Melakukan kajian ilmiah sehubungan dengan perkembangan teori atom Standar Kompetensi : 9 Menganalisis keterkaitan antara berbagai besaran fisis pada gejala kuantum dan menerapkan batas-batas berlakunya relativitas Einstein dalam paradigma fisika modern. Kompetensi dasar 9.2 Melakukan kajian ilmiah sehubungan dengan perkembangan teori atom Indikator Memformulasikan evolusi model atom : model Thomson, model Rutherford, dan Model Bohr Memformulasikan kuantisasi momentum dan energi pada model Bohr Menjelaskan terjadinya spektrum diskrit pada model Bohr Memformulasikan Efek Zeeman Memformulasikan atom berelektron banyak kaitannya dengan azas larangan Pauli dan perulangan sifat-sifat kimia dari unsur

evolusi model atom Niels Bohr Ernest Rutherford (1871-1937) John Dalton (1766-1844) JJ. Thomson ( 1856 - 1940 ) Demokritus (460 – 370 SM) dibuat oleh Drs.U.Rachmat SMAN 1 Jkt: Niels Bohr Ernest Rutherford (1871-1937)

Memformulasikan model atom Demokritus (460 – 370 SM) Hasil pemikiran Tiap zat dapat dibagi atas bagian-bagian yang lebih kecil sampai menjadi bagian yang lebih kecil dan tidak dapat di bagi lagi. Bagian zat yang terkecil inilah yang disebut Atom. Atom berasal dari kata Yunani Atomos yang artinya sebagai sesuatu yang tidak dapat dibagi lagi. Semua materi tersusun dari partikel-partikel yang sangan kecil yang tidak dapat dibagi lagi disebut atom Setiap unsur tersusun dari atom-atom yang sama dan tidak dapat berubah menjadi atom unsur lain Dua atau lebih atom berlainan dapat membentuk molekul Pada reaksi kimia atom-atom berpisah, kemudian bergabung lagi dengan susunan yang berbeda dengan semula, tapi massa keseluruhan tetap. John Dalton (1766-1844) Hasil percobaan JJ. Thomson ( 1856 - 1940 ) Pada tahun 1897 Sir Joseph John Thomson mengemukakan suatu model atom yaitu “Atom merupakan bola pejal yang mempunyai muatan positif yang tersebar merata pada seluruh bagian bola. Muatan ini dinetralkan oleh muatan negatif(elektron-elektron) yang tersebar diantara muatan-muatan positif. Pada th 1911 model ini dinyatakan salah oleh Ernest Rutherford Hasil eksperimen

Eksperimen lempeng tipis dari emas ditembaki dengan partikel alpha Model atom Thomson salah Model atom Rutherford Atom terdiri atas inti yang bermuatan listrik positif yang mengandung hampir seluruh massa atom. Elektron bermuatan negatif beredar mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu seperti planet-planet yang beredar mengelilingi matahari pada susunan tata surya. Atom secara keseluruhan bermuatan netral, jumlah muatan positif inti atom sama dengan jumlah muatan elektron-elektronnya. Inti atom dan elektron tarik-menarik sehingga timbul gaya sentripetal pada elektron yang menyebabkan elektron tetap pada orbitnya(lintasannya) Pada reaksi kimia inti atom tidak mengalami perubahan hanya elektron-elektron pada lintasan luarnya yang saling mempengaruhi. Hasil Eksperimen lempeng tipis dari emas ditembaki dengan partikel alpha Ernest Rutherford (1871-1937)

Contoh soal Contoh soal F’ r Q e m v Model atom Rutherford untuk atom hdrogen perbandingan antara garis lintasan elektron dengan garis tengah inti atom 10.000 : 1 Perbandingan antara massa inti atom dengan massa elektron 1.837 : 1 Elektron bergerak mengelilingi inti dengan lintasan tetap karena pada elektron bekerja dua gaya yang berlawanan sama besar yaitu gaya elektrostatika F antara elektron dengan inti dan gaya sentripetal F’ 10-14 m Ek elektron saat mengorbit Gaya sentripetal elektron Ek = ½ mv2 = ½ Gaya elektrostatika elektron dan inti m.v2 F’ = r EP elektron pada jarak r dari inti Q.e F = k r2 Gaya sentripetal = Gaya elektrostatika m.v2 = r e2 k r2 e2 F = k r2 Energi total elektron selama mengorbit Etotal = Ek + EP = e2 - k r k 2r m.v2 e2 = k r Contoh soal Contoh soal

KELEMAHAN MODEL ATOM RUTHERFORD Karena dalam gerak orbitnya elektron memancarkan energi, maka energi elektron berkurang sehingga jari-jari lintasannya mengecil. Lintasannya tidak lagi berupa lingkaran dengan jari-jari tetap tetapi berupa putaran berpilin yang mendekati inti dan akhirnya elektron akan jatuh ke inti. Artinya atom tidak stabil, padahal kenyataan atom adalah stabil Atom tidak stabil Atom stabil Apabila jari-jari lintasan elektron semakin kecil maka waktu putarnya semakin kecil juga. Akibatnya frekwensi dan panjang gelombang elektromag-netik yang dipancarkan menjadi bermacam macam padahal dari hasil pengamatan kenyataannya spektrum dari atom hidrogen menunjukkan spektrum garis yang khas. Spektrum menurut teori Atom Rutherford Spektrum hasil pengamatan Atom hidrogen

J. J. ( Sir Joseph John ) Thompson ( 1856 - 1940 ) Model Atom Bohr Pada tahun 1913 Niels Bohr mengoreksi kelemahan teori atom Rutherford dengan teori kuantum Planck. Model atom Bohr dinyatakan dengan dua postulat Elektron tidak dapat bergerak mengelilingi inti melalui sembarang lintasan , tetapi hanya dapat melalui lintasan tertentu saja tanpa mebebaskan energi. Lintasan itu disebut lintasan stasioner. Pada lintasan ini elektron memiliki momentum angular (sudut) h mvr = n . 2p m = massa elektron v = keecepatan linier elektron r = jaari-jari orbit elektron n = bilangan kwantum h = tetapan planck =6,626.10-34 J.s J. J. ( Sir Joseph John ) Thompson ( 1856 - 1940 ) with (r) Ernest Rutherford, c. 1915 Elektron dapat berpindah dari suatu lintasan ke lintasan yang lain dengan memancarkan atau menyerap energi foton. Energi footon yang dipancarkan atau diserap saat terjadi perpindahan lintasan sebanding dengan frekwensinya EA – EB = h.f Contoh soal

Simbul atom Dalton

elektron Muatan positif Model atom Thomson

Memancarkan energi dari n besar ke n kecil Menyerap energi ,dari n kecil ke n besar Foton n=1 n=2 n=3 n=4

Model atom Rutherford

JARI-JARI LINTASAN ELEKTRON 12 JARI-JARI LINTASAN ELEKTRON Dengan menggabungkan teori Rutherford dan teori Planck Bohr menghitung jari-jari lintasan orbit elektron h = tetapan Planck = 6,626 x 10 -34 J.s k = tetapan = 9 x 10 9 Nm2C-2 m = massa elektron = 9,1 x 10 -31 kg e = muatan elektron 1,6 x 10 -19 C p = 3,14 n2 h2 r = 4p2mke2 Dengan memasukkan nilai-nilai variabel yang ada pada rumus di perolah nilai r r = n2 (0.529 x 10 -10) meter Jari-jsri lintasan orbit elektron yang terdekat dengan inti n =1 adalah : r1 = 12 (0.529 x 10 -10) meter = 0.529 x 10 -10 meter = 0,529 A Untuk lintasan orbit elektron lebih jauh dari inti dirumuskan : rn = n2 x r1 atau rn = n2 x 0,529 A ENERGI ELEKTRON DILINTASAN STATIONER m e4 En = k2 8eo2n2h2 -13,6 En = eV n2 1 eV = 1,6 x 10 -19 J eo = 8,85 x 10 -12 C2N-1 m-2

contoh soal SPEKTRUM ATOM HIDROGEN Model atom Rutherford tidak dapat menjelaskan spektrum cahaya yang dipancarkan oleh atom hidrogen. Dengan menggunakan spektrometer dapat diamati panjang gelombang yang dipancarkan oleh atom hidrogen. Pada tahun 1886 John Jacob Balmer secara empiris membuat perumusan tentang deret-deret yang sesuai dengan panjang gelombang pada spektrum atom hidrogen. l= panjang gelombang spektrum cahaya yang dipancarkan oleh spektrum atom hidrogen R = tetapan Ryberg = 1,097x107 m-1 n = bilangan kwantum lebih besar 2 1 1 1 = R - l 22 n2 contoh soal

1 1 1 = R - l n2 n’2 Deret Lyman Deret Balmer Elektron pindah ke n =1 Spektrum yang dihasilkan cahaya ultra violet Deret Balmer Elektron pindah ke n = 2 Spektrum yang dihasilkan cahaya tampak Deret Paschen Elektron pindah ke n =3 Spektrum yang dihasilkan cahaya infra merah 1 n = 1 n = 2 n = 3 Deret Bracket Elektron pindah ke n =4 Spektrum yang dihasilkan cahaya infra merah 2 1 1 1 = R - l n2 n’2 n = 4 n = 5 n = bilangan kwantum elektron pindah n’ = bilangan kwantum elektron sebelum pindah n = 6 n = 7 Deret Pfund : Elektron pindah ke n =5 Spektrum yang dihasilkan cahaya infra merah 3

ATOM BERELEKTRON BANYAK ENERGI TOTAL ELEKTRON ATOM BERELEKTRON BANYAK En = energi total elektron Z = nomor atom n = bilangan kwantum utama Keadaan stasioner suatu elektron diperlukan empat bilangan kwantum En = - eV 13,6 Z 2 n2 Bilangan kwantum utama n Bilangan kwantum orbital l Bilangan kwantum magnetik ml Bilangan kwantum spin ms Menyatakan kulit utama lintasan elektron bilangan n mulai dari 1 sd 7 atau dari K sd Q Menyatakan besar-nya momentum sudut elektron terhadap inti bila-ngan kuantum l dari 1 sd (n-1) atau s,p,d,,f… Menentukan arah momentum sudut dan menunjukkan jumlah subkulit nilai ml mulai dari –l melalui 0 sd +l Elektron mengeli-lingi inti juga ro-tasi sehingga me-nimbulkan medan magnet ms = +1/2 searah medan magnet luar ms = -1/2 berlawanan arah dengan medan magnet luar

ASAS PAULI Struktur elektron pada atom menurut Pauli : 1. Jumlah elektron pada bilangan kwantum utama=2n2 2. Jumlah maksimum elektron yang mempunyai bilangan kwantum orbital l adalah 2(2l +1)

Spektrom emisi terdiri dari garis terang pada latar belakang gelap SPEKTRUM EMISI : Zat padat maupun zat cair pada suhu tertentu atom-atomnya meman-carkan energi radiasi dengan panjang gelom-bang berbeda-beda, tingkat energinya bergantung pada bilangan kwantumnya. Energi radiasi yang dipancarkan memiliki spektrum yang berisi panjang gelombang tertentu saja. Untuk mengamati spektrum atomik seperti itu digunakan SPEKTROSKOP. Spektroskop digunakan untuk menganalisa kom-posisi zat yang tidak diketahui sehingga dapat ditentukan jenisnya Spektrom emisi terdiri dari garis terang pada latar belakang gelap

SPEKTRUM ABSORBSI : Cahaya putih sebagai gelombang elektromagnetik memancar-kan energi dalam bentuk spektrum emisi. Jika cahaya putih melalui gas , gas akan menyerap energi cahaya tersebut dalam bentuk spektrum absorbsi. Spektrum absorbsi yang terjadi terdiri dari latar belakang yang terang ditumpangi oleh garis gelap yang bersesuaian dengan panjang gelombang yang diserap. Zat yang beradiasi memancarkan spektrum emisi, zat tersebut merupakan zat yang baik untuk mengabsorbsi spektrumnya. ENERGI IONISASI

Ditanyakan : Energi total (Etot) Hitunglah energi total dari elektron yang bergerak pada orbit pertama didalam atom hidrogen, jika jari-jari orbit pertamanya 0,53 angstrum. Penyelesaian : Diketahui : k = 9.109 N.m2/C2 e = 1,6.10-19C r = 0,53 angstrum = 0,53.10-10 m Ditanyakan : Energi total (Etot) Jawab : e2 (1,6.10-19)2 Etot = -k = 9.109 2r 2. 0,53.10-10 = -2,17.10-18 J

Dalam keadaan tereksitasi jari-jari elektron 1,2 angstrum Dalam keadaan tereksitasi jari-jari elektron 1,2 angstrum . Berapa kelajuan elektron itu ? Penyelesaian : Diketahui : e = 1,6.10-19C ; k = 9.109 N.m2/C2 r = 1,2 angstrum = 1,2.10-10 m ; m = 9,1.10-31 kg Ditanyakan : kelajuan elektron (v) Jawab : e2 (1,6.10-19)2 Etot = k = 9.109 2r 2. 1,2.10-10 1/2mv2 = 9,6.10-19 mv2 = 1,92.10-18 1,92.10-18 1,92.10-18 v2 = = = 2,1.1012 m 9,1.10-31 v = 1,5.106 m/s. Esc

Ditanyakan : Energi foton (E) Berapa elektron volt (ev) energi foton yang diperlukan untuk mengeksitasikan elekttron atom hidrogen dari bilangan kuantum 1 ke bilangan kwantum 3 ? Atau DE = E3 – E1 -13,6 E n = ev n2 E1= = -13,6 ev 12 E3= = -1,51 ev DE = -1,51 – (-13,6) = 12,1 ev Penyelesaian : Diketahui : n1 = 1 ; n2 = 3 ; R = 1,097.107 m-1 h = 6,626.10-34 j.s ; c = 3.108 m/s Ditanyakan : Energi foton (E) Jawab : 1 1 1 = R ( - ) l n12 n22 = 1,097.107 ( 1 - 1/9 ) = 1,097.107 ( 8/9) = 9,75.106 m-1 c 1 E = h = hc. = 6,626.10-34. 3.108.9,75.106 =1,94.10-18 j l l 1,94.10-18 E = = 12,125 ev 1,6.10-19

Jika konstanta Rydberg = 1,097 Jika konstanta Rydberg = 1,097.107 m-1, hitunglah panjang gelombang terpendek dan terpanjang dari deret Lyman atom hidrogen. Penyelesaian : Diketahui : n1 = 1 ; R = 1,097.107 m-1 Ditanyakan : -panjang gelombang terpendek -dan terpanjang. Jawab : untuk panjang gelombang terpendek n2 = ~ 1 1 1 = R ( - ) l n12 n22 = 1,097.107 ( 1 - 1/~ ) = 1,097.107 ( 1) = 1,097.107 l = 9,12.10-8 m untuk panjang gelombang terpanjang n2 = 2 1 1 1 = R ( - ) l n12 n22 = 1,097.107 ( 1 - 1/22 ) = 1,097.107(3/4) =8,2275.106 l = 1,215.10-7 m

Tingkat energi hidrogen untuk bilangan kuantum 4 besarnya E4 = 12,75 ev dan pada bilangan kuantum 2 energinya E2 = 10,2 ev. Berapa panjang gelombang foton yang dipancarkan jika elektron pindah dari bilangan kuantum 4 ke bilangan kuantum 2. Penyelesaian : Diketahui : E2 = 10,2 ev ; E4 = 12,75 ev h = 6,626.10-34 j.s ; c = 3.108 m/s Ditanyakan : panjang gelombang foton (l) Jawab : E4 - E2 = h.f = h(c/l) (12,75 - 10,2).1,6.10-19 = 6,626.10-34(3.108/l ) 4,08.10-19 = 1,9878.10-25/l 1,9878.10-25 l = = 4,87.10-7 m 4,08.10-19 Deret Balmer

Berapa elektron volt (ev) energi ionisasi pada atom hidrogen ? Penyelesaian : Diketahui : n1 = 1 ; n2 = ~ ; R = 1,097.107 m-1 h = 6,626.10-34 j.s ; c = 3.108 m/s Ditanyakan : Energi ionisasi (E) Jawab : ionisasi berarti elektron pindah ke lintasan orbit tak terhingga ~ ( n2 = ~ ) 1 1 1 = R ( - ) l n12 n22 = 1,097.107 ( 1 - 1/~ ) = 1,097.107 ( 1) = 1,097.107 c 1 E =h =hc. l l =6,626.10-34.3.108.1,097.107 =2,18.10-18 j 2,18.10-18 E = = 13,63 ev 1,6.10-19

TEORI FISIKA ATOM Terima Kasih  Rachmat 2005- SMA 1 Jakarta

Elektron akan berpindah lintasan ke lintasan yang lebih tinggi apabila menerima energi dari foton Elektron berpindah kelintasan lebih randah dengan memancarkan energi