bab ii-3
DESCRIPTION
Kimia FisikaTRANSCRIPT
-
3
BAB II
JAWABAN PERTANYAAN
1. BOHR
A. Tabel Perbedaan Teori Fisika Klasik dan Teori Kuantum
Keterangan Teori Fisika Klasik Teori Kuantum
Gambaran Cahaya Partikel Gelombang
Hubungan Energi Kinetik
dan Intensitas Cahaya Berbanding lurus Tidak bergantungan
Spektrum Energi Cahaya Kontinu Tidak kontinu
Spektrum Radiasi Benda
Hitam
Tidak dapat
menjelaskan Mampu menjelaskan
Efek Fotolistrik Tidak dapat
menjelaskan Mampu menjelaskan
Efek Compton Tidak dapat
menjelaskan Mampu menjelaskan
Fasa 3 Fasa
(Cair, Padat, Gas)
4 Fasa
(Cair, Padat, Gas dan
Plasma)
Pada fisika klasik cahaya digambarkan sebagai gelombang yang
memiliki spektrum kontinu sehingga tidak dapat menjelaskan mengenai
spektrum radiasi benda hitam, efek fotolistrik dan efek Compton. Pada teori
kuantum cahaya digambarkan sebagai partikel yang memiliki energi
terkuantisasi dalam bentuk foton sehingga dapat menjelaskan mengenai
spektrum radiasi benda hitam, efek fotolistrik dan efek Compton.
Spektrum benda hitam adalah dimana benda hitam yang menyerap
radiasi akan membuat perpindahan elektron karena energinya terkuantisasi.
Soektrum benda hitam menjelaskan mengenai cahaya sebagai partikel yang
memiliki foton. Efek fotolistrik adalah fenomena terjadinya lucutan elektron
dari permukaan logam apabila suatu cahaya dikenakan pada permukaan
logam. Efek ini menjelaskan bahwa adanya sifat partikel dari cahaya, yaitu
gambaran foton. Efek Compton menjelaskan mengenai gejala hamburan dari
penembakan suatu materi dengan sinar-X. Jika sejumlah elektron yang
dipancarkan ditembak dengan sinar-X, maka sinar-X ini akan terhambur. Efek
Compton menerangkan bahwa sifat gelombang untuk materi dengan
menerangkan momentum foton dan energi foton. Ketiga hal tersebut tidak
dapat dijelaskan apabila cahaya hanya dianggap sebagai sebuah gelombang.
-
4
B. Tabel Bilangan Kuantum
Keterangan Principal
quantum
number (n)
Angular momentum
quantum number (l)
Magnetic
quantum number
(m)
Menyatakan Kulit atom Subkulit atom Jumlah orbital
Orbital Ukuran orbital Bentuk orbital Orientasi orbital
Nilai Bilangan bulat
n-1 -l sampai +l
a. Principal quantum number (n) Bilangan kuantum utama menyatakan tingkat energi atom. Semakin
besar kulit atom maka semakin tinggi tingkat energinya serta semakin
besar ukuran orbitalnya. Nilai bilangan kuantum utama adalah berupa
bilangan bulat dari 1,2,3,.. dst.
b. Angular momentum quantum number (l) Bilangan kuantum azimuth menyatakan subkulit tempat elektron
berada. Bilangan ini juga mempengaruhi bentuk orbital. Besar
bilangan kuantum azimuth (l) adalah bilangan kuantum utama
dikurangii satu. Untuk nilai l = 0 maka menunjukkan subkulit s, l=1
menunjukkan subkulit p, l=2 menunjukkan subkulit d dan l=3
menunjukkan subkulit f. Tiap subkulit memiliki bentuk orbital yang
berbeda-beda.
c. Magnetic quantum number (m) Bilangan kuantum magnetik menunjukkan jumlah orbital yang
ditempati elektron. Bilangan ini juga mempengaruhi orientasi orbital
karena adanya gaya dari luar. Besar bilangan kuantum magnetic
adalah negative bilangan kuantum azimuth sampai dengan positif
bilangan kuantum azimuth (-l s/d +l)
C. Persamaan Rydberg yaitu :
Dengan R : konstanta Rydberg
n1 : bilangan kuantum utama atom yang berpindah
n2 : bilangan kuantum utama atom yang dituju
Bohr hanya menjelaskan atom Hidrogen dalam teori dan percobaannya
sehngga besar n1 pada persamaan Rydberg sama dengan besar bilangan
kuantum utama n dalam model Bohr yaitu 1.
-
5
D. Tabel Spektrum
Keterangan Spektrum Serapan Spektrum Emisi
Garis spectrum
Berasal dari
penyerapan energi
yang dilakukan oleh
atom-atom yang tak
tereksitasi
Berasal dari radiasi yang
dipancarkan oleh atom-
atom tereksitasi
Bohr melakukan percobaan pada atom hidrogen dimana gas hidrogen
diletakkan di dalam tabung kemudian arus listrik dialirkan ke dalam tabung,
gas akan memancarkan cahaya. Dari radiasi yang dipancarkan hidrogen,
Bohr memprediksi garis spektra atom hidrogen. Radiasi yang timbul berasal
dari pemancaran energi oleh hidrogen sehingga spektrum yang digunakan
Bohr adalah spektrum emisi.
E. Salah satu teori atom Bohr adalah : 1. Selama mengelilingi inti atom, elektron tidak kehilangan energi dan
berada pada lintasan-lintasan energi tertentu yang disebut orbit atau kulit
elektron. Pada setiap lintasan energi gerak elektron selalu tetap besarnya
(elektron tidak mengalami kehilangan energi sewaktu melintas pada
lintasannya mengelilingi inti. Oleh karena energi elektron pada lintasan
selalu tetap maka elektron tidak akan tertarik masuk ke inti.
Pada kenyataannya tidak semudah teori yang diungkapkan oleh Bohr.
Untuk atom yang memiliki jumlah elektron banyak, pergerakan electron dan
posisi elekton semakin rumit, sehingga aktivitas elektron tidak dapat dengan
mudah diketahui. Model Bohr menganggap bahwa elektron berada dalam
orbit lingkaran dengan radius tertentu dari inti sehingga teori Bohr ini hanya
akan mendekati atom orbital yang sangat sederhana 's' karena bentuk orbital s
adalah bola sedangkan untuk subkulit lainnya berbentuk pilin.
Atom yang memiliki banyak elektron tentu elektronnya tersebar tidak
hanya di kulit pertama dan tidak hanya menempati subkulit s, melainkan
berada di kulit ke-n dan dapat menempati subkulit s, p, d, f. Hal itu membuat
Bohr tidak dapat memprediksi spectra atom lain selain hidrogen.
Contoh dari Bohr Model untuk atom hidrogen (Z = 1) atau untuk ion
hidrogen seperti (Z> 1), di mana elektron bermuatan negatif mengorbit
bermuatan positif inti kecil. Energi elektromagnetik akan diserap atau
dipancarkan jika elektron bergerak dari satu orbit ke yang lain. Hanya orbit
elektron tertentu yang diizinkan. Jari-jari orbit yang mungkin meningkat
sebagai n2menghasilkan baris pertama dari deret Balmer. Untuk hidrogen (Z = 1) ini
menghasilkan foton yang memiliki panjang gelombang 656 nm (lampu
merah).
-
6
F. Diketahui
mencapai tingkat intermediate
mencapai keadaan dasar ( n = 1 ) Ditanya
(a) nH? (b) nI? (c)
Jawab
a) Semua pertanyaan dapat dijawab menggunakan persamaan Ryberg
b) Menggunakan persamaan Ryberg dengan nI sebagai n1 dan nH sebagai n2.
c) Menggunakan persamaan Ryberg dengan nI sebagai n2 dan nG sebagai n1.
-
7
G. Teori Molecular Orbital Mekanika
Konduktor (logam) Diantara Pita valensi dan pita konduksi konduktor tidak memiliki kesenjangan (gap), sehingga elektron dapat mengalir, walaupun
pada perbedaan potensial listrik yang kecil. Ketika suhu dinaikkan, gerakan
acak yang lebih besar dari atom menghalangi gerakan elektron, yang
menurunkan konduktivitas logam. Contoh konduktor pada uumnya adalah
logam, seperti emas, perak, tembaga, alumunium, zink, dan besi.
Semikonduktor (metaloid) Dalam semikonduktor, celah energi yang relatif kecil terdapat antara pita valensi dan pita konduksi. Elektron tereksitasi secara
termal dapat menyeberangi kesenjangan (gap), sehingga arus kecil mengalir.
Berbeda dengan konduktor, konduktivitas semikonduktor meningkat ketika
dipanaskan karena eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi terjadi
setelah diberi energi. Contoh bahan ini adalah Germanium dan silikon.
Isolator (nonmetals) Dalam isolator, kesenjangan antara pita terlalu besar bagi elektron untuk melompat bahkan ketika zat dipanaskan, sehingga tidak
ada arus yang dapat terjadi. Contohnya adalah karet plastik dan kayu.
Superkonduktor Bahan Superkonduktor adalah bahan yang dalam kondisi tertentu dapat menghantarkan listrik tanpa hambatan listrik. Ketika logam
berada pada suhu biasa, aliran elektron dibatasi oleh tabrakan dengan atom
bergetar di situs kisi mereka. Pembatasan aliran seperti ini muncul sebagai
pemanasan resistif dan menimbulkan kehilangan energi. Agar tidak
kehilangan energi, superkonduktor memerlukan pendinginan ekstrim untuk
meminimalkan gerakan atom. Fenomena luar biasa ini telah diamati dalam
logam hanya dengan pendinginan mereka mendekati nol mutlak, yang bisa
dilakukan hanya dengan helium cair. Seperti konduktor logam, oksida
superkonduktor tidak memiliki celah pita. Suatu superkonduktor dapat saja
berupa suatu konduktor, semikonduktor ataupun suatu insulator pada keadaan
ruang. Suhu di mana terjadi perubahan sifat konduktivitas menjadi
superkonduktor disebut dengan temperatur kritis (Tc). Dengan tidak adanya
hambatan, maka arus dapat mengalir tanpa kehilangan energi. Untuk saat ini
bahan superkonduktor masih bekerja pada suhu yang relatif rendah sekitar 90
Kelvin. Contoh bahan superkonduktor adalah Yttrium barium copper oxide
(YBa2Cu3O7).
2. LASER
A. Diketahui:
Energi yang dikirim dengan cahaya biru = energi yang dikirim dengan cahaya
kuning
Maka,
-
8
Jumlah electron yang dihasilkan akan lebih banyak jika energi yang
dihasilkannya kecil karena jumlah electron yang terlepas berbanding terbalik
dengan energi yang dihasilkan. Jadi, laser yang menghasilkan jumlah
electron lebih banyak adalah laser cahaya kuning.
Karena logam yang dipakai sama, maka frekuensi ambangnya (f0)
sama, sehingga kita cukup melihat ke energi yang dihasilkan saja. Laser yang
memiliki energi kinetic lebih besar adalah laser yang mengasilkan energi yang
lebih besar. Dalam soal ini, laser yang menghasilkan energi yang lebih besar
adalah laser biru. Jadi, laser yang menghasilkan energi kinetic yang lebih
besar adalah laser biru.
B. Sifat beberapa laser umum yang digunakan.
Tipe v (s-1
) E (J) Warna
He-Ne 632.8 4,741 x 1014
3,14 x 10-19
Oranye
Ar 514,5 6,148 x 1014
4,074 x 10-19 Hijau
Ar-Kr
488 6,147 x 1014
3,499 x 10-19
Biru
567 5,29 x 1014
3,499 x 10-19
Kuning-hijau
647 4,637 x 1014
3,499 x 10-19
Merah
Dye 663.7 4,48 x 1014
2,97 x 10-19
Merah keunguan
Perhitungan dilakukan berdasarkan rumus:
3. KEELEKTRONEGATIFAN
A. Tabel energi ikatan adalah sebagai berikut
Bond length (nm) and Bond Energy (eV)
Bond Length Energy
H H 0.074 4.52
C C 0.154 3.61
H C 0.109 4.28
H Br 0.141 3.79
-
9
Br-Br 0.228 2.00
Keelektronegativitas Br Dari tabel kita mengetahui bahwa:
Keelektronegativitas C Dari tabel kita mengetahui bahwa:
B. Perbedaan keelektronegativitas berdasarkan tabel elektronegativitas Pauling Br C = 3,0 2,5 =0,5
C. Garis tren keelektronegatifan
-
10
Berdasarkan Skala Pauling, dua unsur yang paling elektronegatif adalah F
(4,0) yang pada grafik disebut Group 17 dan O (3,4) yang pada grafik disebut
Group 16.
Energi ionisasi adalah energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu
electron dari atom netral. Semakin kuat electron valensinya, semakin besar
energi ionisasi yang dibutuhkan. Elektronegativitas adalah kemampuan atom
untuk menarik electron dalam ikatan kimia. Jika untuk memindahkan suatu
electron dari atom memerlukan energi yang besar maka inti atom tersebut
memiliki daya tarik yang kuat dengan electron valensinya dan memiliki ikatan
yang kuat dengan atom lain, sehingga elektronegativitasnya semakin besar.
4. ELEKTROMAGNETIK
A. -Urutan spectrum gelombang elektromagnetik berdasarkan kenaikan panjang gelombang:
Sinar X; Sinar ultraviolet; Cahaya tampak; Inframerah; Microwave;
Gelombang radio.
-Urutan spectrum gelombang elektromagnetik berdasarkan peningkatan
frekuensi:
Gelombang radio; Microwave; Inframerah; Cahaya tampak; Sinar
ultraviolet; Sinar X
-Urutan spectrum gelombang elektromagnetik berdasarkan peningkatan
energi:
Gelombang radio; Microwave; Inframerah; Cahaya tampak; Sinar
ultraviolet; Sinar X
B. a) Frekuensi sinyal TV = 59,5 sampai 215,8 MHz Panjang gelombang sinyal radio = 2,78 sampai 3,41 m
-
11
Sinyal akan bertumpang tindih jika energi yang dipancarkan sama.
Energi berbanding lurus dengan frekuensi, maka sinyal pun akan
bertumpang tindih jika frekuensi yang dipancarkan sama.
Frekuensi yang dipancarkan sinyal TV adalah 59,5 sampai 215,8 MHz
dan gelombang yang dipancarkan radio memiliki frekuensi sebesar 80
sampai 107,9 MHz. Frekuensi gelombang radio berada diantara frekuensi
gelombang TV, maka pancaran sinyalnya akan tumpang tindih.
b) Sinyal transmisi radio yang memiliki jalur transmisi lebih luas adalah AM.
Hal ini dikarenakan AM mentransmisikan gelombang pada frekuensi
medium sedangkan FM mentransmisikan gelombang pada VHF (very
high frequency). Akan tetapi, sinyal FM juga dapat ditransmisikan pada
jarak jauh dengan cara menurunkan frekuensinya.
C. a) f = 8,93 x 107 Hz s = 8,1 x 10
7 km = 8,1 x 10
10 m
Maka,
Jadi, waktu yang dibutuhkan gelombang radio tersebut untuk sampai ke
Mars sekitar 90,706 s atau sekitar 1,5 menit.
b) v = 8,93 x 108 m/s t = 1,2 s s?
Maka,
Jadi,berdasarkan perhitungan jarak bumi ke bulan adala 1,0716 x 109m.
5. KRISTAL DAN PADATAN AMORF
-
12
A. Empat jenis kristal :
Jenis
Kristal Sifat Kristal Contoh
Kristal
Ionik
1. Terbentuk dari ikatan positif dan negatif(metal dan nonmetal) sehingga
muncul energi kohesif/ energi potensial
2. Besar energi kohesif dapat dihitung dengan rumus:
3. Ion-ion terletak pada titik-titik kisi dan atraksi antar partikel (ion) disebabkan oleh
gaya elektrostatik yang kuat, akibatnya titik
leleh tinggi dan cukup keras
4. Kristal ionik merupakan penghantar listrik yang buruk, karena ion-ion terpaku erat
pada kisi yang kaku. Namun, jika
dilelehkan menjadi penghantar listrik yang
baik, karena ion-ion dapat bergerak bebas
Kristal NaCl,
CeCl2, CsCl,
CsBr, CsI,
ZnS
Kristal
Kovalen
1. Terbentuk karena ikatan kovalen sehingga padatannya berbentuk keras dan titik
lelehnya tinggi
2. Energi kohesifnya terbentuk karena ikatan kovalen polar dan/atau nonpolar
3. Kristal ini tidak larut dalam zat cair biasa, konduktor yang buruk, dan tembus cahaya
Grafit, Kuarsa
SiO2, Berlian,
SiC, Kuprit
Cu2O
Kristal
Logam
1. Terbentuk karena ikatan logam dan terjadi interaksi antar orbital dan terbentuk orbital
molekul
2. Kristal bersifat tidak tembus cahaya, tampak kilap, memiliki konduktivitas yang
baik, dapat dilarutkan dan dicampur untuk
membentuk senyawa baru
3. Ion positif terletak pada titik-titik kisi kristal yang dikelilingi oleh elektron valensi
dari semua atom logam dalam kisi itu.
Atraksi elektrostatik terjadi antara ion-ion
positif dan larutan elektron
4. Elektron berada dalam keadaan terdelokalisasi pada seluruh kisi kristal,
akibatnya logam merupakan penghantar
listrik yang baik
Kristal Li, Ca,
Al, Fe
Kristal
Molekular
1. Terbentuk karena gaya van der Waals dan/atau ikatan hidrogen, terbentuk tidak
Ikatan
Hidrogen :
-
13
selalu dengan ikatan tetapi bisa karena ada
interaksi lemah antarmolekul
2. Akibat gaya atraksi antar molekul yang lemah, zat padat kristalin molekular
umumnya lunak dan mempunyai titik leleh
rendah
3. Kristal biasanya terjadi pada unsur gas mulia dan merupakan struktur kubus terjejal
4. Arah molekul bergantian, permukaan kristal teratur, tampak mengkilap
5. Setiap titik kisi ditempati oleh molekul
SO2, NH3,
H2O, asam
amino
Gaya Van der
Waals :
Ar, O2, CO2,
I2, S8 , P4
B. Definisi kata dan sistem simetri kubus
Crystalline solid : Poly crystalline solid berbeda dari single crystal solid. Polycrystalline tersusun atas beberapa single crystal dengan
orientasi kisi yang berbeda.
Lattice point : Kisi ruang (space lattice) adalah susunan titik-titik dalam ruang tiga dimensi di mana setiap titik memiliki lingkungan
yang serupa. Titik dengan lingkungan yang serupa itu disebut simpul
kisi (lattice points).
Unit cell : Unit terkecil dari struktur kristal. Pengulangan unit sel dengan suatu pola tertentu membentuk struktur kristal.
Coordination number : Jumlah atom yang mengelilingi satu atom dalam unit sel kristal. Bilangan koordinasi ditentukan oleh ukuran
atom logam pusat, jumlah elektron d, efek sterik ligan.
Closest packing : Atom dari kristal logam yang diatur dalam struktur dikemas rapat adalah kristal close-packed,struktur yang meminimalkan
ruang kosong antara atom.
Jenis Sistem Gambar Keterangan
Sistem
Isometrik
Jumlah sumbu kristalnya ada 3 dan saling
tegak lurus satu dengan yang lainnya.
Dengan perbandingan panjang yang sama
untuk masing-masing sumbunya.
Sistem
Tetragonal
Sistem kristal ini mempunyai 3 sumbu kristal
yang masing-masing saling tegak lurus.
Sumbu a dan b mempunyai satuan panjang
sama. Sedangkan sumbu c berlainan, dapat
lebih panjang atau lebih pendek.
-
14
Sistem
Hexagonal
Sistem ini mempunyai 4 sumbu kristal,
dimana sumbu c tegak lurus terhadap ketiga
sumbu lainnya. Sumbu a, b, dan d masing-
sama lain.
Sistem
Trigonal
Sistem Trigonal setelah terbentuk bidang
dasar, yang terbentuk segienam, kemudian
dibentuk segitiga dengan menghubungkan
dua titik sudut yang melewati satu titik
sudutnya.
Sistem
Orthorhombik
Sistem ini mempunyai 3 sumbu simetri
kristal yang saling tegak lurus satu dengan
yang lainnya. Ketiga sumbu tersebut
mempunyai panjang yang berbeda.
Sistem
Monoklin
Monoklin artinya hanya mempunyai satu
sumbu yang miring dari tiga sumbu yang
dimilikinya.
Sistem Triklin
Sistem ini mempunyai 3 sumbu simetri yang
satu dengan yang lainnya tidak saling tegak
lurus. Demikian juga panjang masing-masing
sumbu tidak sama.
C. Geometri sel kubik :
Sel Kubik Sederhana
Sistem kubus sederhana terdiri dari 1 titik lattice di setiap sudut
kubusnya. Setiap atom pada titik lattice atau kisi kemudian dibagi rata
ke-8 kubus lainnya. Maka dari itu, total sel satuan atau unit sel kubus
ini adalah 1 atom. Jumlah 1 atom didapatkan dari 1/8 x 8 atom = 1
atom.
Kubik berpusat badan (body-centered cubic) Sistem BCC memiliki 1 titik lattice di pusat sel satuan
ditambah 8 titik sudutnya. Total memiliki 2 titik lattice per satuan sel (
1/8 x 8 atom + 1 atom = 2 atom). Atom atom atau inti atom
bersentuhan satu sama lain sepanjang diagonal ruang. Hubungan
panjang sisi kristal BCC, a, dengan jari jari atomnya R ditunjukkan
-
15
Kubik berpusat muka (face-centered cubic)
Sistem FCC memiliki titik latice pada muka kubus. Setiap titik lattice
berisi setengah ditambah titik lattice pada sudut muka, totalnya ada 4 titik
lattice per satuan sel (1/8 x 8 atom dari sudut ditambah x 6 atom dari
muka). Contoh dari benda yang memiliki struktur kristal FCC adalah
alumunium, perak dan emas. Atom atom ion bersentuhan satu sama lain
sepanjang diagonal sisi. Hubungan panjang sisi kristal a dengan jari jari atom
Dari tiga gambar diatas (hard sphere unit cell) terlihat bahwa atom-
atom dalam struktur kristal FCC tersusun dalam kondisi yang cukup padat. Ini
terbukti dengan tingginya harga APF dari sel satuan FCC yaitu 74%
dibandingkan denag APF sel satuan BCC hanya bernilai 68%. Jadi dapat
disimpulkan bahwa FCC adalah struktur yang paling padat.
D. Ikatan koordinasi : Bilangan koordinasi menunjukkan jumlah atom yang mengelilingi 1 atom pada unit sel. Sel kubik sederhana memiliki bilangan
koordinasi 6, BCC memiliki bilangan koordinasi sebanyak 8, dan FCC
memiliki bilangan koordinasi sebanyak 12.