STRUKTUR ATOM

1
STRUKTUR ATOM

• Model atom Thomson
• Percobaan Geiger Marsden
• Model atom Rutherford
• Spektral atom
• Model atom Bohr
• Eksitasi atom

2

• MODEL ATOM THOMSON

• 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

Materi bermuatan positip
Elektron
3

• PERCOBAAN GEIGER MARSDEN

• Cara langsung untuk mengetahui apa isi fruitcake,
  masukkan jari tangan ke dalamnya, sebagai probe
• Ernest Rutherford mengusulkan menggunakan
  partikel alpha sebagai probe
• Partikel alpha inti Helium bermuatan 2e
• Massa partikel alpha 8000 massa elektron
• Hans Geiger dan Ernest Marsden (1911) menggunakan
  partikel alpha cepat (2x107 m/s)
• Hamburan partikel alpha akibat tumbukan dengan
  lapisan tipis emas diamati dan diukur

4

• PERCOBAAN GEIGER MARSDEN

Zinc sulfide screen
Radioactive substance
Microscope
99,86
Thin gold foil
Alpha particles
Lead collimator
5

• MODEL ATOM RUTHERFORD

• 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

Neutron
Elektron
6
Formula hamburan Rutherford
N(?) Jumlah total partikel alpha per satuan luas yang sampai di screen dengan sudut hamburan ?
Ni Jumlah total partikel alpha yang sampai di screen
n Jumlah atom persatuan volume di dalam foil
t Tebal foil
Z Nomor atom dari foil
KE Energi kinetik patikel alpha
R Jarak screen dari foil
7
Ukuran inti atom
r
R
PE
8
Atom hidrogen
v
r
Fe
Kecepatan elektron
Proton
Elektron
Fc
Energi total atom hidrogen
9
Contoh Soal 3.1 Dari percobaan-percobaan
diperoleh bahwa diperlukan energi sebesar 13,6 eV
untuk memisahkan atom hidrogen menjadi sebuah
proton dan sebuah elektron. Ini berarti bahwa
energi total atom hidrogen adalah E - 13,6 eV.
Tentukan kecepatan dan jari-jari orbit elektron
dari atom hidrogen.
Jawab
10
Kegagalan model atom klasik

• Mekanik Hukum Newton
• Listrik Hukum Coulomb
• Elektromagnetik partikel bermuatan yang sedang
  bergerak akan meradiasikan energi dalam bentuk
  gelombang elektromagnetik

• Energi berkurang, sambil berputar elektron
  bergerak menuju proton
• Kenyataannya atom selalu stabil
• Fisika klasik gagal karena menggunakan pendekatan
  partikel murni dan gelombang murni

11

• SPEKTRAL ATOM

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

12

• 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

13
Deret Spektral Hidrogen

• J.J. Balmer (1885)
• Spektrum cahaya tampak

• H? 656,3 nm
• H? 486,3 nm
• H? 364,6 nm

Formula Balmer
R konstanta Rydberg 0,01097 nm-1
14
Deret Lyman (ultravoilet)
Deret Paschen (inframerah)
Deret Brackett (inframerah)
Deret Pfund (inframerah)
15

• MODEL ATOM BOHR

• Niels Bohr (1913)
• Konsep gelombang materi
• Menggunakan pendekatan yang lain, tetapi hasilnya
  sama dengan Broglie

• Keliling orbit elektron yang mengelilingi inti
  atom hidrogen (proton) ternyata sama dengan
  panjang gelombangnya
• Terdapat analogi dengan vibrasi/gelombang pada
  tali/kawat

16
Sebuah elektron hanya dapat mengelilingi inti
atom bila lintasan orbitnya merupakan kelipatan
bulat dari panjang gelombang Broglie-nya
n 2
n 4
n bilangan kuantum
n 8
Jari-jari Bohr ao r1 5,292x10-11 m
17
Tingkat Energi Atom Hidrogen
Ground state
Excited states
18
Elektron bebas
19
Contoh Soal 3.2 Sebuah elektron bertumbukan
dengan sebuah atom hidrogen yang sedang berada
pada tinggat dasar (ground state). Bila atom
hidrogen ini sekarang berada pada tingkat
terekstasi (n 3), berapa energi yang telah
diberikan oleh elektron kepada atom hidrogen
dalam tumbukan tersebut ?
Jawab
20
Contoh Soal 3.3 Atom-atom hidrogen pada bilangan
kuantum yang sangat tinggi dapat dibuat di
laboratorium dan diamati di ruang angkasa.
a). Tentukan bilangan kuantum dimana orbit Bohr
0,01 mm b). Hitung energi atom hidrogen tersebut
Jawab
a).
b).
21
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
22
Deret Lyman
Deret Balmer
Deret Paschen
Deret Brackett
Deret Pfund
23
Contoh Soal 3.4 Hitung panjang gelombang terbesar
yang terdpat pada deret Balmer dari atom hidrogen
(H?).
Jawab
Deret Balmer
24
E 0
Paschen series
Brackett series
Lyman series
Balmer series
25

• 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

26
Tumbukan dengan partikel lain
n 1
n 1
27
Interaksi dengan cahaya
Spektrum absorbsi