Atom Dan Inti (12)

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.

F5 ⊕

Energi total elektron : E tot = −

Gaya tarik inti : Gaya sentripetal : Energi kinetik elektron : Energi potensial elektron :

k e2 2r

1 = 9.10 9 Nm 2 / C 2 4πε 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    λ  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, … λ n  1 2. Deret Balmer ( deret cahaya tampak ) 1 1   1 = R 2 − 2  ; n = 3, 4, 5, 6, … λ 2 n   3. Deret Paschen ( deret infra merah I ) 1 1   1 = R 2 − 2  ; n = 4, 5, 6, 7, … λ n  3 4. Deret Bracket ( deret infra merah II )

(a)

(b)

1 1   1 = R 2 − 2  ; n = 5, 6, 7, … λ n  4 5. Deret Pfund ( deret infra merah III ) 1 1   1 = R 2 − 2  ; n = 6, 7, … λ n  5 Keterangan : λ = panjang gelombang ( m ) R = tetapan Rydberg ( 1,097.107/m ) nA= lintasan kulit dalam nB= lintasan kulit yang lebih luar

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 2π 2 k 2 me 4  1 1  c − 2  h = 2 2 n  λ h  B nA  dengan R =

2π 2 k 2 me 4 h2

= 1,09678 x 107 m–1 maka diperoleh :

 1 1 1  = R 2 − 2  n  λ n A   B

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 =η 2π η = 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. ηh ke 2 Dari besarnya v = dan E k = . Maka jari- jari lintasan elektron dapat diperoleh : 2π m r 2r Γn = jari- jari elektron ke- n h = konstanta Planck n = lintasan ke – n k = m = massa elektron e = muatan elektron π = 3,14

n2 .h2

Γn =

4π 2 . k m e 2

Jari- jari elektron berbanding lurus dengan kuadrat bilangan- bilangan bulat positif. r 1 : r 2 : r 3 = 1 2 : 22 : 3 2

Atau

r n = n 2 r1

3. Energi elektron pada suatu orbit Energi elektron pada suatu orbit adalah :

En =

2

2

k 2π m e

Keterangan :

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 : En =

2,17.10 −18

Joule

=

13,6

ev ev = elektron volt n n2 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. 2

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 Keterangan: Fsentripetal = FLorentz ; = B' qv ; r m = massa ion (kg) q = muatan ion (coulomb) B' qr B' qr m= = B, B’ = besar induksi magnetik (Wb/m2 atau tesla) v 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 mp, massa neutron bebas mn, 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 = energi ikat c = kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

∆E = ∆m.c 2 atau ∆E = ∆m ( 931,5 MeV / sma )