Latihan Struktur Atom

2.1 Teori Bohr

Hitung energi yang diserap oleh elektron yang tereksitasi dari (n= 1) ke (n = 3). Tentukan panjang gelombang radiasi elektromagnetik yang berkaitan. Teori Bohr mengasumsikan energi elektron atom hidrogen adalah -2,718 x 10^–18/n² (J)

2.1 Jawab: Energinya dapat dihitung dengan persamaan (2.9).

Hubungan antara frekuensi dan panjang gelombang elektromagnetik ν= c/λ. Jadi E = hc/λ, panjang gelombang dapat diperoleh sebagai berikut:

2.2 Teori Bohr

Hitung jumlah energi yang diperlukan untuk memindahkan elektron dari atom hidrogen yang dieksitasi dari (n=2)?

2.2 Jawab:

2.3 Persamaan De Broglie

Hitung panjang gelombang yang berkaitan dengan elektron (m= 9,11 x 10^-31 kg) yang bergerak dengan kecepatan 5,31x 10⁶ m s^-1.

2.3 Jawab

2.4 Potensial kotak satu dimensi

Elektron dijebak dalam kotak satu dimensi dengan lebar 0,3 nm. Tentukan tingkat energinya. Hitung frekuensi dan panjang gelombang bila elektron berpindah dari (n = 2) ke (n = 1).

2.4 Jawab:

Frekuensi dan panjang gelombang elektronnya adalah:

2.5 Prinsip ketidakpastian

Posisi elektron dalam atom akan ditentukan dengan ketepatan sampai 0,02 nm. Perkirakan ketidakpastian yang berkaitan dengan kecepatan elektronnya

2.5 Jawab:

Menarik untuk membandingkannya dengan kecepatan cahaya (3,0 x 10⁸ m s^-1).

2.6 Konfigurasi elektron atom

Umumnya energi orbital atom poli-elektron meningkat dengan urutan 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p. Tentukan konfigurasi elektron ²⁶Fe, ⁴⁰Zr, ⁵²Te di keadaan dasarnya. Bila Anda tidak dapat menyelesaikan soal ini, kembali kerjakan soal ini setelah menyelesaikan Bab 5.

2.6 Jawab:

²⁶Fe; (1s)²(2s)²(2p)⁶(3s)²(3p)⁶(3d)⁶(4s)²

⁴⁰Zr; (1s)²(2s)²(2p)⁶(3s)²(3p)⁶(3d)¹⁰(4s)²(4p)⁶(4d)²(5s)²

⁵²Te; (1s)²(2s)²(2p)⁶(3s)²(3p)⁶(3d)¹⁰(4s)²(4p)⁶(4d)¹⁰(5s)²(5p)⁴

Kelahiran Mekanika Kuantum

Di paruh pertama abad 20, mulai diketahui bahwa gelombang elektromagnetik, yang sebelumnya dianggap gelombang murni, berperilaku seperti partikel (foton). Fisikawan Perancis Louis Victor De Broglie (1892-1987) mengasumsikan bahwa sebaliknya mungkin juga benar, yakni materi juga berperilaku seperti gelombang. Berawal dari persamaan Einstein, E = cp dengan p adalah momentum foton, c kecepatan cahaya dan E adalah energi, ia mendapatkan hubungan:

E = hν =ν = c/λ atau hc/ λ = E, maka h/ λ= p 

Dengan meningkatnya ukuran partikel, panjang gelombangnya menjadi lebih pendek. Jadi untuk partikel makroskopik, particles, tidak dimungkinkan mengamati difraksi dan fenomena lain yang berkaitan dengan gelombang. Faktanya, pola difraksi elektron diamati (1927) dan membuktikan teori De Broglie. 

Dari yang telah dipelajari tentang gelombang materi, kita dapat mengamati bahwa kehati-hatian harus diberikan bila teori dunia makroskopik akan diterapkan di dunia mikroskopik. Fisikawan Jerman Werner Karl Heisenberg (1901-1976) menyatakan tidak mungkin menentukan secara akurat posisi dan momentum secara simultan partikel yang sangat kecil semacam elektron. Untuk mengamati partikel, seseorang harus meradiasi partikel dengan cahaya.

Dalam mekanika kuantum, keadaan sistem dideskripsikan dengan fungsi gelombang. Schrödinger mendasarkan teorinya pada ide bahwa energi total sistem, E dapat diperkirakan dengan menyelesaikan persamaan. Karena persamaan ini memiliki kemiripan dengan persamaan yang mengungkapkan gelombang di fisika klasik, maka persamaan ini disebut dengan persamaan gelombang Schrödinger.

Dasar-dasar Teori Kuantum Klasik

- Spektrum Atom.
Bila ada gas dalam tabung vakum, dan diberi beda potensial tinggi, gas akan terlucuti dan memancarkan cahaya, pemisahan cahaya yang dihasilkan dengan prisma akan menghasilkan garis spektra, spektrum ini disebut dengan spektrum atom.
- Teori Bohr.
Berdasarkan hipotesis Jerman Max Carl Ludwig Planck, sistem fisik tidak dapat memiliki energi sembarangan tetapi hanya diizinkan pada nilai-nilai tertentu. Planck sendiri menganggap ide yang ia usulkan hanyalah hipotesis untuk menyelesaikan masalah radiasi dari padatan.

Model Atom

Menurut ide Rutherford, muatan positif atom terpusan di bagian pusat, sedangkan negatifnya terdispersi di seluruh ruang atom. Namun, modul atom Rutherford tidak dapat menjelaskan semua fenomena yang dikenal. 

Penemuan Elektron

Menurut Dalton, atom tak terbagi dan merupakan komponen mikroskopik utama materi atau dengan kata lain, atom memiliki komponen yang lebih kecil. Faradaymenemukan jumlah zat yang dihasilkan pada elektroda-elektroda sebanding dengan jumlah arus listrik. Pada tahun 1833 Faraday juga menemukan, bahwa jumlah listrik yang diperlukan untuk menghasilkan 1 mol zat elektroda adalah 96,500 C. Hubungan inin disebut sebagai Hukum Elektrolisis Faraday. Namun Irish George Johnstone Stoney menyimpulkan bahwa ada satuan dasar dalam elektrolisis, kemudian ia memberi nama elektron pada satuan hipetetik ini.

Stoikiometri

Di akhir abad18, kimiawan asal Jerman, Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) menemukan konsep ekuivalen dengan pengamatan hubungan kuantitatif asam dan basa dalam reaksi netralisasi. Pada saat yang sama Lavoisier menetapkan hukum kekekalan massa dan memberikan konsep dasar ekuivalen dengan percobaannya yang akurat. Semua hukum fundamental kimia, dari hukum kekekalan massa, hukum perbandingan tetap sampai hukum reaksi gas semua di dasarkan oleh stoikiometri. Hukum-hukum fundamental ini merupakan dasar teori atom, akan tetapi konsep ekuivalen digunakan sebelum teori atom dikenalkan.

Komponen-komponen Materi

1. Atom.

     

Atom adalah unsur terkecil dalam reaksi kimia yang tidak akan mengalami perubahan. Semua atom tersiri dari komponen yang sama yaitu, sebuah inti dan electron. Inti terdiri atas proton dan neutron, jumlah proton dalam inti disebut nomor atom sedangkan jumlah proton dan neutron disebut juga nomor massa.

2. Molekul.

Molekul merupakan komponen independen netral terkecil materi. Dalam teori terminologi modern, Dalton menerima keberadaan molekul yang dibentuk oleh kombinasi atom yang berbeda. Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) merupakan kimiawan yang berasal dari Perancis, ia mengusulkan hukum reaksi gas, yang menyatakan bahwa dalam reaksi gas, perbandingan volume adalah bilangan bulat. Pada tahun 1811 Amedeo Avogadro kimiawan asal Italia mengusulkan bahwa unsur gas seperti hidrogen dan oksigen bukan monoatomik tetapi diatomik. Hipotesis ini awalnya disebut hipotesis Avogadro, tetapi kemudian disebut Hukum Avogadro.

3. Ion.

Ion adalah atom atau kelompok atom yang memiliki muatan listri, listri tersebut akan timbul antara kation dan anion.

Lahirnya Kimia

Antoine Laurent Lavoisier merupakan kimiawan asal perancis yang menemukan hukum kekekalan massa dalam reaksi kimia (1743-1794). Beliau mengungkapkan peran oksigen dalam pembakaran, sejak saat itu berdasarkan prinsipnya, kimia maju di arah yang benar. Dengan demikian, kimia merupakan ilmu pengetahuan yang lebih muda jika dibanding dengan ilmu pengetahuan lainnya seperti matematika dan fisika, karena matematika dan fisika sudah berkembang beberapa ribu tahun.