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 80 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, n22) • Panjang gelombang terpanjang energi foton terkecil (n13, n22)
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 80 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