STRUKTUR ATOM MODERN MATERI KELAS XI

MEKANIKA KUANTUM

Istilah atom diperkenalkan pertama kali oleh Demokritus yang berarti tidak dapat dibagi ( A = tidak ; tomos = bagi ), kemudian berkembang bahwa atom tersusun dari partikel – partikel seperti proton , neutron yang berada dalam inti atom dan elektron yang beredar mengelilingi inti. Proton merupakan partikel penyusun inti yang bermuatan positif, sedangkan neutron adalah partikel penyusun inti yang tidak bermuatan atau netral. Kedua partikel ini disebut nukleon . Elektron adalah partikel yang bermuatan negatif dan beredar di sekitar inti atom. Seperti pernah dijelaskan dalam teori atom Bohr bahwa elektron mempunyai lintasan orbit tertentu dan elektron dapat tereksitasi ke lintasan luar dengan menyerap energi atau tereksitasi ke lintasan dalam mendekati inti atom dengan memancarkan energi, anda bayangkan bahwa pada model atom Bohr elektron – elektron bergerak seperti peredaran planet – planet mengitari matahari.

Tabel 1 : Partikel penyusun atom

Proton	Neutron	Elektron
Partikel positif	Partikel tidak bermuatan	Partikel bermuatan negatif
Nukleon	Nukleon	-

Perkembangan teori mekanika kuantum

Louis de Broglie mengungkapkan konsep dualisme materi melalui eksperimen difraksi berkas elektron yaitu suatu materi memiliki dua sifat sebagai partikel juga sebagai gelombang. Sifat partikel dan

gelombang suatu materi tidak tampak sekaligus, sifat yang tampak jelas tergantung pada perbandingan panjang gelombang de Broglie dengan dimensinya serta dimensi sesuatu yang berinteraksi dengannya.

Sebagai contoh petir dengan kilat. Anda tentu pernah mendengar petir dan melihat kilat ketika turun hujan. Kilat terlebih dulu kita lihat sebelum petir kemudian kita dengar. Hal ini dapat kita jelaskan bahwa kilat merupakan sifat gelombang berwujud cahaya sedangkan petir merupakan sifat partikel berupa suara. Fakta ini salah satu yang mendukung konsep dari dualisme Louis de Broglie. Inilah yang mendasari munculnya teori mekanika kuantum.

Heseinberg ( 1901 – 1976 ) mengemukakan bahwa elektron tidak dapat ditentukan keberadaannya secara pasti. Keberadaan elektron hanya merupakan kebolehjadian menemukan elektron pada suatu area tertentu. Hal ini disebabkan tidak mungkin dapat ditentukan posisi sekaligus momentum dari suatu benda bergerak. Prinsip ketidakpastian ini menunjukan keterbatasan pengetahuan manusia.

Pada tahun 1926 kemudian Erwin Schrodinger ( 1887 – 1961 ) menyusun teori atom dengan berlandaskan hipotesis Louis Broglie dan Heseinberg bahwa materi

memiliki sifat dualisme yaitu bersifat partikel dan bersifat gelombang dan elektron tidak bisa ditentukan dengan tepat posisi dan momentumnya secara bersamaan. Sifat atom dalam hal ini dapat dijelaskan dengan lebih baik berdasarkan sifat gelombangnya. Schrodinger mengungkapkan melalui persamaan fungsi gelombang schrodinger ( ψ atau psi ) bahwa kebolehjadian menemukan elektron pada area tertentu dikenal dengan konsep orbital yaitu Area dimana elektron berpeluang besar untuk ditemukan.

Elektron dalam orbital yang bergerak dengan cepat akan membentuk suatu awan elektron. Awan elektron ini memberikan deskripsi peluang terbesar tempat elektron berada. Gerakan elektron pada tiap orbital membentuk awan dengan pola tertentu misalnya menyerupai bola, bola terpilin atau bentuk lainnya. Gerakan elektron yang sangat cepat ini membentuk ketebalan yang berbeda di tiap ruang orbital. Semakin tebal awan elektron semakin besar peluang elektron untuk ditemukan begitupun sebaliknya. Menurut persamaan fungsi gelombang Schrodinger ( persamaan fungsi gelombang ini sangat rumit dan akan dipelajari di perguruan tinggi ), distribusi elektron dalam orbital dapat ditentukan melalui 3 bilangan kuantum yaitu :

1. Bilangan Kuantum Utama ( n = nomor lintasan elektron / kulit ) 2. Bilangan Kuantum Azimut ( l = menunjukkan sub – lintasan / sub – kulit ) 3. Bilangan Kuantum Magnetik ( m = harga orbital )

 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.

Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.

Persamaan Schrodinger

x,y dan z Y m ђ E V

= Posisi dalam tiga dimensi = Fungsi gelombang = massa = h/2p dimana h = konstanta plank dan p = 3,14 = Energi total = Energi potensial

Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini.

Model atom mutakhir atau model atom mekanika gelombang

Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.

CIRI KHAS MODEL ATOM MEKANIKA GELOMBANG

1. Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom)

2. Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)

3. Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron

Percobaan chadwick

Kelemahan Model Atom Modern

Persamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal

Model Atom Mekanika Kuantum-Model Atom Modern Yang Dipakai Sampai Saat Ini

Salah satu kelemahan model atom Bohr hanya bisa dipakai untuk menjelaskan model atom hydrogen dan atom atau ion yang memiliki konfigurasi elektron seperti atom hydrogen, dan tidak bisa menjelaskan untuk atom yang memiliki banyak elektron.

Werner heinsberg (1901-1976), Louis de Broglie (1892-1987), dan Erwin Schrödinger (1887-1961) merupakan para ilmuwan yang menyumbang berkembangnya model atom modern atau yang disebut sebagai model atom mekanika kuantum .

Pernyataan de Broglie yang menyatakan bahwa partikel dapat bersifat seperti gelombang telah menginspirasi Schrödinger untuk menyusun model atomnya dengan memperhatikan sifat elektron bukan hanya sebagai partikel tapi juga sebagai gelombang, artinya dia menggunakan dualisme sifat elektron.

Menurut Schrödinger elektron yang terikat pada inti atom dapat dianggap memiliki sifat sama seperti “standing wave”, anda bisa membayangkan gelombang standing wave ini seperti senar pada gitar (lihat gambar). Ciri standing wave ini ujung-ujungnya harus memiliki simpul sehingga ½ gelombang yang dihasilkan berjumlah bilangan bulat.

Hal yang sama dapat diterapkan apabila kita menganggap elektron dalam atom hydrogen sebagai “standing wave”. Hanya orbit dengan dengan jumlah ½ gelombang tertentu saja yang diijinkan, orbit dengan jumlah ½ gelombang yang bukan merupakan bilangan bulat tidak diijinkam. Hal inilah penjelasan yang rasional mengapa energi dalam atom hydrogen terkuantisasi. (lihat gambar)

Schrödinger kemudian mengajukan persamaan yang kemudian dikenal dengan nama “persamaan gelombang Schrödinger” yaitu :

H? = E?

? disebut sebagai fungsi gelombang, H adalah satu set intruksi persamaan matematika yang disebut sebagai operator, dan E menunjukan total energi dari atom. Penyelesaian persamaan ini menghasilkan berbagai bentuk penyelesaian dimana setiap penyelesain ini melibatkan fungsi gelombang ? yang dikarakteristikkan oleh sejumlah nilai E. Fungsi gelombang ? yang spesisfik dari penyelesaian persamaan gelombang Schrödinger disebut sebagai “orbital”

Apakah orbital itu? Orbital adalah daerah kebolehjadian kita menemukan elektron dalam suatu atom atau bisa dikatakan daerah dimana kemungkinan besar kita dapat menemukan elektron dalam suatu atom.

Bedakan dengan istilah orbit yang dipakai di model atom Bohr. Orbit berupa lintasan dimana kita bisa tahu lintasan dimana elektron mengelilingi inti, tapi pada orbital kita tidak tahu bagaimana bentuk lintasan elektron yang sedang mengelilingi inti. Yang dapat kita ketahui adalah dibagian mana kemungkinan besar kita dapat menemukan elektron dalam atom.

Werner Heisenberg menjelaskan secara gamblang tentang sifat alami dari orbital, analisis matematika yang dihasilkannya menyatakan bahwa kita tidak bisa secara pasti menentukan posisi serta momentum suatu partikel pada kisaran waktu tertentu. Secara matematis azas ketidakpastian Heisenberg ditulis sebagai berikut:

?x . ?(mv) ? h/4?

?x adalah ketidakpastian menentukan posisi dan ?(mv) adalah ketidakpastian momentum dan h adalah konstanta Plank. Arti persamaan diatas adalah semakin akurat kita menentukan posisi suatu partikel maka semakin tidak akurat nilai momentum yang kita dapatkan, dan sebaliknya.

Pembatasan ini sangat penting bila kita memmpelajari partikel yang sangat kecil seperti elektron, oleh sebab itulah kita tidak bisa menentukan secara pasti posisi elektron yang sedang mengelilingi inti atom seperti yang ditunjukan oleh model atom Bohr, dimana elektron bergerak dalam orbit yang berbentuk lingkaran. Disinilah mulai diterimanya model atom mekanika kuantum yang diajukan oleh Schrödinger.

Sesuai dengan azaz Heisenberg ini maka fungsi gelombang tidak dapat menjelaskan secara detail pergerakan elektron dalam atom, kecuali fungsi gelombang kuadrat (?2) yang dapat diartikan sebagai probabilitas distribusi elektron dalam orbital. Hal ini bisa dipakai unutk menggambarkan bentuk orbital dalam bentuk distribusi elektron, atau dikenal sebagai peta densitas.

SUMBER : http://sahri.ohlog.com/model-atom-modern.oh65969.html
                 http://irnidesira.blogspot.com/2009/08/mekanika-kuantum-istilah-atom.html

Posted in: kimia,Pelajaran,tugas