Standar Kompetensi : 1. Memahami struktur atom, sifat-sifat periodik unsur, dan ikatan kimia Kompetensi Dasar: 1.1. Memahami struktur atom berdasarkan teori atom Bohr, sifat-sifat unsur, massa atom relatif, dan sifat-sifat periodik unsur dalam tabel periodik serta menyadari keteraturannya, melalui pemahaman konfigurasi elektron Indikator: Menjelaskan perkembangan teori atom untuk menunjukkan kelemahan dan kelebihan masing-masing teori atom berdasarkan fakta eksperimen. ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

DEVELOPMENT OF ATOMIC THEORY Atom merupakan partikel terkecil suatu materi. Bila atom-atom saling bergabung akan membentuk suatu molekul atau gugusan atom. Molekul dapat berupa molekul unsur (bila atom yang bergabung sama atau bersifat homoatom) atau molekul senyawa (bila atom yang bergabung berbeda atau bersifat heteroatom). Molekul bersifat netral, sedangkan gugusan atom dapat bermuatan positif atau negatif, yang sering dikenal sebagai ion positif atau negatif. ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Sejarah Perkembangan Model Atom Pada awalnya Demokritus-Leukippos berpendapat bahwa materi bersifat diskontinu, artinya bila suatu materi dibelah terus-menerus suatu ketika akan diperoleh suatu partikel fundamental. Pendapat ini ternyata ditolak oleh Aristoteles (384 – 322 SM), yang berpendapat bahwa materi bersifat kontinu, artinya materi dapat dibelah terus-menerus sampai tidak berhingga. Sekitar tahun 1592 - 1655 Gasendi mengemukakan bahwa atom merupakan bagian terkecil suatu zat. Oleh karena itu sekitar tahun 1808 John Dalton mencoba untuk mengungkapkan pendapatnya, yang dikenal dengan teori atom Dalton, yang antara lain mengatakan bahwa : ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

DALTON’S ATOMIC THEORY Atoms of each element are all identifical to one another, but difeferent from the atoms of all other elements. aAtoms of different elements can combine to form more complex subtances Model Atomic Dalton ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

. Model Atom Thomson Berdasarkan percobaan tentang hantaran listrik melalui tabung hampa / tabung pengawan muatan (discharge tube) atau tabung sinar katode.

Keterangan: a. Jika hanya ada medan listrik, berkas sinar katode dibelokkan ke atas (titik 1) b. Jika hanya medan magnet, berkas sinar katode dibelokkan ke bawah (titik 2) c. Jika tidak ada medan listrik dan medan magnet, sinar katode bergerak lurus (titik 3)

Thomson’s Atomic Model Sir Joseph Thomson, proposed an atomic model called raisin plum pudding model. Thomson described atom as a positively charged sphere containing several negatively charged particles called electrons. The electrons are scattered in the sphere. Thomson’s Atomic Model ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Berdasarkan hasil percobaan hamburan sinar  yang dilakukan oleh mahasiswanya yang bernama Hans Geiger dan Ernest Marsden sekitar tahun 1909, Rutherford mencoba mengemukakan model atom yang dapat menumbangkan model atom Thomson. Sinar  yang berasal dari zat radioaktif polonium dikenakan terhadap lempeng emas yang tipis, ternyata berkas sinar  yang memiliki kecepatan 10.000 mil det-1 hampir semuanya dapat menembus lempeng emas, hanya sebagian kecil yang dibengkokkan dan dipantulkan kembali. Secara skematik percobaan hamburan sinar  dapat digambarkan seperti Gambar ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Percobaan Hamburan Sinar  celah detektor insssssar  sinar α Rutherford mengemukakan bahwa atom merupakan bola yang berongga dengan massa atom terpusatkan pada inti atom yang sangat kecil yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif. ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Model atom Rutherford yang mengatakan bahwa elektron bergerak mengelilingi inti tidak dapat menyanggah makin berkurangnya energi elektron bila bergerak mengelilingi inti seperti yang dikemukakan dalam teori mekanika klasik. Dengan demikian model atom Rutherford menjadi goyah, karena bila energi elektron makin berkurang, lintasan elektron menjadi mengecil dan akhirnya elektron akan jatuh ke inti. Dapat dikatakan bahwa model atom Rutherford berupa spiral. Hal ini merupakan kelemahan model atom Rutherford. Model atom Rutherford tidak stabil dan tidak dapat menjelaskan terjadinya spektra. Namun demikian, Rutherford telah mampu memperkirakan besarnya jari-jari inti atom dan jari-jari atom. Model Atom Rutherford ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Bohr’s Atomic Model Berdasarkan teori atom Rutherford dan teori kuantum Planck, Bohr mengajukan postulat tentang model atom, yaitu: Elektron-elektron dalam suatu atom mengelilingi inti pada lintasan tertentu yang disebut lintasan stasioner. Pada lintasan ini, elektron tidak menyerap atau melepaskan energi. b. Elektron akan melepaskan energi (berupa foton) jika elektron tersebut berpindah ke lintasan yang lebih rendah tingkat energinya, dan elektron akan menyerap energi jika berpindah ke lintasan dengan tingkat energi lebih tinggi (lintasan lebih luar). ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Energy levels of electron The total energy of electron in each orbit is as follows Energy levels of electron n = 1  -13,60 eV n = 2  - 3,40 eV n = 3  - 1,51 eV n = 4  - 0,85 eV n = 5  - 0,54 eV n = 6  - 0,38 eV n = 7  - 0,28 eV n = ~  - 0 eV ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Gambar Model Atom Niels-Bohr Besarnya energi yang diperlukan atau dipancarkan sebesar : h = tetapan Planck = 6,6.10-34 Js f = frekuensi foton (Hz) c = cepat rambat cahaya = 3.108 m/s λ = panjang gelombang foton (m) n3 + n2 n1 E1 E2 E3 M L K E1 < E2 < E3 Gambar Model Atom Niels-Bohr ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Bohr’s atomic models has several weakness: a. Bohr’s atomic models can only explain hydrogen atom while many electrons atoms cannot be explained using the Bohr’s atomic model. b. The Bohr’s atomic theory cannot explain to occurrences (pengaruh) in chemical bonds c. The Bohr’s atomic theory cannot explain the effect of magnetic field to an atomic spectrum. ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

QUANTUM MECHANICS THEORY The Bohr’s atomic theory was developed and corected by other scientists and finally there obtained (diperoleh) a modern atomic theory known as quantum mechancs theory. The followings are explanations about the quantum mechanics theory initiated (diawali) by de Broglie wave and Heisenberg uncertainty principle. Teori Kuantum Modern memiliki tiga dasar: Sifat gelombang materi yang dikembangkan oleh De Broglie (1924) Persamaan gelombang yang dikembangkan oleh Schrodinger (1927) Prinsip ketidakpastian yang dikembangkan oleh Heisenberg (1927). ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

1. Tahun 1923 seorang fisikawan Perancis, Louis De Broglie mengusulkan bahwa elektron mempunyai sifat gelombang dan sebagai partikel. De Broglie menghitung bahwa setiap partikel mempunyai panjang gelombang yang sama dengan konstanta plank (h) yang dibagi dengan momentum partikel (p). ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Perbedaan Materi dan Gelombang Gelombang jika melalui batas fasa (udara – air) akan mengalami refraksi sedangkan materi tidak Gelombang ketika melalui slit (lubang kecil) akan mengalami difraksi atau melengkung disekitar slit sedangkan materi tidak mengalami difraksi Difraksi gelombang pada dua slit menghasilan interferensi menguatkan dan saling meniadakan ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Dualitas Gelombang-Partikel: Materi dan Energi Kesimpulan dari 3 fenomena yang telah dibahas adalah materi dan energi adalah dua entitas yang saling berganti satu sama lain Energi memiliki sifat partikel dan materi memiliki sifat gelombang ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Panjang Gelombang de Broglie Jika energi memiliki sifat partikel maka materi juga memiliki sifat gelombang Jika elektron memiliki gerak mirip gelombang dan orbitnya dibatasi pada jari-jari tertentu maka ini merujuk pada frekuensi dan energi tertentu pula ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

∆p ≥ ∆p = momentum uncertainty 2. Heisenberg Uncertainty Principle Adanya sifat partikel dari cahaya (gelombang elektromagnetik) dan sifat gelombang dari partikel menyebabkan adanya ketidakpastian dalam pengukuran besaran-besaran, seperti momentum dan posisi partikel. Berdasarkan prinsip tumbukan dalam tinjauan mekanika klasik, maka pada tumbukan antara foton dan electron akan diperoleh ketidakpastian pengukuran momentum yang mempunyai harga sekurang-kurangnya sama dengan momentum foton, yaitu ∆p ≥ ∆p = momentum uncertainty ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

∆x = position uncertainty (ketidakpastian posisi) Berdasarkan hal tersebut warner Heisenberg (fisikawan Perancis) merumuskan sebuah prinsip yang dikenal dengan ketidakpastian Heisenberg atau prinsip ketidaktentuan. In this case, the Heisenberg uncertainty principle prescrible that ”It is impossible to measure or to specify the momentum and the position of a particle simultaneously with unlimited precision:. Or in other words “The measurement of momentum and position of a particle simultaneously always results in an uncertainty which is never less than planck’s constant”. ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

3. Schrodinger’s Wave Function Berdasarkan gagasan de Broglie dan prinsip ketidakpastian Heisenberg Erwin Schrodinger mengajukan pendapat bahwa apabila elektrom mempunyai sifat gelombang. Maka tentu elektron mempunyai fungsi gelombang yang menyatakan keadaan elektron tersebut. Karena elektron mempunyai fungsi gelombang, maka menurut Schrodinger electron pada atom tidak mengorbit inti, tetapi lebih bersifat sebagai gelombang yang bergerak pada jarak tertentu dan dengan energi tertentu di sekeliling inti. Model atom Schrodinger terbukti lebih tepat dan berdasarkan model ini, para ahli fisika tidak lagi mencoba untuk menemukan lintasan electron dan posisinya dalam sebuah atom, akan tetapi mereka menggunakan persamaan yang menggambarkan gelombang electron tersebut untuk menemukan daerah dimana electron paling mungkin ditemukan. ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

MODEL ATOM MEKANIKA KUANTUM Menurut Bohr, elektron beredar mengitari inti menurut suatu orbit berbentuk lingkaran dengan dengan jari-jari tertentu. Hal ini tidak sesuai dengan fakta bahwa gerakan elektron menyerupai gelombang elektromagnet. Gelombang tidak bergerak menurut suatu garis melainkan menyebar pada suatu daerah tertentu. ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Persamaan gelombang Schrodinger untuk atom Hidrogen: Tahun 1927 Erwin Schrodinger ahli matematika dari Rusia mengajukan teori atom yg disebut teori atom mekanika kuantum. Menurut teori ini, kedudukan elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti; yang dapat ditentukan adalah probabilitas menemukan elektron sebagai fungsi jarak dari inti atom. Daerah dengan probabilitas terbesar menemukan elektron disebut orbital. Orbital digambarkan berupa awan yang tebal tipisnya menyatakan besar kecilnya kebolehjadian menemukan elektron didaerah tersebut. Bentuk awan dan tingkat energi orbital diperoleh dari persamaan gelombang dari elektron. Persamaan gelombang Schrodinger untuk atom Hidrogen: V = Energi potensial partikel (elektron) E = Energi total partikel m = massa partikel ψ = fungsi gelombang ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Bentuk Orbital s ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Model Mekanika Kuantum Atom ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Orbital p ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Orbital d ATOMIC THEORY 2008 BY FARID

Salah satu dari 7 orbital f ATOMIC THEORY 2008 BY FARID