Sub Pokok Bahasan STRUKTUR ATOM

Transkripsi

1 FISIKA MODERN Sub Pokok Bahasan PERTEMUAN KE-7 & 8 STRUKTUR ATOM Nurun Nayiroh, M.Si Model Awal dari Atom Model Atom Rutherford Orbit Elektron Spektrum Atomik Atom Bohr Laser PENDAHULUAN Konsep atom telah muncul sejak filosof-filosof kuno: ARAB, YUNANI. Struktur Materi : Struktur kontinu : benda atau materi dapat terus dibagi sampai tak berhingga kecilnya. Struktur diskrit : materi tersusun dari bagian terkecil yang tak terbagi lagi, disebut ATOM. ABAD V SM Anaxagoras, Leucippus, Democritus (ahli filsafat Yunani) mempostulatkan semua materi tersusun dari partikel-partikel yang disebut atom yang artinya tak dapat dibagi lagi. Pengertian atom secara ilmu pengetahuan baru kemudian dikemukakan oleh DALTON (1803), dan penyelidikan mengenai struktur materi dan penyusunan dasar-dasar teori atom dimulai sejak orang mengembangkan ilmu kimia. Ayat-ayat al-qur an tentang Atom Barang siapa mengerjakan kebaikan sebesar dzarrah pun niscaya dia akan melihat balasannya. (QS: 99: AzZalzalah:7) Dan barangsiapamengerjakan kejahatan sebesar dzarrah pun, niscaya dia akan melihat balasannya. (QS : 99 : Azzalzalah: 8) Dan tidakluput daripengetahua Tuhanmu biarpunsebesar dzarrah dibumi ataupun dilangit. Tidak adayang lebihkecildan tidak lebih besar(pula) dari itu, melainkan (semua tercatat) dalam kitab yang nyata (Lauhful Mahfudz). (QS : 10 : Yunus : 61) Tidakadatersembunyi daripada-nya sebesar dzarrah pun yang adadilangitdanyang adadibumi; dantidakadapula yang lebih kecil dari itu dan yang lebih besar, melainkan tersebut dalam kitab yang nyata ( lauh Mahfudz). (QS : 34 : Saba : 3) 1

2 Para ilmuanyang giatmengadakan penelitian tentang dzarrah antara lain, Abu Bakr Ar-Razi( M) yang mengemukakan dalam bukunya Ar Raddu Alal Maswa I bahwa jauhar fard( zat tunggal) atau dzarrah itu terdiri dari beberapa bagian yang tidak dapat dibagi lagi atau dari kosong. Sedangkan Asy Syahristani dalam bukunya Nahayatul Aqdam Fi ilmil Kalami menyebutkan, Jika benda yang terurai itu bertolak belakang, pasti mengandungbagian yang berkesudahan daribeberapa bagian ituyang tidak dapat terbagi lagi. Daftar buku yang dikarang oleh para ilmuan muslim yang membahas tentang atom antara lain, 1. Al Isyarat ( indikator) danan Najat ( keselamatan ) olehibnusina( Averroes). ArRaddu alal Masma I oleharrazy 3. Nahayatul Aqdam, fi ilmil Kalami oleh Asy Syahristani. 4. Kitabul Hairin oleh Ibnu Maimun. 5. Kitabul Intishar oleh Abil Husain Bin Abdul Rahim Bin Muhammad. Sifat-sifat Dasar Atom Ukuran atom sangat kecil, jari-jarinya sekitar 0,1 nm sehingga tidak dapat diamati dengan menggunakan cahaya tampak (λ 500 nm) Semua atom stabil Atom tidak membelah diri secara spontan menjadi bagian-bagian yang lebih kecil Semua atom mengandung elektron bermuatan negatif, namun netral. Atom memancarkan dan menyerap radiasi elektromagnetik MODEL ATOM THOMSON Prestasi J.J. Thomson Mencirikan elektron (Tabung sinar Katoda) Mengukur nisbah muatan terhadap massa (e/m) elektron) (e/m = 1, C/g) Model atom Thomson berhasil menerangkan banyak sifat atom yang diketahui seperti: ukuran,massa, jumlah elektron dan kenetralan muatan elektrik J.J. Thomson mengajukan suatu model atom: Model atomnya dipandang mengandung Z elektron yang dibenamkan dalam suatu bola bermuatan positif seragam. Distribusi muatan positif diandaikan berbentuk bola dengan jarijari ~ m Model atom Thomson : model plumpudding (roti kismis) karena elektronelektronnya tersebar di seluruh atom seperti halnya kismis yang tersebar dalam kue kismis. Muatan positif total bola adalah Ze, massanya pada dasarnya adalah massa atom (massa elektron terlalu ringan sehingga tidak banyak mempengaruhi massa atom), dan jari-jari R bola ini adalah jari-jari atom pula

3 Model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut. Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur. MODEL ATOM RUTHERFORD Baca selebihnya tentang Model Atom Thomson di buku FISIKA MODERN (KENNETH KRANE) Hal : Rutherford melakukan eksperimen untuk membuktikan kebenaran model atom Thomson. Eksperimen tsb dilakukan oleh Geiger & Marsden (asisten Rutherford) berupa hamburan partikel oleh keping emas. Dari eksperimen diperoleh hasil bahwa hampir semua partikel menembus keping emas Tetapi terjadi keistimewaan bahwa ada partikel yang dihamburkan balik diperoleh 1 partikel diantara partikel yang dibelokkan dengan sudut > 90 o 3

4 atau dalam bentuk sederhana Diagram Percobaan Rutherford Sumber sinar Alpha Lempeng Emas Layar Atom Logam Proses Hamburan Rutherford Sinar alfa Dipantulkan Diteruskan Dibelokkan P1 Partikel alpha θ P Vektor Perubahan momentum ½ (π θ) P P φ F Sudut sesaat antara F dan P ½ (π θ) θ Posisi Sesaat Hasil eksperimen Rutherford b Parameter dampak + Inti target Sudut hambur 4

5 Gaya listrik yang ditimbulkan oleh inti pada partikel alfa beraksi sepanjang vector jari-jari antarakeduanya, sehinggatidakadatorsi pada partikel alfa, dan momentum sudut mωr konstan. F = 1 4πε o Ze r Karena inti diam berarti besar momentum partikel alfatetap: p 1 =p = mv Tetapi impuls F.dt, menyebabkan perubahan vektor momentum partikel alpa sebagai: r r r r p = p p F. dt = Perubahan Impuls sama dengan perubahan momentum, besarnya adalah: 1 p = F. dt = F cosφ. dt Besar perubahan momentum θ P1=mv P P p mv = sin θ π θ sin 1 θ sin (π θ) = cos θ θ sinθ= sin cos Maka diperoleh p = mv. sin θ Momentum sudut partikel alfa sekitar inti adalah konstan. mωr = konstan= m r dφ/dt = mvb Atau θ p= mv sin = dt 1 = = d φ ω r vb ( π θ ) / ( π θ ) / dt F cosφ. dφ dφ 5

6 Subsitusikan persamaan ini ke dalam persamaan integral di atas akan menghasilkan: mv bsin θ (π θ)/ (π θ)/ = r F. cosφ. dφ Penyelesaian integral menghasilkan persamaan hubungan antara Sudut hamburan θ dengan parameter dampak b : cot πε mv b θ = o θ 4πε Ze cot o Atau = θ: sudut hamburan pertikelalfa b : parameter dampak/impak K = ½ mv : energi kinetik Ze Kb. Rumus Hamburan Rutherford 4 NintZ e ( θ) = (8πε ) r (KE) sin ( θ / ) N 4 o N(θ) = Jumlah total partikel alpha per satuan luas yang sampai di screen dengan sudut hamburan θ N i = Jumlah total partikel alpha yang sampai di screen n = Jumlah atom persatuan volume di dalam foil t = Tebal foil Z = Nomor atom dari foil KE = Energi kinetik patikel alpha R = Jarak screen dari foil Kajian terhadap hamburan partikel bermuatan oleh inti atom (hamburan Rutherford) dibagi menjadi 3 bagian: 1. Perhitungan fraksi partikel yang dihamburkan pada sudut yang lebih besar dari pada θ f <b = f >θ = ntπb. Rumus Rutherford dan pembuktian kebenarannnya lewat percobaan 4 NintZ e ( θ) = (8πε ) r (KE) sin ( θ / ) N 4 o 3. Jarak terdekat ke inti atom, yang dapat dicapai oleh partikel bermuatan. 1 zze d = 4πε K o 6

7 Berdasarkan hasil eksperimen tersebut, Rutherford menarik kesimpulan bahwa : 1. Atom sebagian besar tediri dari ruanghampa dengan satu inti yang bermuatan positif dan satu atau beberapa elektron yang beredar disekitar inti.. Atom secara keseluruhan bersifat netral, muatan positif pada inti sama besarnya dengan muatan elektron yang beredar di sekitarnya. 3. Volume inti << volume atom 4. Inti dan elektron tarik-menarik gaya sentripetal. 5. Pada reaksi kimia, inti atom tidakmengalami perubahan. Yang mengalami perubahan ialah elektron-elektron pada kulit terluar. Kelemahan teori atom Rutherford adalah : Lintasan elektron tidak lagi berupa lingkaran, tetapi berupa pilin (seperti Obat Nyamuk) yang pada akhirnya elektron jatuh ke dalam inti, sehingga atom itu tidak stabil.(tidak dapat menjelaskan kestabilan atom) Bila lintasan elektron semakin menciut,periode putaran elektron menjadi semakin kecil, Frekuensi gelombang yang dipancarkan berubah pula. (Tidak dapat menjelaskan spektrum garis atom hidrogen) d atom 1 Å = 10-8 cm d inti 1 F = cm SPEKTRUM ATOM Baca selebihnya tentang Hamburan Rutherford pada buku FISIKA MODERN (KNNETH KRANE) hal.8-39 atau buku KONSEP FISIKA MODERN (ARTHUR BEISER) hal Radiasi EM dari atom dapat dikelompokkan menjadi: Spektrum kontinyu Spektrum garis 7

8 Spektrum Kontinyu - Spektrum kontinyu : radiasi yang dihasilkan oleh atom yang tereksitasi yang terdiri dari berbagai warna yang bersinambungan, yaitu ungu, biru, hijau, kuning, jingga, merah. Pada spektrum kontinyu, panjang gelombang radiasi yang dipancarkan merentang dari suatu nilai minimum,mungkin 0, hingga nilai maksimum, mungkin tak terhingga. Contohnya: radiasi dari objek panas berpijar Semakin besar panjang gelombang maka semakin kecil energinya, maka artinya sinar ungu mempunyai foton dengan energi terbesar, sedangkan sinar merah mempunyai foton dengan energi terkecil. Spektrum Garis Spektrum diskrit atau spektrum garis: radiasi yang dihasilkan oleh atom yang tereksitasi yang hanya terdiri dari beberapa warna garis yang terputus putus; yaitu ungu, biru, merah. Jikasejumlah kecilgas atau uap suatu unsur tertentu, seperti air-raksa, natrium, atau gas neon, diletakkan di dalam tabung kemudian arus listrik dialirkankedalamtabung, maka hanya sehimpunan panjang gelombang diskrit cahaya tertentu saja ang dipancarkan oleh gas. Cahaya yang dipancarkan oleh setiap gas berbeda-beda dan merupakan karakteristik gas tersebut. Cahaya dipancarkan dalam bentukspektrumgarisdanbukanspektrumyang kontinyu. 8

9 Peralatan untuk mengamati spektrum garis Spektrum garis berbagai gas Peralatan untuk mengamati spektrum serap Spektrum serap dan pancar atom Hidrogen Di buku Fisika Modern (Kenneth Krane) hal.41 Gambar

10 Spektrum Atom Hidrogen Spektrum garis membentuk suatu deretan warna cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Untuk gas hidrogen yang merupakan atom yang paling sederhana, deret panjang gelombang ini ternyata mempunyai pola tertentu yang dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan matematis. Dengan menggunakan metode ilmiah terbalik johanes Balmer (guru sekolah menengah berkebangsaan Swiss) menyatakan deret untuk gas hidrogen dengan persamaan berikut ini: RUMUS BALMER Beberapa kemudian ditemukan deret-deret yang lain; deret Lyman, deret Paschen, Bracket, dan Pfund. Pola deret-deret ini serupa maka dapat dirangkum dalam satu persamaan. Persamaan ini disebut deret spektrum hidrogen. Dimana R adalah konstanta Rydberg yang nilainya 1, m 1. Atau: Deretan garis spektrum yang cocok dengan rumus Balmer disebut dengan deret Balmer Dengan λ limit adalah panjang gelombang deret batas yang sesuai. Deret Spektrum Deret Lyman (m = 1), Spektrum yang dihasilkan cahaya ultra violet dengann=, 3, 4, Deret Balmer(m = ), Spektrum yang dihasilkan cahaya tampak dengann= 3, 4, 5. Deret Paschen(m = 3), Spektrum yang dihasilkan cahaya infra merah 1 dengann= 4, 5, 6. Deret Bracket (m = 4), Spektrum yang dihasilkan cahaya infra merah dengann= 5, 6, 7,. Deret Pfund(m = 5), Spektrum yang dihasilkan cahaya infra merah 3 dengann=6, 7, 8. 10

11 Dengan demikian, setiap model atom hidrogen dapat menerangkan keteraturan aritmatik yang menarik ini dalam berbagai spektrum. (Deret Pfund) inframerah Ciri menarik lainnya dari panjang gelombang spektrum hidrogen terangkum dalam asas gabung Ritz (Ritz combination principle). Jika kita ubah panjang gelombang spektrum pancar hidrogen ke dalam frekuensi, kita jumpai sifat menarik berikut: jumlah sepasang frekuensi tertentu memberikan frekuensi lain yang juga terdapat dalam spektrum hidrogen. Deret spektrum Pancar dan serap atom Hidrogen Contoh soal Batas deret dari deret Paschen (n 0 =3) adalah 80,1 nm. Tentukan ketiga panjang gelombang terpanjang dari deret Paschen tersebut. 11

12 MODEL ATOM BOHR Rutherford mengemukakan bahwa massa dan muatan positif atom terhimpun pada suatu daerah kecil di pusatnya. Hasil pengamatan spektroskopis terhadap spektrum atom Hidrogen telah membuka kelemahan-kelemahan model atom Rutherford. Pada tahun 1913, Niels Bohr ( ) menyusun model atom Hidrogen berdasarkanmodel atom Rutherford dan teori Kuantum Planck Bohr mengemukakan bahwa atom ternyata mirip sistem planet mini, dengan elektron-elektron mengedari inti atom seperti halnya planet-planet mengedari matahari. Dengan alasan yang sama bahwa sistem tata sura tidak runtuh karena tarikan gravitasi antara matahari dan tiap planet, atom juga tidak runtuh karena tarikan elektrostatis Coulomb antara inti atom dan elektron. Dalam kedua kasus ini, gaya tarik berperan memberikan percepatan sentripetal yang dibutuhkan untuk mepertahankan gerak edar. v r -e F +Ze Elektron berada dalam orbit diatur oleh gaya coulomb. Ini berarti gaya coulomb sama dengan gaya sentripetal: F = a Model Atom Bohr (Z=1 bagi Hidrogen) Energi total sebuah elektron dalam orbit adalah penjumlahan energi kinetik dan energi potensialnya: dengan k = 1 / (4πε 0 ), dan q e adalah muatan elektron Momentum sudut elektron hanya boleh memiliki harga diskret tertentu: Jari-jari Orbit Elektron Elektron yang jari-jari lintasannya r memiliki persamaan umum untuk sembarang lintasan : n h ε π me 0 r n = Atau dengan r 1 = 0,53 Å(jari-jari Bohr), dan n = 1,,3, dst. dengan n= 1,,3, dan disebut bilangan kuantum utama, hadalah konstanta Planck, dan 1

13 Kecepatan elektron dalam orbit : dimana: n = 1,,3, Untuk tingkat dasar : n =1 & Z = 1 Tingkat Energi dan Spektrum Foton dipancarkan bila elektron melompat dari suatu tingkat energi ke tingkat energi yang lebih rendah, Berbagai orbit yang diijinkan berkaitan dengan energi elektron yang berbeda-beda. Energi elektron E n dinyatakan dalam jari-jari orbit r n diberikan sebagai berikut: Rumus r n disubstitusi ke persamaan di atas, sehingga menjadi: Rumus Tingkat Energi n= 1,, 3,... Energi untuk kulit ke-n: E 1 = (,179 x J= -13,6 ev) Sehingga, Tingkat energi ini semuanya negatif, hal ini menyatakan bahwa elektron tidak memiliki energi yang cukup untuk melarikan diri dari inti. Apabila terjadi perpindahan (transisi) elektron dari satu kulit ke kulit yang lain, maka memerlukan energi : Tingkat energi yang terendah E 1 disebut keadaan dasar (status dasar) dari atom itu dan tingkat energi lebih tinggi E, E 3, E 4,...disebut keadaan eksitasi (status eksitasi). Ketika bilangan kuantum n bertambah, energi En yang bersesuaian mendekati nol; dalam limit n=, E = 0 dan elektronnya tidak lagi terikat pada inti untuk membentuk atom. Besarnya energi yang diperlukan atau dipancarkan sebesar: h = tetapan Planck = 6, Js hc f = frekuensi foton(hz) E = hf = c = cepatrambat cahaya = 3.10 λ 8 m/s λ = panjang gelombang foton (m) E1 < E < E3 M L K EE1 E3 + n 1 n n 3 13

14 Energi Ionisasi Adalah energi yang dibutuhkan untuk membebaskan elektron dari atom dalam keadaan dasarnya atau energi yang diserap untuk men-ion-kan atom. Energi ionisasi biasanya sama dengan E 1, yang harus dilengkapi agar menurunkan sebuah elektron dari keadaan dasarnya. Bila elektron terbangkit sampai kuantum,maka elektron itu lepas dari lingkungan atom dan atom tersebut menjadi ion (+). Besar Energi Ionisasi atom Hidrogen: Tingkat-tingkat energi atom Hydrogen untuk n = 1 E = 13,6 ev -18 B:konstanta numerik dengan nilai,179 x 10 J = 13. 6eV Sebaliknya jika ion Hidrogen mengikat sebuah elektron akan dipancarkan energi sebesar: Besar Frekuensi foton yang dipancarkan: Spektrum Gas Hidrogen Menurut Bohr Bila elektron meloncat dari lintasan yangenerginya tinggi ke lintasan yang energinya rendah, dipancarkan energi sebesar E=h.f mengikuti spektrum LBPBP (Lyman, Balmer, Paschen, Brackett, Pfund), dengan persamaan : untuk n = diperoleh frekuensi yang sesuai dengan salah satu deret balmer. Elektron yang terlepas dari susunan atom akan ditangkap oleh struktur atom yang lain. Kemampuan sebuah atom untuk menangkap elektron bebas disebut sebagai Afinitas Elektron. Dan atom tersebut menjadi ion (-) na = Kulit yang dituju nb = Kulit yang ditinggalkan = R = 1, m -1 (tetapan Rydbeg) 14

15 Deret Lyman (Ultra Ungu) na = 1 dan nb =, 3, 4. Deret Balmer (Cahaya tampak) na = dan nb = 3, 4, 5,. Deret Paschen (Inframerah I) na = 3 dan nb = 4, 5, 6,. Deret Brackett (Inframerah II) na = 4 dan nb = 5, 6, 7,. Deret Pfund (Inframerah III) na = 5 dan nb = 6, 7, 8,. Postulat Dasar Model Atom Bohr Ada empat postulat yang digunakan untuk menutupi kelemahan model atom Rutherford, antara lain : 1. Atom Hidrogen terdiri dari sebuah elektron yang bergerak dalam suatu lintas edar berbentuk lingkaran mengelilingi inti atom ; gerak elektron tersebut dipengaruhi oleh gaya coulomb sesuai dengan kaidah mekanika klasik.. Lintas edar elektron dalam hydrogen yang mantap hanyalah memiliki harga momentum angular L yang merupakan kelipatan dari tetapan Planck dibagi dengan π. dimana n= 1,,3, dan disebut sebagai bilangan kuantum utama, dan hadalah konstanta Planck. 3. Dalam lintas edar yang mantap elektron yang mengelilingi inti atom tidak memancarkan energi elektromagnetik, dalam hal ini energi totalnya E tidak berubah. 4. Jika suatu atom melakukan transisi dari keadaan energi tinggi E U ke keadaan energi lebih rendah E I, sebuah foton dengan energi hυ=e U -E I diemisikan. Jika sebuah foton diserap, atom tersebut akan bertransisi ke keadaan energi rendah ke keadaan energi tinggi. Kelebihan model Bohr Keberhasilan teori Bohr terletak pada kemampuannya untuk meramalkan garis-garis dalam spektrum atom hidrogen. Salah satu penemuan adalah sekumpulan garis halus, terutama jika atom-atom yang dieksitasikan diletakkan pada medan magnet

16 Kelemahan Struktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikan spektrum selain atom hydrogen Belum mampu menjelaskan adanya stuktur halus (fine structure) pada spektrum, yaitu atau lebih garis yang sangat berdekatan Belum dapat menerangkan spektrum atom kompleks Itensitas relatif dari tiap garis spektrum emisi. Efek Zeeman, yaitu terpecahnya garis spektrum bila atom berada dalam medan magnet AZAS PERSESUAIAN Asas Persesuaian adalah asas yang diajukan Neils Bohr untuk memecahkan masalah perbedaan antara postulat Bohr dalam fisika kuantum dengan hukum fisika klasik. Postulat Bohr Sebuah elektron dalam model atom Bohr yang mengalami percepatan sewaktu beredar dalam garis edar lingkaran, tidak meradiasikan energi elektromagnet (kecuali jika ia berpindah ke garis edar). Hukum Fisika Klasik Sebuah partikel bermuatan meradiasikan elektromagnet bila mengalami percepatan. Fisika klasik memberi bentuk berbeda k = 1 / mv ; tetapi telah kita perlihatakan bahwa E E 0 tersederhanakan menjadi 1 / mv apabila v << c. Jadi, kedua pernyataan ini sebenarnya tidaklah terlalu berbeda yang satu merupakan hal khusus dari yang lainnya ASAS PERSESUAIAN (BOHR) Asas Persesuaian (correspondence principle): Hukum fisika klasik hanya berlaku dalam ranah klasik, sedangkan hukum fisika kuantum berlaku dalam ranah mekanika. Pada ranah dimana keduanya bertumpang tindih, Kedua himpunan hukum fisika itu harus memberikan hasil yang sama. 16

17 Sebuah partikel bermuatan elektrik yang bergerak sepanjang sebuah lingkaran meradiasikan gelombang elekteromagnetik dengan frekuensi yang sama dengan frekuensigerakmelingkarnya. Misal jarak tempuh satu gerak edar lingkaran penuh elektron = πr, dengan laju edar v = k/m, maka diperoleh periodenya : Sehingga sebuah elektron klasik yang bergerak dalam orbit lingkaran berjari-jari rnakan meradiasikan gelombang elektromagnet dengan frekuensi νn ini. Namun jika kita perbesar jari-jari atom bohr menjadi sangat besar mulai dari objek berukuran kuantum (10-10 m) hingga ke ukuran laboratorium (10-3 m),dapatkah kita harapkan bahwa atomnya berperilaku klasik. Sehingga muncul persamaan seperti di bawah ini untuk penjelasan tersebut. Karena frekuensi v adalah kebalikan periode maka : Dengan menggunakan penyataan diatas bagi jari jari orbit yang diperkenankan maka diperoleh : Jika n besar sekali,kita dapat hampiri n-1 dengan n dan n-1 dengan n,sehingga menurut persamaan seperti ini : Apabila orbit-orbit lingkaran besar sekali, maka loncatan dari satu orbit lingkaran ke orbit yang lebih kecil nampaknya menyerupai sebuah sepiral. Rumusdiatas, identikdengan persamaanfrekuensiklasik. Elektronklasikberspiralsecaramulusmenujuintiatom, sambilmeradiasidenganfrekuensiyang diberikan. Sedangkanelektronkuantummeloncatdariorbit n keorbit (n-1), dan kemudian ke orbit (n-), dan seterusnya 17

18 Pemahaman Dalam rentang n yang besar, dimana fisika klasikdankuantum bertumpangtindih, pernyataan klasik dan kuantum bagi frekuensi radiasi keduanya identik. Ini adalah salah satu contoh penerapan asas persesuaian bohr. Asa ini penting untuk memahami bagaimana kita beranjak dari ranah dimana berlaku hukum-hukum fisika klasik ke ranah dimana berlaku hukum-hukum fisika kuantum. EKSITASI ATOMIK Terdapat mekanisme utama eksitasi: Tumbukan dengan partikel lain. Sebagian Ek bersamanya diserap oleh atom, sehingga atom tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi, kemudian kembali lagi ke keaadaan dasarnya dalam waktu 10-8 s dengan memancarkan foton Dengan menimbulkan lucutan listrik dalam gas bertekanan rendah, sehingga timbul medan listrik yang mempercepat elektron dan ion atomik sampai energi kinetiknya cukup untuk mengeksitasikan atom ketika terjadi tumbukan. Eksitasi melalui penyerapan radiasi. Spektrum yang dihasilkan adalah spektrum absorbsi. Teori Percobaan Franck - Hertz Pada percobaan Frank-Hertz mengggunakan sinar elektron yang dipercepat untuk mengukur besarnya energi eksitasi pertama pada atom gas mercury (Hg). Elektron yang dihasilkan dari proses termionik pada katoda akan dipercepat diantara katoda dan anoda, dalam tabung uap-hg elektron tersebut akan mengalami tumbukan dengan atom hidrogen. Proses tumbukan yang terjadi meliputi tumbukan elastik dan non elastik. Setelah energi kritis tercapai, ternyata arus menurun secara tiba-tiba. Tafsiran dari effek ini ialah bahwa elektron yang bertumbukan dengan atom memberikan sebagian atau seluruh energi di atas tingkat dasar. Tumbukan semacam ini disebut tak elastis. Energi kritis elektron bersesuaian dengan energi yang diperlukan untuk menaikkan atom ke tingkat eksitasi terendah. Semakin banyak elektron yang mencapai anoda maka arus listriknya makin besar. Atom-atom dalam tabung saling bertumbukan akan tetapi tidak ada energi yang dilepaskan di dalam tumbukan ini. Jadi tumbukannya secara elastis. Untuk menghasilkan terjadinya pelepasan energi, maka atom mengalami transisi ke suatu keadaan eksitasi dan hal ini dapat dilakukan dengan cara tabung elektron diisi dengan gas hidrogen, maka elektron akan mengalami tumbukan dan jika tegangan dinaikkan lagi maka arus listriknya juga akan ikut naik. Jika energi kinetik kekal dalam tumbukan antar elektron dan sebuah atom uap gas hidrogen, elektronnya hanya terpental dalam arah yang berbeda dengan arah datangnya.karena atom tersebut lebih masif dari elektron, atom hampir tidak kehilangan energi dalam proses tersebut. 18

19 frank-hertz Gambar Kurva Arus Terhadap Tegangan Elektron-elektronmeninggalkan katoda, yang dipanasi dengan sebuah filamen pemanas. Semua elektron itu kemudian dipercepatmenuju sebuah kisi oleh bedapotensialv, yang dapatdiatur. Elektrondengan energi V elektronvolt dapat menembusi kisi dan jatuh padapelatanoda, jikavlebihbesar daripadav 0, suatutegangan perlambat kecilantara kisi dan pelat katoda. Arus elektron yang mencapai pelatanoda diukur dengan menggunakan ammeter A. Pada grafik terlihat bahwa arus yang terbaca tidak turun sampai nol. Ini dikarenakan ada elektron dari pemanas yang tidak berinteraksi dengan atom gas baik interaksi melalaui tumbukan maupun penyerapan energi. Sebagai konsekuensi elektron pemanas yang tidak berinteraksi tsb dapat mencapai anoda. Rumus Percobaan Franck - Hertz V = V 1 + V N + V 3 Kelemahan dan kelebihan Percobaan Franck - Hertz ( V Ei E = = e E V E N E e : energieksitasi V : tegangan eksitasi N : jumlahdata ) = ( E V 3 N V ) Pada percobaan ini memberikan kita suatu bukti langsung mengenai kehadiran keadaan eksitasi atom. Sayangnya, tidaklah mudah untuk melakukanpercobaan inidenganatom hidrogen, karena secara alamiah hidrogen tidak hadir dalam bentuk atom, melainkan dalambentuk molekul H. Karena molekul menyerap energi dalam berbagai cara, penafsiran percobaannya akan menjadi kabur. 19

20 THANKS FOR YOUR NICE ATTENTION WASSALAMUALAIKUM. WR.WB 0