STRUKTUR ATOM ELEKTRON DALAM ATOM

RADIASI ELEKTROMAGNETIK  = 1 x 10-10 m 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 =  . 

Spektrum elektromagnetik

Spektrum dan Spektrograf Spektrum sinar tampak  Spektrum Fraunhofer 1814 Spektrum atom

Ternyata pola spektrum tiap unsur memiliki karakater berbeda, ukurannya sangat pasti Tidak ada 2 unsur yang memiliki pola garis yang sama Jadi spektrum dapat digunakan untuk mengenali gas yang tak diketahui.

Kesimpulan: untuk gas yang sama, frekuensi serapan = frekuensi pancaran. Jadi ada karakteristik tigkat energi dalam gas yang bisa berubah-ubah. Artinya, gas bisa menerima dan melepas energi. INI SESUATU YANG MENARIK.

Rumus yang lebih umum untuk persamaan Balmer: Dimana: n = 2 m = 3, 4, 5, 6, ..... h = 3,6546 x 10-7 m Rumus yang lebih umum untuk persamaan Balmer: R = konstanta Rydberg 10.967.800 m-1 C = kecepatan cahaya 2,997925 x 108 m/s

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

Kenapa mempelajari struktur atom? Ilmu kimia pada akhirnya bermuara pada struktur elektronik molekul Alasan: Struktur elektronik mengatur ikatan, memprediksi struktur molekul dan reaktifitas Struktur elektronik atom dapat dipaham dengan mudah berdasarkan struktur atom atomic structure  molecular structure  chemistry

will introduce new concepts gradually starting with the “simplest”: H-Atom Energy levels, Wavefunctions, Born Interpretation, Orbitals Many electron atoms Effects of other electrons, Penetration, Quantum Defect The Aufbau Principle Electronic Configuration of atoms and their ions Trends in the PT Ionisation Energy, Electron Affinity, Size of atoms and ions

H The H-Atom 1 1.008 Energy Levels? Consider 3 approaches: Classical Bohr Model (old quantum theory) Full Quantum: Schrödinger Equation

Dalton’s Atomic Postulates Each element is composed of indivisible particles called atoms. All atoms of an element are identical In chemical reactions, the atoms are not changed. Compounds are formed when atoms of more than one element combine. Dalton’s law of multiple proportions: When two elements form different compounds, the mass ratio of the elements in one compound is related to the mass ratio in the other by a small whole number.

J. J. Thomson’s Discovers the Electron (1897) Mekanika Klasik In 1897 J. J. Thomson discover the electron. Used cathode ray tubes and high voltage cause rays to be produced. These rays could be deflected with a magnetic field. The rays must be negatively charged particles not light rays.

J. J. Thomson’s Atomic Model “Plum Pudding Model” Atoms are not hard spherical balls. Further experiments showed two particles in atoms Protons (+) & electrons (-) Electrons were like raisins stuck randomly inside a mass of positively charged “pudding”. Negative electrons used to hold together the positively changed mass of pudding.

Ernest Rutherford’s Experiment Mekanika Klasik Fired He nuclei (α-particles) at a sheet of gold. Most of the particles passed through the gold foil. Some of them bounce back at him. Some were deflected at random angles. This could only happen if atoms were mostly empty space with a hard central nucleus.

Rutherford’s Nuclear Model (1911) Central nucleus composed of positively charged protons. Negatively charged cloud of electrons surrounds the nucleus. Atoms were known to produce emission line spectra specific to each element. PROBLEM: As atoms lost energy why didn’t the electrons eventually spiral into the nucleus due to electrical attraction of + for -? PROBLEM: How could all the positive protons stay packed together in the nucleus?

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

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?

Neil Bohr’s Model of Hydrogen (1913) Mekanika Kuantum Lama Solves problem of why electrons to do fall into nucleus. Used quantized orbits with specific energies Electron can only move between orbits by getting or losing the exact amount of energy required. It could not take fractional steps. Berdasarkan Rumus Nicholson (1881-1955) (memberi batasan nilai momentum sudut elektron dalam atom hidrogen  L = mvR = n(h/2π)

Absorption & Emission Spectra Bohr’s model also explained Kirchhoff’s Laws of Spectroscopy. Emission spectra produced when electron releases energy and drops to a lower orbit. Absorption spectra produced when electron absorbed energy needed to go to a higher orbit. “Berdasarkan Pendekatan Rumus Planck-Einstein  E = h.ν”

Model Bohr untuk Atom Hidrogen

Hydrogen Energy Level Diagram Energy levels constructed based on spectral lines observed for Hydrogen. The Spectrum of Hydrogen is like a very magnified view of the electron energy levels around the atom. WAY COOL!!!!!!!!!!

Emission Line Spectra Each element has it own unique electron energy levels with different energy spacing between each level.

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

Konstanta B/h identik dengan hasil dari R. c dalam persamaan Balmer Konstanta B/h identik dengan hasil dari R.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?

Quantum mechanical Principles and the Solution of the Schrödinger Equation

Principles of Quantum Mechanics Quantization Classical mechanics Quantum mechanics Energy levels is continuous

Principles of Quantum Mechanics How do we describe the electrons in atoms? You know: Electrons can be described as (characterised by mass, momentum, position…) Particle De Broglie (1927) p = h/l However: Electrons can also be described as (characterised by wavelength, frequency, amplitude) and show properties such as interference, diffraction Wavelength h = Planck’s constant = 6.626 10-34 Js

Principles of Quantum Mechanics The Wavefunction In quantum mechanics, an electron, just like any other particle, is described by a Wavefunction Y(position, time) Important Contains all information there is to know about the particle

The Results of Quantum Mechanics Schrödinger equation: where  is the wavefunction, E the total energy Detail di Struktur Atom Pak Darko

Spherical Polar Coordinates Instead of Cartesian (x,y,z) the maths works out easier if we use a different coordinate system: x = r sin cos y = r sin sin z = r cos  z r y (takes advantage of the spherical symmetry of the system) x 

Fungsi gelombang Radial dan Angular Fungsi radial bergantung pada jarak antara elektron dan inti Fungsi angular bergantung arah atau orientasi Ingat......!!!!! Ψ2 merupakan probabilitas ditemukannya sebuah elektron dalam volume ruang, sehingga hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan R(r)2 dan A(θ, φ)2

....which can be solved exactly for the H-atom with the solutions called orbitals, more specifically, atomic orbitals. Kita memisahkan fungsi gelombang menjadi 2 macam: a radial part R(r) and an angular part Y(,), such that =R(r)Y(,) The solution introduces 3 quantum numbers: ? Important

The quantum numbers; quantum numbers arise in the solution; R(r) gives rise to: the principal quantum number, n Y(,) yields: the orbital angular momentum quantum number, l and the magnetic quantum number, ml i.e., =Rn,l(r)Yl,m(,) Important

Fungsi Gelombang Radial Fungsi Gelombang radial menunjukkan bagaimana variasi fungsi gelombang dengan jarak, r, dari inti  ukuran orbital Kita menginginkan probabilitas dalam menemukan elektron dalam permukaan 3 dimensi (orbital bola 1s)  fungsi 4πr2R(r)2 disebut faktor probabilitas radial

r dr dV 𝐕 = 𝟒𝛑 𝐫 𝟑 𝟑 𝐝𝐕 =𝟒π𝒓𝟐 𝐑𝟐𝐝𝐕 =𝟒π𝒓𝟐𝑹𝟐𝒅𝒓 Fungsi Probabilitas Radial R = 0, 4πr2R2 = 0  Fungsi pada inti harus = 0 Nilai r besar  R mendekati nol dengan cepat dan , 4πr2R2 harus mendekati nol Diantara, r dan R mempunyai nilai terbatas  terdapat plot probabiltas maksimum (4πr2R2 ) sebagai fungsi r. Maksimum terjadi pada r = a0,  Radius Bohr

Fungsi Gelombang Radial (Lanjutan) Catatan: Kemunculan radial nodes (Number of nodes) = n – l - 1 Semua mempunyai nilai maksimum r Nilai n bergantung ukuran orbital Orbital semakin lebar dengan peningkatan n

Fungsi Gelombang Angular Fungsi gelombang yang berperan sebagai sebuah fungsi sudut dari asalnya  Bentuk Orbital Pada titik tertentu fungsi gelombang (Ψ) = 0 Pada beberapa titik terdapat sebuah probabilitas nol pada interaksi dengan elektron Saat titik pertemuan y = 0  nodal surface Satu sisi nodal surface fungsi gelombang adalah positif (+) dan sisi lainnya negatif (-)  penanda fungsi gelombang Sederhananya  angular nodes = l

Fungsi Gelombang Angular

Orbital Energi Energi atom hidrogen diikuti secara murni oleh prinsip bilangan kuantum Orbilat 1s merupakan energy terendah Semua orbital n = 2 (2s dan 2p)  energinya sama (degenerate) n = ~  energi ionisasi (energy untuk menghilangkan sebuah elektron) Berdasarkan skala menunjukkan: energinya semakin negatif  menuju bilangan kuantum yang lebih rendah  lebih stabil Atom hidrogen: elektron ditempatkan pada orbital energi terendah  ground state struktur elektronik ground state hidrogen  1s1 Elektron dapat melepaskan energi pada orbital energi diatasnya  excited state

You are familiar with these..... n is the integer number associated with an orbital Different l values have different names arising from early spectroscopy e.g., l =0 is labelled s l =1 is labelled p l =2 is labelled d l =3 is labelled f etc... Important

The values of n, l, & ml l = 0, 1, 2, 3, ......(n-1) ml = -l, -l+1, -l+2,..0,..., l-1, l Important

Hence we begin to see the structure behind the periodic table emerge. Looked at another way..... n =1 l= 0 ml= 0 1s orbital (1 of) n =2 l= 0 ml= 0 2s orbital (1 of) l= 1 ml= -1, 0, +1 2p orbitals (3 of) n =3 l= 0 ml= 0 3s orbital (1 of) l= 1 ml= -1, 0, +1 3p orbitals (3 of) l= 2 ml= -2, -1, 0, +1, +2 3d orbitals (5 of) etc. etc. etc. Hence we begin to see the structure behind the periodic table emerge. Important

Latihan Soal Berapa orbital energi yang mungkin untuk n = 4? Sebutkan yang gerade! Berapa orbital yang mungkin untuk n = 3? Sebutkan yang ungerade! Berapa radial nodes dan angular nodes pada: 3s, 3p, 3d, 4p?