KIMIA KUANTUM DASAR, oleh Dr. I Made Kirna, M.Si. Hak Cipta 2014 pada penulis GRAHA ILMU Ruko Jambusari 7A Yogyakarta 55283 Telp: 0274-889398; Fax: 0274-889057; E-mail: info@grahailmu.co.id Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memper banyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit. ISBN: 978-602-262-357-1 Cetakan Pertama, tahun 2014 Semua informasi tentang buku ini, silahkan scan QR Code di cover belakang buku ini
BAB... KATA PENGANTAR B uku ini dibuat untuk mendukung Mata Kuliah Kimia Kuantum Dasar ataupun Mata Kuliah sejenis yang memberikan landasan pemahaman sebelum masuk kepada kajian mikroskopis Kimia. Paparan pada buku ini dimulai dari pengkajian konsep-konsep yang sangat mendasar sebelum masuk pada pencapaian indikator belajar. Oleh sebab itu, buku ini juga dapat dimanfaatkan bagi pembaca yang ingin memperkaya pemahamannya tentang fisika dan kimia. Kajian materi mekanika kuantum dalam beberapa buku Kimia Fisika cenderung lebih banyak pada aspek matematika yang menyebabkan banyak pembelajar mengalami kesulitan untuk memahami apa sesungguhnya yang dikaji. Buku ini mencoba mempermudah pembelajar memaknai kajian kuantum yang bersifat abstrak melalui penekanan pada gagasan-gagasannya, bukan pada kompleksitas matematika di mana gagasan dasarnya sangat tersembunyi. Buku ini sedapat mungkin menghindari kerumitan matematika dan lebih menekankan pada pemahaman secara kualitatif tentang ide-ide dasar: apa yang melatarbelakangi kemunculannya, di mana diaplikasikannya dan apa keunggulannya. Paparan setiap bab dimulai dari advance organizer dan struktur materi serta indikator pencapaian belajar untuk menghantarkan pembelajar kepada inti kajian pada bab tersebut. Cakupan materi yang dibahas dalam buku ini dimulai dari gelombang elektromagnetik yang membahas fenomena gelombang dari cahaya, teori kuantum cahaya yang membahas fenomena partikel dari cahaya, gelombang partikel yang membahas dualisme partikel-gelombang pada materi sebagai peletak dasar munculnya mekanika kuantum, Postulat mekanika kuantum sebagai inti dari apa itu mekanika kuantum, aplikasi mekanika kuantum pada sistem sederhana dan diakhiri dengan aplikasi mekanika kuantum dalam menjelaskan spektroskopi vibrasi dan rotasi. Paparan materi
vi Kimia Kuantum Dasar sebanyak mungkin didukung dengan visualisasi dan contoh-contoh kasus agar pembelajar secara gamblang menangkap maksud dari apa yang dikaji. Setiap terminologi diberikan penjelasan yang cukup agar pembelajar tidak keliru dalam memahaminya. Akhirnya, semoga buku ini bermanfaat. I Made Kirna
BAB... DAFTAR ISI KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL BAB I GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK 1 1.1 Terminologi Terkait dengan Getaran dan Gelombang 2 1.2 Gelombang Elektromagnetik 6 1.3 Sinar X 11 1.4 Difraksi Sinar X 18 Rangkuman 23 Latihan 25 Daftar Pustaka 25 BAB II TEORI KUANTUM CAHAYA 27 2.1 Radiasi Benda Hitam 28 2.2 Teori Kuantum Cahaya Planck 32 2.3 Efek Foto Listrik 37 2.4 Efek Compton 42 2.5 Spektrum Atom 46 Rangkuman 52 Latihan 54 Daftar Pustaka 54 v vii xi xv
viii Kimia Kuantum Dasar BAB III GELOMBANG PARTIKEL DAN PRINSIP KETIDAKPASTIAN 57 3.1 Gelombang Partikel 58 3.2 Prinsip Ketidakpastian 62 3.3 Ramalan Energi Terendah Sistem Mikroskopis 67 Rangkuman 68 Latihan 69 Daftar Pustaka 70 BAB IV MEKANIKA KUANTUM 71 4.1 Jenis-jenis Mekanika 72 4.2 Postulat Mekanika Kuantum 74 Rangkuman 85 Latihan 86 Daftar Pustaka 87 BAB V APLIKASI MEKANIKA KUANTUM PADA SISTEM PARTIKEL DALAM KOTAK 89 5.1 Mekanika Kuantum Partikel dalam Kotak 1 Dimensi 91 5.2 Tingkat Energi Partikel dalam Kotak 1 Dimensi 92 5.3 Fungsi Gelombang dan Kebolehjadian Menemukan Partikel 95 5.4 Prinsip Ortogonalitas 97 5.5 Momentum Partikel dalam Kotak 1 Dimensi 98 5.6 Mekanika Kuantum Partikel dalam Kotak 3 Dimensi 100 Rangkuman 104 Latihan 105 Daftar Pustaka 105 BAB VI MEKANIKA KUANTUM SISTEM GETARAN HARMONIK DAN ROTASI 107 BENDA TEGAR 6.1 Getaran Harmonik Satu Dimensi 108 6.2 Tingkat Energi Getaran Harmonik 112 6.3 Fungsi Gelombang Getaran Harmonik 116 6.4 Tingkat Energi Getaran tidak Harmonik 119 6.5 Rotasi Benda Tegar 119 6.6 Persamaan Schrodinger dan Tingkat Energi Rotasi Benda Tegar 123 6.7 Fungsi Gelombang Rotasi Benda Tegar 127 Rangkuman 128 Latihan 129 Daftar Pustaka 130 BAB VII SPEKTROSKOPI VIBRASI DAN ROTASI 131 7.1 Apa yang Dipelajari dalam Spektroskopi 132 7.2 Vibrasi Molekul dan Tingkat Energi Vibrasi 133
Daftar Isi ix 7.3 Aturan Transisi Vibrasi dan Spektrum Vibrasi 141 7.4 Puncak Overtone 147 7.5 Rotasi dan Tingkat Energi Rotasi 148 7.6 Aturan Transisi dan Spektrum Rotasi 149 7.7 Spektra Vibrasi-Rotasi 153 Rangkuman 156 Latihan 157 Daftar Pustaka 158 -oo0oo-
x Kimia Kuantum Dasar