MODEL ATOM MEKANIKA KUANTUM UNTUK ATOM BERELEKTRON BANYAK

Transkripsi

1 MODE ATOM MEKANIKA KUANTUM UNTUK ATOM BEREEKTRON BANYAK Pada materi Struktur Atom Hidrogen suda kita pelajari tentang Teori Atom Bor, dimana lintasan elektron pada atom Hidrogen berbentuk lingkaran. Namun ternyata Teori Atom bor ini tidak dapat menjelaskan untuk atom yang memiliki elektron lebi dari satu ( atom berelektron banyak ). Beberapa al yang tidak dapat di jelaskan ole Model Atom Bor ( kelemaan Model Atom Bor ) adala : Model atom Bor tidak dapat menjelaskan : 1. Struktur atom komplek. Struktur alus dari tingkat tingkat energi atom komplek 3. Perbedaan intensitas spektrum atom berelektron banyak 4. Adanya Efek Zeeman, yaitu terpecanya garis spektrum jika atom berada dalam medan magnetik. Kebenaran Kuantisasi Momentum Sudut ole Bor Dijelaskan ole De Broglie melalui konsep Gelombang Partikel : Jika Caaya (Gelombang) dapat menunjukkan gejala partikel (Effek Foto listrik, Efek Compton), maka partikel (elektron), juga dapat menunjukkan gejala gelombang. Gelombang yang diasilkan dari partikel memenui persamaan : dengan p = m.v (momentum) seingga m. v Kebenaran Hipotesa De Broglie diuji ole Davisson Germer dan G.P Tomson dengan cara : Menembakkan elektron (partikel) pada pelat sangat tipis dari nikel, ternyata di belakang pelat yang dipasang layar menunjukkan adanya gejala gelombang yaitu terjadi pola difraksi Ini membuktikan bawa partikel (elektron) dapat menunjukkan sifat gelombang, dengan panjang gelombang sesuai dengan perkiraan de Broglie. Uji coba yang sama di lakukan ole Ilmuwan lain seperti G.P Tomson dengan menembakkan elektron pada foil foil emas sangat tipis. Uji coba berikutnya dilakukan dengan menembakkan atom elium, idrogen dan netron, dengan asil yang sangat meyakinkan dengan menembakkan sinar X pada pelat tipis Keadaan Stasioner elektron di dalam atom diidentikkan dengan : Gelombang Stasinoer ujung terikat yang anya memiliki keadaan resonansi tertentu (iat Dawai sebagai sumber bunyi). Gelombang elektron diidentikkan dawai yang dibengkokkan membentuk lingkaran mengelilingi inti atom. Keadaan stasioner elektron dengan panjang gelombang dan momentum sudut tertentu, identik dengan keadaan resonansi dari gelombang pada dawai. p Dalam gelombang stasioner berlaku : Dengan : = panjang dawai n = bilangan bulat positif. = n. Orbit Stasioner Bor arus memenui nilai n. sama dengan keliling lingkaran orbit stasioner, seingga : n. =..r Jika persamaan tersebut digabungkan dengan persamaan de Broglie untuk gelombang, akan diperole : m. v. r n.. Ini sesuai dengan perkiraan Bor Diilami dengan teori Gelombang-Partikel de Broglie, Heisenberg menyatakan bawa Tidak mungkin kita mengetaui posisi partikel secara teliti dan momentum partikel secara teliti pada waktu yang bersamaan. Pernyataan ini dikenal dengan Ketidakpastian Heisenberg 1

2 Karena elektron didalam atom selalu bergerak, sesuai dengan Ketidakpastian Heisenberg, maka posisi dan momentum elektron tidak dapat ditentukan secara teliti bersamaan, yang dapat ditentukan adala Orbital dari elektron, yaitu daera kebolejadian terbesar untuk menemukan elektron. Dengan ide de Broglie bawa partikel kecil dapat dijelaskan secara gelombang, Scrodinger mengaplikasikan ide tersebut untuk menjelaskan sifat elektron dalam atom Hidrogen, dengan persamaan Scrodinger, yang menyimpulkan : 1. Gelombang elektron dapat dijelaskan ole suatu fungsi matematik yang memberikan amplitudo gelombang pada titik apa saja dalam ruang yang dikenal dengan Fungsi Gelombang Scodinger () (Psi).. Kuadrat fungsi gelombang memberikan peluang menyatakan secra tepat di mana lokasi elektron jika elektron dipandang sebagai gelombang. 3. Ada banyak fugnsi gelombang yang deskripsi gelombang elektronnya dalam atom dapat diterima. Setiap fungsi gelombang ini dikarakteristikkan ole sekumpulan bilangan bilangan kuantum. Untuk menjelaskan Atom berelektron banyak kita gunakan suatu bilangan yang disebut Bilangan Kuantum, yang terdiri dari 4 Bilangan kuantum yaitu : 1. Bilangan Kuantum Utama ( n ). Bilangan Kuantum Azimut ( Orbital ) ( l ) 3. Bilangan Kuantum Magnetik ( ml ) 4. Bilangan Kuantum Spin ( ms ) 1. Bilangan Kuantum Utama : Bilangan ini berfungsi : a. Menentukan letak elektron di dalam kulit atom, dimana : Bil. Kuantum ( n ) Kulit K M N O P b. Menentukan tingkat energi elektron dalam kulit atom, dimana : 13,6 E n ev n Untuk ion ion yang memiliki satu elektron seperti He +, i +, dan Be 3+, persamaannya diuba menjadi : 13,6. Z E n ev n dengan Z = nomor atom c. Menentukan jumla elektron dalam kulit atom, dimana : elektron. n dengan n = bil. Kuantum utama. Bilangan Kuantum Orbital ( Azimut ) ( l ) Bilangan ini bernilai : l = 0,1,,3, ( n 1 ) dengan : n = bilangan kuantum utama Bilangan ini berfungsi, diantaranya : a. Menentukan besar momentum sudut elektron, dengan rumus : l(l 1). dengan. = konstanta planck l = bilangan kuantum azimut = Momentum sudut elektron Karena Momentum sudut adala Besaran vector, maka ara momentum sudut dinyatakan dengan Kaida Genggaman Tangan Kanan, dimana : Ara lipatan empat jari tangan menunjukkan ara putaran elektron Ara Ibu jari menunjukkan ara Momentum sudut elektron.

3 b. Menentukan bentuk orbit elektron, dimana makin kecil bilangan kuantum orbital ( l = 0 ) orbitnya berbentuk ellips yang sangat pipi, dan makin besar bilangan kuantum orbital ellipsnya makin besar, sampai pada bilangan kuantum orbital terbesar lintasan elektron berbentuk lingkaran. l = 3 ( terbesar ) l = l = 1 l = 0 c. Menentukan sub kulit dalam kulit atom, dimana : Bil. Kuantum Azimut ( l ) Nama Sub Kulit s p d f g 3. Bilangan Kuantum Magnetik ( ml ) : Bilangan ini memiliki nilai : ml = - l,, 0,, + l dengan l = bil. kuantum orbital conto : untuk l =, maka : ml = -, -1, 0, 1, Bilangan Kuantum ini berfungsi diantaranya : a. Menentukan jumla orbital dalam sub kulit dengan rumus yaitu orbital = (.l + 1 ) Conto : untuk l = diatas terdiri dari 5 orbital Jadi, nilai 5 tersebut sama dengan jumla bilangan kuantum magnetic. b. Menentukan Komponen Momentum sudut elektron Menurut Scrodinger, Komponen momentum sudut elektron pada sumbu x dan y besarnya bebas, tetapi komponen momentum sudut pada sumbu z memiliki nilai tertentu yang terkuantisasi dengan persamaan : z = ml. Dengan z = Komponen momentum sudut pada sumbu z ml = bil. Kuantum magnetic. Conto Visualisasi Momentum sudut elektron : Misal elektron berada pada n = 3 Maka kemungkinan nilai l = 0, 1,, Untuk l =, maka diperole : ml = -, -1,0, 1, seingga : = 6. Dan : Hubungan ini dilukiskan : z +. = 6 ml = berlaku z =. ml = 1 berlaku z = 1. ml = 0 berlaku z = 0 ml = -1 berlaku z = -. ml = - berlaku z= = 6 0 = 6-1. = 6 -. = 6 Dengan tertentunya nilai z maka orbit elektron pun akan memiliki kemiringan tertentu yang selalu tegak lurus dengan ara momentum sudutnya ( liat aturan di atas ). Sebagai conto untuk nilai z, dari kulit n = 3 dan l = diperole : Besarnya sudut dicari dengan menggunakan Fungsi Cosinus, dimana : = 6. z 1 z Cos atau Cos Sudut diitung dari nilai z (+) seara jarum jam. intasan elektron 3

4 4. Bilangan Kuantum Spin ( ms) Bilangan kuantum spin berubungan dengan ara rotasi elektron di dalam lintasannya, yang disebabkan ole momentum sudut intrinsic, yaitu momentum sudut akibat rotasi elektron itu sendiri, ada dua ara rotasi elektron yaitu seara jarum jam atau berlawanan ara jarum jam, seingga ada dua nilai yang menyatakan ara rotasi elektron yaitu : Spin + ½ Spin ½ ms = ½ dimana : ms = + ½, jika ara spin elektron ke atas ( rotasi elektron berlawanan jarum jam ) ms = - ½, jika ara spin elektron kebawa ( rotasi elektron seara jarum jam ) CONFIGURASI EEKTRON : Menunjukkan letak elektron di dalam suatu atom Aturan penentuan Configurasi Elektron digunakan : 1. Diurutkan berdasarkan Tingkat Energi nya menurut aturan Auf Bau : Elektron akan menempati posisi di dalam kulit / sub kulit dari tingkat energi yang paling renda ke tingkat energi yang lebi tinggi. 1s, s, p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.. Menggunakan Azas arangan Pauli : Tidak mungkin di dalam atom yang sama terdapat elektron yang memiliki ke empat empat bilangan kuantumnya sama. 3. Menggunakan aturan Hund Elektron akan mengisi orbital dengan ara tegak sampai seluru orbital terisi penu baru ara ke bawa mengisi dari awal ( tingkat energi yang paling renda ). Conto : Sala Benar 4. Menggunakan Aturan Penu Setenga Penu : Atom akan berada dalam keadaan stabil jika memiliki orbital yang terisi penu atau setenga penu seingga untuk atom atom tertentu akan membentuk orbital setenga penu agar berada dalam keadaan stabil. Contonya : 4Cr : [Ar] 3d 5 4s 1 dan bukan [Ar] 3.d 4 4s 9Cu : [Ar] 3d 10 4s 1 dan bukan [Ar] 3d 9 4s Spektrum Emisi dan Absorbsi Jika kita panaskan sebua benda sampai pada suu yang tinggi kita akan meliat benda tersebut berpijar dengan warna tertentu. Untuk mengetaui berapa banyak warna yang diasilkan ole benda berpijar tersebut diperlukan alat yang dapat menguraikan warna tersebut menjadi warna warna monokromatik. Alat ini biasanya terbuat dari prisma dan disebut dengan Spektroskope. Warna yang kita liat langsung dari benda yang berpijar disebut dengan Spektrum Emisi / Spektrum Pancar. Peratikan bagan di bawa ini! Spektrum Spektrum Emisi : 1. Spektrum Kontinyu ( Bersambung) Diasilkan ole zat padat yang berpijar. Spektrum Diskontinyu Diasilkan ole atom-atom gas bertekanan renda Spektrum Garis Spektrum Pita Spektrum Absorbsi (Serap) 4

5 Keterangan : Spektrum Emisi : Spektrum ( sederetan warna caaya yang tersusun secara teratur ) yang diasilkan jika sebua benda / zat berpijar. Warna warna yang dipancarkan diperole dari elektron dalam atom zat yang mengalami transisi (exitasi) ke tingkat energi yang lebi tinggi, dan elektron cenderung untuk kembali ke keadaan dasar, sambil memancarkan energi berupa foton. Jika foton berada pada panjang gelombang caaya tampak, maka terliat warna warni caaya dari benda yang berpijar. Spektrum Emisi dicirikan dengan garis garis berwarna dengan latar belakang itam Transisi elektron pada atom berelektron banyak Elektron elektron yang berada dalam kulit yang sama tetapi memiliki sub kulit yang berbeda akan memiliki tingkat energi yang berbeda. Untuk kemungkinan transisi elektron pada atom berleektron banyak, menurut persamaan Scrodinger, dinyatakan : Transisi yang berpeluang besar untuk terjadi adala yang menguba nilai l ( bil. Kuantum orbital / azimut) sebanyak satu satuan. l = ± 1 Spektrum Serap : Sepktrum yang diasilkan jika spektrum pancar melewati zat tertentu, seingga keilangan sebagian warnanya karena terserap ole zat tersebut. Spektrum Serap dicirikan berupa garis garis gelap dengan latar belakang garis terang. Tidak ada dua atom berbeda yang mengasilkan spektrum emisi garis yang sama, seingga ini dapat digunakan untuk menunjukkan adanya unsure-unsur tertentu dalam conto baan yang mengasilkan spektrum garis. Energi Ionisasi dan Afinitas elektron : Energi Ionisasi adala Energi yang diperlukan untuk melepaskan sebua elektron pada kulit terluar dalam atom dalam keadaan gas. Dimana : Dalam satu golongan, jika kita bergerak dari atas ke bawa, energi Ionisasi semakin kecil, karena bilangan kuantum utama (n) semakin besar, seingga jarak antara proton-proton dalam inti dengan elektron terluar semakin bertamba, seingga gaya ikat inti semakin lema. Dalam satu Perioda, jiak kita bergerak dari kiri ke kanan, energi Ionisasi makin bertamba, karena bertambanya muatan inti, seingga gaya ikat antara inti dengan elektron terluar bertamba besar. Afinitas Elektron adala energi yang dibebaskan ole atom pada saat atom menerima elektron dari luar untuk membentuk ion negative. Afiniotas elektron bertanda negative, dimana semakin besar nilai negatifnya semakin muda atom untuk membentuk ion negative. 5