Ringkasan Materi Fisika Atom Fisika SMA

Ringkasan Materi Fisika Atom Fisika SMA Artikel Materi Fisika SMA di Langsung Klik, langsung klik wadah tempat belajar untuk SMA, SMK dan MA serta Umumm. Langsung klik menyediakan materi, contoh, soal, rangkuman, ringkasan, buku saku, motivasi, saran untuk mempermudah belajar para siswa-siswi yang sedang menempuh pembelajaran di tingkat SMA,SMK dan MA serta Umum

Fisika Atom (Materi Fisika SMA)

A. PENGERTIAN

Gagasan awal konsep mengenai atom:

1) Demokritos menyatakan atom bersifat diskontinu (tidak dapat dibagi lagi).

2) Aristoteles menyatakan atom bersifat kontinu (dapat dibagi terus menerus).

Konsep dasar atom tersusun atas tiga partikel subatomik, yaitu elektron, proton, dan neutron. Sifat Elektron Proton Neutron

Konsep dasar atom

Teori-teori atom berkembang melalui beberapa teori, antara lain teori atom Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, dan kuantum. 

B. TEORI ATOM DALTON, THOMSON DAN RUTHERFORD

Teori atom Dalton menjelaskan bahwa:

model atom Dalton

• Atom adalah partikel terkecil suatu materi yang tidak dapat dibagi lagi.
• Atom berbentuk bola pejal padat.
• Atom suatu unsur sifatnya sama, atom unsur yang berbeda sifatnya berbeda.
• Atom tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan.
• Atom-atom dapat berikatan membentuk senyawa.
• Massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah tetap (hukum Lavoisier).
• Perbandingan massa atom-atom pembentuk suatu senyawa selalu tetap (hukum Proust).

Kelebihan teori atom Dalton:

1) Merupakan teori atom pertama yang memunculkan teori-teori atom lain.

2) Dapat menerangkan hukum dasar kimia Lavoisier dan Proust.

Kekurangan teori atom Dalton:

1) Tidak dapat menjelaskan penyebab perbedaan sifat atom suatu unsur dengan unsur lain.

2) Tidak dapat menjelaskan kelistrikan/muatan materi.

3) Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.

Teori atom Thomson menjelaskan bahwa:

model atom plum pudding (roti kismis)

Atom adalah bola pejal padat bermuatan positif yang didalamnya tersebar elektron-elektron bermuatan negatif, sehingga saling menetralkan satu sama lain.

Thomson melakukan percobaan tabung sinar katoda yang bersifat negatif dalam penemuan elektron.

Kelebihan teori atom Thomson:

1) Dapat menjelaskan keberadaan partikel subatomik.

2) Dapat menjelaskan massa atom.

3) Dapat menjelaskan kelistrikan/muatan atom.

Kekurangan teori atom Thomson:

1) Tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam atom.

Teori atom Rutherford menjelaskan bahwa:

model atom tata surya

• Atom sebagian besar terdiri atas ruang kosong.
• Massa atom terpusat pada inti atom yang bermuatan positif.
• Inti atom dikelilingi elektron yang bermuatan negatif pada lintasan tertentu.

Rutherford melakukan percobaan hamburan sinar α yang dibantu oleh Geiger dan Marsden.

hamburan sinar α 

Hasil percobaan Rutherford:

Hasil percobaan Rutherford

Kelebihan teori atom Rutherford:

1) Dapat menjelaskan peristiwa hamburan sinar α pada lempeng emas.

2) Dapat menjelaskan keberadaan inti atom.

Kekurangan teori atom Rutherford:

1) Tidak dapat menjelaskan kestabilan atom, mengapa elektron tidak jatuh ke inti selama mengelilingi inti atom

Menurut hukum fisika klasik, benda bermuatan yang mengelilingi inti akan mengalami percepatan dan memancarkan energi, lama kelamaan akan jatuh ke inti karena kehabisan energi.

2) Tidak dapat menjelaskan spektrum atom hidrogen yang bersifat diskret.

C. SPEKTRUM ATOM HIDROGEN

Spektrum atom hidrogen adalah spektrum gelombang yang dipancarkan elektron ketika bertransisi ke tingkat energi yang lebih rendah.

Spektrum atom hidrogen bersifat diskret, berbeda dengan spektrum Rutherford yang bersifat kontinu.

Spektrum atom hidrogen terdiri atas:

Spektrum atom hidrogen 

1) Deret Lyman (berpindah ke kulit n = 1)

2) Deret Balmer (berpindah ke kulit n = 2)

3) Deret Paschen (berpindah ke kulit n = 3)

4) Deret Brackett (berpindah ke kulit n = 4)

5) Deret Pfund (berpindah ke kulit n = 5)

Panjang gelombang pada deret spektrum atom hidrogen dapat dirumuskan:

$\frac{1}{λ}$ = R.( $\frac{1}{{n_{tuj}}^2}$ –  $\frac{1}{{n_{as}}^2}$)

D = panjang gelombang

R = tetapan Rydberg (1,097 x $10^7$/m)

$n_{tuj}$ = tingkat energi tujuan, $n_{tuj}$ > $n_{as}$

$n_{as}$ = tingkat energi asal

D. TEORI ATOM BOHR

Teori atom Bohr dijelaskan oleh postulat Bohr.

model atom Bohr

Elektron bergerak dengan lintasan melingkar mengelilingi inti atom di bawah pengaruh gaya Coulumb (sentripetal).

Gaya Coulomb

$F_c = k.\frac{e^2}{r^2}$

Fc = gaya Coulumb (N)

k = tetapan Coulumb (9 x $10^9 Nm^2/C^2$)

e = muatan elektron (1,6 x $10^{-19}$ C)

r = jarak inti ke lintasan (m)

Elektron mengelilingi inti atom pada orbit/lintasan stasioner (kulit atom) dan pada tingkat energi tertentu.

Jari-jari Orbit/Lintasan

r = $a_o.n^2$

r = 0,528 Å.$n^2$

r = jari-jari lintasan (Å)

$a_o$ = jari-jari Bohr (Å)

Energi Potensial dan Kinetik

Ep = – $\frac{k.e^2}{r}$

Ek = $\frac{k.e^2}{2r}$

Energi Elektron

E = Ep + Ek

E = – $\frac{k.e^2}{2r}$

E = – $\frac{13,6eV}{n^2}$

Energi Elektron pada atom yang memiliki elektron banyak

E = – $\frac{13,6eV.Z^2}{n^2}$

E = energi total elektron (J)

Z = nomor atom/jumlah proton

n = tingkat energi

Elektron memancarkan energi jika bertransisi dari tingkat energi tinggi ke rendah, dan menyerap energi jika bereksitasi dari tingkat energi rendah ke tinggi.

Energi yang dipancarkan/diserap

ΔE = $E_{as} – E_{tuj}$

ΔE = 13,6eV.( $\frac{1}{{n_{tuj}}^2}$ – $\frac{1}{{n_{as}}^2}$)

ΔE = energi yang dipancarkan/diserap

$n_{tuj}$ = tingkat energi tujuan

$n_{as}$ = tingkat energi asal

Elektron dapat berada pada lintasan stasioner jika momentum sudut elektron memenuhi aturan tertentu.

Momentum Sudut Elektron

L = m.r .v = n.ћ

ћ = $\frac{h}{2π}$

L = n.${h}{2π}$

L = momentum sudut elektron (Nm)

n = tingkat energi

h = konstanta Planck (6,6 x $10^{-34}$ Js)

Percobaan Franck-Hertz membuktikan kebenaran adanya tingkat energi pada atom.

Percobaan Franck-Hertz membuktikan bahwa terjadi penurunan arus pada tabung uap raksa yang diberi tegangan dengan kelipatan tertentu.

Kelebihan teori atom Bohr:

1) Dapat menjelaskan kestabilan atom, atom terdiri atas beberapa kulit atom.

2) Dapat menjelaskan spektrum atom hidrogen yang bersifat diskret.

3) Dapat menjelaskan jari-jari orbit elektron.

4) Dapat membuktikan adanya kuantisasi energi pada atom.

Kekurangan teori atom Bohr:

1) Teori hanya berlaku untuk atom/ion berelektron 1, misalnya H, $He^+, Li^{2+}$.

2) Tidak dapat menjelaskan efek Zeeman.

Efek Zeeman

Efek Zeeman adalah peristiwa terpecahnya deret spektrum atom hidrogen menjadi beberapa bagian akibat pengaruh medan magnet.

3) Melanggar teori kuantum.

E. TEORI ATOM KUANTUM

Teori atom kuantum dijelaskan oleh beberapa ilmuwan, antara lain:

1) Hipotesis de Broglie

Partikel yang bergerak dapat memiliki sifat-sifat gelombang/cahaya dan panjang gelombang.

Panjang gelombang

Partikel umum

λ = $\frac{h}{p}$

λ = $\frac{h}{m.v}$

p = momentum partikel (Ns)

m = massa benda (kg)

v = kecepatan partikel (m/s)

Elektron

λ = $\frac{h}{\sqrt{2m_oeV}}$

mo = massa elektron diam (9,1 x $10^{-31}$ kg)

e = muatan elektron (1,6 x $10^{-19}$ C)

V = beda potensial (V)

2) Gelombang Schrödinger

Jika elektron memiliki sifat gelombang, maka keadaan elektron dinyatakan dalam fungsi gelombang yang disebut gelombang Schrödinger.

3) Asas ketidakpastian Heisenberg

Keberadaan elektron dalam atom tidak dapat diketahui secara pasti, yang ada hanya kebolehjadian terbesar menemukan elektron dalam atom.

Daerah dengan kebolehjadian terbesar ditemukannya elektron disebut orbital.

Bilangan kuantum adalah suatu harga yang menyatakan keadaan orbital suatu atom.

Bilangan kuantum terdiri dari bilangan kuantum utama (n), azimuth (l), magnetik (m), dan spin (s).

Bilangan kuantum utama/prinsipal (n) adalah suatu harga yang menyatakan tingkat energi atau kulit dalam atom.

Bilangan kuantum utama antara lain:

Bilangan Kuantum utama

Tingkat dasar (ground state) adalah keadaan dimana seluruh elektron dalam atom berada pada tingkat energi terendah atau serendah-rendahnya.

Bilangan kuantum azimuth/orbital (l) adalah suatu harga yang menyatakan sub-kulit atom.

Harga l yang diijinkan di setiap kulitnya adalah:

0 ≤ l ≤ (n-1)

Bilangan kuantum azimuth/orbital (l)

Momentum sudut orbital dapat dirumuskan:

L = ћ$\sqrt{l .(l+1)}$

Bilangan kuantum magnetik (ml atau m) adalah suatu harga yang menyatakan banyak dan posisi/orientasi orbital.

Harga m yang diijinkan di setiap sub-kulitnya:

-l ≤ m ≤ +l   banyak orbital = 2l + 1

Posisi/orientasi atau orbital adalah tempat dimana elektron bergerak di dalam atom, dan masing-masing orbital maksimal menampung sepasang elektron.

Posisi/orientasi atau orbital

Bilangan kuantum spin (ms atau s) adalah suatu harga yang menyatakan kedudukan dan arah rotasi elektron pada suatu orbital.

Bilangan kuantum spin tidak digunakan dalam menentukan keadaan orbital, hanya untuk menentukan perbedaan elektron pada orbital.

Karena terdapat dua elektron dalam satu orbital, sedangkan keduanya memiliki kutub padanya, maka nilai elektron yang berpasangan dalam orbital tersebut harus berbeda nilai.

Harga bilangan kuantum spin terdiri dari:

Kuantum spin

Larangan Pauli menyatakan bahwa:

Tidak ada elektron dengan keempat bilangan kuantum yang sama dalam satu atom.

Contoh:

6C : $1s^2 2s^2 2p^2$

Jawaban Soal lainnya di Bab 5 :

Materi Fisika Lainnya

Demikianlah Artikel tentang Fisika Atom (Materi Fisika SMA ), semoga bermanfaat