1.      Niels Bohr mengungkapkan Teori Atom berdasarkan Hipotesis Planck dan Eksperimen Spektrum Atom Hidrogen.

a.       Jelaskan bagaimana eksperimen spektrum atom hidrogen dilakukan dan bagaimana hasilnya!

b.      Jelaskan makna macam-macam deret yang ditemukan berdasarkan eksperimen spektrum atom hidrogen !

Penyelesaian:

a.       Eksperimen spektrum atom hidrogen dilakukan dengan cara memberikan energi pada gas H₂ sehingga gas H₂ tereksitasi ( keadaan yang berenergi lebih tinggi dari keadaan dasar) sehingga memancarkan energi dalam bentuk radiasi cahaya. Cahaya yang dipancarkan diuraikan menjadi komponen-komponennya oleh sebuah prisma. Setiap garis warna mewakili tingkat energi tertentu yang mengindikasikan bahwa elektron dalam atom hidrogen menempati tingkat energi tertentu yang kemudian dikenal sebagai: Lintasan atau Kulit atau Orbit. Perubahan tingkat energi elektron dalam atom hidrogen hanya terjadi pada saat elektron menyerap atau memancarkan energi dengan λ tertentu. Transisi elektron dari satu tingkat energi ke tingkat energi lain menghasilkan spektra garis yang menggambarkan: Diagram Tingkat Energi Elektron Dalam Atom Hidrogen.

b.       

Pada Deret Pfund    : n  > 5 sehingga : 

Pada Deret Bracket : n > 4 sehingga :

Pada Deret Paschen : n > 3  sehingga :

Pada Deret Balmer  : n > 2 sehingga :

Pada Deret Lyman  : n > 1 sehingga :

2.      Teori Atom Mekanikan Kuantum disusun berdasarkan 3 landasan yakni Asumsi de Broglie, Prinsip Heisenberg dan Persamaan Schrödinger.

a.       Jelaskan eksperimen yang melandasi dikemukakannya Asumsi de Broglie !

b.      Jelaskan keterkaitan antara Asumsi de Broglie dan Prinsip Heisenberg dengan Persamaan Schrödinger !

Penyelesaian:

a.          Louis de Broglie meneliti keberadaan gelombang melalui eksperimen difraksi berkas elektron. Dari hasil penelitiannya inilah diusulkan “materi mempunyai sifat gelombang di samping partikel”, yang dikenal dengan prinsip dualitas. 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. Pertikel yang bergerak memiliki sifat gelombang. Fakta yang mendukung teori ini adalah petir dan kilat. Kilat akan lebih dulu terjadi daripada petir. Kilat menunjukan sifat gelombang berbentuk cahaya, sedangkan petir menunjukan sifat pertikel berbentuk suara.

Sehingga diperoleh:

              i.      Elektron dan partikel lainnya berperilaku sebagai gelombang. gelombang tersebut dapat terjadi  dengan frekuensi tertentu saja.

contoh : orang yang berlari cepat diiringi dengan gelombang yang melingkar-lingkar dibelakangnya dimana radiasi

               ii.   Setiap partikel bergerak dengan momentum P, selalu disertai gelombang dengan panjang gelombang λ:

keterangan:

λ : panjang gelombang

 h : konstanta Planck  = 6,626 x 10^-27  erg detik

                                               = 6,626 x 10^-34  J detik

P : momentum partikel

m : massa

             iii.   Makin besar massa partikel, makin pendek panjang gelombang yang menyertai gerakannya.

Eksperimen tersebut didukung oleh fakta eksperimen prinsip dualisme;

ü  Radiasi benda hitam (Max Planck):

radiasi berprilaku partikel yakni radiasi dipancarkan secara tidak kontinyu (discontinue) dalam satuan-satuan atau paket-paket kecil yang disebut: Kuanta.

ü  Efek Fotolistrik (Einstein):
elektron berprilaku gelombang yakni elektron yang terpancar bila frekuensi cukup tinggi, terjadi difraksi dalam daerah cahaya tampak dan ultraviolet.

b.      Keterkaitan antara asumsi De broglie dan prinsip Heisenberg dengan persamaan schrodinger menghasilkan prinsip ketidakpastian yaitu, Hipotesis Louis de broglie dan azas ketidakpastian Werner Heisenberg merupakan tahap penting ke arah penemuan teori atom mekanika kuantum atau mekanika gelombang yang dikemukakan oleh Erwin Schrodinger dengan mengajukan persamaan gelombang Schrodinger, untuk mendeskripsikan keberadaan elektron dalam atom.

3.         Distribusi atau sebaran elektron di dalam atom dikenal sebagai : Konfigurasi Elektron.

a.       Pada saat kita menuliskan konfigurasi elektron maka kita sedang mengaplikasikan postulat-postulat Teori Atom Bohr dan Teori Mekanika Kuantum. Apakah anda setuju atau tidak setuju dengan pernyataan tersebut ? Jelaskan mengapa !

b.      Pada penulisan konfigurasi elektron biasa diberlakukan Prinsip Aufbau. Apakah Prinsip Aufbau dapat diberlakukan untuk konfigurasi elektron dalam setiap atom ? Jelaskan mengapa !

c.       Sifat (kereaktifan) suatu atom ditentukan oleh elektron valensinya. Jelaskan disertai contoh, bagaimana elektron valensi menentukan kereaktifan suatu atom !

Penyelesaian:

a.       Pada saat kita menuliskan konfigurasi elektron maka kita sedang mengaplikasikan postulat postulat Teori Atom Bohr dan Teori Mekanika Kuantum. Saya setuju dengan pernyataan tersebut, Karena : Pada saat kita menuliskan konfigurasi elektron, maka artinya kita sedang berekpresi dengan elektron dalam atom, dimana menurut Bohr bahwa atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positif dan disekitarnya beredar elektron-elektron yang bermuatan negatif.

konfigurasi elektron adalah susunan elektron-elektron pada sebuah atom, molekul, atau struktur fisik lainnya. Sama seperti partikel elementer lainnya, elektron patuh pada hukum mekanika kuantum dan menampilkan sifat-sifat bak-partikel maupun bak-gelombang. Secara formal, keadaan kuantum elektron tertentu ditentukan oleh fungsi gelombangnya, yaitu sebuah fungsi ruang dan waktu yang bernilai kompleks. Menurut interpretasi mekanika kuantum Copenhagen, posisi sebuah elektron tidak bisa ditentukan kecuali setelah adanya aksi pengukuran yang menyebabkannya untuk bisa dideteksi. Probabilitas aksi pengukuran akan mendeteksi sebuah elektron pada titik tertentu pada ruang adalah proporsional terhadap kuadrat nilai absolut fungsi gelombang pada titik tersebut.

Elektron-elektron dapat berpindah dari satu aras energi ke aras energi yang lainnya dengan emisi atau absorpsi kuantum energi dalam bentuk foton. Oleh karena asas larangan Pauli, tidak boleh ada lebih dari dua elektron yang dapat menempati sebuah orbital atom, sehingga elektron hanya akan meloncat dari satu orbital ke orbital yang lainnya hanya jika terdapat kekosongan di dalamnya.

Konfigurasi elektron yang pertama kali dipikirkan adalah berdasarkan pada model atom Bohr. Adalah umum membicarakan kelopak maupun subkelopak walaupun sudah terdapat kemajuan dalam pemahaman sifat-sifat mekania kuantum elektron. Berdasarkan asas larangan Pauli, sebuah orbital hanya dapat menampung maksimal dua elektron. Namun pada kasus-kasus tertentu, terdapat beberapa orbital yang memiliki aras energi yang sama (dikatakan berdegenerasi), dan orbital-orbital ini dihitung bersama dalam konfigurasi elektron.

b.         Prinsip Aufbau menyatakan bahwa: “Pengisian elektron dimulai dari subkulit yang berenergi paling rendah dilanjutkan pada subkulit yang lebih tinggi energinya”. Dalam setiap sub kulit mempunyai batasan elektron yang dapat diisikan yakni

ü Subkulit s maksimal berisi 2 elektron

ü Subkulit p maksimal berisi 6 elektron

ü Subkulit d maksimal berisi 10 elektron

ü Subkulit f maksimal berisi 14 elektron

Berdasarkan ketentuan tersebut maka urutan pengisian (konfigurasi) elektron mengikuti tanda panah pada gambar berikut!

Berdasarkan diagram di atas dapat disusun urutan konfigurasi elektron sebagai berikut:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² …. dan seterusnya

Tingkat energi beberapa sub kulit dan orbitalnya

Penerapan Prinsip Aufbau Pada Konfigurasi Elektron

ü  Prinsip Aufbau (Prinsip Bertingkat) diturunkan berdasarkan spektrum atom Hidrogen sehingga Diagram Bertingkat berlaku sebelum subkulit ditempati elektron.

ü  Setelah ditempati elektron maka Diagram Bertingkat subkulit menjadi seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini, yakni:

·         Diagram bertingkat (sesuai Prinsip Aufbau) berlaku untuk atom-atom dengan nomor atom (Z) ≤ 20.

·         Sedangkan untuk atom-atom dengan nomor atom (Z)>20, urutan tingkat energi orbitalnya menjadi sebagai berikut:

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 3d < 4s < 4p < 4d < 4f < 5s < 5p < 5d < 6s < 6p < 5f < 6d < 7s < ….dst.

Tampak bahwa tingkat energi orbital dalam sub kulit sangat bergantung pada jumlah elektron yang terdapat dalam atom.

Prinsip Aufbau tidak dapat diterapkan pada setiap atom, hal ini dapat dilihat dengan adanya penyimpangan dari aturan aufbau dalam pengisian electron beberapa atom.

Contoh :

·      Konfigurasi elektron kromium (Z=24) dan tembaga (Z=29). Konfigurasi elektron Cr dan Cu berdasarkan Aufbau :

Cr (Z= 24) : [Ar] 3d⁴4s²

Cu (Z=29) : [Ar] 3d⁹4s²

c.       Sifat suatu atom ditentukan oleh konfigurasi elektron dan berhubungan erat dengan keteraturan letak unsur dalam SPU. Sifat kereaktifan suatu atom ditentukan oleh elektron valensi. Elektron valensi (elektron terluar) berkaitan erat dengan jari – jari atom, energi ionisasi, dan afinitas elektron.

v   Hubungan jari – jari atom dengan elektron valensi

  Hubungannya dapat dijelaskan dengan rumusan gaya sbb:

Dimana :

              q₁       =  jumlah muatan (+) proton dalam inti atom

              q₂       =  jumlah muatan (–) elektron dalam atom

               r        =  jarak diantara muatan (+) pada inti dengan muatan (–) elektron pada kulit   terluar. =jari-jari atom (ra)

     F   =  besarnya gaya tarik menarik

F berbanding lurus dengan jumlah proton (q₁) dan jumlah elektron (q₂). Sebaliknya F berbanding terbalik dengan jari-jari atom (ra).

Rumusan di atas menunjukkan:

“Makin banyak jumlah elektron valensi berarti makin besar q₂ dan q₁ dan makin besar F akibatnya makin kecil jari-jari atom (r) dan sebaliknya”. 

v  Hubungan jari – jari atom dengan energi ionisasi

Energi ionisasi adalah energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan electron valensi dari atom dalam keadaan gas. Energi ionisasi merupakan ukuran kemudahan suatu atom berubah menjadi ion positif.

Dimana :

“Makin besar jari – jari atom maka makin kecil energi ionisasi suatu atom maka makin mudah atom tersebut melepaskan elektron sehinggamakin mudah atom tersebut menjadi ion positif dan membentuk senyawa ionik (semakin reaktif) dan sebaliknya”.

Misalnya : atom yang elektron valensinya satu akan lebih reaktif untuk melepaskan elektron dari atom yang bervalensi dua atau tiga karena energi ionisasi yang diperlukan untuk melepaskan satu elektron lebih sedikit dibanding energi untuk melepaskan dua atau tiga elektron. Jadi yang memerlukan energi ionisasi lebih kecil dikatakan lebih reaktif.

Contoh :

Atom ₁₁Na lebih reaktif dibandingkan dengan atom ₁₂Mg

v  Hubungan jari – jari atom dengan afinitas elektron

Afinitas elektron adalah energi yang dilepaskan pada saat atom dalam keadaan gas menerima atau menangkap elektron. Afinitas elektron merupakan ukuran kemudahan suatu atom berubah menjadi ion negatif.

Dimana :

“Makin kecil jari – jari atom maka makin besar afinitas elektron suatu atom dan makin mudah atom tersebut menangkap elektron sehinggamakin mudah menjadi ion negatif dan membentuk senyawa ionik (semakin reaktif) dan sebaliknya”.

Misalnya : Dalam hal kecenderungan menerima elektron, atom dengan elektron valensi tujuh lebih reaktif, dibanding dengan atom yang elektron valensinya empat, lima, dan enam. Hal ini karena pada atom elektron valensi tujuh, akan cenderung menerima satu elektron disertai pelepasan energi (afinitas elektron) yang paling besar dibandingkan dengan atom yang elektron valensinya enam (cenderung menerima dua elektron), dan elektron valensi lima (cenderung menerima tiga elektron).

Contoh :

Atom ₁₇Cl lebih reaktif dibandingkan atom ₁₆S

4.      Distribusi atau sebaran elektron di dalam molekul dikenal sebagai: Struktur elektron di dalam Molekul: Gambarkan bagan pembentukkan orbital molekul pada gas N₂ !

 

MOLEKUL

                        N                                              N₂                                                         N

 

Π_2p

Konfigurasi Elektron N₂ : σ_1s², σ*_1s², σ_2s², σ*_2s², π_2p², σ_2p² , σ*_2p²

Hibridisasi yang terjadi pada atom N₂

₇N        : 1s² 2s² 2p³

₇N        : 1s² 2s² 2p³

 

N:  

         1s      2s          2p                          terhibridisasi

N:

                     1s     2s          2p

Pada atom ₇N terdapat tiga elektron dalam keadaan tidak berpasangan, yaitu elektron pada orbital 2p. Orbital ini masing masing akan berpasangan dengan 1 elektron yang berasal dari atom N yang lain. Pada peristiwa pembentukan hibridisasi N₂ tidak terjadi eksitasi tetapi terjadi hibridisasi.

             

          1s     2s        2p

Maka hibridisasinya adalah sp3 dan mempunyai 2 pasangan elektron bebas. Sehingga bentuk geometrinya adalah heksagonal.