STRUKTUR ATOM 1 STRUKTUR ATOM 1 STRUKTUR ATOM 1

STRUKTUR ATOM
ELEKTRON DALAM ATOM

RADIASI
ELEKTROMAGNETIK




Muatan listrik dan kutub magnetik
menimbulkan gaya dalam jarak tertentu
melalui medan listrik dan medan magnetik.
Medan ini merupakan bentuk penyebaran
energi yang disebut gelombang, dan
pengalihan energi ini dinamakan radiasi
elektromagnetik.







Gelombang memiliki panjang yang
merupakan jarak antara dua puncak atau
lembah disimbolkan dengan 
Sifat gelombang lainnya adalah frekuensi
() yang dinyatakan dalam satuan detik -1
yaitu jumlah kejadian atau putaran (siklus)
per detik
Hasil kali  dengan  menghasilkan
kecepatan gelombang
c = 

Satuan frekuensi untuk putaran per detik adalah hertz (Hz).
Panjang gelombang memiliki satuan angstrom nama seorang
ahli fisika Swedia yang nilainya sama dengan 1 x 10-10 m.
1 cm = 1 x 10-2 m
1 nm = 1 x 10-9 m = 1 x 10-7 cm = 10 Å
1 Å = 1 x 10-10 m = 1 x 10-8 cm

Spektrum
elektromagnetik

Spektrum dan
Spektrograf

Spektrum sinar tampak

Spektrum atom








Sinar tampak (matahari, filamen) menghasilkan
spektrum kontinuum (sinambung) dari merahjingga-kuning-hijau-biru-lembayung
Cahaya yang dihasilkan zat yang dipanaskan

memberikan spektrum garis yang tidak kontinu
Spektrum dari dari suatu atom berbeda dari
unsur lainnya dan merupakan fingerprint suatu
unsur (Robert Bunsen 1811-1899)
Johann Balmer menurunkan rumus umum
untuk spektrum yang dihasilkan oleh hidrogen

 n2 
 dimana n 3, 4, 5.
 3645,6 2
 n  4

Rumus yang lebih umum
untuk persamaan Balmer

1 
 1
  Rc 2  2 
n 
2

1 
 1
3,2881 x 1015 det  1  2  2 
n 
2
R = konstanta Rydberg
10.967.800 m-1, c kecepatan
cahaya 2,997925 x 108 m det-1
hasil kali R dan C diberikan
diatas

Soal Latihan
Gunakan Persamaan Balmer untuk menghitung
a.
Frekuensi radiasi dengan n = 5
b.
Panjang gelombang garis dalam deret balmer
dengan n = 7
c.
Nilai n untuk garis dalam deret Balmer pada 380

nm.







Spektrum kontinuum dapat dijelaskan oleh
teori gelombang cahaya, tetapi spektrum
garis gagal dengan teori ini
Teori radiasi elektromagnetik yang
dikenalkan oleh James Maxwell 1860-an
juga tidak dapat menguraikan fenomena ini
Persamaan Balmer menimbulkan dugaan
adanya prinsip-prinsip yang mendasari
semua spektrum garis

Teori Kuantum







Max Planck (1900) mengajukan teori kuantum
berdasarkan suatu gejala yang disebut radiasi benda
hitam
Hipotesisnya menyatakan bahwa energi bersifat
discontinue dan terdiri dari banyak satuan terpisah
yang sangat kecil yang disebut kuanta/kuantum.
Energi terkait dengan kuantum dari REM dinyatakan
dengan E = h; h = 6,626 x 10-34 J det-1
Teori kuantum memperoleh pembuktian dari efek
fotolistrik tahun 1955 oleh Albert Einstein

Efek
Fotolistrik

Ketergantungan Efek Fotolistrik pada
frekuensi cahaya

Soal
Latihan




Hitung energi dalam J/foton suatu radiasi
dengan frekuensi 3,10 x 1015 det-1!
Berapa frekuensi radiasi yang terukur
memiliki energi 3,54 x 10-20 J/foton!
Suatu energi sebesar 185 kJ/mol memiliki
panjang gelombang sebesar?

Atom Bohr





Secara elektrostatika, elektron harus bergerak
mengelilingi inti agar tidak tertarik ke inti
Namun berdasarkan fisika klasik benda yang
bergerak memutar akan melepaskan energi
yang lama kelamaan akan menghabiskan
energi elektron itu sendiri dan kemudian
kolaps
Niels Bohr mengungkapkan bahwa dilema
diatas dapat dipecahkan oleh teori Planck

Gagasan Bohr dalam menggabungkan
teori klasik dan kuantum





Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diizinkan

bagi satu elektron dalam atom hidrogen
Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan
stasioner ke yang lainnya dengan melibatkan
sejumlah energi menurut Planck
Lintasan stasioner yang diizinkan mencerminkan
sifat-sifat elektron yang mempunyai besaran yang
khas. Momentum sudut harus merupakan kelipatan
bulat dari h/2 atau menjadi nh/2.

Model Bohr untuk Atom Hidrogen

Keterangan






Lintasan yang diizinkan untuk elektron dinomori n
= 1, n = 2, n =3 dst. Bilangan ini dinamakan

bilangan kuantum, huruf K, L, M, N juga
digunakan untuk menamakan lintasan
Jari-jari orbit diungkapkan dengan 12, 22, 32, 42, …
n2. Untuk orbit tertentu dengan jari-jari minimum a0
= 0,53 Å
Jika elektron tertarik ke inti dan dimiliki oleh orbit
n, energi dipancarkan dan energi elektron menjadi
lebih rendah sebesar
 B
E n  2 , B : konstanta numerik dengan nilai 2,179 x 10 -18 J
n

1
 B  B  B   B 
 1
E  E3  E 2  2    2   2    2   B 2  2 
3 
 3   2  2  3 
2
E h

1
1
 1
 1
E  B 2  2  ;
h  B 2  2 
3 
3 
2
2
2,179 x 10  8 J
B
15
1


3
,
289
x
10
det
h 6,626 x 10  34 J det  1

Konstanta B/h identik dengan hasil dari R x c
dalam persamaan Balmer. Jika persamaan
diatas dihitung maka frekuensi yang diperoleh
adalah frekuensi garis merah dalam deret
Balmer.

Soal Latihan
 Berapakah frekuensi dan panjang

gelombang cahaya yang dipancarkan jika
elektron dari atom hidrogen jatuh dari
tingkat energi n = 6 ke n = 4? Dalam
bagian spektrum elektromagnetik manakah
sinar ini?

Kelemahan Teori Bohr






Keberhasilan teori Bohr terletak pada
kemampuannya untuk meeramalkan garis-garis
dalam spektrum atom hidrogen
Salah satu penemuan lain adalah sekumpulan
garis-garis halus, terutama jika atom-atom yang
dieksitasikan diletakkan pada medan magnet
Struktur garis halus ini dijelaskan melalui
modifikasi teori Bohr tetapi teori ini tidak pernah
berhasil memerikan spektrum selain atom
hidrogen

Dualitas Gelombang - Partikel








Newton mengajukan bahwa cahaya mempunyai sifat
seperti sekumpulan patikel yang terdiri dari aliran partikel
berenergi
Huygens menyatakan bahwa cahaya terdiri dari
gelombang energi
Pembuktian dengan pengukuran kecepatan cahaya pada
berbagai medium menunjukkan cahaya berkurang
kecepatannya dalam medium yang lebih rapat
Tetapi Einstein menganggap bahwa foton cahaya bersifat
sebagai partikel untuk menjelaskan efek fotolistrik
Timbul gagasan baru bahwa cahaya mempunyai dua
macam sifat sebagai gelombang dan sebagai partikel






Tahun 1924 Louise de Broglie menyatakan Tidak hanya
cahaya yang memperlihatkan sifat-sifat partikel, tetapi
partikel-partikel kecil pun pada saat tertentu dapat
memperlihatkan sifat-sifat gelombang
Usulan ini dibuktikan tahun 1927 dimana gelombang
materi (partikel) dijelaskan secara matematik
Panjang gelombang de Broglie dikaitkan dengan partikel
berhubungan dengan momentum partikel dan konstanta
Planck.
h
h


p



mv

Panjang gelombang dinyatakan dengan meter, massa dalam
kilogram, kecepatan dalam meter per detik. Konstanta
Planck dinyatakan dalam kg m2 s-2.

Prinsip
Ketidakpastian







Hukum Fisika klasik dianggap berlaku universal dan
dapat menjelaskan kejadian yang akan datang
berdasarkan keadaan awal
Tahun 1920 Niels Bohr dan Werner Heisenberg berusaha
menentukan sampai seberapa jauh kecepatan yang
diperoleh dalam penentuan sifat-sifat sub-atomik
Dua peubah yang ditentukan dalam menentukan sifat ini
adalah kedudukan partikel (x) dan momentumnya (p).
Kesimpulan dari pemikiran ini ialah bahwa dalam
penentuan sub-atomik selalu terdapat ketidakpastian
xp 

h
2







Persamaan ini dikenal dengan prinsip
ketidakpastian Heisenberg dan menyatakan
bahwa kedudukan dan momen tak dapat diukur
dengan ketepatan tinggi sekaligus
Seandainya diameter elektron 10-14 m, cahaya
dengan  ini akan mempunyai frekuensi 3 x 1022
det-1 dan energi per foton adalah 2 x 10-11 J.
Energi ini jauh melampaui energi yang
diperlukan untuk mengionkan elektron dalam
hidrogen
Hal ini menyebabkan usaha untuk melihat dalam
atom dengan menggunakan sistem cahaya justru
akan mengganggu pengukuran

foton

(a)

(b)
elektron

foton

elektron

Sebuah foton cahaya menumbuk elektron dan dipantulkan. Dalam
tumbukan foton mengalihkan momennya kepada elektron. Foton yang
dipantulkan dapat dilihat dalam mikroskop, tetapi elektron telah
bergerak keluar dari fokus (b). Kedudukan elektron tak dapat
ditentukan

Mekanika
Gelombang








Salah satu implikasi struktur atom menurut prinsip
ketidakpastian, tidak mungkin mengukur sekaligus
kedudukan dan momen dari suatu elektron
Implikasi lain diungkapkan oleh Schrodinger bahwa elektron
dapat diperlakukan sebagai gelombang materi, gerakannya
dapat disamakan dengan gerakan gelombang
Gerakan gelombang yang berkenaan dengan elektron
haruslah terkait dengan pola terijinkan
Pola ini dapat diperikan dengan persamaan matematis yang
jawabannya dikenal dengan fungsi gelombang ()
 mengandung tiga bilangan kuantum yang jika ditentukan
akan diperoleh hasil berupa orbital. 2 menggambarkan
rapatan muatan elektron atau peluang menemukan elektron
pada suatu titik dalam atom

Tiga macam penggambaran orbital
1s

Orbital 2s

Orbital Elektron dan Bilangan Kuantum






Bilangan kuantum utama (n). Bilangan ini hanya
mempunyai nilai positif dan bilangan bulat bukan nol
n = 1, 2, 3, 4, …
Bilangan kuantum orbital (azimut), l. yang mungkin bernilai
nol atau bulat positif. Bilangan ini tidak pernah negatif dan
tidak lebih besar dari n –1
l = 0, 1, 2, 3, …, n –1
Bilangan kuantum magnetik (ml). Nilainya dapat positif,
negatif, nol dan berkisar dari –l s.d. +l (l bilangan kuantum
orbital)
ml = -l, -l + 1, -l + 2, …, 0, 1, 2, … , +l

Soal Latihan
Nyatakan perangkat bilangan kuantum berikut yang
tidak terijinkan!
 n = 3, l = 2, ml = -1


n = 2, l = 3, ml = -1



n = 4, l = 0, ml = -1



n = 5, l = 2, ml = -1



n = 3, l = 3, ml = -3



n = 5, l = 3, ml = +2









Setiap kombinasi tiga bilangan kuantum n, l dan m
berkaitan dengan orbital elektron yang berbeda-beda
Orbital yang memiliki bilangan kuantum n yang sama
dikatakan berada dalam kulit elektron atau peringkat
utama yang sama
Sementara elektron yang mempunyai nilai l yang sama
dikatakan berada dalam sub kulit atau sub peringkat yang
sama
Nilai bilangan n berhubungan dengan energi elektron dan
kemungkinan jaraknya dari inti
Nilai bilangan kuantum l menentukan bentuk geometris
dari awan elektron atau penyebaran peluang elektron

Tiga gambaran orbital 2p

Ketiga orbital p

Kelima orbital d

Kulit elektron, orbital dan bilangan kuantum
Kulit
utama

K

L

M

n=

1

2

2

2

2

3

3

3

3

3

3

3

3

3

l=

0

0

1

1

1

0

0

1

1

1

2

2

2

2

ml =

0

0

-1

0

+1 0

-1

0

+1 -2

-1

0

+1 +2

Tanda
orbital

1s

2s

2p

2p

2p

3p

3p

3p

3d

3d 3d

Jml
orbital
pd
subkulit

1

1

Jml total 1
orbital
n2

3

4

3s
1

3d

3

5

9

3d

Spin (Rotasi) Elektron – Bilangan Kuantum
Keempat







Tahun 1925 Uhlenbeck dan Goudsmit
mengajukan sifat yang tak dapat dijelaskan
mengenai garis halus pada spektrum
hidrogen, apabila elektron dianggap memiliki
bilangan kuantum keempat
Sifat elektron yang berkaitan dengan bilangan
ini adalah spin elektron
Elektron berotasi menurut sumbunya saat ia
mengelilingi inti atom, terdapat dua
kemungkinan rotasi elektron
Bilangan kuantum ini dinyatakan dengan ms
bisa bernilai + ½ atau – ½

Konfigurasi
Elektron
Ada tiga aturan dalam penentuan konfigurasi
1.
Elektron menempati orbital sedemikian rupa
untuk meminimumkan energi atom tersebut
2.
Tak ada dua elektron dalam sebuah atom yang
boleh memiliki keempat bilangan kuantum yang
sama (prinsip eksklusi Pauli)
3.
Prinsip penggandaan maksimum, jika terdapat
orbital –orbital dengan energi yang sama,
elektron menempatinya sendiri-sendiri sebelum
menempatinya secara berpasangan

Urutan pengisian sub kulit elektron