BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
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.
Berdasarkan latar belakang di atas maka penulis mengambil judul
makalah “ Teori dan Model Atom Bohr ”.
1.2
Tujuan
Untuk
mengetahui dan memahami bagaimana teori danmodel atom bohr.
1.3
Manfaat
Menambah
wawasan penulis maupun pembaca tentang teori dan model atom bohr.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 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.
2.2 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.
2.3 Postulat Dasar Model Atom Bohr
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.
2.4 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 :
” Ada aturan fisika kuantum yang hanya
mengizinkan sejumlah tertentu elektron dalam tiap orbit. Hanya ada ruang untuk
dua elektron dalam orbit terdekat dari inti. (John Gribbin, 2005)”
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
2.5 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.
2.6 Kelebihan Teori Bohr
·
Keberhasilan
teori Bohr terletak pada kemampuannya untuk meeramalkan garis-garis dalam
spektrum atom hidrogen
·
Salah satu
penemuan adalah sekumpulan garis halus, terutama jika atom-atom yang
dieksitasikan diletakkan pada medan magnet
2.7 Kelemahan
Teori Bohr
·
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.
BAB III
PENUTUP
3.1 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.
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
Elektro Indonesia
no. 31/VI (Mei 2000)
ConversionConversion EmoticonEmoticon