atom berelektron banyak

MODEL ATOM MEKANIKA KUANTUM
UNTUK ATOM BERELEKTRON BANYAK
Pada materi Struktur Atom Hidrogen sudah kita pelajari tentang Teori Atom Bohr, dimana lintasan
elektron pada atom Hidrogen berbentuk lingkaran. Namun ternyata Teori Atom bohr ini tidak dapat
menjelaskan untuk atom yang memiliki elektron lebih dari satu ( atom berelektron banyak ).
Beberapa hal yang tidak dapat di jelaskan oleh Model Atom Bohr ( kelemahan Model Atom Bohr )
adalah :
Model atom Bohr tidak dapat menjelaskan :
1. Struktur atom komplek
2. Struktur halus dari tingkat tingkat energi atom komplek
3. Perbedaan intensitas spektrum atom berelektron banyak
4. Adanya Efek Zeeman, yaitu terpecahnya garis spektrum jika atom berada dalam medan magnetik.
Kebenaran Kuantisasi Momentum Sudut oleh Bohr
Dijelaskan oleh De Broglie melalui konsep Gelombang Partikel :
Jika Cahaya (Gelombang) dapat menunjukkan gejala partikel (Effek Foto listrik, Efek
Compton), maka partikel (elektron), juga dapat menunjukkan gejala gelombang.”
Gelombang yang dihasilkan dari partikel memenuhi persamaan :

h
p
dengan p = m.v (momentum) sehingga

h
m.v
Kebenaran Hipotesa De Broglie diuji oleh Davisson – Germer dan G.P Thomson 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 bahwa partikel (elektron) dapat menunjukkan sifat gelombang, dengan panjang
gelombang sesuai dengan perkiraan de Broglie.
Uji coba yang sama di lakukan oleh Ilmuwan lain seperti G.P Thomson dengan menembakkan elektron
pada foil foil emas sangat tipis.
Uji coba berikutnya dilakukan dengan menembakkan atom helium, hidrogen dan netron, dengan hasil
yang sangat meyakinkan dengan menembakkan sinar – X pada pelat tipis
Keadaan Stasioner elektron di dalam atom diidentikkan dengan :
 Gelombang Stasinoer ujung terikat yang hanya memiliki keadaan resonansi tertentu (Lihat
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.

Dalam gelombang stasioner berlaku :
Dengan : L = panjang dawai
n = bilangan bulat positif
2.L = n.
Orbit Stasioner Bohr harus memenuhi nilai
sehingga :
n.
sama dengan keliling lingkaran orbit stasioner,
n. = 2..r

Jika persamaan tersebut digabungkan dengan persamaan de Broglie untuk gelombang, akan
diperoleh :
h
m.v.r  n.
Ini sesuai dengan perkiraan Bohr
2.
Diilhami dengan teori Gelombang-Partikel de Broglie, Heisenberg menyatakan bahwa “
Tidak mungkin kita mengetahui posisi partikel secara teliti dan momentum partikel secara
teliti pada waktu yang bersamaan.
Pernyataan ini dikenal dengan “ Ketidakpastian Heisenberg”
1
Karena elektron didalam atom selalu bergerak, sesuai dengan Ketidakpastian Heisenberg, maka posisi
dan momentum elektron tidak dapat ditentukan secara teliti bersamaan, yang dapat ditentukan adalah
Orbital dari elektron, yaitu daerah kebolehjadian terbesar untuk menemukan elektron.
Dengan ide de Broglie bahwa partikel kecil dapat dijelaskan secara gelombang, Schrodinger
mengaplikasikan ide tersebut untuk menjelaskan sifat elektron dalam atom Hidrogen, dengan persamaan
Schrodinger, yang menyimpulkan :
1. Gelombang elektron dapat dijelaskan oleh suatu fungsi matematik yang memberikan amplitudo
gelombang pada titik apa saja dalam ruang yang dikenal dengan “Fungsi Gelombang”
Schodinger () (Psi).
2. Kuadrat fungsi gelombang 2 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 oleh 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 )
2. 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 )
1
2
3
4
5
6
……
Kulit
K
L
M
N
O
P
……
b. Menentukan tingkat energi elektron dalam kulit atom, dimana :
 13,6
En 
ev
n2
Untuk ion ion yang memiliki satu elektron seperti He+, Li2+, dan Be3+, persamaannya diubah
menjadi :
 13,6.Z 2
dengan Z = nomor atom
En 
ev
n2
c. Menentukan jumlah elektron dalam kulit atom, dimana :
dengan n = bil. Kuantum utama
elektron  2.n 2
2. Bilangan Kuantum Orbital ( Azimut ) ( l )
Bilangan ini bernilai :
l = 0,1,2,3, …… ( n – 1 )
dengan : n = bilangan kuantum utama
Bilangan ini berfungsi, diantaranya :
a. Menentukan besar momentum sudut elektron, dengan rumus :
h
dengan  
L  l(l  1). 
2.
h = konstanta planck
l = bilangan kuantum azimut
L = Momentum sudut elektron
Karena Momentum sudut adalah Besaran vector, maka arah momentum sudut dinyatakan
dengan “ Kaidah Genggaman Tangan Kanan “, dimana :
 Arah lipatan empat jari tangan menunjukkan arah putaran elektron
 Arah Ibu jari menunjukkan arah Momentum sudut elektron.
L
2
b. Menentukan bentuk orbit elektron, dimana makin kecil bilangan kuantum orbital ( l = 0 )
orbitnya berbentuk ellips yang sangat pipih, dan makin besar bilangan kuantum orbital
ellipsnya makin besar, sampai pada bilangan kuantum orbital terbesar lintasan elektron
berbentuk lingkaran.
l = 3 ( terbesar )
l=2
l=1
l=0
c. Menentukan sub kulit dalam kulit atom, dimana :
Bil. Kuantum Azimut ( l )
0
1
2
Nama Sub Kulit
s
p
d
3
f
4
g
5
h
……
……
3. Bilangan Kuantum Magnetik ( ml ) :
Bilangan ini memiliki nilai :
ml = - l, ………, 0 , …………, + l
dengan l = bil. kuantum orbital
contoh :
untuk l = 2, maka : ml = -2 , -1 , 0 , 1 , 2
Bilangan Kuantum ini berfungsi diantaranya :
a. Menentukan jumlah orbital dalam sub kulit dengan rumus yaitu orbital = ( 2.l + 1 )
Contoh : untuk l = 2 diatas terdiri dari 5 orbital
Jadi, nilai 5 tersebut sama dengan jumlah bilangan kuantum magnetic.
b. Menentukan Komponen Momentum sudut elektron
Menurut Schrodinger, 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 :
Lz = ml. h
Dengan Lz = Komponen momentum sudut pada sumbu – z
ml = bil. Kuantum magnetic.
Contoh Visualisasi Momentum sudut elektron :
Misal elektron berada pada n = 3
Maka kemungkinan nilai l = 0, 1 , 2 ,
Untuk l = 2, maka diperoleh :
ml = -2, -1 ,0 , 1 , 2
sehingga :
Hubungan ini dilukiskan :
Lz
L = 6. h
+2. h
L = 6
Dan :
ml = 2
ml = 1
ml = 0
ml = -1
ml = - 2
berlaku
berlaku
berlaku
berlaku
berlaku
Lz = 2.h
Lz = 1.h
Lz = 0
Lz = -.h
Lz=- 2.h
+1. h
L = 6
0
-1. h
L = 6
L = 6
-2. h
L = 6
Dengan tertentunya nilai Lz maka orbit elektron pun akan memiliki kemiringan tertentu yang
selalu tegak lurus dengan arah momentum sudutnya ( lihat aturan di atas ).
Sebagai contoh untuk nilai L z   , dari kulit n = 3 dan l = 2 diperoleh :
Besarnya sudut  dicari dengan menggunakan Fungsi
Cosinus, dimana :

L = 6.h
L
L
atau
Cos  z
  Cos 1 z
L
L
Sudut  dihitung dari nilai Lz (+) searah jarum jam.
Lintasan elektron
3
4. Bilangan Kuantum Spin ( ms)
Bilangan kuantum spin berhubungan dengan arah rotasi elektron di dalam lintasannya, yang
disebabkan oleh momentum sudut intrinsic, yaitu momentum sudut akibat rotasi elektron itu sendiri,
ada dua arah rotasi elektron yaitu searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam, sehingga ada
dua nilai yang menyatakan arah rotasi elektron yaitu :
ms =  ½
Spin + ½
Spin – ½
dimana :
ms = + ½ , jika arah spin elektron ke atas ( rotasi elektron
berlawanan jarum jam )
ms = - ½ , jika arah spin elektron kebawah ( rotasi
elektron searah jarum jam )
CONFIGURASI ELEKTRON :
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 rendah
ke tingkat energi yang lebih tinggi.
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.
2. Menggunakan Azas Larangan 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 arah tegak sampai seluruh orbital terisi penuh baru arah ke
bawah mengisi dari awal ( tingkat energi yang paling rendah ).
Contoh :
Salah
Benar
4. Menggunakan Aturan Penuh – Setengah Penuh :
Atom akan berada dalam keadaan stabil jika memiliki orbital yang terisi penuh atau setengah
penuh sehingga untuk atom atom tertentu akan membentuk orbital setengah penuh agar berada
dalam keadaan stabil.
Contohnya :
5
4s1 dan bukan [Ar] 3.d4 4s2
24Cr : [Ar] 3d
10
1
9
2
29Cu : [Ar] 3d 4s dan bukan [Ar] 3d 4s
Spektrum Emisi dan Absorbsi
Jika kita panaskan sebuah benda sampai pada suhu yang tinggi kita akan melihat benda tersebut
berpijar dengan warna tertentu. Untuk mengetahui berapa banyak warna yang dihasilkan oleh 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
lihat langsung dari benda yang berpijar disebut dengan Spektrum Emisi / Spektrum Pancar.
Perhatikan bagan di bawah ini !
Spektrum Emisi
: 1. Spektrum Kontinyu ( Bersambung)
Dihasilkan oleh zat padat yang berpijar
2. Spektrum Diskontinyu
Dihasilkan oleh atom-atom gas bertekanan rendah
 Spektrum Garis
 Spektrum Pita
Spektrum
Spektrum Absorbsi (Serap)
4
Keterangan :
Spektrum Emisi :
Spektrum ( sederetan warna cahaya yang tersusun secara teratur ) yang dihasilkan jika sebuah
benda / zat berpijar.
Warna warna yang dipancarkan diperoleh dari elektron dalam atom zat yang mengalami transisi
(exitasi) ke tingkat energi yang lebih tinggi, dan elektron cenderung untuk kembali ke keadaan
dasar, sambil memancarkan energi berupa foton. Jika foton berada pada panjang gelombang
cahaya tampak, maka terlihat warna warni cahaya dari benda yang berpijar.
Spektrum Emisi dicirikan dengan garis garis berwarna dengan latar belakang hitam
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
Schrodinger, dinyatakan :
Transisi yang berpeluang besar untuk terjadi adalah yang mengubah nilai l ( bil. Kuantum
orbital / azimuth) sebanyak satu satuan.
l = ± 1
Spektrum Serap :
Sepktrum yang dihasilkan jika spektrum pancar melewati zat tertentu, sehingga kehilangan
sebagian warnanya karena terserap oleh zat tersebut.
Spektrum Serap dicirikan berupa garis garis gelap dengan latar belakang garis terang.
Tidak ada dua atom berbeda yang menghasilkan spektrum emisi garis yang sama, sehingga ini
dapat digunakan untuk menunjukkan adanya unsure-unsur tertentu dalam contoh bahan yang
menghasilkan spektrum garis.
Energi Ionisasi dan Afinitas elektron :
Energi Ionisasi adalah Energi yang diperlukan untuk melepaskan sebuah elektron pada kulit
terluar dalam atom dalam keadaan gas.
Dimana :
Dalam satu golongan, jika kita bergerak dari atas ke bawah, energi Ionisasi semakin kecil, karena
bilangan kuantum utama (n) semakin besar, sehingga jarak antara proton-proton dalam inti
dengan elektron terluar semakin bertambah, sehingga gaya ikat inti semakin lemah.
Dalam satu Perioda, jiak kita bergerak dari kiri ke kanan, energi Ionisasi makin bertambah,
karena bertambhanya muatan inti, sehingga gaya ikat antara inti dengan elektron terluar
bertambah besar.
Afinitas Elektron adalah energi yang dibebaskan oleh atom pada saat atom menerima elektron
dari luar untuk membentuk ion negative.
Afiniotas elektron bertanda negative, dimana semakin besar nilai negatifnya semakin mudah
atom untuk membentuk ion negative.
5