I.
PENDAHULUAN
Atom adalah satuan unit terkecil dari sebuah unsur
yang memiliki sifat-sifat dasar tertentu. Setiap atom terdiri dari sebuah inti
kecil yang terdiri dari proton dan neutron dan sejumlah elektron pada jarak
yang jauh.
Pada tahun 1913 Neils Bohr pertama kali mengajukan
teori kuantum untuk atom hydrogen. Model
ini merupakan transisi antara model mekanika klasik dan mekanika gelombang. Karena
pada prinsip fisika klasik tidak sesuai dengan kemantapan hidrogen atom yang
teramati.
Model atom Bohr memperbaiki kelemahan model atom
Rutherford. Untuk menutupi kelemahan model atom Rutherford, Bohr mengeluarkan
empat postulat. Gagasan Bohr menyatakan bahwa elektron harus mengorbit di
sekeliling inti.
Namun demikian, teori atom yang dikemukakan oleh Neils
Bohr juga memiliki banyak kelemahan. Model Bohr hanyalah bermanfaat untuk
atom-atom yang mengandung satu elektron tetapi tidak untuk atom yang berelektron
banyak.
II.
ISI
·
Sejarah
Di awal abad ke-20,
percobaan oleh Ernest Rutherford telah dapat menunjukkan bahwa atom terdiri dari
sebentuk awan difus elektron bermuatan negatif mengelilingi inti yang kecil,
padat, dan bermuatan positif. Berdasarkan data percobaan ini, sangat wajar jika
fisikawan kemudian membayangkan sebuah model sistem keplanetan yang diterapkan
pada atom, model Rutherford tahun 1911, dengan
elektron-elektron mengorbit inti seperti layaknya planet mengorbit matahari.
Namun demikian, model sistem keplanetan untuk atom menemui beberapa kesulitan.
Sebagai contoh, hukum mekanika klasik (Newtonian) memprediksi bahwa elektron
akan melepas radiasi elektromagnetik ketika sedang
mengorbit inti. Karena dalam pelepasan tersebut elektron kehilangan energi,
maka lama-kelamaan akan jatuh secara spiral menuju ke inti. Ketika ini terjadi,
frekuensi radiasi elektromagnetik yang dipancarkan akan berubah. Namun
percobaan pada akhir abad 19 menunjukkan bahwa loncatan bunga api listrik yang
dilalukan dalam suatu gas
bertekanan rendah di dalam sebuah tabung hampa akan membuat atom atom gas
memancarkan cahaya (yang berarti radiasi elektromagnetik) dalam frekuensi-frekuensi
tetap yang diskret.
Pada tahun 1913, Niels Bohr, fisikawan berkebangsaan
Swedia, mengikuti jejak Einstein menerapkan teori kuantum untuk menerangkan
hasil studinya mengenai spektrum atom hidrogen. Bohr mengemukakan teori baru
mengenai struktur dan sifat-sifat atom. Teori atom Bohr ini pada prinsipnya
menggabungkan teori kuantum Planck dan teori atom dari Ernest Rutherford yang
dikemukakan pada tahun 1911. Bohr mengemukakan bahwa apabila elektron dalam
orbit atom menyerap suatu kuantum energi, elektron akan meloncat keluar menuju
orbit yang lebih tinggi. Sebaliknya, jika elektron itu memancarkan suatu
kuantum energi, elektron akan jatuh ke orbit yang lebih dekat dengan inti atom.
·
Gagasan
Kunci Model atom Bohr
Dua gagasan kunci adalah:
1. Elektron-elektron
bergerak di dalam orbit-orbit dan memiliki momentum yang terkuantisasi, dan
dengan demikian energi yang terkuantisasi. Ini berarti tidak setiap orbit,
melainkan hanya beberapa orbit spesifik yang dimungkinkan ada yang berada pada
jarak yang spesifik dari inti.
2. Elektron-elektron
tidak akan kehilangan energi secara perlahan-lahan sebagaimana mereka bergerak
di dalam orbit, melainkan akan tetap stabil di dalam sebuah orbit yang tidak
meluruh.
·
Postulat Dasar Model Atom Bohr
Ada empat postulat yang digunakan untuk menutupi
kelemahan model atom Rutherford, antara lain :
1.
Atom Hidrogen terdiri dari sebuah elektron yang
bergerak dalam suatu lintas edar berbentuk lingkaran mengelilingi inti atom ;
gerak elektron tersebut dipengaruhi oleh gaya coulomb sesuai dengan kaidah
mekanika klasik.
2.
Lintas edar elektron dalam hydrogen yang mantap
hanyalah memiliki harga momentum angular L yang merupakan kelipatan dari
tetapan Planck dibagi dengan 2π.
dimana n = 1,2,3,… dan disebut sebagai bilangan kuantum utama, dan h adalah konstanta
Planck.
3.
Dalam lintas edar yang mantap elektron yang
mengelilingi inti atom tidak memancarkan energi elektromagnetik, dalam hal ini
energi totalnya E tidak berubah.
4.
Jika suatu atom melakukan transisi dari keadaan energi
tinggi EU ke keadaan energi lebih rendah EI, sebuah foton
dengan energi hυ=EU-EI diemisikan. Jika sebuah foton
diserap, atom tersebut akan bertransisi ke keadaan energi rendah ke keadaan
energi tinggi.
·
Model
Atom Bohr
”Bohr menyatakan
bahwa elektron-elektron hanya menempati orbit-orbit tertentu disekitar inti
atom, yang masing-masing terkait sejumlah energi kelipatan dari suatu nilai
kuantum dasar. (John Gribbin, 2002)”
Model Bohr dari atom hidrogen menggambarkan elektron-elektron
bermuatan negatif mengorbit pada kulit atom dalam lintasan tertentu mengelilingi inti atom
yang bermuatan positif. Ketika elektron meloncat dari satu orbit ke orbit
lainnya selalu disertai dengan pemancaran atau penyerapan sejumlah energi elektromagnetik hf.
Menurut Bohr :
Gambar
1. Model Atom Bohr
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.
Kunci sukses model ini adalah dalam
menjelaskan formula Rydberg mengenai garis-garis emisi spektral atom hidrogen,
walaupun formula Rydberg sudah dikenal secara eksperimental, tetapi tidak
pernah mendapatkan landasan teoritis sebelum model Bohr diperkenalkan. Tidak
hanya karena model Bohr menjelaskan alasan untuk struktur formula Rydberg, ia
juga memberikan justifikasi hasil empirisnya dalam hal suku-suku konstanta
fisika fundamental.
Model Bohr adalah sebuah model
primitif mengenai atom hidrogen. Sebagai sebuah teori, model Bohr dapat
dianggap sebagai sebuah pendekatan orde pertama dari atom hidrogen menggunakan mekanika
kuantum yang lebih umum
dan akurat, dan dengan demikian dapat dianggap sebagai model yang telah usang.
Namun demikian, karena kesederhanaannya, dan hasil yang tepat untuk sebuah
sistem tertentu, model Bohr tetap diajarkan sebagai pengenalan pada mekanika
kuantum.
Keterangan
Gambar 2.
Model Bohr untuk atom hydrogen
n
Lintasan yang
diizinkan untuk elektron dinomori n = 1, n = 2, n =3 dst. Bilangan ini
dinamakan bilangan kuantum, huruf K, L, M, N juga digunakan untuk menamakan
lintasan
n
Jari-jari
orbit diungkapkan dengan 12, 22, 32, 42,
…n2. Untuk orbit tertentu dengan jari-jari minimum a0 =
0,53 Å
n
Jika
elektron tertarik ke inti dan dimiliki oleh orbit n, energi dipancarkan dan
energi elektron menjadi lebih rendah sebesar
Gambar
3. Tingkat-tingkat energi atom Hydrogen
· Tingkatan energi elektron dalam atom hidrogen
Model Bohr hanya akurat untuk sistem
satu elektron seperti atom hidrogen atau helium yang
terionisasi satu kali. Penurunan 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 k =
1 / (4πε0), dan qe adalah muatan elektron.
2) Momentum sudut elektron hanya boleh memiliki harga diskret tertentu:
dengan n = 1,2,3,… dan disebut bilangan kuantum utama, h adalah konstanta Planck, dan .
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.
Dengan teori kuantum, Bohr juga menemukan rumus
matematika yang dapat dipergunakan untuk menghitung panjang gelombang dari
semua garis yang muncul dalam spektrum atom hidrogen. Nilai hasil perhitungan
ternyata sangat cocok dengan yang diperoleh dari percobaan langsung. Namun
untuk unsur yang lebih rumit dari hidrogen, teori Bohr ini ternyata tidak cocok
dalam meramalkan panjang gelombang garis spektrum. Meskipun demikian, teori ini
diakui sebagai langkah maju dalam menjelaskan fenomena-fenomena fisika yang
terjadi dalam tingkatan atomik. Teori kuantum dari Planck diakui kebenarannya
karena dapat dipakai untuk menjelaskan berbagai fenomena fisika yang saat itu
tidak bisa diterangkan dengan teori klasik.
- Kelebihan dan Kelemahan Teori Bohr
o
Keberhasilan
teori Bohr terletak pada kemampuannya untuk meeramalkan garis-garis dalam
spektrum atom hidrogen
o
Salah satu
penemuan adalah sekumpulan garis halus, terutama jika atom-atom yang
dieksitasikan diletakkan pada medan magnet
Kelemahan
Struktur
garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori Bohr tetapi teori ini tidak
pernah berhasil memerikan spektrum selain atom hydrogen
Belum mampu
menjelaskan adanya stuktur halus(fine structure) pada spectrum, yaitu 2 atau
lebih garis yang sangat berdekatan
Belum dapat
menerangkan spektrum atom kompleks
Itensitas
relatif dari tiap garis spektrum emisi.
Efek Zeeman, yaitu terpecahnya
garis spektrum bila atom berada dalam medan magnet.
III.
KESIMPULAN
Teori
atom Bohr menyatakan bahwa elektron harus mengorbit di sekeliling inti seperti
planet mengorbit Matahari.
Model
Bohr disambut sebagai langkah maju yang penting karena dengan cara memberi
jarak pada orbit elektron,dapat menjelaskan spektrum cahaya dari sebuah atom.
Elektron
dapat berpindah dari satu orbit ke orbit lain dengan cara lompatan kuantum, dan
lompatannya selalu melibatkan emisi atau absorpsi kuantum utuh dengan jumlah
energi ekuivalen dengan hf atau kelipatannya,tapi tidak pernah ada nilai
diantaranya.
Bohr masih memakai hukum newton disamping
beberapa postulat lain, nilai teori bohr tidaklah pada prediksi yang dapat
dihasilkan tetapi pada pengertian dan hukum yang baru di ungkapkan.
IV.
DAFTAR
PUSTAKA
Beiser, Arthur. 1999. Konsep Fisika Modern. Jakarta : Erlangga
Gribbin, John. 2003. Fisika Kuantum. Jakarta : Erlangga
------. 2005. Bengkel Ilmu : Fisika Modern. Jakarta : Erlangga
Krane, Kenneth. 1988. Fisika Modern. Jakarta : UI Press
http://id.wikipedia.org/wiki/Model_Bohr
Elektro Indonesia no. 31/VI (Mei 2000)
0 Response to "KUMPULAN MAKALAH FISIKA ATOM TEORI ATOM BOHR"
Posting Komentar