Hasil
pengamatan spektroskopis terhadap spektrum atom Hidrogen telah membuka
kelemahan-kelemahan model atom Rutherford. Dari kenyataan ini dapat ditafsirkan
beberapa kemungkinan:
1. Model atom Rutherford
salah, atau
2. Teori Elektrodinamika
klasik salah, atau
3. Model atom Rutherford
dan teori Elektrodinamika klasik hanya berlaku untuk batas-batas tertentu.
Pada tahun 1913,
Niels Bohr (1885-1962) menyusun model atom Hidrogen berdasarkan model atom
Rutherford dan teori Kuantum.
Model ini menggambarkan atom sebagai sebuah inti kecil bermuatan
positif yang dikelilingi oleh elektron yang
bergerak dalam orbit sirkular mengelilingi inti mirip sistem tata surya,
tetapi peran gaya gravitasi digantikan oleh gaya elektrostatik. Model ini adalah
pengembangan dari model puding prem (1904), model
Saturnian (1904),
dan model
Rutherford (1911).
Karena model Bohr adalah pengembangan dari model Rutherford, banyak sumber
mengkombinasikan kedua nama dalam penyebutannya menjadi model Rutherford-Bohr.
Seperti sudah diketahui sebelumnya, Rutherford mengemukakan teori atom
Rutherford berdasarkan percobaan hamburan sinar alfa oleh partikel emas yang
dilakukannya.
Diawali dari pengamatan Niels Bohr terhadap spektrum atom, adanya
spectrum garis menunjukkan bahwa elektron hanya beredar pada lintasan-lintasan
dengan energi tertentu. Dengan teori Mekanika Kuantum Planck, Bohr (1913)
menyampaikan postulat untuk menjelaskan kestabilan atom.
Postulat Bohr :
1)
Elektron mengelilingi inti atom
pada lintasan tertentu yang stasioner yang disebut orbit/kulit. Walaupun
elektron bergerak cepat tetapi elektron tidak memancarkan atau menyerap energi
sehingga energi elektron konstan. Hal ini berarti elektron yang berputar
mengelilingi inti atom mempunyai lintasan tetap sehingga elektron tidak jatuh
ke inti.
2)
Elektron dapat berpindah dari
kulit yang satu ke kulit yang lain dengan memancarkan atau menyerap energi.
Energi yang dipancarkan atau diserap ketika elektron berpindah-pindah kulit
disebut foton.
3)
Elektron-elektron dalam atom hanya dapat melintasi lintasan-lintasan
tertentu yang disebut kulit-kulit atau tingkat-tingkat energi.
4)
Kedudukan elektron dalam kulit-kulit, tingkat-tingkat energi dapat
disamakan dengan kedudukan seseorang yang berada pada anak-anak tangga.
Seseorang hanya dapat berada pada anak tangga pertama, kedua, ketiga, dan
seterusnya, tetapi ia tidak mungkin berada di antara anak tangga-anak tangga tersebut.
Apabila elektron dengan tingkat energi rendah pindah ke lintasan dengan
tingkat energi lebih tinggi maka elektron akan menyerap energi, peristiwa ini
disebut eksitasi. Sebaliknya, apabila elektron pindah dari lintasan
dengan tingkat energi lebih tinggi ke lintasan dengan tingkat energi lebih
rendah maka elektron akan memancarkan energi, peristiwa ini disebut deeksitasi.
Baik eksitasi maupun deeksitasi disebut peristiwa transisi elektron. Energi
yang diserap atau dipancarkan pada peristiwa transisi elektron ini dinyatakan
dengan persamaan:
Keterangan:
ΔE =
perbedaan tingkat energi
h = tetapan
Planck = 6,6 × 10–34 J/s
v =
frekuensi radiasi
5)
Energi yang
dipancarkan/diserap ketika terjadi transisi elektron terekam sebagai spektrum
atom.
Kelebihan
Teori Atom Bohr
- Menjawab kelemahan dalam model atom Rutherford dengan mengaplikasikan teori kuantum.
- Menerangkan dengan jelas garis spektrum pancaran (emisi) atau serapan (absorpsi) dari atom hidrogen.
Kelemahan
Teori Atom Bohr
- Terjadi penyimpangan untuk atom yang lebih besar dari hidrogen.
- Tidak dapat menerangkan efek Zaeman, yaitu spektrum atom yang lebih rumit apabila atom ditempatkan pada medan magnet.
3.
Hanya mampu menjelaskan spektrum atom hidrogen tetapi tidak
mampu menjelaskan spectrum atom yang lebih kompleks (dengan jumlah elektron
yang lebih banyak).
4.
Orbit/kulit elektron mengelilingi inti atom bukan berbentuk
lingkaran melainkan berbentuk elips.
5.
Bohr menganggap elektron hanya sebagai partikel bukan sebagai
partikel dan gelombang, sehingga kedudukan elektron dalam atom merupakan
kebolehjadian.
Model atom
Bohr tersebut dapat dianalogkan seperti sebuah tata surya mini. Pada tata
surya, planet-planet beredar mengelilingi matahari. Pada atom,
elektron-elektron beredar mengelilingi atom, hanya bedanya pada sistem tata
surya, setiap lintasan (orbit) hanya ditempati 1 planet, sedangkan pada atom
setiap lintasan (kulit) dapat ditempati lebih dari 1 elektron.
Dalam model
atom Bohr ini dikenal istilah konfigurasi elektron, yaitu susunan elektron pada
masing-masing kulit. Data yang digunakan untuk menuliskan konfigurasi elektron
adalah nomor atom suatu unsur, di mana nomor atom unsur menyatakan jumlah
elektron dalam atom unsur tersebut. Sedangkan elektron pada kulit terluar
dikenal dengan sebutan elektron valensi. Susunan elektron valensi sangat
menentukan sifatsifat kimia suatu atom dan berperan penting dalam membentuk
ikatan dengan atom lain.
Untuk
menentukan konfigurasi elektron suatu unsur, ada beberapa patokan yang harus
selalu diingat, yaitu:
a.
Dimulai dari lintasan yang terdekat dengan inti,
masing-masing lintasan disebut kulit ke-1 (kulit K), kulit ke-2 (kulit L),
kulit ke-3 (kulit M), kulit ke-4 (kulit N), dan seterusnya.
b.
Jumlah elektron maksimum (paling banyak) yang dapat
menempati masing-masing kulit adalah:
dengan n =
nomor kulit
Kulit K
dapat menampung maksimal 2 elektron.
Kulit L
dapat menampung maksimal 8 elektron.
Kulit M
dapat menampung maksimal 18 elektron, dan seterusnya.
c.
Kulit yang paling luar hanya boleh mengandung maksimal
8 elektron.
Ø Tingkatan energi elektron dalam atom hidrogen
Model Bohr
hanya akurat untuk sistem satu elektron seperti atom hidrogen atau helium yang terionisasi satu kali.
Bagian ini hendak menurunkan rumusan tingkat-tingkat energi atom hidrogen
menggunakan model Bohr.
Penurunan
rumus didasarkan pada tiga asumsi sederhana:
1) Energi
sebuah elektron dalam orbit adalah penjumlahan energi kinetik dan energi
potensialnya:
|
|
|
dengan , dan adalah muatan elektron.
2) Momentum sudut elektron hanya boleh
memiliki harga diskret tertentu:
3) Elektron berada dalam orbit diatur oleh gaya coulomb. Ini berarti gaya coulomb sama dengan gaya sentripetal:
Dengan mengalikan ke-2 sisi persamaan (3) dengan r didapatkan:
Suku di sisi kiri menyatakan energi potensial, sehingga
persamaan untuk energi menjadi:
Dengan menyelesaikan persamaan (2) untuk r, didapatkan harga
jari-jari yang diperkenankan:
Dengan memasukkan persamaan (6) ke persamaan (4), maka
diperoleh:
Dengan membagi kedua sisi persamaan (7) dengan mev didapatkan
Dengan memasukkan harga v pada persamaan
energi (persamaan (5)), dan kemudian mensubstitusikan harga untuk k dan , maka energi pada tingkatan orbit
yang berbeda dari atom hidrogen dapat ditentukan sebagai berikut:
|
|
|
|
|
Dengan memasukkan harga semua konstanta, didapatkan,
|
Dengan demikian, tingkat energi terendah untuk atom hidrogen
(n = 1) adalah -13.6 eV. Tingkat energi berikutnya (n = 2) adalah -3.4
eV. Tingkat energi ketiga (n = 3) adalah -1.51 eV, dan seterusnya.
Harga-harga energi ini adalah negatif, yang menyatakan bahwa elektron berada
dalam keadaan terikat dengan proton. Harga energi yang positif berhubungan
dengan atom yang berada dalam keadaan terionisasi yaitu ketika elektron tidak lagi terikat, tetapi dalam
keadaan tersebar.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar