STRUKTUR ATOM LANJUTAN STRUKTUR ATOM LAN
29/04/2014
Pertemuan Ke 9 dan 10
STRUKTUR ATOM LANJUTAN
NURUN NAYIROH, M.Si
FISIKA MODERN
SUB TEMA
Model Atom Bohr
Tingkat Energi dan Spektrum
Asas Persesuaian
Eksitasi Atomik (Percobaan Frank Hertz)
1
29/04/2014
MODEL ATOM BOHR
•
•
•
•
Rutherford mengemukakan bahwa massa dan muatan
positif atom terhimpun pada suatu daerah kecil di pusatnya.
Hasil pengamatan spektroskopis terhadap spektrum atom
Hidrogen telah membuka kelemahan kelemahan model
atom Rutherford.
Pada tahun 1913, Niels Bohr (1885 1962) menyusun model
atom Hidrogen berdasarkan model atom Rutherford dan
teori Kuantum Planck
Bohr mengemukakan bahwa atom ternyata mirip sistem
planet mini, dengan elektron elektron mengedari inti atom
seperti halnya planet planet mengedari matahari.
Dengan alasan yang sama bahwa sistem tata sura tidak
runtuh karena tarikan gravitasi antara matahari dan tiap
planet, atom juga tidak runtuh karena tarikan
elektrostatis Coulomb antara inti atom dan elektron.
Dalam kedua kasus ini, gaya tarik berperan memberikan
percepatan sentripetal yang dibutuhkan untuk
mepertahankan gerak edar.
v
e
+Ze
Elektron berada dalam orbit diatur oleh
gaya coulomb. Ini berarti gaya coulomb
sama dengan gaya sentripetal:
F
=
a
Model Atom Bohr (Z=1 bagi Hidrogen)
2
29/04/2014
Energi total sebuah elektron dalam orbit adalah
penjumlahan energi kinetik dan energi potensialnya:
dengan
= 1 / (4πε0), dan
adalah muatan elektron
Momentum sudut elektron hanya boleh memiliki harga
diskret tertentu:
dengan = 1,2,3,… dan disebut bilangan kuantum utama, adalah
konstanta Planck, dan
Jari jari Orbit Elektron
Elektron yang jari jari lintasannya r memiliki persamaan
umum untuk sembarang lintasan :
=
ε
π
Atau
dengan r1 = 0,53 Å (jari jari Bohr), dan n = 1,2,3,… dst.
3
29/04/2014
Kecepatan elektron dalam orbit :
dimana: n = 1,2,3,…
Untuk tingkat dasar : n =1 & Z = 1
Tingkat Energi dan Spektrum
Foton dipancarkan bila elektron melompat dari suatu
tingkat energi ke tingkat energi yang lebih rendah,
Berbagai orbit yang diijinkan berkaitan dengan energi
elektron yang berbeda beda.
Energi elektron En dinyatakan dalam jari jari orbit rn
diberikan sebagai berikut:
Rumus rn disubstitusi ke persamaan di atas, sehingga
menjadi:
Rumus Tingkat Energi
n= 1, 2, 3,...
4
29/04/2014
Energi untuk kulit ke n:
Sehingga,
Tingkat energi ini semuanya negatif, hal ini menyatakan
bahwa elektron tidak memiliki energi yang cukup untuk
melarikan diri dari inti.
Apabila terjadi perpindahan (transisi) elektron dari satu
kulit ke kulit yang lain, maka memerlukan energi :
Besarnya energi yang diperlukan atau dipancarkan
h = tetapan Planck = 6,6.10 34 Js
sebesar:
=
=
λ
f = frekuensi foton (Hz)
c = cepat rambat cahaya = 3.108 m/s
λ = panjang gelombang foton (m)
Tingkat energi yang terendah E1 disebut
dari atom itu dan tingkat
energi lebih tinggi E2, E3, E4,...disebut keadaan
eksitasi (status eksitasi).
Ketika bilangan kuantum n bertambah, energi En
yang bersesuaian mendekati nol; dalam limit n= ≈,
E≈ = 0 dan elektronnya tidak lagi terikat pada inti
untuk membentuk atom.
E1 < E2 < E3
M L
K
+
E
E2 1
n3
n2
n1
E3
5
29/04/2014
Tingkat tingkat energi atom Hydrogen
#"
! !
=−
Adalah energi yang dibutuhkan untuk membebaskan elektron
dari atom dalam keadaan dasarnya atau energi yang diserap
untuk men ion kan atom.
Energi ionisasi biasanya sama dengan –E1, yang harus
dilengkapi agar menurunkan sebuah elektron dari keadaan
dasarnya.
Bila elektron terbangkit sampai kuantum, maka elektron itu
lepas dari lingkungan atom dan atom tersebut menjadi ion (+).
Besar Energi Ionisasi atom Hidrogen:
untuk n = 1 → E = 13,6 eV
6
29/04/2014
Sebaliknya jika ion Hidrogen mengikat sebuah elektron akan
dipancarkan energi sebesar:
Besar Frekuensi foton yang dipancarkan:
untuk n = 2 diperoleh frekuensi
yang sesuai dengan salah satu
deret balmer.
Elektron yang terlepas dari susunan atom akan ditangkap oleh struktur
atom yang lain.
Kemampuan sebuah atom untuk menangkap elektron bebas disebut
sebagai
Dan atom tersebut menjadi ion ( )
•
Bila elektron meloncat dari lintasan yang energinya tinggi
ke lintasan yang energinya rendah, dipancarkan energi
sebesar E=h.f mengikuti spektrum “
Paschen, Brackett, Pfund), dengan persamaan :
nA = Kulit yang dituju
nB = Kulit yang ditinggalkan
= R = 1,097.10 7 m 1 (tetapan Rydbeg)
7
29/04/2014
•
nA = 1 dan nB = 2, 3, 4 ….
•
nA = 2 dan nB = 3, 4, 5, ….
!
"
nA = 3 dan nB = 4, 5, 6, ….
!
"
•
•
nA = 4 dan nB = 5, 6, 7, ….
"
"
nA = 5 dan nB = 6, 7, 8, ….
•
#
1.
2.
Ada empat postulat yang digunakan untuk menutupi
kelemahan model atom Rutherford, antara lain :
Atom Hidrogen terdiri dari sebuah elektron yang
bergerak dalam suatu lintas edar berbentuk lingkaran
mengelilingi inti atom ; gerak elektron tersebut
dipengaruhi oleh gaya coulomb sesuai dengan kaidah
mekanika klasik.
Lintas edar elektron dalam hydrogen yang mantap
hanyalah memiliki harga momentum angular L yang
merupakan kelipatan dari tetapan Planck dibagi dengan
2̟.
dimana = 1,2,3,… dan disebut sebagai bilangan kuantum
utama, dan adalah konstanta Planck.
8
29/04/2014
3. Dalam lintas edar yang mantap elektron yang
mengelilingi inti atom tidak memancarkan energi
elektromagnetik, dalam hal ini energi totalnya E
tidak berubah.
4. Jika suatu atom melakukan transisi dari keadaan
energi tinggi EU ke keadaan energi lebih rendah
EI, sebuah foton dengan energi hυ=EU EI
diemisikan. Jika sebuah foton diserap, atom
tersebut akan bertransisi ke keadaan energi
rendah ke keadaan energi tinggi.
Kelebihan model Bohr
•
•
Keberhasilan teori Bohr terletak pada
kemampuannya untuk meramalkan garis garis
dalam spektrum atom hidrogen.
Salah satu penemuan adalah sekumpulan garis
halus, terutama jika atom atom yang
dieksitasikan diletakkan pada medan magnet.
18
9
29/04/2014
Kelemahan
• Struktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori
Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikan
spektrum selain atom hydrogen
• Belum mampu menjelaskan adanya stuktur halus
) pada spektrum, yaitu 2 atau lebih garis yang
sangat berdekatan
• Belum dapat menerangkan spektrum atom kompleks
Itensitas relatif dari tiap garis spektrum emisi.
• Efek Zeeman, yaitu terpecahnya garis spektrum bila atom
berada dalam medan magnet
Asas Persesuaian adalah asas yang
diajukan Neils Bohr untuk memecahkan
masalah perbedaan antara postulat Bohr
dalam fisika kuantum dengan hukum fisika
klasik.
10
29/04/2014
Postulat Bohr
Sebuah elektron dalam model atom Bohr yang mengalami
percepatan sewaktu beredar dalam garis edar lingkaran, tidak
meradiasikan energi elektromagnet (kecuali jika ia berpindah
ke garis edar).
Hukum Fisika Klasik
Sebuah partikel bermuatan meradiasikan elektromagnet bila
mengalami percepatan.
Fisika klasik memberi bentuk berbeda
k =1/2 mv2 ;
tetapi telah kita perlihatakan bahwa E – E0 tersederhanakan
menjadi 1/2 mv2 apabila v
Pertemuan Ke 9 dan 10
STRUKTUR ATOM LANJUTAN
NURUN NAYIROH, M.Si
FISIKA MODERN
SUB TEMA
Model Atom Bohr
Tingkat Energi dan Spektrum
Asas Persesuaian
Eksitasi Atomik (Percobaan Frank Hertz)
1
29/04/2014
MODEL ATOM BOHR
•
•
•
•
Rutherford mengemukakan bahwa massa dan muatan
positif atom terhimpun pada suatu daerah kecil di pusatnya.
Hasil pengamatan spektroskopis terhadap spektrum atom
Hidrogen telah membuka kelemahan kelemahan model
atom Rutherford.
Pada tahun 1913, Niels Bohr (1885 1962) menyusun model
atom Hidrogen berdasarkan model atom Rutherford dan
teori Kuantum Planck
Bohr mengemukakan bahwa atom ternyata mirip sistem
planet mini, dengan elektron elektron mengedari inti atom
seperti halnya planet planet mengedari matahari.
Dengan alasan yang sama bahwa sistem tata sura tidak
runtuh karena tarikan gravitasi antara matahari dan tiap
planet, atom juga tidak runtuh karena tarikan
elektrostatis Coulomb antara inti atom dan elektron.
Dalam kedua kasus ini, gaya tarik berperan memberikan
percepatan sentripetal yang dibutuhkan untuk
mepertahankan gerak edar.
v
e
+Ze
Elektron berada dalam orbit diatur oleh
gaya coulomb. Ini berarti gaya coulomb
sama dengan gaya sentripetal:
F
=
a
Model Atom Bohr (Z=1 bagi Hidrogen)
2
29/04/2014
Energi total sebuah elektron dalam orbit adalah
penjumlahan energi kinetik dan energi potensialnya:
dengan
= 1 / (4πε0), dan
adalah muatan elektron
Momentum sudut elektron hanya boleh memiliki harga
diskret tertentu:
dengan = 1,2,3,… dan disebut bilangan kuantum utama, adalah
konstanta Planck, dan
Jari jari Orbit Elektron
Elektron yang jari jari lintasannya r memiliki persamaan
umum untuk sembarang lintasan :
=
ε
π
Atau
dengan r1 = 0,53 Å (jari jari Bohr), dan n = 1,2,3,… dst.
3
29/04/2014
Kecepatan elektron dalam orbit :
dimana: n = 1,2,3,…
Untuk tingkat dasar : n =1 & Z = 1
Tingkat Energi dan Spektrum
Foton dipancarkan bila elektron melompat dari suatu
tingkat energi ke tingkat energi yang lebih rendah,
Berbagai orbit yang diijinkan berkaitan dengan energi
elektron yang berbeda beda.
Energi elektron En dinyatakan dalam jari jari orbit rn
diberikan sebagai berikut:
Rumus rn disubstitusi ke persamaan di atas, sehingga
menjadi:
Rumus Tingkat Energi
n= 1, 2, 3,...
4
29/04/2014
Energi untuk kulit ke n:
Sehingga,
Tingkat energi ini semuanya negatif, hal ini menyatakan
bahwa elektron tidak memiliki energi yang cukup untuk
melarikan diri dari inti.
Apabila terjadi perpindahan (transisi) elektron dari satu
kulit ke kulit yang lain, maka memerlukan energi :
Besarnya energi yang diperlukan atau dipancarkan
h = tetapan Planck = 6,6.10 34 Js
sebesar:
=
=
λ
f = frekuensi foton (Hz)
c = cepat rambat cahaya = 3.108 m/s
λ = panjang gelombang foton (m)
Tingkat energi yang terendah E1 disebut
dari atom itu dan tingkat
energi lebih tinggi E2, E3, E4,...disebut keadaan
eksitasi (status eksitasi).
Ketika bilangan kuantum n bertambah, energi En
yang bersesuaian mendekati nol; dalam limit n= ≈,
E≈ = 0 dan elektronnya tidak lagi terikat pada inti
untuk membentuk atom.
E1 < E2 < E3
M L
K
+
E
E2 1
n3
n2
n1
E3
5
29/04/2014
Tingkat tingkat energi atom Hydrogen
#"
! !
=−
Adalah energi yang dibutuhkan untuk membebaskan elektron
dari atom dalam keadaan dasarnya atau energi yang diserap
untuk men ion kan atom.
Energi ionisasi biasanya sama dengan –E1, yang harus
dilengkapi agar menurunkan sebuah elektron dari keadaan
dasarnya.
Bila elektron terbangkit sampai kuantum, maka elektron itu
lepas dari lingkungan atom dan atom tersebut menjadi ion (+).
Besar Energi Ionisasi atom Hidrogen:
untuk n = 1 → E = 13,6 eV
6
29/04/2014
Sebaliknya jika ion Hidrogen mengikat sebuah elektron akan
dipancarkan energi sebesar:
Besar Frekuensi foton yang dipancarkan:
untuk n = 2 diperoleh frekuensi
yang sesuai dengan salah satu
deret balmer.
Elektron yang terlepas dari susunan atom akan ditangkap oleh struktur
atom yang lain.
Kemampuan sebuah atom untuk menangkap elektron bebas disebut
sebagai
Dan atom tersebut menjadi ion ( )
•
Bila elektron meloncat dari lintasan yang energinya tinggi
ke lintasan yang energinya rendah, dipancarkan energi
sebesar E=h.f mengikuti spektrum “
Paschen, Brackett, Pfund), dengan persamaan :
nA = Kulit yang dituju
nB = Kulit yang ditinggalkan
= R = 1,097.10 7 m 1 (tetapan Rydbeg)
7
29/04/2014
•
nA = 1 dan nB = 2, 3, 4 ….
•
nA = 2 dan nB = 3, 4, 5, ….
!
"
nA = 3 dan nB = 4, 5, 6, ….
!
"
•
•
nA = 4 dan nB = 5, 6, 7, ….
"
"
nA = 5 dan nB = 6, 7, 8, ….
•
#
1.
2.
Ada empat postulat yang digunakan untuk menutupi
kelemahan model atom Rutherford, antara lain :
Atom Hidrogen terdiri dari sebuah elektron yang
bergerak dalam suatu lintas edar berbentuk lingkaran
mengelilingi inti atom ; gerak elektron tersebut
dipengaruhi oleh gaya coulomb sesuai dengan kaidah
mekanika klasik.
Lintas edar elektron dalam hydrogen yang mantap
hanyalah memiliki harga momentum angular L yang
merupakan kelipatan dari tetapan Planck dibagi dengan
2̟.
dimana = 1,2,3,… dan disebut sebagai bilangan kuantum
utama, dan adalah konstanta Planck.
8
29/04/2014
3. Dalam lintas edar yang mantap elektron yang
mengelilingi inti atom tidak memancarkan energi
elektromagnetik, dalam hal ini energi totalnya E
tidak berubah.
4. Jika suatu atom melakukan transisi dari keadaan
energi tinggi EU ke keadaan energi lebih rendah
EI, sebuah foton dengan energi hυ=EU EI
diemisikan. Jika sebuah foton diserap, atom
tersebut akan bertransisi ke keadaan energi
rendah ke keadaan energi tinggi.
Kelebihan model Bohr
•
•
Keberhasilan teori Bohr terletak pada
kemampuannya untuk meramalkan garis garis
dalam spektrum atom hidrogen.
Salah satu penemuan adalah sekumpulan garis
halus, terutama jika atom atom yang
dieksitasikan diletakkan pada medan magnet.
18
9
29/04/2014
Kelemahan
• Struktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori
Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikan
spektrum selain atom hydrogen
• Belum mampu menjelaskan adanya stuktur halus
) pada spektrum, yaitu 2 atau lebih garis yang
sangat berdekatan
• Belum dapat menerangkan spektrum atom kompleks
Itensitas relatif dari tiap garis spektrum emisi.
• Efek Zeeman, yaitu terpecahnya garis spektrum bila atom
berada dalam medan magnet
Asas Persesuaian adalah asas yang
diajukan Neils Bohr untuk memecahkan
masalah perbedaan antara postulat Bohr
dalam fisika kuantum dengan hukum fisika
klasik.
10
29/04/2014
Postulat Bohr
Sebuah elektron dalam model atom Bohr yang mengalami
percepatan sewaktu beredar dalam garis edar lingkaran, tidak
meradiasikan energi elektromagnet (kecuali jika ia berpindah
ke garis edar).
Hukum Fisika Klasik
Sebuah partikel bermuatan meradiasikan elektromagnet bila
mengalami percepatan.
Fisika klasik memberi bentuk berbeda
k =1/2 mv2 ;
tetapi telah kita perlihatakan bahwa E – E0 tersederhanakan
menjadi 1/2 mv2 apabila v