elektron
Struktur Atom inti
Dari Model Klasik sampai Model Mekanika Kuantum
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. 2. 3. 4.
Materi tersusun atas partikel-partikel sangat kecil yang tidak dapat terbagi lagi yang disebut ATOM Atom penyusun suatu unsur berbeda dengan atom penyusun unsur yang lain. Atom dari 1 unsur mempunyai kesamaan massa dan sifat. Atom unsur yang berbeda dapat bergabung satu dengan yang lain dengan perbandingan sederhana membentuk suatu SENYAWA. 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)
1
TEORI ATOM DALTON F F
F F
F F F F
F
H H
+ +
H F
Massa relatif=19 3 F2
+ 2 H2
H H H F
H Æ
H F
H F
Massa relatif=1 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
2
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
3
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
4
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
5
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
6
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 2 m 10 m
Panjang gelombang, λ (lambda) ≡ jarak antara titik puncak yang berurutan
Frekuensi, ν (nu) ≡ jumlah satu panjang gelombang yang melalui titik tertentu per satuan waktu, 1 siklus gelombang per detik Satuan frekuensi: 1/s (s-1); hertz, Hz Semua gelombang elektromagnetik bergerak dengan kecepatan cahaya Æ panjang gelombang dinyatakan dengan frekuensi
t=0
t=5
t=0
t=5
Frekuensi rendah = λ panjang Frekuensi tinggi = λ pendek
7
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
Gamma
10-16
10-9
1018 1016 1014
Xrays
10-8
UV
1012
Frequency Hz
Microwaves FM AM
IR
10-6
1010 108 106
10-3
100
102
Wavelength m
Cahaya tampak
8
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
9
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?
10
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?
11
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 ecannot exist Energy of e- increases as it moves to orbits farther and farther from the nucleus (Similar to a person climbing a ladder)
12
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
13
14
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
15
Persamaan Planck E
= 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 radiation
•
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 masingmasing membawa 1 kuantum energi yang disebut FOTON
16
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
17
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
18
