MAKALAH FISIKA ATOM
TEORI ATOM BOHR
Dosen
Pengampu : Utari, S.Si, M.Si dan Dra.
Riyatun, M.Si.
Disusun oleh :
RUDI
SUSANTO (M0205044)
M.
KAIRU RAIS (M0205040)
MEGA
NOVITA SARI (M0205038)
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS
TASIKMALAYA
2014
TEORI ATOM BOHR
I.
PENDAHULUAN
Atom adalah satuan unit terkecil dari
sebuah unsur yang memiliki sifat-sifat dasar tertentu. Setiap atom terdiri dari
sebuah inti kecil yang terdiri dari proton dan neutron dan sejumlah elektron
pada jarak yang jauh.
Pada tahun 1913 Neils Bohr pertama kali
mengajukan teori kuantum untuk atom
hydrogen. Model ini merupakan transisi antara model mekanika klasik dan
mekanika gelombang. Karena pada prinsip fisika klasik tidak sesuai dengan
kemantapan hidrogen atom yang teramati.
Model atom Bohr memperbaiki kelemahan
model atom Rutherford. Untuk menutupi kelemahan model atom Rutherford, Bohr
mengeluarkan empat postulat. Gagasan Bohr menyatakan bahwa elektron harus
mengorbit di sekeliling inti.
Namun demikian, teori atom yang
dikemukakan oleh Neils Bohr juga memiliki banyak kelemahan. Model Bohr hanyalah
bermanfaat untuk atom-atom yang mengandung satu elektron tetapi tidak untuk
atom yang berelektron banyak.
BAB II
ISI
·
Sejarah
Di awal abad ke-20,
percobaan oleh Ernest Rutherford telah dapat menunjukkan bahwa atom terdiri dari
sebentuk awan difus elektron bermuatan negatif mengelilingi inti yang kecil,
padat, dan bermuatan positif. Berdasarkan data percobaan ini, sangat wajar jika
fisikawan kemudian membayangkan sebuah model sistem keplanetan yang diterapkan
pada atom, model Rutherford tahun 1911, dengan
elektron-elektron mengorbit inti seperti layaknya planet mengorbit matahari.
Namun demikian, model sistem keplanetan untuk atom menemui beberapa kesulitan.
Sebagai contoh, hukum mekanika klasik (Newtonian) memprediksi bahwa elektron
akan melepas radiasi elektromagnetik ketika sedang
mengorbit inti. Karena dalam pelepasan tersebut elektron kehilangan energi,
maka lama-kelamaan akan jatuh secara spiral menuju ke inti. Ketika ini terjadi,
frekuensi radiasi elektromagnetik yang dipancarkan akan berubah. Namun
percobaan pada akhir abad 19 menunjukkan bahwa loncatan bunga api listrik yang
dilalukan dalam suatu gas
bertekanan rendah di dalam sebuah tabung hampa akan membuat atom atom gas
memancarkan cahaya (yang berarti radiasi elektromagnetik) dalam frekuensi-frekuensi
tetap yang diskret.
Pada tahun 1913, Niels Bohr, fisikawan
berkebangsaan Swedia, mengikuti jejak Einstein menerapkan teori kuantum untuk
menerangkan hasil studinya mengenai spektrum atom hidrogen. Bohr mengemukakan
teori baru mengenai struktur dan sifat-sifat atom. Teori atom Bohr ini pada
prinsipnya menggabungkan teori kuantum Planck dan teori atom dari Ernest
Rutherford yang dikemukakan pada tahun 1911. Bohr mengemukakan bahwa apabila
elektron dalam orbit atom menyerap suatu kuantum energi, elektron akan meloncat
keluar menuju orbit yang lebih tinggi. Sebaliknya, jika elektron itu
memancarkan suatu kuantum energi, elektron akan jatuh ke orbit yang lebih dekat
dengan inti atom.
·
Gagasan Kunci Model atom Bohr
Dua gagasan kunci adalah:
1.
Elektron-elektron bergerak di
dalam orbit-orbit dan memiliki momentum yang terkuantisasi, dan dengan demikian
energi yang terkuantisasi. Ini berarti tidak setiap orbit, melainkan hanya
beberapa orbit spesifik yang dimungkinkan ada yang berada pada jarak yang
spesifik dari inti.
2.
Elektron-elektron tidak akan
kehilangan energi secara perlahan-lahan sebagaimana mereka bergerak di dalam
orbit, melainkan akan tetap stabil di dalam sebuah orbit yang tidak meluruh.
·
Postulat Dasar Model Atom Bohr
Ada empat postulat yang digunakan untuk
menutupi kelemahan model atom Rutherford, antara lain :
1.
Atom Hidrogen terdiri dari sebuah
elektron yang bergerak dalam suatu lintas edar berbentuk lingkaran mengelilingi
inti atom ; gerak elektron tersebut dipengaruhi oleh gaya coulomb sesuai dengan
kaidah mekanika klasik.
2.
Lintas edar elektron dalam
hydrogen yang mantap hanyalah memiliki harga momentum angular L yang merupakan
kelipatan dari tetapan Planck dibagi dengan 2π.
dimana n = 1,2,3,… dan disebut sebagai bilangan kuantum utama, dan h adalah konstanta
Planck.
3.
Dalam lintas edar yang mantap
elektron yang mengelilingi inti atom tidak memancarkan energi elektromagnetik,
dalam hal ini energi totalnya E tidak berubah.
4.
Jika suatu atom melakukan transisi
dari keadaan energi tinggi EU ke keadaan energi lebih rendah EI,
sebuah foton dengan energi hυ=EU-EI diemisikan. Jika
sebuah foton diserap, atom tersebut akan bertransisi ke keadaan energi rendah
ke keadaan energi tinggi.
·
Model Atom Bohr
”Bohr
menyatakan bahwa elektron-elektron hanya menempati orbit-orbit tertentu
disekitar inti atom, yang masing-masing terkait sejumlah energi kelipatan dari
suatu nilai kuantum dasar. (John Gribbin, 2002)”
Model Bohr dari atom hidrogen menggambarkan elektron-elektron
bermuatan negatif mengorbit pada kulit atom dalam lintasan tertentu mengelilingi inti atom
yang bermuatan positif. Ketika elektron meloncat dari satu orbit ke orbit
lainnya selalu disertai dengan pemancaran atau penyerapan sejumlah energi elektromagnetik hf.
Menurut Bohr :
” Ada
aturan fisika kuantum yang hanya mengizinkan sejumlah tertentu elektron dalam
tiap orbit. Hanya ada ruang untuk dua elektron dalam orbit terdekat dari inti.
(John Gribbin, 2005)”
Gambar
1. Model Atom Bohr
Model ini adalah pengembangan
dari model puding prem (1904), model Saturnian (1904), dan model Rutherford (1911). Karena model Bohr adalah
pengembangan dari model Rutherford, banyak sumber mengkombinasikan kedua nama
dalam penyebutannya menjadi model Rutherford-Bohr.
Kunci sukses model ini adalah
dalam menjelaskan formula Rydberg mengenai garis-garis emisi spektral atom hidrogen,
walaupun formula Rydberg sudah dikenal secara eksperimental, tetapi tidak
pernah mendapatkan landasan teoritis sebelum model Bohr diperkenalkan. Tidak
hanya karena model Bohr menjelaskan alasan untuk struktur formula Rydberg, ia
juga memberikan justifikasi hasil empirisnya dalam hal suku-suku konstanta
fisika fundamental.
Model Bohr adalah sebuah model
primitif mengenai atom hidrogen. Sebagai sebuah teori, model Bohr dapat
dianggap sebagai sebuah pendekatan orde pertama dari atom hidrogen menggunakan mekanika kuantum yang lebih umum dan akurat, dan dengan demikian
dapat dianggap sebagai model yang telah usang. Namun demikian, karena
kesederhanaannya, dan hasil yang tepat untuk sebuah sistem tertentu, model Bohr
tetap diajarkan sebagai pengenalan pada mekanika kuantum.
Gambar 2. Model Bohr untuk atom hydrogen
n Lintasan yang diizinkan untuk elektron
dinomori n = 1, n = 2, n =3 dst. Bilangan ini dinamakan bilangan kuantum, huruf
K, L, M, N juga digunakan untuk menamakan lintasan
n Jari-jari orbit diungkapkan dengan 12,
22, 32, 42, …n2. Untuk orbit
tertentu dengan jari-jari minimum a0 = 0,53 Å
n Jika elektron tertarik ke inti dan
dimiliki oleh orbit n, energi dipancarkan dan energi elektron menjadi lebih
rendah sebesar
Gambar 3. Tingkat-tingkat energi atom Hydrogen
· Tingkatan energi elektron dalam atom hidrogen
Model Bohr hanya akurat untuk
sistem satu elektron seperti atom hidrogen atau helium yang
terionisasi satu kali. Penurunan rumusan tingkat-tingkat energi atom hidrogen
menggunakan model Bohr.
Penurunan rumus didasarkan pada tiga
asumsi sederhana:
1) Energi sebuah elektron dalam orbit
adalah penjumlahan energi kinetik dan energi potensialnya:
dengan k = 1 / (4πε0), dan qe adalah muatan
elektron.
2) Momentum sudut elektron hanya boleh memiliki harga
diskret tertentu:
dengan n =
1,2,3,… dan disebut bilangan kuantum utama, h adalah konstanta Planck, dan.
3) Elektron berada dalam orbit diatur oleh gaya
coulomb. Ini berarti gaya coulomb sama dengan gaya
sentripetal:
Dengan mengalikan ke-2 sisi persamaan (3)
dengan r didapatkan:
Suku di sisi kiri menyatakan
energi potensial, sehingga persamaan untuk energi menjadi:
Dengan menyelesaikan persamaan
(2) untuk r, didapatkan harga jari-jari yang diperkenankan:
Dengan memasukkan persamaan
(6) ke persamaan (4), maka diperoleh:
Dengan membagi kedua sisi
persamaan (7) dengan mev
didapatkan
Dengan memasukkan harga v pada persamaan energi (persamaan (5)),
dan kemudian mensubstitusikan harga untuk k
dan 
, maka energi pada tingkatan
orbit yang berbeda dari atom hidrogen dapat ditentukan sebagai berikut:
, maka energi pada tingkatan
orbit yang berbeda dari atom hidrogen dapat ditentukan sebagai berikut:
Dengan memasukkan harga semua
konstanta, didapatkan,
Dengan demikian, tingkat
energi terendah untuk atom hidrogen (n
= 1) adalah -13.6 eV. Tingkat energi berikutnya (n = 2) adalah -3.4 eV. Tingkat energi ketiga (n = 3) adalah -1.51 eV, dan seterusnya. Harga-harga energi ini
adalah negatif, yang menyatakan bahwa elektron berada dalam keadaan terikat
dengan proton. Harga energi yang positif berhubungan dengan atom yang berada
dalam keadaan terionisasi yaitu ketika elektron tidak lagi terikat, tetapi
dalam keadaan tersebar.
Dengan teori kuantum, Bohr juga
menemukan rumus matematika yang dapat dipergunakan untuk menghitung panjang
gelombang dari semua garis yang muncul dalam spektrum atom hidrogen. Nilai
hasil perhitungan ternyata sangat cocok dengan yang diperoleh dari percobaan
langsung. Namun untuk unsur yang lebih rumit dari hidrogen, teori Bohr ini
ternyata tidak cocok dalam meramalkan panjang gelombang garis spektrum.
Meskipun demikian, teori ini diakui sebagai langkah maju dalam menjelaskan
fenomena-fenomena fisika yang terjadi dalam tingkatan atomik. Teori kuantum
dari Planck diakui kebenarannya karena dapat dipakai untuk menjelaskan berbagai
fenomena fisika yang saat itu tidak bisa diterangkan dengan teori klasik.
- Kelebihan dan Kelemahan Teori Bohr
o
Keberhasilan
teori Bohr terletak pada kemampuannya untuk meeramalkan garis-garis dalam
spektrum atom hidrogen
o
Salah
satu penemuan adalah sekumpulan garis halus, terutama jika atom-atom yang
dieksitasikan diletakkan pada medan magnet
Kelemahan
o
Struktur
garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori Bohr tetapi teori ini tidak
pernah berhasil memerikan spektrum selain atom hydrogen
o
Belum
mampu menjelaskan adanya stuktur halus(fine structure) pada spectrum, yaitu 2
atau lebih garis yang sangat berdekatan
o
Belum
dapat menerangkan spektrum atom kompleks
o
Itensitas
relatif dari tiap garis spektrum emisi.
o
Efek Zeeman, yaitu terpecahnya garis spektrum
bila atom berada dalam medan magnet.
III.
KESIMPULAN
·
Teori atom Bohr menyatakan bahwa
elektron harus mengorbit di sekeliling inti seperti planet mengorbit Matahari.
·
Model Bohr disambut sebagai
langkah maju yang penting karena dengan cara memberi jarak pada orbit elektron,dapat
menjelaskan spektrum cahaya dari sebuah atom.
·
Elektron dapat berpindah dari satu
orbit ke orbit lain dengan cara lompatan kuantum, dan lompatannya selalu
melibatkan emisi atau absorpsi kuantum utuh dengan jumlah energi ekuivalen
dengan hf atau kelipatannya,tapi tidak pernah ada nilai diantaranya.
·
Bohr masih memakai hukum newton
disamping beberapa postulat lain, nilai teori bohr tidaklah pada prediksi yang
dapat dihasilkan tetapi pada pengertian dan hukum yang baru di ungkapkan.
IV.
DAFTAR
PUSTAKA
Beiser, Arthur. 1999. Konsep Fisika Modern. Jakarta :
Erlangga
Gribbin, John. 2003. Fisika Kuantum. Jakarta : Erlangga
------. 2005. Bengkel Ilmu : Fisika Modern. Jakarta :
Erlangga
Krane, Kenneth. 1988. Fisika Modern. Jakarta : UI Press
http://id.wikipedia.org/wiki/Model_Bohr
Elektro Indonesia no. 31/VI (Mei 2000)
