Uploaded by Choi Yura

DUALISME SIFAT CAHAYA dan MODEL ATOM

advertisement
DUALISME SIFAT CAHAYA dan MODEL ATOM
Diajukan Untuk Ujian Sekolah Praktek Fisika
Disusun oleh :
Andini Pupsa Indahsari
13.59.07447
Gempita Anargia
13.59.07516
Ilham Aldi Pratama
13.59.07528
Nurul Latifah
13.59.07608
Taofik Nurhafidz Sutisna
13.59.07665
Kelas XII - 2
SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN - SMAK BOGOR
2015 - 2016
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan YME , karena dengan
rahmat dan karunia-Nya kami dapat menyelesaikan makalah ini yang berjudul
“Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom Menurut Beberapa Ahli” . Meskipun
banyak hambatan yang kami alami dalam proses pengerjaannya , tapi kami berhasil
menyelesaikan makalah ini dengan sebaik mungkin dan tepat pada waktunya .
Tidak lupa kami sampaikan terimakasih kepada guru yang telah membantu dan
membimbing kami dalam mengerjakan dan menyelesaikan karya ilmiah ini agar
hasilnya bisa sesuai dengan harapan . Kami juga mengucapkan terima kasih kepada
teman teman seperjuangan yang sudah memberi saran , kritik dan kontribusi lainnya
baik secara langsung maupun tidak langsung dalam pembuatan makalah ini .
Tentunya , kami sangat berharap ada hal yang dapat kami berikan kepada
orang lain dari makalah ini , oleh karena itu kami berharap semoga makalah ini dapat
menjadi sesuatu yang berguna bagi kita bersama .
Penulis menyadari bahwa dalam menyusun makalah ini masih jauh dari kata
sempurna , untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat
membangun guna sempurnanya makalah ini .Penulis berharap maklalah ini bisa
bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca umumnya .
Bogor , 5 Maret 2016
Penyusun
i
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
DAFTAR ISI
halaman
KATA PENGANTAR ................................................................................................... i
DAFTAR ISI ................................................................................................................. ii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... iv
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................. 1
A. Cahaya ................................................................................................................ 1
B. Foton .................................................................................................................. 3
BAB II SIFAT DUALISME CAHAYA ....................................................................... 6
A. Sifat Cahaya sebagai partikel ............................................................................. 6
a.
Radiasi Benda Hitam ...................................................................................... 6
b.
Efek Fotolistrik ............................................................................................. 10
B. Sifat Cahaya Sebagai Gelombang .................................................................... 16
a.
Efek Compton............................................................................................... 16
b.
Difraksi elektron ........................................................................................... 18
BAB III MODEL ATOM MENURUT PARA AHLI ................................................ 20
A. Model Atom Dalton ......................................................................................... 20
a.
Kelemahan Teori Atom Dalton .................................................................... 20
b.
Kelebihan Teori Atom Dalton ...................................................................... 21
B. Model Atom Thomson ..................................................................................... 21
a.
Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Thomson ...................................... 21
C. Model Atom Rutherford ................................................................................... 21
a.
Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Rutherford ................................... 22
D. Model Atom Bohr ............................................................................................ 23
a.
Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Bohr ............................................. 23
E. Model Atom Modern ....................................................................................... 23
a.
Kelebihan Model Atom Modern .................................................................. 24
ii
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
b.
F.
Kelemahan Model Atom Modern ................................................................. 24
Percobaan Spektrum Atom Hidrogen Balmer.................................................. 24
a.
Persamaan Spektrum Atom Hidrogen Balmer ............................................. 25
b.
Deret Spektrum Atom Hidrogen .................................................................. 26
G. Tingkat Energi Elektron ................................................................................... 26
a.
Tingkat Energi elektron Pada Tiap Orbit Elektron....................................... 26
b.
Tingkat Energi Elektron Untuk Melepaskan Ikatan ..................................... 31
BAB IV SOAL DAN PEMBAHASAN ...................................................................... 32
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 35
iii
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
DAFTAR GAMBAR
halaman
Gambar 1. Gelombang Elektromagnetik....................................................................... 2
Gambar 2. Gelombang Elektromagnetik yang Membentuk Radiasi Elektromagnetik . 3
Gambar 3. Grafik Pergeseran Radiasi Benda Hitam..................................................... 9
Gambar 4. Skema Alat Einstein .................................................................................. 10
Gambar 5. Tabung Pelucutan Gas ............................................................................... 25
Gambar 6. Orbit Elektron............................................................................................ 27
Gambar 7. Lintasan Stasioner Elektron ...................................................................... 28
Gambar 8. Elektron Berpindah dari Lintasan B ke Lintasan A (rB > rA) .................. 29
iv
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
BAB I PENDAHULUAN
A.
Cahaya
Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat
mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm. Pada bidang fisika,
cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang kasat
mata maupun yang tidak. Selain itu, cahaya adalah paket partikel yang disebut
foton. Kedua definisi tersebut merupakan sifat yang ditunjukkan cahaya secara
bersamaan sehingga disebut "dualisme gelombang-partikel". Paket cahaya yang
disebut spektrum kemudian dipersepsikan secara visual oleh indera penglihatan
sebagai warna. Bidang studi cahaya dikenal dengan sebutan optika, merupakan
area riset yang penting pada fisika modern.
Studi mengenai cahaya dimulai dengan munculnya era optika klasik yang
mempelajari besaran optik seperti: intensitas, frekuensi atau panjang
gelombang, polarisasi dan fase cahaya. Sifat-sifat cahaya dan interaksinya
terhadap sekitar dilakukan dengan pendekatan paraksial geometris seperti
refleksi dan refraksi, dan pendekatan sifat optik fisisnya yaitu: interferensi,
difraksi, dispersi, polarisasi. Masing-masing studi optika klasik ini disebut
dengan optika geometris dan optika fisis.
Pada puncak optika klasik, cahaya didefinisikan sebagai gelombang
elektromagnetik dan memicu serangkaian penemuan dan pemikiran, sejak tahun
1838 oleh Michael Faraday dengan penemuan sinar katode, tahun 1859 dengan
teori radiasi massa hitam oleh Gustav Kirchhoff, tahun 1877 Ludwig
Boltzmann mengatakan bahwa status energi sistem fisik dapat menjadi diskrit,
teori kuantum sebagai model dari teori radiasi massa hitam oleh Max Planck
pada tahun 1899 dengan hipotesa bahwa energi yang teradiasi dan terserap
dapat terbagi menjadi jumlahan diskrit yang disebut elemen energi, E.
1
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
Pada tahun 1905, Albert Einstein membuat percobaan efek fotoelektrik,
cahaya yang menyinari atom mengeksitasi elektron untuk melejit keluar dari
orbitnya. Pada pada tahun 1924 percobaan oleh Louis de Broglie menunjukkan
elektron mempunyai sifat dualitas partikel-gelombang, hingga tercetus teori
dualitas partikel-gelombang.
Albert Einstein kemudian pada tahun 1926 membuat postulat berdasarkan
efek fotolistrik, bahwa cahaya tersusun dari kuanta yang disebut foton yang
mempunyai sifat dualitas yang sama. Karya Albert Einstein dan Max Planck
mendapatkan penghargaan Nobel masing-masing pada tahun 1921 dan 1918
dan menjadi dasar teori kuantum mekanik yang dikembangkan oleh banyak
ilmuwan, termasuk Werner Heisenberg, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Max
Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, David Hilbert, Roy J.
Glauber dan lain-lain.
Era ini kemudian disebut era optika modern dan cahaya didefinisikan
sebagai dualisme gelombang transversal elektromagnetik dan aliran partikel
yang disebut foton. Pengembangan lebih lanjut terjadi pada tahun 1953 dengan
ditemukannya sinar maser, dan sinar laser pada tahun 1960. Era optika modern
tidak serta merta mengakhiri era optika klasik, tetapi memperkenalkan sifatsifat cahaya yang lain yaitu difusi dan hamburan.
Gambar 1. Gelombang Elektromagnetik
2
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
Gelombang elektromagnetik dapat digambarkan sebagai dua buah
gelombang yang merambat secara transversal pada dua buah bidang tegak lurus
yaitu medan magnetik dan medan listrik. Merambatnya gelombang magnet
akan mendorong gelombang listrik, dan sebaliknya, saat merambat, gelombang
listrik akan mendorong gelombang magnet. Diagram di atas menunjukkan
gelombang cahaya yang merambat dari kiri ke kanan dengan medan listrik pada
bidang vertikal dan medan magnet pada bidang horizontal.
Gambar 2. Gelombang Elektromagnetik yang Membentuk Radiasi Elektromagnetik
B.
Foton
Foton adalah partikel elementer dalam fenomena elektromagnetik.
Biasanya foton dianggap sebagai pembawa radiasi elektromagnetik, seperti
cahaya, gelombang radio, dan Sinar-X. Foton berbeda dengan partikel
elementer lain seperti elektron dan quark, karena ia tidak bermassa dan dalam
ruang vakum foton selalu bergerak dengan kecepatan cahaya . Foton memiliki
sifat gelombang maupun partikel.
Sebagai gelombang, satu foton tunggal tersebar di seluruh ruang dan
menunjukkan fenomena gelombang seperti pembiasan oleh lensa dan
interferensi destruktif ketika gelombang terpantulkan saling memusnahkan satu
sama lain. Sebagai partikel, foton hanya dapat berinteraksi dengan materi
dengan memindahkan energi sejumlah:
,
3
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
di mana
adalah konstanta Planck,
adalah laju cahaya, dan
adalah
panjang gelombangnya.
Selain energi partikel foton juga membawa momentum dan memiliki
polarisasi. Foton mematuhi hukum mekanika kuantum, yang berarti kerap kali
besaran-besaran tersebut tidak dapat diukur dengan cermat. Biasanya besaranbesaran tersebut didefinisikan sebagai probabilitas mengukur polarisasi, posisi,
atau momentum tertentu. Sebagai contoh, meskipun sebuah foton dapat
mengeksitasi satu molekul tertentu, sering tidak mungkin meramalkan
sebelumnya molekul yang mana yang akan tereksitasi.Deskripsi foton sebagai
pembawa radiasi elektromagnetik biasa digunakan oleh para fisikawan. Namun
dalam fisika teoretis sebuah foton dapat dianggap sebagai mediator buat segala
jenis interaksi elektromagnetik, seperti medan magnet dan gaya tolak-menolak
antara muatan sejenis.
Konsep modern foton dikembangkan secara berangsur-angsur antara
1905-1917 oleh Albert Einstein untuk menjelaskan pengamatan eksperimental
yang tidak memenuhi model klasik untuk cahaya. Model foton khususnya
memperhitungkan ketergantungan energi cahaya terhadap frekuensi, dan
menjelaskan kemampuan materi dan radiasi elektromagnetik untuk berada
dalam kesetimbangan termal. Fisikawan lain mencoba menjelaskan anomali
pengamatan ini dengan model semiklasik, yang masih menggunakan persamaan
Maxwell untuk mendeskripsikan cahaya. Namun dalam model ini objek
material yang mengemisi dan menyerap cahaya dikuantisasi. Meskipun modelmodel semiklasik ini ikut menyumbang dalam pengembangan mekanika
kuantum, percobaan-percobaan lebih lanjut membuktikan hipotesis Einstein
bahwa cahaya itu sendirilah yang terkuantisasi. Kuantum cahaya adalah foton.
4
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
Konsep foton telah membawa kemajuan berarti dalam fisika teoretis dan
eksperimental, seperti laser, kondensasi Bose-Einstein, teori medan kuantum
dan interpretasi probabilistik dari mekanika kuantum. Menurut model standar
fisika partikel, foton bertanggung jawab dalam memproduksi semua medan
listrik dan medan magnet dan foton sendiri merupakan hasil persyaratan bahwa
hukum-hukum fisika memiliki kesetangkupan pada tiap titik pada ruang-waktu.
Sifat-sifat intrinsik foton seperti muatan listrik, massa dan spin ditentukan dari
kesetangkupan gauge ini.
Konsep foton diterapkan dalam banyak area seperti fotokimia,
mikroskopi resolusi tinggi dan pengukuran jarak molekuler. Baru-baru ini foton
dipelajari sebagai unsur komputer kuantum dan untuk aplikasi canggih dalam
komunikasi optik seperti kriptografi kuantum .
5
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
BAB II SIFAT DUALISME CAHAYA
A.
Sifat Cahaya sebagai partikel
a.
Radiasi Benda Hitam
Apabila sepotong besi kita panaskan, maka suhu logam tersebut
akan mengalami kenaikan. Makin lama dipanaskan, suhunya semakin
tinggi. Makin tinggi suhu benda akan menimbulkan ruangan di sekitar
benda itu menjadi panas. Hal ini menunjukkan bahwa benda
memancarkan energi kalor ke sekitarnya. Energi yang dipancarkan benda
6
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
ke sekitarnya disebut energi radiasi. Energi radiasi yang dipancarkan
sebuah
benda
dalam
bentuk
gelombang,
yaitu
gelombang
elektromagnetik.
Faktor apa saja yang memengaruhi radiasi suatu benda? Jika kita
berada di dekat benda yang panas, pada tubuh kita akan terasa panas.
Tubuh akan terasa semakin panas apabila kita berada di dekat benda yang
suhunya lebih tinggi. Serta panas yang kita rasakan akan semakin kuat
jika benda yang berada di dekat kita berwarna gelap, di samping itu juga
makin luas permukaan benda, semakin terasa panas yang kita rasakan. Di
samping benda memancarkan panas, benda pun dapat menyerap panas
(energi). Hal ini tergantung pada suhu antara benda dengan ruangan di
sekitar benda. Apabila suhu benda lebih tinggi daripada suhu ruangan,
benda akan memancarkan panas dan sebaliknya jika suhu benda lebih
rendah, maka benda tersebut akan menyerap energi (panas).
Energi yang dipancarkan oleh suatu benda tidak tergantung pada
jenis bendanya. Akan tetapi tergantung pada suhu benda itu dan sifat
permukaan benda. Benda yang mudah menyerap panas sekaligus
merupakan benda yang memancarkan panas dengan baik. Makin tinggi
suhu benda semakin besar energi yang dipancarkan.
i.
Hukum Stefan-Boltzman
Salah satu hukum radiasi yang menyatakan bahwa jumlah energi
yang dipancarkan per unit waktu dari satuan luas permukaan benda
hitam ideal sebanding dengan kekuatan keempat suhu absolut
hitam. Hukum ini didirikan secara eksperimen oleh Stefan dan
diberi dukungan teoretis oleh termodinamika penalaran Boltzmann.
Undang-undang ini dapat disimpulkan oleh mengintegrasikan
hukum Planck atas spektrum frekuensi seluruh. Ekperimen tentang
7
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
radiasi kalor benda pertama kali dilakukan oleh Joseph Stefan dan
Ludwig Boltzmann, diperoleh kesimpulan yang dinyatakan dalam
rumus :
W = e V AT4
dengan:
W = intensitas radiasi kalor yang dipancarkan benda tiap detiknya
(watt)
e = emisivitas benda
V = kontante Stefans – Boltzmann (5,670 x 10-8 Wm-2K-4)
A = luas permukaan benda (m2)
T = suhu benda (K)
ii.
Hukum Pergeseran Wien
Jika sebuah benda hitam dipanaskan, maka benda itu suhunya akan
naik dan warnanya akan berubah dari merah tua bergeser ke arah
sinar putih. Pergeseran warna benda tersebut menunjukkan bahwa
pancaran energi radiasi semakin tinggi suhunya semakin besar
frekuensi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan benda
tersebut dan semakin lengkap gelombang elektromagnetik yang
dipancarkan.
8
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
Gambar 3. Grafik Pergeseran Radiasi Benda
Hitam
Spektrum radiasi benda hitam merupakan gambaran dari gelombang
elektromagnetik yang dipancarkan oleh benda hitam. Seorang
fisikawan dari bangsa Jerman, berhasil menemukan suatu hubungan
empiris sederhana bahwa
radiasi benda hitam selalu terdapat
panjang gelombang yang membawa energi paling besar (intensitas
maksimum), dan panjang gelombang yang membawa intensitas
paling besar (maksimum) selalu bergeser terus ke arah panjang
gelombang lebih kecil ketika suhu benda tersebut bertambah.
Pernyataan ini dikenal dengan hukum pergeseran Wien yang
dirumuskan:
λ max. T = C
dengan :
λ max = panjang gelombang yang membawa energi maksimum
T = suhu benda (K)
C = konstanta Wien = 2,898×10-3 mK
9
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
b.
Efek Fotolistrik
Untuk menguji teori kuantum yang dikemukakan oleh Max Planck,
kemudian Albert Einstein mengadakan suatu penelitian yang bertujuan
untuk menyelidiki bahwa cahaya merupakan pancaran paket-paket energi
yang kemudian disebut foton yang memiliki energi sebesar hf. Percobaan
yang dilakukan Einstein lebih dikenal dengan sebutan efek fotolistrik.
Peristiwa efek fotolistrik yaitu terlepasnya elektron dari permukaan logam
karena logam tersebut disinari cahaya.
Gambar 4. Skema Alat Einstein
Gambar di atas menggambarkan skema alat yang digunakan
Einstein untuk mengadakan percobaan. Alat tersebut terdiri atas tabung
hampa udara yang dilengkapi dengan dua elektroda yang dihubungkan
dengan sumber tegangan arus searah (DC). Pada saat alat tersebut dibawa
ke dalam ruang gelap, maka amperemeter tidak menunjukkan adanya arus
listrik. Akan tetapi pada saat permukaan Katoda dijatuhkan sinar
amperemeter menunjukkan adanya arus listrik. Hal ini menunjukkan
10
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
adanya aliran arus listrik. Hal ini menunjukkan bahwa energi kinetik
maksimum elektron yang keluar dari permukaan adalah sebesar:
Ek = 1/2mv2 = e Vo
dengan:
Ek = energi kinetik elektron foto (J atau eV)
m = massa elektron (kg)
v = kecepatan elektron (m/s)
e = muatan elektron (C)
Vo = potensial henti (volt)
Dalam teori gelombang ada dua besaran yang sangat penting, yaitu
frekuensi (panjang gelombang) dan intensitas. Ternyata teori gelombang
gagal menjelaskan tentang sifatsifat penting yang terjadi pada efek
fotolistrik, antara lain :
a) Menurut teori gelombang, energi kinetik elektron foto harus bertambah
besar jika intensitas foton diperbesar. Akan tetapi kenyataan
menunjukkan bahwa energi kinetik elektron foto tidak tergantung pada
intensitas foton yang dijatuhkan.
b) Menurut teori gelombang, efek fotolistrik dapat terjadi pada
sembarang frekuensi, asal intensitasnya memenuhi. Akan tetapi
kenyataannya efek fotolistrik baru akan terjadi jika frekuensi melebihi
harga tertentu dan untuk logam tertentu dibutuhkan frekuensi minimal
yang tertentu agar dapat timbul elektron foto.
11
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
c) Menurut teori gelombang diperlukan waktu yang cukup untuk
melepaskan elektron dari permukaan logam. Akan tetapi kenyataannya
elektron terlepas dari permukaan logam dalam waktu singkat (spontan)
dalam waktu kurang 10-9 sekon setelah waktu penyinaran.
d) Teori gelombang tidak dapat menjelaskan mengapa energi kinetik
maksimum elektron foto bertambah jika frekuensi foton yang
dijatuhkan diperbesar. Teori kuantum mampu menjelaskan peristiwa
ini karena menurut teori kuantum bahwa foton memiliki energi yang
sama, yaitu sebesar hf, sehingga menaikkan intensitas foton berarti
hanya menambah banyaknya foton, tidak menambah energi foton
selama frekuensi foton tetap. Menurut Einstein energi yang dibawa
foton adalah dalam bentuk paket, sehingga energi ini jika diberikan
pada elektron akan diberikan seluruhnya, sehingga foton tersebut
lenyap. Oleh karena elektron terikat pada energi ikat tertentu, maka
diperlukan energi minimal sebesar energi ikat elektron tersebut.
Besarnya energi minimal yang diperlukan untuk melepaskan elektron
dari energi ikatnya disebut fungsi kerja (Wo) atau energi ambang.
Besarnya Wo tergantung pada jenis logam yang digunakan. Apabila
energi foton yang diberikan pada elektron lebih besar dari fungsi
kerjanya, maka kelebihan energi tersebut akan berubah menjadi energi
kinetik elektron. Akan tetapi jika energi foton lebih kecil dari energi
ambangnya (hf < Wo) tidak akan menyebabkan elektron foto.
Frekuensi foton terkecil yang mampu menimbulkan elektron foto
disebut frekuensi ambang. Sebaliknya panjang gelombang terbesar
yang mampu menimbulkan elektron foto disebut panjang gelombang
ambang. Sehingga hubungan antara energi foton, fungsi kerja dan
energi kinetik elektron foto dapat dinyatakan dalam persamaan :
E = Wo + Ek atau Ek = E – Wo
12
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
sehingga
Ek = hf – hfo = h (f – fo)
dengan :
Ek = energi kinetik maksimum elektron foto
h = konstanta Planck
f = frekuensi foton
fo = frekuensi ambang
i.
Teori Kuantum Planck
Pada akhir tahun 1900 Max Planck mengemukakan pendapatnya
yang sangat radikal karena apa yang dikemukakan Planck sangat
bertentangan dengan pendapat saat itu. Menurut Max Planck bahwa
energi radiasi benda hitam dipancarkan tidak secara kontinu tetapi
secara diskontinu, yaitu pancaran radiasi benda hitam dipancarkan
dalam bentuk paket-paket energi yang disebut kuanta atau
kemudian lebih dikenal sebagai foton.
Berikut adalah asumsi yang dinyatakan oleh Max Planck:
a) Energi radiasi yang dipancarkan oleh getaran atom-atom benda
hitam berbentuk diskret (diskontinu) yaitu berupa paket energi
yang besarnya:
E=nhf
Dengan n adalah bilangan kuantum dan f adalah frekuensi
getaran atom, dan h adalah konstanta Planck yang besarnya
13
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
6,625 x 10
-34
Joule sekon. Karena energinya diskret maka
dikatakan energinya terkuantisasi atau tereksitasi, di mana energi
yang boleh diperkenankan adalah untuk n = 1, 2, 3,... yang
kemudian dikenal sebagai tingkat-tingkat energi atom.
b) Molekul-molekul atau atom-atom akan memancarkan atau
menyerap energi dalam bentuk paket-paket energi (diskret) yang
disebut kuantum atau foton. Setiap foton memiliki energi sebesar
hf. Jika suatu atom menyerap 1 foton, energinya bertambah
sebesar hf dan sebaliknya jika memancarkan satu foton
energinya akan berkurang sebesar hf.
ii.
Teori Kuantum Einsten
Pada tahun 1905, Albert Einstein menjelaskan efek fotoelektrik
dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk
kuanta yang disebut foton. Pada tahun 1913, Niels Bohr
menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen, lagi dengan
menggunakan kuantisasi. Pada tahun 1924, Louis de Broglie
memberikan teorinya tentang gelombang benda. Teori-teori di atas,
meskipun sukses, tetapi sangat fenomenologikal, tidak ada
penjelasan yang gamblang untuk kuantisasi. Mereka dikenal
sebagai teori kuantum lama. Istilah "Fisika kuantum" pertama kali
digunakan oleh Johnston dalam tulisannya Planck's Universe in
Light of Modern Physics (Alam Planck Dalam Cahaya Fisika
Modern).
Einstein mengusulkan bukan saja cahaya yang dipancarkan menurut
suatu kuantum pada saat tertentu tetapi juga menjalar menurut
kuanta individual. Hipotesis ini menerangkan efek fotolistrik, yaitu
14
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
elektron yang terpancar bila frekuensi cahaya cukup tinggi, terjadi
dalam daerah cahaya tampak dan ultraungu.
Hipotesa dari Max Planck dan Einstein menghasilkan rumusan
empiris tentang efek fotolistrik yaitu :
hV = Kmaks + hVo
hV = Isi energi dari masing-masing kuantum cahaya datang
Kmaks = Energi fotoelektron maksimum
hVo = Energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan sebuah
elektron dari permukaan logam yang disinari
Tidak semua fotoelektron mempunyai energi yang sama sekalipun
frekuensi cahaya yang digunakan sama. Tidak semua energi foton
(hv) bisa diberikan pada sebuah elektron. Suatu elektron mungkin
akan hilang dari energi awalnya dalam interaksinya dengan elektron
lainnya di dalam logam sebelum ia lenyap dari permukaan. Untuk
melepaskan elektron dari permukaan logam biasanya memerlukan
separuh dari energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari
atom bebas dari logam yang bersangkutan.
Penafsiran Einstein mengenai fotolistrik dikuatkan dengan emisi
termionik. Dalam emisi foto listrik, foton cahaya menyediakan
energi yang diperlukan oleh elektron untuk lepas, sedangkan dalam
emisi termionik kalorlah yang menyediakannya.
Usul Planck bahwa benda memancarkan cahaya dalam bentuk
kuanta tidak bertentangan dengan penjalaran cahaya sebagai
gelombang. Sementara Einstein menyatakan cahaya bergerak
melalui ruang dalam bentuk foton. Kedua hal ini baru dapat
15
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
diterima setelah eksperimen Compton. Eksperimen ini menunjukan
adanya perubahan panjang gelombang dari foton yang terhambur
dengan sudut (f) tertentu oleh partikel bermassa diam (mo).
Perubahan ini tidak bergantung dari panjang gelombang foton
datang (l).
Hasil pergeseran compton sangat kecil dan tidak terdeteksi. Hal ini
terjadi karena sebagian elektron dalam materi terikat lemah pada
atom induknya dan sebagian lainnya terikat kuat. Jika elektron d
timbulkan oleh foton, seluruh atom bergerak, bukan hanya elektron
tunggalnya.
B.
Sifat Cahaya Sebagai Gelombang
a.
Efek Compton
Menurut teori kuantum cahaya, foton berlaku sebagai partikel,
hanya foton tidak memiliki massa diam. Jika pendapat ini benar, maka
berdasarkan peristiwa efek fotolistrik yang dikemukakan oleh Einstein,
Arthur Holy Compton pada tahun 1923 telah mengamati gejala-gejala
tumbukan antara foton yang berasal dari sinar X dengan elektron.
Compton mengamati hamburan foton dari sinar X oleh elektron dapat
diterangkan dengan menganggap bahwa foton seperti partikel dengan
energi hf dan momentum hf/c cocok seperti yang diusulkan oleh Einstein.
Percobaan Compton cukup sederhana yaitu sinar X monokromatik (sinar
X yang memiliki panjang gelombang tunggal) dikenakan pada keping
tipis berilium sebagai sasarannya. Kemudian untuk mengamati foton dari
sinar X dan elektron yang terhambur dipasang detektor. Sinar X yang
telah menumbuk elektron akan kehilangan sebagian energinya yang
kemudian terhambur dengan sudut hamburan sebesar T terhadap arah
semula. Berdasarkan hasil pengamatan ternyata sinar X yang terhambur
16
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
memiliki panjang gelombang yang lebih besar dari panjang gelombang
sinar X semula. Hal ini dikarenakan sebagian energinya terserap oleh
elektron. Jika energi foton sinar X mula-mula hf dan energi foton sinar X
yang terhambur menjadi (hf – hf’) dalam hal ini f > f’, sedangkan panjang
gelombang yang terhambur menjadi tambah besar yaitu λ> λ c.
Dengan :
λ = panjang gelombang sinar X sebelum tumbukan (m)
λ c = panjang gelombang sinar X setelah tumbukan (m)
h = konstanta Planck (6,625 × 10-34 Js)
mo = massa diam elektron (9,1 × 10-31 kg)
c = kecepatan cahaya (3 × 108 ms-1)
ะค = sudut hamburan sinar X terhadap arah semula (derajat atau
radian)
i.
Hipotesa de Broglie
Pada tahun 1924 Louise de Broglie mengemukakan pendapatnya
bahwa cahaya dapat berkelakuan seperti partikel, maka partikel pun
seperti halnya elektron dapat berkelakuan seperti gelombang.
Sebuah foton dengan frekuensi f memiliki energi sebesar hf dan
17
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
memiliki momentum p = hf/c, karena c = f λ, maka momentum
foton dapat dinyatakan p = h/ λ sehingga panjang gelombang foton
dapat dinyatakan λ = h/p. Untuk benda yang bermassa m bergerak
dengan kecepatan memilki momentum linier sebesar mv maka
panjang gelombang de Broglie dari benda itu dinyatakan dengan
persamaan :
b.
Difraksi elektron
Syarat terjadinya difraksi adalah apabila panjang gelombang sinar
sama dengan lebar celah atau kisi difraksi dan perilaku gelombang
ditunjukkan oleh beberapa gejala fisis, seperti interferensi dan difraksi.
Namun manifestasi gelombang yang tidak mempunyai analogi dalam
perilaku partikel newtonian adalah gejala difraksi.
Davisson dan Germer mempelajari elektron yang terhambur oleh
kristal dengan menggunakan peralatan. Dengan mengamati energi
elektron dalam berkas primer, sudut jatuhnya pada target, dan kedudukan
detektor dapat diubah-ubah. Fisika klasik meramalkan bahwa elektron
yang terhambur akan muncul dalam berbagai arah, dengan hanya sedikit
kebergantungan dari intensitas terhadap sudut hambur dan lebih sedikit
lagi dari energi elektron primer.
18
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
Manifestasi gelombang yang tidak mempunyai analogi dalam
kelakuan partikel Newtonian ialah gejala difraksi. Dalam tahun 1927
Davisson dan Germer di Amerika Serikat dan dalam percobaanya
Davisson dan Germer secara bebas meyakinkan hipotesis de Broglie
dengan menunjukan berkas elektron terdifraksi bila berkas itu
dihamburkan oleh kisi atom yang teratur dari suatu kristal..
Davisson dan germer mempelajari electron yang terhambur oleh zat
padat dengan memakai peralatan seperti bedil electron( penembak sinar
/berkas), Kristal tunggal nikel, detector electron . eksperimen Davisson
dan Germer menunjukkan bukti langsung dari Hipotesis de Broglie
tentang sifat gelombang benda bergerak. Analisis eksperimen DavissonGermer sebenarnya tidak langsung seperti yang ditunjukkan di atas
karena energi elektron bertambah ketika elektron itu masuk ke dalam
kristal dengan besar yang sama dengan besar fungsi kerja (work function)
permukaan itu. Jadi kecepatan elektron dalam eksperimen lebih besar
dalam kristal dan panjang gelombang de Broglie yang bersangkutan
menjadi lebih kecil dari harga di luar kristal.
Komplikasi lainnya timbul dari inferensi antara gelombang yang
didifraksikan oleh keluarga lain dari bidang bragg yang membatasi
terjadinya maksimum dan minimum menjadi hanya kombinasi tertentu
dari energy elektron dari sudut pandang sebagai pengganti dari setiap
kombinasi yang memenuhi persamaan Bragg.
19
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
BAB III MODEL ATOM MENURUT PARA AHLI
A.
Model Atom Dalton
John Dalton (1766–1844), seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris
dengan didukung dari hasil eksperimeneksperimennya mengembangkan konsep
atom dari Demokritus yang kemudian mengemukaan teori tentang atom. Secara
garis besar teori atom Dalton dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Atom merupakan bagian terkecil dari suatu zat yang tidak bisa dibagi lagi.
2. Atom-atom penyusun zat tertentu memiliki sifat yang sama.
3. Atom unsur tertentu tidak bisa berubah menjadi atom unsur lain.
4. Dua atom atau lebih dapat bersenyawa (bereaksi) membentuk molekul.
5. Dalam
reaksi
kimia
perbandingan
antara
atom-atom
penyusunnya
mempunyai perbandingan yang tertentu dan sederhana.
6. Dalam reaksi kimia pada dasarnya terjadi penyusunan kembali atom-atom
penyusun zat.
a.
Kelemahan Teori Atom Dalton
Pada perkembangan selanjutnya ditemukan berbagai fakta yang tidak
dapat dijelaskan oleh teori tersebut, antara lain :
1. Tidak dapat menjelaskan sifat listrik materi.
2. Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.
3. Model atom Dalton tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom
unsur yang satu dengan unsur yang lain.
Kelemahan –kelemahan tersebut dapat dijelaskan setelah ditemukan
beberapa partikel penyusun atom, seperti elektron ditemukan oleh Joseph
John Thomson tahun 1900, penemuan partikel proton oleh Goldstein
tahun 1886.
20
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
b.
Kelebihan Teori Atom Dalton
1. Dapat menerangkan Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)
2. Dapat menerangkan Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)
B.
Model Atom Thomson
Sehubungan dengan penemuan elektron yang menjadi bagian dari atom
oleh J.J. Thomson pada tahun 1897, maka teori atom Dalton mulai goyah.
Berdasarkan hasil penemuan elektron tersebut, maka Thomson mengajukan
model atom untuk pertama kali (1904), yaitu sebagai berikut : 1. Atom bukan
bagian terkecil dari zat. 2. Atom mempunyai muatan positif yang tersebar
merata ke seluruh atom yang dinetralkan oleh elektron-elektron yang tersebar di
antara muatan positif itu. 3. Massa elektron jauh lebih kecil dari massa atom.
Apabila
digambarkan/divisualisasikan
model
atom
yang
dikemukakan
Thomson ini seperti model roti kismis di mana bagian atom seperti halnya
kismis yang menempel pada kue. Model atom yang dikemukakan Thomson ini
tidak dikembangkan lebih lanjut karena tidak cocok dengan hasil percobaan
yang dilakukan oleh Ernest Rutherford (1871-1937) yang membuktikan bahwa
muatan positif atom tidak tersebar merata di seluruh bagian atom tetapi terpusat
pada bagian tengah atom yang kemudian disebut inti atom.
a.
Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Thomson
Kelebihan dari model atom ini dapat membuktikan adanya partikel
lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan
bagian terkecil dari suatu unsur. Sedangkan kelemahan model Thomson
ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam
bola atom tersebut.
C.
Model Atom Rutherford
Untuk menguji model atom J.J. Thomson, maka Ernest Rutherford
mengadakan percobaan dengan menembak atom-atom dengan partikel-partikel
21
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
alpha, yaitu partikel dengan massa empat kali massa atom hidrogen dan muatan
positif sebesar dua kali muatan elektron. Partikel alpha mempunyai daya
tembus yang cukup kuat untuk melalui plat logam yang sangat tipis.
Berdasarkan hasil percobaannya ini kemudian Rutherford menyusun
model atomnya yang secara garis besar adalah sebagai berikut :
1. Pada atom muatan positif dan sebagian besar massa atom terpusat pada suatu
titik, yaitu di tengah-tengah atom yang kemudian disebut inti atom.
2. Sebagian besar ruangan dalam atom merupakan ruang kosong, yang
ditunjukkan oleh banyaknya partikel alpa yang diteruskan dalam percobaan
Rutherford.
3. Di luar inti pada jarak relatif jauh, elektron bergerak mengelilingi inti dalam
lintasan-lintasan seperti planet-planet mengitari matahari dalam sistim tata
surya.
a.
Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Rutherford
Meskipun model atom Rutherford lebih baik
dari model atom
Thomson, tetapi model atom Rutherford memiliki kelemahan-kelemahan
yaitu sebagai berikut:
a) Model atom Rutherford tidak bisa menjelaskan tentang kestabilan
atom. Berdasarkan hukum Coulomb
antara elektron dan inti
mengalami gaya Coulomb yang berfungsi sebagai gaya sentripetal
sehingga mengalami percepatan. Menurut teori Maxwell percepatan
muatan listrik akan memancarkan gelombang elektromagnetik,
sehingga energi elektron total elektron (E) akan semakin berkurang
dan jari-jari orbitnya akan semakin mengecil sehingga lintasan
elektron berbentuk spiral yang menunjukkan ketidakstabilan inti atom.
b) Model atom Rutherford tidak mampu menjelaskan terjadinya spektrum
garis yang merupakan ciri dari atom gas yang berpijar, yang
22
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
seharusnya menurut teori atom Rutherford karena elektron memiliki
gerakan spiral maka spektrum yang dihasilkan merupakan spektrum
yang kontinu tetapi kenyataannya spektrum diskontinu.
D.
Model Atom Bohr
Model atom Rutherford gagal menjelaskan tentang kestabilan atom dan
terjadinya spektrum garis atom hidrogen. Seorang ilmuwan Fisika dari
Denmark, Niels Bohr dapat menjelaskan spektrum garis atom hidrogren. Bohr
mengemukakan teori atomnya untuk menutupi kelemahan atom Rutherford
dengan mengemukakan tiga postulatnya yaitu :
a) Elektron berotasi mengelilingi inti tidak pada sembarang lintasan, tetapi
pada lintasan-lintasan tertentu tanpa membebaskan energi. Lintasan ini
disebut lintasan stasioner dan memiliki energi tertentu.
b) Elektron dapat berpindah dari lintasan yang satu ke lintasan yang lain. Jika
elektron pindah dari lintasan berenergi rendah (lintasan dalam) ke lintasan
berenergi tinggi (lintasan luar) akan menyerap energi dan sebaliknya akan
memancarkan energi. Energi yang dipancarkan atau diserap elektron sebesar
hf.
c) Lintasan-lintasan yang diperkenankan elektron adalah lintasan-lintasan yang
mempunyai momentum sudut kelipatan bulat dari h/2π.
a.
Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Bohr
Kelebihan dari model atom Bohr adalah bahwa atom terdiri dari
beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron.
Sedangkan
kelemahan model atom ini adalah tidak dapat menjelaskan efek Zeeman
dan efek Strack.
E.
Model Atom Modern
Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger
(1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner
23
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
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.
a.
Kelebihan Model Atom Modern
1. Mengetahui dimana posisi elektron yang sedang mengorbit
2. Dapat mengukur perpindahan energi eksitasi dan emisinya
3. Dapat teridentifikasi kalau di inti terdapat proton dan netron kemudian
dikelilingi oleh elektron yang berputar diporosnya/ di orbitalnya
b.
Kelemahan Model Atom Modern
Persamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara
eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal.
F.
Percobaan Spektrum Atom Hidrogen Balmer
Apabila suatu zat dipanaskan secara terus-menerus, maka zat ini akan
memancarkan cahaya dengan bentuk spektrum yang kontinu. Pemancaran
radiasi cahaya pada zat ini disebabkan oleh getaran atom-atom penyusun zat.
24
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
Gambar 5. Tabung Pelucutan Gas
Akan tetapi jika suatu gas yang berada dalam tabung gas bertekanan
rendah diberi beda potensial tinggi maka gas akan memancarkan spektrum
(diskontinu), yang berarti gas hanya memancarkan cahaya dengan panjang
gelombang tertentu.
Gas hidrogen ditempatkan pada tabung lucutan gas, jika tabung lucutan
gas ini diberi tegangan tinggi sehingga terjadi lucutan muatan listrik. Gas
hidrogen menjadi bercahaya dan memancarkan cahaya merah kebiru-biruan.
Apabila diamati dengan spektrograf (alat untuk menyelidiki spektrum cahaya),
pada pelat film terdapat garis cahaya, di mana satu garis cahaya menampilkan
sebuah panjang gelombang yang dipancarkan cahaya dari sumber cahaya.
a.
Persamaan Spektrum Atom Hidrogen Balmer
Berdasarkan hasil pengamatan tentang spektrum atom hidrogen,
Balmer menemukan empat spektrum garis pada cahaya tampak yaitu pada
410,2 nm, 434,1 nm, 486,2 nm, dan 656,3 nm yang ternyata cocok
menggunakan perhitungan dengan rumus sebagai berikut :
di mana untuk nA = 2 dan nB = 3, 4, dan 5
25
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
dengan :
λ = panjang gelombang yang dipancarkan
R = Konstanta Rydberg = 1,097 × 107 m-1
b.
Deret Spektrum Atom Hidrogen
Deret-deret spektrum garis yang memenuhi persamaan tersebut
disebut deret Balmer yang terletak pada daerah cahaya tampak. Akan
tetapi tidak hanya deret Balmer saja yang ditemukan dalam atom
hidrogen, ada deret yang lainnya, yaitu deret Lyman (spektrum pada
daerah sinar ultraviolet), Paschen (spektrum pada daerah sinar infra
merah I), Brackett (spektrum pada daerah sinar infra merah II) dan Pfund
(spektrum yang terletak pada daerah sinar infra merah III). Kelima deret
tersebut dapat ditampilkan dengan rumus-rumus sederhana sebagai
berikut :
1. Deret Lyman : untuk nA = 1 dan nB = 2, 3, 4, 5, 6 … ∞
2. Deret Balmer : untuk nA = 2 dan nB = 3, 4, 5, 6 … ∞
3. Deret Paschen : untuk nA = 3 dan nB = 4, 5, 6, 7 … ∞
4. Deret Braket : untuk nA = 4 dan nB = 5, 6, 7, 8, … ∞
5. Deret Pfund : untuk nA = 5 dan nB = 6, 7, 8 … ∞
G.
Tingkat Energi Elektron
Tingkat energi elektron tergantung oleh posisi orbit elektron tersebut.
Elektron hanya dapat berputar mengelilingi inti pada lintasan tertentu dengan
tingkat energi yang tertentu pula. Marilah kita mencoba untuk menghitung jarijari lintasan stasioner dan tingkat energinya.
a.
Tingkat Energi elektron Pada Tiap Orbit Elektron
Gambar dibawah menggambarkan sebuah elektron yang mengorbit
di sekitar inti pada jarak r.
26
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
Gambar 6. Orbit Elektron
Berdasarkan hukum Coulomb antara elektron dan inti atom akan
terjadi gaya interaksi, yaitu gaya tarik. Gaya tarik coulomb ini sebagai
gaya sentripetal elektron mengelilingi inti atom.
Gaya Coulomb
Gaya Sentripetal
Gaya Coulomb = Gaya sentripetal
Energi kinetik elektron
Energi potensial elektron
Ep = q V =
Energi total elektron
27
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
E = Ek + Ep
E=
E=
Tanda negatif menunjukkan bahwa untuk mengeluarkan elektron
dari lintasannya memerlukan energi. Elektron menempati lintasan
stasioner terdekat dengan inti disebut kulit K, lintasan berikutnya
berturut-turut disebut kulit L, M, N, O dan seterusnya.
Gambar 7. Lintasan Stasioner Elektron
Kulit K dengan jari-jari r1 energinya E1 dan kulit L yang jari-jarinya r2
energinya E2. Karena r2 > r1 maka nilai E2 > E1. Jadi makin jauh dari inti atom,
energi elektron semakin besar, yang berarti elektron pada kulit N memiliki
energi yang lebih besar dari elektron pada kulit M. Untuk menjelaskan spektrum
garis atom hidrogen Bohr menggunakan postulat yang kedua.
28
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
Gambar 8. Elektron Berpindah dari Lintasan B ke Lintasan A (rB > rA)
Misalkan elektron berpindah dari lintasan B dengan jari-jari orbit rB
ke lintasan A dengan jari-jari rA (rB > rA) maka elektron akan melepaskan
energi sebesar EB – EA yang sama dengan hf. Dengan persamaan :
E = hf = EB – EA
=
=
=
Jari- jari orbit elektron didapat dari postulat Bohr ketiga yaitu :
L
Dari persamaan energi kinetik
29
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
Dengan memasukkan nilai h (konstanta Planck), m (massa elektron), k
(konstanta Coulomb) dan e (muatan elektron) diperoleh jari-jari lintasan
elektron pada lintasan n adalah:
Jika,
= R maka kita dapatkan
Maka besarnya energi elektron pada lintasan ke n adalah:
Jika nilai π = 3,14 , k = 9 × 109 Nm2/C2 , m = 9,1 × 10-31 kg, e = 1,6 × 1019
C, h = 6,62 × 10-34 Js, dan 1 eV = 1,6 × 10-19 J kita dimasukkan dalam
30
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
persamaan, maka didapatkan energi elektron pada suatu lintasan tertentu
adalah :
b.
Tingkat Energi Elektron Untuk Melepaskan Ikatan
Persamaan diatas menunjukkan bahwa energi total elektron
terkuantisasi. Dengan energi terendah E1 (n = 1) disebut tingkat energi
dasar (keadaan dasar) dan tingkat energi berikutnya E2, E3, E4 ……. (n
= 2, 3, …) yang tingkat energinya lebih tinggi disebut tingkat eksitasi
(keadaan eksitasi). Apabila keadaan nilai n semakin besar, maka tingkat
energinya pun semakin besar, sehingga untuk nilai n = ∞, nilai En = 0
yang berarti elektron tersebut tidak terikat oleh inti menjadi elektron
bebas. Energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari ikatan
intinya (dari orbitnya) disebut energi ionisasi, untuk melepaskan elektron
pada atom hidrogen dari keadaan dasar diperlukan energi sebesar +13,6
eV karena energi tingkat dasar pada atom hidrogen adalah –13,6 eV.
31
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
BAB IV SOAL DAN PEMBAHASAN
1.
Tentukan energi radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda yang memiliki
luas 400 cm2 yang suhunya 127oC, jika diketahui emisivitas benda itu 0,5!
Konstanta Stefans – Boltzmann (5,670 x 10-8 Wm-2K-4)
Diketahui:
A = 400 cm2 = 4 . 10-2 m2
T = 127o C = 273 + 127 o C = 400 K
e = 0,5
V = 5,67 x 10-8 W m-2K-4
Ditanyakan :
W = ...?
Jawab :
W = e V AT4 = 0,5 . 5,67 . 10-8 . 4. 10-2 . 4004 = 29,0304 W/m2
2.
Sebuah benda berpijar membunyai suhu 227 derajat celcius. Hitung panjang
gelombang dari benda pijar tersebut yang dapat memancarkan energi
maksimum.
Diketahui:
T = 227 o C = 273 + 227 o C = 500 K
Ditanyakan:
λ max =...?
Jawab:
32
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
3.
Berapa besar energi foton yang dipancarkan oleh sinar kuning yang
mempunyai panjang gelombang 600 nm.
Diketahui:
λ = 600 nm = 6 x 10-7 m
Ditanyakan:
E = ...?
Jawab:
๐‘
๐ธ = โ„Ž .๐‘“ = โ„Ž
λ
−34
=
3×108
6,6 ×10
−7
6 ×10
= 3,3 x 10-19 J
4.
Sinar X dengan panjang gelombang 0,200 nm dihamburkan dari suatu balok
karbon. Jika radiasi yang dihamburkan membentuk sudut 90 derajat terhadap
sinar datang, tentukan besar pergeseran Compton.
Diketahui:
λ = 0,200 nm = 2 x 10-10 m
m0 = 9,1 x 10-31
c = 3 x 108
α = 90o ; cos α = 0
Ditanyakan:
โˆ†λ = ...?
Jawab:
โˆ†λ =
h
1 − cosα
m0 c
33
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
=
6,6 × 10−14
9,1 ×10−31 × 3 ×108
1−0
= 2,4 × 10−12 ๐‘š
5.
Berapakah panjang gelombang terpendek dari spektrum pada deret Balmer?
Penyelesaian :
Pada deret Balmer akan memancarkan spektrum dengan gelombang yang
paling pendek jika elektron berasal dari elektron bebas (nB = ∞) berpindah ke
lintasan untuk nA = 2 maka:
= 1,097 × 107 ( 2-2 - ∞-1 )
= 1,097 × 107
=
4
1,097 ×107
1
4
= 4,388 × 10-7 m
Jadi panjang gelombang terpendek dari spektrum pada deret Balmer sebesar
4,388 × 10-7 m .
34
Dualisme Sifat Cahaya dan Model Atom (Kelompok 4/XII.2)
DAFTAR PUSTAKA
1. https://id.wikipedia.org/wiki/Cahaya
2. https://id.wikipedia.org/wiki/Foton
3. http://id.termwiki.com/ID/Stefan-Boltzmann_law_%E2%82%81
4. Suharyanto , dkk .2009. Fisika Untuk SMA dan MA Kelas XII. Jakarta :
CV.Sahabat .
35
Download