Makalah Fisika Modern – Teori Model Atom Bohr

Teori Model Atom Bohr

Bab I. Pendahuluan

A. Latar Belakang

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 hidrogen. 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 empatt 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.

B. Tujuan

1. Dapat mengetahui sejarah Teori Atom Bohr.
2. Dapat mengetahui model Atom Bohr.
3. Dapat memahami konsep gelombang elektron dalam atom.
4. Dapat mengetahui kelebihan dan kekurangan Teori Atom Bohr.

C. Rumusan Masalah

1. Bagaimana sejarah Teori Atom Bohr?
2. Apakah yang dimaksud dengan Model Atom Bohr?

c.       Bagaimana konsep-konsep gelombang elektron dalam Atom?

d.      Apa saja kelebihan dan kekurangan dari Teori Atom Bohr?

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Kajian Teori

2.1.1 Sejarah Teori Atom Bohr

Niels Bohr (1885 – 1962) dilahirkan dan menjalani hamper seluruh massa hidupnya di Copenhagen, Denmark. Setelah ia memperoleh gelar Doktor di Universitas disana pada tahun 1911, Bohr pergi ke Inggris untuk bekerja di Cambridge dengan J.J Thomson yang menemukan electron pada tahun 1897, kemudian ia bekerja di Manchester bersama Rutherford, yang baru saja menunjukkan bahwa atom terdiri dari inti kecil yang dikelilingi oleh electron-elektron pada jarak tertentu. Pada tahun 1913 Bohr kembali ke Copenhagen, dan ia menemukan bahwa garis spectral hidrogen dapat dijelaskan dengan memakai model Rutherford dengan mengambil dua anggapan yang revolusioner yang mencampurkan konsep klasik dengan konsep kuantum. Yang pertama menyatakan bahwa elektron atomic dapat mengelilingi inti tanpa memancarkan gelombang elektromagnetik hanya jika berada pada orbit yang momentum sudutnya merupakan kelipatan dari . (Sewindu kemudian de Brodlie mengemukakan penjelasan mengenai anggapan kuantisasi momentum sudut ini dengan memakai bilangan gelombang electron yang bergerak). Anggapan kedua menyatakan bahwa elektron atomic melompat dari suatu orbit ke orbit lainnya jika electron itu memancarkan atau menyerap proton.

Bohr memakai panduan persyaratan bahwa dalam limit bilangan kuantum besar, teorinya harus memberi hasil yang samadengan fisika klasik. Prinsip ini dikenal sebagai prinsip korespondensi. Bohr dan ilmuan lain telah memperluas model ini untuk atom dengan electron banyak dengan hasil kadang-kadang baik. Misalnya ramalan teori yang benar mengenai sifat unsur yang benar mengenai sifat unsur yang ada waktu itu tidak dikenal, yaitu hafnium, tetapi kemajuan yang sejati harus menunggu prinsip eksklusi Pauli yang diajukan pada tahun 1925. Kemajuan utama lain yang diawali oleh Bohr ialah model tetes cairan dari inti yang diterapkan pada tahun 1939 untuk fisi nuklir.

            Institute of Theoretical Physics dibagun di Copenhagen untuk Bohr pada tahun 1920. Bohr membuatnya sebagai pusat pertukaran gagasan bagi semua ahli fisika terkemuka di dunia. Selama perang dunia II Bohr bekerja untuk mengembangkan bom atom di Los Alamos, New Mexico. Ia menerima hadiah nobel pada tahun 1922.

            Niels Bohr mengembangkan teori tentang spectrum radiasi tom-atom hidrogen yang berhasil dan juga mengembangkan gagasan mengenai keadaan mantap (complementarity) bagi mekanika kuantum. Ia kemudian mengembangkan pula teori fisi inti. Institute fisika teorinya di Copenhagen hingga kini tetap menarik kunjungan para fisikawan seluruh dunia.

            Setelah Rutherford mengemukakan bahwa massa dan muatan positif atom terhimpun pada suatu daerah kecil di pusatnya, fisikawan Denmark Niels Bohr pada 1913 mengemukakan bahwa atom ternyata mirip system planet bumi, dengan electron-elektron mengedari inti atom seperti halnya planet-planet mengedari mathari. Dengan alas an yang sama bahwa system tata surya tidak runtuh karena tarikan gravitasi antara matahari dan tiap planet, atom juga tidak runtuh karena tarikan elektrostatik Coulomb antara inti atom dan tiap electron. Dalam kedua kasus ini gaya Tarik berperan memberikan percepatan sentripental yang dibutuhkan untuk mempertahankan gerak edar (Ariyanto, 2000).

            Menurut Sundari (2013: 2), mengatakan bahwa teori atom Niels Bohr berdasarkan teori kuantum yang menjelaskan spectrum gas hydrogen yang menjelaskan spectrum garis menunjukkan bahwa electron hanya menempati tingkat-tingkat energy tertentu dalam atom. Teori Niels Bohr hanya cocok untuk atom atau ion dengan satu electron, namun tidak cocok untuk atom atau ion berelektron banyak. Selain itu, tidak dapat menjelaskan mengapa atom dapat membentuk molekul melalui proses ikatan kimia.

2.1.2 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”. 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 Izzati (2012: 389) menjelaskan bahawa bentuk ataupun model dari atom Bohr yaitu:

1.      Tingkat elektron dalam atom , yang dimana tingkatan energi elektron bergantung pada nilai Z

2.      Tingkatan energi elektron semakin keluar maka semakin tinggi. Jika dipindah ke yang lebih rendah, akan di pancarkan foton.

3.      Spektrum atom hidrogen bersifat diskret

4.      Selisih tingkat energi elektron sama dengan energi foton yang dipancarkan.

               Menurut Tim Erlangga Fokus SMA (2016 : 428-429) Teori Atom Bohr memiliki beberapa model yaitu :

1.    Muatan Positif berada dalam lintasan inti atom

2.    Elektron bergerak pada lintasan tertentu tanpa meradiasi energy sehingga radius lintasannya tetap, dinamakan lintasan electron stasioner

3.    Elektron dapat berpinah dari satu lintasan ke lintasan lainnya ddengan menyerap atau meradiasi energinya

4.  Elektron meradiasi luar lintasan dari luar ke luar lintasan

 –  = hf

5.    h karena itu, arena lintasan electron tetap sehingga momentum sudut electron memenuhi persamaan berikut.

L = mvr = n

Dimana ;

L = momentum sudut electron (kgm² /s)

v = laju linear electron pada lintasannya (m /s)

r = radius electron (m)

n = banyaknya electron

j = konstanta Planck (6,63 x 10^-34 J S )

m = massa electron (kg)

2.1.3 Gelombang Elektron dalam Atom.

Prinsip fisika klasik tidak sesuai dengan kemantapan hydrogen atom yang teramati. Electron dalam atom ini diharuskan berputar mengelilingi inti untuk mempertahankan diri supaya jangan tertarik kedalam inti, tetapi electron itu juga harus memancarkan radiasi energy elektromagnetik terus-menerus. Dengan alasan bahwa terdapat juga gejala paradox yang lain, seperti efek fotolistrikdan difraksi electron yang mendapatkan penjelasannya dengan konsep kuantum, sangat wajar untuk mempertanyakan apakah hal ini berlaku juga untuk atom. Walaupun jalan menuju model Bohr pada tahun 1913 yang dilakukannya 10 tahun sebelum de Broglie untuk electron ini adalah

Dengan v menyatakan kecepatan electron

Jadi panjang gelombang electron orbital

Keliling orbital sama dengan panjang gelombang. Dengan mensubstitusikan m untuk jari-jari r dari orbit electron, kita dapatkan panjang gelombang electron adalah

Panjang gelombang ini tepat sama dengan keliling orbit electron

m

Orbit electron dalam atom hydrogen sesuai dengan satu gelombang electron yang titik ujung pangkalnya dihubungkan (gambar 1)

Kenyataan bahwa orbit electron dalam atom hydrogen ialah satu panjang gelombang electron merupakan petunjuk yang diperlukan untuk membangun teori atom. Jika kita tinjau vibrasi (getaran) sebuah sosok kawat (gambar 2), kita dapatkan bahwa sekelilingnya tepat sama debgab bilangan bulat dikali dengan panjang gelombang, sehingga setiap gelombang tersambung secara nalar dengan gelombang. Jika kawatnya elastic sempurna vibrasi gelombang ini akan berlangsung terus menerus. Mengapa hanya vibrasi seperti itu yang mungkin terjadi dalam kawat? Jika bilangan pecahan dikali panjang gelombang terdapat dalam kawat itu seperti gambar 3 interperensi destruktif akan terjadi ketika gelombang menjalar ke sekeliling kawat itu, dan vibrasinya akan berhenti dengan cepat.

                                                Gambar 1

Gambar 2

            Dengan menganggap perilaku gelombang electron dalam atom hydrogen serupa dengan vibrasi pada kawat , kita dapat mengambil postulat bahwa sebuah electron dapat mengelilingin inti hanya dalam orbit yang mengandung bilangan bulat kali panjang gelombang de Broglie.

Berdasarkan hasil pengamatan yang dilakukan Bohr, ternyata energy yang dipancarkan tidak berubah sehingga Bohr menyusun teori yang mempunyai dua postulat yang sangat fundamental, sebagai berikut: 

Postulat 1: Elektron dapat mengelilingi inti menurut lintasan berupa lingkaran tertentu tanpa memancarkan radiasi elektromagnetis. Lintasan berupa lingkaran tertentu ini mempunyai momentum anguler merupakan kelipatan bilangan bulat dari panjang gelombang de Broglie atau

 de Broglie                      ( 1.11 )

Berarti juga 

sehingga  mvr = n h/2                                                           ( 1.12 )

n = bilangan kuantum utama dan harganya 1, 2, 3, …. h = konstanta Planck = 6,63 X 10^-34 J.s.

Pada lintasan tertentu ini elektron bergerak mengelilingi intinya tanpa memancarkan energi, disebut orbit atau lintasan stasioner.

Berdasarkan postulat 1 ini besarnya jari-jari lintasan elektron dalam atom dapat dihitung sebagai berikut:  Panjang gelombang de Broglie untuk elektron adalah:

v =  kecepatan elektron seperti dalam Persamaan (1.4).

V = 

Menurut mekanika kuantum, suatu benda yang bergerak melingkar beraturan tidak kehilangan tenaga jika keliling lintasannya merupakan kelipatan bilangan bulat dari de Broglie.

Jadi, 2   de Broglie

2 = n = 

mvr =  n  = 

Dengan menyubstitusikan Persamaan (1.4) ke dalam Persamaan (1.11), panjang gelombang orbit elektron adalah:

ℷ =                                                                              ( 1. 13 )

Keliling orbit lingkaran berjari-jari r ialah 2jadi dapat kita tuliskan syarat kemantapan (kesetimbangan) orbit adalah:

nℷ = 2_n         n = 1, 2, 3, ….                                                             ( 1.14 )

dengan r_n menyatakan jari-jari orbit yang mengandung panjang gelombang. Bilangan n disebut bilangan kuantum dari orbit.

Dengan mensubstitusikan Persamaan (1.12) ke dalam Persamaan (1.13), panjang gelombang elektron adalah:

 =  = 2_n

sehingga jari-jari orbit elektron dalam atom Bohr adalah:

r_n =                     n = 1, 2, 3, …                                                  ( 1.15 )

Jari-jari orbit terdalam atau terkecil bila n = 1, disebut jari-jari Bohr dari atom hidrogen dan dinyatakan dengan lambing a₀.

^-11   m = 0,5292 Ằ

Jari-jariyanglaindapatdinyatakandenganao.

Rn  =n2ao

sehinggajarakantaraorbityangberdekatanbertambahbesar.

Jadi,hanyajari-jarilintasan tertentuyangmemenuhi Persamaan (1.14) yang memungkinkan  elektron dapat mengorbit mengelilingi inti atom menurutlintasanlingkarantanpamemancarkangelombangelektromagnetik.

Postulat 2:Tiap-tiaplintasanelektronmempunyai tingkatenergisendiri-sendiri. Apabilaelektronmeloncatdarisuatulintasanyangtingkatenerginya En  ke lintasanyangtingkatenerginyaE1makaakandipancarkanenergifotonyang besarnyasamadenganhf.

ApabilaEn>E1energitersebut dipancarkan,sebaliknyaapabila En>E1, energi tersebutdiserap olehatom. Jadi,menurutteoriatom Bohrini,elektron tidakterus-menerusmemancarkanenergi,tetapihanyamemancarkan atau menyerapenergiapabilaelektronmeloncatdari satulintasankelintasanyang lain.

2.1.4 Kelebihan dan Kekurangan Atom Bohr

Kelebihan dari teori atom bohr yaitu:

1.        Mampu menerangkan spektrum dari atom yang mempunyai satu elektron pada kulit terluarnya.

Kekurangan dari teori atom neils bohr

1.        Tidak dapat menerangkan spektrum dari atom yang ada pada kulit terluarnya mempunyai lebih dari satu elektron.

2.      Tidak dapat menerangkan terjadinya garis spektral tambahan ketika atom hidrogen diletakkan pada medan listrik atau medan magnet.

3.      Tidak mampu menghitung besarnya panjang gelombang spektral tambahan ini, bahkan tidak meramalkan keberadaan garis ini sama sekali.

Hal lain yang menjadi masalah dalam atom bohr adalah anggapan bohr bahwa orbit elektron berupa satu garis lingkaran. Orbit ini hanya ada dalam teori saja tapi tidak akan pernah dapat diselidiki secara langsung melalui eksperimen. Tidak seperti orbit planet yang posisinya dapat diketahui secara persis, posisi elektron tidak pernah dapat ditetapkan secara persis (ini berhubungan dengan prinsip ketidakpastian elektron). Itulah sebabnya kadang-kadang orang menggambarkan lintasan elektron berupa awan-awan.

BAB III

PENUTUP

1.1  Kesimpulan

Dapat disimpulkan bahwa Neils Bohr mengembangkan teori tentang spektrum radiasi atom-atom hidrogen yang berhasil dan juga mengembangkan gagasan mengenai keadaan mantap (stasioner) dan asa melengkapi bagi mekanika kuantum yng ia sempurnakan berdasarkan teori para ahli sebelumnya. Sehingga dapat kita ketahui bahwa Model Bohr dari atom hidrogen menggambarkan elektron-elektron bermuatan ngatif 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. Dengan begitu kita dapat mengetahui gelombang elektron dalam atom melalui beberapa persamaan yang sudah disederhanakan berdasarkan gelombang yang didapat dalam Teori Atom Bohr.

1.2  Saran

Dari penjelasan tersebut diharapkan pembaca dapat memahami lebih dalam mengenai Teori Atom Bohr tersebut. Dimulai dari sejarah terbentuknya teori, model atom bohr, kelebihan dan kekurangan hingga rumus yang ada pada teori Bohr yang digunakan pada perhitungan secara matematis

DAFTAR PUSTAKA

Arief, Alimufi. 2002. Fisika Atom. Yogyakarta : Universitas Gadjah Mada.

Ariyanto, Sudi. 2000. Lintasan Sejarah Perkembangan Konsep Atom. Jurnal Widyanuklid. Vol.3.No.2.

Beiser, Arthur. 1987. Konsep Fisika Modern. Jakarta   : Erlangga.

Gribbin, John. 2005. Fisika Kuantum. Jakarta: Erlangga.

Izzati, Nur. 2012. Supersoal Fisika SMA. Jakarta: Penerbit Gagas Media.               

Sundari, Fatimah Septi. 2013. Big Bank Soal-bahas Kimia SMA/MA. Jakarta: Wahyumedia.

Surya, Yohanes. 2009. Fisika Modren. Tangerang: Penerbit PT Kandel.

Tim Erlangga Fokus SMA.2016.Erlangga Fokus UN SMA/ma 2017 Program

 IPA.Jakarta:Erlangga.