Fisika Atom - Di Sini Rudi Susanto

Struktur Atom
Rudi Susanto
@rudist87
MODEL ATOM THOMSON
-
-
-
Materi
bermuatan
positip
-
-
Elektron
 Unsur-unsur kimia terdiri dari
atom-atom
 J.J. Thomson menemukan elektron
 Di dalam atom terdapat elektron
 Atom netral, di dalam atom harus
ada yang bermuatan positip
 J.J. Thomson (1898)
 Atom terdiri dari materi bermuatan
positip yang dikelilingi oleh
elektron-elektron, seperti fruitcake.
 Kue onde-onde
MODEL ATOM RUTHERFORD
-
-
-
+
Neutron
Elektron
-
 Sebagian besar atom adalah ruang
kosong
 Di dalam atom terdapat inti atom
(neutron) yang bermuatan positip
 Hampir semua massa atom
terkonsentrasi di dalam inti atom
 Elektron-elektron berada jauh dari
inti atom
 Rutherford dianggap sebagai
penemu neutron
 Elektron-elektron bergerak seperti
planet-planet mengelilingi matahari
mv 2
Fc 
r
ATOM HIDROGEN
Fc  Fe  v 
v
r
Fe
Proton
1 e2
Fe 
4 o r 2
Elektron
Fc
e
4 o mr
Kecepatan elektron
e2
PE  
4 o r
2
1
e
KE  mv 2 
2
8 o r
Energi total atom hidrogen
e2
E  KE  PE  
8 o r
SPEKTRAL ATOM
 Atom dalam fasa gas diberi arus listrik
 Setiap atom ternyata mengemisikan gelombang-gelombang
dengan panjang gelombang tertentu (emission line spectra)
SPEKTRAL ATOM
 Setiap atom juga menyerap gelombang-gelombang dengan panjang gelombang
tertentu (absorption line spectra)
 Panjang gelombang yang diemisikan ternyata sama dengan panjang gelombang
yang diserap
 Diperlukan model atom yang dapat menerangkan kestabilan atom dan adanya
garis-garis spektrum
Deret Spektral Hidrogen
 J.J. Balmer (1885)
 Spektrum cahaya tampak
 H = 656,3 nm
 H = 486,3 nm
 H = 364,6 nm
Formula Balmer :
1
1 
1
 R 2  2 

n 
2
n  3, 4, 5, 
R = konstanta Rydberg = 0,01097 nm-1
Deret Lyman (ultravoilet)
1
1 
1
 R 2  2 

n 
1
n  2, 3, 4, 
Deret Paschen (inframerah)
1
1 
1
 R 2  2 

n 
3
n  4, 5, 6, 
Deret Brackett (inframerah)
1
1 
1
 R 2  2 

n 
4
n  5, 6, 7, 
Deret Pfund (inframerah)
1
1 
1
 R 2  2 

n 
5
n  6, 7, 8, 
MODEL ATOM BOHR
 Niels Bohr (1913)
 Konsep gelombang materi
 Menggunakan pendekatan yang lain, tetapi hasilnya
sama dengan Broglie
v
e
h
h


mv e
4 o mr
4 o r
m
r  5,3x1011m    33x1011m
  33x1011  2(5,3x1011)  2 r
 Keliling orbit elektron yang mengelilingi inti atom hidrogen (proton) ternyata sama
dengan panjang gelombangnya
 Terdapat analogi dengan vibrasi/gelombang pada tali/kawat
Sebuah elektron hanya dapat mengelilingi inti atom bila
lintasan orbitnya merupakan kelipatan bulat dari panjang
gelombang Broglie-nya
n  2rn
nh
e
h

e
4 o rn
m
4 o rn
 2rn
m
n 2 h 2o
rn 
me 2
n=2
n=4
n  1, 2, 3, 
n = bilangan kuantum
Jari-jari Bohr = ao = r1 = 5,292x10-11 m
rn  n 2a o
n=8
Tingkat Energi Atom Hidrogen
e2
En  
8 o rn
me 4
En   2 2
8 o h
n 2 h 2o
rn 
me 2
 1  E1
 2 2
n  n
n  1, 2, 3, 
E1  2,18x1018 J  13,6 eV
E 2 , E3 , 
Excited states
Ground state
E  0
Elektron bebas
E5  0,87x1019 J  0,54 eV
E 4  1,36x1019 J  0,85 eV
E3  2,42x1019 J  1,51 eV
E 2  5,43x1019 J  3,4 eV
E1  21,79x1019 J  13,6 eV
Garis-garis Spektrum
 Setelah mendapat energi, tingkat energi atom naik
 Bila tingkat energinya turun, maka tentunya atom akan mengeluarkan
(mengemisikan) energi
 Energi yang diemisikan atom berupa foton
Energi awal – Energi akhir = Energi foton
 1
1 
E i  E f  E1  2  2   hf
nf 
 ni
c
E1  1
1 
f     2  2 

h  nf
ni 
E1  1
1 
f    2  2 
h  nf
ni 
1
E1  1
1 
   2  2 

ch  n f n i 
 me 4 
  2 2 
4
8

h
E1
me
o
 
7
1

 

1
,
097
x
10
m
R
2 3
ch
ch
8c o h
Deret Lyman
nf  1
Deret Balmer
nf  2
1
1 
1
 R 2  2 

n 
1
1
1 
1
 R 2  2 

n 
2
nf  3
1
1 
1
 R 2  2 

n 
3
n  4, 5, 6, 
nf  4
1
1 
1
 R 2  2 

n 
4
n  5, 6, 7, 
nf  5
1
1 
1
 R 2  2 

n 
5
n  6, 7, 8, 
Deret Paschen
Deret Brackett
Deret Pfund
n  2, 3, 4, 
n  3, 4, 5, 
E=0
n=
n=6
n=5
n=4
n=3
n=2
Series limit
n=1
Lyman series
Balmer series
Paschen series
Brackett series
EKSITASI ATOM




Atom akan mampu meradiasikan energi bila berada dalam keadaan tereksitasi
Mekanisme 1: Tumbukan dengan partikel lain
Atom akan menyerap sebagian energi kinetik dari partikel yang menumbuknya
Atom akan kembali kekeadaan semula dengan mengemisikan satu atau lebih foton
dalam waktu singkat (10-8s)
 Mekanisme 2 : Interaksi dengan cahaya pada panjang gelombang tertentu
 Atom akan kembali kekeadaan semula sambil mengemisikan foton dengan
panjang gelombang yang sama
n=1
Tumbukan dengan
partikel lain
n=2
foton
n=1
Interaksi dengan cahaya
Spektrum absorbsi
foton, 
+
Spektrum emisi
foton, 
+
Spektrum Atomik
 n2 
 dimana n  3, 4, 5.
  3645,6 2
n 4
Rumus yang lebih umum untuk
persamaan Balmer
1 
 1
  Rc 2  2 
n 
2
1 
 1
 3,2881 x 1015 det 1  2  2 
n 
2
R = konstanta Rydberg 10.967.800
m-1, c kecepatan cahaya 2,997925 x
108 m det-1 hasil kali R dan C
diberikan diatas
LASER
Alat yang menghasilkan suatu
berkas
cahaya
yang
mempunyai beberapa sifat
utama
 Monokromatik
• Hanya satu frekuensi
 Koheren
• Semua gelombang sefasa
 Tidak menyebar
• Gelombang bergerak lurus
 Intensitas tinggi
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Metastable state : lifetime (10-3 s) >> 10-8 s (biasa)
0
10-8 s
10-3 s
Ordinary excited
state
Metastable excited
state
Ground state
Tiga jenis transisi diantara dua tingkat energi :
 Induced absorption
 Spontaneus emission
 Induced emission (Einsten, 1917)
E1
hf
hf
hf
hf
hf
Eo
hf ’’ = E2 – E1
E2
Laser tiga tingkat :
Excited state
hf ’’
hf ’
E1
E1
Metastable
state
hf
hf
Eo
Eo
Ground state
hf ’ = E2 – Eo
Ground state
hf = E1 – Eo