STRUKTUR ATOM ELEKTRON DALAM ATOM - PowerPoint Presentation

Slide1

STRUKTUR ATOM

ELEKTRON DALAM ATOMSlide2

RADIASI ELEKTROMAGNETIK

Muatan listrik dan kutub magnetik menimbulkan gaya dalam jarak tertentu melalui medan listrik dan medan magnetik.

Medan ini merupakan bentuk penyebaran energi yang disebut gelombang, dan pengalihan energi ini dinamakan radiasi elektromagnetik.Slide3

Gelombang memiliki panjang yang merupakan jarak antara dua puncak atau lembah disimbolkan dengan



Sifat gelombang lainnya adalah frekuensi () yang dinyatakan dalam satuan detik

-1

yaitu jumlah kejadian atau putaran (siklus) per detik

Hasil kali  dengan  menghasilkan kecepatan gelombang

c =

Slide4

Satuan frekuensi untuk putaran per detik adalah

hertz (Hz)

. Panjang gelombang memiliki satuan angstrom nama seorang ahli fisika Swedia yang nilainya sama dengan 1 x 10

-10

m.

1 cm = 1 x 10

-2

m

1 nm = 1 x 10

-9

m = 1 x 10

-7

cm = 10 Å

1 Å = 1 x 10

-10

m = 1 x 10

-8

cmSlide5

Spektrum elektromagnetikSlide6

Spektrum dan Spektrograf

Spektrum sinar tampak

Spektrum atomSlide7

Sinar tampak (matahari, filamen) menghasilkan spektrum kontinuum (sinambung) dari merah-jingga-kuning-hijau-biru-lembayung

Cahaya yang dihasilkan zat yang dipanaskan memberikan spektrum garis yang tidak kontinu

Spektrum dari dari suatu atom berbeda dari unsur lainnya dan merupakan

fingerprint

suatu unsur (Robert Bunsen 1811-1899)

Johann Balmer menurunkan rumus umum untuk spektrum yang dihasilkan oleh hidrogenSlide8

Rumus yang lebih umum untuk persamaan Balmer

R = konstanta Rydberg 10.967.800 m

-1

, c kecepatan cahaya 2,997925 x 10

8

m det

-1

hasil kali R dan C diberikan diatasSlide9

Soal Latihan

Gunakan Persamaan Balmer untuk menghitung

Frekuensi radiasi dengan n = 5

Panjang gelombang garis dalam deret balmer dengan n = 7

Nilai n untuk garis dalam deret Balmer pada 380 nm.Slide10

Spektrum kontinuum dapat dijelaskan oleh teori gelombang cahaya, tetapi spektrum garis gagal dengan teori ini

Teori radiasi elektromagnetik yang dikenalkan oleh James Maxwell 1860-an juga tidak dapat menguraikan fenomena ini

Persamaan Balmer menimbulkan dugaan adanya prinsip-prinsip yang mendasari semua spektrum garisSlide11

Teori Kuantum

Max Planck (1900) mengajukan teori kuantum berdasarkan suatu gejala yang disebut radiasi benda hitam

Hipotesisnya menyatakan bahwa energi bersifat discontinue dan terdiri dari banyak satuan terpisah yang sangat kecil yang disebut

kuanta/kuantum

.

Energi terkait dengan kuantum dari REM dinyatakan dengan E = h

; h = 6,626 x 10

-34

J det

-1

Teori kuantum memperoleh pembuktian dari efek fotolistrik tahun 1955 oleh Albert EinsteinSlide12

Efek FotolistrikSlide13

Ketergantungan Efek Fotolistrik pada frekuensi cahayaSlide14

Soal Latihan

Hitung energi dalam J/foton suatu radiasi dengan frekuensi 3,10 x 10

15

det

-1

!

Berapa frekuensi radiasi yang terukur memiliki energi 3,54 x 10

-20

J/foton!

Suatu energi sebesar 185 kJ/mol memiliki panjang gelombang sebesar?Slide15

Atom Bohr

Secara elektrostatika, elektron harus bergerak mengelilingi inti agar tidak tertarik ke inti

Namun berdasarkan fisika klasik benda yang bergerak memutar akan melepaskan energi yang lama kelamaan akan menghabiskan energi elektron itu sendiri dan kemudian kolaps

Niels Bohr mengungkapkan bahwa dilema diatas dapat dipecahkan oleh teori PlanckSlide16

Gagasan Bohr dalam menggabungkan teori klasik dan kuantum

Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diizinkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen

Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke yang lainnya dengan melibatkan sejumlah energi menurut Planck

Lintasan stasioner yang diizinkan mencerminkan sifat-sifat elektron yang mempunyai besaran yang khas. Momentum sudut harus merupakan kelipatan bulat dari h/2

 atau menjadi nh/2.Slide17

Model Bohr untuk Atom HidrogenSlide18

Keterangan

Lintasan yang diizinkan untuk elektron dinomori n = 1, n = 2, n =3 dst. Bilangan ini dinamakan bilangan kuantum, huruf K, L, M, N juga digunakan untuk menamakan lintasan

Jari-jari orbit diungkapkan dengan 1

2

, 2

2

, 3

2

, 4

2

, …n

2

. Untuk orbit tertentu dengan jari-jari minimum a

0

= 0,53 Å

Jika elektron tertarik ke inti dan dimiliki oleh orbit n, energi dipancarkan dan energi elektron menjadi lebih rendah sebesar

Slide19

Konstanta B/h identik dengan hasil dari R x c dalam persamaan Balmer. Jika persamaan diatas dihitung maka frekuensi yang diperoleh adalah frekuensi garis merah dalam deret Balmer. Slide20
Slide21

Soal Latihan

Berapakah frekuensi dan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan jika elektron dari atom hidrogen jatuh dari tingkat energi n = 6 ke n = 4? Dalam bagian spektrum elektromagnetik manakah sinar ini?Slide22

Kelemahan Teori Bohr

Keberhasilan teori Bohr terletak pada kemampuannya untuk meeramalkan garis-garis dalam spektrum atom hidrogen

Salah satu penemuan lain adalah sekumpulan garis-garis halus, terutama jika atom-atom yang dieksitasikan diletakkan pada medan magnet

Struktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikan spektrum selain atom hidrogenSlide23

Dualitas Gelombang - Partikel

Newton mengajukan bahwa cahaya mempunyai sifat seperti sekumpulan patikel yang terdiri dari aliran partikel berenergi

Huygens menyatakan bahwa cahaya terdiri dari gelombang energi

Pembuktian dengan pengukuran kecepatan cahaya pada berbagai medium menunjukkan cahaya berkurang kecepatannya dalam medium yang lebih rapat

Tetapi Einstein menganggap bahwa foton cahaya bersifat sebagai partikel untuk menjelaskan efek fotolistrik

Timbul gagasan baru bahwa cahaya mempunyai dua macam sifat sebagai gelombang dan sebagai partikelSlide24

Tahun 1924 Louise de Broglie menyatakan

Tidak hanya cahaya yang memperlihatkan sifat-sifat partikel, tetapi partikel-partikel kecil pun pada saat tertentu dapat memperlihatkan sifat-sifat gelombang

Usulan ini dibuktikan tahun 1927 dimana gelombang materi (partikel) dijelaskan secara matematik

Panjang gelombang de Broglie dikaitkan dengan partikel berhubungan dengan momentum partikel dan konstanta Planck.

Panjang gelombang dinyatakan dengan meter, massa dalam kilogram, kecepatan dalam meter per detik. Konstanta Planck dinyatakan dalam kg m

2

s

-2

.Slide25

Prinsip Ketidakpastian

Hukum Fisika klasik dianggap berlaku universal dan dapat menjelaskan kejadian yang akan datang berdasarkan keadaan awal

Tahun 1920 Niels Bohr dan Werner Heisenberg berusaha menentukan sampai seberapa jauh kecepatan yang diperoleh dalam penentuan sifat-sifat sub-atomik

Dua peubah yang ditentukan dalam menentukan sifat ini adalah kedudukan partikel (x) dan momentumnya (p).

Kesimpulan dari pemikiran ini ialah bahwa dalam penentuan sub-atomik selalu terdapat ketidakpastianSlide26

Persamaan ini dikenal dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg dan menyatakan bahwa kedudukan dan momen tak dapat diukur dengan ketepatan tinggi sekaligus

Seandainya diameter elektron 10

-14

m, cahaya dengan

 ini akan mempunyai frekuensi 3 x 10

22

det

-1

dan energi per foton adalah 2 x 10

-11

J. Energi ini jauh melampaui energi yang diperlukan untuk mengionkan elektron dalam hidrogen

Hal ini menyebabkan usaha untuk melihat dalam atom dengan menggunakan sistem cahaya justru akan mengganggu pengukuranSlide27

foton

elektron

elektron

foton

(a)

(b)

Sebuah foton cahaya menumbuk elektron dan dipantulkan. Dalam tumbukan foton mengalihkan momennya kepada elektron. Foton yang dipantulkan dapat dilihat dalam mikroskop, tetapi elektron telah bergerak keluar dari fokus (b). Kedudukan elektron tak dapat ditentukanSlide28

Mekanika Gelombang

Salah satu implikasi struktur atom menurut prinsip ketidakpastian, tidak mungkin mengukur sekaligus kedudukan dan momen dari suatu elektron

Implikasi lain diungkapkan oleh Schrodinger bahwa elektron dapat diperlakukan sebagai gelombang materi, gerakannya dapat disamakan dengan gerakan gelombang

Gerakan gelombang yang berkenaan dengan elektron haruslah terkait dengan pola terijinkan

Pola ini dapat diperikan dengan persamaan matematis yang jawabannya dikenal dengan fungsi gelombang (

)

 mengandung tiga bilangan kuantum yang jika ditentukan akan diperoleh hasil berupa orbital. 

2

menggambarkan rapatan muatan elektron atau peluang menemukan elektron pada suatu titik dalam atomSlide29

Tiga macam penggambaran orbital 1sSlide30
Slide31

Orbital 2sSlide32

Orbital Elektron dan Bilangan Kuantum

Bilangan kuantum utama (n). Bilangan ini hanya mempunyai nilai positif dan bilangan bulat bukan nol

n = 1, 2, 3, 4, …

Bilangan kuantum orbital (azimut), l. yang mungkin bernilai nol atau bulat positif. Bilangan ini tidak pernah negatif dan tidak lebih besar dari n –1

l = 0, 1, 2, 3, …, n –1

Bilangan kuantum magnetik (m

l

). Nilainya dapat positif, negatif, nol dan berkisar dari –l s.d. +l (l bilangan kuantum orbital)

m

l

= -l, -l + 1, -l + 2, …, 0, 1, 2, … , +lSlide33

Soal Latihan

Nyatakan perangkat bilangan kuantum berikut yang

tidak

terijinkan!

n = 3, l = 2, m

l

= -1

n = 2, l = 3, m

l

= -1

n = 4, l = 0, m

l

= -1n = 5, l = 2, ml

= -1

n = 3, l = 3, m

l

= -3

n = 5, l = 3, m

l

= +2Slide34

Setiap kombinasi tiga bilangan kuantum n, l dan m berkaitan dengan orbital elektron yang berbeda-beda

Orbital yang memiliki bilangan kuantum n yang sama dikatakan berada dalam kulit elektron atau peringkat utama yang sama

Sementara elektron yang mempunyai nilai l yang sama dikatakan berada dalam sub kulit atau sub peringkat yang sama

Nilai bilangan n berhubungan dengan energi elektron dan kemungkinan jaraknya dari inti

Nilai bilangan kuantum l menentukan bentuk geometris dari awan elektron atau penyebaran peluang elektronSlide35

Tiga gambaran orbital 2pSlide36

Ketiga orbital pSlide37

Kelima orbital dSlide38

Kulit elektron, orbital dan bilangan kuantum

Kulit utama

K

L

M

n =

1

2

2

2

2

3

3

3

3

3

3

3

3

3

l =

0

0

1

1

1

0

0

1

1

1

2

2

2

2

m

l

=

0

0

-1

0

+1

0

-1

0

+1

-2

-1

0

+1

+2

Tanda orbital

1s

2s

2p

2p

2p

3s

3p

3p

3p

3d

3d

3d

3d

3d

Jml orbital pd subkulit

1

1

3

1

3

5

Jml total orbital n

2

1

4

9Slide39

Spin (Rotasi) Elektron – Bilangan Kuantum Keempat

Tahun 1925 Uhlenbeck dan Goudsmit mengajukan sifat yang tak dapat dijelaskan mengenai garis halus pada spektrum hidrogen, apabila elektron dianggap memiliki bilangan kuantum keempat

Sifat elektron yang berkaitan dengan bilangan ini adalah spin elektron

Elektron berotasi menurut sumbunya saat ia mengelilingi inti atom, terdapat dua kemungkinan rotasi elektron

Bilangan kuantum ini dinyatakan dengan m

s

bisa bernilai + ½ atau – ½ Slide40

Konfigurasi Elektron

Ada tiga aturan dalam penentuan konfigurasi

Elektron menempati orbital sedemikian rupa untuk meminimumkan energi atom tersebut

Tak ada dua elektron dalam sebuah atom yang boleh memiliki keempat bilangan kuantum yang sama (prinsip eksklusi Pauli)

Prinsip penggandaan maksimum, jika terdapat orbital –orbital dengan energi yang sama, elektron menempatinya sendiri-sendiri sebelum menempatinya secara berpasanganSlide41

Urutan pengisian sub kulit elektron