Struktur atom

1. 1
Struktur Atom
Dari Model Klasik sampai Model
Mekanika Kuantum
elektron
inti
Lintasan
orbital
elektron
Model Klasik
Teori atom Democritus (~400 BC)
„ Filosofi Yunani
„ Konsep: Semua materi tersusun atas partikel sangat kecil dan tidak terbagi
yang disebut ATOM
Teori atom Dalton (1808)
1. Materi tersusun atas partikel-partikel sangat kecil yang tidak dapat terbagi
lagi yang disebut ATOM
2. Atom penyusun suatu unsur berbeda dengan atom penyusun unsur yang
lain. Atom dari 1 unsur mempunyai kesamaan massa dan sifat.
3. Atom unsur yang berbeda dapat bergabung satu dengan yang lain dengan
perbandingan sederhana membentuk suatu SENYAWA.
4. Reaksi kimia berlangsung jika atom-atom dipisahkan, digabungkan atau
ditata ulang. Atom satu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain
melalui reaksi kimia.
Teori atom Thomson (1897)
Teori atom Rutherford (1910)

2. 2
TEORI ATOM DALTON
F
F
F
F
F
F
HH
HH
+
FF
F H
F H
F H
F H
+
F Massa relatif=19 H Massa relatif=1
3 F2 + 2 H2 Æ F2 + 4 HF
J.J. Thomson (1897), fisikawan
Inggris
Eksperimen menentukan rasio muatan terhadap massa
elektron (q/me)
q/me= -1,76 x 108 C/g
Sinar katoda dikenai medan listrik dan medan magnet
Model atom “Plum pudding” (Kismis)
RA Millikan (1923) Æ muatan e- -1,6022 x 10-19 C Æ me =
9,10 x 10-28 g
e- bermuatan
negatif
bola bermuatan
positif
e- bermuatan
negatif
inti bermuatan
positif

3. 3
Eksperimen Rutherford: Lempeng emas (1910)
Partikel α (alfa) – ion He bermuatan
positif dari sumber radioaktif
ditembakkan melalui lempeng/lembaran
emas (Au foil) yang sangat tipis
Layar fluoresen ditempatkan di
belakang Au foil untuk mendeteksi
hamburan (scattering) partikel α

4. 4
Observasi eksperimen Rutherford
Sebagian besar partikel α melewati foil
Banyak partikel α terdefleksi dengan
sudut bervariasi
Beberapa partikel α terdefleksi balik
dari foil Au
Kesimpulan eksperimen Rutherford
Sebagian besar massa atom
terpusatkan dalam suatu INTI yang
disebut INTI ATOM
Inti atom bermuatan POSITIF
Sebagian besar volum atom adalah
ruang kosong

5. 5
Kelemahan model atom Rutherford
Tidak menjelaskan posisi elektron
(partikel atom yang bermuatan negatif)
FAKTA:
Partikel bermuatan berlawanan akan
saling tarik menarik
Apa yang mencegah elektron tidak
tertarik ke inti yang bermuatan positif?
Model atom Bohr (1913)
Niels Bohr (1885-1962) ilmuwan Danish
yang bekerja dengan Rutherford
Mengusulkan: elektron harus
mempunyai cukup energi untuk
membuatnya berada dalam gerak
konstan mengelilingi inti
Bohr membuat analogi terhadap
gerakan planet mengelilingi matahari

6. 6
Model atom Planet
Planet mengelilingi matahari dengan
gaya gravitasi (gaya sentripetal dan
sentrifugal)
Elektron mempunyai cukup energi yang
memungkinkannya untuk mengatasi
gaya tarik inti
Untuk difikirkan:
Kita mengirim satelit menuju orbit bumi dengan menggunakan energi
roket Æ memungkinkan satelit untu mengorbit mengelilingi bumi dengan
energi yang cukup
ÆBesarnya energi menentukan tinggi rendahnya posisi satelit terhadap
bumi
Energi apa yang digunakan oleh elektron?
Struktur elektronik Atom
Dualisme partikel-gelombang
Efek fotoelektrik
Konstanta Planck
Model Bohr
Persamaan de Broglie

7. 7
Energi cahaya
Radiasi ≡ emisi/pancaran energi dalam berbagai bentuk
„ radiasi elektromagnetik = radiasi yang mempunyai sifat
seperti gelombang listrik dan medan magnet meliputi cahaya
(light), gelombang mikro, sinyal radio dan sinar-X
„ Gelombang eloktromagnetik mempunyai kecepatan di ruang
hampa = kecepatan cahaya Æ c=3.00x108m/detik atau
sekitar 300 juta m/detik!!!
Energi cahaya berjalan dalam bentuk gelombang yang
mempunyai impuls magnetik dan elektrik
Gelombang bersifat memindahkan energi dari satu tempat ke
tempat yang lain
Æ Kerusakan karena gelombang setelah terjadi angin putting
beliung
Æ bola tenis di bak mandi, saat air ditepuk di satu sisi Æ bola
bergerak (melompat) di sisi lain
Gelombang elektromagnetik mempunyai sifat sebagai
GELOMBANG
SIFAT GELOMBANG Panjang
gelombang, λ
(lambda) ≡
jarak antara
titik puncak
2m Frekuensi, ν (nu) ≡ jumlah satu panjang gelombang yang
10 yang berurutan
m
melalui titik tertentu per satuan waktu, 1 siklus gelombang
per detik Satuan frekuensi: 1/s (s-1); hertz, Hz
Semua gelombang t=0 t=5 t=0 t=5
elektromagnetik
bergerak dengan
kecepatan cahaya Æ
panjang gelombang
dinyatakan dengan
frekuensi Frekuensi rendah = λ panjang
Frekuensi tinggi = λ pendek

8. 8
SIFAT GELOMBANG
Amplitudo ≡ tinggi
maksimum suatu
gelombang
Node/simpul ≡ titik saat
amplitudo nol
Spektrum Elektromagnetik
Radio & TV, microwaves, UV, infrared, cahaya
tampak (visible light)
Spektrum Elektromagnetik: seluruh rentang daerah
radiasi elektromagnetik
1024 1020 1018 1016 1014 1012 1010 108 106
Gamma Xrays UV Microwaves FM AM
IR
Cahaya tampak
Frequency
Hz
10-16 10-9 10-8 10-6 10-3 100 102 Wavelength m

9. 9
Stasiun radio?
Diidentifikasi dengan frekuensi dalam MHz.
QUIS 1: tentukan panjang gelombang stasiun
radio favorit anda!
Kecepatan gelombang
Kecepatan gelombang (m/s) = panjang
gelombang (m) x frekuensi (1/s)
c = λν
c= kecepatan cahaya = 3,00x108 m/s
Apa hubungan antara spektrum
elektromagnetik dengan elektron?
Terkait dengan energi Æ energi gerak elektron dan
energi cahaya
Keadaan elektron (State of the electrons)
Saat arus dilewatkan melalui gas pada
tekanan rendah, Ep (energi karena posisi)
atom-atom gas MENINGKAT
Keadaan dasar (Ground State):
posisi/keadaan terendah suatu atom
Keadaan tereksitasi (Excited State): posisi
atom saat mempunyai Ep lebih tinggi
daripada keadaannya saat pada tingkat
energi dasar

10. 10
Neon Signs
Saat atom tereksitasi kembali ke
keadaan dasar Æ memancarkan
energi yg diperoleh dalam bentuk
radiasi EM
Contoh: Kilau lampu neon
White Light
Helium
Neon
Argon
Cahaya putih tersusun atas semua warna dalam
spektrum (mejiku hibini u) = ROY G BIV
Saat dilewatkan prisma, cahaya putih terpisah
menjadi spektrum warna penyusunnya
Fenomena: PELANGI
QUIS2: Mengapa warna lampu neon He, Ar dan Ne berbeda-beda?

11. 11
Spektrum Garis Emisi
Saat arus dilewatkan via tabung vakum
yang mengandung gas H2 pada tekanan
rendah Æ teramati emisi “pinkish glow”
Bagaimana jika kilau pink tersebut
dilewatkan prisma?

12. 12
Spektrum emisi gas hidrogen
Cahaya pink tersusun atas hanya
beberapa frekuensi bukan seluruh
rentang cahaya putih
Peneliti mengharapkan untuk melihat
satu deret frekuensi kontinyu radiasi EM
Æ karena atom hidrogen dieksitasikan
oleh sembarang energi yang dikenakan
padanya.
Teori baru tentang ATOM
Bohr’s Model of Hydrogen Atom
Hydrogen did not produce a continuous spectrum
New model was needed:
„ Electrons can circle the nucleus only in allowed paths or
orbits
„ When an e- is in one of these orbits, the atom has a fixed,
definite energy
„ e- and hydrogen atom are in its lowest energy state when it
is in the orbit closest to the nucleus
Orbits are separated by empty space, where e-cannot
exist
Energy of e- increases as it moves to orbits farther
and farther from the nucleus
(Similar to a person climbing a ladder)

13. 13
Model atom Bohr Model dan Spektrum
Hidrogen
Pada lintasan (orbit), e- dapat kehilangan atau
memperoleh energi
e- memperoleh energi setara dengan beda antara
orbital tertinggi dan terendah yang ditempati Æ
bergerak menuju orbital tingkat energi lebih tinggi Æ
ABSORPSI
e- turun dari keadaan energi lebih tinggi ke yang
lebih rendah Æ memancarkan energi Æ EMISI
Bohr menghitung energi elektron pada tingkat energi
yang dibolehkan untuk atom hidrogen berdasarkan
panjang gelombang spektrum garis emisi hidrogen

14. 14

15. 15
Efek Fotoelektrik (1900an)
cahaya mengenai permukaan suatu logam,
elektron dipancarkan keluar logam
Logam sebagai katoda
Elektron bergerak dari katoda menuju anoda Æ aliran arus
dalam sel
• Cahaya dengan frekuensi tertentu mampu memancarkan
elektron (frekuensi minimum)
• Pada frekuensi lebih tinggi, makin banyak elektron yang
dipancarkan
• Quis3: Bagaimana pada frekuensi lebih rendah (< frekuensi
minimum) ? MENGAPA ?
Max Planck mengkaji emisi cahaya oleh
benda panas
Pendapat Planck:
benda memancarkan energi dengan
jumlah tertentu yang relatif kecil yang
disebut KUANTA
(Apa bedanya dengan konsep teori gelombang?)
Kuantum: jumlah minimum satuan energi yang dapat
dilepaskan atau diperoleh oleh suatu atom

16. 16
Persamaan Planck
E radiation = Planck’s constant x frekuensi
radiasi
E = hν
h = Planck’s constant = 6,626 x 10-34 J•s
Saat suatu benda memancarkan radiasi
Æ ada kuantitas minimum energi yang
dapat dipancarkan pada sembarang
waktu yang ditetapkan
Pengembangan Einstein terhadap
teori Planck
Radiasi EM mempunyai dua sifat
alamiah: gelombang and partikel
Radiasi EM berkelakuan seperti
gelombang dan partikel
Cahaya sebagai partikel yang masing-masing
membawa 1 kuantum energi
yang disebut FOTON

17. 17
FOTON
Partikel radiasi EM yang mempunyai
massa kosong dan membawa satu
kuantum energi
Ephoton = hν
Kesimpulan Einstein:
„ Radiasi EM diserap materi hanya dalam
bentuk foton
„ e- dapat dipancarkan dari suatu materi jika
dikenai foton tunggal dengan frekuensi
minimum
Contoh persamaan Planck
CD player menggunakan laser yang
memancarkan sinar merah dengan λ
685 nm. Hitung energi 1 foton.
„ Logam yang berbeda membutuhkan energi
minimum yang berbeda untuk memperoleh
efek fotoelektrik

18. 18
Answer
Efoton = hν
h = Planck’s constant = 6,626 x 10-34 J•s
c = λν
c= speed of light = 3,00x108 m/s
ν= (3,00x108 m/s)/(6,85x10-7m)
ν=4,37x10141/s
Efoton= (6,626 x 10-34 J•s)(4,37x10141/s)
Efoton= 2,90 x 10-19J
Sifat gelombang elektron (1925)
1925, Louis de Broglie berpendapat bahwa
elektron mempunyai kemungkinan bersifat
sebagai gelombang
Menghubungkan sifat partikel (m and v)
dengan sifat gelombang (λ)
Massa suatu e- bebas yang bergerak dengan
kecepatan (v) mempunyai panjang
gelombang: λ = h/mv