model atom

MODEL ATOM

MAKALAH

Diajukkan untuk Memenuhi Salah Satu Tugas Mata Kuliah Fisika Dasar II

Oleh :

1.      Hariati Veni Vani              (152151045)

2.      Siti Wahyuni                     (152151063)

3.      Cici Nurlatifah                  (152151067)

4.      Fitri Maulina                     (152151070)

5.      Sinta Nurjanah                  (152151071)

6.      Dwi Khoerul Wildan        (152151074)

Kelas : 2015 B

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN MATEMATIKA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SILIWANGI

2016

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas izin-Nyalah penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik dan tepat  pada waktunya. Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah untuk memenuhi salah satu tugas Mata Kuliah Fisika Dasar II dengan judul “Model Atom”.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing atas  bimbingan yang telah diberikan kepada penulis dan semua pihak yang telah  berperan serta dalam penyusunan makalah ini dari awal sampai akhir. Semoga makalah ini bermanfaat bagi kita semua.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan makalah ini masih jauh dari sempurna baik dari segi penyajian maupun materi. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun dari semua pihak sangat penulis perlukan, demi kesempurnaan makalah ini.

Penulis

PEMBAHASAN

A.      Perkembangan Teori Atom

Istilah atom pertama kali dikemukakan oleh filusuf Yunani kuno, Demokritus (460-370 SM). Menurut Demokritus jika suatu materi dibelah maka pembelahan materi akan berakhir pada tingkat dimana partikel tidak dapat dibelah lagi, yang dinamakan atom. Namun konsep atom yang dikemukakan oleh Demokritus tidak didukung oleh eksperimen yang tidak meyakinkan, sehingga tidak dapat diterima oleh beberapa ahli ilmu pengetahuan dan filsafat.

Pengembangan konsep atom-atom secara ilmiah dimulai oleh Jhon Dalton (1805), kemudian dilanjutkan oleh Thomson (1897), Rutherford (1911), dan disempurnakan oleh Bohr (1914).

1.      Model Atom Dalton

Teori atom yang diusulkan Dalton adalah sebagai berikut :

a.    Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur yang tidak dapat dibagi lagi.

b.    Atom-atom suatu unsur semuanya serupa dan tidak dapat berubah menjadi atom unsur lain. Misalnya, atom besi tidak dapat berubah menjadi atom emas.

c.    Dua atom atau lebih dari unsur-unsur berlainan dapat membentuk suatu molekul. Misalnya, atom hidrogen dan atom oksigen bersenyawa membentuk molekul air (H₂O).

d.   Pada suatu reaksi kimia, atom-atom berpisah kemudian bergabung lagi dengan susunan yang berbeda dari semula, tetapi massa keseluruhannya tetap. Gagasan ini sesuai dengan hukum Lavoisier yang berbunyi : massa zat sebelum reaksi sama dengan massa zat setelah reaksi.

e.    Pada reaksi kimia, atom-atom bergabung menurut perbandingan tertentu yang sederhana. Gagasan ini sesuai dengan hukum Proust yang berbunyi : perbandingan berat unsur-unsur yang menyusun suatu senyawa selalu tetap.

Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini :

Kelebihan model atom Dalton :

a.         Dapat menerangkan Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier).

b.        Dapat menerangkan Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust).

c.         Menumbuhkan minat terhadap penelitian mengenai model atom.

Kelemahan model atom Dalton :

a.         Tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat menghantarkan listrik.

b.        Berdasarkan percobaan, atom-atom dari unsur yang sama dapat mempunyai massa yang berbeda.

c.         Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.

d.        Tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lainnya.

2.        Model Atom Thomson

Setelah tahun 1897 Joseph John Thomson berhasil membuktikan dengan tabung sinar katode bahwa sinar katode adalah berkas partikel yang bermuatan negatif (berkas elektron) yang ada pada setiap materi, maka tahun 1898 J.J.Thomson membuat suatu teori atom. Thomson mengusulkan model atom sebagai berikut :

Atom berbentuk bola padat dengan muatan-muatan listrik positif tersebar merata di seluruh bagian bola. Muatan-muatan positif ini dinetralkan oleh elektron-elektron bermuatan negatif yang melekat pada bola seragam bermuatan positif tersebut, seperti kismis yang melekat pada sebuah kue. Oleh karena itu, model atom Thomson dikenal dengan sebutan model atom kue kismis (plum pudding atomic model)

Percobaan Millikan

Pada tahun 1909, seorang fisikawan Amerika Robert A. Millikan berhasil mengukur muatan listrik sebuah elektron. Dalam percobaannya dia menggunakan tetsan minyak. Oleh karena itu, percobaannya dikenal dengan sebutan percobaan tets minyak Millikan (Millikan’s oil drop experiment).

Millikan mengulang percobaannya dengan mengamati ribuan tetes minyak. Akhirnya, ia menyatakan dua kesimpulan tentang muatan listrik pada tetes minyak.

a.       Tidak pernah ditemukan tetesan minyak yang mengandung muatan listrik yang lebih kecil dari suatu nilai tertentu. Muatan listrik terkecil ini adalah muatan sebuah elektron dan dinamakan muatan elementer (diberi simbol e).

b.      Semua muatan listrik tetesan minyak selalu merupakan kelipatan bulat dari muatan elementer. Muatan listrik tetesan minyak yang diamati Millikan adalah e,2e,3e,...,ne, dengan n = 1, 2, 3, .... ini sekaligus menyatakan sifat kuantum dari muatan listrik.

Besar muatan listrik sebuah elektron (muatan elementer) yang diperoleh Millikan adalah e = 1,602192 x 10^-19C. Karena muatan sebuah elekron (e)sudah diketahui, maka massa sebuah elektron dapat dihitung dari nilai e/m Thomson. Massa elektron adalah e = 9,109559 x 10^-31 C kg.

Model atom Thomson dapat digunakan sebagai berikut :

                       

Kelebihan model atom Thomson :

a.       Dapat menerangkan adanya partikel yang lebih kecil dari atom yang disebut partikel subatomik.

b.      Dapat menerangkan sifat listrik atom.

Kelemahan model atom Thomson :

a.    Tidak dapat menerangkan bagaimana susunan muatan atom positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

b.    Tidak dapat menerangkan fenomena penghamburan partikel alfa oleh selaput tipis emas yang dikemukakan oleh Rutherford.

c.    Tidak dapat menjelaskan adanya inti atom.

3.      Model Atom Rutherford

Pada tahun 1903 Philip Lenard melalui percobaannya membuktikan bahwa teori atom Thomson yang menyatakan bahwa elektron tersebar merata dalam muatan positif atom adalah tidak benar. Hal ini mendorong Ernest Rutherford (1911) tertarik melanjutkan eksperimen Lenard. Dengan bantuan kedua muridnya Hans Geiger dan Ernest Marsden, Rutherford melakukan percobaan dengan hamburan sinar . Partikel bermuatan positif. Kemudian Rutherford mengajukan teori atom sebagai berikut : atom tersusun atas inti atom yang bermuatan positif sebagai pusat massa dan dikelilingi elektron-elektron yang bermuatan negatif.

       Dari hasil percobaan Rutherford tampak bahwa model atom Thomson yang menyatakan bahwa massa atom tersebar merata dalam seluruh atom tidak dapat diterima lagi. Berdasarkan tiga kesimpulan yang telah didapat dari percobaannya, yang berbunyi sebagai berikut.

a.       Semua muatan positif dan sebagian besar massa atom berkumpul pada sebuah titik di tengah-tengah atom, yang disebut inti atom.

b.      Inti atom dikelilingi oleh elektron-elektron pada jarak yang relatif. Elektron-elektron berputar pada lintasan-lintasan, seperti planet-planet yang bergerak mengelilingi matahari dalam tata surya.

Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai berikut :

Percobaan Rutherford

Kelebihan model atom Rutherford :

a.       Mudah dipahami untuk menjelaskan struktur atom yang rumit.

b.      Dapat menjelaskan bentuk lintasan elektron yang mengelilingi inti atom.

c.       Dapat menggambarkan gerak elektron disekitar inti.

Kelemahan model atom Rutherford :

a.         Tidak dapat menjelaskan kestabilan atom.

b.         Tidak dapat menjelaskan spektrum garis atom hidrogen.

c.         Belum mampu menjelaskan dimana letak elektron dan cara rotasinya terhadap inti atom.

d.        Elektron memancarkan energi ketika bergerak, sehingga energi atom menjadi tidak stabil.

e.         Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.

4.         Model Atom Bohr

Bohr mengusulkan model atom sebagai berikut :

a.       Elektron begerak dalam orbit-orbit melingkar di sekitar proton di bawah pengaruh gaya Coulomb.

b.      Elektron tidak dapat berputar di sekitar inti melalui setiap orbit, tetapi elektron hanya melalui orbit-orbit stabil tertentu tanpa meradiasikan energi. Orbit stabil ini disebut orbit stasioner yang memiliki energi tertentu yang tetap, dan karena itu fisika klasik boleh digunakan untuk menjelaskan gerak elektron pada orbit-orbit stasioner ini.

c.       Radiasi dipancarkan oleh atom ketika elektron “melompat” dari suatu keadaan stasioner (orbit stasioner) yang energinya lebih tinggi ke keadaan stasioner yang energinya lebih rendah. “Lompatan” ini tidak dapat digambarkan atau diperlakukan secara fisika klasik. Peristiwa ini adalah khusus karena frekuensi (f) dari foton yang dipancarkan dalam lompatan sama sekali tidak bergantung pada frekuensi gerak elektron pada orbitnya. Frekuensi foton cahaya yang dipancarkan berhubungan dengan perubahan dalam energi atom.

E_aw– E_ak = hf

Dengan E_aw adalah energi pada keadaan awal dan E_akadalah energi pada keadaan akhir, di mana

E_aw> E_ak

d.        Ukuran dari orbit-orbit yang diperkenankan ditentukan oleh keadaan kuantum tambahan, yaitu momentum sudut orbital elektron. Orbit-orbit yang diperkenankan ditempati elektron adalah orbit-orbit yang momentum sudutnya terhadap inti merupakan suatu kelipatan bulat dari h =

Energi total elektron :  E =

Jari-jari atom hidrogen : r_n=

Jari-jari Bohr :  =  = 0,528

Menurut model atom Bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.

Percobaan Bohr

Kelebihan model atom Bohr :

a.       Mampu membuktikan adanya lintasan elektron untuk atom hidrogen.

b.      Elektron-elektron yang mengelilingi inti mempunyai lintasan dan energi tertentu.

Kelemahan model atom Bohr :

a.       Tidak dapat menjelasakan spektrum warna dari atom-atom yang memiliki banyak elektron.

b.      Tidak dapat menjelaskan efek Zeeman, efek Strack, dan spektrum warna atom berelektron banyak.

c.       Tidak dapat menjelaskan kejadian-kejadian dalam ikatan kimia dengan baik.

B.       Model Atom Mekanika Kuantum

Pada tahun 1927, Erwin Schrodinger mengemukakan teori atom yang disebut teori atom mekanika kuantum atau mekanika gelombang. Teori tersebut dapat diterima para ahli sampai sekarang. Menurut teori atom mekanika kuantum, kulit-kulit elektron bukan kedudukan yang pasti dari suatu elektron, tetapi hanyalah suatu kebolehjadian saja.

1.      Persamaan de Broglie

dengan   = panjang gelombang de Broglie elektron (m)

          h = konstanta Planck (6,6 x 10^-34 J s)

           m = massa elektron (9,1 x 10^-31 kg)

            e = muatan elektron (1,6 x 10^-19)

          V = tegangan pemerepat (volt)

2.      Prinsip Keidakpastian Heisenberg

Prinsip Keidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa tidak mungkin kita mengetahui posisi partikel secara tepat dan momentum partikel secara tepat pada saat bersamaan. Jika kita dapat menetukan posisi sebuah partikel secara tepat, pastilah momentumnya tidak tepat. Sebaliknya, jika kita dapat menentukan momentum partikel secara tepat, pastilah posisinya tidak tepat.

Dengan demikian, posisi dan momentum elektron tidak dapat ditentukan dengan pasti karena elektron selalu bergerak. Akibatnya, kita tidak mungkin mengetahui lintasan elektron secara pasti seperti yang dikemukakan oleh Bohr. Inilah yang dimaksudkan dengan model atom Bohr melanggar prinsip ketidakpastian Heisenberg. Yang dapat ditentukan adalah orbital. Orbital adalah daerah kebolehjadian terbesar untuk menemukan elektron. Tiap titik menunjukkan kemungkinan menemukan elektron. Semakin rapat titik, semakin besar peluang menemukan elektron di daerah itu. Orbital bukanlah bidang tetapi ruang yang digambarkan mitip dengan lapisan-lapisan umbi bawang.

3.      Bilangan Kuantum

Model atom mekanika gelombang atau model atom mekanika kuantum didasarkan pada kuantisasi momentum dan energi oleh gelombang elektron. Dalam model atom mekanika kuantum, untuk menetapkan keadaan stasioner elektron diperlukan empat bilangan kuantum. Keempat bilangan kuantum tersebut adalah :

a.       Bilangan kuantum utama (n)

Bilangan kuantum utama dalam teori kuantum bersesuaian dengan bilangan kuantum n dalam teori Bohr, yaitu menentukan energi total elektron. Energi total elektron adalah konstan, dapat bernilai berapa saja, tetapi harus negatif. Ini berarti bahwa untuk mengeluarkan elektron dari orbitnya diperlukan energi. Nilai bilangan kuantum utama adalah bulat mulai dari 1 sampai dengan tak hingga (n =1, 2, 3, ..., ).

Orbit tempat elektron bergerak disebut kulit dan diberi nama dengan huruf kapital (K, L, M, N, O, ...). kulit dengan n = 1 diberi nama kulit K, kuliat n = 2 diberi nama L, dan seterusnya.

b.      Bilangan kauntum orbital (l)

Bilangan kuantum orbital (sering disebut juga sebagai bilangan kuantum azimut), diberi lambang l, adalah bilangan kuantum yang menentukan besar momentum sudut elektron. Nilai l dibatasi oleh nilai n, yaitu bilangan bulat mulai dari nol sampai dengan (n-1). Misalnya, untuk n = 3, nilai yang diperbolehkan adalah l = 0, 1, dan 2. Besar momentum sudut (L) dapat dihitung dari nilai bilangan kuantum orbital (l), yaitu

L =

h =

Jika bilangan kuantum utama n menyatakan kulit tempat elektron berada, maka bilangan kuantum orbital menyatakan subkulit tempat elektron berada dan juga bentuk orbital. Subkulit juga diberi nama tetapi dengan menggunakan huruf nonkapital (s, p, d, f, g, h,...). Dengan demikian subkulit s untuk l = 0, subkuliat p untuk  l = 1, subkulit d untuk l = 2, dan seterusnya. Gabungan bilangan kuantum uatama n dan bilangan kuantum orbital l sering digunakan untuk menyatakan keadaan atomik.

c.       Bilangan kuantum magnetik (m)

Bilangan kuantum orbital menyatakan besar momentum sudut elektron. Momentum sudut elektron adalah besaran vektor yang arahnya dinyatakan oleh kaidah tangan kanan. Untuk menyatakan arah momentum sudut diperkenalkan bilangan kuantum magnetik (diberi lambang m). Nilai m dibatasi oleh nilai l, yaitu bilangan bulat mulai dari –l sampai dengan  +l.

d.      Bilangan kuantum spin (s)

Spin elektron dapat dijelaskan oleh suatu bilangan kuantum s, yang nilainya hanya boleh . Seperti halnya besar momentum sudut orbital L, besar momentum sudut spin untuk elektron dinyatakan dengan persamaan

S =

4.    Asas Larangan Pauli

Bunyi asas larangan Pauli adalah sebagai berikut.

“Tidak ada dua elektron dalam sebuah atom yang dapat memiliki keempat bilangan kuantum yang persis sama”.

Asas ini mengatakan bahwa tidak ada dua elektron dalam sebuah atom dapat memiliki sekumpulan bilangan kuantum yang persis sama. Kedua elektron bisa saja memiliki tiga bilangan kuantum yang tepat sama (misalnya n, l, m tepat sama) tetapi satu bilangan kuantum lainnya yaitu s haruslah berbeda. Asas larangan Pauli juga membatasi setiap orbital hanya mampu menampung maksimum 2 elektron, dan dalam satu orbital (disebut elektron berpasangan).

C.       Energi Ionisasi Elektron

1.      Energi Ionisasi

Energi ionisasi adalah energi terendah yang dibutuhkan untuk melepaskan sebuah elektron dari ikatan atomnya.

Dengan E = Energi ionisasi (eV)

n = Bilangan kuantum

2.      Tingkat Energi

Dengan n­­₂= Bilangan kuantum ke-2

 n₁= Bilangan kuantum ke-1

D.      Soal dan Pembahasan

1.      Jelaskan model atom menurut Bohr!

Jawab            : Menurut model atom Bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.

2.      Jika diketahui h = 6,6 x 10^-34Js dan = 1,4 maka besarnya momentum sudut elektron untuk l = 1 adalah...

Pembahsan    :

Diketahui      : h = 6,6 x 10^-34

                      l = 1

Ditanyakan   : L ?

Jawab            :

                     

                     

                     

                     

                     

3.      Energi elektron pada keadaan dasar di dalam atom hidrogen adalah -13,6 eV. Energi elektron pada orbit dengan bilangan kuantum n = 4 adalah...

Pembahasan  :

Diketahui      : n = 4

Ditanyakan   : E ?

Jawab            :

DAFTAR PUSTAKA

Akhmadin,Johana.(2015).“Materi Fisika Atom”.Tersedia online: http://www.johanakhmadin.web.id/2015/11/03/materi-fisika-atom.html. Diakses pada tanggal 3 November 2015

                                       

Dayana,Indri.(2014).“Teori Atom”.Tersedia online: http://indridayana.blogspot.pin/2014/02/15/teori-atom.html. Diakses pada tanggal 15 Februari 2014

Nugroho, Djoko.2009.Mandiri FISIKA untuk SMA/MA Kelas XII.Jakarta:Erlangga