Fisika Atom Kelas XII IPA

1. FISIKA ATOM Fahmi Iman Alfarizki XII
IPA1

2. TEORI ATOM DALTON
POSTULAT-POSTULAT DALAM TEORI ATOM DALTON:
1. SETIAP UNSUR TERDIRI ATAS PARTIKEL YANG SUDAH TAK TERBAGI YANG DINAMAI
ATOM.
2. ATOM-ATOM DARI SUATU UNSUR ADALAH IDENTIK. ATOM-ATOM DARI UNSUR
YANG BERBEDA MEMPUNYAI SIFAT-SIFAT YANG BERBEDA, TERMASUK MEMPUNYAI
MASSA YANG BERBEDA.
3. ATOM DARI SUATU UNSUR TIDAK DAPAT DIUBAH MENJADI ATOM UNSUR LAIN,
TIDAK DAPAT DIMUSNAHKAN ATAU DICIPTAKAN. REAKSI KIMIA HANYA
MERUPAKAN PENATAAN ULANG ATOM-ATOM.
4. SENYAWA TERBENTUK KETIKA ATOM-ATOM DARI DUA JENIS ATAU LEBIH
BERGABUNG DENGAN PERBANDINGAN TERTENTU.

3. BEBERAPA POSTULAT DALAM TEORI ATOM DALTON TERNYATA
KURANG TEPAT:
1. TERNYATA ATOM BUKANLAH SESUATU YANG TAK TERBAGI,
MELAINKAN TERDIRI DARI BERBAGAI PARTIKEL SUBATOM.
2. MESKI MEMPUNYAI SIFAT-SIFAT YANG SAMA, ATOM-ATOM DARI
UNSUR YANG SAMA DAPAT MEMPUNYAI MASSA YANG BERBEDA.
3. MELALUI REAKSI NUKLIR, ATOM DARI SUATU UNSUR DAPAT
DIUBAH MENJADI ATOM UNSUR LAIN.
4. BEBERAPA UNSUR TIDAK TERDIRI ATAS ATOM-ATOM MELAINKAN
MOLEKUL-MOLEKUL.

4. TEORI ATOM DALTON YANG HINGGA KINI DAPAT DITERIMA:
1. ATOM ADALAH UNIT PEMBANGUN DARI SEGALA MACAM MATERI.
2. ATOM MERUPAKAN BAGIAN TERKECIL DARI SUATU UNSUR YANG
MASIH MEMPUNYAI SIFAT SAMA DENGAN UNSURNYA.
3. DALAM REAKSI KIMIA, ATOM TIDAK DIMUSNAHKAN, TIDAK
DICIPTAKAN, DAN TIDAK DAPAT DIUBAH MENJADI ATOM UNSUR
LAIN. REAKSI KIMIA HANYALAH PENATAAN ULANG SUSUNAN
ATOM-ATOM YANG TERLIHAT DALAM REAKSI.

5. Menurut Thomson, atom terdiri dari materi bermuatan positif dan
di dalamnya tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis.
Materi bermuatan positif
Elektron
Teori Atom Thomson

6. ATOM MERUPAKAN BOLA PADAT DENGAN DIAMETER 10-10M, YANG
MEMPUNYAI MUATAN POSITIF YANG TERBAGI MERATA KE SELURUH
ATOM. MUATAN INI DINETRALKAN OLEH ELEKTRON-ELEKTRON YANG
TERSEBAR MENGELILINGI SELURUH ATOM. SEHINGGA DINAMAKAN
“MODEL ROTI KISMIS”
TEORI INI DIDASARI DARI PENEMUAN SINAR KATODA YANG OLEH
THOMSON PARTIKELNYA DISEBUT “ELEKTRON”

7. Hakikat Sinar Katode
J.J.Thomson pada tahun
1897 dapat menentukan
nisbah muatan terhadap
massa (nilai e/m) dari
partikel sinar katode.
𝑒
𝑚
=
𝑣2
2𝑉
𝑒
𝑚
=
𝐸2
2𝑉𝐵2

8. Sifat-sifat Sinar Katode

9. Percobaan Tetes Minyak Millikan
Robert Andrews Millikan melakukan
percobaan untuk menentukan muatan
elektron melalui Percobaan Tetes Minyak
𝑛𝑒 =
𝑚𝑔
𝐸
𝑣0
𝑣1
=
𝑚𝑔
𝐸 − 𝑚𝑔

10. Teori Atom Rutherford
Partikel alfa yang terpantul itu pastilah telah menabrak sesuatu yang sangat
padat. Pada tahun 1911, Rutherford dapat menjelaskan penghamburan sinar
alfa dengan mengajukan gagasan tentang inti atom. Menurutnya, sebagian
besar dari massa dan muatan positif atom terkonsentrasi pada bagian pusat
atom (inti atom).
Model atom Rutherford. Atom mempunyai inti yang kecil, sangat pejal, dan bermuatan positif,
yang berada di pusat atom. Elektron beredar mengitari inti pada lintasan yang relatif sangat jauh
sehingga sebagian besar atom terdiri dari ruang hampa.

11. Kelemahan teori atom Rutherford. Menurut fisika klasik, dalam pergerakannya
mengitari inti, elektron akan senantiasa memancarkan radiasi elektromagnet.
Jika demikian, maka lintasannya akan berbentuk spiral dan akhirnya akan jatuh
ke inti.

12. Penemuan Inti Atom
Pada tahun 1910, Ernest Rutherford bersama dua orang asistennya, yaitu Hans
Geiger dan Ernest Marsden, melakukan percobaan untuk mengetahui tentang
susunan atom.

13. Pada tahun 1913, Niels Bohr mengajukan model atom berikut.
1. Dalam atom terdapat lintasan-lintasan tertentu tempat elektron dapat mengorbit inti
tanpa disertai pemancaran atau penyerapan energi.
2. Elektron hanya boleh berada pada lintasan-lintasan yang diperbolehkan (lintasan
yang ada), dan tidak boleh berada di antara dua lintasan.
3. Elektron dapat berpindah dari satu kulit ke kulit lain disertai pemancaran atau
penyerapan sejumlah tertentu energi.
Teori Atom Niels Bohr

14. Spektrum Atom Hidrogen

15. Spektrum Hidrogen
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500
Panjang Gelombang
Intensitas
Ha
Hb
Hg
Hd
He
Hz
Hh
(Å)
Hq

16. Apabila seberkas gas hidrogen dipijarkan akan
memancarkan sekumpulan garis terang atau garis emisi
dengan jarak antar satu dan lainnya yang memperlihatkan
suatu keteraturan tertentu. Menurut Balmer (ahli fisika dari
Swiss), panjang gelombang garis emisi tersebut mengikuti
hukum
 = panjang gelombang, n = bilangan bulat 3, 4, 5, . . . . dan R = suatu
tetapan
. . . . . . . . . . . (5-1)
1 1
 22
1
n2
= R
Johann J. Balmer
(1825 – 1898)

17. Untuk :
deret Balmer pertama : Ha pada  = 6563 Ån = 3
deret Balmer kedua : Hb pada  = 4861 Ån = 4
deret Balmer ketiga : Hg pada  = 4340 Ån = 5
deret Balmer keempat : Hd pada  = 4101 Ån = 6
.
.
.
n =  limit deret Balmer pada  = 3650 Å
4 000 5 000 6 000
 (Å)
HαHβHγHd

18. Setelah ditemukan deret Balmer ditemukan deret hidrogen lainnya, dan
persamaan deret Balmer masih tetap berlaku dengan mengubah 22 menjadi
m2 dimana m adalah bilangan bulat mulai dari 1, 2, 3, . . . .
ditemukan deret Lyman dengan n = 2, 3, …m = 1
ditemukan deret Balmer dengan n = 3, 4, …m = 2
ditemukan deret Paschen dengan n = 4, 5, …m = 3
ditemukan deret Brackett dengan n = 5, 6, …m = 4
. . . . . . . . . . . . (5-2)
1 1
 m2
1
n2
= R
Konstanta Rydberg
Apabila  dinyatakan dalam cm
maka R = 109 678

19. Kontinum untuk elektron bebas
n = 1
2
3
4
∞
La Lb Lg
Ha Hb Hg
Tingkat energi dasar
Deret Balmer
Deret Lyman
13,6 eV

20. Tentukan panjang gelombang terpanjang dan terpendek deret Balmer
atom hidrogen jika konstanta Rydberg R = 1,097×107 m-1!
Penyelesaian:
Panjang gelombang terpanjang terjadi jika elektron mengalami transisi
dari kulit n = 3 ke n = 2. Sesuai dengan persamaan (4) diperoleh:

21. Spektrum deret Paschen menghasilkan panjang gelombang
1,28 × 10-6 m. Tentukan nilai n pada deret Paschen
tersebut, jika konstanta Rydberg R = 1,097 × 107 m-1!
Penyelesaian:
Pada deret Paschen berlaku:

22. TEORI ATOM HIDROGEN BOHR
 Atom hidrogen terdiri dari inti yang
bermuatan positif (proton) yang dikelilingi
oleh sebuah elektron
+
proton
elektron
tingkat energi
Massa proton (M) >> massa elektron (me)
 orbit dapat dianggap lingkaran
v = kecepatan elektron
r = jarak elektron-proton
E = energi yang dipancarkan elektron
Misalkan :
-
r
v
elektron berada dalam orbitnya
dalam pengaruh gaya sentral yg
disebabkan gaya elektrostatik
N.H.D. Bohr
(1885 – 1962)

23. Energi elektron terdiri dari :
Energi kinetik (EK) dan energi potensial (EP)
Energi total elektron adalah,
E = EK + EP
Menurut Coulomb, gaya elektrostatik antara proton dan elektron adalah,
muatan elektron
. . . . . . . . . . . . . . (5-3)
. . . . . . . . . . . . . . (5-4)
. . . . . . . . . . . . . . . . (5-5)
e2
r2
F =
1
2
EK = me v2

24. Supaya elektron tetap stabil dalam orbitnya, gaya elek-trostatik ini harus
diimbangi oleh gaya sentrifugal
. . . . . . . . . . . . . . . . (5-6)
Dari pers (5-5) :
Mev2
r
F =
dan pers. (5-6) diperoleh,
e2
r2
F =
. . . . . . . (5-7)
mev2
r
e2
r2
=
e
v =
mer
Subtitusikan pers. (5-7) ke pers. (5-4) : 1
2
EK = me v2
diperoleh,
. . . . . . . . . . . (5-8)EK = 1
2
me v2 = 1
2
e2
r

25. Energi potensial elektron dalam orbitnya adalah,
berarti tarik menarik
. . . . . . . . . . . (5-9)
Dari pers. (5-3), (5-8) dan (5-9) diperoleh,
Momentum sudut elektron pada orbitnya dinyatakan oleh,
ħ = me v r = e(mer)1/2 . . . . . . . . . (5-11)
r
r2
r
EP =
e2

dr = 
e2
E = =1
2
e2
r
e2
r
e2
2r
. . . . . . . . . (5-10)

26. Menurut Bohr, elektron hanya dapat bergerak mengelilingi proton pada orbit
tertentu dan jarak orbit tersebut (r) memungkinkan momentum sudut
elektron di sekitar inti mempunyai harga yang diberikan oleh kelipatan
konstanta Planck
konsep ini disebut momentum sudut yang terkuantisasi
2
h
 elektron terkuantisasi
Jadi menurut Bohr, momentum sudut elektron dapat dinyatakan oleh,
. . . . . . . . . . . . . . . . . . (5-12)
n = 1, 2, 3, . . . . = tingkat energi
nh
2
ħ =
ħ =

27. Dari pers. (5-11) : dan (5-12) :ħ = e(mer)1/2
nh
2
ħ =
diperoleh, . . . . . . . . . . . . . . . (5-13)
nh
2
= e(me r)1/2
Karena itu radius orbit Bohr dapat dinyatakan oleh,
. . . . . . . . . . . . . . . (5-14)
e = 4,803 x 10-10 statcoulomb (gr1/2 cm3/2 s-1)
me = 9,1096 x 10-28 gr
h = 6,626 x 10-27 erg s
42 e2 me
n2 h2
r =
Jika harga-harga ini dimasukan ke pers. (5-14) dan ambil n = 1 maka
diperoleh (1 erg = 1 gr cm2 s-2)
r = 5,29 x 10-9 cm = 0,5290 Å

28. Apabila harga r dalam pers. (5-14) :
E =
e2
2r
disubtitusikan ke, pers. ( 5-10) :
dan kita masukan harga e, me serta h akan diperoleh energi orbit Bohr
yaitu,
4 2 e2 me
n2 h2
r =
(1 eV = 1,602 x 10-12 erg)
Untuk atom yg berada pada tingkat dasar (ground state)
E =  13,6 eV . . . . . . . . . . . . (5-16)
melepaskan elektron
 n = 1
Maka diperoleh,
. .(5-15)eV
22 e4 me
n2 h2
En = =
13,6
n2
2,18 x 10-11
ergs =
n2

29. Apabila elektron berpindah dari tingkat n ke tingkat m (m > n)
 elektron akan kehilangan energi.
 Energi ini akan dipancarkan sebagai foton atau butiran cahaya
dengan energi sebesar h (h adalah konstanta Planck dan 
adalah frekuensi foton)
Dari pers. 5-15 : En = eV
13,6
n2
akan diperoleh,
h = Em – En =
13,6
m2
13,6
n2
= 13,6
1
m2
1
n2
. . (5-17)

30. Oleh karena  = c/, maka
. . (5-18)
h c

1
m2
= 13,6
1
n2
pers. (5-17) : h = 13,6
1
m2
1
n2
dapat dituliskan menjadi,
Apabila harga c dan h dimasukan ke pers. (5-18) maka akan diperoleh,
Konstanta Rydberg (R),
 dinyatakan dalam cm
Sama dengan
yang ditemukan
oleh Balmer
secara empiris
. . . . . . . (5-19)= 109 678
1
m2
1
n2
1

31.  Suatu atom yang elektronnya berada ditingkat yang lebih tinggi
dari tingkat dasar, dikatakan atom tersebut berada dalam
keadaan tereksitasi
 Pada umumnya suatu atom berada keadaan tereksitasi di
tingkat energi tertentu hanya dalam waktu yang singkat, sekitar
10-8 detik.
 Selanjutnya elektron akan kembali lagi ke tingkat yang lebih
rendah dengan disertai pemancaran foton, atau dapat juga
meloncat ke tingkat yang lebih tinggi dengan menyerap foton.

33. Elektron atom hidrogen berada pada orbit Bohr n = 2. Jika k = 9 × 109 Nm2/c2,
dengan e = 1,6 × 10-19 C, me = 9,1 × 10-31 kg, tentukan:
a. jari-jari orbit,
b. gaya elektrostatik yang bekerja pada elektron,
c. kelajuan elektron!
a. Jari-jari orbit (rn):
rn = 0,53 . n2 = (0,53)(22) = 2,12
Penyelesaian:

34. c. Kelajuan elektron (ve)
b. Gaya elektrostatik yang bekerja pada elektron (FC)

35. Sebuah elektron berpindah lintasan dari n = 2 ke n = 1 dengan
memancarkan energi. Tentukan:
a. energi foton yang dipancarkan,
b. frekuensi foton,
c. panjang gelombang foton!
Penyelesaian:
a. Energi foton yang dipancarkan
ΔE = -1,632 × 10-18 joule (tanda (-) menyatakan pemancaran energi)

36. b. Frekuensi foton (f )
c. Panjang gelombang foton

37. Teori Atom Mekanika Kuantum
Pada tahun 1926, Shrödinger mengajukkan suatu persamaan, kini disebut persamaan
gelombang Shrödinger, untuk mendeskripsikan keberadaan elektron dalam atom.
Dalam teori atom mekanika kuantum, posisi elektron tidak dipastikan. Hal yang dapat
dikatakan tentang posisi elektron adalah peluang menemukan elektron pada setiap titik dalam
ruang di sekitar inti.
Istilah lain untuk menyatakan peluang menemukan elektron adalah densitas elektron.

38. 2
h
nmvr 
POSTULAT BOHR:
“ELEKTRON BERPUTAR MENGELILIGI INTI MELALUI LINTASAN TERTENTU
YANG DISEBUT KULIT, TANPA MELEPAS/MENYERAP ENERGI DENGAN BESAR
BESAR MOMENTUM SUDUT MEMENUHI:

39. PERSAMAAN DE BROGLIE
POSTULA DE BROGLIE MENYATAKAN DUALISME GELOMBANG-MATERI SELAIN
BERLAKU PADA RADIASI ELEKTROMAGNETIK, JUGA BERLAKU BAGI MATERI.
FOTON BERFREKUENSI V MEMPUNYAI MOMENTUM
PANJANG GELOMBANG FOTON
MENURUT BROGLIE SEMUA PARTIKEL YANG BERGERAK DENGAN MOMENTUMP,
TERKAIT SUATU GELOMBANG DENGAN PANJANG GELOMBANG MENURUT
HUBUNGAN

40. Sebuah elektron hanya dapat mengelilingi inti atom bila lintasan
orbitnya merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang
Broglie-nya
n = 2
n = 8
n = 4

41. Eplistrik = EK
eV =
1
2
𝑚𝑣2 𝑣 =
2𝑒𝑉
𝑚
𝜆 =
ℎ
𝑚𝑣
=
ℎ
2𝑚𝑒𝑉
Tegangan pemercepat V memberikan energi potensial listrik eV pada
elektron (e = 1,6x10-19 C). Energi eV diubah menjadi energi kinetik
elektron, sehingga diperoleh hubungan
Akan diperoleh
Panjang gelombang de Broglie elektron adalah
Dengan λ = panjang gelombang de Broglie
elektron
h = 6,6x10-34 Js
m = massa elektron = 9,1x10-31 kg
e = muatan elektron = 1,6x10-19 C
V = tegangan pemercepat (volt)

42. Azas Ketidakpastian Werner Heisenberg
Menurut Heisenberg, tidak mungkin menentukan posisi dan momentum elektron secara
bersamaan dengan ketelitian tinggi. Heisenberg merumuskan hubungan ketidakpastian
momentum sebagai berikut.

43. Untuk menentukan kedudukan atau posisi elektron dalam atom
secara teoretis dilakukan dengan menggunakan bilangan
kuantum.
Ada empat bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama (n),
bilangan kuantum azimut (l), bilangan kuantum magnetik (m), dan
bilangan kuantum spin (s).
Bilangan kuantum utama, azimut, dan magnetik menyatakan
posisi suatu elektron dalam atom, sedangkan bilangan kuantum
spin menyatakan arah putaran elektron.

44. Elektron berada pada tingkat energi tertentu. Bilangan kuantum utama
(n) menyatakan di tingkat energi utama (kulit) mana elektron berada.
Nilai n dari bilangan kuantum utama adalah satu sampai dengan tujuh.
Jumlah Elektron Maksimal pada Tingkat Energi Utama (Kulit)

45. Bilangan kuantum azimut menyatakan di subkulit mana elektron berada.
Orbital dinyatakan dalam lambang s untuk l = 0, p untuk l = 1, d untuk l
= 2, dan f untuk l = 3. Banyaknya orbital pada tiap tingkat energi utama
(kulit) sesuai dengan harga n. Harga l dimulai dari 0 sampai dengan n–1.
Bilangan Kuantum Azimut pada Tingkat Energi Utama
Besar momentum sudut 𝑳 = 𝒍(𝒍 + 𝟏) ℏ
Dengan ℏ =
𝒉
𝟐𝝅

46. Jika bilangan kuantum orbital l = 3, tentukanlah
besar momentum sudut elektron yang mungkin.
Penyelesaian:

47. Bilangan kuantum magnetik menyatakan di orbital mana elektron
berada. Nilai bilangan kuantum magnetik (m) tergantung pada harga
bilangan kuantum azimut (l), yaitu dari – l sampai dengan + l .
Orbital biasanya digambarkan dalam bentuk segi empat.
Banyak nilai ml yang diperbolehkan:
banyak ml = 2l + 1

48. Bilangan kuantum spin menyatakan ke arah mana elektron berputar.
Jika arah putaran berlawanan maka elektron akan berlaku sebagai kutub
magnet yang berlawanan, jadi akan tarik-menarik.
Jika arah putaran searah maka elektron akan tolak-menolak, sehingga satu
orbital maksimal hanya berisi dua elektron.
Masing-masing elektron mempunyai harga s = +1/2 (searah jarum jam)
dan s = -1/2 (berlawanan arah jarum jam).

49. Elektron di dalam orbital digambarkan dengan anak panah, yang dikenal
dengan diagram orbital.
Harga s = +1/2 digambarkan dengan anak panah ke atas:
Harga s = -1/2 digambarkan dengan anak panah ke bawah:
Jika orbital terisi penuh elektron maka digambarkan dengan
anak panah ke atas dan ke bawah:

50. Satu orbital maksimal berisi dua elektron maka:
– orbital s maksimal berisi 2 elektron:
– orbital p maksimal berisi 6 elektron:
– orbital d maksimal berisi 10 elektron:
– orbital f maksimal berisi 14 elektron:

51. Asas aufbau
menyatakan bahwa
pengisian elektron
pada orbital dimulai
dari tingkat energi
terendah ke tingkat
energi yang lebih
tinggi.
Orbital s mempunyai
tingkat energi
terendah dan
berturut-turut makin
tinggi untuk orbital p,
d, dan f.

52. Asas larangan Pauli menyatakan bahwa tidak mungkin dalam satu atom
ada dua elektron yang harga keempat bilangan kuantumnya sama.
Contoh:
Li (n.a Na = 3): Elektron pertama dan kedua dari atom litium mempunyai
harga keempat bilangan kuantum yang sama dengan
elektron pertama dan elektron kedua helium. Bilangan
kuantum elektron ketiga litium adalah sebagai berikut.
n = 2 m = 0
l = 0 s =

53. Menurut kaidah Hund, pengisian elektron pada orbital-orbital yang
tingkat energinya sama, elektron tidak berpasangan terlebih dahulu
sebelum orbital-orbital lainnya masing-masing terisi satu elektron.
Contoh:
C (n.a C = 6):
N (n.a N = 7):