TRANSPARANSI INTI
Struktur Atom
1. Teori Atom (Model Atom) 1.1 Dalton Hukum Lavoisier & Proust
⇒
konsep: atom
1.2 Thomson Hantaran listrik Tabung sinar katoda Ö Penemuan elektron
konsep: elektron
Radioaktifitas
1.3 Rutherford Percobaan berkas sinar α melalui lempeng tipis.
konsep: inti atom
Sinar α
1.4 Niels Bohr Spektrum atom H (deret Balmer, dll.) Ø Persamaan Rydberg
konsep: orbit, kulit elektron
1.5 Mekanika Kuantum Spektrum yang lebih kompleks untuk atom berelektron banyak. Penemuan sifat gelombang dari materi (deBroglie, Heisenberg, Schrodinger) KIMIA-TPB
konsep: subkulit, bil. kuantum, orbital Departemen Kimia FMIPA ITB
TRANSPARANSI INTI
2. Spektrum Atom Hidrogen 2.1 Percobaan Balmer Sinar putih dilewatkan pada atom H (berupa gas), lalu didispersikan (lewat prisma) dan ditangkap oleh “layar”. Diperoleh garis-garis hitam pada beberapa panjang gelombang.
2.2 Percobaan Lymann Percobaan serupa, tetapi yang diamati adalah daerah UV. Setelah itu diikuti percobaan Paschen, Bracket, Pfund, Humphrey.
2.3 Persamaan Rydberg Lymann:
1 1 = RH 1 − 2 n λ
Balmer:
1 1 1 = RH − 2 λ 4 n
Secara umum:
1 1 1 = R H 2 − 2 atau: λ n1 n2
3. Teori Atom Niels Bohr & Spektrum Atom H 3.1 Teori Atom Niels Bohr Niels Bohr menyatakan bahwa: • Elektron bergerak di sekeliling inti pada lintasan tertentu (disebut orbit), dengan energi tertentu dengan mengikuti hukum-hukum mekanika klasik. • Elektron dapat berpindah dengan menyerap atau memancarkan energi (dalam bentuk gelombang elektromagnetik, dengan frekuensi sesuai hukum Planck: E = hν ). h • Momentum sudut elektron merupakan kelipatan dari (sering 2π disebut sebagai postulat Niels Bohr). mvr = n
KIMIA-TPB
h 2π
dengan: n = bilangan kuantum
Departemen Kimia FMIPA ITB
TRANSPARANSI INTI
3.2 Jari-Jari Atom (Jari-Jari Lintasan Elektron) Mekanika klasik: Fc = Fsp 1 e 2 mv 2 = r 4πε 0 r 2 Postulat Niels Bohr: mvr = … Dari kedua persamaan di atas, diperoleh jari-jari lintasan elektron: n 2 h 2ε 0 rn ∼ n 2 ⇒ rn = a0n 2 a0 = 0,529 8 rn = 2 π me
3.3 Energi Elektron Dari jumlah EK + EP: En = −
me 4 1 13,6 = − R = − eV n2 n2 8n 2 h 2ε o2
En ∼ −
1 n2
3.4 Spektrum H Elektron yang berpindah dari lintasan n1 ke n2 (n2 > n1), akan menyerap energi sebesar: R R 1 1 ∆E = En2 − En1 = − 2 − − 2 = R 2 − 2 n2 n1 n1 n2 Berdasarkan Planck, gelombang elektromagnetik yang diserap, akan memiliki frekuensi yang memenuhi hubungan: ∆E = hν = h
c λ
1 R 1 1 = 2− 2 λ hc n1 n2
3.5 Atom Serupa H (He+, Li2+, O7+) n 2 h 2ε o r= π mZe 2 2 4
mZ e E=− 2 2 2 8n h ε o
n2 r∼ Z
( 9,1× 10 =− 8 ( 6,6 × 10
Z2 = −13,6 2 eV n KIMIA-TPB
−31
−34
kg )(1,6 × 10−19 )
4
Js ) ( 8,85 × 10−12 ) 2
2
Z2 n2
Z2 En ∼ − 2 n Departemen Kimia FMIPA ITB
TRANSPARANSI INTI
4. Sejarah Mekanika Kuantum/Mekanika Gelombang 4.1 Sifat Diskrit dari Gelombang Gelombang elektromagnet bersifat diskrit. Sifat diskrit ini bisa menjelaskan percobaan radiasi benda hitam. E = hν
(E foton)
h = tetapan Planck ν = frekuensi
(Dapat menjelaskan radiasi benda hitam) Fenomena sifat diskrit gelombang: efek fotolistrik Einstein:
hν = Eo + EKe
4.2 Sifat Partikel dari Gelombang Efek Compton
~~~~~~~~~~ hν = hν’ + EKe
Jika foton dianggap mempunyai massa, maka bisa diturunkan hubungan momentum foton dengan panjang gelombang foton. hν = mc2
→
h = mc λ
(Einstein + Planck)
4.3 Sifat Gelombang dari Partikel Hipotesis deBroglie:
λ=
h mv
Postulat Niels Bohr dapat dinyatakan secara berbeda: bahwa keliling lintasan elektron merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang deBroglie. Percobaan Davisson & Germer: Berkas elektron dilewatkan pada kisi kristal menghasilkan pola difraksi elektron. Panjang gelombang yang dihitung berdasarkan pola difraksi itu bersesuaian dengan panjang gelombang deBroglie. Lebih jauh lagi, sifat-sifat sistem partikel kecil (yang menunjukkan sifat kuantum atau sifat gelombang) dapat diturunkan lewat persamaan gelombang Schrodinger.
KIMIA-TPB
Departemen Kimia FMIPA ITB
TRANSPARANSI INTI
5. Teori Atom Mekanika Gelombang 5.1 Penyelesaian Pers. Schrodinger untuk Atom Persamaan diferensial Schrodinger yang diterapkan untuk atom, menghasilkan penyelesaian berupa: • berbagai tingkat energi elektron dalam atom • fungsi gelombang yang menggambarkan daerah gerak elektron. Daerah gerak elektron disebut orbital. Orbital adalah daerah kebolehjadian terbesar untuk menemukan elektron. Penyelesaian persamaan Schrodinger, memunculkan beberapa parameter, yang disebut sebagai bilangan kuantum. Atom H
Atom He dan yang lebih besar
En = ...
En ,l = ...
Ψ n ,l ,m = ...
Ψ n ,l ,m = ...
5.2 Bilangan Kuantum Bilangan kuantum utama: n = 1, 2, 3, … Konsep: Fisik:
menunjuk pada kulit elektron menggambarkan ukuran orbital
Bilangan kuantum orbital (azimut): l = 0, 1, 2, …, (n-1) Konsep: Fisik:
menunjuk pada subkulit 0 s, 1 p, 2 d, dst. menggambarkan bentuk orbital
Bilangan kuantum magnetik: m = -l, …, 0, …, +l Konsep: Fisik:
menunjuk pada orbital dalam subkulit (px, py, pz) menggambarkan orientasi orbital
Bilangan kuantum spin: s = ±½ Menunjukkan arah spin elektron
KIMIA-TPB
Departemen Kimia FMIPA ITB
TRANSPARANSI INTI
5.3 Aturan Pengisian Elektron Prinsip Aufbau: elektron mengisi orbital dimulai dari subkulit dengan energi terendah. (Aturan n+´, n, berlaku untuk selain H) Larangan Pauli: tidak mungkin ada 2 elektron yang mempunyai spin yang sama dalam orbital yang sama, ATAU Dalam suatu atom, tidak mungkin ada 2 elektron yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama. Aturan Hund: Pada pengisian orbital-orbital dalam subkulit yang sama (yang energinya sama), elektron-elektron cenderung tak berpasangan. 1s 2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
Subkulit p:
4f __ __ __ px py pz
Aturan subkulit penuh dan setengah penuh: …
5.4 Konfigurasi elektron Konf.el. ~ suatu cara untuk menggambarkan pengisian elektron dalam (sub)kulit-(sub)kulit. 11Na:
1s2 2s2 2p6 3s1
Pengisian dalam orbital-orbital digambarkan dalam diagram elektron. Elektronvalensi ~ elektron di kulit terluar (dengan n terbesar). Konfigurasi yang stabil: konfigurasi dengan pengisian sesuai Aufbau dan Hund, kecuali: 3d4 4s2 → 3d5 4s1 3d9 4s2 → 3d10 4s1 (Aturan penuh dan setengah penuh)
KIMIA-TPB
Departemen Kimia FMIPA ITB
TRANSPARANSI INTI
6. Sifat-Sifat Atom 6.1 Energi Ionisasi ~ energi yang dibutuhkan oleh suatu atom untuk melepaskan elektron di kulit terluarnya dalam fasa gas. Energi ionisasi pertama (EI1), energi ionisasi kedua (EI2), dst. Na(g) → Na+(g) + e
∆H = EI1
Na+(g) → Na2+(g) + e
∆H = EI 2
Ionisasi dimulai dari elektronvalensi, bukan dari elektron dalam subkulit dengan energi terbesar. Dari data EI1, EI2, dst. dapat diketahui jumlah elektronvalensi. Contoh:
6.2 Afinitas Elektron ~ energi yang dilepaskan ketika suatu atom menerima elektron dalam fasa gas. Cl(g) + e → Cl-(g)
∆H = − AE
O(g) + e → O-(g)
∆H < 0
O-(g) + e → O=(g)
∆H > 0
∆H < 0
6.3 Sifat Magnet Sifat magnet ditentukan oleh jumlah elektron tak berpasangan. Diamagnetik:
tidak ditarik magnet, bahkan kadang agak ditolak. (tidak memiliki elektron yang tak berpasangan).
Paramagnetik:
ditarik magnet dengan lemah.
Feromagnetik:
ditarik magnet dengan kuat.
KIMIA-TPB
Departemen Kimia FMIPA ITB
