TEORI ATOM BOHR PIONER MEKANIKA KUANTUM

Tweet

A.    RINGKASAN MATERI

Model atom Niels Bohr merupakan kelemahan dari atom Rutherford yang kemudian diperbaiki oleh Bohr dengan percobaannya menganalisa spektrum warna dari atom hidrogen yang berbenruk garis. Hipotesis Bohr adalah :

§  Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif di dalam suatu lintasan.

§  Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan yang lain dengan menyerap atau memancarkan energi sehingga energi atom itu tidak akan berkurang. Jika berpindah dari lintasan yang lebih rendah ke lintasan yang lebih tinggi, maka elektron akan menyerap energi. Sedangkan jika berpindah dari lintasan tinggi ke lintasan yang lebih rendah, maka elektron akan memancarkan energi. Kelemahan atom Bohr adalah bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron. Kelemahan lainnya adalah tidak dapat menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak. Sehingga diperlukan model atom yang lebih sempurna dari model atom Bohr.

B.     PEMBAHASAN

             I.      AWAL TEORI ATOM BOHR

Teori atom Bohr memperkenalkan atom sebagai sejenis miniatur planet mengelilingi matahari, dengan elektron-elektron mengelilingi orbitnya sekitar bagian pokok, tetapi dengan perbedaan yang sangat penting. Yaitu bilamana hukum fisika klasik mengatakan tentang perputaran orbit dalam segala  ukuran, Bohr membuktikan bahwa elektron-elektron dalam sebuah atom hanya dapat berputar dalam orbitnya dalam ukuran spesifik tertentu. Atau dalam rumusan lain : elektron-elektron yang mengitari bagian pokok berada pada tingkat energi (kulit ) tertentu tanpa menyerap atau memancarkan energi. Elektron dapat berpindah dari lapisan dalam ke lapisan luar jika menyerap energi. Sebaliknya, elektron akan berpindah dari lapisan luar ke lapisan lebih dalam dengan memancarkan energi.

Teori Bohr memperkenalkan perbedaan radikal dengan gagasan teori klasik fisika. Pecobaan yang paling kritis adalah kemampuan teori Bohr menjelaskan spektrum dari Hidrogen atom. Telah lama diketahui bahwa gas hidrogen jika dipanaskan pada tingkat kepanasan tinggi akan mengeluarkan cahaya. Tetapi cahaya ini tidaklah mencakup semua warna, tetapi hanya cahaya dari sesuatu frekuensi tertentu. Nilai terbesar dari teori Bohr tentang atom adalah berangkat dari hipotesa sederhana tetapi sanggup menjelaskan dengan ketetapan yang mengagumkan tentang gelombang panjang yang persis dari semua garis spektral (warna) yang dikeluarkan oleh hidrogen. Lebih jauh dari itu, teori Bohr memperkirakan adanya garis spektral tambahan.

 Sementara itu teori struktur atom Bohr menghadapi kesulitan-kesulitan. Masalah terpokok adalah bahwa teori Bohr, meskipun dengan sempurna menjelaskan kesulitan masa depan atom (misalnya hidrogen) yang mempunyai satu elektron, tidak dengan persis memperkirakan spektra dari atom-atom lain. Ada beberapa alasan mengapa teori ini masih dipakai, pertama, sebagian dari hal-hal penting teorinya masih tetap dianggap benar. Misalnya, gagasannya bahwa atom dapat ada hanya pada tingkat energi yang cermat adalah merupakan bagian tak terpisahkan dari semua teori-teori struktur atom berikutnya.

          II.      MODEL ATOM RUTHERFORD

Di awal abad 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 membayangkan sebuah model sistem keplanetan yang diterapkan pada atom model Rutherford tahun 1911. Dengan elektron-elektron mengorbit ini layaknya planet mengorbit matahari. Namun, 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-lama akan jatuh spiral menuju ke inti. Ketika ini terjadi, maka frekuensi radiasi elektromagnetik yang dipancarkan akan berubah. Namun pada akhir abad 19 menunjukkan bahwa loncatan bunga listrik yang dilakukan dalam suatu gas memancarkan cahaya dalam frekuensi-frekuensi tetap yang diskret.

       III.      MODEL ATOM BOHR

Model atom Bohr menggambarkan sebuah atom sebagai sebuah inti kecil bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron yang bergerak dalam orbit sirkuler mengelilingi inti mirip dengan sistem tata surya, tetapi peran gaya gravitasi digantikan oleh gaya elektrostatik. Model ini adalah pengembangan dari model “ pudding prem “ (1904), model “ saturnian “ (1904), dan model “ Rutherford “ (1911). 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 mendapat landasan teoritis sebelum model Bohr diperkenalkan. Tidak hanya karena model Bohr menjelaskan alasan untuk struktur formula Rydberg, tetapi Bohr juga memberikan justifikasi hasil empirisnya dalam hal suku-suku konstanta fisika fundamental.

       IV.      BOHR, PIONER MEKANIKA KUANTUM

Model atom 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, karena kesederhanaannya, dan hasil yang tepatuntuk sebuah sistem tertentu, model Bohr tetap diajarkan sebagai pengenalan pada mekanika kuantum.

Untuk mengatasi kelemahan-kelemahan atom Rutherford dalam menjelaskan gerak elektron di dalam atom, Bohr mengusulkan pada tahun 1913, apa yang sekarang disebut Model Atom Bohr, dengan gagasan kunci adalah :

§  Elektron-elektron bergerak di dalam orbit-orbit dan memiliki momenta 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.

§  Elektron-elektron tidak akan kehilangan energi yang perlahan-lahan sebagaimana mereka bergerak di dalam orbit yang tidak meluruh.

Arti penting model ini adalah terletak pada pernyataan bahwa hukum mekanika klasik tidak berlaku pada gerak elektron di sekitar inti. Bohr mengusulkan bahwa satu bentuk mekanika baru (mekanika kuantum) yang menggambarkan gerak elektron di sekitar inti. Namun, model elektron yang bergerak dalam orbit yang terkuantisasi mengelilingi inti ini kemudian digantikan oleh model gerak elektron yang lebih akurat sekitar sepuluh tahun kemudian oleh fisikawan Austria Erwin Schrodinger dan fisikawan Jerman Werner Heisenberg. Poin-poin penting lainnya adalah :

§  Ketika sebuah elektron meloncat dari satu orbit ke orbit lainnya, perbedaan energi dibawa oleh sebuah kuntum tunggal cahaya ( foton ) yang memiliki energi sama dengan perbedaan energi antara kedua orbit.

§  Orbit-orbit yang diperkenankan tergantung pada harga-harga terkuantisasi ( diskret ) dari momentum sudut orbital, L menurut persamaan :

L = n . h

          2π

Dimana n = 1, 2, 3, …..dan disebut sebagai bilangan kuantum utama, sedangkan h adalah konstanta Plank. Poin kedua menyatakan bahwa harga terendah dari n adalah 1. Ini berhubungan dengan radius terkecil yang mungkin yaitu 0,0529 nm. Radius ini dikenal sebagai radius Bohr. Sekali elektron berada pada orbit ini, dia tidak akan mungkin bertambah lebih dekat lagi ke proton.

Model Bohr hanya akurat untuk sistem satu elektron seperti atom hidrogen atau helium yang terionisasi satu kali. Harga tingkat energi terendah untuk atom hidrogen adalah -13,9 eV yang diperoleh dari rumus :

En  =  ( -13,6 eV ) 1/ n²

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 seperti 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.

C.    KESIMPULAN

Dari pembahasan diatas dapat disimpulkan bahwa kelebihan dan kelemahan dari masing-masing model atom dari mulai model atom Dalton sampai dengan model atom Niels Bohr adalah sebagai berikut :

a.       Model Atom Dalton ( seperti bola pejal )

Kelebihan  = Mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom.

Kelemahan = Tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik, jika atom merupakan bagian terkecil dari suatu unsur dan tidak dapat dibagi lagi.

b.      Model Atom Thomson ( seperti roti kismis )

Kelebihan  =  Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur. Selain itu juga memastikan bahwa atom tersusun dari partikel yang bermuata positif dan negatif untuk membentuk atom netral. Juga membuktikan elektron terdapat dalam semua unsur.

Kelemahan = Belum dapat menerangkan bagaimana susunan muatan positif dalam bola dan jumlah elektron.

c.       Model Atom Rutherford ( seperti planet mengelilingi matahari )

Kelebihan   = Membuat hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti

Kelemahan  = Model tersebut tidak dapat menerangkan mengapa elektron tidak pernah jatuh ke dalam inti sesuai dengan teori fisika klasik.

d.      Model Atom Bohr ( seperti bola dengan inti ataom yang dikelilingi sejumlah elektron )

Kelebihan   = Mampu membuktikan adanya lintasan elektron untuk atom hidrogen.

Kelemahan = Hanya dapat menerangkan atom-atom yang memiliki elektron tunggal seperti gas hidrogen, tetapi tidak dapat menerangkan spektrum warna dari atom-atom yang memiliki banyak elektron.

Baca Artikel lainya: