?

Bagian 5.1 Cahaya dan Energi Kuantisasi

Tujuan • Bandingkan gelombang dan

model partikel cahaya.

• Definisikan sebuah energi

kuantum dan jelaskan

bagaimana hubungan

dengan perubahan energi

suatu zat.

• Bedakan kontinuitas spectra

elektromagnetik dan spektra

emisi atom.

Kosa Kata radiasi elektromagnetik

panjang gelombang

frekuensi

amplitudo

spektrum elektromagnetik

kuantum

contanta plank

efek fotolistrik

poton

spectrum emisi atom

Meskipun 3 partikel subatomic ditemukan sejak tahun 1900, pencarian untuk dapat

mengerti sebuah atom dan strukturnya di mulai dari awal. Penyelidikan atau

pencarian berlanjut di bab ini, ahli sains mengerti bagaimana mengatur electron di

dalam atom. Penamiplan LAB PENEMUAN di halaman ini untuk mengerti

dengan lebih baik kesulitan ahli sains meneliti atom yang tidak terlihat..

Inti Atom dan Pertanyaan yang tidak dijawab Pada bab 4 yang kamu pelajari, Rutherford mengusulkan bahwa semua atom

bermuatan positif dan hampir semua massa terkonsentrasi di dalam inti atom atau nukleus yang

dikelilingi oleh electron (perpindahan electron dengan cepat). Meskipun model inti atom

merupakan bagian perkembangan sains, penjelasan itu kurang rinci tentang bagaimana eletron

menempati bagian dari inti atom yang dikelilinginya. Pada bab ini, kamu akan belajar

bagaimana elektron tersusun di dalam atom dan bagaimana susunan pasangannya sebagai

sebuah peran di dalam perilaku kimia.

Beberapa ahli sains pada abad 20 menemukan Model Inti Atom Rutherford

menjadi ketidak sempurnaan dasar. Ahli fisika, model ini tidak menjelaskan

bagaimana electron mengelilingi inti atom. Maupun pertanyaan mengapa electron

bermuatan negative tidak bergerak di dalam inti atom yang bermuatan positif. Ahli

kimia menemukan kekurangan Model Inti Atom Rutherford karena tidak mulai

menceritakan untuk perbedaan di dalam perilaku kimia di antara bermacam-macam

unsur.

5.1 Energi Cahaya dan Kuantitatif 117

Gambar 5-1

c b a

a Gas klor memperlihatkan

reaksinya dengan lapisan baja

dengan beberapa atom yang

lain . b Gas argon mengisi

interior dari bola lampu pijar,

kereaktifan mencegah kawat

dari oksidasi, dapat

memperpanjang daya lampu.

Logam kalium direndam di

dalam minyak untuk mencegah bereaksi dengan udara atau air.

Untuk contoh, dianggap unsur klor, argon, dan kalium yang mana ditemukan di dalam tabel periodik secara teratur atau berurutan tetapi sangat berbeda perilaku kimianya. Atom klor, ganya berwarna kuning-hijau pada temperatur ruang, bereaksi dengan atom dari unsur-unsur lain. Gambar 5-1a memperlihatkan atom klor bereaksi dengan lapisan baja. Interaksi dari kereaktifan yang tinggi ato klor dengan luas permukaan area yang disediakan oleh baja berakibat hebatnya reaksi yang terjadi. Argon, yang mana digunakan di dalam pengisisan cahay bola lampudiperlihatkan pada gambar 5-1b, juga merupakan gas. Argon, bagaimananpun, sangat tidak reaktif yang merupakan gas mulia. Kalium adalah logam yang reaktif pada suhu ruang, faktanya kamu dapat melihat gambar 5-1c, karena kalium sangat reaktif, harus disimpan di dalam minyak tanah atau minyak untuk mencegah atom ini bereaksi dengan oksigen dan air di udara. Model atom Rutherford tidak dapat menjelaskan mengapa atom dari suatu unsur berperilaku seperti apa yang mereka lakukan.

Pada tahun1900, ahli sains mulai menyelesaikan teka-teki perilaku kimia. Mereka

mengobservasi unsur-unsur pasti memancarkan sinar tampak ketika dipanaskan dalam api.

Analisis pancaran sinar menyatakan perilaku kimia dari suatu unsur merupakan hubungan untuk

susunan elektron di dalam atom. Dan untuk kamu agar dapat mengerti dengan lebih baik

hubungan ini dan sifat struktur atom, itu akan membantumu untuk mengerti pertama kali sifat

dari sinar atau cahaya.

Sifat Gelombang Cahaya Radiasi elektromagnetik adalah suatu bentuk energi yang menunjukkan perilaku seperti gelombang karena

bergerak melalui ruang. Cahaya tampak adalah jenis radiasi elektromagnetik.Contoh lain dari radiasi

elektromagnetik termasuk cahaya tampak dari matahari, oven microwave yang hangat dan memasak makanan

Anda, sinar X yang digunakan dokter dan dokter gigi untuk memeriksa tulang dan gigi, dan gelombang yang

membawa program radio dan televisi ke rumah Anda.

Semua gelombang dapat dijelaskan oleh beberapa karakteristik, sebagian dari

karakteristik mungkin Anda kenali dari pengalaman sehari-hari. Gambar 5-2a menunjukkan

gelombang berdiri dibuat dengan menggerakkan secara teratur ujung bebas dari mainan

pegas. Gambar 5-2b menggambarkan beberapa karakteristik utama dari semua gelombang,

panjang gelombang, frekuensi, amplitudo, dan kecepatan. Panjang gelombang (diwakili

oleh , Huruf Yunani lambda) adalah jarak terpendek antara titik setara pada gelombang

terus menerus. Sebagai contoh, pada Gambar 5-2b panjang gelombang diukur dari puncak

ke puncak atau dari palung ke palung. Panjang gelombang biasanya dinyatakan dalam

meter, sentimeter, atau nanometer (1 nm = 1 x 10-9 m). Frekuensi (diwakili oleh , Huruf

Yunani nu) adalah jumlah gelombang yang melewati suatu titik tertentu per detik.

118 Elektron di dalam atom

5.1 Cahaya dan Energi Kuantisasi 119

Satu hertz (Hz), sSatu hertz (Hz), satuan SI dari frekuensi, sama dengan satu gelombang per detik. Dalam perhitungan, frekuensi dinyatakan dengan satuan "gelombang per detik", 1/s atau (s-1), di mana istilah "gelombang" dipahami. Sebagai contoh,

Amplitudo gelombang adalah ketinggian gelombang dari asal ke puncak,

atau dari asal ke lembah. Untuk mempelajari bagaimana gelombang

cahaya mampu membentuk sinar laser yang kuat, baca How It Works di

akhir bab ini. Semua gelombang elektromagnetik, termasuk cahaya

tampak, perjalanan pada kecepatan 3.00 x 108 m/s dalam ruang hampa.

Karena kecepatan cahaya adalah sebuah nilai yang penting dan universal,

maka diberikan simbol sendiri, c. Kecepatan cahaya adalah produk dari

panjang gelombang ( ) Dan frekuensi ( ).

Meskipun kecepatan semua gelombang elektromagnetik adalah sama, gelombang mungkin memiliki panjang gelombang dan frekuensi yang berbeda. Seperti yang dapat Anda lihat dari persamaan di atas, panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik, dengan kata lain, apabila salah satu nilai meningkat, maka yang lainnya akan menurun. Untuk lebih memahami hubungan ini, perhatikan gelombang cahaya merah dan ungu yang diilustrasikan pada Gambar 5-3. atuan SI dari frekuensi, sama dengan satu gelombang per detik. Dalam perhitungan, frekuensi dinyatakan dengan satuan "gelombang per detik", 1/s atau (s-1), di mana istilah "gelombang" dipahami. Sebagai contoh,

Amplitudo gelombang adalah ketinggian gelombang dari asal ke puncak,

atau dari asal ke lembah. Untuk mempelajari bagaimana gelombang

cahaya mampu membentuk sinar laser yang kuat, baca How It Works di

akhir bab ini. Semua gelombang elektromagnetik, termasuk cahaya

tampak, perjalanan pada kecepatan 3.00 x 108 m/s dalam ruang hampa.

Karena kecepatan cahaya adalah sebuah nilai yang penting dan universal,

maka diberikan simbol sendiri, c. Kecepatan cahaya adalah produk dari

panjang gelombang ( ) Dan frekuensi ( ).

Meskipun kecepatan semua gelombang elektromagnetik adalah sama, gelombang mungkin memiliki panjang gelombang dan frekuensi yang berbeda. Seperti yang dapat Anda lihat dari persamaan di atas, panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik, dengan kata lain, apabila salah satu nilai meningkat, maka yang lainnya akan menurun. Untuk lebih memahami hubungan ini, perhatikan gelombang cahaya merah dan ungu yang diilustrasikan pada Gambar 5-3.

Gelombang diproduksi dengan pegas mainan yang merupakan penampilan dari ciri khas gelombang . Karakteristik utama panjang gelombang , amplitudo, frekuensi dan kecepatan.Berapakah panjang gelombang dalam centimeter?

Bagian 5-3

Gelombang diproduksi dengan pegas mainan yang merupakan penampilan dari ciri khas gelombang . Karakteristik utama panjang gelombang , amplitudo, frekuensi dan kecepatan.Berapakah panjang gelombang dalam centimeter?

Bagian 5-2

120 BAB 5 Electrons di dalam Atom

Bagian5-4

Bagian5-5

Ini merupakan warna dari

spektrum yang terlihat.

Spektrum ini disebut kontinu

karena tidak ada bagian

yang tidak sesuai dengan

panjang gelombang dan

frekuensi cahaya yang unik.

Anda sudah akrab dengan

semua warna dari spektrum

yang terlihat dari

pengalaman sehari-hari

Anda. Dan jika Anda pernah

melihat pelangi, Pelangi

terbentuk ketika tetes

kecil air di udara

membubarkan,.

cahaya putih dari matahari ke dalam komponen warna menghasilkan

spektrum kontinu yang melengkung di langit. Spektrum cahaya yang ditunjukkan pada Gambar 5-4, bagaimanapun, terdiri hanya

sebagian kecil dari spektrum elektromagnetik yang lengkap, yang diilustrasikan dalam

Gambar 5-5. Spektrum elektromagnetik, juga disebut spektrum EM, meliputi segala

bentuk radiasi elektromagnetik, dengan satu-satunya perbedaan dalam jenis radiasi dari

frekuensi dan panjang gelombangnya. Catatan pada Gambar 5-4 bahwa panjang

gelombang pendek lebih menikung dari pada panjang gelombang panjang ketika

mereka melalui prisma, sehingga menghasilkan urutan warna merah, oranye, kuning,

hijau, biru, nila, dan ungu. Urutan ini dapat diingat dengan menggunakan nama fiktif

Roy G. Biv sebagai alat bantu mengingat. Dalam memeriksa energi radiasi yang

ditunjukkan pada Gambar 5-5, Anda harus mencatat bahwa energi meningkat dengan

adanya peningkatan frekuensi. Dengan demikian, melihat kembali Gambar 5-3, cahaya

violet, dengan frekuensi yang lebih besar, memiliki lebih banyak energi daripada cahaya

merah. Hubungan antara frekuensi dan energi akan dijelaskan pada bagian berikutnya.

10

4 10

6 10

8 10

10

1012

1014

1016

1018

1020

1022

Frekuensi ( ) di hertz

Energi meningkat

Spektrum Elektromagnetik

Radio Infrared

Microwaves

AM TV, FM

Ultraviolet Gamma rays

X rays

Cahaya tampak

P. gelombang ( ) di meter

3 104

3 102

3 3 10-2

3 10-4

3 10-6

3 10-8

3 10-10

3 10-12

3 10-14

Spektrum elektromagnetik mencakup berbagai panjang gelombang (dan frekuensi). Energi radiasi meningkat dengan meningkatnya frekuensi. Yang jenis gelombang atau sinar memiliki energi tertinggi?

Cahaya putih dipisahkan

menjadi spektrum kontinu ketika

melewati sebuah prisma.

LAB

Lihat halaman 954 di Lampiran E untuk

Observing Light’s Wave Nature

5.1 Cahaya dan Energi Kuantisasi 121

Karena semua gelombang elektromagnetik bergerak dengan kecepatan yang

sama, Anda dapat menggunakan persamaan c= λ v untuk menghitung

panjang gelombang atau frekuensi dari beberapa gelombang. Contoh

Masalah 5-1 .

CONTOH MASALAH 5-1

Menghitung P.Gelombang dari gelombang EM Mikrowave yang digunakan untuk mengirimkan informasi. Berapa panjang

gelombang dari microwave yang mempunyai frekuensi 3.44 x 109 Hz?

1. Anlisis Masalah

Kamu ditunjukkan frekuensi dari microwave. Kamu juga tau bahwa

microwave mempunyai bagian spectrum elektromagnetik, kecepatannya,

frekuensinya, dan panjang gelombangnya berhubungan dengan rumus c= λ

v. Nilai c adalah konstan. Pertama, memecahkan persamaan dari panjang

gelombang, kemudian mengganti nilai yang diketahui dan

menyelesaikannya. Diketahui Ditanya

= 3.44 x 109 Hz = ?

c = 3.00 x 108 m/s

2. Menyelesaikan yang tidak Diketahui Menyelesaikan persamaan yang berhubungan dengan kecepatan, frekuensi,

dan panjang gelombang dari gelombang elektromagnetik sebagai panjang

gelombang dengan satuan lamda.

Masukkan c dan frekuensi microwave, v, ke dalam persamaan. Catatan Hertz sama dengan 1/s

-1.

Bagi hasilnya untuk menentukan panjang gelombang, dan sesuaikan satuan

Antena relay microwave yang

digunakan untuk mengirimkan

suara dan data dari satu

daerah ke daerah lain di luar

penggunaan kawat atau kabel

3. Evaluasi Jawaban

Jawaban benar jika dinyatakan dalam satuan panjang gelombang (m). Kedua

nilai yang diketahui pada permasalahan dinyatakan dengan tiga angka

signifikan, sehingga jawaban harus memuat tiga angka signifikan. Nilai dari

panjang gelombang di bawah rentang panjang gelombang untuk microwave

yang ditunjukkan pada gambar 5-5.

1. Berapa frekuensi dari warna hijau, yang memiliki panjang gelombang

4.90 x 10-7 m??

2. Sinar X mempunyai panjang gelombang 1.15 x 10-10

m. Berapa frekuensi?

3. Berapa kecepatan gelombang elektromagnet yang mempunyai frekuensi 7.8 x 106 Hz?

4. Stasiun siaran radio yang terkenal memiliki frekuensi 94.7 MHz. Berapa panjang

gelombang dari stasiun siaran tersebut? (1 MHz = 106Hz)

LATIHAN MASALAH

Untuk latihan dengan kecepatan,frekuensi,dan P.gelombang , lihat Supplemental

Practice Problems di

Lampiran A.

122 Bab 5 Elektron di dalam Atom

Partikel Cahaya Alam Sementara mempertimbangkan cahaya sebagai gelombang tidak menjelaskan banyak

perilaku sehari-hari, hal itu gagal untuk menggambarkan aspek-aspek penting dari

interaksi cahaya dengan materi memadai. Model gelombang cahaya tidak bisa

menjelaskan mengapa benda-benda panas memancarkan hanya frekuensi tertentu dari

cahaya pada suhu tertentu, atau mengapa beberapa logam memancarkan elektron

ketika cahaya berwarna dari frekuensi tertentu bersinar pada mereka. Jelas, model

yang sama sekali baru atau revisi dari model saat cahaya yang diperlukan untuk

mengatasi fenomena ini.

Konsep kuantum bersinar cahaya yang dipancarkan oleh benda panas yang

ditunjukkan pada Gambar 5-6 adalah contoh dari fenomena Anda pasti telah

melihat. Besi memberikan contoh lain dari fenomena tersebut. Sepotong besi

muncul abu-abu gelap pada suhu kamar, bersinar merah saat dipanaskan cukup, dan

muncul dalam warna kebiruan pada temperatur yang lebih tinggi. Seperti yang akan

Anda pelajari secara lebih rinci nanti dalam latihan ini, suhu suatu benda adalah

ukuran dari energi kinetik rata-rata partikelnya. Seperti besi semakin panas itu

memiliki sejumlah besar energi, dan memancarkan warna cahaya yang berbeda.

Warna-warna yang berbeda sesuai dengan frekuensi yang berbeda dan panjang

gelombang. Model gelombang tidak dapat menjelaskan emisi panjang gelombang

cahaya yang berbeda pada temperatur yang berbeda. Pada tahun 1900, fisikawan

Jerman Max Planck (1858-1947) mulai mencari penjelasan saat ia mempelajari

cahaya yang dipancarkan dari benda-benda panas. Studinya, fenomena

membawanya ke sebuah kesimpulan yang mengejutkan: materi dapat memperoleh

atau kehilangan energi hanya dalam kecil, jumlah tertentu yang disebut quanta.

Artinya, kuantum adalah jumlah minimum energi yang dapat diperoleh atau hilang

oleh atom .

Planck dan fisikawan lain waktu memikirkan konsep energi terkuantisasi adalah

revolusioner-dan beberapa menemukan itu mengganggu. Pengalaman sebelumnya

telah menyebabkan para ilmuwan untuk percaya bahwa energi yang dapat diserap

dan dipancarkan dalam berbagai jumlah terus, tanpa batas minimum untuk jumlah.

Misalnya, pikirkan tentang pemanasan secangkir air dalam oven microwave.

Tampaknya, Anda dapat menambahkan setiap jumlah energi panas ke air dengan

mengatur kekuatan dan durasi dari gelombang mikro. Sebenarnya, peningkatan suhu

air dalam langkah-langkah sangat kecil sebagai molekul yang menyerap energy

kuantum. Karena langkah ini sangat kecil, suhu tampaknya meningkat secara

kontinu, bukan bertahap, dengan cara.

Benda-benda bercahaya yang ditunjukkan pada Gambar 5-6 memancarkan cahaya,

yang merupakan suatu bentuk energi. Planck mengusulkan bahwa energi cahaya ini

dipancarkan adalah terkuantisasi.

Gambar 5-6

Foto- foto ini menggambarkan

fenomena benda panas

memancarkan frekuensi cahaya

yang berbeda. Materi, apapun

bentuknya, bisa mendapatkan

atau kehilangan energi hanya

dalam "terkuantisasi" jumlah

kecil.

Topik Forensik Untuk mempelajari

lebih lanjut tentang teknik analisis kimia

yang menggunakan cahaya, kunjunsgi

situs kimia chemistrysmc.com

Aktivitas Aturan penelitian bahwa

inframerah dan ultraviolet digunakan

dalam penyelidikan forensic. Bagikan

dengan kelas yang sebagian tempat

yang diselesaikan dengan beberapa

alat.

123

Electron ejected

from surface Beam of light

Metal surface

Gambar 5-7

Electrons Nuclei

kemudian melangkah lebih jauh dan menunjukkan secara matematis bahwa energi kuantum

berkaitan dengan frekuensi radiasi yang dipancarkan oleh persamaan

di mana E adalah energi, h adalah konstanta Planck, dan ʋ frekuensi. Konstanta

Planck memiliki nilai 6,626 x 10-34

J.s, dimana J adalah simbol untuk joule, satuan

SI energi. Melihat persamaan, Anda dapat melihat bahwa energi radiasi meningkat

sebagai frekuensi radiasi itu, ʋ meningkat. Persamaan ini menjelaskan mengapa

cahaya violet pada Gambar 5-3 memiliki energi yang lebih besar dari lampu

merah.

Menurut teori Planck, untuk frekuensi tertentu, ʋ, materi dapat memancarkan atau

menyerap energi hanya dalam seluruh jumlah kelipatan Hʋ, yaitu, 1hʋ, 2hʋ, 3hʋ, dan

sebagainya. Sebuah analogi yang berguna untuk konsep ini adalah bahwa seorang

anak membangun dinding balok kayu. Anak dapat menambah atau mengambil

ketinggian dari dinding hanya dengan penambahan sebesar seluruh nomor blok.

Blok parsial tidak mungkin. Demikian pula, materi hanya dapat memiliki jumlah

tertentu dari energi jumlah energi antara nilai-nilai ini tidak ada.

Efek fotolistrik Para ilmuwan tahu bahwa model gelombang (masih sangat populer

meskipun usulan Planck) tidak bisa menjelaskan fenomena yang disebut efek

fotolistrik. Pada efek fotolistrik, elektron, yang disebut elektron, yang dipancarkan dari

permukaan logam ketika cahaya dari frekuensi tertentu bersinar di permukaan, seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 5-7. Mungkin Anda telah mengambil keuntungan dari

efek fotolistrik dengan menggunakan kalkulator, seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 5-8, yang didukung oleh sel fotolistrik. Sel fotolistrik dalam ini dan banyak

perangkat lain mengubah energi cahaya insiden menjadi energi listrik..

Misteri efek fotolistrik menyangkut frekuensi, dan karena itu warna, cahaya

insiden. Model gelombang memprediksi bahwa dengan waktu yang cukup, bahkan

rendah-energi, cahaya frekuensi rendah akan menumpuk dan pasokan energi yang

cukup untuk mengeluarkan elektron dari logam. Namun, logam tidak akan

mengeluarkan elektron di bawah frekuensi tertentu dari cahaya insiden. Sebagai

contoh, tidak peduli seberapa intens atau berapa lama bersinar, cahaya dengan

frekuensi kurang dari 1,14 x 1015

Hz tidak mengeluarkan elektron dari perak. Tetapi

bahkan cahaya redup yang memiliki frekuensi yang sama atau lebih besar dari 1,14

x 1015

Hz menyebabkan pengusiran elektron dari perak.

Dalam menjelaskan efek fotolistrik, Albert Einstein mengusulkan pada tahun 1905

bahwa radiasi elektromagnetik telah baik seperti gelombang dan seperti partikel alami.

Artinya, sementara sinar cahaya memiliki banyak karakteristik seperti gelombang, itu

juga dapat dianggap sebagai aliran partikel kecil, atau bundel energi, yang disebut

foton. Dengan demikian, foton adalah partikel radiasi elektromagnetik tanpa massa

yang membawa kuantum energi..

Gambar 5-8

Konversi langsung cahaya

matahari menjadi energi listrik

merupakan sumber daya yang

layak untuk perangkat konsumsi

lowpower seperti kalkulator ini.

Biaya sel fotolistrik membuat

mereka tidak praktis untuk

produksi listrik skala besar.

Pada efek fotolistrik, cahaya dari

frekuensi minimum tertentu

(energi) menyemburkan elektron

dari permukaan logam.

Peningkatan intensitas hasil

cahaya insiden lebih elektron yang

dikeluarkan. Meningkatkan

frekuensi (energi) dari cahaya

insiden menyebabkan elektron

dikeluarkan untuk melakukan

perjalanan lebih cepat

124 Bab 5 Elektron di dalam Atom

photon

Memperluas ide Planck energi terkuantisasi, Einstein menghitung bahwa foton

energi tergantung pada frekuensi.

Selanjutnya, Einstein mengusulkan bahwa energi dari foton cahaya harus

memiliki minimal tertentu, atau ambang batas, nilai menyebabkan

pengusiran dari fotoelektron. Artinya, untuk efek fotolistrik terjadi foton

harus memiliki, minimal, energi yang dibutuhkan untuk membebaskan

elektron dari atom logam. Menurut teori ini, bahkan sejumlah kecil foton

dengan energi di atas nilai ambang batas akan menyebabkan efek fotolistrik.

Meskipun Einstein mampu menjelaskan efek fotolistrik dengan memberikan

radiasi elektromagnetik sifat particlelike, penting untuk dicatat bahwa model

gelombang-partikel ganda cahaya yang diperlukan.

CONTOH MASALAH 5-2

Menghitung Energi Sebuah Foton Tetesan air kecil di udara membubarkan cahaya putih matahari

menjadi pelangi. Berapakah energi dari foton dari bagian ungu

pelangi jika memiliki frekuensi 7,23 x1014

s-1

?

1. Analisis Masalah

Anda diberi frekuensi foton cahaya ungu. Anda juga tahu bahwa energi

foton berhubungan dengan frekuensi oleh persamaan Ephoton = Hʋ. Nilai

h, konstanta Planck, dikenal. Dengan menggantikan nilai-nilai diketahui,

persamaan dapat diselesaikan untuk energi foton cahaya ungu..

Diketahui Ditanya

v 7.23 x 1014 s

- 1

E = ? J

h 6.626 x 10 -34

J s

2. Pemecahan Masalah

Pengganti nilai-nilai yang dikenal untuk frekuensi dan konstanta

Planck ke dalam persamaan yang berhubungan energi frekuensi.

Evaluasi Jawaban

Jawabannya benar dinyatakan dalam satuan energi (J). Nilai dikenal

untuk frekuensi memiliki tiga angka penting, dan jawabannya juga

dinyatakan dengan tiga angka penting, sebagaimana mestinya.

Seperti yang diharapkan, energi dari foton tunggal cahaya sangat

kecil.

Untuk latihan dengan energi

foton buka

Supplemental Practice Problems di Lampiran A.

LATIHAN MASALAH

5. Berapa energi dari masing- masing jenis radiasi?

a. 6.32 1020 s 1 b. 9.50 1013 Hz c. 1. 05 1016 s 1

6. Gunakan gambar 5-5 untuk menentukan jenis radiasi yang

ddidiskripsikan pada gambar 5.

125

Spektra Emisi Atom

Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana cahaya diproduksi di tabung bersinar dari

lampu-lampu neon? Proses ini menggambarkan fenomena lain yang tidak dapat

dijelaskan oleh model gelombang cahaya. Cahaya dari lampu neon dihasilkan dengan

melewatkan listrik melalui tabung yang telah diisi dengan gas neon. Atom neon dalam

tabung menyerap energi dan menjadi tereksitasi. Atom-atom tereksitasi dan tidak stabil

sehingga melepaskan energi dengan memancarkan cahaya. Jika cahaya yang dipancarkan

oleh neon dilewatkan melalui prisma kaca, maka akan menghasilkan spektrum emisi

atom neon. spektrum emisi atom dari unsur adalah kumpulan frekuensi elektromagnetik

gelombang yang dipancarkan oleh atom pada unsur. Spektrum emisi atom Neon terdiri

dari beberapa garis warna individu, bukan kisaran warna yang kontinyu seperti yang

terlihat dalam spectrum visible.

Spektrum emisi atom setiap unsur adalah unik dan dapat digunakan untuk

menentukan apakah unsur merupakan bagian dari senyawa yang tidak diketahui. Sebagai

contoh, ketika sebuah kawat platinum dicelupkan ke dalam larutan strontium nitrat dan

kemudian dimasukkan ke dalam pembakar api, atom strontium memancarkan warna

merah yang khas. Anda dapat melakukan serangkaian uji nyala api sendiri dengan

melakukan minilab di bawah ini.

Gambar 5-9 pada halaman berikut menunjukkan gambaran karakteristik cahaya

ungu-merah muda yang dihasilkan oleh atom hidrogen yang tereksitasi dan bagian yang

terlihat dari spektrum emisi hidrogen bertanggung jawab untuk memproduksi cahaya

tersebut. Perhatikan bagaimana sifat garis spektrum emisi atom hidrogen berbeda dengan

spektrum kontinyu. Untuk mendapatkan pengalaman langsung tentang jenis spektrum

garis, Anda dapat melakukan CHEMLAB pada akhir bab ini.

mini Laboratorium Uji nyala api

Klasifikasi Ketika senyawa tertentu yang dipanaskan

dengan api, mereka memancarkan warna berbeda.

Warna cahaya yang dipancarkan dapat digunakan

untuk mengidentifikasi senyawa tersebut.

Bahan pembakar Bunsen, kapas swab (6), air suling,

kristal lithium klorida, natrium klorida, kalium klorida,

kalsium klorida, strontium klorida, diketahui

Prosedur

1. 1. Celupkan penyeka kapas ke dalam air suling. Celupkan penyeka

yang telah dibasahi ke lithium klorida sehingga beberapa kristal

menempel pada kapas. Bawa kristal pada penyeka ke dalam nyala

pembakar Bunsen. Amati warna api dan catat dalam tabel data

Anda.

2. 2. Ulangi langkah 1 untuk masing-masing klorida logam (natrium

klorida, kalium klorida, kalsium klorida, dan strontium chloride).

Pastikan untuk mencatat warna setiap api dalam tabel data Anda.

3. 3. Dapatkan sampel kristal yang tidak diketahui dari guru Anda.

Ulangi prosedur ini pada langkah 1 menggunakan krystal.

hasil uji nyala api

senyawa warna nyala api

Lithium klorida

Natrium klorida

Kalium klorida

Kalsium klorida

Stronsium klorida

Tidak diketahui

4. Catat warna api yang dihasilkan oleh kristal yang tidak diketahui dalam

tabel data Anda. Buang penyeka kapas yang telah digunakan seperti

yang diarahkan oleh guru Anda.

Analisa

1. Setiap senyawa yang telah diketahui diuji mengandung klorin, namun

masing-masing senyawa menghasilkan nyala warna yang berbeda.

Jelaskan mengapa hal ini terjadi.

2. Bagaimana spektrum emisi atom dari unsur yang berkaitan dengan uji

nyala api ini?

3. Apa identitas kristal yang tidak diketahui? Jelaskan bagaimana Anda

tahu.

chemistrymc.com/standardized_test

132

12

Spektrum emisi atom adalah karakteristik dari unsur yang diperiksa dan

dapat digunakan untuk mengidentifikasi unsur tersebut. Fakta bahwa hanya

warna tertentu muncul dalam spektrum emisi atom unsur berarti bahwa

cahaya dipancarkan pada frekuensi spesifik tertentu. Dan karena frekuensi

yang dipancarkan cahaya yang terkait dengan energi dengan rumus Ephoton=

hv, dapat disimpulkan bahwa hanya foton memiliki energi spesifik tertentu

yang dipancarkan. Kesimpulan ini tidak diprediksi oleh hukum fisika

klasik yang dikenal pada waktu itu. Para ilmuwan menemukan spektrum

emisi atom membingungkan karena mereka mengharapkan untuk

mengamati emisi serangkaian warna terus menerus dan energi sebagai

elektron bersemangat kehilangan energi dan berputar ke arah inti. Pada

bagian berikutnya, Anda akan belajar tentang perkembangan berkelanjutan

model atom, dan bagaimana salah satu model tersebut mampu menjelaskan

frekuensi cahaya yang dipancarkan oleh atom yang tereksitasi.

Spektrum emisi atom hidrogen

terdiri dari empat baris dengan

warna berbeda pada frekuensi

yang berbeda. Jenis spektrum juga

dikenal sebagai spektrum garis.

Garis mana yang memiliki energi

tertinggi?

7. Berpikir Kritis Jelaskan bagaimana Einstein

memanfaatkan konsep kuantum Planck dalam

menjelaskan efek fotolistrik.

8. Menafsirkan Ilustrasi Ilmiah Gunakan Gambar 5-5

dan pengetahuan Anda tentang cahaya untuk

mencocokkan item bernomor di sebelah kanan dengan

item yang berhuruf di sebelah kiri. Item bernomor

dapat digunakan lebih dari sekali atau tidak sama

sekali.

a. panjang gelombang terpanjang 1. sinar gamma

b. frekuensi tertinggi 2.gelombang inframerah

c. energi terbesar 3. gelombang radio

9. Sebutkan sifat karakteristik dari semua gelombang. Pada

kecepatan apa gelombang elektromagnetik berjalan dalam

ruang hampa?

10. Bandingkan gelombang dan model partikel cahaya.

Fenomena apa yang hanya dapat dijelaskan oleh model

partikel?

11. Apa yang dimaksud dengan kuantum energi? Jelaskan

bagaimana quanta energi yang terlibat dalam sejumlah

energi untuk memperoleh dan kehilangan materi.

12. Jelaskan perbedaan antara spektrum kontinu cahaya putih

dan spektrum emisi atom dari unsur.

Penilaian Bagian

127

TEORI KUANTUM DAN ATOM

Bagian

Anda sekarang mengerahui agar perilaku cahaya dapat dijelaskan melalui model

gelombang partikel rangkap dua. Meskipun sebelumnya beberapa laporan model

tersebut tidak dapat menjelaskan fenomena, pengertian dari hubungan antara struktur

atom, elektron dan pemancaran spektra atom untuk menetapkan kesunyian.

Model Atom Bohr Ingat spektrum emisi atom hidrogen yang terputus; hal itu merupakan satu-satunya

perolehan dari beberapa frekuensi cahaya. Kenapa spektra emisi unsur atom terputus

dari pada cukup nyambung? Niels Bohr, fisikawan muda dari Denmark yang bekerja

di laboratorium Rutherford pada tahun 1913, mengusulkan Model kuantum untuk

atom hidrogen yang tampaknya untukmenjawab pertanyaan ini. Mengesankan,

Model Bohr juga memprediksikan frekuensi garis dari spektrum emisi atom

hidrogen.

Tingkat energi hidrogen Planck dan konsep Einstein membangun energi kuantisasi

(terkuantisasi berarti bahwa hanya nilai-nilai tertentu yang diperbolehkan), Bohr

mengusulkan bahwa atom hidrogen memiliki tingkat energi tertentu. Tingkat energi

yang terendah dari atom disebut keadaan dasar. Ketika energi sebuah atom,

dikatakan berada dalam keadaan tereksitasi. Dan meskipun atom hidrogen hanya

memiliki satu elektron, ia mampu memiliki banyak keadaan tereksitasi yang

berbeda.

Bohr bahkan melangkah lebih jauh dengan model atomnya dengan

mengaitkan tingkat energi atom hidrogen untuk gerakan elektron dalam atom. Bohr

mengusulkan bahwa elektron tunggal dalam atom hidrogen bergerak di sekitar inti

tertentu diperbolehkan orbit melingkar. Semakin kecil orbit elektron, maka semakin

kecil tingkat energi suatu atom, atau tingkat energi. Sebaliknya, semakin besar

orbital elektron, maka semakin tinggi keadaan energi suatu atom, atau tingkat energi.

Bohr menentukan nomor kuantum, n, pada masing-masing orbit dan menghitung

jari-jari orbit tersebut. Untuk orbit pertama, yang paling dekat dengan inti, n = 1 dan

jari-jari orbit adalah 0,0529 nm, karena orbit kedua, n = 2 dan jari-jari orbit adalah

0.212 nm, dan seterusnya. Informasi tambahan gambaran Bohr tentang orbital

hidrogen dan tingkat energi dijelaskan dalam Tabel 5-1.

Tujuan :

Membandingkan Bohr

dan model atom

mekanika kuantum

Menjelaskan pengaruh

dari gelombang partikel

rangkap dua de Broglie’s

dengan prinsip ketidak

pastian heisenberg dalam

maksud modern dari

elektron suatu atom.

Mengidentifikasi

hubungan antara atom

hidrogen, tingkat energi,

dan orbital atom.

Kosa Kata :

Keadaan dasar

Persamaan de Broglie

Prinsip ketidak

pastian Heisenberg

Model atom

mekanika kuantum

Orbital atom

Prinsip nomer

kuantum

Prinsip tingkat energi

Sub tingkat energi

chemistrymc.com/standardized_test

132

12

Perhatikan bahwa energi atom tertentu saja yang mungkin, hanya frekuensi radiasi

elektromagnetik tertentu yangdapat dipancarkan. Anda dapat membandingkan tujuh

orbit atom hidrogen untuk tujuh anak tangga di tangga. Aperson bisa memanjat naik

atau turun tangga hanya dari anak tangga ke anak tangga. Demikian pula, elektron

atom hidrogen dapat bergerak dari satu orbit ke yang lain, oleh karena itu, hanya

dapat memancarkan atau menyerap sejumlah energi tertentu. Keempat transisi

elektron yang menjelaskan garis-garis terlihat dalam spektrum emisi atom hidrogen

ditunjukkan pada Gambar 5-10b. Sebagai contoh, elektron jatuh dari orbit ketiga ke

orbit kedua menyebabkan garis merah. Perhatikan bahwa transisi elektron dari orbit

energi yang lebih tinggi ke orbit kedua untuk semua lini terlihat hidrogen. Rangkaian

garis yang terlihat disebut seri Balmer.

Transisi elektron lainnya telah diukur, seperti sebagai seri Lyman seri (ultraviolet) di

mana elektron jatuh ke orbit n = 1 dan seri Paschen (inframerah) di mana elektron

jatuh ke orbit n = 3.

Gambar 5-10b juga menunjukkan bahwa tidak seperti anak tangga pada

tangga, tingkat energi atom hidrogen yang tidak merata. Anda akan dapat melihat

secara lebih rinci bagaimana model atom Bohr dapat menjelaskan garis spektrum

hidrogen dengan melakukan LAB pemecahan masalah dalam bab ini.

Model Bohr menjelaskan garis spektrum hidrogen sangat baik. Namun,

model ini gagal untuk menjelaskan spektrum dari setiap unsur lainnya. Selain itu,

Model Bohr tidak sepenuhnya memperhitungkan perilaku atom. Bahkan, meskipun

gagasan tingkat energi Bohr terkuantisasi untuk model atom yang akan datang,

eksperimen selanjutnya menunjukkan bahwa model Bohr secara fundamental salah.

Gerakan elektron dalam atom tidak sepenuhnya dipahami bahkan sekarang, namun,

bukti kuat menunjukkan bahwa elektron tidak bergerak di sekitar inti dalam orbit

melingkar.

a. Ketika elektron menurun dari

orbit energi tinggi ke orbit

energi rendah, foton dengan

energi tertentu yang

dipancarkan. meskipun

hidrogen memiliki garis

spektrum yang berhubungan

dengan tingkat energi, hanya

terlihat, ultraviolet, dan seri

inframerah garis spektrum

ditampilkan dalam diagram.

b. Energi relatif dari transisi

elektron bertanggung jawab

untuk empat garis spektrum

hidrogen terlihat akan

ditampilkan. Perhatikan

bagaimana tingkat energi

menjadi lebih dekat dengani

tingkatan n.

∆E = - = = Hv

Penjelasan dari garis spektrum hidrogen Bohr menyatakan bahwa atom hidrogen

dalam keadaan dasar, juga disebut tingkat energi pertama, ketika elektron dalam n = 1

orbit. Dalam keadaan dasar, atom tidak memancarkan energi. Ketika energi

ditambahkan dari sumber luar, elektron bergerak ke orbit energi yang lebih tinggi

seperti n = 2 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5-10a. Demikian transisi

elektron menimbulkan atom untuk keadaan tereksitasi. Ketika atom berada dalam

keadaan tereksitasi, elektron bisa turun dari orbit energi yang lebih tinggi untuk orbit

energi rendah. Sebagai hasil dari transisi ini, atom memancarkan foton yang sesuai

dengan perbedaan antara tingkat energi yang terkait dengan dua orbit.

129

Elektron sebagai gelombang De Broglie telah berpikir bahwa orbit elektron terkuantisasi Bohr memiliki

karakteristik yang mirip dengan gelombang. Misalnya, seperti Gambar 5-11b menunjukkan, hanya kelipatan

setengah panjang gelombang yang mungkin pada senar gitar dipetik karena string adalah tetap pada kedua

ujungnya. Demikian pula, de Broglie melihat hanya bilangan bulat panjang gelombang yang diperbolehkan

dalam orbit lingkaran dengan jari-jari tetap, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5-11c.

Dia juga mencerminkan pada kenyataan bahwa cahaya pada satu waktu diperkirakan benar sebuah fenomena

gelombang memiliki baik gelombang dan karakteristik partikel. Pikiran-pikiran ini

membuat de Broglie menimbulkan pertanyaan baru. Jika gelombang dapat

memiliki partikel seperti perilaku, Kebalikannya juga bisa benar? Maksudnya,

partikel dari materi, termasuk elektron, berperilaku seperti gelombang?

Model mekanika kuantum dari Atom

Para ilmuwan pada pertengahan tahun 1920-an, saat itu yakin bahwa model

atom Bohr tidak benar, merumuskan penjelasan baru dan inovatif tentang

bagaimana elektron diatur dalam atom. Pada tahun 1924, seorang mahasiswa

pascasarjana muda Perancis dalam fisika bernama Louis de Broglie (1892-

1987) mengusulkan sebuah ide yang akhirnya dicatat tingkat energi tetap

model Bohr.

A. senar gitar bergetar dibatasi

untuk bergetar antara dua titik

ujung tetap.

B. Kemungkinan getaran dari

string gitar terbatas pada

kelipatan setengah panjang

gelombang. Dengan demikian,

"quantum" dari string gitar

adalah satu-setengah panjang

gelombang.

C. orbit lingkaran yang mungkin

dari sebuah elektron terbatas

pada bilangan bulat dari

panjang gelombang lengkap.

chemistrymc.com/standardized_test

132

12

λ

Dalam mempertimbangkan pertanyaan ini, de Broglie tahu jika sebuah elektron memiliki gerak seperti gelombang dan dibatasi untuk

orbit lingkaran dengan jari-jari tetap, elektron yang diperbolehkan dengan panjang gelombang tertentu saja, frekuensi, dan energi.

Mengembangkan idenya, de Broglie memperoleh persamaan untuk panjang gelombang (λ) dari partikel massa (m) bergerak dengan

kecepatan (v).

Persamaan de Broglie memprediksikan bahwa semua partikel bergerak memiliki karakteristik gelombang. Mengapa, kemudian, Anda

mungkin bertanya-tanya, apakah Anda tidak melihat panjang gelombang dari mobil yang bergerak cepat? Dengan menggunakan

persamaan de Broglie memberikan jawaban. Sebuah mobil bergerak dengan 25 m / s dan memiliki massa 910 kg memiliki panjang

gelombang 2.9x10-38 ma panjang gelombang terlalu kecil untuk dilihat atau dideteksi, bahkan dengan instrumen ilmiah yang paling

sensitif. Sebagai perbandingan, sebuah elektron yang bergerak pada kecepatan yang sama memiliki panjang gelombang yang mudah

diukur dari 2.9x10 -5 m. Setelah percobaan telah membuktikan bahwa elektron dan partikel yang bergerak lainnya memang memiliki

karakteristik gelombang. Langkah demi langkah, ilmuwan seperti Rutherford, Bohr, dan de Broglie telah mengungkap misteri atom.

Namun, kesimpulan yang dicapai oleh fisikawan teoritis Jerman Werner Heisenberg (1901-1976), yang hidup sezaman de Broglie,

ternyata memiliki implikasi yang mendalam untuk model atom.

Berfikir Kritis

1. Berapa jumlah skala yang Anda gunakan untuk

membuat orbit? Bagaimana energi dari setiap orbit

yang terkait dengan jari-jarinya?

2. Menarik serangkaian panah untuk melompat elektron

yang berakhir pada setiap tingkat energi (Bilangan

kuantum). Misalnya, menggambar seperangkat panah

untuk semua transisi yang berakhir di n = 1,

seperangkat panah untuk semua transisi yang berakhir

di n = 2, dan seterusnya, sampai n = 7.

3. Menghitung energi yang dilepaskan untuk setiap

lompatan dalam langkah 2, dan mencatat nilai pada

model anda. Energi yang dilepaskan sama dengan

perbedaan energi dalam setiap tingkat.

4. Setiap set panah pada langkah 2 merupakan

serangkaian pancaran spektrum. Label lima dari

rangkaian, dari perubahan energi terbesar untuk

perubahan energi minimal, sebagai Lyman, Balmer,

Paschen, Brackett, dan seri Pfund.

5. Gunakan nilai energi pada langkah 3 untuk

menghitung frekuensi setiap foton yang dipancarkan di

setiap seri. Catat frekuensi pada model Anda.

6. Menggunakan spektrum elektromagnetik sebagai

panduan, mengidentifikasi di mana rentang (terlihat,

ultraviolet, infra merah, dll) setiap seri jatuh.

Bagaimana model atom Bohr dapat menjelaskan

spektrum garis hidrogen?

Menggunakan Model Niels Bohr mengusulkan

bahwa elektron harus menempati tertentu, tingkat

energi terkuantisasi dalam atom. Yang diperoleh dari

persamaan berikut untuk elektron energi orbit

hidrogen (En) dan jari-jari (rn).Rn = (0.529x10-10

m)n2

En = -(2.18x10-18

J)/n2

Diman n = bilangan kuantum (1, 2, 3...)

Analisis

Menggunakan persamaan orbit jari-jari, menghitung

pertama tujuh elektron orbit jari-jari hidrogen dan

kemudian membuat suatu model skala orbit tersebut .

Gunakan kompas dan penggaris metrik untuk

menggambar model skala Anda pada dua lembar

kertas yang telah ditempelkan bersama-sama.

(Gunakan hati-hati saat memegang benda tajam.)

Menggunakan persamaan energi orbit, menghitung

energi masing-masing orbit elektron dan mencatat

nilai pada model Anda.

Menyelesaikan masalah Laboratorium

Bagaimana model atom Bohr dapat menjelaskan

spektrum garis hidrogen?

Menggunakan Model Niels Bohr mengusulkan bahwa

elektron harus menempati tertentu, tingkat energi

terkuantisasi dalam atom. Yang diperoleh dari persamaan

berikut untuk elektron energi orbit hidrogen (En) dan jari-

jari (rn).Rn = (0.529x10-10

m)n2

En = -(2.18x10-18

J)/n2

Diman n = bilangan kuantum (1, 2, 3...)

Analisis

Menggunakan persamaan orbit jari-jari, menghitung

pertama tujuh elektron orbit jari-jari hidrogen dan

kemudian membuat suatu model skala orbit tersebut .

Gunakan kompas dan penggaris metrik untuk menggambar

model skala Anda pada dua lembar kertas yang telah

ditempelkan bersama-sama. (Gunakan hati-hati saat

memegang benda tajam.) Menggunakan persamaan energi

orbit, menghitung energi masing-masing orbit elektron dan

mencatat nilai pada model Anda.

Berfikir Kritis

1. Berapa jumlah skala yang Anda gunakan untuk

membuat orbit? Bagaimana energi dari setiap orbit yang

terkait dengan jari-jarinya?

2. Menarik serangkaian panah untuk melompat elektron

yang berakhir pada setiap tingkat energi (Bilangan

kuantum). Misalnya, menggambar seperangkat panah

untuk semua transisi yang berakhir di n = 1, seperangkat

panah untuk semua transisi yang berakhir di n = 2, dan

seterusnya, sampai n = 7.

3. Menghitung energi yang dilepaskan untuk setiap

lompatan dalam langkah 2, dan mencatat nilai pada

model anda. Energi yang dilepaskan sama dengan

perbedaan energi dalam setiap tingkat.

4. Setiap set panah pada langkah 2 merupakan serangkaian

pancaran spektrum. Label lima dari rangkaian, dari

perubahan energi terbesar untuk perubahan energi

minimal, sebagai Lyman, Balmer, Paschen, Brackett,

dan seri Pfund.

5. Gunakan nilai energi pada langkah 3 untuk menghitung

frekuensi setiap foton yang dipancarkan di setiap seri.

Catat frekuensi pada model Anda.

6. Menggunakan spektrum elektromagnetik sebagai

panduan, mengidentifikasi di mana rentang (terlihat,

ultraviolet, infra merah, dll) setiap seri jatuh.

131

Hubungan Fisika Orang bepergian ribuan mil untuk

melihat aurora borealis (cahaya utara)

dan aurora australis (cahaya selatan).

Setelah salah mengira akan pantulan

dari kutub bidang es, aurora terjadi 100

sampai 1000 km di atas Bumi.

Energi tinggi elektron dan ion

positif dalam kecepatan angin surya

jauh dari matahari lebih dari satu juta

kilometer per jam. Partikel-partikel ini

menjadi terjebak dalam Medan magnet

bumi dan mengikuti di sepanjang garis-

garis medan magnet bumi.

Interaksi elektron dengan dan

transfer energi ke oksigen dan atom

nitrogen di atas atmosfer. Warna aurora

tergantung pada ketinggian dan atom

mana yang tereksitasi. Oksigen

memancarkan cahaya hijau sampai

sekitar 250 km dan cahaya merah di atas

250 km, nitrogen memancarkan cahaya

biru sampai sekitar 100 km dan ungu /

violet pada ketinggian yang lebih tinggi.

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg

Heisenberg menyimpulkan bahwa tidak mungkin untuk membuat

pengukuran pada objek tanpa mengganggu objek-setidaknya sedikit.

Bayangkan mencoba untuk menemukan sebuah benda melayang, balon

helium di sebuah ruangan yang gelap. saat Anda melambaikan tangan

Anda kesekitar, Anda akan menemukan posisi balon saat Anda

menyentuhnya. Namun, ketika Anda menyentuh balon, bahkan dengan

lembut, Anda mentransfer energi kepadanya dan mengubah posisinya.

Tentu saja, Anda juga bisa mendeteksi posisi balon dengan

menghidupkan senter. Dengan menggunakan metode ini, cahaya foton

yang merefleksikan balon mencapai mata Anda dan mengungkapkan

lokasi balon. Karena balon jauh lebih besar dari foton, pantulan kembali

foton hampir tidak berpengaruh pada posisi balon.

Dapatkah cahaya foton membantu menentukan posisi sebuah

elektron dalam sebuah atom? Sebagai eksperimen pemikiran,

bayangkan mencoba untuk menentukan lokasi elektron dengan

"menabrak"nya dengan foton berenergi tinggi dari radiasi

elektromagnetik. Sayangnya, karena foton tersebut memiliki energi

kira-kira sama seperti elektron, interaksi antara dua partikel merubah

kedua panjang gelombang foton dan posisi dan kecepatan elektron,

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5-12. Dengan kata lain, tindakan

mengamati elektron menghasilkan hal yang signifikan, ketidakpastian

tidak dapat dihindari dalam posisi dan gerakan elektron. Analisis

Heisenberg tentang interaksi seperti antara foton dan elektron

membawanya pada kesimpulan bersejarah. Prinsip Ketidakpastian

Heisenberg menyatakan bahwa secara fundamental tidak mungkin

untuk tahu persis baik kecepatan dan posisi partikel pada saat yang

sama.

Meskipun para ilmuwan saat itu sulit untuk menerima prinsip

Heisenberg, hal itu telah terbukti untuk menggambarkan keterbatasan

mendasar pada apa yang dapat diamati. Seberapa pentingkah prinsip

ketidakpastian Heisenberg? Interaksi foton dengan objek seperti balon

helium memiliki sedikit sekali efek pada balon bahwa ketidakpastian

dalam posisinya terlalu kecil untuk diukur. Tapi itu tidak terjadi pada

elektron yang bergerak pada 6 x 106 m/s di dekat inti atom.

Ketidakpastian dalam posisi elektron setidaknya 10-9

m, sekitar sepuluh

kali lebih besar dari diameter seluruh atom!

Gambar 5-12

Sebuah foton yang menyerang elektron

saat diam mengubah posisi dan

kecepatan elektron. Tabrakan ini

menggambarkan prinsip ketidakpastian

Heisenberg: Tidak mungkin untuk

secara bersamaan mengetahui kedua

posisi dan kecepatan partikel. Perhatikan

bahwa setelah tumbukan, panjang

gelombang foton yang lebih lama.

Bagaimana energi foton berubah?

chemistrymc.com/standardized_test

132

12

model kuantum mekanik membatasi energi elektron untuk nilai-nilai tertentu.

Namun, tidak seperti Model Bohr, model kuantum mekanik tidak memberikan

upaya untuk menggambarkan jalur elektron di sekitar inti.

Persamaan gelombang Schrödinger terlalu kompleks untuk

dipertimbangkan. Namun, solusi untuk persamaan ini dikenal sebagai fungsi

gelombang. Dan yang paling penting, fungsi gelombang berhubungan dengan

probabilitas untuk menemukan elektron dalam volume tertentu ruang di

sekitar inti. Ingat dari Anda studi matematika bahwa suatu peristiwa yang

memiliki probabilitas tinggi lebih mungkin terjadi dari satu memiliki

probabilitas rendah.

Apa fungsi gelombang memprediksi tentang lokasi elektron dalam

atom? Sebuah wilayah tiga dimensi di sekitar inti disebut orbital atom

menggambarkan elektron kemungkinan lokasi. Anda dapat membayangkan

orbital atom sebagai awan kabur di mana kepadatan awan pada suatu titik

sebanding dengan probabilitas untuk menemukan elektron pada saat itu point.

Gambar 5-13a menggambarkan peta probabilitas, atau orbital, yang

menggambarkan elektron hidrogen di keadaan energi terendah. Mungkin akan

membantu untuk memikirkan peta probabilitas sebagai foto waktu paparan

elektron bergerak di sekitar inti , di dimana setiap titik mewakili lokasi

elektron pada instan. Karena titik-titik begitu banyak yang dekat dengan inti

positif , mereka tampaknya membentuk padat awan yang merupakan indikasi

dari elektron paling mungkin lokasi. Namun, karena awan tidak memiliki

batas yang pasti , juga ada kemungkinan bahwa elektron dapat ditemukan pada

jarak yang cukup jauh dari inti .

Orbital Atom Hidrogen

Karena batas suatu orbital atom kabur, orbital tidak memiliki ukuran

yang ditetapkan dengan tepat. Untuk mengatasi ketidakpastian yang melekat

tentang lokasi elektron, ahli kimia sembarangan menarik permukaan orbital

yang mengandung 90% dari total distribusi probabilitas elektron. Dengan kata

lain, elektron menghabiskan 90% dari waktu dalam volume yang didefinisikan

oleh permukaan, dan 10% dari waktu di suatu tempat di luar permukaan.

Permukaan bola yang ditunjukkan pada Gambar 5-13b membungkus 90% dari

energi terendah orbital hidrogen.

Ingat bahwa model atom Bohr memberikan nomor kuantum untuk

orbit elektron. Dengan cara yang sama, model kuantum mekanik memberikan

nomor kuantum utama (n) yang menunjukkan ukuran relatif dan energi atom

Gambar 5-14 :

Sublevels energi dapat dianggap

sebagai bagian dari kursi di teater.

Baris yang lebih tinggi dan lebih

jauh dari panggung mengandung

lebih banyak kursi, seperti tingkat

energi yang jauh dari inti

mengandung lebih sublevels.

Gambar 5-13

a. Ini diagram densitas elektron

untuk atom hidrogen

menunjukkan kemungkinan

menemukan elektron pada

titik tertentu dalam atom.

Semakin besar densitas titik,

semakin besar kemungkinan

menemukan elektron

hidrogen.

b. Garis batas atom

didefinisikan sebagai

volume yang membungkus

kemungkinan 90%

mengandung elektron.

133

orbital. Artinya, sebagai n meningkat, orbital

menjadi lebih besar, elektron menghabiskan lebih

banyak waktu jauh dari inti, dan tingkat energi

meningkat atom. Oleh karena itu, n menentukan

tingkat energi utama atom, yang disebut tingkat

energi utama. Tingkat energi utama terendah atom

diberikan sebuah bilangan kuantum utama dari satu.

Ketika satu elektron hidrogen atom menempati

orbital dengan n = 1, atom berada dalam keadaan

dasar. Sampai tujuh tingkat energi telah terdeteksi

untuk atom hidrogen, memberikan nvalues mulai

dari 1 sampai 7.

Tingkat energi pokok berisi sublevels

energi. Pokok tingkat energi 1 terdiri dari sublevel

tunggal, pokok tingkat energi 2 terdiri dari dua

sublevels, pokok tingkat energi 3 terdiri dari tiga

sublevels, dan sebagainya. Untuk lebih memahami

hubungan antara tingkat atom energi dan sublevels,

gambar kursi di bagian berbentuk baji teater, seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 5-14.

Gambar 5-15 : Orbital atom merupakan awan probabilitas elektron elektron atom. 1s bola dan 2s orbital yang ditampilkan di sini. Semua s orbital yang berbentuk bulat dan bertambah besar dengan meningkatnya bilangan kuantum utama. Ketiga halter berbentuk orbital p berorientasi sepanjang tiga x tegak lurus, y, dan z. Setiap orbital p terkait dengan sublevel energi memiliki energi yang sama.

Gambar 5-16 :

Empat dari lima sama-

energi orbital d memiliki

bentuk yang sama.

Perhatikan bagaimana

dxy orbital terletak pada

bidang yang dibentuk

oleh sumbu x dan y,

kekosongan orbital dxz

pada bidang dibentuk

oleh x dan z sumbu, dan

sebagainya. Di dz2

orbital memiliki bentuk

yang unik.

Ketika Anda menjauh dari panggung, baris menjadi lebih tinggi

dan mengandung lebih banyak kursi. Demikian pula, jumlah sublevels

energi di tingkat energi utama meningkat sebagai n meningkat. Sublevels

diberi label s, p, d, atau f sesuai dengan bentuk orbital atom. Semua

orbital s adalah bulat dan semua orbital p berbentuk halter, namun tidak

semua d atau f orbital memiliki bentuk yang sama. Setiap orbital

mungkin berisi paling banyak dua elektron. Sublevel tunggal pokok

tingkat energi 1 terdiri dari orbital bola yang disebut orbital 1s. Kedua

sublevels pokok tingkat energi 2 ditujukan 2s dan 2p. Sublevel 2s terdiri

dari orbital 2s, yang bulat seperti orbital 1s tapi lebih besar ukurannya.

Lihat Gambar 5-15a. Sublevel 2p terdiri dari tiga berbentuk halter p

orbital energi yang ditunjuk sama 2px, 2py, dan 2pz. Subscript x, y, dan

z hanya menunjuk orientasi orbital p sepanjang x, y, dan sumbu z

koordinat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5-15b.

Tingkat energi pokok 3 terdiri dari tiga sublevels 3s ditunjuk, 3p,

dan 3d. Setiap d sublevel terdiri dari lima orbital energi yang sama.

Empat orbital d memiliki bentuk identik tetapi orientasi yang berbeda.

Namun, kelima, dz2 orbital dibentuk dan berorientasi berbeda dari empat

lainnya. Bentuk dan orientasi dari orbital d diilustrasikan pada Gambar 5-

16. Tingkat keempat utama energi (n=4) berisi sublevel keempat, yang

disebut sublevel 4f, yang terdiri dari tujuh f orbital energi yang sama.

chemistrymc.com/standardized_test

132

12

135

BAB 5 LABKIM

ISI

ISI

PENILAIAN