STRUKTUR ATOM. Muchammad Chusnan Aprianto

STRUKTUR ATOM FISIKA MODERN

Muchammad Chusnan Aprianto

1

MODEL ATOM "In science, a wrong theory can be valuable and better than no theory at all." - Sir William L. Bragg

e e

+ e

+ +

e + e + e e + e + e

Dalton’s Greek model model (400 (1803) B.C.)

Thomson’s plum-pudding model (1897)

Bohr’s model (1913) Dorin, Demmin, Gabel, Chemistry The Study of Matter , 3rd Edition, 1990, page 125

-

e +

- +

Rutherford’s model (1909)

Charge-cloud model (present)

MODEL ATOM e e

+ e

+

+ e + e + e e + e + e

Dalton’s model (1803)

1803 John Dalton pictures atoms as tiny, indestructible particles, with no internal structure.

1800

-

e +

-

Thomson’s plum-pudding model (1897)

- +

Rutherford’s model (1909)

1897 J.J. Thomson, a British

1911 New Zealander

scientist, discovers the electron, leading to his "plum-pudding" model. He pictures electrons embedded in a sphere of positive electric charge.

Ernest Rutherford states that an atom has a dense, positively charged nucleus. Electrons move randomly in the space around the nucleus.

1805 ..................... 1895

1900

1905

1910

1904 Hantaro Nagaoka, a Japanese physicist, suggests that an atom has a central nucleus. Electrons move in orbits like the rings around Saturn.

Dorin, Demmin, Gabel, Chemistry The Study of Matter , 3rd Edition, 1990, page 125

1915

Bohr’s model (1913)

1926 Erwin Schrodinger

1913 In Niels Bohr's model, the electrons move in spherical orbits at fixed distances from the nucleus.

1920

19 25

Charge-cloud model (present)

1930

develops mathematical equations to describe the motion of electrons in atoms. His work leads to the electron cloud model.

1935

1940

1945

1924 Frenchman Louis

1932 James

de Broglie proposes that moving particles like electrons have some properties of waves. Within a few years evidence is collected to support his idea.

Chadwick, a British physicist, confirms the existence of neutrons, which have no charge. Atomic nuclei contain neutrons and positively charged protons.

HISTORICAL DEVELOPMENT 1.

J.J. Thompson: Model kue bundar (1904) •

Muatan elektron •

•

Latar uniform muatan positif

Jumlah muatan positif = jumlah muatan negatif Bagaimana elektron berinteraksi? Tidak dapat menjelaskan eksperimen hamburan

2. Ekperimen Hamburan Rutherford (1909)

Partikel  berasal dari ion helium ions He2+

Yang terjadi di dalam atom?

Pantulan sudut kecil

Pantulan sudut besar

Sudut pantulan kecil

Sudut patulan besar

USULAN MODEL ATOM BERDASARKAN EKSPERIMEN • Sebuah atom terdiri dari elektron dan sebuah inti • Inti bermuatan positif, ukurannnya kecil, ukuran muatan = ukuran muatan elektron • Elektron berevolusi pada inti atom seperti laiknya gerak planet pada sistem tata surya

DUA PERBANDINGAN MODEL ATOM

Tidak sesuai dgn eksperimen

Sesuai dgn eksperimen

KELEMAHAN • Tidak bisa menjelaskan spektrum emisi dari loncatan lintasan pada sebuah elektron

Model Atom Bohr

3. BOHR MODEL (1913) • Menggunakan pendekatan semi-klasik: • Mekanika klasik untuk hubungan gerak pada gaya

• Postulat: • Kuantisasi momentum angular dari orbit elektron • Tidak ada energi yg hilang/bertambah ketika elektron berputar pada orbit yg sama • Transisi elektron dari satu orbit ke orbit yg lain menyebabkan energi hilang/bertambah  radiasi EM  emisi spektrum

PENURUNAN • Model Bohr untuk Atom Hidrogen

Rumus Hkm ke-2 Newton untuk gerak melingkar: v2 1 e2 m  r 4 o r 2

(1)

Energi total elektron E  PE  KE  

e2

1  mv2 4 o r 2

(2)

Kuantisasi momentum sudut: nh mvr  2

(3)

Penggabungan (1) dan (2) mv 

e2

2

4 o r

(4)

dan 1  e2  e2 E    4 o r 2  4 o r  8 o r e2

(5)

Perbandingan (3) dan (4)

 

n2h2 e2 2 2 2 mvr   mr mv  mr 2 4 4 o r 2 2 2

(6)

Dari (6)  oh2 2 rn  n  n a0 2 me 2

(7)

 me4  1 En     2 2  2 8 o r  8 o h  n e2

(8)

Emisi radiasi dari n1 ke n2 (dimana n1>n2) hc me 4 E  h   E n1  E n 2  2 2  80 h

1 1  2  2  n 2 n1 

1 1 me 4  1 1 1  2 3  2  2   Ry  2  2   8 0 h c  n 2 n1   n 2 n1 

• •

(9)

Dimana Ry ad. konstanta Rydberg Untuk m = 9.11x10-31kg, e = 1.602x 10-19C, h = 6.63x1034Js,  = 8.85x10-12 F m-1, c = 3x108 ms-1, 1eV = o 1.602x10-19J, kita peroleh jari-jari pertama Bohr: ao  0.529 x10 10 m

Potensial ionisasi, transisi dari n1=1 ke n2= me4 Eion  2 2  13.6eV 8 o h

(10)

Konstanta Rydberg me4 Ry  2 3  1.097 x107 m 1 8 0 h c

(11)

Persamaan (9) jg disebut perumusan Rydberg, dan telah dirumuskan secara empiris jauh sebelum perumusan Bohr

SPEKTRUM EMISI DARI EKSITASI ATOM HIDROGEN • Atom hidrogen dapat dieksitasi melalui: tembakan elektron, energi optikal atau energi termal • Elektron dieksitasi ke level energi lebih tinggi • Transisi dari level energi tinggi ke energi di bawahnya menghasilkan emisi foton

Spektrum emisi dari atom hidrogen Deret

n2

Batas gelombang pendek (x 10-10 m)

Lyman Balmer Paschen

1 2 3

912 3650 8220

TINGKAT ENERGI HIDROGEN 4

3

1

+

TINGKAT ENERGI HIDROGEN

2 1

+

ATOM BOHR

ultraviolet

cahaya tampak

infrared

ATOM BOHR

APA YANG MENYEBABKAN BOHR MEMPERBOLEHKAN ELEKTRON PADA TINGKAT ENERGI YANG SAMA?

Apa yang terjadi jika gaya dikenakan pada tali:

GELOMBANG SEMPIT

Hanya gelombang dengan panjang gelombang yang sesuai dapat bertahan (gelombang yang lain saling meniadakan)

Elektron dalam atom merupakan gelombang materi terbatas ala de Broglie Bagaimanapun, jika lingkaran gelombang merupakan jika terus terjadi, akan menggangu n Gelombang (bil. Integer)ini, kali gelombang, secara berturut-turut dan pada akhirnya akan saling meniadakan akan saling berinterfensi

Energi Bohr yang diperbolehkan berkorespondensi dengan bilangan integer kali panjang gelombang

ORBIT BOHR

ORBIT-ORBIT BOHR

CONTOH Carilah panjang gelombang terpanjang dan terpendek yang dihasilkan oleh derat Balmer • Panjang gelombang terpendek  energi foton terbesar (n1, n22) • Panjang gelombang terpanjang  energi foton terkecil (n13, n22)

1 1  2  2  n 2 n1  1 1 me 4  1 1 1  2 3  2  2   Ry  2  2   8 0 h c  n2 n1   n2 n1 

hc me 4 E  h   E n1  E n 2  2 2  80 h

Dimana Ry 

me 4 8 02 h 3c





9.11x10 31 x(1.6 x10 19 ) 4

8 x 8.85 x10

=1.097x107m-1

 6.63x10  x2.998x10

12 2

34 3

8

Panjang gelombang terpendek S 1 1  7  1  R y  2  2   1.097 x10 x 2  0   0.2743x107 m 1 S 2   n2 n1  1

S = 3.646x10-7m = 364.6 nm Panjang gelombang terpanjang L 1 1 1  7  1  R y  2  2   1.097 x10 x 2  2   0.1524 x107 m 1 L 3  2  n2 n1  1

L = 6.563x10-7m = 656.3 nm

KEUNGGULAN MODEL ATOM BOHR • Berhasil menjelaskan secara empiris perihal spektrum emisi dari atom hidrogen

KELEMAHAN MODEL ATOM BOHR • Penurunan dengan menganggap elektron sebagai sebuah partikel kecil yang bertentangan dengan konsep fisika modern • Tidak bisa menggambarkan bagaimana bagaimana elektron berprilaku ada tingkat energi yang sama • Solusi terakhir dengan pendekatan Mekanika Kuantum – dengan menggunakan persamaan Shroedinger.

TERIMA KASIH