Transcript Teori Atom Bohr

TEORI ATOM MODERN
1. KEDUDUKAN (POSISI) ELEKTRON DALAM ATOM
1.1. Teori kuantum radiasi
Isaac Newton (1642 - 1727) telah berhasil
menguraikan sinar matahari dg. prisma kaca
menjadi warna-warna pelangi penyusunnya:
ungu, nila, biru, hijau, kuning, jingga dan
merah
Newton:
Penyebaran cahaya menurut garis lurus
lebih mudah diterangkan dg. menganggap
bahwa cahaya terdiri atas partikel-partikel
(Teori Korpuskular Cahaya)
Christian Huygens, Augustin Jean Fresnel
dan Thomas Young:
Cahaya bersifat sebagai gelombang
(Teori Gelombang Cahaya)
James Clerk Maxwell:
Gelombang elektromagnetik dg. sifat-sifat seperti
cahaya dapat terjadi dg. mengayun- ayunkan
muatan listrik
Heinrich Hertz:
Gelombang elektromagnetik terdiri atas
medan listrik dan medan magnit yang
bergelombang
Gambaran sebuah gelombang
Max Planck:
Energi suatu benda hanya dapat bertambah atau
berkurang dengan kelipatan satuan energi.
Satuan energi itu disebut kuantum cahaya atau
foton
E = h..............................(3.1)
Jumlah energi yang panjang gelombangnya 
yang diserap atau dipancarkan oleh suatu benda
padat berbanding lurus dengan frekuensinya, 
(nu), yang dinyatakan dalam persamaan:
E = h..............................(3.1)
hc
___
E=
..............................(3.2)

dengan:
E
: besarnya energi dalam Joule
 (nu) : frekuensi radiasi (dalam getaran/detik) = c/
(c
: kecepatan cahaya = 3 x 1010 cm/detik)
h
: tetapan Planck ( 0,66252 x 10-33 Joule.detik)
Albert Einstein:
Merumuskan hukum Planck tsb.
secara lebih umum (1905)
hc
___
E1 - E2 = nh = n
..............................(3.3)

Niels Bohr:
Menggunakan Teori Kuantum ini
untuk menafsirkan spektrum atom
hidrogen
2. Spektra radiasi
Energi radiasi terdiri atas sejumlah besar
gelombang elektromagnetik dg.  yang
berbeda-beda.
Dg. spektrometer, bagian-bagian radiasi
dapat dipisahkan
spektrum radiasi
Spektrum Sinar tampak
Warna Pelangi
Gelombang Elektromagnetik lengkap
3. Sifat khas spektrum
Setiap zat dapat memberikan spektrum yg.
khas dengan cara memancarkan energi
radiasi, yg. dapat digambarkan sbb.:
ZAT
energi radiasi
prisma
(spektroskop)
spektrum
yang khas
4. Macam spektrum
Ditinjau dari proses pembentukannya,
terdapat dua macam spektrum, yaitu :
1. Spektrum Emisi (Spektrum Pancaran)
Spektrum ini terbentuk bila suatu zat dipanaskan
atau dieksitasi secara listrik.
spektrum
emisi
prisma/
kisi difraksi
Pembakar
2. Spektrum Absorpsi (Spektrum Serapan)
Spektrum absorpsi terbentuk bila suatu
energi radiasi dilewatkan suatu zat
kemudian dibuat spektrumnya.
spektrum
absorpsi
ZAT
sumber radiasi
prisma/
kisi difraksi
Ditinjau dari penampakannya terdapat
dua macam spektrum, yaitu:
1. Spektrum kontinyu
Yaitu spektrum yang terdiri atas
sejumlah warna dengan panjang
gelombang yang berubah secara
teratur.
Contoh: Spektrum sinar matahari
(pelangi)
2. Spektrum diskontinyu
Yaitu spektrum yang terdiri atas radiasi
yang panjang gelombangnya berdiri sendirisendiri (berubah secara mendadak)
Spektrum diskontinyu ini masih dibagi lagi
menjadi:
2.a. Spektrum garis
Spektrum garis absorpsi dapat diperoleh
dari uap atom-atom usur yang dipanaskan (dibakar)
Joseph von Fraunhofer:
Menemukan pertama kali garis-garis yang
penting dalam spektrum sinar matahari.
Garis-garis itu kemudian dinamakan Garis
Fraunhofer
A
B
merah
C
jingga
D
kuning
E
hijau
F
biru
G
H
ungu
K
Contoh spektrum garis yang penting
Spektrum uap natrium dg.  5875 - 5895
Angström yang penting bagi pengukuran
indeks bias dan pemutaran bidang
polarisasi
D ( : 5875 - 5895 Angström)
kuning
2.b. Spektrum pita
Spektrum pita merupakan ciri khas suatu
molekul, sehingga dapat digunakan
untuk identifikasi senyawa
3.SPEKTRUM ATOM HIDROGEN
3.1. Deret spektrum
Johann Jakob Balmer
Merumuskan perhitungan panjang
gelombang garis-garis spektrum atom
hidrogen, ditemukan rumus yg. sekarang
masih dipakai:
_
1
1
1
__
= RH ( __2 - __2 )..............................(3.5)

2
n
dengan :
H
_ : panjang gelombang
 (nu tilda) : bilangan gelombang
jarak
(cm)
c _
__
_________
 (frekuensi) =
,=


RH : tetapan Rydberg (109677,58)
n : bilangan bulat >2
H
H
daerah sinar tampak
H H
batas konvergensi
daerah ultra
violet
• Deret Balmer dari spektrum emisi hidrogen,
• pada daerah sinar tampak dan ultra violet
Deret-deret lain
Deret Lyman, pada daerah ultra violet, dg. persamaan:
_
1
1
1
__
__
__
= RH ( 2 )..............................(3.6)
2

1
n
dg. n = 2, 3, 4, .................
Deret Paschen , pada daerah infra merah, dg. persamaan:
_
1
1
1
__
__
__
= RH ( 2 )..............................(3.7)
2

3
n
dg. n = 4, 5, 6, .................
Deret Brackett, pada daerah infra merah, dg. persamaan:
_
1
1
1
__
__
__
= RH ( 2 )..............................(3.8)
2

4
n
dg. n = 5, 6, 7, .................
Deret Pfund, pada daerah infra merah, dg. persamaan:
_
1
1
1
__
__
__
= RH ( 2 2 )..............................(3.9)

5
n
dg. n = 6, 7, 8, .................
Penggabungan deret-deret
Kelima deret tsb. ternyata dapat dihubungkan
satu dg. yang lain dg. persamaan:
_ R
1
__
= __H2 
m
RH
__
2 ..............................(3.10)
n
dg. harga-harga m dan n
Deret spektrum
Lyman
Balmer
Paschen
Brackett
Pfund
m
1
2
3
4
5
sbb.:
n
2, 3, 4, ........
3, 4, 5, .......
4, 5, 6, ........
5, 6, 7, ........
6, 7, 8, ........
Kesimpulan:
Ada hubungan yang erat antara garisgaris spektrum dengan bangun atom.
Hal ini pertama kali diterangkan dg.
Teori Atom Bohr dan kemudian dg.
Mekanika Gelombang
4. TEORI ATOM BOHR
4.1. Kelemahan Bangun Atom Rutherford
Bila elektron mengelilingi inti atom,
mengalami
percepatan yang mengarah ke pusat lintasan (inti
atom) karena adanya gaya sentrifugal.
Elektron bermuatan
memancarkan energi secara
kontinyu menurut Teori Elektrodinamika
James Clerk Maxwell dan hal ini bertentangan
dg. kenyataan.
Selain itu dg. memancarkan energinya secara terus
menerus,
elektron tsb. akan kehilangan energinya dan akan jatuh ke inti atom
kehancuran
atom tsb.
Teori Atom Bohr
Niels Bohr mengajukan Teori Atom
yang berdasarkan Teori Kuantum
Radiasi (1913)
Teori Atom Bohr bertitik tolak pada
beberapa postulat (anggapan) sbb:
Postulat-postulat
Bohr
1. Elektron tidak dapat bergerak mengelilingi
inti atom pada sebarang lintasan, melainkan
hanya pada lintasan yang memenuhi persyaratan sewaktu elektron mempunyai
momentum sudut yang besarnya kelipatan
harga h/2 (h = tetapan Planck).
Lintasan ini disebut Lintasan Kuantum.
2. Bila elektron berada dalam lintasan
kuantumnya, maka elektron tersebut tidak
memancarkan energi. Dikatakan bahwa
elektron berada dalam keadaan stasioner
atau dalam tingkat energi tertentu.
3. Bila elektron berpindah dari tingkat energi E1
ke tingkat energi E2, dengan E2 < E1, maka
akan terjadi radiasi energi dengan frekuensi
yang dapat dihitung dari Teori Kuantum sbb:
E1 - E2 = h
Bila E1 < E2, maka akan terjadi absorpsi energi
oleh elektron tersebut.
4.2. Jari-jari atom hidrogen
Menurut Teori Bohr, elektron bergerak dalam
lintasan yang berupa lingkaran. Jari-jari
lingkaran ini, untuk atom hidrogen, dapat
dihitung sbb. :
v
gaya
sentrifugal
elektron dengan
muatan -e
+e
gaya elektrostatik
r
Elektron dalam atom dengan gaya-gaya
yang bekerja padanya
Perumusan
Elektron dengan massa m, muatan -e dan
kecepatan v mengelilingi inti atom yang
muatannya +e dalam lingkaran yang jarijarinya r.
Elektron tersebut akan mengalami gaya
sentrifugal sebesar mv2/r yang diimbangi
oleh gaya elektrostatik sebesar e2/r2
Krn gaya sentrifugal = gaya elektrostatik:
m v2/r
= e2/r2
e2 = mv 2r .................................. (3.11)
Momentum sudut elektron, mvr, menurut
anggapan Bohr adalah kelipatan dari harga
h/2, jadi:
h
___
mvr = n 2
dengan n = 1,2,3, ......
nh
n2h2
_____
________
2
atau : v =
sehingga : v =
(..............................3.12)
2 2 2
2mr
4 m r
Bila (3.12) dimasukkan ke dalam (3.11), didapat:
2 2
n
h
________
e = mx
2 2 2
4 m r
2
x r sehingga:
2 2
n
h
2
______
e =
(..............................3.13)
42mr
Jadi:
2 2
n h
r = ______
(..............................3.14)
2
2
4 me
Bila dimasukkan harga-harga:
h = 6,625 x 10-27 erg.detik
m = 9,11 x 10-28 gram
e = 4,802 x 10-10 s.e.s.
diperoleh: r = 0,53 x 10-8 n2 cm
Dg. mengambil harga-harga n = 1, 2, 3,
dst., dapat dihitung jari-jari lintasan
kuantum pertama, kedua, ketiga dst.:
r1 = 0,53 x 10-8 cm
r2 = 2,12 x 10-8 cm
r3 = 4,77 x 10-8 cm
4.3. Penafsiran spektrum
hidrogen
Dg. Teori Atom Bohr dapat ditafsirkan spektrum
atom hidrogen dan partikel-partikel lainnya yg.
serupa dg. atom hidrogen:
Yang hanya memiliki 1 elektron: ion Li2+ dan
ion Be3+
-e
-e
-e
Z=1
Z=3
Z=4
Atom H
Z=1
Ion Li3+
Z=3
Ion Be3+
Z=4
4.4. Energi elektron
Energi elektron terdiri atas energi kinetik dan
energi potensial yg. dapat diuraikan sbb:
1. Energi potensial
Energi potensial ini berasal dari gaya elektrostatik X jarak antara elektron dan inti atom (r)
2
-_____
Ze
Energi potensial = Epot =
r
2. Energi kinetik
Energi kinetik ini berasal dari gerakan elektron mengelilingi inti atom dg. kecepatan v
dan massa m, =  mvdv = ½ mv 2
2
Energi kinetik = Ekin =
mv
_____
2
Energi kinetik dan energi potensial
elektron:
2
mv
_____
Energi kinetik =
2
2
-_____
Ze
Energi potensial =
r
Energi total elektron
Energi total = Ekin + Epot
2
2
mv
Ze
_____ _____
=
- r
2
..............................(3.15)
Gaya sentrifugal = gaya elektrostatik (3.11):
mv 2/r = e 2/r2
didapat:
2
2
mv
Ze ..............................(3.16)
____
____
=
2
2r
Bila persamaan (3.16) disubstitusikan ke dlm
persamaan (3.15), maka akan didapat :
Etotal
2
2
2
2
Ze
Ze
Ze
mv
___
___
___
____ ....................(3.17)
=
= = 2r
2
2r
r
Dari momentum sudut elektron :
nh
h
____
___
mvr = n
akan didapat : mv =
2r
2
2
nhv
mv
nhv ....................(3.18)
____
____
_____
2
sehingga : mv =
dan
=
2r
4r
2
Jika persamaan (3.18) dimasukkan ke dalam
persamaan (3.16), maka akan didapat:
2
Ze
nhv
____
____
= 4r
2r
2
4rZe
_______
v=
sehingga
2rnh
2
2Ze
______
v=
nh
......................(3.19)
Dari persamaan (3.19) dan (3.16) akan didapat :
2
Etotal
2
mv
____
= ==
2
2 2 4
Etotal
2
2Ze
m ______
nh
2 2 4
m4
Z e
______________
_________
= 2
2n2h2
2 Z e m ..............................(3.20)
_________
= 2 2
n h
Persamaan (3.20) menyatakan energi total elektron
yg. berada dalam lintasan kuantum yg. ditentukan
oleh bilangan kuantum utama, n.
4.5.
Radiasi karena perpindahan elektron
Bila suatu elektron berpindah dari orbit n2 ke
orbit n1 dg. n2 > n1,maka akan terjadi radiasi
(pemancaran) energi.
Besarnya energi yang dipancarkan adalah:
2 2 4
2
Z e m
-___________
2 Z e m
___________
2 2
2 2
(n
)
(n2) h
1 h
2 2 4
En2 - En1 =
En2
2 2 4
2
Z e m
1
__________
____
- En1 =
x
2
2
h
(n1)
2 2 4
2
Z e m
1
__________
____
x
2
h
(n2)2
En2 - En1 = h (Planck - Einstein)
maka:
2 2 4
2
Z e m
__________
h =
h2
1
1
___
___
x (
)
2
2
n2
n1
dan:
2 2 4
1
1
2
Z e m
__________
___
___
 =
x (
)
2 ....................(3.21)
2
3
n2
n1
h
Karena
_
c
1
__
__
=
dan  =  ,

_

maka :  = __
c
jadi :
2 2 4
_
1
1
2
Z e m
__________
___
___
 =
x (
)
2
2
3
n2
n
ch
1
atau:
_
1
1
1
___
__ =  = R x ( ___
..............................(3.22)
)
2

n2
n12
2 2 4
2
Z e m
__________
..............................(3.23)
dengan harga R =
ch3
Bila diisikan harga-harga:
 : 3,1416;
Z : 1 (hidrogen);
e : 4,802 x 10-10 s.e.s
h : 6,62 x 10-27 erg.detik ;
c : 2,997 x 1010 cm/detik dan
m : 9,11 x 10-28 gram ke dalam persamaan (3.23),
maka akan didapat harga:
R = 109700
yg. sesuai dengan tetapan Rydberg, RH, yg.
secara eksperimental ditemukan sebesar
109677,58
Persamaan (3.22): persamaan deret-deret
spektrum atom hidrogen oleh Lyman dkk.
Dari persamaan (3.22) tsb. dapat disusun
tingkat energi (energy level) elektron dlm.
atom hidrogen.
4.6.
Bilangan kuantum
Bilangan kuantum menyatakan
keadaan elektron dalam atom.
Ada empat bilangan kuantum, yaitu:
1. Bilangan kuantum utama
Bilangan kuatum utama dg. lambang n = bilangan
kuantum menurut Bohr.
Bilangan kuantum utama ini menyatakan energi
suatu elektron yg. menempati suatu lintasan
(orbital) yg. juga menentukan besarnya orbital
tsb,dan tiap-tiap harga n menyatakan kulit lintasan,
yaitu:
• n = 1 : kulit K
• n = 2 : kulit L
• n = 3 : kulit M
• n = 4 : kulit N
• n = 5 : kulit O
• n = 6 : kulit P
• n = 7 : kulit Q
n=8
n=7
n=6
n=5
Deret Pfund
n=4
Deret Brackett
n=3
Deret Paschen
n=2
Deret Balmer
n=1
Deret Lyman
Garis-garis spektrum atom hidrogendan tingkatan energi elektron