KF
PENUNTUN PRAKTIKUM
KIMIA FISIKA (KI-2141)
STRUKTUR DAN IKATAN
KIMIA
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Tata Tertib Praktikum
TATA TERTIB PRAKTIKUM KIMIA FISIKA
Setiap praktikan yang melakukan praktikum Kimia Fisika wajib mentaati semua
peraturan yang berlaku di Laboratorium Kimia Fisika (LKF) Program Studi Kimia ITB.
Praktikan yang tidak mentaati tata tertib praktikum ini akan dikenakan sanksi yang
dapat berpengaruh pada nilai praktikum yang merupakan syarat utama kelulusan dalam
mata kuliah Kimia Fisika.
I. PENDAFTARAN
1. Pada awal semester, calon praktikan yang akan melakukan praktikum Kimia Fisika
harus mendaftarkan diri secara daring pada waktu yang telah ditentukan.
2. Pada saat pendaftaran ini calon praktikan mengisi data peserta praktikum dan
melengkapinya dengan foto terbaru.
3. Setiap praktikan wajib mengikuti pengarahan praktikum, tata tertib, dan
keselamatan kerja di laboratorium yang diberikan oleh Dosen Pemimpin Kelompok
Praktikum.
4. Keterlambatan dalam pendaftaran sebagai peserta praktikum atau tidak hadir dalam
pengarahan di atas tanpa alasan yang sah, dapat menyebabkan ditolaknya sebagai
peserta.
II. PETUNJUK PERCOBAAN
Petunjuk praktikum dapat diunduh pada laman yang telah diinformasikan oleh
pemimpin praktikum. Praktikan harus memahami cara kerja dalam melakukan
praktikum yang tertulis di dalam Petunjuk Praktikum dan harus melengkapi
pengetahuannya baik teori maupun eksperimental dari bahan kuliah dan literatur Kimia
Fisika.
III. KEHADIRAN
1. Praktikan diwajibkan hadir tepat waktu di laboratorium.
2. Praktikan yang terlambat tanpa alasan yang sah dianggap absen dan tidak
diizinkan melakukan praktikum.
3. Pengisian daftar kehadiran dilakukan dua kali, yaitu:
a. Menjelang praktikum dimulai.
b. Pada akhir periode praktikum.
4. Praktikan yang tidak mengisi daftar kehadiran dianggap tidak melakukan
praktikum.
5. Kehadiran praktikum minimal 80% (7 modul).
6. Tidak ada praktikum susulan.
LABORATORIUM KIMIA FISIK
PROGRAM STUDI KIMIA – FMIPA ITB
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Tata Tertib Praktikum
7. Nilai rata-rata praktikum untuk kelulusan adalah minimal 55.
8. Keikutsertaan dalam keseluruhan praktikum secara lengkap (kehadiran, pengerjaan
tugas, pelaksanaan praktikum, dan pembuatan laporan) sangat menunjang kepada
kelulusan praktikum.
IV. KOMPONEN PENILAIAN
Kinerja praktikum
: 25%
-
Tes Awal
: 10%
-
Tugas Pendahuluan
: 10%
-
Jurnal
: 10%
-
Laporan
: 25%
-
Ujian
: 20%
V. LEMARI PRAKTIKUM
1. Setiap percobaan memiliki lemari tersendiri. Kunci lemari dapat dipinjam dari
Petugas LKF sebelum melakukan praktikum. Peralatan inventaris yang terdapat
dalam lemari harus diperiksa terlebih dahulu sebelum dipergunakan, baik jenis dan
jumlahnya maupun keutuhannya dicocokkan dengan daftarnya. Bila terdapat
kekurangan/kerusakan, harus segera dilaporkan pada Petugas LKF saat itu juga.
2. Selama melakukan percobaan, isi lemari sepenuhnya menjadi tanggung jawab
praktikan. Segala kerusakan/ketidakutuhan peralatan yang dilaporkan sesudah
praktikum berlangsung menjadi tanggung jawab praktikan, dan harus diganti
sebelum akhir semester. Keterlambatan dalam penggantian peralatan ini akan
menyebabkan tertahannya nilai praktikum dan mata kuliah Kimia Fisika.
3. Daftar inventaris lemari tidak boleh dicoret-coret.
4. Selesai melakukan percobaan, kelengkapan isi lemari harus diperiksa kembali oleh
praktikan bersama Petugas LKF. Semua peralatan yang dipinjam harus dikembalikan
dalam keadaan utuh dan bersih.
VI. ALAT-ALAT GELAS DAN INSTRUMEN
1. Alat-alat gelas, termometer, stopwatch, dan lain-lain yang tidak terdapat di dalam
lemari tetapi diperlukan dalam percobaan, dapat dipinjam dari Petugas LKF dengan
menggunakan bon peminjaman peralatan.
2. Setiap peminjaman peralatan harus disertai paraf peminjam dan setiap
pengembaliannya harus disertai paraf Petugas LKF yang menerima pengembalian
LABORATORIUM KIMIA FISIK
PROGRAM STUDI KIMIA – FMIPA ITB
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Tata Tertib Praktikum
peralatan tersebut. Alat yang dipinjam harus kembali dalam keadaan utuh dan
bersih.
3. Bon peminjaman peralatan tidak boleh dicoret-coret.
VII. KEAMANAN DAN KEBERSIHAN
1. Praktikan diwajibkan menggunakan jas laboratorium putih berlengan panjang dari
bahan katun, kacamata goggles, dan sepatu tertutup selama praktikum.
2. Praktikan yang berambut panjang diwajibkan mengikat rambutnya. Praktikan yang
menggunakan kerudung wajib memasukkan kerudungnya ke dalam jas lab.
3. Praktikan dilarang merokok di dalam laboratorium.
4. Praktikan tidak diperkenankan memakai topi dan sandal selama melakukan
praktikum.
5. Praktikan diwajibkan mengenakan tanda nama (name tag) yang dipersiapkan
sendiri dengan memuat nama praktikan, NIM, dan pasfoto.
6. Praktikan wajib membawa sabun cuci dan kain lap seperlunya untuk membersihkan
peralatan gelas dan memelihara kebersihan laboratorium (meja praktikum, bak
cuci).
7. Praktikan harus berhemat dengan zat-zat kimia dan aqua dm. Sisa pelarut organik
harus dikumpulkan dalam botol penampungan yang khusus disediakan oleh Petugas
LKF. Dilarang mengembalikan zat kimia yang telah dipakai ke dalam botol reagen
dan dilarang membuang pelarut organik ke dalam bak cuci.
7. Sampah kertas dan benda-benda keras (pecahan gelas, batu didih, dll.) harus
dibuang ke tempat sampah yang telah disediakan.
8. Alat-alat dengan sambungan (glass joint), kran buret, tutup Erlenmeyer, dsb. harus
dicuci dan dibilas bersih dan ditinggalkan dalam keadaan terlepas.
9. Alat-alat gelas harus sudah mulai dibersihkan setengah jam sebelum praktikum
berakhir.
VIII. TUGAS SEBELUM PRAKTIKUM
1. Praktikan harus menyediakan buku catatan praktikum (jurnal praktikum) berupa
buku tulis bergaris ukuran A-4. Buku tersebut wajib diberi nama, NIM, shift,
kelompok, dan disampul rapih dengan warna yang seragam per kelompok.
2. Praktikan harus membuat tugas sebelum praktikum, yaitu:
LABORATORIUM KIMIA FISIK
PROGRAM STUDI KIMIA – FMIPA ITB
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Tata Tertib Praktikum
a. Persiapan praktikum meliputi judul, teori singkat, dan diagram alir percobaan
yang akan dilakukan, termasuk daftar alat dan bahan, serta data pengamatan
(berupa kolom-kolom data yang telah dipersiapkan di rumah) yang ditulis
tangan dalam buku jurnal praktikum (tidak boleh ditulis menggunakan
pensil).
b. Menjawab pertanyaan tugas pendahuluan yang terdapat dalam petunjuk
praktikum. Jawaban pertanyaan ini harus ditik dalam lembaran kertas
berukuran A-4 yang terpisah dari jurnal praktikum.
3. Tugas-tugas sebelum praktikum harus diserahkan kepada asisten sebelum
praktikum dimulai. Bila tidak dilakukan maka praktikan tidak diperkenankan
mengikuti praktikum.
IX. PELAKSANAAN PRAKTIKUM
1. Sebelum praktikum dimulai, asisten akan memberikan pertanyaan-pertanyaan yang
berkaitan dengan praktikum kepada praktikan. Praktikan harus menjawab
pertanyaan (tes awal) tersebut secara tertulis. Waktu yang tersedia untuk
melaksanakan tes awal ini adalah sekitar 15 menit. Tes awal ini dinilai sebagai salah
satu komponen dari nilai praktikum.
2. Untuk menuliskan jawaban tes awal, praktikan harus menyediakan sebuah buku
tulis bergaris (isi 18 halaman) yang diberi nama dan nomor induk mahasiswa (NIM)
praktikan.
3. Jika suatu percobaan melibatkan penggunaan peralatan khusus, asisten atau petugas
laboratorium akan menjelaskan cara penggunaan peralatan tersebut.
4. Bila praktikan merasa ragu-ragu dalam menggunakan alat tertentu, maka praktikan
harus bertanya pada asisten atau petugas laboratorium dan praktikan dilarang
mencoba-coba mengoperasikan peralatan sendirian. Hal ini dikarenakan peralatan
di LKF tergolong mahal dan jumlahnya terbatas, sehingga kerusakan peralatan akan
menghambat
kelancaran
praktikum
keseluruhan
dan
biaya
perbaikan/penggantiannya mahal.
X. PENGAMATAN PRAKTIKUM
1. Semua pengamatan harus dicatat dalam buku catatan praktikum dan salinannya
pada kertas pengamatan (rangkap dua). Poin-poin berikut harus dicantumkan pada
kertas pengamatan:
a. Nama dan nomor laboratorium praktikan
LABORATORIUM KIMIA FISIK
PROGRAM STUDI KIMIA – FMIPA ITB
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Tata Tertib Praktikum
b. Judul dan nomor percobaan
c. Tanggal percobaan
d. Nama dan paraf asisten yang bertugas.
2. Kertas pengamatan lembar ke-1 diserahkan kepada asisten yang bersangkutan
sedangkan lembar ke-2 dilampirkan pada laporan praktikum.
XI. LAPORAN PRAKTIKUM
1. Laporan praktikum dibuat pada kertas HVS polos berukuran A-4. Laporan dapat
ditulis tangan (dengan tulisan yang rapih dan dapat dibaca), ditik menggunakan
mesin tik manual, atau ditik menggunakan komputer.
2. Format laporan praktikan termasuk hal-hal yang harus dicantumkan pada sampul
depannya disusun mengikuti ketentuan penulisan laporan yang telah ditetapkan
(lihat ketentuan yang diberikan secara terpisah dari tata tertib ini).
3. Laporan diserahkan kepada asisten praktikum yang bersangkutan pada akhir
praktikum. Bukti penerimaan laporan harus dilampirkan pada saat pengumpulan
laporan. Format bukti penerimaan laporan adalah sebagai berikut.
LABORATORIUM KIMIA FISIK
PROGRAM STUDI KIMIA – FMIPA ITB
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Tata Tertib Praktikum
Format lembar pengumpulan laporan
TANDA TERIMA PENGUMPULAN LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIK
KIMIA FISIK/ENERGETIKA/DINAMIKA KIMIA* (KI-XXXX)
Nama
:
NIM
:
Shift
:
Kelompok
:
No.
Modul**
Mengetahui,
Dikumpulkan tanggal
Asisten
Pemimpin Praktikum
1
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
2
3
* Pilih sesuai mata kuliah yang diambil
** Tabel dibuat sejumlah modul yang dikerjakan
XII. PENGGANTIAN PERALATAN
1. Praktikan wajib mengganti peralatan yang pecah/rusak yang menjadi tanggung
jawabnya atau yang dipinjam pada saat praktikum oleh alat yang sejenis dengan
kualitas yang sama dan dilengkapi dengan kuitansi pembelian alat pengganti
tersebut.
2. Penggantian peralatan tersebut harus diselesaikan secepatnya oleh praktikan paling
lambat sebelum akhir semester. Sebelum penggantian alat ini diselesaikan, nilai
akhir mata kuliah terkait adalah T.
LABORATORIUM KIMIA FISIK
PROGRAM STUDI KIMIA – FMIPA ITB
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Tata Tertib Praktikum
FORMAT LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIK
I.
JUDUL PERCOBAAN
(Sudah jelas)
II.
TUJUAN PERCOBAAN
Uraian singkat dan spesifik tentang tujuan percobaan yang dilakukan.
III.
DASAR TEORI
Ringkasan dari bahan di dalam petunjuk praktikum dan atau dari sumber
lain seperti buku teks, jurnal ilmiah, dll. Teori yang dicantumkan
berkaitan secara relevan dengan percobaan yang dilakukan.
IV.
ALAT DAN BAHAN
Sesuai dengan yang tercantum dalam petunjuk praktikum dan ditambah
dengan peralatan dan zat yang digunakan selama praktikum berlangsung.
V.
CARA KERJA
Diringkas dari petunjuk praktikum dan dibuat dalam kalimat pasif. Tidak
diperkenankan ditulis dalam bentuk diagram alir.
VI.
DATA PENGAMATAN
Ditempelkan lembar kertas pengamatan yang sudah diparaf oleh asisten.
VII.
PENGOLAHAN DATA
Dapat ditempelkan print out komputer biala pengolahan data dilakukan
dengan bantuan program komputer.
VIII.
PEMBAHASAN
Hasil-hasil yang diperoleh dibahas dan dibandingkan dengan yang
dilaporkan di literatur. Hindari menyalahkan alat yang dipakai.
IX.
KESIMPULAN
Tuliskan kesimpulan yang dapat dirumuskan dari hasil percobaan yang
diperoleh dan dikaitkan dengan teori/literatur yang dipelajari.
X.
SARAN
Bila ada, saran berisi masukan yang dapat memperbaiki atau
mengembangkan percobaan yang dilakukan.
LABORATORIUM KIMIA FISIK
PROGRAM STUDI KIMIA – FMIPA ITB
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Tata Tertib Praktikum
XI.
DAFTAR PUSTAKA
Cantumkan bahan acuan terkait percobaan, misalnya jurnal ilmiah, buku
teks, dll., yang lazim dirujuk sebagai daftar pustaka. Tidak diperkenankan
mencantumkan petunjuk praktikum, catatan kuliah, Wikipedia, dll. yang
tidak dapat dipertanggungjawabkan keilmiahannya.
LAMPIRAN
Jawaban pertanyaan
Data dari literatur
Dll.
LABORATORIUM KIMIA FISIK
PROGRAM STUDI KIMIA – FMIPA ITB
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 1
Modul 1: Radiasi Benda Hitam
1. PENDAHULUAN
Radiasi benda hitam merupakan kasus khusus radiasi termal. Pada tahun 1800,
astronom William Herschel melakukan percobaan yang menghasilkan spektrum cahaya
menggunakan prisma dan mengukur suhu pada berbagai bagian spektrum [1]. Hasil
percobaan menunjukkan suhu yang bervariasi di seluruh bagian spektrum. Hal ini
mengindikasikan adanya kaitan antara radiasi termal dengan gelombang cahaya.
Keterkaitan antara energi dengan panjang gelombang pada berbagai suhu dapat
dilihat pada Gambar 1.1. Makin tinggi suhu, puncak kurva bergerak ke panjang
gelombang yang lebih pendek.
Gambar 1.1. Hubungan energi terhadap panjang gelombang dalam berbagai suhu [2].
Hukum Rayleigh-Jeans mencoba mendekati hasil percobaan tersebut dengan
Persamaan 1 [3]. Persamaan tersebut menggunakan prinsip ekipartisi klasik. Persamaan
ini mempunyai kesesuaian dengan hasil percobaan di panjang gelombang panjang, tetapi
tidak di daerah dengan panjang gelombang pendek. Distribusi energi (ρ) terus meningkat
pada panjang gelombang pendek hingga mencapai tak hingga. Fenonema ini disebut
dengan bencana alam sinar ultraviolet (UV catastrophe).
𝜌𝜌(𝜆𝜆, 𝑇𝑇) =
𝜌𝜌(𝜆𝜆, 𝑇𝑇) =
8𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋
𝜆𝜆4
8𝜋𝜋ℎ𝑐𝑐
𝜆𝜆5 �𝑒𝑒 ℎ𝑐𝑐/𝜆𝜆𝜆𝜆𝜆𝜆 −1�
Persamaan 1
Persamaan 2
Pada tahun 1900, Max Planck mengusulkan persamaan yang mempunyai kesesuaian
yang baik dengan hasil percobaan. Persamaan tersebut (Persamaan 2) merupakan
modifikasi Persamaan 2 tetapi Planck memasukkan ide bahwa energi yang diemisikan
terkuantisasi [3]. Berdasarkan fenomena ini disimpulkan bahwa gelombang
elektromagnetik mempunyai energi yang terkuantisasi.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 1
2. TUJUAN
Menganalisis spektrum hasil fenomena radiasi benda hitam.
3. ALAT DAN BAHAN
-
Komputer yang sudah terinstalasi program SciDAVis.
4. CARA KERJA
1. Buka SciDAVis dengan cara double click icon SciDAVis pada Desktop.
2. Import data file melalui menu : File-Import ASCII atau gunakan shortcut
Ctrl+K.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 1
3. Sebelum membuka file melalui SciDAVis, cek terlebih dahulu format data
(delimiter, format pemisah desimal, dll) menggunakan notepad. Sesuaikan
setting import file dengan format file, kemudian klik Open. Pada contoh di
bawah ini, delimiter yang digunakan adalah TAB, pemisah desimal adalah titik,
dan 6 baris pertama berisi teks yang berisi referensi.
4. Rapikan data dengan menghapus/menambah kolom jika diperlukan dengan
cara klik kanan pada kolom yang ingin diubah dan klik menu yang diperlukan.
5. Anda dapat melakukan operasi pada kolom dengan cara klik kolom dan
masukkan rumus yang ingin Anda gunakan untuk mengubah nilai pada kolom
tersebut pada bagian Formula diikuti dengan mengklik Apply. Pada contoh di
bawah ini, satuan data pada kolom pertama diubah dari µm menjadi m dengan
mengalikan kolom 1 dengan 10−6.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 1
6. Setelah perapihan, plot data tersebut dengan memilih kolom yang akan diplot
dan klik icon yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini atau dengan
mengklik menu Plot.
7. Hasil plotting menujukkan bahwa terdapat data yang “tidak diinginkan” pada
baris-baris awal. Anda dapat menghilangkan data tersebut dengan mengubah
rentang data yang diplot dengan cara klik kanan pada kurva dan pilih Edit
range. Atur rentang data sesuai kebutuhan.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 1
8. Klik pada icon yang ditunjukkan pada gambar berikut untuk memilih menu
data/screen reader.
9. Sebelum melakukan analisis lebih lanjut melalui proses fitting, Anda perlu
mengetahui parameter awal yang akan diinput pada proses fitting. Parameter
awal yang digunakan harus sedekat mungkin dengan nilai sebenarnya.
Pindahkan kursor pada posisi puncak spektrum dan baca panjang gelombang
maksimumnya. Perkirakan suhu bintang tersebut dengan menggunakan data
panjang gelombang dan hukum pergeseran Wien dan gunakan nilai tersebut
sebagai parameter awal fitting.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 1
10. Setelah diperoleh parameter awal, lakukan proses fitting dengan mengklik
menu Analysis-Fit Wizard atau gunakan shortcut Ctrl+Y.
11. Anda harus membuat model radiasi benda hitam pada kategori User defined
karena model ini tidak tersedia di SciDAVis. Anda bebas membuat perumusan
(jumlah parameter, satuan, dll) selama perumusan model tersebut benar dan
konsisten. Pada contoh di bawah ini, semua tetapan dihitung terlebih dahulu
dan digunakan 2 parameter a (faktor normalisasi) dan b (suhu bintang) dan
variabel x adalah panjang gelombang. Simpan model yang telah Anda buat
agar dapat digunakan di kemudian hari. Untuk menggunakan model yang
telah disimpan, klik nama model dan centang pilihan Fit with selected user
function, kemudian klik tombol Fit.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 1
12. Masukkan perkiraan temperatur bintang pada bagian b. Untuk tahap awal,
disarankan untuk memvariasikan sesedikit mungkin jumlah parameter. Pada
contoh di bawah ini, pada tahap awal temperatur bintang tidak divariasikan
dan hanya parameter a yang divariasikan. Pada tahap selanjutnya, parameter
a tidak divariasikan dan parameter b divariasikan. Pada tahap akhir, kedua
parameter dapat divariasikan secara bersamaan. Setiap fitting yang Anda
lakukan akan menghasilkan satu kurva fitting. Anda dapat menghapus semua
kurva hasil fitting dengan mengklik tombol Delete Fit Curves. Apabila proses
fitting tidak berlangsung, hal tersebut kemungkinan disebabkan karena
parameter awal yang digunakan sangat jauh dari nilai sebenarnya, ubah
parameter tersebut dengan nilai yang sesuai.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 1
13. Jika diperlukan, parameter a atau b dapat diubah secara manual agar
diperoleh hasil yang lebih baik. Proses fitting tersebut diulang sampai
diperoleh nilai R2 yang mendekati 1 (dapat dilihat pada Results log). Catat dan
laporkan parameter hasil fitting dan nilai goodness of fit pada laporan yang
Anda buat.
14. Setelah diperoleh hasil fit terbaik, rapikan grafik dengan mengubah
keterangan pada sumbu x dan y, legend, warna/ukuran garis/data point, dll.
sehingga diperoleh gambar yang baik dan layak. Ubah grafik yang diperoleh
menjadi file image dengan klik kanan pada grafik dan pilih menu Export.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 1
15. Ulangi proses di atas dengan menggunakan model hukum distribusi Wien.
Selamat mencoba.
5. PERTANYAAN
Buatlah sketsa spektrum yang terbentuk. Jelaskan spektrum tersebut berdasarkan
prinsip fisika klasik dan kuantum.
6. TUGAS PENDAHULUAN
1. Jelaskan dua fenomena kuantum yang Anda ketahui.
2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan pergeseran Wien.
7. DAFTAR PUSTAKA
1. https://blackbodyradiation.weebly.com/history.html, diakses pada tanggal
15 Juli 2019.
2. http://astronomy.swin.edu.au/cosmos/B/Blackbody+Radiation,
diakses
pada tanggal 15 Juli 2019.
3. Atkins, P. and Paula, J. D. Atkins’ Physical Chemistry 9th Ed., Oxford University
Press, 2010.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 2
Modul 2: Gerak Partikel dalam Ruang Tiga Dimensi
1. PENDAHULUAN
Gerak suatu partikel dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu translasi, rotasi dan vibrasi.
Gerak partikel dengan ukuran yang sangat kecil (orde pm) mempunyai sifat yang unik
dan berbeda dengan benda berukuran besar. Gerak partikel dipelajari dengan
menggunakan teori mekanika kuantum. Gerak partikel yang paling sederhana adalah
gerak translasi partikel dalam kotak 1 dimensi. Penyelesaian persamaan Schrödinger
2. TUJUAN
-
Mengetahui bentuk fungsi spherical harmonics orbital 2p dan 3d.
Memahami makna fisik bilangan kuantum ℓ dan 𝑚𝑚ℓ .
Memahami makna orbital 2p dan 3d yang masing-masing terdegenerasi.
-
Komputer yang sudah terinstalasi program maxima.
3. ALAT DAN BAHAN
4. CARA KERJA
1. Buka folder instalasi maxima, Anda dapat memilih menggunakan wxMaxima
ataupun aplikasi yang ada di dalam folder “bin”. Langkah-langkah yang akan
ditunjukkan pada petunjuk ini menggunakan versi command prompt (lebih
ringan) yang berada dalam folder “bin”.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 2
2. Double click pada icon maxima.bat (command prompt) atau xmaxima.bat.
3. Syntax pada maxima selalu diakhiri dengan karakter titik koma (;) untuk dapat
dieksekusi. Anda dapat mencoba operasi aritmetika sederhana ataupun
operasi matematika lainnya seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 2
ini. Petunjuk detail mengenai syntax operasi lainnya dapat diperoleh pada
manual program maxima
(https://maxima.sourceforge.io/documentation.html).
4. Fungsi spherical harmonics merupakan polinomial ortogonal yang tersedia
pada maxima dalam package orthopoly-pkg. Selain spherical harmonics,
tersedia pula polinomial ortogonal lain seperti fungsi Laguerre, Chebysev,
Hermite, dll.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 2
5. Untuk memuat package orthopoly, gunakan command: load(orthopoly).
Gambar di bawah ini adalah plot fungsi angular dari orbital s.
i. Mendefinisikan bahwa y adalah fungsi spherical harmonics dengan l = 0
dan m = 0.
ii. Fungsi angular untuk orbital s (bandingkan dengan literatur).
iii. Fungsi yang akan diplot. Mengapa fungsinya dikuadratkan?
iv. Rentang θ yang akan diplot (0≤θ≤π rad).
v. Rentang ϕ yang akan diplot (0≤θ≤2π rad).
vi. Opsi utuk mengubah koordinat bola menjadi koordinat Cartesius.
vii. Opsi untuk memplot dengan panjang sumbu xyz yang sama. Coba
hilangkan opsi tersebut dan amati apa yang terjadi.
viii. Opsi untuk untuk mengatur kualitas gambar (halus/kasar). Perhatian:
semakin besar grid yang Anda gunakan, semakin halus gambar yang
dihasilkan, dan semakin besar pula resource komputer yang digunakan
sehingga waktu loading akan bertambah (bergantung pada spesifikasi
komputer yang Anda gunakan).
Selain opsi-opsi plotting yang dituliskan di atas, terdapat pula berbagai macam opsi
plotting yang lain pada manual maxima.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 2
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(7)
(8)
(6)
6. Plot fungsi spherical harmonics lain dengan nilai l dan m yang berbeda, dan
plot orbital-orbital lain yang Anda ketahui, misalkan px, dxy, fxyz, dll.
5. PERTANYAAN
1. Sketsakan visualisasi spherical harmonics untuk orbital yang dipilih.
2. Apa yang dimaksud dengan keadaan tergenerasi?
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 2
6. TUGAS PENDAHULUAN
1. Jelaskan sifat/karakter fungsi gelombang yang dapat dipakai sebagai solusi
persamaan Schrödinger.
2. Apa yang dimaksud dengan kuantisasi rotasi? Jelaskan dengan contoh.
7. PUSTAKA
Atkins, P. and Paula, J. D. Atkins’ Physical Chemistry 9th Ed., Oxford University Press,
2010.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 3
Modul 3: Orbital Atom Hidrogen
1. PENDAHULUAN
Struktur atom memasuki babak baru ketika Niels Bohr (1885-1962) dapat
menjelaskan hasil eksperimen Johann Balmer (1825-1898) tentang spektrum atom
hidrogen. Johann Balmer pada tahun 1885, menemukan pola yang tidak umum yaitu
spektrum garis ketika gelombang elektromagnetik melewati gas atom hidrogen (Gambar
3.1). Pola ini berbeda dengan gelombang elektromagnetik yang biasanya membentuk
spektrum kontinu. Bohr kemudian menyimpulkan bahwa energi pada gelombang
elektromagnetik bersifat diskrit, hal serupa juga ditemui pada energi elektron pada suatu
atom.
Gambar 3.1. Spektrum garis hasil eksperimen Balmer (1885) [1].
Selanjutnya mekanika kuantum digunakan untuk menentukan struktur atom [2].
Persamaan yang dipakai adalah persamaan Schrödinger seperti pada Persamaan 1.
Penyelesaian persamaan ini menghasilkan dua jenis fungsi yaitu fungsi radial dan fungsi
sudut (Persamaan 2).
𝐻𝐻Ψ = 𝐸𝐸Ψ
Ψ (𝑟𝑟, 𝜃𝜃, 𝜙𝜙) = 𝑅𝑅 (𝑟𝑟) 𝑌𝑌 (𝜃𝜃, 𝜙𝜙)
Persamaan 1
Persamaan 2
Fungsi radial bergantung pada dua bilangan kuantum yaitu bilangan kuantum utama
(n) dan bilangan kuantum azimuth (ℓ). Fungsi gelombang dimaknai sebagai orbital
elektron pada suatu atom. Dengan bertambahnya elektron maka terdapat perbedaan
pada tingkat energi orbital-orbital tersebut.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 3
2. TUJUAN
-
-
Mengetahui perbedaan antara fungsi gelombang radial dan fungsi distribusi
radial.
Menggambarkan kerapatan elektron sebagai fungsi jarak dari inti atom.
Mengetahui pengaruh jenis orbital terhadap Zeff dan efek perisai.
-
Komputer yang sudah terinstalasi program Maxima.
Tabel fungsi gelombang radial [3].
3. ALAT DAN BAHAN
4. CARA KERJA
1. Buka software maxima. Langkah-langkah yang akan ditunjukkan pada panduan ini
menggunakan versi command prompt (maxima.bat).
2. Fungsi radial termasuk pada golongan polinomial Laguerre yang merupakan
polinomial ortogonal yang tersedia pada maxima dalam package orthopoly-pkg. Pada
package tersebut terdapat 2 jenis polinomial Laguerre, namun yang akan digunakan
pada modul ini hanya generalized Laguerre polynomials. Detail mengenai bentuk
polinomial tersebut dapat dibaca pada referensi yang tercantum pada manual
maxima (https://maxima.sourceforge.io/docs/manual/maxima_301.html)
3. Bentuk lengkap dari fungsi radial ditunjukkan pada persamaan di bawah ini
1/2
(𝑛𝑛 − 𝑙𝑙 − 1)!
𝑅𝑅𝑛𝑛𝑛𝑛 (𝑟𝑟) = (𝑛𝑛 + 𝑙𝑙)! �
�
2𝑛𝑛[(𝑛𝑛 + 𝑙𝑙)!]3
2
�
�
𝑛𝑛𝑎𝑎0
𝑙𝑙+3/2
𝑟𝑟 𝑙𝑙 𝑒𝑒 −𝑟𝑟/𝑛𝑛𝑎𝑎0 𝐿𝐿2𝑙𝑙+1
𝑛𝑛−𝑙𝑙−1 �
2𝑟𝑟
�
𝑛𝑛𝑎𝑎0
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 3
Dimana 𝐿𝐿2𝑙𝑙+1
𝑛𝑛−𝑙𝑙−1 �
dan �
2𝑟𝑟
𝑛𝑛𝑎𝑎0
2𝑟𝑟
𝑛𝑛𝑎𝑎0
� adalah generalized Laguerre polynomial dengan orde (n−l−1)
� adalah variabel. n adalah bilangan kuantum utama dan l adalah bilangan
kuantum azimut. Pertanyaan: mengapa digunakan generalized Laguerre polynomial
2𝑟𝑟
2𝑟𝑟
dengan variabel (n−l−1), (2l+1), dan � � ? Tentukan pula nilai 𝐿𝐿2𝑙𝑙+1
� untuk
𝑛𝑛−𝑙𝑙−1 �
𝑛𝑛𝑎𝑎0
𝑛𝑛𝑎𝑎0
berbagai macam orbital.
4. Untuk memuat package orthopoly, gunakan command: load(orthopoly). Pada contoh
di bawah ini, akan digambarkan fungsi radial dari orbital 1s (n=1, l=0) dan
diasumsikan a0= 1 sehingga satuan r adalah dalam a0. Pertanyaan: bolehkah suku
sebelum rl tidak dimasukkan ke dalam persamaan yang diplot? Bagaimana efeknya
jika suku-suku tersebut ikut dimasukkan ke dalam persamaan yang diplot?
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 3
5. Rapat kebolehjadian dinyatakan sebagai (Rnl(r))2, berikut adalah plotnya.
6. Fungsi distribusi radial, yang menyatakan probabilitas menemukan elektron pada
jarak r dinyatakan sebagai 4πr2(Rnl(r))2, berikut adalah plotnya.
7. Ulangi plot-plot di atas untuk orbital yang lain. Berikut contoh plot untuk orbital 2s.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 3
8. Perhatikan bahwa pada fungsi distribusi radial orbital 2s terdapat 1 node. Posisi node
dapat dicari dengan menyelesaikan persamaan:
𝑑𝑑
2 (𝑟𝑟)�
�4π𝑟𝑟 2 𝑅𝑅𝑛𝑛𝑛𝑛
=0
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑(𝑟𝑟)
(1) Turunan y(r) terhadap r �
�.
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑(𝑟𝑟)
(2) Penyelesaian persamaan �
menunjukkan posisi node?
(1)
(2)
𝑑𝑑𝑑𝑑
� = 0 . Pertanyaan: Nilai r manakah yang
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 3
5. PERTANYAAN
1. Bagaimana bentuk kurva fungsi gelombang radial dan fungsi distribusi radial
terhadap jarak?
2. Pada kasus orbital 1s, mengapa probabilitas menemukan elektron sangat
rendah pada daerah dekat inti atom sedangkan fungsi radialnya menunjukkan
nilai maksimum pada daerah tersebut?
3. Jelaskan perbedaan antara fungsi gelombang radial dan fungsi distribusi radial.
4. Bagaimana pengaruh jenis orbital terhadap Zeff dan efek perisai.
6. TUGAS PENDAHULUAN
1. Tuliskan operator Hamiltonian untuk suatu atom dengan satu elektron dan inti
yang bermassa mN.
2. Jelaskan empat bilangan kuantum yang Anda ketahui.
3. Bagaimana keempat bilangan kuantum tersebut dapat muncul pada fungsi
gelombang suatu elektron? Jelaskan.
7. DAFTAR PUSTAKA
1. www.britannica.com, diakses tanggal 19 Agustus 2019.
2. Atkins, P. and Paula, J. D. Atkins’ Physical Chemistry 9th Ed., Oxford University
Press, 2010.
3. “Physical Chemistry: A Molecular Approach”, Donald A. McQuarrie & John D.
Simon.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 4
Modul 4: Metode Variasi dalam Teori Orbital Molekul
1. PENDAHULUAN
Persamaan Schrödinger hanya dapat diselesaikan secara eksak untuk kasus atom
Hidrogen dan atom seperti Hidrogen. Untuk kasus atom berelektron banyak, persamaan
Schrödinger hanya bisa diselesaikan dengan suatu hampiran. Hal ini disebabkan oleh
adanya interaksi antar elektron.
Ketika atom-atom membentuk molekul, penyelesaian persamaan Schrödinger
bertambah kompleks. Salah satu pendekatan teori orbital molekul adalah menggunakan
kombinasi linier orbital atom. Pada pendekatan ini orbital molekul dibentuk dengan
menjumlahkan atau mengurangi orbital atom penyusun molekul. Sebagai contoh pada
kasus molekul AB yang dibentuk oleh atom A dan atom B. Bentuk fungsi gelombang
untuk molekul ini dapat dilihat pada Persamaan 1. Kombinasi ini menghasilkan dua jenis
orbital yaitu orbital ikatan (Persamaan 2) dan orbital anti-ikatan (Persamaan 3).
𝛹𝛹± = 𝑁𝑁 (𝐴𝐴 ± 𝐵𝐵)
𝛹𝛹+2 = 𝑁𝑁2 (𝐴𝐴2 + 𝐵𝐵2 + 2𝐴𝐴𝐴𝐴)
𝛹𝛹−2 = 𝑁𝑁2 (𝐴𝐴2 + 𝐵𝐵2 − 2𝐴𝐴𝐴𝐴)
Metode variasi dapat menyelesaikan persamaan hasil kombinasi linier orbital-orbital
atom dengan menggunakan prinsip variasi. Dengan menggunakan prinsip variasi, solusi
fungsi gelombang dan tingkat energi pada molekul tersebut dapt diketahui. Prinsip ini
kemudian diadaptasi oleh Hückel untuk kasus orbital pi pada molekul aromatik.
2. TUJUAN
-
Menunjukkan kestabilan orbital molekul ikatan dan anti-ikatan.
Menganalisis sifat orbital molekul ikatan dan anti-ikatan berdasarkan komponen
penyusunnya: integral S, j dan k.
Menentuan tingkat energi heksatriena dan benzena berdasarkan Aturan
Hampiran Hückel.
3. ALAT DAN BAHAN
-
Komputer yang sudah terinstalasi program Maxima.
Persamaan integral S, j dan k.
Matriks Huckel molekul kompleks.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 4
4. CARA KERJA
Pada praktikum modul 4, akan dilakukan perhitungan tingkat energi orbital molekul ion H2+
dengan metode variasi dan perhitungan orbital molekul menurut aturan Hückel.
Perhitungan tingkat energi orbital molekul ion H2+
Ion H2+ memiliki satu elektron, berikut adalah Hamiltonian untuk ion H2+ dalam atomic units
dengan aproksimasi Born-Oppenheimer.
1
1 1 1
� = − ∇2 − − +
𝐻𝐻
(1)
2
𝑟𝑟𝑎𝑎 𝑟𝑟𝑏𝑏 𝑅𝑅
� ψ𝑗𝑗 (𝑟𝑟𝑎𝑎 , 𝑟𝑟𝑏𝑏 , 𝑅𝑅) = 𝐸𝐸𝑗𝑗 ψ𝑗𝑗 (𝑟𝑟𝑎𝑎 , 𝑟𝑟𝑏𝑏 , 𝑅𝑅)
Persamaan Schrödinger untuk ion H2+ adalah: 𝐻𝐻
(2)
+
Fungsi gelombang percobaan untuk ion H2 adalah kombinasi linear dari fungsi gelombang
1s masing-masing atom H (1sa dan 1sb)
(3)
ψ± = N± (c1 1𝑠𝑠𝑎𝑎 ± c2 1𝑠𝑠𝑏𝑏 ); c1 = c2 = 1
Konstanta normalisasi (N±) dapat dihitung dari persamaan:
1
(4)
� ψ∗± ψ± 𝑑𝑑τ = 1; 𝑁𝑁± =
�2(1 ± 𝑆𝑆)
Energi dapat dihitung melalui persamaan:
� ψ± 𝑑𝑑τ
∫ ψ∗± 𝐻𝐻
(5)
𝐸𝐸± =
∫ ψ∗± ψ± 𝑑𝑑τ
Penyelesaian persamaan (5) menghasilkan nilai energi dalam S (overlap integral), J (Coulomb
integral), dan K (exchange integral) menurut persaman berikut (dalam atomic units)
𝐽𝐽 ± 𝐾𝐾
1 𝐽𝐽 ± 𝐾𝐾
(6)
𝐸𝐸± = 𝐸𝐸1𝑠𝑠 +
=− +
1 ± 𝑆𝑆
2 1 ± 𝑆𝑆
𝑆𝑆 = � 1𝑠𝑠𝑎𝑎∗ 1𝑠𝑠𝑏𝑏 𝑑𝑑τ = � 1𝑠𝑠𝑏𝑏∗ 1𝑠𝑠𝑎𝑎 𝑑𝑑τ = � 1𝑠𝑠𝑎𝑎 1𝑠𝑠𝑏𝑏 𝑑𝑑τ
(7)
1 1
1𝑠𝑠𝑎𝑎∗ 1𝑠𝑠𝑎𝑎
1
(8)
J=
𝑑𝑑τ +
�− + � 1𝑠𝑠𝑎𝑎 𝑑𝑑τ = − �
𝑟𝑟𝑏𝑏 𝑅𝑅
𝑟𝑟𝑏𝑏
𝑅𝑅
1 1
1𝑠𝑠𝑏𝑏∗ 1𝑠𝑠𝑎𝑎
𝑆𝑆
(9)
K = � 1𝑠𝑠𝑏𝑏∗ �− + � 1𝑠𝑠𝑎𝑎 𝑑𝑑τ = − �
𝑑𝑑τ +
𝑟𝑟𝑏𝑏 𝑅𝑅
𝑟𝑟𝑏𝑏
𝑅𝑅
Penyelesaian integral di atas (khusus untuk orbital 1s) menghasilkan S, J, dan K yang
bergantung pada R (jarak antar inti):
𝑅𝑅2
(10)
S(𝑅𝑅) = 𝑒𝑒 −𝑅𝑅 �1 + 𝑅𝑅 + �
3
1
(11)
J(𝑅𝑅) = 𝑒𝑒 −2𝑅𝑅 �1 + �
𝑅𝑅
𝑆𝑆
(12)
K(𝑅𝑅) = − 𝑒𝑒 −𝑅𝑅 (1 + 𝑅𝑅)
𝑅𝑅
� 1𝑠𝑠𝑎𝑎∗
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 4
Detail mengenai perumusan dan penyelesaian persamaan-persamaan di atas dapat dilihat
pada bab 9 buku “Physical Chemistry: A Molecular Approach”, Donald A. McQuarrie & John D.
Simon [1].
Tugas: Tuliskan detail penyelesaian persamaan (4)-(12)
1. Buka software maxima. Langkah-langkah yang akan ditunjukkan pada panduan ini
menggunakan versi command prompt (maxima.bat).
2. Plot fungsi S(R), J(R), K(R) dalam satu grafik. Pertanyaan: Fungsi manakah yang
dominan untuk penstabilan ikatan pada ion H2+?
3. Plot kurva energi E±. Pertanyaan: Kurva energi manakah yang menunjukkan orbital
ikatan/anti ikatan? Apakah satuan dari R?
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 4
4. Panjang ikatan H-H pada H2+ dapat dengan mudah dihitung dengan menyelesaikan
persamaan berikut:
𝑑𝑑
𝐸𝐸 (𝑅𝑅) = 0
𝑑𝑑𝑑𝑑 ±
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 4
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(1) Turunan pertama E+ terhadap R.
(2) Penyederhanaan ungkapan pecahan.
(3) Pembilang dari suatu pecahan.
(4) Penyebut dari suatu pecahan.
(5) Akar dari suatu persamaan. Untuk persamaan yang rumit, perintah “solve”
biasanya tidak bekerja dengan baik. Coba cari akar persamaan tersebut dengan
menggunakan “solve”.
Pertanyaan: Bagaimanakah bentuk turunan pertama E‒ terhadap R? Adakah nilai R
𝑑𝑑
yang memenuhi 𝐸𝐸− (𝑅𝑅) = 0?
𝑑𝑑𝑑𝑑
5. Plot fungsi gelombang 𝜓𝜓± . Pertanyaan: Fungsi gelombang manakah yang
menunjukkan orbital ikatan/anti ikatan? Apa perbedaan psimax1 dan psimax2 pada
gambar di bawah ini? Apakah fungsi gelombang yang digambarkan di bawah ini
ternormalisasi?
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 4
Plot psimax1
Plot psimax2
2
6. Plot juga fungsi rapat kebolehjadian �ψ± � . Pertanyaan: di antara gambar berikut
manakah yang menunjukkan orbital ikatan/anti ikatan?
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 4
Perhitungan orbital molekul menurut aturan Hückel
Tinjau persamaan (5) dengan fungsi gelombang yang merupakan kombinasi linear dari 2
orbital atom dengan c1 dan c2 tidak sama dengan 1 (ψ = c1 ϕ1 + c2 ϕ2 ; c1 ≠ c2 ). Persamaan
(5) dapat dituliskan sebagai berikut:
� ψ𝑑𝑑τ c12 H11 + 2c1 c2 H12 + c22 H22
∫ ψ∗ 𝐻𝐻
= 2
E=
c1 S11 + 2c1 c2 S12 + c22 S22
∫ ψ∗ ψ𝑑𝑑τ
(13)
� ϕj dτ dan 𝑆𝑆𝑖𝑖𝑖𝑖 = ∫ ϕi∗ ϕj dτ
dengan 𝐻𝐻𝑖𝑖𝑖𝑖 = ∫ ϕ∗i 𝐻𝐻
Minimisasi E terhadap c1 dan c2 menghasilkan:
∂𝐸𝐸
= 0; 𝑐𝑐1 (𝐻𝐻11 − 𝐸𝐸𝑆𝑆11 ) + 𝑐𝑐2 (𝐻𝐻12 − 𝐸𝐸𝑆𝑆12 ) = 0
∂𝑐𝑐1
∂𝐸𝐸
= 0; 𝑐𝑐1 (𝐻𝐻12 − 𝐸𝐸𝑆𝑆12 ) + 𝑐𝑐2 (𝐻𝐻22 − 𝐸𝐸𝑆𝑆22 ) = 0
∂𝑐𝑐2
(14)
(15)
Persamaan (14) dan (15) merupakan persamaan linear homogen yang memiliki solusi nontrivial jika:
𝐻𝐻 − 𝐸𝐸𝑆𝑆11
� 11
𝐻𝐻12 − 𝐸𝐸𝑆𝑆12
𝐻𝐻12 − 𝐸𝐸𝑆𝑆12
�=0
𝐻𝐻22 − 𝐸𝐸𝑆𝑆22
(16)
Hückel menyederhanakan determinan sekular di atas dengan aturan sebagai berikut:
(1) Overlap integral 𝑆𝑆𝑖𝑖𝑖𝑖 = 0, kecuali jika 𝑖𝑖 = 𝑗𝑗, 𝑆𝑆𝑖𝑖𝑖𝑖 = 𝑆𝑆𝑗𝑗𝑗𝑗 = 1
(2) Coulomb integral 𝐻𝐻𝑖𝑖𝑖𝑖 bernilai sama untuk atom yang sama dan dilambangkan dengan
α.
(3) Resonance integral 𝐻𝐻𝑖𝑖𝑖𝑖 − E𝑆𝑆𝑖𝑖𝑖𝑖 bernilai untuk atom tetangga terdekat yang sama, dan
dilambangkan dengan β.
Dengan aturan di atas, determinan sekuler dapat dituliskan sebagai berikut:
α − 𝐸𝐸
�
β
β
�=0
α − 𝐸𝐸
(17)
Penyelesaian persamaan (17) menghasilkan 𝐸𝐸 = α ± β. Penyelesaian determinan sekuler
yang lebih kompleks dapat dilakukan dengan maxima.
1. Sebelum melakukan operasi matriks, matriks yang akan dioperasikan harus
didefinisikan terlebih dahulu.
2. Selanjutnya cobalah beberapa operasi matriks yang Anda ketahui, bandingkan
dengan hasil perhitungan maxima.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 4
3. Penyelesaian determinan sekuler dilakukan dengan mudah melalui 2 tahap, yaitu
perhitungan determinan dan pencarian akar persamaan yang diperoleh dari
perhitungan determinan seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut untuk
determinan yang ditunjukkan pada persamaan (17).
Susun determinan sekuler untuk senyawa yang lebih kompleks sehingga diperoleh
determinan matriks dengan dimensi lebih dari 3×3.
5. PERTANYAAN
1. Berdasarkan kurva energi terhadap jarak, jelaskan kestabilan orbital molekul
ikatan dan anti ikatan.
2. Bagaimana sifat orbital molekul ikatan dan anti-ikatan jika dilihat dari integral S,
j dan k?
3. Jelaskan perbedaan tingkat energi heksatriena dan benzena berdasarkan aturan
hampiran Huckel.
6. TUGAS PENDAHULUAN
1. Apa yang dimaksud dengan integral tumpangtindih (overlap orbital)? Jelaskan.
2. Tuliskan determinan sekuler untuk senyawa hipotetik AB
7. DAFTAR PUSTAKA
1. “Physical Chemistry: A Molecular Approach”, Donald A. McQuarrie & John D.
Simon.
2. Atkins, P. and Paula, J. D. Atkins’ Physical Chemistry 9th Ed., Oxford University
Press, 2010.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 5
Modul 5: Simetri Molekul Sederhana
1. PENDAHULUAN
Unsur simetri yang dikenal pada molekul antara lain identitas (E), rotasi (Cn),
pencerminan (σ), inversi (i), dan putaran takwajar (improper rotation, Sn) Molekul dapat
diklasifikasikan berdasarkan unsur-unsur simetri yang dimilikinya. Pengklasifikasian
tersebut menghasilkan grup titik (point group). Cara penentuan grup titik dapat
menggunakan diagram alir berikut (Gambar 5.1).
Gambar 5.1. Diagram alir penentuan grup titik.
Sifat molekul dapat dipengaruhi oleh unsur simentri yang dimilikinya. Sebagai contoh
senyawa polar adalah senyawa yang termasuk ke dalam grup titik Cn, Cnv dan Cs. Sifat
simetri juga diterapkan dalam pembentukan orbital molekul dan aturan seleksi dalam
spektroskopi.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 5
2. TUJUAN
-
Mengidentifikasikan semua operasi simetri yang dimiliki suatu moleku
berdasarkan grup titiknya.
Menganalisis konsekuensi simetri terhadap sifat molekul tersebut (kiralitas,
kepolaran).
3. ALAT DAN BAHAN
Model molekul terdiri dari:
- Bola besar 4 lubang
- Bola besar 3 lubang
- Bola besar 2 lubang
- Bola kecil 1 lubang
- Penghubung fleksibel bening
- Penghubung sedang
4. CARA KERJA
6 buah
1 buah
1 buah
20 buah
6 buah
20 buah
1. Buatlah molekul berikut dengan model molekul yang disediakan.
a. BF3 (D3h)
b. C2H4 (D2h)
c. NH3 (C3v)
d. CH4 (Td)
e. H2O (C2v)
f. C3H4/Alena (D2d)
2. Tunjukkan semua operasi tersebut pada asisten Anda.
3. Buatlah dokumentasi foto/video/sketsa operasi simetri molekul pada poin 1.
5. PERTANYAAN
1. Tuliskan semua operasi simetri yang ada pada molekul-molekul tersebut.
2. Tuliskan konsekuensi simetri pada sifat molekul tersebut.
6. TUGAS PENDAHULUAN
Tuliskan unsur simetri pada molekul dengan grup titik D3h, C3v, dan Td.
7. PUSTAKA
Atkins, P. and Paula, J. D. Atkins’ Physical Chemistry 9th Ed., Oxford University Press,
2010.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 6
Modul 6 : Visualisasi Orbital Molekul dengan Piranti Lunak
1. PENDAHULUAN
Berdasarkan pembentukannya ikatan dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis yaitu
ikatan ion, ikatan kovalen dan ikatan logam. Jenis ikatan yang lebih sering dibahas adalah
ikatan kovalen. Ikatan ini terbentuk ketika terjadi pemakaian bersama elektron-elektron
oleh atom-atom penyusun molekul. Ikatan kimia dapat dijelaskan menggunakan dua
teori, yaitu teori ikatan valensi dan orbital molekul [1].
a) Teori Ikatan Valensi
Teori ikatan valensi merupakan perluasan dari struktur Lewis. Ikatan dalam molekul
ditentukan oleh elektron valensi atom-atom pembentuknya. Prinsip teori ikatan valensi
adalah memasangkan elektron. Misalnya molekul H2 terbentuk karena satu elektron
pada atom H berpasangan dengan satu elektron dari atom H yang lain. Prediksi geometri
berdasarkan teori ikatan valensi mempunyai kesesuaian yang baik dengan hasil
eksperimen.
Hasil eksperimen tidak selalu sesuai dengan prediksi. Salah satu contoh adalah
pembentukan CH4. Atom C mempunyai konfigurasi elektron 1s22s22p2. Elektron valensi
atom C berada pada orbital 2s dan 2p. Orbital 2s telah terisi penuh, sehingga hanya
orbital 2p yang terlibat dalam pembentukkan ikatan. Dengan demikian hanya
dibutuhkan dua buah elektron untuk berikatan dengan atom C. Jika atom yang berikatan
dengan atom C adalah atom H, maka molekul yang terbentuk adalah CH2. Molekul alkana
paling sederhana yang dikenal adalah CH4 bukan CH2. Untuk itu, konsep hibridisasi
dikenalkan untuk menjelaskan pembentukkan CH4.
Hibridisasi menjelaskan pembentukan molekul CH4 melalui tumpang tindih orbital
hibrid sp3 atom C dengan orbital s atom H. Orbital hibrid atom C pada molekul CH4
terbentuk dari penggabungan satu orbital s dan tiga orbital p menghasilkan empat
orbital sp3. Teori ikatan valensi beserta konsep hibridisasi telah berhasil memprediksi
geometri molekul.
Berdasarkan teori ikatan valensi, molekul O2 diprediksi mempunyai sifat diamagnet
karena semua elektron dalam molekul tersebut berpasangan. Tetapi eksperimen
menunjukkan bahwa molekul O2 bersifat paramagnet. Untuk menjelaskan hasil
eksperimen ini diperlukan teori ikatan yang lain yaitu teori orbital molekul.
b) Teori Orbital Molekul
Prinsip teori orbital molekul adalah atom membentuk molekul, sehingga orbital atom
dapat membentuk orbital molekul. Pembentukkan orbital molekul yang umum dikenal
adalah Linear Combination Atomic Orbital-Molecular Orbital (LCAO-MO). Kasus yang
paling sederhana adalah pembentukkan molekul H2. Atom H mempunyai konfigurasi 1s1,
sehingga kombinasi yang mungkin adalah menjumlahkan kedua orbital 1s dan
mengurangkan kedua orbital 1s (Gambar 1).
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 6
Gambar 6.1. Orbital molekul H2
Orbital molekul yang dibentuk dari penjumlahan orbital atom mempunyai tingkat
energi yang lebih rendah daripada pengurangan orbital atom. Hal ini disebabkan oleh
orbital molekul yang terbentuk mempunyai daerah dengan probabilitas tinggi diantara
kedua inti atom. Orbital molekul ini memperkuat ikatan dalam molekul oleh karena itu
disebut dengan orbital ikatan.
Orbital molekul yang dibentuk dengan mengurangi orbital atom pembentuk
mempunyai tingkat energi yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan oleh orbital molekul yang
terbentuk mempunyai daerah kosong (daerah menemukan elektron sangat kecil)
diantara inti atom. Orbital molekul ini dapat melemahkan ikatan molekul sehingga
disebut dengan orbital anti ikatan.
Jenis orbital molekul ikatan antara lain sigma (σ), pi (π), delta (δ), sedangkan jenis
orbital molekul anti ikatan antara lain sigma bintang (σ*), pi bintang (π*), delta bintang
(δ*). Contoh orbital σ adalah orbital molekul yang dibentuk oleh dua orbital s, dua orbital
p serta kombinasi orbital s dan p. Contoh orbital π adalah orbital molekul yang dibentuk
oleh dua orbital p. Orbital δ umumnya dibentuk oleh dua orbital d.
2. TUJUAN
Mengidentifikasi orbital molekul beberapa molekul sederhana.
3. ALAT DAN BAHAN
Komputer yang sudah terinstalasi piranti lunak ArgusLab.
4. CARA KERJA
1.1 Instalasi
Instalasi dapat dilakukan dengan mengunduh piranti lunak tersebut di laman
http://www.arguslab.com/arguslab.com/ArgusLab.html. Tampilan yang muncul
adalah seperti pada Gambar 2.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 6
1.2 Struktur Molekul
1. Buka ArgusLab.
Gambar 2. Tampilan laman ArgusLab
2. Klik tombol “Create New Molecule” (kiri atas) untuk mendapatkan layar molekul
baru.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 6
3. Jendela secara otomatis diatur ke mode “Add Atoms” (tombol dengan pensil
mengarah ke bola biru)
4. Pembuatan struktur molekul dapat dilakukan dengan memilih atom yang
dibutuhkan pada sisi kiri layar terdapat tombol-tombol unsur.
5. Buatlah struktur molekul H2 dengan mengklik unsur H, kemudian mengklikkanan tetikus pada jendela. Kedua atom H dihubungkan dengan cara klik
“Selection” (panah berwarna kuning). Kemudian arahkan tetikus pada salah satu
atom H, klik kiri akan menyebabkan atom H berwarna kuning. Tekan tombol
“Shift” pada papan tombol, kemudian klik kiri atom H yang lain. Suatu garis
menghubungkan atom-atom H tersebut.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 6
6. Tentukan panjang ikatan dengan memilih dua atom H (klik kiri pada salah satu
atom H kemudian tekan tombol “Ctrl” dan klik atom H lainnya) dengan
menggunakan “Monitor Distance”.
7. Lakukan optimasi dengan memilih perintah “Optimize Geometry” pada tombol
“Calculation”, gunakan Hamiltonian AM1. Klik “OK” kemudian klik gambar
Bunsen. Tentukan panjang ikatan molekul tersebut.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 6
8. Ulangi langkah 5 hingga 7 untuk molekul HCl, N2, H2O dan CH4.
1.3 Orbital Molekul
1. Optimasi geometri molekul H2.
2. Klik “Calculation” pilih “Energy”.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 6
3. Pilih Hamiltonian AM1, kemudian centang “Print Molecular Orbital”. Klik “Surface
Properties”. Pilih orbital yang akan divisualisasikan. Klik “OK” dan jalankan
dengan memilih gambar Bunsen.
4. Klik “QuickPlot Highest Occupied MO Surface” yaitu gambar dua bola yang
menempel, bola merah di atas dan bola biru di bawah.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 6
5. Klik “QuickPlot Lowest Unoccupied MO Surface” yaitu gambar dua bola yang
menempel, bola biru di atas dan bola merah di bawah.
6. Langkah 4.2 dan 4.3 dapat dilakukan untuk molekul HCl, N2, H2O dan CH4. Untuk
melihat orbital lain selain HOMO dan LUMO, pilih “Surface Make Surface”.
7. Pilih orbital molekul yang akan divisualisasikan dengan mengklik tanda “+” pada
bagian sebelah kiri. Klik dan seret orbital yang dimaksud ke kotak “Grid”,
kemudian klik “Create”.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 6
8. Pada kotak sebelah kanan muncul permukaan (surface) yang baru. Untuk
melihatnya klik nama permukaan tersebut, klik “Toggle Display” dan “OK”.
9. Orbital yang dipilih akan muncul pada jendela.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 6
5. PERTANYAAN
1. Berdasarkan optimasi geometri yang Anda lakukan, bagaimana kesesuaian
hasilnya dengan data eksperimen?
2. Berapa orbital molekul yang terbentuk dalam molekul HCl?
3. Apakah ada orbital molekul yang mirip bentuknya dengan orbital atom?
Sketsakan orbital molekul tersebut.
4. Orbital apakah yang membentuk LUMO HCl? Jelaskan.
5. Sketsakan orbital molekul ke-3 pada molekul N2. Apa perbedaan orbital
molekul ke-3 dan 4 pada molekul N2.
6. Berapa jumlah orbital σ pada molekul N2? Identifikasi orbital atom yang
membentuk orbital σ tersebut.
7. Adakah orbital non bonding pada molekul H2O dan CH4? Sketsakan orbital
tersebut.
6. TUGAS PENDAHULUAN
1. Apa yang dimaksud dengan orbital ikatan, anti-ikatan dan non-ikatan (non
bonding)? Jelaskan.
2. Apa yang dimaksud dengan symmetry-adapted linear combinations? Jelaskan.
7. DAFTAR PUSTAKA
1. Atkins, P. and Paula, J. D. Atkins’ Physical Chemistry 9th Ed., Oxford University
Press, 2010.
2. Chang, R. Chemistry 10th Ed., McGrawHill Higher Education, 2010.
3. Thompson, M. A. Molecular Docking using ArgusLab, an Efficient Shape-based
Search algorithm and the AScore Scoring Function, ACS Meeting, 2004.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 7
Modul 7: Spektroskopi Rotasi-Vibrasi I2
1. PENDAHULUAN
Spektroskopi merupakan ilmu yang mendalami pengukuran spektrum hasil interaksi
suatu materi dengan gelombang elektromagnetik. Perbedaan panjang gelombang yang
diberikan akan mempengaruhi spektrum yang dihasilkan. Hal ini disebabkan oleh
tingkat energi yang berbeda-beda pada materi tersebut.
Tingkat-tingkat energi dalam molekul antara lain energi elektronik, energi vibrasi
dan energi rotasi. Energi elektronik mempunyai celah energi yang lebih besar daripada
vibrasi dan rotasi sehingga perubahannya teramati pada daerah sinar tampakultraviolet. Energi vibrasi teramati pada daerah infra merah, sedangkan energi rotasi
teramati pada daerah gelombang mikro. Tingkat-tingkat energi molekul tersebut dapat
dilihat pada Gambar 7.1[1].
Gambar 7.1. Tingkat-tingkat energi elektronik, vibrasi dan rotasi [1].
Spektrum vibrasi umumnya dapat berkombinasi dengan spektrum rotasi
membentuk pola yang khas seperti pada Gambar 7.2. Sifat simetri suatu molekul akan
mempengaruhi apakah molekul tersebut dapat dideteksi oleh suatu gelombang
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 7
elektromagnetik atau tidak. Sebagai contoh, spektrum vibrasi infra merah hanya dapat
teramati pada molekul dengan pergerakan yang menimbulkan perubahan momen dipol
[2].
Gambar 7.2. Spektrum Raman rotasi-vibrasi untuk molekul rotor linier [2].
2. TUJUAN
Menganalisis spektrum raman molekul I2.
3. ALAT DAN BAHAN
1.
2.
3.
4.
Padatan iodin
Pipa kapiler
Kapas
Spektrometer Raman
4. CARA KERJA
1. Download dan install perangkat lunak Spectragryph, kemudian buka program
tersebut.
2. Buka file spektrum rotasi-vibrasi yang tersedia dengan mengklik menu “File”
kemudian “Open/Import Data”. Pada contoh ini akan ditampilkan spektrum
CCl4 dalam fasa gas.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 7
3. Berikut adalah tampilan awal spektrum rotasi-vibrasi CCl4 dalam fasa gas.
Untuk memperbesar spektrum, gunakan tombol klik kiri mouse dan pilih
daerah yang akan diperbesar. Untuk kembali ke perbesaran awal gunakan
tombol klik kanan mouse. Lakukan perbesaran pada daerah intensitas rendah
dari bilangan gelombang ~900-3800 cm−1.
4. Lakukan perbesaran kembali pada rentang bilangan gelombang ~2000-2300
cm−1.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 7
5. Berikut adalah hasil perbesaran yang diperoleh. Lakukan perbesaran kembali
untuk memperbesar bagian sebelah kiri.
6. Berikut adalah hasil perbesaran yang diperoleh. Pertanyaan: tentukan jenis
spektrum rotasi-vibrasi yang diperoleh; tentukan cabang-cabang transisi Q, P,
R dari spektrum tersebut. Cari literatur yang berkaitan untuk menentukan
mode vibrasi dari puncak-puncak tersebut.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 7
7. Anda dapat memperoleh posisi dari puncak-puncak tersebut dengan mengklik
menu “Analyze” dan pilih menu “Peaks and FWHM values” atau gunakan
shortcut Ctrl+P. Anda dapat mengatur nilai threshold dan search interval
untuk memperoleh lebih banyak puncak. Dari posisi puncak tersebut,
tentukan nilai B.
8. Ulangi langkah-langkah di atas untuk diklorometana, etana, dan etanol.
5. PERTANYAAN
1. Prediksikan bentuk spektrum rotasi I2 jika diketahui tetapan rotasi untuk
molekul tersebut sebesar 0,037 cm-1 ketika terpapar radiasi laser 532 nm.
2. Informasi apa saja yang Anda dapatkan dari spektrum Raman uap I2? Jelaskan
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 7
6. TUGAS PENDAHULUAN
1. Jelaskan perbedaan antara rotor sferis, simetrik dan linier.
2. Apa yang dimaksud dengan radiasi Stokes, Anti-Stokes dan Rayleigh?
3. Tuliskan aturan seleksi spektroskopi rotasi Raman untuk rotor linier.
7. DAFTAR PUSTAKA
1. Lam, Julien. (2015). Laser ablation in liquid, towards the comprehension of the
growth processes. 10.13140/RG.2.1.3725.7049.
2. Atkins, P. and Paula, J. D. Atkins’ Physical Chemistry 9th Ed., Oxford University
Press, 2010.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 8
Modul 8: Transisi Elektronik I2
1. PENDAHULUAN
Transisi elektronik berkaitan dengan perpindahan elektron dari orbital molekul
terisi tertinggi (HOMO) ke orbital molekul tak terisi terendah (LUMO). Transisi jenis ini
terjadi pada penyerapan gelombang elektromagnetik pada daerah sinar tampak dan
ultraviolet. Elektron yang tereksitasi dapat kembali ke keadaan dasar melalui transisi
vibrasi.
Gambar 8.1. Spektrum gas SO2 pada suhu 298 K.
Gambar 8.1 menunjukkan spektrum gas SO2 pada rentang panjang gelombang 200320 nm. Pada gambar tersebut, terlihat puncak-puncak tajam yang menunjukkan transisi
dari tingkat energi elektronik yang lebih rendah ke tingkat vibrasi yang berbeda di
tingkat energi elektronik lebih tinggi. Terdapat beberapa jenis transisi pada spektrum
elektronik molekul poliatom, antara lain transisi d-d, transisi transfer muatan, transisi
π*π dan π*n, serta diskroisme sirkular.
2. TUJUAN
Menganalisis spectrum elektronik molekul I2.
PETUNJUK PRAKTIKUM KIMIA FISIK
Modul 8
3. ALAT DAN BAHAN
1. Seperangkat instrument UV-Vis.
2. Padatan iodin.
4. CARA KERJA
1. Sejumlah padatan I2 ditempatkan pada kuvet kemudian ditutup. Padatan
tersebut dibiarkan menguap hingga tercapai kesetimbangan.
2. Ukur spektrum uap I2 dengan spektrofotometer UV-VIS pada 200-800 nm.
5. PERTANYAAN
1. Buatlah sketsa spektrum yang terukur.
2. Jelaskan pola spektrum yang terukur.
6. TUGAS PENDAHULUAN
1. Jelaskan prinsip Franck Condon.
2. Jelaskan jenis transisi elektronik yang terdapat pada aseton dan [Ti(H2O)6]3+.
7. PUSTAKA
Atkins, P. and Paula, J. D. Atkins’ Physical Chemistry 9th Ed., Oxford University
Press, 2010.