KIMIA KUANTUM DASAR, oleh Dr. I Made Kirna, M.Si. Hak Cipta © 2014 pada penulis GRAHA ILMU Ruko Jambusari 7A Yogyakarta 55283 Telp: 0274-889398; Fax: 0274-889057; E-mail:
[email protected] Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit. ISBN: 978-602-262-357-1 Cetakan Pertama, tahun 2014
Semua informasi tentang buku ini, silahkan scan QR Code di cover belakang buku ini
BAB ..... KATA PENGANTAR
B
uku ini dibuat untuk mendukung Mata Kuliah Kimia Kuantum Dasar ataupun Mata Kuliah sejenis yang memberikan landasan pemahaman sebelum masuk kepada kajian mikroskopis Kimia. Paparan pada buku ini dimulai dari pengkajian konsep-konsep yang sangat mendasar sebelum masuk pada pencapaian indikator belajar. Oleh sebab itu, buku ini juga dapat dimanfaatkan bagi pembaca yang ingin memperkaya pemahamannya tentang fisika dan kimia. Kajian materi mekanika kuantum dalam beberapa buku Kimia Fisika cenderung lebih banyak pada aspek matematika yang menyebabkan banyak pembelajar mengalami kesulitan untuk memahami apa sesungguhnya yang dikaji. Buku ini mencoba mempermudah pembelajar memaknai kajian kuantum yang bersifat abstrak melalui penekanan pada gagasan-gagasannya, bukan pada kompleksitas matematika di mana gagasan dasarnya sangat tersembunyi. Buku ini sedapat mungkin menghindari kerumitan matematika dan lebih menekankan pada pemahaman secara kualitatif tentang ide-ide dasar: apa yang melatarbelakangi kemunculannya, di mana diaplikasikannya dan apa keunggulannya. Paparan setiap bab dimulai dari advance organizer dan struktur materi serta indikator pencapaian belajar untuk menghantarkan pembelajar kepada inti kajian pada bab tersebut. Cakupan materi yang dibahas dalam buku ini dimulai dari gelombang elektromagnetik yang membahas fenomena gelombang dari cahaya, teori kuantum cahaya yang membahas fenomena partikel dari cahaya, gelombang partikel yang membahas dualisme partikel-gelombang pada materi sebagai peletak dasar munculnya mekanika kuantum, Postulat mekanika kuantum sebagai inti dari apa itu mekanika kuantum, aplikasi mekanika kuantum pada sistem sederhana dan diakhiri dengan aplikasi mekanika kuantum dalam menjelaskan spektroskopi vibrasi dan rotasi. Paparan materi
vi
Kimia Kuantum Dasar
sebanyak mungkin didukung dengan visualisasi dan contoh-contoh kasus agar pembelajar secara gamblang menangkap maksud dari apa yang dikaji. Setiap terminologi diberikan penjelasan yang cukup agar pembelajar tidak keliru dalam memahaminya. Akhirnya, semoga buku ini bermanfaat. I Made Kirna
BAB ..... DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL
v vii xi xv
BAB I
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK 1.1 Terminologi Terkait dengan Getaran dan Gelombang 1.2 Gelombang Elektromagnetik 1.3 Sinar X 1.4 Difraksi Sinar X Rangkuman Latihan Daftar Pustaka
1 2 6 11 18 23 25 25
BAB II
TEORI KUANTUM CAHAYA 2.1 Radiasi Benda Hitam 2.2 Teori Kuantum Cahaya Planck 2.3 Efek Foto Listrik 2.4 Efek Compton 2.5 Spektrum Atom Rangkuman Latihan Daftar Pustaka
27 28 32 37 42 46 52 54 54
viii
Kimia Kuantum Dasar
BAB III GELOMBANG PARTIKEL DAN PRINSIP KETIDAKPASTIAN 3.1 Gelombang Partikel 3.2 Prinsip Ketidakpastian 3.3 Ramalan Energi Terendah Sistem Mikroskopis Rangkuman Latihan Daftar Pustaka
57 58 62 67 68 69 70
BAB IV MEKANIKA KUANTUM 4.1 Jenis-jenis Mekanika 4.2 Postulat Mekanika Kuantum Rangkuman Latihan Daftar Pustaka
71 72 74 85 86 87
BAB V
APLIKASI MEKANIKA KUANTUM PADA SISTEM PARTIKEL DALAM KOTAK 5.1 Mekanika Kuantum Partikel dalam Kotak 1 Dimensi 5.2 Tingkat Energi Partikel dalam Kotak 1 Dimensi 5.3 Fungsi Gelombang dan Kebolehjadian Menemukan Partikel 5.4 Prinsip Ortogonalitas 5.5 Momentum Partikel dalam Kotak 1 Dimensi 5.6 Mekanika Kuantum Partikel dalam Kotak 3 Dimensi Rangkuman Latihan Daftar Pustaka
89 91 92 95 97 98 100 104 105 105
BAB VI MEKANIKA KUANTUM SISTEM GETARAN HARMONIK DAN ROTASI BENDA TEGAR 6.1 Getaran Harmonik Satu Dimensi 6.2 Tingkat Energi Getaran Harmonik 6.3 Fungsi Gelombang Getaran Harmonik 6.4 Tingkat Energi Getaran tidak Harmonik 6.5 Rotasi Benda Tegar 6.6 Persamaan Schrodinger dan Tingkat Energi Rotasi Benda Tegar 6.7 Fungsi Gelombang Rotasi Benda Tegar Rangkuman Latihan Daftar Pustaka
107 108 112 116 119 119 123 127 128 129 130
BAB VII SPEKTROSKOPI VIBRASI DAN ROTASI 7.1 Apa yang Dipelajari dalam Spektroskopi 7.2 Vibrasi Molekul dan Tingkat Energi Vibrasi
131 132 133
Daftar Isi
ix
7.3 Aturan Transisi Vibrasi dan Spektrum Vibrasi 7.4 Puncak Overtone 7.5 Rotasi dan Tingkat Energi Rotasi 7.6 Aturan Transisi dan Spektrum Rotasi 7.7 Spektra Vibrasi-Rotasi Rangkuman Latihan Daftar Pustaka -oo0oo-
141 147 148 149 153 156 157 158
x
Kimia Kuantum Dasar
