Halaman
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2131BAB8FISIKA ATOMPada bab ini kitaakan mempelajarifisika atom.Kita mulai denganmempelajari modelatom Thomson dandilanjutkan denganmodel atomRutherford.Selanjutnya kitamempelajari modelatom yang memadu-kan konsep fisikaklasik dengan konsepmekanika kuantum,yaitu model atomBohr.Kita juga belajartentang atomberelektron banyak,yang tidak dapatdijelaskan denganteori atom Bohr.Kita juga akanmempelajariteori atom darisisi mekanikakuantum.Nah, pada akhirnya setelahmempelajari bab ini kita akan dapatmemahami konsep atom danperkembangan teori atom.
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2132GerbangA. AtomTeori atom mengalami perkembangan dari masa ke masa. Istilahatom pertama kali diperkenalkan oleh filsuf Yunani bernama Demokritus.Atom berasal dari kata ”atomos” yang berarti tidak dapat dibagi. Atomterdiri atas proton dan neutron serta sejumlah elektron pada jarak yangagak jauh.Muncullah anggapan bahwa elektron berputar mengelilingi intisebagaimana planet mengelilingi matahari. Tetapi, anggapan ini ditolakoleh teori elektromagnetik klasik. Alasannya adalah anggapan di atasbertentangan dengan keberadaan orbit yang mantap.Untuk mengatasi kesulitan ini Neils Bohr pada tahun 1913mengajukan gagasannya untuk memudahkan gambaran perilaku atom.Meskipun mengandung beberapa kelemahan, Neils Bohr memberikansumbangan yang berarti bagi perkembangan teori atom (lihatpembahasannya pada halaman 135). Sejak akhir abad ke-19 hingga awalabad ke-20 teori atom mengalami perkembangan yang sangat pesat,seiring semakin meningkatnya rasa keingintahuan manusia tentanghakikat atom. Tinjauan atom tidak lagi melalui tinjauan intuitif dan teoritis,tetapi sudah melalui proses pengamatan empiris dan dukungan tinjauanmatematis yang hasilnya sangat mengagumkan.Gambar 8.1 Serpihan kapurAmbillah sepotong kapur kemudian potonglah menjadi dua! Selanjutnya, potongan tersebutpotong lagi menjadi dua, demikian seterusnya. Dapatkah kamu membaginya terus-menerusdengan bantuan alat yang paling teliti sekalipun? Mungkin seperti itulah awal pertanyaan manusiatentang hakikat suatu partikel yang kemudian dikenal dengan atom. Apakah atom itu? Padabab ini kita akan mempelajari teori atom tersebut.Kata Kunci:Teori Atom – Model Atom Thomson, Rutherford, Bohr – Spektrum Atom HidrogenTeori AtomSumber: Dok. CAP
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2133Gambar 8.2 Tabung sinar katodeKatodeAnodeTabung sinarkatodeKetika tekanan udara di dalam tabung sama dengan tekanan udaraluar, pada rangkaian tidak terjadi aliran listrik. Jika tekanan udara di dalamtabung dikurangi sedikit demi sedikit, pada rangkaian terjadi aliran listrikyang disertai nyala sinar. Jika tekanan udara di dalam tabung mendekatihampa maka tabung yang dilapisi seng sulfida (ZnS) akan berpendar.Berpendarnya ZnS disebabkan oleh sinar tidak tampak yang memancardari katode. Sinar ini dikenal sebagai sinar katode. Penerapan sinar katodebanyak digunakan pada layar televisi, layar komputer, CRO(Oscilloscope), dan layar radar. Sifat sinar katode adalah sebagai berikut.1. Sinar katode merambat menurut garis lurus.2. Memendarkan seng sulfida dan barium platinasianida.3. Terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif.4. Menghasilkan panas.5. Menghitamkan pelat foto.6. Menyimpang dalam medan magnetik.7. Menyimpang dalam medan listrik.8. Menghasilkan sinar–X.Penemuan sinar katode menarik perhatian para ilmuwan, salahsatunya adalah Sir Joseph John Thomson. Thomson kemudianmengembangkan penelitian tentang sinar katode. Penelitian sinar katodeoleh Thomson dilakukan dengan menggunakan tabung yang dilengkapimedan listrik dan medan magnetik. Berdasarkan hasil penelitiannya,Thomson menyatakan bahwa sinar katode adalah partikel bermuatannegatif yang bergerak dari katode menuju anode. Partikel ini selanjutnyadisebut elektron. Penelitian yang dilakukan oleh Thomson tersebutmembawanya pada teori tentang model atom.B. Sinar Katode dan Model Atom ThomsonPada akhir abad ke-19 para ahli melakukan penelitian tentang aliranlistrik di dalam tabung yang dilengkapi dengan dua elektrode yang terpisahsatu sama lain dan dihubungkan dengan beda potensial 10.000 volt.Perhatikan gambar 8.2 di bawah! Elektrode yang terhubung dengan kutubpositif disebut anode, sedangkan yang terhubung dengan kutub negatifdisebut katode. Tabung ini juga dilengkapi dengan pemompa udara keluarsehingga tekanan udara dapat diatur.
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2134ModelAtomThomsonGambar 8.3 Model atomThomsonThomson mengajukan hipotesis bahwaatom merupakan bola homogen bermuatanpositif dengan elektron yang bermuatan negatiftersebar di dalamnya. Perhatikan gambar 8.3di samping! Model atom yang diajukanThomson menyerupai kue kismis, sehinggamodel atom Thomson dikenal sebagai modelatom kue kismis.C. Model Atom RutherfordModel atom Thomson masih memerlukan pengujiansecara eksperimental. Pada tahun 1911 Hans William Geigerdan Ernest Marsden di bawah pengawasan Ernest Rutherfordmelakukan percobaan hamburan sinar alfa untuk mengujikebenaran hipotesis Thomson. Mereka menggunakanpemancar partikel alfa di belakang layar timbal yangberlubang kecil sehingga dihasilkan berkas partikel alfa yangtajam. Berkas ini diarahkan pada selaput emas tipis. Padasisi lain dipasang layar berlapis seng sulfida (ZnS) yang dapatberpendar bila tertumbuk partikel alfa. Perhatikan gambar 8.4berikut!Sebaiknya TahuErnest Rutherford lahir diSelandia Baru pada tahun1871. Ia mendapatkan peng-hargaan hadiah Nobel dibidang kimia pada tahun1919. Penemuannya yangpenting adalah mengenaihamburan sinar alfa olehselaput logam, serta pelu-ruhan inti nitrogen menjadiinti oksigen dengan mele-paskan proton.Gambar 8.5 Ernest RutherfordRep. www.atomicarchive.comDetektorGambar 8.4 Bagan percobaan partikel alfa yang dilakukan oleh Geigerdan MarsdenSumberpartikel alfaTPartikel alfaLayar berlapis ZnSSelaput emasKolimator timbalJika model atom Thomson benar maka partikel alfa akanmudah menembus atom-atom bahan selaput emas. Hasileksprimen tersebut menunjukkan bahwa sebagian partikelalfa dihamburkan dengan sudut hamburan yang cukup besar,bahkan ada yang terpantul. Sebagian besar partikel alfalainnya diteruskan tanpa hamburan. Hasil ini menunjukkanbahwa model atom Thomson tidak benar.Berdasarkan hasil percobaan tersebut Rutherfordmengemukakan model atom lain. Rutherford menyatakanbahwa atom terdiri atas inti bermuatan positif dan elektronyang bergerak mengelilinginya. Model atom Rutherfordditunjukkan pada gambar 8.6 di samping.RGambar 8.6 Model atomRutherford+-
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2135Gambar 8.7 Pendekatanfisika klasik untuk menen-tukan kecepatan elektronFcFer+-Ada dua kelemahan pada model atom Rutherford meskipunRutherford dapat menjelaskan hasil percobaannya.1. Rutherford menyatakan bahwa elektron bergerak mengelilingi intiatom. Berdasarkan teori elektrodinamika elektron seharusnyamemancarkan gelombang elektromagnetik. Akibatnya elektronkehilangan energi sehingga lintasannya semakin lama semakin kecildan akhirnya menempel pada inti. Kenyataannya elektron tidak pernahjatuh ke inti.2. Rutherford tidak dapat menjelaskan spektrum atom hidrogen yangbersifat diskret. Menurut teori Rutherford, spektrum atom seharusnyabersifat kontinu.D. Model Atom BohrPada tahun 1913 Neils Bohr (1885–1962) mengemukakan model atomyang memadukan konsep fisika klasik seperti yang dikemukakan olehRutherford dengan konsep mekanika kuantum Planck dan Einstein.Neils Bohr mengemukakan bahwa atom ternyata menyerupai sistemtata surya mini dengan elektron-elektron mengitari inti atom seperti planetmengitari matahari. Jika sistem tata surya tidak runtuh karena tarikangravitasi antara matahari dengan tiap planet maka atom juga tidak runtuhkarena gaya elektrostatik (gaya Coulomb) antara inti dan tiapelektron. Model atom yang dikemukakan Bohr dilandasi oleh duapostulat.1. Elektron dapat mengelilingi inti tanpa harus memancarkangelombang elektromagnetik jika berada dalam orbit yangmemiliki kelipatan bulat panjang gelombang elektron.Kita tinjau elektron yang berada pada orbit di sekitar intihidrogen. Perhatikan gambar 8.7 di samping! Kecepatanelektron pada orbit kita dekati dengan konsep fisika klasikberikut.Fsentripetal = FcoulombSHmverr22201=4SHevmr220=4SHev mr0=4. . . (8.1)Panjang gelombang elektron menurut De Broglie adalah:Ohmv=. . . (8.2)Dengan memasukkan persamaan 8.1 ke persamaan 8.2serta memasukkan jari-jari lintasan elektron atom hidrogensebesar 5,3 . 10–11 m kita peroleh:ModelAtomRutherfordv
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2136SHO04rhem. . . (8.3)SO1211341931..4 (8,85 10)5,3.106,626 10..1,602 109,1 10O= 33 . 10–11 mPanjang gelombang tersebut ternyata sama dengan keliling orbitelektron yaitu:2Sr = 33 . 10–11 mHal ini dapat diamati pada gambar 8.8 berikut.Gambar 8.8Lintasan elektron untukO= 2SrGelombang elektronLintasan elektronOSyarat kemantapan orbit elektron akan terpenuhi jika:nO = 2Srn. . . (8.4)Keterangan:O: panjang gelombang elektron (m)rn: jari-jari orbit yang mengandung n panjang gelombang (m)n: bilangan kuantumJika persamaan 8.3 kita substitusikan ke persamaan 8.4 makaakan kita peroleh:HS2202nnhrme. . . (8.5)Jari-jari orbit terdalam disebut jari-jari Bohr dan dinyatakansebagai ao.Dari persamaan 8.5 besarnya jari-jari Bohr dapatditentukan sebagai berikut.ao = r1 = 5,292 . 10-11mSedangkan jari-jari orbit lain dapat kita nyatakan:rn = n 2ao. . . (8.6)Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh soal berikut!
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2137Contoh SoalTentukan jari-jari orbit dari kecepatan elektron yang berada pada n = 3!Penyelesaian:Diketahui:n=3e0= 8,85 . 10–12 F/mme=9,1 . 10–31 kga0= 5,292 . 10–11 me=1,6 . 10–19 CDitanyakan:r3= . . . ?v= . . . ?Jawab:r3=n2a0 = 32. 5,292 . 10–11 = 9 . 5,292 . 10–11 = 47,628 . 10–11 mv=HS04 e m rv=S19123112.1,6 10...4 (8,85 10) (9,1 10 ) (47,628 10)v=1955.1,6 10.48176,655 10v=1926.1,69 10.6,96 10v= 0,24 . 107v= 24 . 105 m/s2. Elektron berpindah dari satu orbit ke orbit lain dengan memancarkanatau menyerap energi. Jika elektron berpindah ke tingkat energi yanglebih rendah, elektron akan memancarkan foton. Sebaliknya, jikaelektron berpindah ke orbit yang lebih tinggi, elektron akan menyerapenergi. Setiap orbit bersesuaian dengan energi elektron yang berbeda-beda. Energi (En) yang bersesuaian dengan jari-jari orbit (rn) disebuttingkat energi.Besarnya energi elektron dinyatakan sebagai berikut.SH20n8neEr. . . (8.7)Jika persamaan 8.5 disubstitusikan pada persamaan 8.7, kita peroleh:H§· ̈ ̧©¹412222018nEmeEhnn. . . (8.8)
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2138Gambar 8.9 (a) Transisi elektron dari keadaan rendah ke tinggi dengan menyerapenergi dan (b) transisi elektron dari keadaan tinggi ke rendah dengan melepas energi(a)(b)E1 adalah tingkat energi terendah yang juga disebut keadaan dasardari atom tersebut. Untuk atom hidrogen besarnya adalah -13,6 eV.Sedangkan E2, E3, E4, . . .En disebut keadaan eksitasi. Saat n = f,harga fE = 0. Pada keadaan ini elektron tidak lagi terikat oleh inti atom.Energi yang diperlukan untuk membebaskan elektron dari atomdisebut energi ionisasi. Besarnya energi ionisasi pada atom hidrogenadalah 13,6 eV. Energi kinetik suatu elektron dapat diketahui denganmenggunakan rumus berikut.Ek= 12m.v2 = 12SH20n8erEnergi potensial listrik suatu elektron dapat ditentukan denganrumus berikut.Ep= SHSH§· ̈ ̧©¹eeerr20n0n.(- ) -8= 8Sekarang kita tinjau transisi elektron pada atom hidrogen darikeadaan awal (Ei) ke keadaan akhir (Ef). Besarnya energi foton yangdiserap atau dilepas pada peristiwa ini dinyatakan sebagai:§·§· ̈ ̧ ̈ ̧ ̈ ̧ ̈ ̧ ̈ ̧ ̈ ̧©¹©¹ ififf iEE EEnnnn1122221111. . . (8.9)dengan E1 =-13,6 eV dan 1 eV = 1,6 . 10–19 joule.Dari konsep foton kita dapatkan bahwa besarnya energi fotondinyatakan sebagai:O= hcEhfDengan demikian panjang gelombang foton yang dipancarkanatau diserap pada transisi elektron tersebut adalah:O§· ̈ ̧©¹finnch122E111- = . . . (8.10)Gambar 8.9 menunjukkan transisi elektron pada atom hidrogen.
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2139Agar kamu lebih memahami materi di atas, simaklah contoh soalberikut kemudian kerjakan pelatihan di bawahnya!Contoh SoalTentukanlah energi yang dilepas dan panjang gelombang foton yang dipancarkanelektron ketika bertransisi dari keadaan n = 3 ke keadaan dasar!Penyelesaian:Diketahui:ni= 3nf= 1Ditanyakan:'E= . . .?O= . . .?Jawab:Energi yang dilepas foton:'E = -13,6 §· ̈ ̧©¹1191 = 12,09 eV = 1,93 . 10-18 joulePanjang gelombang foton:'OchE8-34-7.-18...3 10 6,6 101,03 10103 nm.1,93 10-mKerja MandiriKerjakan soal berikut dengan tepat!1. Sebut dan jelaskan kelemahan teori model atom Thomson danRutherford!2. Tentukan energi yang dilepas dan panjang gelombang foton yangdipancarkan elektron ketika bertransisi dari:a.n = 2 ke n = 1, danb.n = 4 ke n = 1.E. Spektrum Atom HidrogenRadiasi foton yang dipancarkan elektron atom hidrogen yangbertransisi (tereksitasi) hanya memiliki panjang gelombang tertentu.Panjang gelombang ini bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhirelektron atau dengan kata lain bergantung pada bilangan kuantum awal(ni) dan akhir (nf). Berdasarkan keadaan ini terdapat lima deret spektrumhidrogen, yaitu:
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 21401. Deret LymanDeret Lyman merupakan deret ultraviolet. Deret Lyman terjadijika elektron berpindah dari lintasan luar menuju lintasan n = 1. Secaramatematis panjang gelombang deret Lyman dirumuskan:O§· ̈ ̧©¹iEnch122111-1. . . (8.11)Keterangan:ni = 2, 3, 4, . . .2. Deret BalmerDeret Balmer merupakan deret cahaya tampak. Deret Balmerterjadi jika elektron berpindah dari lintasan luar menuju lintasan n = 2.Panjang gelombang deret Balmer dapat ditentukan dengan rumusberikut.O§· ̈ ̧©¹iEnch122111-2. . . (8.12)Keterangan:ni = 3, 4, 5, . . .3. Deret PaschenDeret Paschen merupakan deret sinar inframerah pertama. DeretPaschen terjadi ketika elektron berpindah dari lintasan luar menujulintasan n = 3. Panjang gelombang deret Paschen dirumuskan:O§· ̈ ̧©¹iEnch122111-3. . . (8.13)Keterangan:ni = 4, 5, 6, . . .4. Deret BrackettDeret Brackett merupakan deret inframerah kedua. Deret ini terjadisaat elektron berpindah dari lintasan luar ke lintasan n = 4. Panjanggelombang deret Brackett adalah:O§· ̈ ̧©¹iEnch122111-4. . . (8.14)Keterangan:ni = 5, 6, 7, . . .5. Deret PfundDeret Pfund merupakan deret inframerah ketiga. Deret Pfundterjadi jika elektron dari lintasan luar berpindah ke lintasan n = 5.Panjang gelombang deret ini ditentukan dengan rumus:O§· ̈ ̧©¹iEnch122111-1. . . (8.15)Keterangan:ni = 6, 7, 8, . . .
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2141Besaran Ech1- disebut konstanta Rydberg dan disimbolkan sebagaiR, yang harganya adalah 1,097 . 10 7 m-1. Lima deret spektrum hidrogenditunjukkan oleh gambar 8.10 berikut.n = fn = 5n = 4n = 3n = 2n = 1Gambar 8.10 Lima deret spektrum atom hidrogenDeret LymanDeret BalmerDeret PaschenDeret BrackettDeret PfundUntuk dapat menerapkan penggunaan rumus-rumus di atas,perhatikan contoh soal berikut!Contoh SoalBerapakah panjang gelombang minimum pada deret Balmer?Penyelesaian:Diketahui: nf = 2Ditanyakan: Omin = . . .?Jawab:Pada deret Balmer berlaku nf = 2. Panjang gelombang minimum akan terlihat padani = f.mO§· ̈ ̧f©¹7-821..1,097 103,65 10112Kamu tentu sudah dapat menentukan panjang gelombang masing-masing deret spektrum, bukan? Sekarang, kerjakan pelatihan berikut!Kerja BerpasanganKerjakan bersama teman sebangkumu!Tentukan panjang gelombang maksimum dan minimum pada deret:1. Lyman2. Balmer3. Paschen4. Brackett5. Pfund
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2142F.Atom Berelektron Banyak1. Bilangan KuantumMeskipun teori atom Bohr secara akurat dapat menjelaskanspektrum garis pada atom hidrogen dan atom helium yang terionisasi,tetapi teori ini tidak dapat menjawab apa yang ditunjukkan oleh analisisspektrum yang lebih teliti. Pada analisis tersebut ditemukan adanyaspektrum garis yang lebih halus yang letaknya sangat berdekatandengan atom berelektron banyak.Hal lain yang tidak dapat dijawab oleh teori atom Bohr adalahkompleksnya spektrum yang dihasilkan oleh atom berelektronbanyak, yaitu atom yang tidak cukup ditentukan hanya denganbilangan kuantum utama (n).Pendekatan teori atom Bohr tidak mampu memberikan jawabanyang memadai pada kasus-kasus atom berelektron banyak. Teoriatom Bohr itu akhirnya dilengkapi oleh tinjauan mekanika kuantum.Tinjauan mekanika kuantum ternyata mampu memberikan jawabanatas kelemahan teori Bohr.Dalam tinjauan mekanika kuantum dikenal empat bilangankuantum yaitu:a. Bilangan Kuantum Utama (n)Bilangan kuantum utama menunjukkan tingkat energielektron pada suatu orbit. Bilangan ini berharga n =1, 2, 3 . . . .Tinjauan bilangan kuantum utama pada mekanika kuantum samadengan tinjuan pada teori atom Bohr. Untuk atom berelektronbanyak dengan nomor atom Z tingkat energi elektronnya padasuatu orbit dinyatakan sebagai:2213,6eVnZEn. . . (8.16)Kedudukan tingkat energi dinyatakan dengan kulit (shell)yaitu K untuk n = 1, L untuk n = 2, M untuk n = 3, dan seterusnya.b. Bilangan Kuantum Orbital (""""")Bilangan kuantum orbital menunjukkan besarnya momentumsudut orbital elektron. Nilai bilangan kuantum orbital adalah "=0, 1, 2, 3 . . ., n-1.Besarnya momentum sudut orbital elektron dinyatakansebagai:"" !L= ( + 1). . . (8.17)Keterangan:L: momentum sudut orbital (J.s)": bilangan kuantum orbital!: konstanta Planck (S!h2)BilanganKuantumOrbitalBilanganKuantumUtama
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2143Keadaan momentum sudut orbital elektron mempunyaispesifikasi seperti ditunjukkan oleh tabel 8.1.Tabel 8.1 Spesifikasi momentum sudut orbital elektronBilangankuantumorbital (")01 2 3 456. . . .SimbolspdfghiSeterusnyaurut abjadBilanganKuantumMagnetikKeterangan:Simbol-simbol s, p, d, dan f merupakan spesifikasi hasil eksperimen dari spektrumyang artinya masing-masing sharp (tajam), principal (utama), diffuse (kabur), danfundamental (pokok). Simbol ini disepakati sebelum teori atom dikembangkan.c. Bilangan Kuantum Magnetik (m""""")Bilangan kuantum magnetik menunjukkan kuantisasi ruangmomentum sudut elektron. Elektron yang mengelilingi inti dapatkita tinjau sebagai arus kecil dengan dwi kutub magnetik. Elektronatomik yang memiliki momentum sudut berinteraksi denganmedan magnetik eksternal yang dianggap sebagai vektor medanmagnetik B. Bilangan kuantum magnetik menunjukkan spesifikasiarah Ldengan menentukan komponen arah L yang searah medanmagnetik. Peristiwa inilah yang disebut sebagai kuantisasi ruang.Sekedar contoh, jika arah medan magnetik pada sumbu Zmaka besarnya medan magnetik dalam arah sejajar sumbu inidinyatakan sebagai berikut.Lz = m"h. . . (8.18)Harga m" dinyatakan dengan 0, ±1, ±2, ±3, . . .±".Gambar berikut menunjukkan kuantisasi ruang sudut elektronuntuk " = 2.m" = 2m" = 1m" = 0m" = -1m" = -2Lz2!!-!-2!0Efek ZeemanJika suatu atom diletakkan pada medan magnetik makaspektrum garis yang dihasilkannya akan terpecah menjadi garis-garis spektral. Hal ini terjadi karena dalam medan magnetik, tingkatenergi suatu atom terpecah menjadi beberapa subkeadaansesuai dengan harga m". Peristiwa ini disebut efek Zeeman. NamaGambar 8.11 Contoh kuantisasi ruangsudut elektron untuk " = 2. . . .
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2144ini diberikan sebagai penghargaan kepada Pieter Zeeman (1865–1943). Efek Zeeman merupakan bukti terhadap adanya kuantisasiruang. Ilustrasi peristiwa efek Zeeman ditunjukkan oleh gambarberikut.Tanpa medan magnetikm"= 2m"= 1m"= 0m"= -1m"= -2Gambar 8.12 Efek ZeemanTerdapat medan magnetik"= 1m"= 1m"= 0m"= -1"= 2Efek Zeeman ada 2 macam, yaitu efek Zeeman normal danefek Zeeman tidak normal. Pada efek Zeeman normal, sebuahgaris spektrum terpisah menjadi tiga komponen. Sedangkan padaefek Zeeman tidak normal, sebuah garis spektrum dapat terpisahmenjadi lebih dari tiga komponen.d. Bilangan Kuantum Spin (ms)Selain bergerak mengelilingi inti, elektron juga berputar padasumbunya (melakukan gerak rotasi) sehingga mempunyaimomentum sudut. Gerak rotasi ini disebut spin. Elektron yangmelakukan gerak rotasi mempunyai sifat magnetik. Jika elektronberada dalam medan magnetik luar akibat pengaruh medanmagnetik tersebut maka arah rotasi elektron bersifat searah atauberlawanan arah dengan medan magnetik luar. Untukmenyatakan keadaan ini digunakan bilangan kuantum spin (ms).Untuk spin yang searah medan magnetik luar diberi harga +12dan untuk yang berlawanan arah diberi harga -12.2. Konfigurasi ElektronBukalah daftar sistem periodik unsur-unsur! Perhatikanlahbagaimana unsur-unsur tersebut dikelompokkan! Bagaimanapenataan konfigurasi elektronnya?Beberapa hal yang perlu kita jadikan pegangan dalam me-nentukan konfigurasi elektron antara lain sebagai berikut.a. Prinsip Larangan PauliPada tahun 1925 Wolfgang Pauli merumuskan keadaanelektron yang dikenal dengan prinsip larangan Pauli. Paulimenyatakan bahwa tidak ada dua buah elektron dalam suatuatom yang mempunyai empat bilangan kuantum yang sama.PrinsipLaranganPauliBilanganKuantumSpin
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 21452818Konsekuensi prinsip larangan Pauli terhadap struktur atomadalah:1) jumlah maksimum elektron pada bilangan kuantum utama nadalah 2n 22) jumlah maksimum bilangan kuantum orbital" adalah 2(2" + 1)Tabel 8.2 berikut ini adalah contoh susunan elektron dalamatom berdasarkan prinsip di atas.Tabel 8.2 Contoh Susunan Elektron dalam Atom SesuaiPrinsip Larangan Paulin"m"""""msJumlah Elektron100+12-12200+12-121-1+12-120+12-121+12-12300+12-121-1+12-120+12-121+12-122-2+12-12
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2146-1+12-120+12-121+12-122+12-12b. Kaidah Dasar Struktur Konfigurasi ElektronSebelum kita menentukan susunan konfigurasi elektron padasuatu atom, perlu kita perhatikan kaidah dasar dalam konfigurasielektron. Kaidah dasar dalam menentukan struktur konfigurasielektron pada atom berelektron banyak adalah sebagai berikut.1. Sebuah sistem akan stabil bila energi totalnya minimum.2. Hanya ada satu elektron yang dapat berada dalam keadaankuantum tertentu (ingat prinsip larangan Pauli).Misalnya konfigurasi elektron natrium dengan nomor atom11 dituliskan sebagai:1s2 2s2 2p6 3s1Ini berarti:1. Pada subkulit 1s (n = 1, "= 0) dan 2s (n = 2, " = 0) masing-masing terisi dua elektron.2. Pada subkulit 2p (n = 2, "= 1) berisi 6 elektron3. Pada subkulit 3s (n = 3, " = 0) berisi 1 elektron
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2147Kerja KelompokTabel 8.3 menunjukkan contoh konfigurasi elektron untukbeberapa unsur.Tabel 8.3 Mekanisme konfigurasi elektronUnsurKL MNO1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4d 4f5s 5p 5d 5f1H12He23Li214Be225B2216C2227N2238O2249F22510Ne22611Na226112Mg226213Al2262 114Si2262 215P2262316S2262417Cl2262 518Ar2262 619K22626-1*20Ca2262 6 -2*21 Sc2262 6 12*Keterangan:Perhatikan bahwa sesuai kaidah pertama, pada unsur K, Ca, dan Sc pada tabel 8.3subkulit 4s akan terisi lebih dahulu daripada 3d! Hal ini karena tingkat energi 4s lebihrendah daripada 3d.Kerjakan soal berikut bersama kelompokmu!1. Tentukan konfigurasi elektron dan tingkat energi elektron terluardari atom-atom berikut!a.28Nib.39Yc.55Ced.79Aue.92U2. Bukalah daftar sistem periodik unsur!
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2148Rangkuman1. Atom berasal dari bahasa Yunani yaitu ’atomos’ yang berarti tidak dapat dibagi.2. Sinar katode adalah sinar yang terjadi akibat perpindahan elektron dari katode didalam tabung hampa dengan beda potensial yang sangat tinggi.3. Teori atom Bohr dilandasi oleh dua postulat, yaitu:a. Elektron bergerak mengelilingi inti pada suatu orbit dengan tingkat energi tertentuyaitu sebesar:2213,6nZEeVnb. Elektron dapat berpindah dari satu orbit ke orbit lain dengan melepas ataumenyerap energi.4. Teori atom modern dilandasi oleh mekanika kuantum dan dikenal empat bilangankuantum, yaitu:a. bilangan kuantum utama (n)b. bilangan kuantum orbital (")c. bilangan kuantum magnetik (m")d. bilangan kuantum spin (ms)5. Prinsip larangan Pauli mengatakan bahwa tidak ada dua elektron pada suatu orbitmemiliki empat bilangan kuantum yang sama.3. Perhatikan susunan konfigurasi elektron pada masing-masingatom tersebut di atas!4. Diskusikan hasil temuan itu dengan teman sekelompokmu!5. Presentasikan di depan kelas hasil diskusimu tersebut!
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2149Soal-soal Uji KompetensiA.Pilihlah satu jawaban yang paling tepat!1. Pernyataan berikut merupakan sifatsinar katode, kecuali . . . .a. sinar katode merambat menurutgaris lurus di udarab. sinar katode merupakan partikel-partikelc. dipengaruhi oleh medan listrik danmedan magnetikd. dihasilkan pada tabung hampae. tidak dapat melewati udara biasapada tegangan tinggi2. Bilangan kuantum yang menunjukkankuantisasi momentum sudut elektrondisebut bilangan kuantum . . . .a. utamab. orbitalc. magnetikd. orbital spine. spin3. Energi total sebuah atom hidrogenpada keadaan dasar adalah . . . .a. 1,36 eVb. 2,72 eVc. 4,08 eVd. 5,44 eVe. 13,6 eV4. Besarnya jari-jari lintasan elektrondalam suatu atom (jari-jari kuantum)adalah . . . .a. sebanding dengan bilangankuantumb. berbanding terbalik denganbilangan kuantumc. berbanding terbalik dengankuadrat bilangan kuantumd. sebanding dengan kuadratbilangan kuantume. sebanding dengan tetapan Planck5. Garis-garis spektrum deret Balmerterbentuk bila elektron berpindah dari. . . .a.n = 2, 3, 4, 5, . . . ke n = 1b.n = 3, 4, 5, 6, . . . ke n = 2c.n = 4, 5, 6, 7, . . . ke n = 3d.n = 5, 6, 7, 8, . . . ke n = 4e.n = 6, 7, 8, 9, . . . ke n = 56. Berdasarkan teori atom Bohrbesarnya momentum anguler elektronpada lintasan tertentu adalah . . . .a. berbanding lurus dengan tetapanPlanckb. berbanding terbalik dengantetapan Planckc. berbanding lurus dengan tetapanRydbergd. tidak dipengaruhi bilangankuantum utamae. berbanding terbalik dengantingkat energinya7. Dalam percobaannya, Rutherfordmenggunakan partikel alfa untukmenembak inti hidrogen. Tujuan daripercobaan tersebut adalah . . . .a. menguji teori atom Daltonb. membentuk inti baruc. mengukur jari-jari intid. menguji teori atom Thomsone. menciptakan teori baru tentangatom8. Transisi elektron dalam sebuah atomhidrogen yang memancarkan fotondengan frekuensi paling rendah adalah. . . .a. dari n = 1 ke n = 2b. dari n = 2 ke n = 1c. dari n = 2 ke n = 6d. dari n = 6 ke n = 2e. dari n = 1 ke n = 3
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 21509. Besarnya energi kinetik suatu atomhidrogen pada keadaan dasar adalah. . . .a. 1,36 eVb. 2,72 eVc. 4,08 eVd. 5,44 eVe. 13,6 eV10. Tingkat energi elektron di dalam atomhanya boleh mempunyai hargatertentu dan besarnya adalah . . . .a. berbanding lurus dengan bilangankuantum utamab. berbanding lurus dengan kuadratbilangan kuantum utamac. berbanding terbalik denganbilangan kuantum utamad. berbanding terbalik dengankuadrat bilangan kuantum utamae. berbanding terbalik dengantetapan PlanckB.Kerjakan soal-soal berikut dengan tepat!1. Sebuah atom hidrogen yang beradadalam keadaan dasar menyerapsebuah foton sehingga tereksitasi ken = 3. Tentukan frekuensi, panjanggelombang, dan energi foton tersebut!2. Tentukan panjang gelombang ter-pendek dan terpanjang deret Lymanyang dipancarkan atom hidrogen!3. Tentukan jari-jari orbit, energi kinetik,dan energi potensial elektron sebuahatom hidrogen pada n = 2!4. Sebut dan jelaskan perkembanganteori model atom!5. Tentukan konfigurasi pada atom-atomberikut!a.26Feb.30Znc.47Ag