Halaman
245Fisika AtomRumah boneka yang terdiri atas beberapa tingkat dan tiap tingkat terdiri atas beberapa kamar. Energi elektron dalam atom pun bertingkat-tingkat. Untuk menepatkan elektron ke setiap “kamar”, harus memenuhi aturan tertentu.Jika suatu batuan dihancurkan, batuan itu terpecah-pecah menajdi partikel-partikel kecil. Apa pun benda yang kit alihat tersusun dari bagian-bagian kecil materi. Sejak zaman purba, orang telah mencari satuan dasar dari materi.Pada zaman dahulu, orang-orang Yunani me nganggap bahwa materi tersusun dari berbagai gabun-gan dari empat unsur dasar, yaitu tanah, api, udara, dan air. Akan tetapi, filsuf Yunani Demokritus memiliki teori lain. Ia mengemukakan bahwa materi tersusun dari partikel-partikel kecil yang disebut atom, yang berarti “tidak dapat dibagi-bagi”. Selama hampir 2.000 tahun, teori Demokritus diabaikan. Baru pada 1802, seorang kimiawan-fisikawan Inggris John Dalton, menghidupkan kembali teori atom itu. Bab6Bab6A. Perkembangan Teori AtomB. Atom Berelektron Banyak245Sumber: www.atomicbomb.comStandar KompetensiMenganalisis berbagai besa-ran fisis pada gejala kuantum dan batas-batas berlakunya relativitas Einstein dalam paradigma fisika modernKompetensi DasarMendiskripsikan perkemban-gan teori atom.
246Fisika untuk SMA/MA kelas XII A. Perkembangan Teori AtomIstilah atom telah dikenal oleh bangsa Yunani sebelum Masehi. Ahli fisika Yunani bernama Leucippus pada abad ke-5 SM dan Democritus (460-370 SM) telah me-ngemukakan teori tentang atom. Mereka meng gambarkan atom sebagai materi terkecil yang sedemikian kecilnya sehingga tidak dibagi-bagi lagi.1. Model Atom DaltonPerkembangan selanjutnya yang dicatat sejarah ilmu pengetahuan adalah konsep atom yang dikemukakan oelh Joh Dalton (1766-1844). Dalton mengemukakan teorinya sebagai berikut.a. Atom merupakan zat yang tidak dapat dibagi-bagi.b. Atom suatu unsur tidak dapat berubah menjadi un-sur lain. Misalnya, atom aluminium tidak mungkin berubah menjadi atom besi atau sebaliknya.c. Dua atom atau lebih yang berasal dari unsur-unsur yang berlainan, dapat bersenyawa membentuk molekul. Misalnya atom hidrogen dan oksigen mem-bentuk molekul air (H2O).d. Atom-atom yang bersenyawa dalam molekul memiliki perbandingan tertentu dan jumlah keseluruhan yang tetap. Jumlah massa sebelum reaksi dan sesudah reaksi adalah sama.e. Jika dua atom membentuk dua senyawa atau lebih maka atom-atom yang sama dalam kedua senyawa itu memiliki perbandingan yang sederhana.2. Model Atom ThomsonPerkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya me-nunjukkan bahwa ternyata atom masih dapat dibagi lagi. Dengan sendirinya fakta tersebut menggugurkan teori atom Dalton karena tidak sesuai dengan fakta tersebut.Penemuan elektron yang bermuatan lsitrik negatif oleh J.J. Thomson dengan menggunakan tabung sinar katode adalah salah satu fakta bahwa atom tersusun dari partikel-partikel penyusun atom. Thomson pun berhasil menemukan suatu partikel bermuatan positif dari percobaannya dengan AtomBohrElektronKata KunciGambar 6.1Model atom yang dikemukakan oleh Thomson.
247Fisika Atommenggunakan sinar katode yang berisi gas hidrogen bertekanan rendah. Thomson menyebut partikel bermua-tan positif tersebut sebagai proton. Atas dasar penemuan tersebut, ia kemudian menyusun model atom yang dike-nal sebagai teori atom Thomson. Teori ini menyebutkan bahwa atom memiliki muatan-muatan listrik positif (proton) yang menyebar merata di seluruh bagian atom. Adapun elektron merupakan partikel negatif yang tersebar di antara proton-proton dan berperan menetralkan muatan atom secara keseluruhan.Model atom Thomson ini sering dinamakan sebagai model kue puding prem atau roti kismis. Karena elektron-elektron tersebar di seluruh atom sperti halnya kismis yang menempel pada roti.3. Model Atom RutherfordTeori atom Thomson pada 1911 diuji oleh seorang ahli fisika yang berasal dari Inggris, Ernest Rutherford. Ia menguji kebenaran teori Thomson dengan melakukan percobaan menggunakan partikel alfa yang ditembakkan pada sebuah keping logam emas yang sangat tipis. Partikel alfa adalah partikel yang dipancarkan oleh unsur radioaktif bermuatan listrik positif yang besarnya dua kali muatan elektron dan massanya empat kali massa proton.Rutherford memiliki asumsi bahwa jika teori atom Thomson benar maka seluruh partikel alfa dengan energi yang besar harus menembus lurus keping tipis emas tersebut. Gambar 6.2Percobaan hamburan par-tikel alfa yang dilakukan oleh Rutherford.lempeng tipisSumberlayarGambar 6.3Model atom Rutherford. Partikel alfa yang mendekatil nukleus yang masih akan terkena gaya yang besar sehingga dibelokkan dengan sudut yang besar.dibelokkanmenembuselektroninti atompartikel alfalempeng tipis
248Fisika untuk SMA/MA kelas XII Sebab, atom-atom keping logam emas netral tidak men-ghalangi partikel alfa yang bermuatan listrik positif. Se-bagian besar partikel alfa menembus keping logam tipis lurus mengenai layar. Akan tetapi, beberapa partikel alfa yang lainnya dibelokkan bahkan ada yang dipantulkan. Setiap sudut pembelokkan dan pemantulan sinar alfa tersebut diukur oleh Rutherford.Fakta ini kemudian dianalisis oleh Rutherford sebagai berikut. Berdasarkan Hukum Colulomb, partikel alfa yang bermuatan positif hanya akan dibelokkan atau dipantulkan oleh suatu muatan sejenis yakni muatan positif. Berarti, dalam atom logam emas harus ada muatan listrik positif dan tidak tersebar di seluruh atom melainkan terpusat pada suatu tempat sehingga menolak partikel alfa.Atas dasar fakta ini, Rutherford kemudian ber-kesimpulan sebagai berikut.a. Muatan listrik atom dan sebagian besar massa atom terpusat pada suatu titik yang disebut oleh Ruther-ford sebagai inti atom. Inti atom ini merupakan suatu daerah yang sangat kecil dengan diamater sekitar 10-14m. b. Pada jarak yang relatif jauh dari inti atom tersebut, partikel bermuatan negatif atai elektron beredar men-gelilingi inti. Muatan listrik positif yang berpusat di inti atom, nilai sama besar dengan jumlah muatan listrik negatif dari elektron-elektron yang mengelil-inginya.Meskipun lebih baik daripada teori J.J. Thomson, namun teori atom Rutherford masih menyimpan kelemahan. Kele-mahan teori atom Rutherford adalah sebagai berikut.a. Teori atom Rutherford tidak dapat menjelaskan spek-trum cahaya yang dipancarkan oleh atom hidrogen ke-tika gas hidrogen tersebut dipanaskan atau dimasukkan ke dalam tabung dan diberi beda potensial listrik serah yang tinggi antara ujung-uung tabung tersebut.b. Teori atom Rutherford tidak dapat menjelaskan kes-tabilan atom. Berdasarkan hukum Coulomb, elektron yang berinteraksi dengan inti atom akan mengalami gaya Coulomb yang juga berfungsi sebagai
249Fisika Atomgaya sentripetal.Akibatnya, elektron mengalami percepatan (percepatan sentripetal). Menurut teori gelombang elektromagnetik yang dikemukakan oleh Maxwell jika muatan (elektron) mengalami percepatan maka muatan tersebut akan memancarkan gelombang elektromagnetik. Jika demikian maka energi elektron berkurang dan akhirnya akan jatuh ke inti atom, tetapi pada kenyataannya tidak demikian.4. Model Atom Niles BohrSetelah Rutherford mengemukakan bahwa massa dan muatan positif ataom terhimpun pada suatu daerah kecil di pusat atom, ahli fisika asal Denmark, Niles Bohr, pada 1913 mengemukakan bahwa struktur atom mirip seperti sistem tata surya. Inti atom berada di pusat sistem atom dan elektron berada pada lintasan tertentu yang disebut kulit atom. Untuk menguatkan teori atom yang diusulkannya, Bohr menyusun dua postulat (dalil) tentang atom. Postu-lat ini di kalangan para ilmuwan pada saat itu dipandang radikal.Berikut ini adalah kedua postulat yang dikemukakan Bohr.Postulat PertamaBerlawanan dengan teori elektromagnetik klasik, dalam suatu sistem atom, elektron tidak memancarkan radiasi ketika ia mengorbit inti atom. Lintasan-lintasan elektron mengorbit inti atom. Lintasan-lintasan elektron mengorbit tanpa memancarkan radiasi dinamakan lintasan stasioner atau orbit stasioner.Postulat KeduaPemancaran dan penyerapan gelombang elektromagnetik dalam suatu atom berhubungan dengan transisi elektron dari dua lintasan stasioner.Model atom hidrogen memperlihatkan bahwa sebuah elektron mengitari sebuah inti atom bermuatan positif. Jari-jari orbit lingkarannya r dan elektron bermassa m bergerak dengan laju linear tetap v. Gaya tarik Coulomb berperan memberikan percepatan sentripetal sehinggaGambar 6.4(Model atom Bohr untuk atom hidrogen.Gambar 6.5Model atom Bohr memiliki lintasan elektron yang diberi nama dengan abjad K, L, M, dan seterusnya. Jari-jari lintasan elektron harus sesuai dengan postulat Bohr.
250Fisika untuk SMA/MA kelas XII Oleh karena untuk hidrogen Z = 1 maka persamaan di atas menjadiEnergi kinetik elektron adalahSedangkan energi potensial elektron adalah energi poten-sial Coulomb yang besarnya sebagai berikut.Sehingga energi total yang dimiliki oleh elektron adalahEksperimen 6.1Eksperimen teori-teori atomAlat dan Bahan:• majalah• koran• bukuLangkah-Langkah Eksperimen:Coba Anda buat makalah mengenai penemuan teori-teori atom yang dikembangkan sejak abad 18 hingga saat ini. Cari informasi tersebut di majalah, koran, internet, atau buku-buku referensi lainnya. Apa yang dapat Anda peroleh dari penemuan-penemuan teori atom tersebut hingga saat ini. Tentu saja, cukup berkembang bukan? Kemudian, diskusikan dengan teman-teman Anda di kelas dibantu oleh guru sebagai pembimbing.
251Fisika Atom5. Jari-Jari Lintasan StasionerFisika klasik meramalkan bahwa sebuah muatan elektrik yang mengalami percepatan, seperti elektron yang men-gorbit dalam model ini, harus meradiasikan energi elek-tromagnetik secara kontinu. Ketika energi ini dipancarkan, energi total elektron menurun dan elektron akan bergerak spiral menuju inti atom sehingga atom akhirnya jatuh ke inti atom. Untuk mengatasi kesulitan ini, Bohr mengusul-kan gagasan orbit stasioner. Dari sini Bohr menyimpulkan bahwa dalam keadaan ini momentum sudut orbital elektron bernilai kelipatan dari harga atau ditulis dengan Vektor mementum sudut dalam fisika klasik didefinisikan sebagai . Untuk momentum sudut elektron yang beredar mengelilingi inti atom, r tegak lurus p sehingga kita dapat menyederhanakannya menjadi . Ajdi menurut postulat sudut adalahdengan n = bilangan bulat (n = 1, 2, 3, ...)Dengan memasukkan harga v pada persamaan Kerjakanlah dalam buku latihanmu.Uji Kemampuan 6.13. Jelaskan perbedaan antara hasil eksperimen Ruhherford dan hipotesisi dari teoir atom Thomson.4. Bagamana hubungan antara spektrum hidogen dan perpindahan elektron? Jelaskan serta tuliskan persamaan umumnya.1. Jelaskan secara singkat perkembangan teori atom sejak masa Demkritus hingga munculnya teori atom Bohr.2. Pada eksperimen Thomson,disimpulkan bahwa partikel sinar katode merupakan partikel bermuatan dengan massa lebih kecil daripada atom. Apakah yang mendasari kesimpulan tersebut. Jelaskan.
252Fisika untuk SMA/MA kelas XII ke dalam persamaan . Maka, akan diper-olehdengan Maka diperoleh nilai deret jari-jari r yang diperkenankan. Berdasarkan a0 didefinisikan sebagai jari-jari Bohr. Untuk atom hidrogen Bohr kemudian mendapatkan harga a0 = 0,0529 nm atau 0,529 angstrom. Berdasarkan teori atom Bohr ini jari-jari orbit elektron hanya dapat bernilai a0, 4a1, 9a0, 16a0, 25a0, dan seterusnya. Jari-jari atom, menurut teori ini tidak pernah bernilai 3a0 atau 4,5a0. 6. Energi Elektron Berdasarkan Teori BohrBesar energi elektron dapat diperoleh dengan meng-gabungkan persamaan dan persa-maan . Maka akan diperoleh persamaan sebagai berikut.
253Fisika AtomPersamaan ini menyatakan bahwa energi elektron terkuan-tisasi. Artinya, hanya nilai-nilai energi tertentu yang diper-kenankan.Jika dari persamaan di atas semua nilai tetap dihitung.Maka, akan diperoleh persamaan yang sederhana sebagai berikut.Pada tingkat terendah, nilai n = 1, energi elektron sebesar -13,6 eV dan beredar pada jari-jari Bohr 0,529 angstrom. Tingkat energi elektron pada keadaan yang lebih tinggi digambarkan oleh skema berkut.Jika elektron dan inti atom terpisah sangat jauh,yaitu untuk n = maka diperoleh E = 0. Kemudian, elektron itu bertransisi atau berpindah dari lintasan luar ke lintasan dalam sehingga ia berada pada orbit tertentu dalam lintasan n tertentu. Pada keadaan ini elektron memiliki harga energi lebih kecil daripada keadaan semula (E = 0) maka akan dipancarkan energi sebesar En. Sebaliknya, jika elektron pada keadaan n maka elektronnya dapat kita bebaskan dari ikatan inti dengan memberinya energi sebesar E0.Energi ini dikenal dengan energi ikat keadaan n. Jika energi yang dibebaskan melebihi energi ikat maka kelebi-han energi tersebut dapat muncul sebagai energi kinetik elektron yang kini telah bebas dan tidak terikat lagi pada inti atom.Bohr mempostulatkan bahwa meskipun elektron tidak memancarkan radiasi elektromagnetik ketika beredar pada suatu tingkat tertentu. Namun, elektron dapat berpindah dari suatu keadaan energi tertentu ke keadaan energi yang lain. Selisih energi antara dua keadaan tersebut muncul sebagai sebuah radiasi gelombang elektromagnetik be-renergi hf. Artinya, jika elektron berpindah dari keadaan awal ke keadaan akhir maka akan terjadi pancaran atau penyerapan radiasi elektromagnetik.Frekuensi gelombang elektromagnetik yang diserap atau dipancarkan dari keadaan stasioner adalahGambar 6.6Tingkat-tingkat Energi
254Fisika untuk SMA/MA kelas XII dengan:= energi mula-mula= energi akhirf = frekuensi radiasi gelombang elektromagnetikh = konstanta Planck (h = joule.sekon)B. Atom Berelektron BanyakTeori Bohr dapat dengan tepat menjelaskan spketrum cahaya yang dipancarkan oleh atom hidrogen dari tingkat-tingkat energi elektronnya. Untuk atom hidrogen yang memiliki Z = 1 berlakuDengan metode yang sama, energi yang dimiliki oleh suatu elektron dari suatu atom yang memiliki nomor atom Z > 1 dapat dituliskan sebagai berikut.Anda dapat menyimpulkan bahwa elektron-elektron pada lintasan yang berbeda memiliki energi yang berbeda pula. Namun, ini tidak cukup apabila digunakan untuk membedakan elektron-elektron yang berada di lintasan yang sama dalam satuan atom. Bagaimana cara untuk membedakan elektron-elektron dalam suatu atom berelek-tron banyak?Untuk membedakan keadaan elektron-elektron dalam suatu atom digunakan bilangan kuantum, yaitu pemba-hasannya secara terinci sebagai berikut.1. Bilangan KuantumElektron mengelilingi inti atom menurut lintasan ter-tentu. Selain kedudukannya dalam lintasan, elektron juga memiliki keadaan-keadaan yang lain. Untuk menyatakan keadaan dan energi elektron digunakan bilangan kuantum. Ada empat macam bilangan kuantum yang dapat
255Fisika Atommenggambarkan keadaan elektron, yaitu sebagai beri-kut:a. Bilangan kuantum utama (n);b. Bilangan kuantum azimut (l);c. Bilangan kuantum magnetik (ml);d. Bilangan kuantum spin (ms).Bilangan kuantum utama menyatakan nama kulit atom. Energi terendah dimulai dari kulit yang diberi nama kulit K, sedangkan energi yang lebih tinggi dengan nama kulit L, M, N, dan seterusnya.Bilangan kunatum azimut menyatakan nama subkulit. Subkulit yang dikenal adalah sebagai berikut.a. Orbital s (sharp).b. Orbital p (principle).c. Orbital d (diffuse).d. Orbital f (fundamental).Ada kemungkinan untuk orbital yang lebih tinggi lagi dinyatakan dengan orbital g, h, i, dan seterusnya.Bilangan kuantum magnetik menyatakan banyaknya or-bital yang terdapat di setiap subkulit, misalnya di subkulit energi p ada tiga orbital px, py, dan pz. Bilangan kuantum spin menyatakan arah putaran elektron pada sumbunya.a. Bilangan Kuantum Utama (n)Untuk menyatakan orbit elektron di kulit tertentu diguna-kan notasi K untuk energi paling rendah. Kemudian, L, M, N, dan sterusnya untuk energi yang lebih tinggi. Setiap kulit hanya dapat diisi oleh sejumlah elektron tertentu. Bagaimana Anda mengetahui bahwa kulit K terdiri atas dua elektron, kulit L maksimal delapan elektron dan berapa lektron maksimal yang dapat mengisi kulit M? Untuk mengetahui hal ini, mari kita pelajari pemba-hasan mengenai bilangan kuantum utama (n) berikut.Bilangan kuantum utama n merupakan bilangan yang bernilai bulat, n = 1, 2, 3, ....Setiap nilai n menyatakan nama kulit tertentu dari atom. Nilai n = 1 menyatakan kulit K, n = 2 menyatakan kulit L, n = 3 menyatakan kulit M, n = 4 menyatakan kulit N, dan seterusnya.Banyaknya elektron maksimal yang dapat mengisi setiap kulit dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut.
256Fisika untuk SMA/MA kelas XII ; dengan n = 1, 2, 3, ....Misalnya, untuk kulit L, n = 2. Jumlah maksimal elektron yang mengisi kulit L adalah 2 × 22 = 8 elektron. Cara yang sama dapat dicari jumlah maksimal elektron pada kulit-kulit yang lain.Menurut teori Bohr besarnya momentum sudut elek-tron sama dengan tetapan Planck dikalikan bilangan bulat atau secara matematis dapat ditulis persamaannya sebagai berikut. atau Keterangan:r = jari-jari orbit elektron (m)v = kecepatan orbit elektronn = bilangan bulath = tetapan Planck ( Js)m = massa elektron (kg)Nilai n sesuai dengan nama kulitnya.b. Bilangan Kuantum Orbital Bilangan kuantum orbital yang disebut juga bilangan kuan-tum azimut menggambarkan bentuk orbital elektron. Nilai l bergantung pada nilai bilangan kuantum utama n yaitu:l bernilai 0, 1, 2, ..., n-1Masing-masing kulit atom memiliki subkulit yang ditun-jukkan oleh adanya bilangan kuantum orbital ini.Masing-masing orbital l itu memiliki nama dan bentuk ter-tentu. Nama orbital yang dinyatakan oleh nilai l adalah:l = 0 dinamakan subkulit sAtom Na memiliki II elektron. Tentukan jumlah kulit dan jumlah elektron yang terdapat dalam setiap kulit!Jawab:Berdasarkan konfigurasi elektron, kulit K memiliki 2 elektron, kulit L memliki 8 elektron, dan 1 elektron menempati kulit M. Jadi, ada tiga kulit untuk atom natrium.Contoh Soal 6.1
257Fisika AtomTentukanlah orbital yang terdapat di kulit L dan besarnya momentum sudut elektron pada orbital tersebut!Jawab:Diketahui: Untuk kulit L n = 2l= 0, ..., (2–1) = 0, 1Tentukan sudutnya adalahContoh Soal 6.2l = 1 dinamakan subkulit pl = 2 dinamakan subkulit dl = 3 dinamakan subkulit fBilangan kuantum orbital dikenal juga dengan nama bil-angan kuantum momentum sudut. Jika diketahui bilangan kuantum orbital l maka momentum sudut elektron dapat dicari dengan menggunakan persamaanl = 0, 1, 2, ...., n-1c. Bilangan Kuantum MagnetikNilai bilangan kuantum magnetik bergantung pada nilai bilangan kuantum orbital (l) yaitu:Jadi, ml memiliki nilai dari – l sampai lSebagai contoh, untuk Pada penjelesan sebelumnya telah disebutkan bahwa bil-angan kuantum orbital l menyatakan besarnya momentum sudut elektron. Bilangan kuantum megnetik menunjukkan arah vektor momentum sudut. Gambar 6.7(a) orbital s merupakan sebuah bola;(b) orbital p mempunyai bentuk seperti balon yang terpilin dua;(c) orbital d mempunyai bentuk seperti empat balon yang terpilin.
258Fisika untuk SMA/MA kelas XII Gambar 6.8(a) orbital s hanya mempunyai 1 kemungkinan arah;(b) orbital p memiliki 3 kemung-kinan; dan(c) orbital d memiliki s kemung-kinan. Gambar 6.9Bentuk dan kecenderungan arah orbital-orbital.Arah momentum sudut itu ditentukan dengan komponen vektor terhadap sumbu z, yaitu Lz. Nilai Lz ditentukan oleh nilai bilangan kuantum magnetik ml.Bilangan kuantum magnetik juga menggambarkan kecen-drungan kedudukan orbital dalam ruang.Tahukah Anda alasan mengapa bilangan kuantum ml dinamakan sebagai bilangan kuantum megnetik? Dari hasil eksperimen ditemukan bahwa pada saat diletakkan dalam sebuah medan magnetik, spektrum garis atom ter-pisah menjadi garis-garis yang rapat. Terpecahnya garis spketrum menjadi garis-garis rapat oleh medan magnetik disebut efek Zeeman.Peristiwa ini pun menunjukkan bahwa tingkat energi atom pun menjadi terpisah-pisah. Berdasarkan hal tersebut, disimpulkan bahwa energi ato-mik tidak hanya begantung pada bilangan kuantum sama n, tetapi juga bergantung pada bilangan kuantum lain yang dinamakan bilangan kuantum magnetik.
259Fisika Atomd. Efek ZeemanDalam medan magnetik, energi dalam keadaan atomik akan berubah menjadi beberapa subkeadaan jika atom itu berada dalam medan magnetik dan energinya dapat sedikit lebih besar atau lebih kecil daripada keadaan tanpa me-dan magnetik. Gejala ini menyebabkan terpecahnya garis spektrum individual menjadi garis-garis terpisah apabila atom dipancarkan ke dalam medan magnetik, dengan jarak antara garis bergantung dari besar medan tersebut. Terpecahnya garis spektral olehmedan magnetik disebut efek zeeman. Nama ini diambil dari nama seorang ahli fisika berkebangsaan Belanda, Zeeman, yang mengamati efek ini pada 1896. Efek zeeman merupakan bukti yang jelas dari kuantitasi ruang.e. Bilangan Kuantum SpinDi samping bergerak mengelilingi inti atom, elektron juga berputar pada sumbunya. Perputaran (spin) elektron dapat menimbulkan momen magnetik. Ada dua kemung-kinan perputaran yang saling berlawanan arah. Salah satu diberi tanda dengan notasi penulisan anak panah ke atas, sedangkan arah yang lainnya diberi tanda dengan notasi penulisan anak panah ke bawah.Subkulit s hanya memiliki sebuah orbital. Jadi, sub-kulit ini paling banyak hanya dapat memiliki dua elektron. Subkulit p memiliki tiga orbital yaitu px, py, dan pz masing-masing memiliki dua elektron yang arah spinnya ke atas dan ke bawah.Orbital p ini paling banyak memiliki 2, 3, 6 elektron.Elektron dalam subkulit s, p, dan d dapat digambarkan dengan diagram orbital.Benda yang berputar memiliki momentum sudut.Vektor momentum sudut yang berkaitan dengan bilangan kuantum s ini adalah S yang panjangnyaArah momentum sudut ditentukan dengan komponen vektor itu pada sumbu z, yaitu sumbu tegak pada sistem koordinat tiga dimensi.; dengan ms = atau Gambar 6.10Efek Zeeman sebuah spektrum terpecah menjadi tiga spektrum.Gambar 6.11Elektron dalam subkulit s, p, dan d.Gambar 6.12Arah putaran spin dan vektor momentum sudut s.
260Fisika untuk SMA/MA kelas XII 2. Sifat AtomSalah satu kelemahan teori Bohr adalah keterbatasan untuk menjelaskan sifat-sifat atom. Sifat atom yang da-pat diterangkan dengan menggunakan teori Bohr adalah mengenai tingkat energi elektron, misalnya tingkat energi berbagai spektrum.Sifat-sifat suatu unsur dapat diketahui melalui struktur atomnya. Susunan elektron dalam suatu atom dapat dipakai sebagai dasar untuk mengetahui sifat-sifat atom tertentu. Pada sebagian unsur, kulit-kulit atom ada yang terisi elektron dengan penuh dan ada yang tidak penuh. Kulit yang tidak penuh terisi elektron berada pada kulit paling luar. Elektron pada kulit terluar ini dinamakan elektron valensi.Pengisian elektron dimulai dari tingkat energi terendah. Konfigurasi yang matap terdapat pada subkulit yang terisi penuh. Jika subkulit telah terisi penuh, sisa elektron akan mengisi subkulit selanjutnya. Misalnya, ada satu elektron yang mengisi pada subkulit terluar maka elektron ini cend-erung mudah lepas agar atom menjadi stabil.Pelepasan elektron ini dapat terjadi dengan cara berkaitan dengan atom lain.Contohnya, mari kita lihat atom Na yang memiliki kon-figurasiKerjakanlah dalam buku latihanmu.Uji Kemampuan 6.2b. momentum sudut electron dalam arah sumbu Z.4. Tentukan pemisahan Zeeman normal dalam garis spectrum 4916 dari gas raksa ketika ditempatkan dalammedan magnetik 0,3 T.5. Sebuah garis spectrum dengan panjang gelombang 5000 menunjukkan pemisahan Zeeman normal sebesar 1,1 × 10–3. Tentukanlah besar medan magnetiknya.1. Tentukan besranya momentum sudut elektrondari atom hidrogen untuk electron yang menempati orbit M jika diketahui h = 6,63 × 10–34 Js.2. Jelaskan apa yang Anda ketahui tentang:a. bilangan kuantam utama;b. bilangan kuantum orbital;c. bilangan kuantum magnetik;d. bilangan kuantum spin.3. Untuk bilangan orbital l = 3, tentukanlah:a. nilai momentum magnetik, mp yang mungkin;
261Fisika Atom Kulit M terdiri atas subkulit s, p, dan d. Dari konfigu-rasi atom Na tampak hanya ada satu elektron yang mengisi pada kulit M yaitu pada orbital s maka untuk menjadi stabil, atom Na cenderung melepaskan satu elektron ter-luarnya yang terdapat pada kulit M.Sebaliknya jiak pada subkulit terluar kekurangan satu elektron untuk menjadi stabil maka atom ini cenderung mudah menerima satu elektron dari luar.Contohnya, atom 25Mn pada kulit terluarnya yaitu kulit M terisi 15 elektron. Kulit M terisi maksimal 16 elektron, berarti masih kekurangan 1 elektron agar penuh maka atom Mn cenderung menerima satu elektron dari atom lain agar menjadi stabil.Atom Na dan Mn dapat bergabung menjadi molekul yang stabil karena pada masing-masing atom akan memiliki kulit atau subkulit yang terisi penuh oleh elektron. Dari contoh tersebut kita dapat menyimpulkan bahwa atom-atom cenderung untuk memiliki keadaan yang stabil dengan cara melepas atau menerima elektron.Jari-Jari Atom Menurut teori mekanika gelombang, elektron berada dalam suatu daerah yang disebut orbitak. Elektron mengelilingi inti dengan suatu rapat probabilitas tertentu. Penyebaran elektron juga dipengaruhi oleh atom-atom lain yang berdekatan.Marilah kita perhatikan unsur pada periode ketiga da-lam daftar berkala. Meskipun unsur-unsur periode ketiga sama-sama memiliki tiga buah kulit elektron, tetapi dari kiri ke kanan jari-jari atom akan semakin kecil. Hal ini disebabkan oleh semakin banyaknya jumlah proton dan jumlah elektron sehingga tarik-menarik antara inti atom dan elektron-elektron akan semakin kuat. Akibatnya, elektron-elektron lebih dekat ke arah inti. Berarti jari-jari atom akan semakin kecil.Dalam satu golongan dari atas ke bawah maka semakin banyak jumlah elektron semakin banyak pula jumlah kulitnya. Misalnya, periode pertama memiliki satu kulit yaitu kulit K. Kemudian, periode ketiga memiliki dua kulit yaitu kulit K dan L. Semakin banyak jumlah kulit berarti semakin besar jari-jari atomnya.Gambar 6.13(a) Elektron valensi pada atom Na dilepaskan dan diberi-kan ke atom Mn.(b) Atom Mn menerima elektron atom Na.
262Fisika untuk SMA/MA kelas XII 3. Sistem PeriodikSistem periodik unsur-unsur disusun berdasarkan kenaikan nomor atomnya atau berdasarkan urutan jumlah elektron. Ternyata, sistem periodik ini dapat menjelaskan sifat-sifat unsur pada periode dan golongan tertentu dan menjelas-kan mengapa unsur-unsur dalam satu periode memiliki sifat-sifat yang berbeda antara golongan yang satu dan golongan yang lainnya.Prinsip Pauli, aturan Aufbau, dan kaidah Hund sangat membantu untuk memahami keteraturan susunan elektron atau subkulit dalam daftar berkala. Konfogurasi elektron adalah cara penyusunan atau pengaturan elektron dalam suatu atom. Dalam pembahasan ini, kita mencoba mem-buat konfigurasi elektron per subkulit. Dengan konfigurasi elektron tersebut dapat diketahui bilangan kuantum yang berkaitan dan sifat-sifatnya dapat diketahui dari jumlah elektron terluar. Aturan penulisan konfigurasi elektron berdasarkan berikut ini.a. Aturan AufbauPenempatan elektron dimulai dari subkulit yang memiliki tingkat energi yang paling rendah sampai penuh. Setelah itu, dilanjutkan dengan subkulit yang tingkat energinya lebih tinggi dan seterusnya sesuai dengan jumlah elektron yang ada.Perhatikan hubungan bilangan kuantum utama (n) dengan bilangan kuantum azimut (l) yaitu sebagai berikut.Urutan tingkat energi sesuai dengan urutan arah panah 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 5s, 4d, 5p, 6s.Perhatikan cara penulisan konfigurasi elektron berikut:7N : 1s2 2s2 2p312Mg : 1s2 2s2 2p6 3s227Co : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7Cara penulisan ini terlalu panjang sehingga dilakukan penyingkatan berdasarkan konfigurasi gas mulia, yaitu:2 He : 1s210Ne : 1s2 2s2 2p618 Ar : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6Gambar 6.14Diagram konfigurasi pengisian subkulit.
263Fisika AtomDengan demikian konfigurasi elektron di atas disingkat sebagai berikut.7N : 1s2 2s2 2p3 disingkat (He) 2s2 2p312Mg : (Ne) 3s227Co : (Ar) 3d74s2b. Kaidah HundPenempatan elektron pada orbital-orbital p, d, f yang memiliki tingkat energi yang sama (pada subkulit yang sama), masing-masing diisi dengan satu elektron terlebih dahulu dengan arah spin yang sama, kemudian diisi dengan elektron berikutnya dengan arah yang berlawanan.Contoh atau bukan atau bukan d4 ditulis c. Asas Larangan PauliPada 1925 Wolfgang Pauli mengemukakan aturan pengi-sian elektron pada atom yaitu elektron-elektron cenderung akan menempati energi terendah yang masih mungkin da-lam suatu orbital. Oleh karena jumlah elektron maksimum yang dapat mengisi subkulit tertentu terbatas maka Pauli mengemukakan aturan yang dikenal dengan eksklusi asas larangan Pauli, antara lain sebagai berikut.Dalam sebuah atom tidak bolah ada dua elektron yang menempati keadaan yang sama artinya tidak boleh memiliki keempat bilangan kuantum yang sama (n, l, ml, dan ms).Asas ini sangat penting untuk memahami struktur atom apalagi untuk mengkaji sifat-sifat atom berelektron banyak.Coba mari kita lihat pengisian elektron pada atom hidro-gen yang memiliki satu elektron dengan konfigurasi 1s1. Elektron akan menempati tingkat energi terendah yaitu n=1 yang artinya berada pada kulit K. Bilangan kuantum azimutnya berharga l = 0. Bilangan kuantum l = 0 adalah orbitas s. Harga ml dari –l sampai l, karena l = 0 maka ml hanya bernilai nol juga. Elektron memiliki dua kemungki-nan arah putaran yang menyebabkan arah momen magnet Gambar 6.15Bilangan kuantum atom H dan He yang berada dalam bilangan kuantum spin.
264Fisika untuk SMA/MA kelas XII ke atas atau ke bawah. Gaya interaksi yang ada adalah gaya tarik antara elektron dan inti atom.Kemudian, jika kita perhatikan pengisian elektron pada atom helium, terdapat dua elektron pada atomini yang memiliki konfigurasi 2s2, yaitu satu elektron terisi seperti pada pengisian elektron pada atom hidrogen sedangkan satu elektron lagi memiliki ketiga bilangan kuantum sama dengan elektron yang pertama. Hal yang membedakan antara elektron pertama dan elektron kedua adalah bil-angan kuantum spin, salah satu memiliki spin dan yang lain memiliki spin . Antar elektron yang satu dan elektron yang lain timbul gaya tolak-menolak.Unsur-unsur golongan alkali dan alkali tanah keduanya termasuk golongan s karena dalam konfigurasi elektron diakhiri dengan subkulit s. Jari-jari atom yang dimiliki relatif besar dibandingkan dengan unsur-unsur di sebelah kanannya. Dengan adanya elektron terluar ini memberi sifat konduktor listrik yang baik. Kereaktifannya cukup tinggi untuk bereaksi dengan unsur lain terutama dengan unsur golongan halogen karena yang satu mudah melepas elektron dan yang lain memiliki kecendrungan besar untuk menerima elektron. Unsur-unsur golongan p yang baik tidak terisi penuh oleh elektron dalam konfigurasinya terlihat kekurangan elektron untuk memiliki konfigurasi seperti gas mulia. Apabila Anda coba perhatikan golongan halogen, unsur-unsur ini cenderung mudah menangkap elektron untuk membentuk senyawa. Dapat dikatakan unsur-unsur terse-but memiliki kereaktifan yang tinggi dibandingkan dengan unsur golongan p lainnya. Golongan gas mulia memiliki konfigurasi elektron yang sudah penuh pada kulit terluarnya, kecendrungan menangkap atau menerima elektron sangat kecil. Hal ini menyebabkan pada umumnya unsur gas mulia tidak membentuk senyawa dengan unsur lain.4. Energi Ionisasi dan Elektron ValensiDalam pembentukan senyawa ataom akan menerima dan melepaskan elektronnya.Pelepasan dan penerimaan elektron
265Fisika Atomini berhubungan dengan energi, yaitu energi ionisasi dan afinitas elektron.Selainitu, pelepasan dan penerimaan elek-tron berhubungan pula dengan elektron valensi.a. Energi IonisasiJika dalam suatu atom terdapat satu elektron di luar sub-kulit yang mantap maka elektron ini cenderung mudah lepas agar memiliki konfigurasi sepertik gas mulia. Untuk melepaskan elektron terluar ini diperlukan energi.Pengukuran energi ionisasi dilakukan pada unsur dalam keadaan gas. Dalam satu periode semakin banyak elektron dan proton maka gaya tarik-menarik elektron terluar dengan inti makin besar (jari-jari kecil). Akibatnya, elektron sukar dilepas sehingga energi untuk melepas elektron semakin besar berarti energi ionisasi besar. Jika jumlah elektron sedikit seperti unsur yang berada di sebe-lah kiri daftar berkala, karena jari-jarinya besar maka gaya tarik-menarik elektron dengan inti lebih kecil. Akibatnya, energi untuk melepas elektron terluar relatif lebih kecil berarti energi ionisasi kecil. Dari atas ke bawah dalam satu golongan jari-jari atom semakin besar. Hal ini menyebab-kan elektron terluar relatif mudah lepas dibandingkan dengan atom yang berada di atasnya. Berarti dari atas ke bawah dalam satu golongan energi ionisasi berkurang.Gambar 6.16Perulangan sifat pada sistem periodikenergi ionitas semakin besar
266Fisika untuk SMA/MA kelas XII b. Afinitas ElektronAfinitas elektron adalah energi yang terlibat dalam per-istiwa apabila suatu atom menerima elektron dari luar. Atom-atom yang memiliki gaya tarik-menarik antarinti-nya kecil menunjukkan bahwa afinitas elektronnya juga kecil. Hal-hal yang mempengaruhi besar kecilnya afinitas elektron, yaitu jumlah muatan dalam inti, jumlah antarinti, dan jumlah elektron dalam atom. Besarnya afinitas elektron suatuatom tidak sama dengan energi ionisasi karena kedua hal itu bukan proses kebali-kan.Dalam satu golongan dari atas ke bawah harganya semakin kecil dan dalam satu periode dari kiri ke kanan semakin besar.Atom-atom yang semakin mudah menang-kap elektron akan memiliki harga afinitas elektron yang makin besar.Misalnya:• Atom Na memiliki afinitas elektron lebih besar dari-pada atom Rb.• Atom Na memiliki afinitas elektron lebih kecil diband-ingkan atom Mg.c. Elektron ValensiElektron yang berperan dalam menentukan sifat-sifat fisika dan kimia adalah elektron yang berada pada kulit palig luar. Elektron ini biasanya disebut sebagai elektron valensi yang sangat berperan dalam menentukan pembentukan senyawa. Adapun untuk kulit yang penuh, elektronnya tidak turut serta dalam menentukan sifat-sifat tersebut.Dari daftar berkala terlihat dalam satu golongan atom-atom tersebut memiliki elektron valensi yang sama. Misalnya, atom Li yang memiliki n = 2 yang berarti ter-dapat kulit K dan kulit L. Untuk kulit K memiliki l = 0, ml= 0 dan orbitas s. Pada n = 2, l = 0 dan 1, l = 0 nilai ml = 0 orbital yang bersesuaian adalah s dan untuk l = 1 harga ml = -1, 0, +1 orbital yang bersesuaian adalah orbital pyang terdiri dari orbital px, py, dan pz. Akan tetapi, karena jumlah elektron pada atom Li hanya tiga maka dua elek-tron mengisi kulit kulit K dan satu elektron lagi mengisi orbital 2s pada kulit L yang memiliki spin atau .
267Fisika AtomKita perhatikan unsur Na yang memiliki 11 elektron.Dari konfogurasi elektronnya diperoleh n = 3 yang menandai adanya kulit K, L, dan M. Dua elektron menempati kulit K, 8 elektron menempati kulit L, dan 1 elektron menempati kulit terluar yaitu kulit M. Elektron di kulit M berada pada orbital s memiliki spin atau spin . Agar lebih memahami lagi perhatikan uraian berikut.3Li 1s2 2s1n = 2 terdiri dari:kulit K kulit L l = 0 l = 0 l = 1 ml = 0 ml = 0 ml = –1, 0, 1orbital s orbital s orbital p1s2 2s211Na 1s2 2s2 2d6 3s1n = 3 terdiri:kulit K kulit L l = 0 l = 0 l = 1ml = 0 ml = 0 ml = -1, 0, 1orbital s orbital s orbital p 1s2 2s2 2p6kulit M l = 0 l = 1 l = 3 ml = 0 ml = -1, 0, 1 ml = -2, -1, 0, 1, 2orbital s orbital s orbital p 3s1
268Fisika untuk SMA/MA kelas XII Kerjakanlah dalam buku latihanmu.Uji Kemampuan 6.31. Sebuah eektron mengalami transisi dari n = 3 deret Balmer spketrum atom hidrogen. Cepat rambat cahaya c = 3 × 108 m/s, konstanta Rydberg R = 1,097 × 107 m-1 dan konstanta Planck h = 6,62 × 10-34 Js. Tentukan: a. panjang gelombang; b. fekuensi;c. energi foton yang dipancarkan pada transisi tersebut. 2. Elektron pindah dari lintasan n =4 ke intasan n =2. Berapa persentase perubahan energi kinetikelektron?3. Elektron berpindah lintasn dari nA = 1 ke nB = 3 karena ada sejumlah energi yang diterima, kemudian electron secara spontan pindah ke keadaan dasar.Tentukanlah: a. energi; b. frekuensi;c. panjang gelombang foton yang dipancarkan pada saat perpindahan spontan.4. Hitung energi ionisasi atom yang berada pada tingkat energiketiga. Hiutng juga potensial ionisasinya.Menurut Thomson, Atom terdiri atas atas bahan bermuatan positip dan elektron yang bermuatan negatip yang tersebar merata dalam muatan postip tersebut. Model atom menurut Rutherford;atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positip dan elektron yang bermuatan negatip dan bergerak mengelilingi inti, bagaikan planet-planet mengelilingi matahari pada tata surya Kelemahan teori atom Rutherford sebagai berikut :a. Elektron mengelilingi inti sambil memancarkan gelombang elektromagnetik sehingga lintasannya selalu mengecil dan elektron dapat jatuh ke dalam inti.b. Tidak dapat menjelaskan terjadinya spektrum garis yang dipancarkan oleh atom hidrogen.Model atom Bohr merupakan penyempurnaan dari model atom Rutherford. Menurut Bohr, Atom terdiri atas inti dan elektron-elelektron bergerak mengitari inti dalam orbit-orbit yang bersifat dikrit dan stasioner. Berikut ini adalah teori atom Bohr.a. Elektron-elektron bergerak mengelilingi inti pada lintasan tertentu yang disebut kulit atau Ringkasantingkat energi.padalintasan ini, elektrontidak memancarkan energi.b. Elektron dapat berpindah dari lintasan yang satu ke lintasan yang lainnya.Jika electron berpindah ke lintasan yang lebih luar, elektron menyerap energi. Sebaliknya, jika elektron berpindah ke lintasan lebih dalam, elektron melepaskan energi.Berikut ini adalah kelemahan teori atom Bohr:a. Teori atom Bohr tidak dapat menjelaskan tentang struktur halus.b. Untuk atom berelektron banyak, teori atom Bohr tidak cocok lagi sebab bohr mengabaikan gaya totolak-menolak antar elektron yang satu dan elektron yang lain.c. Perbedaan sifat-sifat antara unsur yang satu dan unsur yang alin tidak cukup diterangakn dengan teori atom Bohr.d. Model atom bohr melanggar prinsip ketidakpastian yang dikemukakan oleh Heisenberg.Jari-jari lintasan stasioner diberikan oleh persamaan berikut.
269Fisika AtomTingkat Energi elektron diberikan oleh persamaan.Menurut teori Bohr, besarnya momentum sudut elektron adalah tetapan Planck dikalikan bilangan bulat. Secara matematis ditulis sebagai berikut.Panjang gelombang yang dipancarkan oleh elektron jika terjadi transisi dari lintasan luar (nB)kelintasan lebih dalam (nA).deret Lyman nA = 1 dan nB = 2,3,4,-deret Balmer nA = 2 dan nB = 3,4,5,-deret Paschen nA = 3 dan nB = 4,5,6,-deret Bracket nA = 4 dan nB = 5,6,7,-deret Pfund nA = 5 dan nB = 6,7,8,-Ada 4 macam bilangan kuanttum yang dapat menggambarkan keadaan elektron, yitu sebagai berikut.a. Bilangan kuantum utama (n)b. Bilangan kuantum azimut ( l )c. Bilangan kuantum magnetik (ml)d. Bilangan kuantum spin (ms).Bilangan kuantum orbital disebut juga bilnagn kuantum momentum sudut. Jika bilangan kuantum orbital l, momentum sudut elektron dapat dicari dengan persamaan berikut. = 0, 1, 2, ..., n - 1Azas larangan Pauli, menyatakan bahwa dalam sebuah atom, tidak boleh ada dua elekteon yang menempati keadaan kuantum yang sama, artinya elektron tidak boleh mempunyai bilangan kuantum sama.Hal-hal yang mempempengaruhi besar kecilnya afinitas elektron, yaitu sebagai berikut:a. jumlah muatan dalam intib. jarak antarinti, danc. jumlah elektron dalam atom.
270Fisika untuk SMA/MA kelas XII Uji Kompetensi Bab 6A. Pilihlah satu jawaban yang benarc. atom memiliki massa yang tersebar secara meratad. massa atom terpusat di suatu titik yang disebut intie. elektron mengelilingi inti pada lintasan tertentu6. Panjang gelombang foton yang dipancarkan pada perpindahan electron dari tingkat energi E2 = –3,4 eV ke tingkat energi E1 = -13,6 eV (h = 6,63 × 10-34 Js) adalah ....a. 1,21 × 10-9 mb. 1,21 × 10-8 mc. 2,11 × 10-8 md. 1,21 × 10-7 me. 2,11 × 10-7 m7. Salah satu model atom menurut Bohr adalah ....a. elektron bergerak dengan lintasan sta-sionerb. elektron merupakan bagian atom yang bermuatan negatifc. tidak memiliki momentum angulard. atom merupakan bola pejal bermuatan positife. atom tidak dapat dipecah-pecah lagi8. Panjang gelombang dari garis ke-2 deret Paschen adalah .... (R = 1,097 × 107 m-1) a. 1,28 × 10-4 mb. 1,28 × 10-5 mc. 1,28 × 10-6 md. 1,28 × 10-7 me. 1,28 × 10-8 m9. Persamaan panjang menurut gelombang spketrum atom hydrogen menurut deret Lymann adalah ....a. b. 1. Perbandingan antara muatan dengan massa electron adalah 1,7588 × 1011 coulomb/kg. Hal ini diselidiki oleh seorang ahli fisika bernama ....a. Thomsonb. Millikanc. Rutherfordd. John Daltone. W.K. Roentgen 2. Pada model atom Bohr untuk gas hydrogen, perbandingan periode electron yang men-gelilingi inti pada orbit n = 1 dan pada orbit n =2 adalah ....a. 1 : 2b. 2 : 1c. 1 : 4d. 1 : 8e. 1 : 1 3. Salah satu knsep atom menurut Dalton ada-lah ....a. molekul terdiri dari atom-atomb. massa keseluruhan atom berubahc. atom tidak bergabung dengan atom lainnyad. atom tidak dapat membentuk suatu molekule. atom dapat dipecah-pecah lagi4. Elektron dalam sebuah atom hydrogen be-rada pada tingkat eksitasi pertama. KEtika electron tersebut menerima tambahan energi 2,86 eV, electron tersebut akan berpindah ke orbit ....a. n = 2b. n = 3c. n = 3d. n = 5e. n = 65. Percobaan hamburan Rutherford menghasil-kan kesimpulan ....a. atom adalah bagian terkecil dari unsurb. elektron adalah bagian atom yang ber-muatan listrik negatif
271Fisika Atomc. d. e. 10. Berdasarkan model atom Bohr, tetapan Rid-berg adalah 1,097 × 107 m dan cepat rambat gelombang elektromagnet di runag hampa adalah 3 × 108 m/s. Jika terjadi transisi electron dari lintasan n = 4 ke lintasan n = 1, dipancarkan foton dengan frekuensi ....a. 2,47 × 1015 Hz b. 3,08 × 1015 Hzc. 4,62 × 1015 Hzd. 4,94 × 1015 Hze. 6,16 × 1015 Hz11. Jika energi elektron atom hidrogen pada ting-kat dasar -13,6 eV maka energi yang diserap atom hidrogen agar elektronnya tereksitasi dari tingkat dasar ke lintasan kulit M adalah ....a. 6,82 eVb. 8,53 eVc. 9,07 eVd. 10,20 eve. 12,09 eV12. Konfigurasi suatu atom netral 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1Pernyataan yang tidak benar adalah ....a. mudah melepas suatu electronb. termasuk unsur golongan 1Ac. termasuk unsur periode 4d. merupakan unsur blok se. energi ionisasinya relative besar13. Dalam model atom Bohr, energi yang diper-lukan oleh elektron hidrogen untuk pindah dari orbit dengan bilangan kuantum 1 ke 3 adalah (energi dasar = -13,6 eV) ....a. 1,50 eVb. 1,90 eVc. 2,35 eVd. 12,10 eVe. 13,60 eV14. Berikut ini yang masih dapat diterangkan dengan teori atom Bohr adalah ....a. H2b. Li+c. Hed. Li2+e. Li15. Jika elektron berpindah dari kulit M ke kulit K pada atom hidrogen dan R adalah kon-stanta Rydberg maka panjang gelombang yang terjadi besarnya ....a. b. c. d. e. 16. Pernyataan berikut yang sesuai dengan aturan Pauli adalah ....a. tidak mungkin ada dua elektron dalam satu atomb. tidak mungkin ada dua atom memiliki satu electronc. ada sembilan elektron maksimum dapat mengisi kulit Md. ada dua elektron orbital se. tidak mungkin ada dua elektron dalam orbital s atom H17.Elektron atom hidrogen model Bohr men-gelilingi intinya dengan bilangan kuantum n. Jika energi ionisasi atom itu bernilai kali energi ionisasi atom itu dalam keadaan dasarnya maka nilai n itu adalah ....a. 2b. 4c. 8d. 16e. 32
272Fisika untuk SMA/MA kelas XII 18. Untuk l = 3, besar momentum sudut totlanya adalah ....a. b. c. d. e. 19. Dalam model atom Bohr, elektron atom hidrogen yang mengorbit di sekitar inti atom membangkitkan kuat arus listrik rata-rata sebesar 0,8 miliampere pada suatu titikdi orbit lintasannya. Jika besar muatan electron adalah 1,6 × 10-19 coulomb maka jumlah putaran per detik elektron tadi mengelilingi inti adalah ....a. 5 × 1012b. 5 × 1013c. 5 × 1015d. 5 × 1016e. 5 × 101820. Pada model atom Bohr, elektron atom hydro-gen bergerak dengan orbit lingkaran dengan kelajuan 2,2 × 106 m/s. Besarnya arus pada orbit tersebut .... (e = 1,6 × 10-19 C)a. 1,06 pAb. 1,06 nAc. 1,06 Ad. 1,06 mAe. 1,06 AB. Soal UraianJawablah pertanyaan-pertanyaan dibawah ini dengan benar.6. Tuliskan konfigurasi electron atom magne-sium serta jelaskan alasan unsur tersebut tidak digolongkan sebagai golongan gas mulia. 7. Gas mulia manakah yang mengisi penuh subkulit 6p?8. Jelaskan hubungan jumlah electron dan jari-jari atom.9. Unsur transisi apakah yang memiliki kon-figurasi elektron 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d104p6 5s2 4d10 5p5?10. Jelaskan pengertian-pengertian berikut.a. spektrum;b. energi ionisasi;c. afinitas elektron;d. elektron valensi.1. Tentukan panjang gelombang terpendek dan terpanjang atom hidrogen dari deret Lyman.2. Sebutkan kelemahan teori atom menurut:a. Rutherford; b. Bohr.3. Tentukan panjang gelombang foton yang dipancarkan ketika sebuah atom hidrogen mengalami transisi dari n = 5 ke n = 2.4. Bagaimana hubungan antara kuantitasi mo-mentum sudut dan kuantitasi tingkat energi menurut teori atom Bohr?5. Tentukan energi ionisai hidrogen jika panjang gelombang terpendek dalam deret Balmer adalah 3.650 .
273Fisika AtomPhysics in Action Teori Kuantum Niels BohrNiels Bohr menerpakan teori kunatum terhadap model struktur atom Rutherford dengan mengasumsikan bahwa electron-elektron bergerak pada orbit stasioner tertentu akibat adanya momentum angular electron-elektron tersebut. Model ini memungkinkan para ilmuwan untuk menghitung tingkat energi yang mungkin untuk orbit-orbit ini dan menghasilkan sebauh postulat bahwa emisi cahaya terjadi ketika sebuah elektron berpindah ke orbit yang energinya lebih rendah.KasusUntuk atom hydrogen pada orbit Bohr n = 4, jika diketahui k = 9 × 109 dalam SI, e = 1,6 × 10-19 C, massa electron m = 1,9 ×10-31 kg, dan r1= 0,528 , tentukan:a. jari-jari orbit;b. gaya elektron yang bekerja pada elektron;c. gaya sentripetal pada elektron;d. kelajuan elektron.Solusia. Jari-jari orbit untuk n =4 adalah rn = n2r1 atau r4 = 42 × 0,528 = 8,45 = 8,45 × 10-10 m.b. Gaya elektrostatik pada elektron adalah c. Gaya elektrostatik berfungsi sebagai gaya sentripetal sehingga Fs = 3,23 × 10-10 N
274Fisika untuk SMA/MA kelas XII d. Kelajuan electron dihitung dari rumus gaya sentripetal atau sehinggaKelajuan elektron dapat juga dihitung dengan rumus momentum sudut atau sehingga