Perkembangan Teori Atom dari Dalton sampai Rutherford

Transkripsi

1 Perkembaga teori atom Perkembaga Teori Atom dari Dalto sampai Rutherford Atom berasal dari bahasa Yuai atomos yag artiya tidak dapat dibagi-bagi lagi. Suatu beda dapat dibagi mejadi bagia-bagia yag lebih kecil, jika pembagia ii diteruska, maka meurut logika pembagia itu aka sampai pada batas yag terkecil yag tidak dapat dibagi lagi, demikia pedapat Demokritus ( S.M) Bagia terkecil yag tidak dapat dibagi lagi disebut: ATOM Kosep atom yag dikemukaka oleh Demokritus muri sebagai hasil pemikira semata, tapa disertai adaya percobaa. Namu gagasa ii telah mejadi pembuka pitu ke arah peemua baru meuju ke jejag yag lebih tiggi. Gagasa atom Demokritus mejadi tataga fisikawa-fisikawa utuk megalihka perhatiaya ke arah mikrokosmos yag pada saat itu belum terjamah. Awal abad ke-9, Joh Dalto ( ) telah melaksaaka percobaa-percobaa yag meujag kosep atom. Kosep atom meurut Dalto:. Atom adalah partikel terkecil yag tidak dapat dibagi-bagi lagi. Atom suatu usur semuaya serupa, da tidak dapat berubah mejadi atom usur yag laiya.. Atom-atom usur yag berlaia dapat membetuk molekul. Ketika terjadi reaksi, atom-atom itu berpisah tetapi kemudia bergabug kembali dega susua yag berbeda dega susua semula. Pada reaksi itu atom-atom bergabug meurut perbadiga tertetu. 3. Bila dua macam atom membetuk dua macam perseyawaa atau lebih maka atom-atom sejeis dalam perseyawaa itu mempuyai perbadiga yag sedrhaa.

2 Perkembaga teori atom Pegembaga atom saat itu telah memperkealka kita pada susua da sifat-sifat atom, cara megadaka reaksi da seyawa-seyawa yag terbetuk. Sekarag telah dikeal ukura da massa atom, eergi atar atom da pertikel-partikel terkecil yag membetuk atom. Atom sebagai bagia terkecil suatu zat sudah tidak sesuai lagi dega hasil-hasil percobaa-percobaa masa kii. Partikel sub-atomik pertama yag dikeal adalah elektro. Suatu peemua oleh percobaa J.J Thomso ( ). Sehubuga dega peemua J.J Thomso meyagkal teori yag dikemukaka oleh Dalto. Meurut Thomso atom itu terdiri atas muata positif yag merata diseluruh atom, muata ii di-etral-ka oleh muata egatif yag tersebar merata pula diseluruh atom. Model ii tidak dikembagka karea tidak sesuai dega hasil percobaa Rutherford. Pelucuta Gas Adalah peristiwa megalirya muata-muata listrik di dalam tabug lucuta gas pada tekaa yag sagat kecil. Sebuah tabug lucuta adalah tabug yag berisi udara, didalam tabug berisi elektrodeelektrode, yag biasaya disebut aoda da katode. Udara dalam tabug ii tidak dapat megalirka arus listrik walaupu ujug-ujug elektroda tersebut dihubugka dega iduktor Ruhmkorf. Igat!!! bahwa Katoda (-) Aoda (+) Keadaa aka berubah jika udara dalam tabug dikeluarka sehigga tekaa udara mejadi kecil da letak-letak molekul udara majadi reggag. Pada tekaa 4 cm Hg dalam tabug memacarka cahaya merah-ugu. Cahaya ii aka meghilag sejala dega semaki kecilya tekaa. Pada tekaa 0,0 mm Hg udara dalam tabug tidak lagi memacarka cahaya amu kaca dimuka katoda berpedar kehijaua. Crookes berpedapat bahwa dari katoda dipacarka siar yag tidak tampak yag disebut Siar katoda. Siar katoda dapat di pelajari karea bersifat memedarka kaca. Siar Katoda adalah arus elektro dega kecepata tiggi yag keluar dari katoda.

3 Perkembaga teori atom 3 Sifat siar Katoda:. Memiliki ergi. Memedarka kaca 3. Membelok dalam meda listrik da meda maget. 4. Jika ditembakka pada logam meghasilka siar X 5. Bergerak cepat meurut garis lurus da keluar tegak lurus dari Katoda. Simpaga siar katoda dalam meda listrik da meda maget meujukka bahwa siar ii bermuata egatif. Thomso dapat meujukka bahwa partikel siar katoda itu sama bila katoda digati logam lai. Jadi partikel-partikel siar katoda ada pada setiap logam yag disebut elektro. Tapa mgeal lelah da meyerah, akhirya Thomso dapat megukur massa elektro, teryata muata elektro, Coulomb da massa elektro 9, Kg. Terjadiya siar katoda dapat diteragka sebagai berikut: Pada tekaa yag sagat kecil, letak molekul-molekul udara sagat reggag, dalam gerakaya meuju katoda (-), io-io positif membetur katoda dega kecepata tiggi. Betura-betura tersebut megakibatka terlepasya elektro-elektro dari logam katoda.

4 Perkembaga teori atom 4 Teori Rutherford Dalam percobaaya, rest Rutherford (87-937) meembakka partikel (alfa) pada kepiga emas yag tipis dega tebal /00 mm. partikel alfa adalah partikel ag mempuyai massa 7000 kali massa elektro.! Adalah sagat mustahil jika partikel alfa dibelokka oleh elektro yag massaya sagat kecil. Berdasarka hasil experimeya, Rutherford meyagkal teori atom J.J Thomso. Pada tahu 9 ia meyusu model atom yag baru. Model atom meurut Rutherford:. Atom sebagia besar tediri dari ruag hampa dega satu iti yag bermuata positif da satu atau beberapa elektro yag beredar disekitar iti, seperti Plaet-Plaet yag bergerak dalam sistem tata surya. Massa atom sebagia besar terletak pada itiya.. Atom secara keseluruha bersifat etral, muata positif pada iti sama besarya dega muata elektro yag beredar di sekitarya. Muata positif pada iti besarya sama dega omer atom dikalika dega muata elemeter. 3. Iti da elektro tarik-mearik, Gaya tarik mearik ii merupaka gaya cetripetal yag megedalika gerak elektro pada orbitya masig-masig seperti grafitasi dalam tata surya. 4. Pada Reaksi kimia, iti atom tidak megalami perubaha, Yag megalami perubaha ialah elektro-elektro pada kulit terluar. Io + adalah atom yag kekuraga elektro (telah melepas e) Io adalah atom yag kelebiha elektro (meyerap e).

5 Perkembaga teori atom 5 MASSA da MUATAN LKTRON J.J Thomso ( ) meamaka partikel bermuata egatif tersebut dega elektro. Sekitar tahu 897, beliau yag pertama kali meetuka perbadiga atara muata da massa elektro. Thomso megguaka prisip bahwa partikel-partikel yag bergerak melalui meda magetik aka dibelokka. Gambar diatas meujukka skema ragkaia peralata yag diguaka oleh Thomso. Jika sebuah partikel bermuata e da kecepata v memotog tegak lurus daerah meda magetik B, maka partikel aka meempuh litasa berbetuk ligkara dega jari-jari m r. v B. e dega m da e adalah massa da muata partikel, sehigga perbadiga adalah e V m r. B r da B dapat diukur, sedagka v belum diketahui. Utuk megukur v diguaka Spektrometer massa. Partikel bermuata e yag diletakka dalam meda listrik aka megalami gaya listrik sebesar F listrik e. partikel bermuata ii aka meyimpag dalam meda listrik. Peyimpaga ii dapat ditiadaka dega memasag meda magetik B da kapasitor, yag arah garis gayaya tegak lurus dega arah meda listrik. alat ii diseut sebagai Selektor kecepata. Karea dapat memilih kecepata partikel yag aka diteruska. Partikel bermuata mula-mula dikirim melalui sebuah alat Selektor kecepata. Kemudia partikel ii memasuki daerah meda magetik B 0 (megarah kedalam kertas). Hal ii meyebabka io bergerak dega litasa setegah ligkara da meumbuk film fotografik di P. Meda magetik B aka meghasilka gaya Loretz sebesar F Loretz B.e.V iilah gaya yag meiadaka gaya listrik, sehigga elektro dalam kapasitor tetap berjala lurus. Maka: F listrik F Loretz e. B.e.V

6 Perkembaga teori atom 6 V B da B dapat diukur, sehigga kecepata partikel dapat ditetuka. Dega demikia dapat diketahui ilai perbadiga e m Thomso medapat hasil e m, Coulomb Kg - Percobaa tetes miyak Millika (Millika Oil Drop) J.J Thomso berhasil meetuka ilai e m elektro, tetapi belum berhasil megukur besar muata e elektro. Orag yag berhasil meetuka besar muata elektro adalah Robert Adrew Millika yag terkeal dega experime tetes miyak. Diagram Skematik peralata Millika ditujukka pada gambar disampig ii : Dua kepig logam paralel horisotal A da B diisahka dega jarak d dalam orde milimeter. Miyak disemprotka pada bagia atas kepig da ada beberapa tetes miyak yag memasuki lubag kecil pada kepig A. Siar cahaya diarahka horisotal diatara kepig-kepig. Sebuah teleskop diatur sehigga sumbuya tegak lurus pada siar cahaya. Miyak yag jatuh disiari oleh cahaya sehigga dapa diamati melalui teleskop. Tetes itu terlihat seperti bitag kecil yag sagat terag, jatuh perlaha dega suatu kecepata termial. Kecepata miyak dapat ditetuka melalui hubuga berat miyak dega gaya hambat udara karea keketalaya. Metode sederhaa utuk megukur muata tetes miyak yag jatuh adalah sebagai berikut. Aggap tetes miyak bermuata egatif. Kepig-epig diberi beda potesial sehigga V ( AB) atara kepig-kepig terdapat meda listrik kebawah sebesar: dega d megatur meda listrik dapat dihasilka gaya listrik F.q yag tepat sama dega berat tetes miyak m.g maka dalam keadaa ii, tetes miyak aka diam. F listrik berat tetes miyak.q m.g

7 Perkembaga teori atom 7 m. g q massa tetes miyak sama dega hasil kali massa jeis da volumeya (Bola) V ( AB) sehigga d 3 4π r rho.. g q 3 V ( AB) d 4π r 3 3 ; q 4 π. rho. r. g. d 3 V ( AB) 3 semua besara yag terdapat di ruas kaa dapat diukur, kecuali jari-jari tetes miyak r, orde tetes miyak 0-5 cm sehigga terlalu kecil utuk diukur lagsug, jari-jari ii dapat kita hitug dega megukur kecepata termial V t tetes miyak, karea tetesmiyak jatuh melalui jarak d diukur dari garis acua dalam okuler teleskop. Kecepata termial adalah saat berat m.g tepat setimbag dega gaya hambat keketala udara f. gaya keketala sebuah bola dega jarijari r yag bergerak dega kecepata v dalam suatu fluida dega keketala (theta), diberika oleh Hukum Stokes sebagai: f 6..r.v Dega demikia: m.gf 4π r 3 3.rho.g 6..r.v t η v r g. rho. g jika r 3 ii kita masukka ke dalam persamaa (q ), kita dapatka: 3 3 d η v q 8π V ( AB). rho. g Millika da asisteya megukur ribua tetes miyak. Ia medapatka bahwa dalam batas kesalaha percobaa setiap tetes selalu memiliki muata yag sama dega kelipata muata elemeter (e) da tidak perah berilai desimal kelipataya (e,e,3e, ). Nilai muata e yag didapat oleh Millika adalah: e, Coulomb,6.0-9 Coulomb

8 Perkembaga teori atom 8 Demikialah model atom Rutherford diaggap lebih baik daripada model atom Thomso. Walaupu demikia model atom Rutherford masih harus diuji dega percobaapercobaa. Meurut Rutherford, elektro-elektro beredar di sekelilig iti. Sebagai cotoh: Atom Hidroge adalah atom yag palig sederhaa, karea haya ada satu elektro. Gambar hal 5 jika jari-jari litasa elektro r & F cp " $ %!! # e ergi potesial elektro pada orbitya p k r e adalah muata elemeter. Gaya tarikmearik atara iti da elektro sama dega gaya cetripetal yag bekerja pada elektro. jadi k. e mv r r m adalah massa elektro k. e mv r ergi kietik elektro pada orbitya e k r ergi total elektro p + k e e k + k r r e k r Dari bahasa diatas, dapat ditarik kesimpula, bahwa semaki kecil jari-jari orbit elektro, semaki kecil pula eergiya. Geraka elektro adalah arus listrik, akibat geraka elektro atom maka terjadi meda maget. Sehiggga perubaha meda maget meimbulka perubaha meda listrik. Dega perkataa lai, geraka elektro meimbulka gelombag elektromagetik. Jadi selama elektro beredar, seatiasa dipacarka eergi berupa gelombag elektromagetik, eergi elektro semaki megecil dega sejala dega megecilya jari-jari elektro Litasa elektro tidak lagi berupa ligkara, tetapi berupa pili (seperti Obat Nyamuk) yag pada akhirya elektro jatuh ke dalam iti jadi atom itu tidak stabil. Hal itulah yag merupaka kelemaha pertama terhadap teori Rutherford.

9 Perkembaga teori atom 9 Bila litasa elektro semaki meciut, periode putara elektro mejadi semaki kecil, Frekwesi gelombag yag dipacarka berubah pula. Pegamata meujukka bahwa spektrum uap hidroge terdiri atas garis-garis yag frekuesiya tertetu. Hal itulah yag juga merupaka kelemaha kedua terhadap teori Rutherford. CONTOH SOAL Meurut teori atom Rutherford terdapat elektro pada jarak 0-0 m dari itiya, hituglah kecepata elektro tersebut ketika berputar megeliligi protoya jika : massa elektro Kg muata elektro da proto adalah,6.0-9 coulomb. Hitug pula eergi yag dipuyai elektro tersebut. V k e m. R e k R v, (,6.0 ) v 6, 6.0 / m s,5.0 8 joule Spektrum uap Hidroge Pegamata spektroskopis meujukka bahwa spektrum gas Hidroge terdiri atas dereta garis-garis. Dereta garis ii diberi ama meurut orag yag meemukaya

10 Perkembaga teori atom 0 Secara mpirik, Balmer meemuka rumus yag cocok dega pajag gelombag dereta Balmer. λ 3645, 6 Agstrom 4 3,4,5, dst. Rumus ii oleh Rydberg diperbaiki mejadi R Agstrom λ R Agstrom λ R adalah tetapa Rydberg, A o 3,4,5, dst Rumus ii sesuai pula utuk deret Lyma da Pasche Utuk deret Lyma digati dega da,3,4, dst. Utuk deret Pasche digati dega 3 da 4,5,6, dst. Model atom Bohr Hasil pegamata spektroskopis terhadap spektrum atom Hidroge telah membuka kelemaha-kelemaha model atom Rutherford. Dari keyataa ii dapat ditafsirka beberapa kemugkia:. Model atom Rutherford salah, atau. Teori lektrodiamika klasik salah, atau 3. Model atom Rutherford da teori lektrodiamika klasik haya berlaku utuk batas-batas tertetu. Pada tahu 93, Niels Bohr (885-96) meyusu model atom Hidroge berdasarka model atom Rutherford da teori Kuatum. MODL ATOM BOHR. DIBUAT BRDASARKAN dua POSTULATNYA YAITU :. lektro tidak dapat berputar dalam litasa yag sembarag, elektro haya dapat berputar pada litasa tertetu tapa memacarka eergi. Litasa ii Disebut litasa stasioer. Besar mometum aguler elektro pada litasa Stasioer ii adalah : mvr h π disebut bilaga kwatum (kulit) utama.. lektro yag meyerap eergi (foto) aka berpidah ke litasa yag eer- giya tiggi, da sebalikya.

11 Perkembaga teori atom Jari-jari litasa elektro ergi kietikya: elektro yag jari-jari litasaya r memilik mometum h Aguler sebesar mvr π. h Maka v π. m. r ½ m.v e ½ k r 34 (6, 6.0 ) r 9,.0 (, 6.0 ).9.0.4(3,4) h r m. e. kπ Bila ilai m,e,k da h kita substitusika diperoleh: 34 (6, 6.0 ) r 9,.0 (, 6.0 ).9.0.4(3,4) r. 5,8.0 - meter utuk,,3, dst. r 5,8.0 - m, 4. 5,8.0 - m, 9. 5,8.0 - m, 5,8.0 - m Perbadiga jari-jari litasa elektro r : r : r 3 : : :3 :. Kesimpula Jari-jari litasa (Kwatum) utama elektro berbadig sebagai kwadrat bilaga asli. CONTOH SOAL Sebuah elektro pada litasa bilaga kuatum 3, hituglah periode gerakya. v. h m. v. R π R } h v π m.. R. R 6, 6.0.3,4.9,.0.3.5, v 5 7, 9.0 m / s R 3 9.5, 8.0 4, m T Kell v π R 3 v 0.3,4.4, 75.0 T 5 7, , det ik

12 Perkembaga teori atom Spektrum gas Hidroge meurut Bohr Bila elektro melocat dari litasa yag eergiya tiggi (B) ke litasa yag eergiya redah, dipacarka eergi sebesar h.f h.f B - A f e e k k B- r A B ra h h λ h h 4 4 c π k e m π k e m 3 3 B A c λ h 4 π k e m 3 A B 4 π k e m 3 λ h. c A B 4 π k e m adalah bilaga tetap. 3 h. c Rumus diatas mirip dega rumus Balmer R( λ A B Dega ketetua bahwa: Deret Lyma (Ultra Ugu) A B, 3, 4. Deret Balmer (Cahaya tampak) A B 3, 4, 5,. Deret Pasche (Iframerah I) A 3 B 4, 5, 6,. Deret Brackett (Iframerah II) A 4 B 5, 6, 7,. Deret Pfud (Iframerah III) A 5 B 6, 7, 8,. )

13 Perkembaga teori atom 3 CONTOH SOAL 3 Hituglah pajag gelombag miimum da maksimum yag dipacarka elektro atom hidroge pada litasa cahaya tampak. λ mi R λ A B 7, λ 3 max 7, λ mi 3, m 7 λ max 6, m ergi Ioisasi Utuk membagkitka elektro dari Kwatum a ke kwatum b diserap eergi sebesar: B - A e e k k rb ra k e. ra rb. h r 4π k e m 4 π k e m Joule h A B

14 Perkembaga teori atom 4 Dega mesubstitusika ilai m,e,k,h maka diperoleh 3,6 A B ev Bila elektro terbagkit sampai kwatum, maka elektro itu lepas dari ligkuga atom da atom tersebut mejadi io (+). ergi yag diserap utuk meg-io-ka atom disebut ergi Ioisasi. Besar ergi Ioisasi atom Hidroge: 3,6 ev 3,6 ev utuk besar 3,6 ev Jadi bagi atom H dapat ditulis H + 3,6 ev H + + e - Sebalikya jika io Hidroge megikat sebuah elektro aka dipacarka eergi sebesar: 4 π k e m Joule h A Besar Frekwesi foto yag dipacarka h. f 4 π k e m h. 4 π k e m f 3 h. utuk diperoleh frekwesi yag sesuai dega salah satu deret balmer. Bohr da Stoer meyusu model atom-atom laiya berdasarka model atom Hidroge. Litasa elektro dega bilaga kwatum,,3, dst. Disebut kulit (K,L,M,N, ) Tiap kulit elektro haya dapat diisi palig bayak oleh elektro-elektro, adalah bilaga kwatum utama.

15 Perkembaga teori atom 5 CONTOH SOAL 4 Sebuah elektro berada pada litasa bilaga kuatum, hituglah : a. ergi stasioer elektro tsb. b. ergi ioisasi utuk berpidah ke litasa bilaga kuatum 3. stasioer 3,6.,6.0 9 joule stasioer ioisasi ioisasi 3,6,6.0 5, , 6., 6.0 A B 3, 6., ioisasi 3, joule 9 9 joule joule joule TUGAS. Hitug berapa kecepata electro dalam atom hydroge, bila jari-jari litasaya 0-8 m. (, m/s). pajag gelombag H pada deret Balmer 6, m. Bola kecepata rambat cahaya m/s. Berapa frekuesi da eergi foto yag meimbulka garis H itu? (4, Hz), (30, joule) 3. Bila sebuah io hydroge megikat sebuah electro bebas sehigga mejadi atom stabil, berapa eergi yag dibebaska, diyataka dalam ev. (3,6 ev) 4. Satu berkas electro yag mempuyai eergi 3 ev diguaka utuk meembaki gas hydroge. Hitug pajag gelombag yag dipacarka 5. Hitrug pajag gelombag yag terpedek pada spectrum garis deret Pasche. (8,.0-7 m)

16 Perkembaga teori atom 6 6. Sebuah electro memerluka waktu 0-8 detik dalam keadaa exsitasi pada litasa, sebelum pidah pada litasa, utuk memacarka eergi photo. Berapa kali electro tersebut berputar dalam litasa? ( 8,6.0 6 kali) 7. Hitug pajag gelombag foto yag dipacarka, bila atom hydroge keadaaya berubah dari keadaa 4 mejadi. (9, m) 8. Hitug mometum foto pada soal o. 7 (6,8.0-7 Kg m/s) 9. Hitug kecepata atom hydroge setelah memacarka foto pada soal o. 7 (4,08 m/s) 0. Satu berkas siar electro diguaka utuk meembaki gas hydroge. Berapa eergi miimum yag harus dipuyai electro, bila foto yag dipacarka sesuai dega garis pertama Balmer. ( ev). o0o