Struktur Atom. Rudi

Struktur Atom Rudi Susanto @rudist87

MODEL ATOM THOMSON

-

-

-

Materi bermuatan positip

-

-

Elektron

 Unsur-unsur kimia terdiri dari atom-atom  J.J. Thomson menemukan elektron  Di dalam atom terdapat elektron  Atom netral, di dalam atom harus ada yang bermuatan positip  J.J. Thomson (1898)  Atom terdiri dari materi bermuatan positip yang dikelilingi oleh elektron-elektron, seperti fruitcake.  Kue onde-onde

MODEL ATOM RUTHERFORD

-

-

-

+ Neutron

Elektron

-

 Sebagian besar atom adalah ruang kosong  Di dalam atom terdapat inti atom (neutron) yang bermuatan positip  Hampir semua massa atom terkonsentrasi di dalam inti atom  Elektron-elektron berada jauh dari inti atom  Rutherford dianggap sebagai penemu neutron  Elektron-elektron bergerak seperti planet-planet mengelilingi matahari

mv 2 Fc  r

ATOM HIDROGEN

Fc  Fe  v 

v r Fe

Proton

1 e2 Fe  4 o r 2

Elektron Fc

e 4 o mr

Kecepatan elektron e2 PE   4 o r 2 1 e KE  mv 2  2 8 o r

Energi total atom hidrogen

e2 E  KE  PE   8 o r

SPEKTRAL ATOM  Atom dalam fasa gas diberi arus listrik  Setiap atom ternyata mengemisikan gelombang-gelombang dengan panjang gelombang tertentu (emission line spectra)

SPEKTRAL ATOM  Setiap atom juga menyerap gelombang-gelombang dengan panjang gelombang tertentu (absorption line spectra)  Panjang gelombang yang diemisikan ternyata sama dengan panjang gelombang yang diserap

 Diperlukan model atom yang dapat menerangkan kestabilan atom dan adanya garis-garis spektrum

Deret Spektral Hidrogen  J.J. Balmer (1885)  Spektrum cahaya tampak  H = 656,3 nm  H = 486,3 nm  H = 364,6 nm

Formula Balmer :

1 1  1  R 2  2   n  2

n  3, 4, 5, 

R = konstanta Rydberg = 0,01097 nm-1

Deret Lyman (ultravoilet)

1 1  1  R 2  2   n  1

n  2, 3, 4, 

Deret Paschen (inframerah)

1 1  1  R 2  2   n  3

n  4, 5, 6, 

Deret Brackett (inframerah)

1 1  1  R 2  2   n  4

n  5, 6, 7, 

Deret Pfund (inframerah)

1 1  1  R 2  2   n  5

n  6, 7, 8, 

MODEL ATOM BOHR  Niels Bohr (1913)  Konsep gelombang materi  Menggunakan pendekatan yang lain, tetapi hasilnya sama dengan Broglie

v

e h h   mv e 4 o mr

4 o r m

r  5,3x1011m    33x1011m   33x1011  2(5,3x1011)  2 r  Keliling orbit elektron yang mengelilingi inti atom hidrogen (proton) ternyata sama dengan panjang gelombangnya  Terdapat analogi dengan vibrasi/gelombang pada tali/kawat

Sebuah elektron hanya dapat mengelilingi inti atom bila lintasan orbitnya merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang Broglie-nya

n  2rn nh e

h  e

4 o rn m

4 o rn  2rn m n 2 h 2o rn  me 2

n=2

n=4

n  1, 2, 3, 

n = bilangan kuantum

Jari-jari Bohr = ao = r1 = 5,292x10-11 m

rn  n 2a o

n=8

Tingkat Energi Atom Hidrogen e2 En   8 o rn me 4 En   2 2 8 o h

n 2 h 2o rn  me 2

 1  E1  2 2 n  n

n  1, 2, 3, 

E1  2,18x1018 J  13,6 eV E 2 , E3 , 

Excited states

Ground state

E  0

Elektron bebas

E5  0,87x1019 J  0,54 eV E 4  1,36x1019 J  0,85 eV E3  2,42x1019 J  1,51 eV

E 2  5,43x1019 J  3,4 eV

E1  21,79x1019 J  13,6 eV

Garis-garis Spektrum  Setelah mendapat energi, tingkat energi atom naik  Bila tingkat energinya turun, maka tentunya atom akan mengeluarkan (mengemisikan) energi  Energi yang diemisikan atom berupa foton

Energi awal – Energi akhir = Energi foton

 1 1  E i  E f  E1  2  2   hf nf   ni c E1  1 1  f     2  2   h  nf ni 

E1  1 1  f    2  2  h  nf ni  1 E1  1 1     2  2   ch  n f n i 

 me 4    2 2  4 8  h E1 me o   7 1     1 , 097 x 10 m R 2 3 ch ch 8c o h

Deret Lyman

nf  1

Deret Balmer

nf  2

1 1  1  R 2  2   n  1 1 1  1  R 2  2   n  2

nf  3

1 1  1  R 2  2   n  3

n  4, 5, 6, 

nf  4

1 1  1  R 2  2   n  4

n  5, 6, 7, 

nf  5

1 1  1  R 2  2   n  5

n  6, 7, 8, 

Deret Paschen

Deret Brackett

Deret Pfund

n  2, 3, 4,  n  3, 4, 5, 

E=0

n= n=6 n=5 n=4 n=3

n=2

Series limit

n=1

Lyman series

Balmer series

Paschen series

Brackett series

EKSITASI ATOM    

Atom akan mampu meradiasikan energi bila berada dalam keadaan tereksitasi Mekanisme 1: Tumbukan dengan partikel lain Atom akan menyerap sebagian energi kinetik dari partikel yang menumbuknya Atom akan kembali kekeadaan semula dengan mengemisikan satu atau lebih foton dalam waktu singkat (10-8s)  Mekanisme 2 : Interaksi dengan cahaya pada panjang gelombang tertentu  Atom akan kembali kekeadaan semula sambil mengemisikan foton dengan panjang gelombang yang sama

n=1

Tumbukan dengan partikel lain

n=2

foton

n=1

Interaksi dengan cahaya Spektrum absorbsi foton, 

+

Spektrum emisi foton, 

+

Spektrum Atomik  n2   dimana n  3, 4, 5.   3645,6 2 n 4

Rumus yang lebih umum untuk persamaan Balmer

1   1   Rc 2  2  n  2 1   1  3,2881 x 1015 det 1  2  2  n  2 R = konstanta Rydberg 10.967.800 m-1, c kecepatan cahaya 2,997925 x 108 m det-1 hasil kali R dan C diberikan diatas

LASER Alat yang menghasilkan suatu berkas cahaya yang mempunyai beberapa sifat utama

 Monokromatik • Hanya satu frekuensi  Koheren • Semua gelombang sefasa  Tidak menyebar • Gelombang bergerak lurus  Intensitas tinggi

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Metastable state : lifetime (10-3 s) >> 10-8 s (biasa) 0

10-8 s

10-3 s

Ordinary excited state

Metastable excited state

Ground state

Tiga jenis transisi diantara dua tingkat energi :  Induced absorption  Spontaneus emission  Induced emission (Einsten, 1917)

E1 hf

hf

hf

hf

hf Eo

hf ’’ = E2 – E1

E2

Laser tiga tingkat :

Excited state hf ’’

hf ’

E1

E1 Metastable state

hf hf

Eo

Eo

Ground state hf ’ = E2 – Eo

Ground state hf = E1 – Eo