Teori atom klasik

Model atom dalton 1. unsur tersusun atas partikel-partikel yang ukurannya sangat kecil yang disebut dengan atom 2. atom dari suatu unsur memiliki massa atom tertentu. Atom-atom dari unsur-unsur yang berbeda memiliki massa atom yang berbeda memiliki massa atom yang berbeda pula. 3. Atom-atom dari unsur-unsur yang berbeda memiliki sifat yang berbeda 4. suatu senyawa merupakan gabungan dari dua atau lebih atom-atom yang berbeda 5. di dalam suatu senyawa jumlah dan jenis atom selalu memiliki perbandingan yang tetap tidak tergantung pada cara yang digunakan untuk membuat senyawa tersebut 6. atom tidak dapat di musnahkan atau diciptakan. Reaksi kimia hanya melibatkan pengaturan ulang susunan atom-atom, jumlah dan jenis atom adalah tetap

Model atom thomson percobaan sinar katoda (1898-1903) Sinar katoda merupakan partikel bermuatan negatif, disebut elektron Percobaan menggunakan katoda dari logam-logam yang lain memberikan hasil percobaan yang sama Elektron merupakan partikel fundamental dari setiap atom Atom adalah netral, Thomson mengusulkan bahwa atom harus memiliki sesuatu yang bermuatan positif Postulat Thomson : “atom terdiri dari sebuah bola awan baur (diffuse sphere of cloud) yang bermuatan positif dengan elektron-elektron yang bermuatan negatif yang tertanam acak didalamnya. Model atom Thomson disebut model roti kismis

berdasarkan data besarnya pembelokan sinar katoda, yang disebabkan medan magnet dan medan listrik dengan kekuatan diketahui, Thomson dapat menghitung rasio Antara muatan listrik elektron (e) dengan massanya (n), e/m e/m = - 1,758820 x 108 C/g Thomson tidak bisa menentukan massa maupun muatan elektron Pada tahun 1909 Robert Millikan (1969-1953) melakukan percobaan dikenal tetes minyak Millikan Gaya Listrik = q. E Gaya gravitasi = m.g Harga E, m dan g diketahui sehingga muatan tetes minyak, q dapat dihitung Q atau e = -1,602176 x 10-19 C, sehingga harga m dapat ditentukan m = 9,109382 x 10-28 gram.

Model atom rutherford Ernest Rutherford (1871-1937) percobaan hamburan sinar  (He2+ ) Rutherford menemukan bahwa : Hampir semua partikel  menembus lempeng emas tanpa dibelokkan Sejumlah kecil partikel  dibelokkan dengan sudut kecil Hanya sebagian kecil partikel  (sekitas satu dari 2000) dibelokkan dengan sudut besar Sebagian kecil lagi dibandingkan (no.3) partikel  dipantulkan balik ke sumber partikel 

Berdasarkan hasil percobaan tersebut Rutherford menyimpulkan bahwa : atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron- elektron yang bermuatan negatif Volume inti atom adalah sangat kecil dibandingkan volume atom Hampir semua massa atom terpusat pada inti atom. Hal ini ditunjukkan dengan sedikitnya partikel  yang dipantulkan balik ke sumbernya Sebagian besar dari atom merupakan ruangan yang kosong karena semua partikel  menembus lempeng emas tanpa dibelokkan kesimpulan Rutherford tentang atom : “ atom terdiri dari inti atom dengan ukuran sangat kecil (diameter sekitar 10-13 ) yang memiliki muatan positif dan elektron-elektron dengan muatan negatif yang mengelilingi inti atom pada jarak rata-rata sekitar 10-8 cm” Rutheford menyukai model atom dimana elektron mengitari inti atom analog dengan planet-planet beredar mengelilingi matahari

Rutherford dapat menghitung besarnya muatan positif inti dari atom pada lempeng logam yang digunakan. Karena atom bersifat netral maka jumlah elektronnya harus sama dengan harga muatan positif inti. Harga muatan positif inti adalah selalu berbeda untuk setiap untuk setiap unsur logam dan disebut dengan nomor atom. Rutherford mengajukan postulat bahwa dalam inti atom helium terdapat partikel fundamental yang lain selain proton. Keberadaan dari partikel tersebut dibuktikan oleh James Chadwick

Terdapat tiga partikel sub atom : Elektron : (m) = 9,10939 x 10-28 g; muatan = -1,6022 x 10-19 C Proton : (m) = 1,67262 x 10-24 g; muatan = + 1,6022 x 10-19 C Neutron : (m) = 1,67493 x 10-24 g; muatan = 0

Teori atom modern

Beberapa peristiwa penting dalam sejarah fisika modern yang berhubungan dengan kimia kuantum 1900 : Max Planck mengenalkan teori kuantum untuk menjelaskan radiasi benda hitam 1905 : Albert Einstein mengenalkan gagasan foton untuk menjelaskan efek fotoelektrik 1911 : Ernest Rutherford mengemukakan inti atom berdasarkan pada hasil percobaan Hans Geiger dan Ernest Marsden 1913 : Neils Bohr mengenalkan teori struktur atom 1914 : James Franck dan Gustav Hertz memperlihatkan bukti keberadaan berbagai energi terkuantisasi atom 1916 : Robert A. Millikan melakukan pengukuran seksama terhadap efek fotoelektrik dan mengukuhkan teori foton Einstein 1923 : Louis de Broglie mempostulatkan perilaku gelombang dari partikel

1925 : Wolfgang Pauli mengemukakan asas larangannya 1925 : Samuel Goudsmit dan George Uhlenbeck mengenalkan gagasan momentum sudut intrinsik (spin) 1926 : Erwin Schrodinger mengenalkan mekanika kuantum 1926 : Max Born memberi tafsiran statistik, dan probabilistik bagi fungsi gelombang Schrodinger 1927 : Werner Heisenberg mengembangkan asas ketidakpastian 1927 : Clinton Davisson dan Lester Germer memperagakan perilaku gelombang dari elektron; G.P Thomson juga melakukan hal yang sama secara terpisah 1932 : James Chadwick menemukan neutron

Elektromagnetic radiation Units called Quanta Characterized by Wavelength,  amplitude Energy, E Frequency,  Related by Related by Planck’s constant, h E = h  Speed of light, c (c =  ) are absorbed emitted Involving energy changes in Atoms and molecules electrons in Described by

Wave functions (orbitals) Electron configuration Electron filling gives comprising Determined by Core electrons Valence electrons Aufbau principle rules Basis for Which involve Pauli exclusion principle Periodic table Which summarizes Hund’s rule Orbital energy Periodic properties Such as Atomic radius Effective nuclear charge, Z eff

Wave functions (orbitals) Having set of Quantum numbers Which are defines Orbital size and shell Principal, n defines Orbital energy Angular momentum,l Orbital shape and subshell defines Magnetic, ml Orbital orientation defines Spin, ms Electron spin

Radiasi Elektromagnetik Radiasi : pemancaran dan perambatan energi melalui ruang dalam bentuk gelombang 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.

All electromagnetic radiation  = panjang gelombang frekuensi C = kecepatan cahaya

Teori Kuantum Planck Ketika menganalisis data radiasi yang dipancarkan oleh padatan yang dipanaskan oleh berbagai suhu, Planck menemukan bahwa atom dan molekul memancarkan energi pada kuantitas diskret tertentu atau kuanta.

Energies in atoms are quantized, not continuous. Quantized means only certain energies allowed. the smallest quantity of energy that can be emitted (or absorbed) in the form of electromagnetic radiation. Energy (1 quantum) = h or energy = n h  n = number of quanta of energy (must be a whole number) h = Planck’s constant = 6.626 x 1034 J sec  = frequency

Discrete vs continuous ???? Menurut teori Planck, energi selalu dipancarkan dengan kelipatan hv, misalnya hv, 2hv, 3hv,………tetapi tidak pernah misalnya 1,67 hv atau 4,98 hv. Saat Planck mengemukakan teorinya, ia tidak dapat menjelaskan mengapa energi harus ditetapkan atau terkuantisasi dengan cara ini. Namun dengan hipotesa ini, ia dapat dengan mudah menghubungkan data pancaran padatan yang diperoleh dalam percobaan diseluruh rentang panjang gelombang. Contoh konsep kuantisasi sebagai analogi : muatan listrik, telur yang dihasilkan ayam, kucing melahirkan

Model atom bohr Spektrum Absorpsi dan Spektrum Emisi Atom Hidrogen Spektrum merupakan tampilan dari serangkaian frekuensi atau panjang gelombang yang mewakili energy dari radiasi electromagnet pada rentang tertentu Spektrum absorpsi diperoleh apabila radiasi elektromagnetik diserap oleh suatu cuplikan Spektrum emisi diperoleh apabila radiasi elektromagnetik dipancarkan oleh suatu cuplikan Untuk gas hydrogen kedua-duanya merupakan spectrum garis

Line Emission Spectrum of Hydrogen Atoms Bohr model of the atom Line Emission Spectrum of Hydrogen Atoms

Berdasarkan spectrum absorpsi dan spectrum emisi atom hydrogen disimpulkan : 1. jumlah tingkat energi elektron pada atom hydrogen adalah tak berhingga 2. tingkat energy elektron pada atom hydrogen ada yang memiliki harga yang paling rendah dan ada yang memiliki harga paling tinggi. Tingkat energy dengan harga yang paling rendah disebut tingkat energy keadaan dasar (ground state energy level) 3. tingkat energy pada atom hydrogen memiliki harga tertentu. Dari sini muncul konsep tingkat energy terkuantisasi. Dengan demikian elektron yang terdapat pada atom hydrogen hanya mungkin berada pada tingkat energy tertentu, bukan pada setiap harga tingkat energy. Konsekuensinya, elektron pada atom hydrogen harus mengelilingi inti atom pada jarak yang tetap, sehingga orbit elektron harus berbentuk lingkaran.

Model Atom Hidrogen Bohr Berdasarkan spectrum absorpsi dan emisi atom hydrogen, model atom disarankan seuai dengan model Rutherford tetapi dapat menjelaskan kestabilan dari atom tersebut. Model atom hydrogen dari Bohr didasarkan atas beberapa postulat berikut : Elektron pada atom H beredar mengelilingi inti atom dalam orbit yang berbentuk lingkaran Energi elektron pada waktu mengorbit inti atom adalah berbanding lurus dengan jarak elektron dari inti atom. Semakin besar jarak tersebut maka energy elektron semakin tinggi pula. Hanya orbit-orbit dengan energy tertentu (terkuantisasi) yang terdapat dalam atom. Setiap orbit adalah berkesusaian dengan tingkat energy elektron yang dinyatakan dengan bilangan kuantum n. n merupakan bilangan bulat (n= 1, 2, 3…., ). Orbit dengan tingkat energy terendah disebut ground state energy level.

orbit yang dibolehkan adalah orbit yang memiliki momentum sudut elektron yang harganya merupakan kelipatan bilangan bulat dari Planck dibagi dengan 2. Dengan kata lain, orbit yang diperbolehkan adalah orbit dengan tingkat energy yang tetap atau orbit stasioner. Postulat ini merupakan dasar untuk tidak dibolehkannya elektron mengorbit inti atom dengan orbit berbentuk spiral yang menyebabkan atom jatuh kedalam inti atom cahaya diserap waktu elektron pindah dari suatu orbit ke orbit dengan tingkat energy lebih tinggi atau sebaliknya Besarnya energy cahaya yang diserap atau dipancarkan pada waktu elektron berpindah dari suatu orbit ke orbit yang lain adalah sama dengan perbedaan tingkat energy dari dua orbit tersebut.

Perbandingan Spektrum Absorpsi dan Emisi Atom H pada spectra terdapat banyak garis yang menunjukkan bahwa spectrum absorpsi dan emisi merupakan spectrum garis bagaimana mungkin atom H yang hanya memiliki 1 elektron dapat melakukan banyak transisi elektron? spectrum emisi : H2(g) → 2H(g) aliran muatan listrik menyebabkan terjadinya eksitasi atau transisi elektron atom H dari keadaan dasar ke tingkat yang lebih tinggi

elektron-elektron dari banyak atom H yang berada pada beberapa tingkat energy yang lebih tinggi dari tingkat energy keadaan dasar tersebut dapat mengalami transisi menuju ke semua tingkat energy yang lebih rendah

Ketika elektron yang mengalami transisi dari tingkat energy yang lebih tinggi ke tingkat energy yang lebih rendah akan dihasilkan satu garis emisi pada spectrum emisi Adanya banyak transisi yang terjadi menyebabkan spectrum emisi atom H terdiri dari banyak garis. Jumlah garis pada spectrum absorpsi lebih sedikit dibandingkan spectrum emisi. Penyebabnya adalah pada absorpsi, elektron hanya pindah dari tingkat energy keadaan dasar (n=1) ke tingkat energy yang lebih tinggi n = 2, 3, 4…., 

Spektrum Emisi Atom Hidrogen Bohr memberikan penjelasan teoritis mengenai spektrum emisi atom hidrogen Cara penyelesaian Bohr sangat rumit dan tidak lagi dianggap benar dalam semua aspek detailnya. Fisikawan tealah mengetahui bahwa atom terdiri dari proton dan elektron. (teori atom Rutherford) Model atom Bohr menyertakan gagasan tentang gerakan elektron dalam orbit melingkar, namun ia memasukkan syarat yang ketat. Tiap elektron dalam atom H hanya dapat menempati orbit tertentu. Karena tiap orbit memiliki energi tertentu, energi yang berkaitan dengan gerakan elektron pada orbit yang diizinkan harus mempunyai nilai yang konstan atau terkuantisasi Pancaran radiasi dari atom hidrogen berenergi, dapat dihubungkan dengan jatuhnya elektron dari orbit berenergi tinggi ke orbit yang berenergi lebih rendah, dan memberikan 1 kuantum energi (foton) dalam bentuk cahaya. Dengan menggunakan argumen yang didasarkan inmteraksi elektrostatik dan hukum Newton tentang gerak, Bohr menunjukkan bahwa elektron dalam atom hidrogen dapat memiliki energi yang diperoleh dari rumus :

n (principal quantum number) = 1,2,3,… e- can have only specific (quantized) energy values light is emitted as e- moves from one energy level to a lower energy level/ Electrons can move from one energy level to another by absorbing or releasing energy En = -RH ( ) 1 n2 n (principal quantum number) = 1,2,3,… RH (Rydberg constant) = 2.18 x 10-18J

Berbagai deret spektrum emisi atom hidrogen nf ni Daerah spektrum lyman 1 2, 3, 4….. UV Balmer 2 3, 4, 5,…. UV-Vis Paschen 3 4, 5, 6,…. IR Brackett 4 5, 6, 7,,….

( ) ( ) ( ) ( ) 1 En = -RH n2 Ephoton = E = Ef - Ei 1 Ef = -RH n2 1 Bohr showed the energy a H atom can have is equal to: En = -RH ( ) 1 n2 Ephoton = E = Ef - Ei Ef = -RH ( ) 1 n2 f Ei = -RH ( ) 1 n2 i i f E = RH ( ) 1 n2 RH is the Rydberg constant n is the principal quantum number (ni = keadaan awal; nf= keadaan akhir)

Calculate the wavelength (in nm) of a photon emitted by a hydrogen atom when its electron drops from the ni = 5 state to the nf = 3 state. Berapa panjang gelombang (dalam nm) foton yang diserap saat transisi dari tingkat ni = 4 ke nf = 6 dalam atom hidrogen?