atom

FIS 4

1

materi78.co.nr

FISIKA ATOM

Fisika Atom

A.PENDAHULUAN

Gagasan awal konsep mengenai atom:

1)Demokritos

menyatakan

atom

bersifat

diskontinu (tidak dapat dibagi lagi).

2)Aristoteles

menyatakan

atom

bersifat

kontinu (dapat dibagi terus menerus).

Konsep dasar atom tersusun atas tiga partikel

subatomik, yaitu elektron, proton, dan neutron.

Sifat

Elektron

Proton

Neutron

Letak

kulit atom

inti atom

inti atom

Notasi

e
-1
0

p
1
1

n
0
1

Massa
0 sma

1 sma

1 sma

9,1 x 10-31 kg 1,6 x 10-27 kg 1,6 x 10-27 kg

Muatan
negatif

positif

netral

-1,6 x 10-19 C +1,6 x 10-19 C

0 C

Penemu

Thomson
Goldstein,
Rutherford
Chadwick

Percobaan

tabung sinar
katoda, tetes

minyak
Milikan

tabung sinar

anoda

penembakan

partikel α

Teori-teori atom berkembang melalui beberapa

teori, antara lain teori atom Dalton, Thomson,
Rutherford, Bohr, dan kuantum.

B.TEORI ATOM DALTON, THOMSON DAN

RUTHERFORD

Teori atom Dalton menjelaskan bahwa:

model atom Dalton

Kelebihan teori atom Dalton:

1)Merupakan

teori

atom

pertama

yang

memunculkan teori-teori atom lain.

2)Dapat menerangkan hukum dasar kimia

Lavoisier dan Proust.

Kekurangan teori atom Dalton:

1)Tidak

dapat

menjelaskan

penyebab

perbedaan sifat atom suatu unsur dengan
unsur lain.

2)Tidak dapat menjelaskan kelistrikan/muatan

materi.

3)Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom

saling berikatan.

Teori atom Thomson menjelaskan bahwa:

model atom plum pudding (roti kismis)

Thomson melakukan percobaan tabung sinar

katoda yang bersifat negatif dalam penemuan
elektron.

Kelebihan teori atom Thomson:

1)Dapat menjelaskan keberadaan partikel

subatomik.

2)Dapat menjelaskan massa atom.

3)Dapat menjelaskan kelistrikan/muatan atom.

Kekurangan teori atom Thomson:

1)Tidak dapat menjelaskan susunan muatan

positif dan negatif dalam atom.

Teori atom Rutherford menjelaskan bahwa:

model atom tata surya

Atom adalah partikel terkecil suatu materi

yang tidak dapat dibagi lagi.

Atom berbentuk bola pejal padat.

Atom suatu unsur sifatnya sama, atom

unsur yang berbeda sifatnya berbeda.

Atom tidak dapat diciptakan dan

dimusnahkan.

Atom-atom dapat berikatan membentuk

senyawa.

Massa zat sebelum dan sesudah reaksi

adalah tetap (hukum Lavoisier).

Perbandingan massa atom-atom

pembentuk suatu senyawa selalu tetap
(hukum Proust).

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Atom adalah bola pejal padat bermuatan
positif yang didalamnya tersebar elektron-
elektron bermuatan negatif, sehingga saling

menetralkan satu sama lain.

FIS 4

2

materi78.co.nr

FISIKA ATOM

Rutherford melakukan percobaan hamburan

sinar α yang dibantu oleh Geiger dan Marsden.

Hasil percobaan Rutherford:

Sinar α

Arti

1 banyak yang
diteruskan

atom sebagian besar
adalah ruang kosong

2 sedikit yang
dipantulkan

sinar α menabrak inti

atom

3 sedikit yang
dibelokkan

sinar α ditolak inti atom
yang bermuatan positif

Kelebihan teori atom Rutherford:

1)Dapat menjelaskan peristiwa hamburan sinar

α pada lempeng emas.

2)Dapat menjelaskan keberadaan inti atom.

Kekurangan teori atom Rutherford:

1)Tidak dapat menjelaskan kestabilan atom,

mengapa elektron tidak jatuh ke inti selama
mengelilingi inti atom.

Menurut

hukum

fisika

klasik,

benda

bermuatan yang mengelilingi inti akan
mengalami percepatan dan memancarkan
energi, lama kelamaan akan jatuh ke inti
karena kehabisan energi.

2)Tidak dapat menjelaskan spektrum atom

hidrogen yang bersifat diskret.

C.SPEKTRUM ATOM HIDROGEN

Spektrum atom hidrogen adalah spektrum

gelombang yang dipancarkan elektron ketika
bertransisi ke tingkat energi yang lebih rendah.

Spektrum atom hidrogen bersifat diskret,

berbeda dengan spektrum Rutherford yang
bersifat kontinu.

Spektrum atom hidrogen terdiri atas:

1)Deret Lyman(berpindah ke kulit n = 1)

2)Deret Balmer(berpindah ke kulit n = 2)

3)Deret Paschen(berpindah ke kulit n = 3)

4)Deret Brackett(berpindah ke kulit n = 4)

5)Deret Pfund(berpindah ke kulit n = 5)

Panjang gelombang pada deret spektrum atom

hidrogen dapat dirumuskan:

D.TEORI ATOM BOHR

Teori atom Bohr dijelaskan oleh postulat Bohr.

model atom Bohr

Atom sebagian besar terdiri atas ruang

kosong.

Massa atom terpusat pada inti atom yang

bermuatan positif.

Inti atom dikelilingi elektron yang

bermuatan negatif pada lintasan tertentu.

detektor

timbal

sumber
sinar α

lempeng

emas

1

3

2

1

1

2

3

H

Hg

Ne

λ>>

n = 1

n = 2

n = 3

n = 4

n = 5

Lyman

Balmer

Paschen

Brackett

Pfund

n = 6

UV

cahaya tampak

IF1

IF2

IF3

1

λ = R.(

1

ntuj

2–

1

nas

2)

D = panjang gelombang
R = tetapan Rydberg (1,097 x 107/m)
ntuj = tingkat energi tujuan, ntuj > nas
nas = tingkat energi asal

K

L

M

n = 1

n = 2

n = 3

FIS 4

3

materi78.co.nr

FISIKA ATOM

Gaya Coulumb

Jari-jari orbit/lintasan

Energi potensial dan energi kinetik

Energi elektron

Energi elektron pada atom berelektron banyak

Energi yang dipancarkan/diserap

Momentum sudut elektron

Percobaan

Franck-Hertz

membuktikan

kebenaran adanya tingkat energi pada atom.

Percobaan Franck-Hertz membuktikan bahwa

terjadi penurunan arus pada tabung uap raksa
yang diberi tegangan dengan kelipatan tertentu.

Kelebihan teoriatom Bohr:

1)Dapat menjelaskan kestabilan atom, atom

terdiri atas beberapa kulit atom.

2)Dapat menjelaskan spektrum atom hidrogen

yang bersifat diskret.

3)Dapat menjelaskan jari-jari orbit elektron.

4)Dapat

membuktikan

adanya

kuantisasi

energi pada atom.

Kekurangan teori atom Bohr:

1)Teori

hanya

berlaku

untuk

atom/ion

berelektron 1, misalnya H, He+, Li2+.

2)Tidak dapat menjelaskan efek Zeeman.

Efek Zeeman adalah peristiwa terpecahnya
deret spektrum atom hidrogen menjadi
beberapa bagian akibat pengaruh medan
magnet.

3)Melanggar teori kuantum.

E.TEORI ATOM KUANTUM

Teori atom kuantum dijelaskan oleh beberapa

ilmuwan, antara lain:

1)Hipotesis de Broglie

Panjang gelombang

Partikel umum

Elektron

Elektron bergerak dengan lintasan melingkar

mengelilingi inti atom di bawah pengaruh

gaya Coulumb (sentripetal).

Fc =

k.e2

r2

Fc = gaya Coulumb (N)
k = tetapan Coulumb (9 x 109 Nm2/C2)
e = muatan elektron (1,6 x 10-19 C)
r = jarak inti ke lintasan (m)

Elektron mengelilingi inti atom pada

orbit/lintasan stasioner (kulit atom) dan pada

tingkat energi tertentu.

r = ao.n2r = 0,528 Å.n2

r = jari-jari lintasan (Å)
ao = jari-jari Bohr (Å)

Ep = –

k.e2

rEk =

k.e2

2r

E = Ep + EkE = –

k.e2

2rE = –

13,6eV

n2

E = –

13,6eV.Z2

n2

E = energi total elektron (J)
Z = nomor atom/jumlah proton
n = tingkat energi

Elektron memancarkan energi jika bertransisi

dari tingkat energi tinggi ke rendah, dan

menyerap energi jika bereksitasi dari tingkat

energi rendah ke tinggi.

ΔE = Eas – Etuj

ΔE = 13,6eV.(

1

ntuj

2–

1

nas

2)

ΔE = energi yang dipancarkan/diserap
ntuj = tingkat energi tujuan
nas = tingkat energi asal

Elektron dapat berada pada lintasan stasioner

jika momentum sudut elektron memenuhi

aturan tertentu.

L = m.r .v = n.ћ
ћ =

h

2π

L = n.

h

2π

L = momentum sudut elektron (Nm)
n = tingkat energi
h = konstanta Planck (6,6 x 10-34 Js)

efek Zeeman

Partikel yang bergerak dapat memiliki

sifat-sifat gelombang/cahaya dan panjang

gelombang.

λ =

h

pλ =

h

m.v

p = momentum partikel (Ns)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan partikel (m/s)

λ =

h

√2moeV

mo = massa elektron diam (9,1 x 10-31 kg)
e = muatan elektron (1,6 x 10-19 C)
V = beda potensial (V)

FIS 4

4

materi78.co.nr

FISIKA ATOM

2)Gelombang Schrödinger

3)Asas ketidakpastian Heisenberg

Daerah

dengan

kebolehjadian

terbesar

ditemukannya elektron disebut orbital.

Bilangan kuantum adalah suatu harga yang

menyatakan keadaan orbital suatu atom.

Bilangan kuantum terdiri dari bilangan kuantum

utama (n), azimuth (l), magnetik (m), dan spin (s).

Bilangan kuantum utama/prinsipal (n) adalah

suatu harga yang menyatakan tingkat energi atau
kulit dalam atom.

Bilangan kuantum utama antara lain:

Kulit

K

L

M

N

n 1

2

3

4

Tingkat dasar (ground state) adalah keadaan

dimana seluruh elektron dalam atom berada
pada tingkat energi terendah atau serendah-
rendahnya.

Bilangan kuantum azimuth/orbital (l) adalah

suatu harga yang menyatakan sub-kulit atom.

Harga l yang diijinkan di setiap kulitnya adalah:

Sub-kulit

s

p

d

f

l 0

1

2

3

Momentum sudut orbital dapat dirumuskan:

Bilangan kuantum magnetik (ml atau m) adalah

suatu harga yang menyatakan banyak dan
posisi/orientasi orbital.

Harga m yang diijinkan di setiap sub-kulitnya:

Posisi/orientasi atau orbital adalah tempat

dimana elektron bergerak di dalam atom, dan
masing-masing orbital maksimal menampung
sepasang elektron.

Contoh:

Sub-kulit

s

p

Harga

0

-1 s.d. 1

Diagram

Total orbital

1

3

Elektron maks

2

6

Bilangan kuantum spin (ms atau s) adalah suatu

harga yang menyatakan kedudukan dan arah
rotasi elektron pada suatu orbital.

Bilangan kuantum spin tidak digunakan dalam

menentukan keadaan orbital, hanya untuk
menentukan perbedaan elektron pada orbital.

Karena terdapat dua elektron dalam satu

orbital, sedangkan keduanya memiliki kutub
padanya, maka nilai elektron yang berpasangan
dalam orbital tersebut harus berbeda nilai.

Harga bilangan kuantum spin terdiri dari:

Harga

s = +1/2

s = -1/2

Elektron

Arah
berlawanan
jarum jam

searah jarum

jam

Kutub

terbalik

tidak terbalik

Posisi pada

orbital

Larangan Pauli menyatakan bahwa:

Contoh:

6C : 1s2 2s2 2p2

Elektron

ke
n

l

m

s

1

1

0

0

+1/2

2

1

0

0

-1/2

3

2

0

0

+1/2

4

2

0

0

-1/2

5

2

1

-1

+1/2

6

2

1

0

+1/2

0

0

-1

1

S

U

U

S

U

S

U

S

f

g

Jika elektron memiliki sifat gelombang,

maka keadaan elektron dinyatakan dalam

fungsi gelombang yang disebut

gelombang Schrödinger.

Keberadaan elektron dalam atom tidak
dapat diketahui secara pasti, yang ada

hanya kebolehjadian terbesar menemukan

elektron dalam atom.

0 ≤ l ≤ (n-1)

L = ћ√l.(l+1)

-l ≤ m ≤ +l

banyak orbital = 2l + 1

Tidak ada elektron dengan keempat

bilangan kuantum yang sama dalam satu

atom.

↑↓ ↑↓

↑

↑