Pintar Pelajaran Teori Atom Mekanika Kuantum Werner Heisenberg, Erwin Schrodinger

Teori Atom Mekanika Kuantum Werner Heisenberg, Erwin Schrodinger - Teori atom mengalami perkembangan mulai dari teori atom John Dalton, teori atom teori atom Joseph John Thomson, teori atom Ernest Rutherford, dan Teori ATom Niels Henrik David Bohr. Perkembangan teori atom mengatakan adanya perubahan konsep susunan atom dan reaksi kimia antar atom. Kelemahan model atom yang dikemukakan Rutherford disempurnakan oleh Niels Henrik David Bohr. Bohr mengemukakan gagasannya perihal penggunaan tingkat energi elektron pada struktur atom. Model ini kemudian dikenal dengan model atom Rutherford-Bohr. Tingkat energi elektron dipakai untuk membuktikan terjadinya spektrum atom yang dihasilkan oleh atom yang mengeluarkan energi berupa radiasi cahaya.

Gambar 1. Spektrum emisi natrium dan hidrogen dalam kawasan yang sanggup dilihat dengan spektrum yang lengkap.

Penjelasan mengenai radiasi cahaya juga telah dikemukakan oleh Max Planck pada tahun 1900. Ia mengemukakan teori kuantum yang menyatakan bahwa atom sanggup memancarkan atau menyerap energi hanya dalam jumlah tertentu (kuanta). Jumlah energi yang dipancarkan atau diserap dalam bentuk radiasi elektromagnetik disebut kuantum. Adapun besarnya kuantum dinyatakan dalam persamaan berikut.

E = hc / λ

Keterangan:

E = energi radiasi (Joule = J)

h = konstanta Planck (6,63 x 10^–34 J.s)

c = cepat rambat cahaya di ruang hampa (3 x 10⁸ ms-1)

λ = panjang gelombang (m)

Dengan Teori Kuantum, kita sanggup mengetahui besarnya radiasi yang dipancarkan maupun yang diserap. Selain itu, Teori Kuantum juga bisa dipakai untuk menjelaskan terjadinya spektrum atom. Perhatikan spektrum atom hidrogen berikut.

Gambar 2. Spektrum gas hidrogen.

Pada Gambar 2, sanggup dilihat bahwa percikan listrik masuk ke dalam tabung gelas yang mengandung gas hidrogen. Sinar yang keluar dari atom H (setelah melalui celah) masuk ke dalam prisma, sehingga sinar tersebut terbagi menjadi beberapa sinar yang membentuk garis spektrum. Ketika sinar itu ditangkap oleh layar, empat garis yang panjang gelombangnya tertera pada layar ialah belahan yang sanggup dilihat dari spektrum gas hidrogen.

Salah satu alasan atom hidrogen dipakai sebagai model atom Bohr ialah alasannya ialah hidrogen mempunyai struktur atom yang paling sederhana (satu proton dan satu elektron) dan menghasilkan spektrum paling sederhana. Model atom hidrogen ini disebut solar system (sistem tata surya), di mana elektron dalam atom mengelilingi inti pada suatu orbit dengan bentuk, ukuran, dan energi yang tetap.

Gambar 3. Model Atom Bohr.

Semakin besar ukuran suatu orbit, semakin besar pula energi elektronnya. Keadaan ini dipengaruhi oleh adanya gaya tarik-menarik antara proton dan elektron. Dengan memakai model atom hidrogen, Bohr menemukan persamaan energi elektron sebagai berikut.

E = -A / n²

Keterangan :

A = 2,18 x 10^–18 J

A ialah suatu konstanta yang diperoleh dari konstanta Planck = 6,63 X 10^–34 J.s, massa, dan muatan elektron (Brady, 1999, hlm. 280)

n = bilangan lingkaran yang mengatakan orbit elektron = 1, 2, 3, …, 8

[Tanda negatif mengatakan orbit mempunyai energi paling rendah (harga n = 1) dan paling tinggi (harga n = 8)].

Pada atom hidrogen, elektron berada pada orbit energi terendah (n = 1). Jika atom bereaksi, elektron akan bergerak menuju orbit dengan energi yang lebih tinggi (n = 2, 3, atau 4). Pada ketika atom berada pada orbit dengan energi yang lebih tinggi, atom mempunyai sifat tidak stabil yang mengakibatkan elektron jatuh ke orbit yang mempunyai energi lebih rendah. Perpindahan tersebut mengakibatkan elektron mengubah energinya dalam jumlah tertentu. Besar energi tersebut sama dengan perbedaan energi antarkedua orbit yang dilepaskan dalam bentuk foton dengan frekuensi tertentu.

Gambar 4. Perpindahan elektron dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya mengakibatkan energi elektron berubah dalam jumlah tertentu.

Meskipun teori atom Niels Bohr bisa membuktikan spektrum gas hidrogen dan spektrum atom berelektron tunggal (seperti He+ dan Li²⁺), tetapi tidak bisa membuktikan spektrum atom berelektron lebih dari satu. Oleh alasannya ialah itu, diharapkan klarifikasi lebih lanjut mengenai gerak partikel (atom).

Pada tahun 1924, jago fisika dari Perancis berjulukan Louis de Broglie mengemukakan bahwa partikel juga bersifat sebagai gelombang. Dengan demikian, partikel mempunyai panjang gelombang yang dinyatakan dengan persamaan berikut.

λ = h / p = h/mv

Keterangan :

λ = panjang gelombang (m)

h = tetapan Planck (6,63 x 10^–34 J.s)

p = momentum (m²s^-1)

m = massa partikel (kg)

v = kecepatan partikel (ms^-1)

Berdasarkan persamaan de Broglie, diketahui bahwa teori atom Bohr mempunyai kelemahan. Kelemahan itu ada pada pernyataan Bohr yang menyebutkan bahwa elektron bergerak mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu berbentuk lingkaran. Padahal, elektron yang bergerak mengelilingi inti atom juga melaksanakan gerak gelombang. Gelombang tersebut tidak bergerak sesuai garis, tetapi menyebar pada suatu kawasan tertentu. Selanjutnya, pada tahun 1927, Werner Heisenberg menyatakan bahwa kedudukan elektron tidak sanggup diketahui dengan tepat. Oleh alasannya ialah itu, ia menganalisis kedudukan elektron (x) dengan momentum elektron (p) untuk mengetahui kedudukan elektron.

Hasil analisis Heisenberg, yaitu selalu terdapat ketidakpastian dalam memilih kedudukan elektron yang dirumuskan sebagai hasil kali ketidakpastian kedudukan Δx dengan momentum Δp. Satu hal yang perlu diingat ialah hasil kali keduanya harus sama atau lebih besar dari tetapan Planck. Persamaan ini dikenal sebagai prinsip ketidakpastian Heisenberg yang dirumuskan sebagai berikut.

Δx.Δp ≥ h

Keterangan :

Δx = ketidakpastian kedudukan

Δp = ketidakpastian momentum

h = tetapan Planck

Selain Werner Heisenberg, ada juga ilmuwan yang mengatakan kelemahan teori atom Bohr. Pada tahun 1927, Erwin Schrodinger menyempurnakan teori atom yang disampaikan oleh Bohr. Dari penyelidikan terhadap gelombang atom hidrogen, Schrodinger menyatakan bahwa elektron sanggup dianggap sebagai gelombang materi dengan gerakan mirip gerakan gelombang. Teori ini lebih dikenal dengan mekanika gelombang (mekanika kuantum).

Teori model atom Schrodinger mempunyai persamaan dengan model atom Bohr berkaitan dengan adanya tingkat energi dalam atom. Perbedaannya yaitu model atom Bohr mempunyai lintasan elektron yang pasti. Sedangkan pada model atom Schrodinger, lintasan elektronnya tidak niscaya alasannya ialah mirip gelombang yang memenuhi ruang (tiga dimensi). Fungsi matematik untuk persamaan gelombang dinyatakan sebagai fungsi gelombang [ψ dibaca psi (bahasa Yunani)] yang mengatakan bentuk dan energi gelombang elektron.

Berdasarkan teori yang disampaikan oleh Schrodinger, diketahui bahwa elektron menempati lintasan yang tidak niscaya sehingga elektron berada pada aneka macam jarak dari inti atom dan aneka macam arah dalam ruang. Jadi, kawasan pada inti atom dengan kemungkinan terbesar ditemukannya elektron dikenal sebagai orbital.

Anda kini sudah mengetahui Teori Atom Mekanika Kuantum. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Premono, S. A. Wardani, dan N. Hidayati. 2009. Kimia : SMA/ MA Kelas XI. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p 282.