INTI ATOM - hisyamibnusholah

PERTEMUAN XII
INTI ATOM
A. Perkembangan Teori Atom
Menurut Demokritis (460 – 370 SM) mengemukakan bahwa atom adalah “bagian yang terkecil
dari suatu zat/ partikel yang tidak dapat dibagi lagi.” Atom berasal dari kata “atomos“ yang
berarti tidak dapat dibagi bagi. Konsep atom ini tidak didasari oleh eksperimen melainkan
dengan pemikiran.
1. Teori Atom Dalton ( 1766 – 1844 )
Pernyataan Teori atom Dalton adalah :
a. Atom merupakan partikel-pertikel yang tidak dapat dibagi lagi
b. Atom dari suatu unsur bersifat tetap dan tidak dapat berubah menjadi unsur lain.
c. Dua atom atai lebih yang berasal dari atom- atom yang berlainan dapat bergabung membentuk
molekul dengan reaksi kimia.
d. Dalam reaksi kimia banyaknya atom yang bergabung mempunyai perbandingan tertentu dan
sederhana.
e. Dalam reaksi kimia berbagai atom unsur yang terlibat hanya sekedar memisahkan dan
bergabung sedangkan massa keseluruhannya tetap.
2. Model Atom Thomson
Model atom menurut Thomson :
a. Atom berbentuk bulat padat dengan muatan listrik positif tersebar merata di seluruh bagian
atom.
b. Muatan listrik positif dinetralkan oleh elektron yang tersebar merata antara muatan-muatan
positif.
3. Model Atom Rutherford
Model atom yang dikemukakan Rutherford adalah :
a. Atom terdiri dari inti ( nukleus ) yang dikelilingi oleh elektron.
b. Inti bermuatan positif dan sebagian besar massa terkonsentrasi pada inti.
c. Jarak antara inti atom dengan elektron yang mengelilingi relatif jauh lebih besar dibandingkan
dengan ukuran inti.
d. Dalam reaksi kimia hanya komposisi elektron-elektron bagian luar saja yang mengalami
perubahan sedang bagian inti tidak.
e. Karena inti bermuatan positif sedang elektron bermuatan negatif maka terdapat gaya
elektrostatik yang bertindak sebagai gaya sentripetal terhadap elektron.
f.
: Fc  k
Gaya sentripetal
: Fs  m e
F5

e2
Gaya tarik inti
r2
v2
r
k e2
2r
 k e2
Energi potensial elektron : E p 
r
Energi kinetik elektron : E k 
Energi total elektron : E tot  
k e2
2r
1
 9.10 9 Nm 2 / C 2
4 o
e = muatan elektron = 1,6.10-19 C
r = jari- jari lintasan elektron ( m )
me= massa elektron ( 9,11.10-31 kg)
V = kecepatan gerak elektronik ( m/s )
Keterangan : k =
Atom oksigen menurut model atom Rutherford
Kelemahan Teori Atom Rutherford
a. Tidak dapat menjelaskan kestabilan atom (energi elektron berkurang, jari-jari lintasan berkurang
dan elektron jatuh ke inti)
b. Tidak dapat menjelaskan spektrum garis atom hidrogen.
B. Spektrum Atom Hidrogen
Spektrum garis yang dihasilkan atom hidrogen sesuai dengan rumus yang diusulkan oleh Rydberg (
1890 ) adalah :
 1
1
1 
 R 2  2 
n


 a nB 
Menurut Balmer bahwa panjang gelombang garis- garis
yang dihasilkan spektrum Hidrogen yang terletak di
daerah cahaya meliputi :
1. Deret Lyman ( deret ultra ungu )
1
1 
 1
 R 2  2  ; n = 2, 3, 4, 5, …

n 
1
2. Deret Balmer ( deret cahaya tampak )
1
1 
 1
 R 2  2  ; n = 3, 4, 5, 6, …

n 
2
3. Deret Paschen ( deret infra merah I )
1
1 
 1
 R 2  2  ; n = 4, 5, 6, 7, …

n 
3
(a)
4. Deret Bracket ( deret infra merah II )
1
1 
 1
 R 2  2  ; n = 5, 6, 7, …

n 
4
5. Deret Pfund ( deret infra merah III )
1
1 
 1
 R 2  2  ; n = 6, 7, …

n 
5
Keterangan :  = panjang gelombang ( m )
R = tetapan Rydberg ( 1,097.107/m )
nA= lintasan kulit dalam
nB= lintasan kulit yang lebih luar
(b)
Gambar (a) Perpindahan elektron yang menghasilkan pemancaran energi foton berupa spektrum garis
yang dihasilkan oleh atom hidrogen ditunjukkan oleh anak panah, (b) Deret spektrum hidrogen
digambarkan dalam tingkat energi.
Energi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan adalah sebagai berikut :
E = hf = EnB – EnA atau
c
2 2 k 2 me 4  1
1 
h =
 2 
2
2
n


h
 B nA 
dengan R =
2 2 k 2 me 4
h2
= 1,09678 x 107 m–1 maka diperoleh :
 1
1
1
 R 2  2
n

 B nA




C. Model Atom Bohr
1. Untuk menutupi kelemahan atom Rutherford Neils Bohr membuat postulat :
a. Elektron mengelilingi inti tidak melalui lintasan sembarang melainkan hanya lintasan tertentu
dengan momentum anguler tertentu, tanpa membebaskan energi, lintasan ini disebut lintasan
stasioner dan memiliki energi tertentu.
Energi anguler L elektron sewaktu mengelilingi inti adalah :
Keterangan : L
= momentum anguler elektron
m = massa elektron
v
= kecepatan elektron
h
r
= jejari elektron
Lmvr 
2

= nomor lintasan elektron (kulit K;n =1, untuk kulit
L; n = 2, dst)
h
=konstanta planck =6,62.10-34Js
b. Elektron dapat berpindah dari satu orbit ke orbit lain dengan menyerap atau memancarkan
energi foton sebesar hf. bila transisi terjadi dari lintasan luar ke dalam maka elektron
memancarkan energi dan bila sebaliknya menyerap energi.
E = energi foton ( joule )
E = h. f
h = konstanta Planck
f = frekuansi foton
Kelemahan model atom Bohr :
 Lintasan elektron yang mengelilingi inti ternyata sangat rumit, lintasannya bukan berupa
lingkaran saja.
 Model atom Bohr hanya menerangkan model atom hidrogen saja, sedang untuk atom
elektron banyak mempunyai perhitungan sangat sukar.
 Tidak dapat menerangkan pengaruh medan magnet terhadap spektrum atom, hal ini dapat
diterangkan oleh Zeeman.
 Tidak dapat menerangkan kejadian- kejadian dalam ikatan kimia dengan baik.
2. Jari- jari lintasan elektron.
h
ke2
dan Ek 
. Maka jari- jari lintasan elektron dapat diperoleh :
2 m r
2r
n = jari- jari elektron ke- n
h = konstanta Planck
n = lintasan ke – n
1
2 2
n .h
k =
 9.10 9 Nm 2 / C 2
n 
4 o
2
2
4 . k m e
m = massa elektron
e = muatan elektron
 = 3,14
Dari besarnya v 
Jari- jari elektron berbanding lurus dengan kuadrat bilangan- bilangan bulat positif.
r1 : r2 : r3 = 12 : 22 : 32
Atau
rn = n2 r1
3. Energi elektron pada suatu orbit
Energi elektron pada suatu orbit adalah :
Keterangan :
En 
k 2 2 2 m e 4
h2 . n2
k = 9.109 Nm2/C2
m = massa elektron ( c )
C = muatan elektron
h =kostanta Planck
n = nomor lintasan/ orbit
Jika harga- harga k, m, e, h dimasukkan maka :
2,17 .10 18
13,6
Joule
 2 ev
ev  elektron volt
n2
n
Jika elektron menyerap energi dari luar dan lepas dari orbitnya menuju ke tak terhingga, maka
elektron di katakan mengalami ionisasi. Besarnya energi ionisasi sama dengan energi pada lintasan
elektron tersebut.
En 
D. Simbol Atom
Partikel-partikel penyusun inti disebut nukleon atau nuklida yang terdiri atas proton dan neutron. Setiap
atom atau unsur yang berbeda mempunyai jumlah proton yang berbeda dengan intinya. Bilangan yang
menunjukkan banyaknya proton yang dimiliki oleh sebuah atom disebut nomor atom (diberi Iambang Z).
Bilangan yang menunjukkan banyaknya nukleon (proton dan neutron) disebut nomor massa (diberi
Iambang A).
Berbagai Isotop dibedakan dengan menggunakan sumbu atom.
A
Z
X
X = simbol atom
A = nomor massa
Z = nomor atom (menunjukkan jumlah proton atau elektron dalam suatu atom)
Jumlah neutron = nomor massa – nomor atom
n  AZ
A = n + p (massa atom merupakan jumlah dari massa proton + massa neutron)
Di alam banyak terdapat unsur yang memiliki nomor atom (Z) yang sama tetapi nomor massa (A)
13
14
berbeda seperti: 12
6 C; 6 C; 6 C
Unsur–unsur di atas disebut isotop. Isotop adalah atom–atom yang mempunyai nomor atom sama, tetapi
nomor massa berbeda.
Selain isotop, kita mengenal kelompok nuklida Iain yaitu isoton, isobar, dan isotop-isotop.
a. Isoton, yaitu nuklida–nuklida yang mempunyai jumlah neutron sama tetapi nomor massa berbeda.
14
Contoh: 13
6 C; 7 N
b. Isobar, yaitu nuklida-nuklida yang memiliki nomor massa sama tetapi nomor atom berbeda.
14
Contoh: 14
6 C; 7 N
E. Pengukuran Massa Atom
Massa suatu atom dapat diukur dengan berbagai metode. Salah satu pengukuran yang paling terkini,
yaitu pengukuran dengan menggunakan spektrometer massa.
Suatu atom yang akan diukur massanya, terlebih dahulu dipanaskan sehingga menghasilkan ion–ion.
E
Ion–ion dengan kelajuan v =
akan melewati medan listrik E dan medan magnetik B tanpa membelok.
B
Ion–ion tersebut kemudian dilewatkan tegak lurus dengan B’. Akibatnya, ion–ion akan menempuh
lintasan melingkar. Lintasan melingkar yang dialami ion disebabkan adanya gaya sentripetal yang
berasal dari gaya Lorentz. Dengan demikian, akan kita peroleh persamaan sebagai berikut.
mv 2
 B' qv ;
Fsentripeta l  FLorentz ;
Keterangan:
r
m
= massa ion (kg)
B' qr B' qr
q
= muatan ion (coulomb)
m

v
B, B’ = besar induksi magnetik (Wb/m 2 atau tesla)
E
 
r
= jari–jari lintasan ion (m)
B
E
= kuat medan listrik (V/m)
BB' qr
m=
................................................ 7.2.
E
F. Gaya Inti
Gaya inti adalah gaya tarik–menarik antarnukleon, yaitu antara proton dengan proton, antara neutron
dengan neutron, dan antara proton dengan neutron. Gaya inti akan sangat kuat pada jarak kurang dari
10–15 m, dan akan berkurang, bahkan menjadi nol pada jarak 2 x 10–15 m – 3 x 10–15 m. Gaya inti pertama
kali ditemukan oleh fisikawan Jepang, H. Yukawa.
Gaya ini merupakan sifat–sifat berikut:
a. Merupakan gaya terkuat, jika dibandingkan dengan gaya gravitasi dan gaya elektrostatik.
b. Gaya inti tarik–menarik pada jarak 10–15 m. Hal ini disebut repulsive.
c. Gaya inti bergantung pada spin nukleon yang berinteraksi.
d. Gaya inti sering disebut gaya nuklir. Gaya nuklir ini memiliki jangkauan terbatas dan tidak mematuhi
hukum kuadrat kebalikan seperti halnya gaya elektrostatis dan gaya gravitasi.
G. Defek Massa dan energi ikat inti
Energi ikat inti adalah energi yang dilepas oleh nukleon–nukleon agar terbentuk inti atom atau energi
yang diperlukan untuk memisahkan nukleon yang membentuk inti. Oleh karena massa inti lebih kecil dari
jumlah massa seluruh nukleon pembentuknya, maka akan terjadi penyusutan massa yang selanjutnya
disebut susut massa atau defek massa. Besarnya susut massa (m) sama dengan massa total nukleon
pembentuk inti dalam keadaan bebas dikurangi massa inti yang terbentuk. Misalnya inti ZA X mempunyai
massa proton bebas m p, massa neutron bebas m n, dan massa inti m, susut massanya dirumuskan
sebagai berikut.
m   ZmP   A  Z  mn  mint i 
m
Z
mp
mn
A
minti
= defek massa
= nomor atom
= massa proton
= massa nautron
= nomor massa
= massa inti
Hilangnya massa pada inti atom diubah menjadi energi ikat inti, sehingga antara penyusun inti tidak
saling lepas. Besarnya energi itu menurut einstein dinyatakan.
Keterangan:
E  m.c2
atau
E  m 931,5 MeV / sma
E = energi ikat
c = kecepatan cahaya dalam ruang hampa.