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.