Elektron Dalam Atom

Model atom yang dikemukakan oleh Joseph John Thompson mempunyai banyak kelemahan, demikian pula dengan model atom yang dikemukakan oleh Ernest Rutherford. Model atom Rutherford tidak dapat menjelaskan alasan mengapa elektron tidak dapat jatuh kedalam inti. Fisika klasik menyatakan bahwa apabila terdapat suatu partikel bermuatan yang bergerak menurut lintsan lengkung maka energinya akan hilang dalam bentuk radiasi. Pernyataan fisika klasik ini menjadi persoalan bagi model atom yang dikemukakan oleh Rutherford karena jika elektron bergerak mengelilingi inti, maka elektron akan kehilangan energinya dan energi kinetik elektron akan terus berkurang. Gaya tarik inti atom terhadap elektron akan menjadi lebih besar daripada gaya sentrifugal lintasan elektron dan menyebabkan lintasan menjadi spiral dan akhirnya elektron jatuh kedalam inti atom. Apabila elektron jatuh kedalam inti atom, maka atom menjadi tak stabil. Hal ini bententangan dengan pernyataan umum bahwa atom stabil.

Lintasan spiral elektron

Spektrum garis

Menurut Max Planck radiasi elektromagnetik bersifat diskontinyu atau dalam bentuk kuanta. Diskontinyuitas radiasi elektromagnetik dikuatkan oleh efek fotolistrik yang dikembangkan oleh Albert Einstein. Sedangkan kuantisasi/kuanta energi digunakan oleh Niels Bohr dalam momentum sudut elektron untuk pengembangan teorinya tentang atom hidrogen.

Apabila berkas cahaya polikromatis seperti lampu listrik dan sinar matahari dilewatkan melalui prisma maka akan diperoleh spektrum kontinyu yang terdiri dari berbagai warna penyusunnya. Spektrum garis dihasilkan apabila sumber cahaya polikromatik seperti lampu listrik dan sinar matahari diganti oleh busur listrik berisi gas hidrogen maka akan dihasilkan spektrum yang tidak kontinyu. Spektrum yang tidak kontinyu berupa sederetan garis berwarna yang disebut spektrum garis tak kontinyu.

Spektrum garis didapat dengan cara sebagai berikut:

• Zat yang diselidiki spektrumnya diuapkan pada temperatur tinggi
• Uap yang terbentuk diletakkan diantara dua elektroda grafit
• Listrik bertegangan tinggi dialirkan melalui elektroda grafit

Spektrum garis yang paling sederhana adalah spektrum garis atom hidrogen. Balmer melakukan penelitian sehingga didapatkan deret Balmer untuk atom hidrogen.

Spektrum cahaya polikromatik

Spektrum garis

Deret Balmer untuk atom hidrogen

Teori Bohr

Seperti telah diketahui bahwa menurut Max Planck radiasi elektromagnetik bersifat diskontinyu atau dalam bentuk kuanta. Max Planck menurunkan persamaan untuk pernyataan tersebut sebagai berikut:

Pernyataan tersebut bertentangan dengan pandangan fisika klasik yang mengemukakan bahwa energi bersifat kontinyu.

Untuk mengatasi perbedaan tersebut, Niels Bohr melakukan penelitian dan mencoba menjelaskan dengan pendekatan pemecahan spektrum garis hidrogen. Bohr menggunakan pendekatan Max Planck untuk menjelaskan spektrum garis hidrogen.

Beberapa hasil penelitian Bohr diantara adalah

• Elektron mengorbit pada lintasan tertentu dan dengan tingkat energi tertentu
• Lintasan orbit elektron berbentuk lingkaran dan disebut kulit
• Momentum sudut elektron yang mengorbit berharga kelipatan .  Setiap elektron yang mengorbit mempunyai momentum sudut sebesar yang merupakan bilangan bulat positif dan disebut sebagai bilangan kuantum utama.

Bilangan kuantum utama menyatakan kulit

Hubungan Lintasan, Kulit dan Bilangan Kuantum

Pendekatan energi oleh Max Planck dan fisika klasik

Niels Bohr

• Energi elektron berbanding terbalik dengan lintasan (kulit)
• Keadaan paling stabil adalah pada saat n = 1 yakni ketika elektron memiliki energi paling minimal
• Elektron berada dalam keadaan stasioner, tidak memancarkan dan menyerap energi, ketika elektron megorbit mengelilingi inti atom.

Apabila elektron berpindah dari tingkat energi rendah menuju tingkat energi tinggi maka energi akan diserap untuk melakukan proses tersebut. Elektron yang berpindah dari tingkat energi rendah menuju tingkat energi yang lebih tinggi menyebabkan elektron tereksitasi. Akan tetapi keadaan elektron tereksitasi ini tidak stabil sehingga elektron kembali dari tingkta energi tinggi menuju tingkat energi rendah yang disertai pelepasan energi dalam bentuk radiasi.

Model atom Bohr

Teori Bohr berhasil menjelaskan spektrum garis atom hidrogen dan ion-ion berelektron tunggal seperti ₂He⁺ dan ₃Li²⁺. Akan tetapi teori Bohr juga masih menunjukkan kelemahan yaitu tidak mampu menjelaskan spektrum garis atom berelektron banyak dan sifat spektrum garis dalam medan magnet serta tidak dapa menjelaskan garis-garis halus spektrum garis atom hidrogen.

Proses eksitasi dan emisi

Contoh soal:

Berapakah energi sinar laser dengan panjang gelombang 780nm.

Konfigurasi elektron

Susunan elektron dalam atom dapat dijelaskan menggunakan konfigurasi elektron. Penyusunan elektron dalam atom didasarkan pada teori-teori berikut:

• Teori dualisme gelombang partikel yang dikemukakan oleh de Broglie pada tahun 1924. Teori ini menyatakan bahwa elektron dalam atom bersifat gelombang dan partikel.
• Azas ketidakpastian yang dikemukakan oleh Heisenberg pada tahun 1927. Teori ini menyatakan bahwa posisi dan momentum partikel tidak dapat ditentukan secara pasti dalam waktu bersamaan. Teori ini menyiratkan bahwa lintasan elektron tidak berbentuk lingkaran.
• Teori persamaan gelombang yang dikemukakan oleh ErwinSchrodinger. Teori ini dapat menerangkan pergerakan partikel-pertikel mikroskopik termasuk elektron.

Azas ketidakpastian Heisenberg menyebabkan posisi elektron tidak dapat ditentukan dengan pasti demikian pula dengan orbit elektron dalam atom menurut mekanika kuantum. Walaupun orbit elektron tidak dapat ditentukan dengan pasti tetapi peluang untuk menemukan elektron pada posisi tertentu di sekitar inti masih mungkin untuk ditentukan. Obital merupakan daerah disekiar inti dengan peluang terbesar untuk menemukan elektron. Kapasitas maksimal orbital untuk ditempati elektron sebesar 2 elektron. Orbital juga mempunyai energi yang khas bagi tiap-tiap elektron untuk menempatinya. Energi khas untuk tiap elektron ini sering disebut tingkat energi. Hanya elektron dengan energi yang cocok dapat menempati orbital tersebut. Sistem susunan elektron dalam atom dapat dilihat pada gambar berikut.

Susunan Bilangan Kuantum

Jumlah maksimum elektron dalam kulit tertentu sebesar 2n² dengan n adalah nomor kulit. Pengisian elektron dimulai pada kulit dengan tingkat energi terendah yaitu kulit pertama atau kulit K yang dilanjutkan dengan kulit L, M, N dan seterusnya. Pengisian dilakukan dengan pengisian maksimum terlebih dahulu untuk tiap kulit. Apabila terdapat 18 elektron maka elektron akan mengisi kulit K sebanyak 2 yang dilanjutkan dengan pengisian kulit L sebanyak 8 elektron dan diakhiri dengan pengisian kulit L sebanyak 8 elektron.

Elektron valensi merupakan jumlah elektron yang terdapat pada kulit terluar suatu atom unsur. Ikatan kimia dapat terbentuk dengan memanfaatkan atau menggunakan elektron valensi sehingga elektron valensi dapat dikatakan merupakan penentu sifat kimia atom unsur.

Elektron valensi beberapa unsur periode 2 dan periode 3

Contoh soal:

Tuliskan konfigurasi elektron C (Z=6).

Jawab:

Konfigurasi elektron       C = [K = 2, L = 6]

Contoh soal:

Berapakah jumlah elektron maksiumum yang dapat menempati kulit O (n=5)?

Jawab:

Jumlah elektron di kulit O (n=5) = 2(2)⁵ = 64 elektron.

Kata Pencarian Artikel ini: