STRUKTUR ATOM Model atom Thomson Percobaan Geiger & Marsden Model atom Rutherford Spektral atom Model atom Bohr Eksitasi atom.
Download
Report
Transcript STRUKTUR ATOM Model atom Thomson Percobaan Geiger & Marsden Model atom Rutherford Spektral atom Model atom Bohr Eksitasi atom.
STRUKTUR ATOM
Model atom Thomson
Percobaan Geiger & Marsden
Model atom Rutherford
Spektral atom
Model atom Bohr
Eksitasi atom
MODEL ATOM THOMSON
-
-
-
-
-
Materi
bermuatan
positip
-
-
Elektron
Unsur-unsur kimia terdiri dari
atom-atom
J.J. Thomson menemukan
elektron
Di dalam atom terdapat elektron
Atom netral, di dalam atom harus
ada yang bermuatan positip
J.J. Thomson (1898)
Atom terdiri dari materi
bermuatan positip yang dikelilingi
oleh elektron-elektron, seperti
fruitcake.
Kue onde-onde
PERCOBAAN GEIGER & MARSDEN
Cara langsung untuk mengetahui apa isi fruitcake,
masukkan jari tangan ke dalamnya, sebagai probe
Ernest Rutherford mengusulkan menggunakan
partikel alpha sebagai probe
Partikel alpha = inti Helium bermuatan + 2e
Massa partikel alpha = 8000 massa elektron
Hans Geiger dan Ernest Marsden (1911)
menggunakan partikel alpha cepat (2x107 m/s)
Hamburan partikel alpha akibat tumbukan
dengan lapisan tipis emas diamati dan diukur
PERCOBAAN GEIGER & MARSDEN
Radioactive substance
Zinc sulfide screen
Microscope
99,86 %
Thin gold foil
Alpha particles
Lead collimator
MODEL ATOM RUTHERFORD
-
-
+
Neutron
Elektron
-
Sebagian besar atom adalah ruang
kosong
Di dalam atom terdapat inti atom
(neutron) yang bermuatan positip
Hampir semua massa atom
terkonsentrasi di dalam inti atom
Elektron-elektron berada jauh
dari inti atom
Rutherford dianggap sebagai
penemu neutron
Elektron-elektron bergerak seperti
planet-planet mengelilingi
matahari
Formula hamburan Rutherford
Ni ntZ2e 4
N()
(8o ) 2 r 2 (KE) 2 sin 4 ( / 2)
N()
= Jumlah total partikel alpha per
satuan luas yang sampai di screen
dengan sudut hamburan
Ni
= Jumlah total partikel alpha yang
sampai di screen
n
= Jumlah atom persatuan volume di
dalam foil
t
= Tebal foil
Z
= Nomor atom dari foil
KE
= Energi kinetik patikel alpha
R
= Jarak screen dari foil
Ukuran inti atom
1 2Ze2
KE PE
4o R
2Ze2
R
4o KE
r
Inti atom
KEalpha 7,7 MeV 1,2x1012 J
2(9x109 )(1,6x1019 ) 2 Z
R
1,2x1012
R
PE
3,8x1016 Z m
ZCu 79 R Cu 4x1014 m 104 r
KE
Partikel alpha
mv2
Fc
r
Atom hidrogen
Fc Fe v
v
r
Fe
Proton
1 e2
Fe
4o r 2
Elektron
Fc
e
4o mr
Kecepatan elektron
e2
PE
4o r
2
1
e
KE mv2
2
8o r
Energi total atom hidrogen
e2
E KE PE
8o r
Contoh Soal 3.1
Dari percobaan-percobaan diperoleh bahwa diperlukan energi
sebesar 13,6 eV untuk memisahkan atom hidrogen menjadi sebuah
proton dan sebuah elektron. Ini berarti bahwa energi total atom
hidrogen adalah E = - 13,6 eV. Tentukan kecepatan dan jari-jari orbit
elektron dari atom hidrogen.
Jawab :
e2
r
8o E
E 13,6eV 2,2x1018 J
(1,6x1019 ) 2
11
r
5
,
3
x
10
m
12
18
8(8,85x10 )(2,2x10 )
v
e
4o mr
1,6 x10 19
(9x10 9 )( 9,1x10 31 )( 5,3x10 11 )
2,2 x10 6 m / s
Kegagalan model atom klasik
Mekanik : Hukum Newton
Listrik : Hukum Coulomb
Elektromagnetik : partikel
bermuatan yang sedang bergerak
akan meradiasikan energi dalam
bentuk gelombang elektromagnetik
Energi berkurang, sambil berputar
elektron bergerak menuju proton
Kenyataannya atom selalu stabil
Fisika klasik gagal karena
menggunakan pendekatan partikel
murni dan gelombang murni
SPEKTRAL ATOM
Atom dalam fasa gas diberi arus listrik
Setiap atom ternyata mengemisikan gelombang-gelombang
dengan panjang gelombang tertentu (emission line spectra)
SPEKTRAL ATOM
Setiap atom juga menyerap gelombang-gelombang dengan
panjang gelombang tertentu (absorption line spectra)
Panjang gelombang yang diemisikan ternyata sama dengan
panjang gelombang yang diserap
Diperlukan model atom yang dapat menerangkan
kestabilan atom dan adanya garis-garis spektrum
Deret Spektral Hidrogen
J.J. Balmer (1885)
Spektrum cahaya tampak
H = 656,3 nm
H = 486,3 nm
H = 364,6 nm
Formula Balmer :
1
1
1
R 2 2
n
2
n 3, 4, 5,
R = konstanta Rydberg = 0,01097 nm-1
Deret Lyman (ultravoilet)
1
1
1
R 2 2
n
1
n 2, 3, 4,
Deret Paschen (inframerah)
1
1
1
R 2 2
n
3
n 4, 5, 6,
Deret Brackett (inframerah)
1
1
1
R 2 2
n
4
n 5, 6, 7,
Deret Pfund (inframerah)
1
1
1
R 2 2
n
5
n 6, 7, 8,
MODEL ATOM BOHR
Niels Bohr (1913)
Konsep gelombang materi
Menggunakan pendekatan yang lain,
tetapi hasilnya sama dengan Broglie
v
e
h
h
mv e
4o mr
4o r
m
r 5,3x1011 m 33x1011 m
33x1011 2(5,3x1011 ) 2 r
Keliling orbit elektron yang mengelilingi inti atom hidrogen
(proton) ternyata sama dengan panjang gelombangnya
Terdapat analogi dengan vibrasi/gelombang pada tali/kawat
Sebuah elektron hanya dapat mengelilingi
inti atom bila lintasan orbitnya merupakan
kelipatan bulat dari panjang gelombang
Broglie-nya
n 2rn
h
e
4o rn
m
nh 4o rn
2rn
e
m
n 2 h 2o
rn
me2
n=2
n=4
n 1, 2, 3,
n = bilangan kuantum
Jari-jari Bohr = ao = r1 = 5,292x10-11 m
rn n 2a o
n=8
Tingkat Energi Atom Hidrogen
2
e
En
8o rn
n 2 h 2 o
rn
me2
me4 1 E1
En 2 2 2 2
8o h n n
n 1, 2, 3,
E1 2,18x1018 J 13,6 eV
E 2 , E3 ,
Excited states
Ground state
E 0
Elektron bebas
E5 0,87x1019 J 0,54 eV
E4 1,36x1019 J 0,85 eV
E3 2,42x1019 J 1,51 eV
E2 5,43x1019 J 3,4 eV
E1 21,79x1019 J 13,6 eV
Contoh Soal 3.2
Sebuah elektron bertumbukan dengan sebuah atom hidrogen yang
sedang berada pada tinggat dasar (ground state). Bila atom hidrogen
ini sekarang berada pada tingkat terekstasi (n = 3), berapa energi
yang telah diberikan oleh elektron kepada atom hidrogen dalam
tumbukan tersebut ?
Jawab :
1
E1 E1
1
E E f E i 2 2 E1 2 2
nf ni
nf ni
n i 1, n f 3, E1 13,6 eV
1
1
E (13,6 eV) 2 2 12,1 eV
1
3
Contoh Soal 3.3
Atom-atom hidrogen pada bilangan kuantum yang sangat tinggi
dapat dibuat di laboratorium dan diamati di ruang angkasa.
a). Tentukan bilangan kuantum dimana orbit Bohr = 0,01 mm
b). Hitung energi atom hidrogen tersebut
Jawab :
a). rn a o n
b).
2
n
rn
ao
1x10 5
435
11
5,29 x10
E1 13,6 eV
5
En 2
7
,
19
x
10
eV
2
n
(435)
Garis-garis Spektrum
Setelah mendapat energi, tingkat energi atom naik
Bila tingkat energinya turun, maka tentunya atom akan
mengeluarkan (mengemisikan) energi
Energi yang diemisikan atom berupa foton
Energi awal – Energi akhir = Energi foton
1
1
E i E f E1 2 2 hf
nf
ni
c
E1 1
1
f 2 2
h nf ni
E1 1
1
f 2 2
h nf ni
1
E1 1
1
2 2
ch n f n i
me4
2 2
4
8
h
E1
me
o
7
1
1
,
097
x
10
m
R
2 3
ch
ch
8c o h
Deret Lyman
nf 1
Deret Balmer
nf 2
1
1
1
R 2 2
n
1
1
1
1
R 2 2
n
2
nf 3
1
1
1
R 2 2
n
3
n 4, 5, 6,
nf 4
1
1
1
R 2 2
n
4
n 5, 6, 7,
nf 5
1
1
1
R 2 2
n
5
n 6, 7, 8,
Deret Paschen
Deret Brackett
Deret Pfund
n 2, 3, 4,
n 3, 4, 5,
Contoh Soal 3.4
Hitung panjang gelombang terbesar yang terdpat pada deret Balmer
dari atom hidrogen (H).
Jawab :
Deret Balmer :
nf 2
H n i 3
1
1
1
1
1
R 2 2 R 2 2 0,139R
3
2
nf ni
1
1
656 nm
7
0,139R 0,139(1,097x10 )
E=0
n=
n=6
n=5
n=4
n=3
n=2
Series limit
n=1
Lyman series
Balmer series
Paschen series
Brackett series
EKSITASI ATOM
Atom akan mampu meradiasikan energi bila berada dalam
keadaan tereksitasi
Mekanisme 1: Tumbukan dengan partikel lain
Atom akan menyerap sebagian energi kinetik dari partikel
yang menumbuknya
Atom akan kembali kekeadaan semula dengan
mengemisikan satu atau lebih foton dalam waktu singkat
(10-8s)
Mekanisme 2 : Interaksi dengan cahaya pada panjang
gelombang tertentu
Atom akan kembali kekeadaan semula sambil
mengemisikan foton dengan panjang gelombang yang sama
n=1
Tumbukan dengan
partikel lain
n=2
foton
n=1
Interaksi dengan cahaya
Spektrum absorbsi
foton,
+
Spektrum emisi
+
foton,