Model Atom Thomson [PDF]

Citation preview

Model Atom Thomson: Pengertian, Kelebihan, Kelemahan, Contoh, Gambar, Kimia, CiriCiri| Joseph John Thomson atau J.J. Thomson seorang fisikawan yang berasal dari inggris, yang menemukan elektron suatu partikel bermuatna negatif yang lebih ringan daripada atom di tahun 1897. Elektron merupakan partikel subatomik lalu dari hal tersebut, Thomson berhipotesis: "karena elektron bermuatan negatif, sedangkan atom bermuatan listrik netral maka haruslah ada muatan listrik positif yang mengimbangi muatan elektron dalam atom". Maka dia pun mengusulkan suatu model atom yang dikenal dengan model atom roti kismis yaitu sebagai berikut.. 1. Atom berbentuk seperti bola pejal yang memiliki muatan positif yang homogen (diibaratkan sebagai roti) 2. Elektron bermuatan negatif tersebar di dalamnya (seperti kismis yang tersebar dalam roti).



Model Atom Thomson



Kelebihan dan Kelemahan Teori Model Atom Thomson Beberapa kelebihan dan kelemahan dalam teori model atom Thomson yang dapat dilihat dibawah ini... Kelebihan Teori Model Atom Thomson 



Dapat menerangkan adanya partikel yang lebih kecil dari atom yang disebut dengan subatomik







Dapat menerangkan sifat listrik atom



Kelemahan Teori Model Atom Thomson 



Tidak dapat menerangkan fenomena penghaburan partikel alfa oleh selaput tipis emas yang dikemukakan Rutherford







Tidak mampu menjelaskan mengenai adanya inti atom



Ciri-Ciri Model Atom Thomson 



Atom terdiri dari materi bermuatan positif dan didalamnya tersebar elektron



Gambar Tokoh Penemu Model Atom Tersebut



"Joseph John Thomson (1856-1940)" Joseph John Thomson (1856-1940) adalah seorang ahli dibidang fisika yang dulunya bercita-cita sebagai insiyur kereta api. Namun takdir berkata lain, Thomson mendedikasikan dirinya kepada ilmu pengetahuan, dan selain dari penemuan model atomnya, dia juga membuktikan adanya elektron. Dari keberadaan elektron telah mengubah teori listrik dan atom.



Penemuan Elektron dan Model Atom Thomson



Joseph John Thomson Elektron ditemukan oleh Joseph John Thomson pada tahun 1897. Penemuan elektron diawali dengan ditemukannya tabung katode oleh William Crookes. Kemudian J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode ini dan dapat dipastikan bahwa sinar katode ini merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan di antara katode dan anode.



Tabung sinar katode Sifat sinar katode, antara lain: 1. merambat tegak lurus dari permukaan katode menuju anode;



2. merupakan radiasi partikel sehingga terbukti dapat memutar baling-baling; 3. bermuatan listrik negatif sehingga dibelokkan ke kutub listrik positif; 4. dapat memendarkan berbagai jenis zat, termasuk gelas.



Dari hasil percobaan tersebut, J.J. Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.



J.J. Thomson berhasil menentukan perbandingan antara muatan dengan massa elektron (e/m) sebesar 1,76 × 108 C/g. Kemudian pada tahun 1909, Robert Millikan dari Universitas Chicago, berhasil menentukan besarnya muatan 1 elektron sebesar 1,6 × 10 -19 C. Dengan demikian, maka harga massa 1 elektron dapat ditentukan dari harga perbandingan muatan dengan massa elektron (e/m). Nilai e/m = 1,76 x 108 C/g, maka Massa 1 elektron =9.11 x 10-28 g



Setelah penemuan elektron, maka model atom Dalton tidak dapat diterima lagi. Menurut J.J. Thomson, atom merupakan partikel yang bersifat netral. Karena elektron bermuatan negatif maka harus ada partikel lain yang dapat menetralkan muatan negatif tersebut yaitu partikel yang bermuatan positif. Dari penemuannya tersebut, J.J. Thomson mengemukakan teori atomnya yang dikenal dengan teori atom Thomson, yaitu:



Model Atom Thomson



Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron yang bermuatan negatif.



Karena tersebarnya elektron-elektron di dalam atom bagaikan kismis, sehingga disebut juga model atom roti kismis. Dimana diketahui bersama bahwa setelah diusulkannya teori atom Dalton dan Thomson, muncul teori yang lebih baru yang digagas oleh Ernerst Rutherford, yang sekarang dikenal dengan teori atom Rutherford.



Ernerst Rutherford Pada tahun 1911, Rutherford menyangkal kebenaran teori atom Thomson yang mengatakan bahwa atom merupakan bermuatan positif, dan disekelilingnya terdapat elektron bermuatan negatif layaknya roti kismis. Teori atom Rutherford



mengatakan bahwa atom mempunyai inti yang merupakan pusat massa yang kemudian dinamakan nukleus, dengan dikelilingi awan elektron bermuatan negatif.



Dasar Teori Atom Rutherford Teori atom Rutherford didasarkan pada eksperimen penembakan inti atom lempengan emas dengan partikel alfa yang dikenal dengan percobaan GeigerMarsden. Pada saat itu, Rutherford menysun desain rancangan percobaan penembakan atom emas oleh partikel alfa yang dipancarkan oleh unsur radioaktif. Ternyata, sinar radioaktf tersebut ada yang dipantulkan, dibelokkan, dan diteruskan.



Perhatikan gambar percobaan dari Rutherford berikut ini:



Eksperimen penembakan inti atom lempengan emas dengan partikel alfa yang dikenal dengan percobaan Geiger-Marsden Seperti pada gambar di atas, Rutherford menjelaskan bahwa jika partikel alfa mengenai inti atom, maka akan terjadi tumbukan yang mengakibatkan pembelokan atau pemantulan partikel alfa. Hal itu disebabkan karena massa dan muatan atom terpusat pada inti (nukleus). Rutherford menyarankan bahwa muatan inti atom sebanding dengan massa atom dalam sma( satuan massa atom). Partikel alfa yang mengenai awan elektron tidak dibelokkan maupun dipantulkan.



Bunyi Teori Atom Rutherford Rutherford melakukan penelitian tentang hamburan sinar α (alpha) pada lempeng emas. Hasil pengamatan tersebut dikembangkan dalam hipotesis model atom Rutherford:



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. Dua gagasan kunci yang mendasari teori atom Neils Bohr 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. 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. Postulat Neils Bohr Kelemahan teori atom Rutherford dalam menjelaskan spektrum garis atom hidrogen berhasil diperbaiki oleh ahli fisika Denmark yang bernama Neils Bohr pada tahun 1913. Berdasarkan teori atom Rutherford dan teori kuantum Planck, Bohr mengajukan postulat tentang model atom. Adapun empat asumsi dasar dari teori atom Neils Bohr, yaitu: 1. Atom hidrogen terdiri dari inti bermuatan positif tunggal dan elektron yang bermuatan negatif berputar mengelilingi inti dengan gerak melingkar, antara muatan positif dan muatan negatif terjadi gaya tarik yang disebut gaya Coulomb. Dalam elektron terdapat lintasan-lintasan tertentu tempat elektron dapat mengorbit inti tanpa disertai pemancaran atau menyerap energi. lintasan



itu, yang juga disebut kulit atom, adalah orbit berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu. Setiap lintasan ditandai dengan satu bilangan bulat yang disebut bilangan kuantum utama (n), mulai dari 1, 2, 3, 4, dan seterusnya, yang dinyatakan dengan lambang K, L, M, N, dan seterusnya. Lintasan pertama, dengan n = 1, dinamai kulit K, dan seterusnya. Bilangan kuantum (n) Lambang kulit



1



2



3



4



Dan seterusnya



K



L



M



N



Dan seterusnya



Semakin besar harga n (makin jauh dari inti), makin besar energi elektron yang mengorbit pada kulit itu. Jadi tingkat energi kulit L lebih besar daripada kulit K, tingkat energi kulit M lebih besar daripada kulit L dan seterusnya. Kulit yang ditempati electron apakah kulit K, L, M atau yang lainnya bergantung pada energi elektron itu. 2. Elektron dalam mengelilingi inti ada dalam keadaan stasioner dengan momentum anguler, mvr, sama dengan kelipatan bilangan bulat dari . Dimana m adalah massa elektron, v adalah kecepatannya dan r adalah jari-jari lintasan (lingkaran). 3. Radiasi diemisikan (dipancarkan) hanya bila elektron mengalami transisi dari keadaan stasioner atau tingkat energi E2 ke tingkat energi yang lebih rendah E1. transisi atau loncatan terjadi hanya antara keadaan stasioner untuk kuantum tertentu. 4. Bila elekron meloncat dari keadaantingkat energi tinggi ke tingkat energi rendah, radiasi diemisikan dengan frekuensi radiasi menurut persamaan yang diberikan oleh Einstein :



Gambar gerak elektron dalam orbit. Kecepatannya diberikan oleh ωr, dimana ω adalah kecepatan anguler. (a) Model sederhana dari elektron dengan massa me berputar disekitar inti dengan masa M dan muatan +Ze yang berada pada pusat lingkaran. (b) Ilustrasi dari rotasi elektron dan inti disekitar pusat massa. Posisi pusat massa ditentukan oleh mere = MR. Niels Bohr mengintroduksi konsep kuantisasi dari momentum anguler dan konsep kuantisasi energi. Dengan asumsi ini kita dapat menentukan tingkat energi atom hidrogen dan frekuensi spektra garis yang diemisikan oleh atom hidrogen. Elektron bermuatan –e berputar disekitar inti masih bermuatan +Ze. Simbul Z menyatakan nomor atom, untuk hidrogen Z = 1, He+ Z = 2, Li2+ Z = 3. Kecepatannya adalah v



dan jari-jari lintasan adalah r. Mekanika mengharuskan atom dalam keadaan stabil, dimana gaya sentripetal sama dengan gaya tarik inti terhadap elektron ,



Daftar Pustaka Muderawan, I Wayan. 2008. Buku Ajar Kimia Kuantum Dasar. Singaraja :



Universtas Pendidikan



Ganesha Bieser, Arthur. 1987. Konsep Físika Modern. Jakarta : Erlangga Anonim. 2009. Model Bohr. Diakses dari http://Id.Wikipedia.Org/Wiki/Model_Bohr pada tanggal 27 September 2009



Model Bohr Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas



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.



Di dalam fisika atom, model Bohr adalah model atom yang diperkenalkan oleh Niels Bohr pada 1913. Model ini menggambarkan atom sebagai sebuah inti kecil bermuatan positif yang



dikelilingi oleh elektron yang bergerak dalam orbit sirkuler 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. 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 teoretis 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, karena kesederhanaannya, dan hasil yang tepat untuk sebuah sistem tertentu, model Bohr tetap diajarkan sebagai pengenalan pada mekanika kuantum.



Sejarah Di awal abad 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, 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. Untuk mengatasi hal ini dan kesulitan-kesulitan lainnya dalam menjelaskan gerak elektron di dalam atom, Niels Bohr mengusulkan, pada 1913, apa yang sekarang disebut model atom Bohr. Dua gagasan kunci adalah:



1. Elektron-elektron bergerak di dalam orbit-orbit dan memiliki momenta 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.



Arti penting model ini terletak pada pernyataan bahwa hukum mekanika klasik tidak berlaku pada gerak elektron di sekitar inti. Bohr mengusulkan bahwa satu bentuk mekanika baru, atau mekanika kuantum, menggambarkan gerak elektron di sekitar inti. Namun, model elektron yang bergerak dalam orbit yang terkuantisasi mengelilingi inti ini kemudian digantikan oleh model gerak elektron yang lebih akurat sekitar sepuluh tahun kemudian oleh fisikawan Austria Erwin Schrödinger dan fisikawan Jerman Werner Heisenberg. Point-point penting lainnya adalah: 1. Ketika sebuah elektron meloncat dari satu orbit ke orbit lainnya, perbedaan energi dibawa (atau dipasok) oleh sebuah kuantum tunggal cahaya (disebut sebagai foton) yang memiliki energi sama dengan perbedaan energi antara kedua orbit. 2. Orbit-orbit yang diperkenankan bergantung pada harga-harga terkuantisasi (diskret) dari momentum sudut orbital, L menurut persamaan dimana n = 1,2,3,… dan disebut sebagai bilangan kuantum utama, dan h adalah konstanta Planck.



Point (2) menyatakan bahwa harga terendah dari n adalah 1. Ini berhubungan dengan radius terkecil yang mungkin yaitu 0.0529 nm. Radius ini dikenal sebagai radius Bohr. Sekali elektron berada pada orbit ini, dia tidak akan mungkin bertambah lebih dekat lagi ke proton.



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: 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.