E BOOK MODEL ATOM

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur senantiasa penulis panjatkan kehadirat Allah SWT
yang telah melimpahkan karunia – Nya sehingga penyusunan E – Book
Model Atom dapat terselesaikan dengan baik. E – Book ini disusun sebagai
kelengkapan untuk pemahaman materi terkait model – model atom.
Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada berbagai pihak yang telah
membantu proses penyelesaian e – book ini. Penulis menyadari bahwa masih
banyak kekurangan dalam penyusunan e – book ini. Oleh karena itu, penulis
sangat mengharapkan kritik dan saran untuk perbaikan dan kesempurnaan
dalam e – book ini.

Medan, November 2022

Penulis

i

DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR............................................................................................ i
DAFTAR ISI.......................................................................................................... ii
BAB I PERKEMBANGAN MODEL ATOM..................................................... 1

1.1 Perkembangan Model Atom..................................................................... 1
1.2 SIFAT DASAR ATOM............................................................................ 3
BAB II MODEL ATOM DALTON..................................................................... 5
2.1 MODEL ATOM DALTON...................................................................... 5
BAB III MODEL ATOM THOMSON ............................................................... 8
3.1 MODEL ATOM THOMSON .................................................................. 8
3.2 Contoh Soal ............................................................................................ 11
3.3 Soal Latihan............................................................................................ 12
BAB IV MODEL ATOM RUTHERFORD ...................................................... 13
4.1 MODEL ATOM RUTHERFORD ......................................................... 13
4.2 Contoh Soal ............................................................................................ 19
4.3 Soal Latihan............................................................................................ 19
BAB V SPEKTRUM GARIS ............................................................................. 20
5.1 SPEKTRUM GARIS.............................................................................. 20
5.2 Contoh Soal ............................................................................................ 24
5.3 Soal Latihan............................................................................................ 25
BAB VI MODEL ATOM BOHR....................................................................... 26
6.1 MODEL ATOM BOHR ......................................................................... 26
6.2 Contoh Soal ............................................................................................ 28
6.3 Soal Latihan............................................................................................ 29
BAB VII MODEL ATOM KUANTUM............................................................ 30
7.1 MODEL ATOM MEKANIKA KUANTUM......................................... 30
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 35

ii

BAB I
PERKEMBANGAN MODEL ATOM
1.1 Perkembangan Model Atom
Pemikiran ini mendasari pengertian tentang atom yang telah
mengalami perkembangan yang cukup lama. Perkembangan ini dimulai
sejak para ahli filsafat Yunani bernama Demokritus (460-370 SM)
merumuskan gagasan bahwa zat dapat dibagi atas bagian-bagian yang
lebih kecil sampai mencapai satu bagian yang paling kecil yang tidak
dapat dibagi lagi. Bagian zat yang tidak dapat dibagi lagi ini disebut atom,
yang berasal dari kata Yunani atomos, artinya tak dapat dibagi lagi.
Konsepsi tentang atom yang dikemukakan oleh Demokritus ini
berdasarkan hasil pemikiran bukan berdasarkan hasil eksperimen.
Konsepsi ini pertama kali dikembangkan oleh Leukipos salah seorang
murid Demokritus dan sampai sekarang masih diakui kebenarannya.
Leukipos berkesimpulan bahwa alam semesta ini hanya terdiri dari
ruangan yang berisi atom-atom saja.
Selama + 2000 tahun teori tentang atom dari Demokritus dan
Leukipos ini tidak berkembang sama sekali karena orang masih percaya
kepada Aristoteles yang tidak membenarkan konsep tentang atom ini.
Baru pada abad ke-18 para ilmuwan mulai percaya karena konsep ini
mempunyai relevansi dengan proses fisika dan proses kimia yang mulai
berkembang. Gagasan tentang atom dan bagian terkecil dari pada zat
dipelajari lagi. Pada tahun 1802 John Dalton telah melakukan percobaan-
percobaan yang menunjang pertumbuhan pengertian tentang atom, yang
mencoba menerangkan reaksi-reaksi kimia antara zat-zat. Teori atom
Dalton hanya cocok dengan percobaan-percobaan yang dilakukan pada
saat itu. Untuk membuktikan kebenaran suatu teori perlu adanya
konsistensi dengan fakta dan harus menunjukkan bahwa teori itu adalah
suatu teori yang cocok. Apabila ada dua teori yang memenuhi kedua
syarat tadi maka akan dipilih yang lebih sederhana, dan dapat

1

menerangkan gejala-gejala yang lebih banyak atau yang berlaku lebih
umum.

Penemuan elektron oleh Thomson pada tahun 1897 dan pengetahuan
bahwa semua atom mengandung elektron membuat pandangan yang
penting mengenai struktur atomik. Elektron mengandung muatan listrik
negatif, sedangkan atom muatan listriknya netral, jadi setiap atom harus
mengandung cukup materi bermuatan positif untuk mengimbangi muatan
negatif elektron-elektronnya.

Menurut Thomson, sebuah atom mempunyai muatan-muatan listrik
positif yang tersebar merata di seluruh bagian atom, yang dikenal dengan
model kue atom Thomson. Tiga belas tahun kemudian uji eksperimen
model kue atom Thomson dilakukan oleh Ernest Rutherford seorang ahli
fisika Inggris. Ia mengadakan percobaan dengan menembak atom-atom
pada sebuah keping emas yang sangat tipis, dengan partikel-partikel alfa.
Partikel alfa adalah atom Helium yang kehilangan dua elektron sehingga
yang tertinggal ialah partikel bermuatan +2e. Hasil eksperimen yang
diperoleh memaksa kita untuk meninggalkan model atom Thomson.
Setiap atom terdiri dari sebuah inti kecil yang terdiri dari proton dan
neutron, serta sebuah elektron pada jarak yang lebih jauh. Dalam pikiran
kita terdapat gambaran bahwa elektron berputar mengelilingi inti, seperti
planet mengelilingi matahari. Akan tetapi, menurut teori elektromagnetik
klasik, menolak kemungkinan terdapatnya orbit elektron yang mantap.

2

1.2 SIFAT DASAR ATOM
Atom memiliki beberapa sifat dasar yaitu sebagai berikut :
a. Ukuran atom sangatlah kecil, yang memiliki ukuran sekitarnya 0,1 nm
(0,1 × 10−9 . Dengan demikian, mencoba “melihat” sebuah atom
dengan menggunakan cahaya tampak ( ≅ 500 ), lewat efek
difraksi misalnya adalah usaha yang sia – sia. Ini dikarenakan jari
“tangan cahaya tampak terlalu besar untuk menyelidiki struktur
“arloji” atom yang sangat halus
b. Semua atom stabil, yang mana atom tidak membelah diri secara
spontan menjadi bagian – bagian yang lebih kecil, semua gaya dalam
yang mengikat atom haruslah berimbang. Ini berarti, semua gaya tarik
dalam atom tentulah saling berlawanan, karena apabila tidak demikian
semua atom dalam alam semesta ini akan berantakan.
c. Semua atom mengandung elektron bermuatan negatif, namun netral.
Jika sebuah atom atau sekumpulan atom kita ganggu dengan gaya
yang cukup kuat, elektronnya akan terpancarkan. Dari semua
kenyataan eksperimental, maka dapat disimpulkan bahwa sebuah
atom dengan Z buah elektron yang bermuatan negatif harus pula
mengandung jumlah muatan positif sebesar Ze.
d. Atom memancarkan dan menyerap radiasi elektromagnetik. Spektrum
radiasinya bermacam – macam cahaya tampak ( ~500 ), sinar –
X ( ~1 ), sinar ultraviolet ( ~10 ), sinar inframerah
( ~0,10 ), dan seterusnya. Dalam pengukuran pancaran radiasi
elektromagnet yang khas, arus elektrik dilewatkan melalui sebuah
tabung berisi cuplikan wujud gas suatu unsur tertentu, yang kemudian
memancarkan radiasi elektromagnet apabila sebuah atom yang
tereksitasi berpindah kembali ke keadaan dasarnya. Berbagai panjang
gelombang yang dipancarkan sebuah atom dapat diukur dengan
ketelitian tinggi, misalnya dengan menggunakan kisi difraksi dalam
hal cahaya tampak. Panjang gelombang radiasi yang diserap dapat

3

diukur dengan melewatkan cahaya putih melalui suatu cuplikan gas,
dan kemudian mengamati warna – warna apakah dari cahaya putih
yang hilang karena diserap oleh gas. Dan dimana radiasi atom adalah
bahwa semua atom selalu memancarkan dan menyerap radiasi dengan
panjang gelombang yang sama, panjang gelombang yang hadir dalam
percobaan pemancaran radiasi tidak lagi muncul dalam percobaan
penyerapan radiasi. Dengan demikian, teori struktur atom yang
berhasil haruslah mampu menjelaskan spektrum panjang gelombang
radiasi yang dipancarkan dan diserap.

4

BAB II
MODEL ATOM DALTON
2.1 MODEL ATOM DALTON

John Dalton (1766 – 1844) telah melakukan
percobaan – percobaan untuk mengetahui
struktur sebuah atom. Hasil percobaan tersebut
kemudian dimaksudkan untuk menjelaskan
reaksi – reaksi kimia antar zat. Teori atom
Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu
hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan
hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier menyatakan bahwa “Massa
total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil
reaksi”. Sedangkan Prouts menyatakan bahwa “Perbandingan massa unsur-
unsur dalam suatu senyawa selalu tetap”. Pada tahun 1803, John Dalton
mengemukakan teorinya sebagai berikut :
a. Atom merupakan bagian terkecil suatu zat yang tidak dapat dibagi –
bagi. Atom tidak dapat dimusnahkan dan diciptakan.
b. Setiap unsur memiliki sifat unik yang sama dengan sifat atom
penyusunnya. Misalnya, atom unsur aluminium berbeda dengan atom
unsur besi. Atom suatu unsur tidak dapat berubah menjadi atom unsur
lain.
c. Dua atom lebih yang berasal dari unsur – unsur berlainan dapat
bersenyawa membentuk molekul.
d. Dalam suatu senyawa, atom – atom setiap unsur bergabung
membentuk senyawa dengan perbandingan tertentu dan sederhana.

5

Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal
seperti ada tolak peluru.

Gambar. Model Atom Dalton seperti bola pejal.

Teori atom Dalton tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat
menghantarkan listrik. Bagaimana mungkin suatu bola pejal dapat
menghantarkan listrik, padahal listrik adalah elektron yang bergerak. Berarti
ada partikel lain yang dapat menyebabkan terjadinya daya hantar listrik.

Pada awal abad 20, teori atom mengalami perkembangan yang sangat
pesat. Dalam beberapa hal, teori atom Dalton tidak sesuai lagi. Hasil
percobaan membuktikan bahwa atom masih dapat dibagi – bagi menjadi
partikel – partikel yang lebih kecil, seperti proton neutron, dan elektron.
Selain itu, inti atom suatu unsur dapat berubah menjadi unsur lain.
Adapun kelemahan dari teori atom John Dalton adalah sebagai berikut :

1. Ternyata atom bukanlah sesuatu yang tak terbagi, melainkan terdiri
atas berbagai partikel subatom.

2. Meskipun mempunyai sifat-sifat yang sama, atom-atom dari unsur
yang sama dapat mempunyai massa yang berbeda. Atom-atom dari
unsur yang sama, tetapi mempunyai massa yang berbeda disebut
isotop.

3. Melalui reaksi nuklir, atom dari suatu unsur dapat diubah menjadi
atom unsur lain.

4. Beberapa unsur tidak terdiri atas atom-atom, melainkan molekul-
molekul. Molekul unsur terbentuk dari atom-atom sejenis dengan
jumlah tertentu.

6

Selain memiliki kelemahan, teori atom John Dalton juga memiliki kelebihan
yaitu sebagai berikut :

1. Dapat menerangkan hukum kekekalan massa (Lavoisier).
2. Dapat menerangkan hukum perbandingan tetap (Proust).
3. Memulai minat terhadap penelitian mengenai model atom.

7

BAB III
MODEL ATOM THOMSON
3.1 MODEL ATOM THOMSON

J. J Thomson adalah ilmuwan asal Amerika
yang pertama kali menjelaskan tentang kelistrikan
atom. Diantara hal yang menggoyahkan teori atom
Dalton ialah hasil percobaan yang dilakukan oleh
Thomson pada tahun 1897. Thomson dalam
percobaannya menggunakan tabung sinar katode
untuk menentukan harga perbandingan antara muatan elektron dan massa
elektron.
Pada percobaannya Thomson menunjukkan bahwa partikel – partikel
sinar katode jauh lebih ringan daripada sebuah atom. Kemudian, partikel
yang menjadi bagian dari sebuah atom diberi nama oleh Thomson yaitu
elektron. Sinar katode merupakan aliran elektron – elektron yang keluar
dari kutub katode (negatif) dan mengalir ke kutub anode (positif). Aliran
elektron ini dapat terjadi jika anode dan katode diberikan beda potensial
tertentu.

Gambar. Skema Percobaan Thomson untuk menentukan nilai /

8

Sebuah elektron dapat bergerak lurus dengan kecepatan jika

beda potensial antara anode dan katode sebesar . Dengan

menggunakan hukum kekekalan energi, maka akan diperoleh :

=

= 1 2
2

Dengan adalah muatan elektron dan adalah massa

elektron. Kemudian, elektron dilewatkan pada medan listrik dan

medan magnetik pada lintasan yang lurus sehingga gaya yang

dialami oleh elektron akibat kedua medan tersebut sama besar dan

berlawanan arah.

(oleh medan listrik) = (oleh medan magnetik)

=

Sehingga


=

Dengan persamaan diatas, Thomson berhasil menghitung

perbandingan antara muatan elektron ( ) terhadap massa elektron

( ). Besarnya perbandingan tersebut adalah :

= 1,758803 × 1011C/kg


Muatan elektron dapat diketahui jika massa elektron tersebut

diperoleh atau sebaliknya massa elektron dapat diketahui jika

muatannya sudah diketahui.

Berdasarkan hasil percobaan Thomson, dia berpendapat bahwa

ukuran elektron lebih kecil daripada atom. Oleh karena itu, dia

meyakini elektron adalah partikel penyusun atom. Dimana elektron

bermuatan negatif, agar atom dapat tetap netral sehingga terdapat

penyusun atom yang bermuatan positif. Pada tahun 1904, J. J

Thomson mengemukakan model atomnya yaitu sebagai berikut :

9

“Atom berbentuk bola dan bermuatan positif yang tersebar merata ke
seluruh bagian atom dan dinetralkan oleh elektron yang melekat pada
permukaannya.”

Oleh karena itu, menurut Thomson elektron melekat pada
permukaan atom bagaikan kismis yang melekat pada roti sehingga
model atom Thomson dikenal sebagai model roti kismis.

Gambar. Model Atom J. J Thomson
Adapun kelebihan dari model atom J. J Thomson sebagai berikut :
1. Dapat menerangkan adanya partikel yang lebih kecil dari pada

atom yang disebut partikel subatomik.
2. Dapat menerangkan sifat listrik atom .
3. Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam

atom
4. Selain itu juga memastikan bahwa atom tersusun dari partikel yang

bermuatan positif dan negatif untuk membentuk atom netral. Juga
membuktikan elektron terdapat dalam semua unsur.
Kegagalan model atom Thomson ialah tidak mampu menjelaskan
fenomena yang menunjukkan bahwa elektron bergetar dengan
frekuensi tertentu. Hasil eksperimen Hamburan Rutherford tidak
dapat dijelaskan dengan menggunakan model atom Thomson.
Menurut model atom Thomson partikel alpha yang digunakan sebagai
proyektil pada percobaan Rutherford harus dihamburkan ke arah

10

muka dengan kata lain tidak ada partikel alpha yang direfleksi ke

depan.

Sedangkan hasil percobaan yang didapat oleh Rutherford terdapat

partikel alpha yang direfleksi ke depan. Oleh karena itu Rutherford

menyarankan suatu model atom yang lain lebih sesuai dengan hasil uji

coba hamburan partikel alpha.

3.2 Contoh Soal
1. Jika diketahui massa elektron = 9,1 × 10−31 , muatan elektron
1,6 × 10−19 , dan beda potensial antara anode dan katode 2 kV,

tentukanlah kelajuan elektron dalam tabung sinar katode.

Penyelesaian :

= 1 2
2

= √2


= √2(1,6 × 10−19 )(2 × 103)
9,1 × 10−31

= 2,7 × 107 −1

2. Eksperimen apa yang menunjukkan kekurangan dan kelemahan
model atom menurut Thomson dan gejala apa yang ditunjukkan?
Penyelesaian :
Eksperimen hamburan Rutherford. Gejala yang ditimbulkan dalam
eksperimen tersebut adalah terjadinya hamburan partikel alfa. Apabila
teori atom Thomson Denar maka seluruh partikel alfa dengan energi
yang besar itu tidak akan dihamburkan, akan menembus lurus keping
logam. Sebab atom-atomkeping logam netral tidak menghalangi
partikel alfa yang bermuatan listrik positif. Gejala yang ditunjukkan,
adanya sebagian besar partikel alfa menembus keping logam lurus

11

mengenai layar, tetapi sebagian lagi dibelokkan bahkan ada yang

dipantulkan dan membentuk sudut antara 90o sampai 180o.

3.3 Soal Latihan

1. Apakah model Thomson gagal pada sudut hambur besar ataukah

kecil? Mengapa?
2. Dengan menggunakan model Thomson dengan = 0,1 (jari –

jari khas atom), hitunglah sudut belok rata – rata per tumbukan apabila

berkas partikel alfa berenergi 5 ( = 2) dihamburkan dari atom

emas ( = 79).

3. Eksperimen apa yang menunjukkan kekurangan dan kelemahan

model atom menurut Thomson dan gejala apa yang ditunjukkan?

4. Bagian-bagian manakah dari teori atom Dalton yang tidak sesuai

dengan kenyataan sekarang?

12

BAB IV
MODEL ATOM RUTHERFORD
4.1 MODEL ATOM RUTHERFORD

Ernest Rutherford adalah seorang fisikawan dari
Selandia Baru yang belajar di Universitas Cambridge di
bawah bimbingan Thomson. Rutherford merancang
eksperimen untuk menyelidiki struktur atom yang
melibatkan penembakan partikel alfa bermuatan positif
pada selembar kertas emas tipis. Partikel alfa sangat kecil sehingga
mereka dapat melewati kertas emas, dan menurut model Thomson yang
menunjukkan muatan positif menyebar ke seluruh atom, seharusnya
terjadi dengan sedikit atau tanpa pembelokan. Dengan melakukan
eksperimen ini, ia berharap dapat mengonfirmasi model Thomson, tetapi
ia malah melakukan yang sebaliknya.
Model atom Rutherford merupakan model atom klasik yang
didasarkan pada hasil kajian hamburan partikel alpha dan juga
penyempurnaan dari model atom Thomson. Dalam eksperimen klasiknya
yang dilakukan pada tahun 1911 atas dasar usul Ernest Rutherford,
mereka memakai partikel alfa cepat sebagai bahan penyelidikan secara
spontan dipancarkan oleh unsur (elemen) radioaktif. Partikel alfa ialah
atom helium yang kehilangan dua elektron, sehingga hanya tertinggal
ialah partikel bermuatan +2e.
Geiger dan Marsden meletakkan sebuah sampel bahan pemancar
partikel alfa di belakang layar timbal yang mempunyai lubang kecil
seperti gambar eksperimen hamburan Rutherford di bawah, sehingga
menghasilkan berkas partikel alfa yang tajam. Berkas ini diarahkan pada
selaput emas tipis. Layar zink sulfide yang dapat digerakkan akan
memberikan denyar cahaya tampak apabila tertumbuk oleh partikel alfa
yang ditempatkan pada sisi lain dari selaput emas itu.

13

Gambar. Eksperimen hamburan Rutherford
Hanya model nuklir atom yang dapat menjelaskan hamburan partikel
alfa karena partikel alfa relatif berat (sekitar 7000 kali lebih massif dari
elektron) dan partikel yang dipakai dalam eksperimen ini memiliki
kecepatan tinggi (biasanya sekitar 2 × 107 / ), makan terdapat gaya
derfleksi sebesar itu. Satu – satunya model atom yang didapatkan
Rutherford yang dapat menjelaskan hasil adalah model yang terdiri dari
inti kecil yang bermuatan positif yang merupakan tempat
terkonsentrasinya hampir seluruh massa atom dengan elektron –
elektronnya terdapat pada jarak yang agak jauh seperti pada gambar
model Rutherford di bawah. Dengan memandang sebuah atom sebagai
sesuatu yang terdiri dari bagian besar ruang hampa, maka akan dengan
mudah melihat mengapa sebagian besar dari partikel alfa menembus
selaput logam itu. Namun apabila partikel alfa mendekati inti partikel itu
akan mengalami medan listrik yang kuat dan mempunyai peluang besar
untuk dihambur dengan sudut yang besar. Elektron atom tersebut yang
sangat ringan hampir tidak mempengaruhi gerak partikel alfa yang
datang.

14

Gambar. Model Atom Rutherford
Muatan listrik positif yang terkumpul pada inti atom, sama besarnya
dengan jumlah muatan listrik negatif dari elektron – elektron yang
mengelilinginya sehingga atom keseluruhannya bersifat netral. Inti atom
dengan elektron tarik menarik. Gaya tarik menarik inti terhadap eletron
merupakan gaya sentripetal yang menyebabkan elektron dapat
mengelilingi inti. Semua atom suatu unsur mempunyai muatan inti yang
unik, dan muatan ini bertambah secara teratur dari suatu unsur ke unsur
lain dalam tabel periodik (berkala). Ternyata muatan ini selalu merupakan
kelipatan dari +e bilangan Z menyatakan besar satuan muatan positif
dalam inti suatu unsur yang saat ini disebut bilangan atomik unsur itu.
Kita dapat mengetahui bahwa proton yang masing – masing bermuatan
+e merupakan penentu dari muatan suatu inti, bilangan atomik suatu
unsur sama dengan banyaknya proton dalam inti atom tersebut.
Model atom Rutherford dapat diterima karena ia dapat mencapai suatu
rumus yang menggambarkan hamburan partikel alfa oleh selaput tipis
berdasarkan model tersebut yang cocok dengan hasil eksperimental. Hasil
yang diperoleh yaitu menyatakan bahwa partikel alfa dan inti yang
berinteraksi dengannya berukuran cukup kecil sehingga dapat dipandang
sebagai massa titik dan muatan titik, bahwa gaya listrik tolak – menolak
antara partikel alfa dan inti (yang keduanya bermuatan positif) merupakan
satu – satunya gaya beraksi dan bahwa inti begitu masif dibandingkan
dengan partikel alfa, sehingga tidak bergerak ketika terjadi interaksi.

15

Berbeda dari model atom Thomson, pada model atom Rutherford ini
muatan negatif dan muatan positif tidak tersebar merata dalam atom.
Muatan positif berada pada inti dan muatan negatif berada di elektron.
Model ini dapat digambarkan seperti tata surya, seperti terlihat pada
gambar berikut.

Gambar. Keseimbangan gaya dalam atom hidrogen

Marilah kita tinjau dinamika klasik atom hidrogen berelektron tunggal

sebagai atom yang paling sederhana. Untuk mudahnya kita menganggap

bahwa orbit elektron berbentuk lingkaran, dengan gaya sentripetal:
2

=

Gaya tarik – menarik antara inti atom dan elektron: (1.1)
1 2 (1.2)

= 4 2

Agar terjadi kesetimbangan (kemantapan) orbit maka

2 =

2 1 2
== 4 2

(1.3)

Kecepatan elektron v berhubungan dengan jari-jari r adalah:

16


=

√4

(1.4)

Jumlah energi kinetik:

= 1 2
2

Energi potensial:


= 4

Tanda (−) menyatakan bahwa gaya pada elektron berada dalam arah

– r. Jadi

2 2
= + = 2 − 4

Substitusikan dari persamaan (1.4), maka akan diperoleh :

2 2
= 8 − 4

Energi total atom hidrogen :

2
= − 8

Energi total elektron bertanda negatif hal ini berlaku untuk setiap

elektron atomik dan mencerminkan bahwa elektron itu terikat pada inti.

Jika lebih besar dari nol, maka elektronnya tidak akan mengikuti orbit

tertutup disekeliling inti. Sebenarnya energi hanya milik elektron ,

tetapi merupakan milik sistem elektron positif inti. Hubungan antara
energi atom dengan jari – jari elektron dapat dilihat pada gambar berikut.

17

Gambar. Hubungan Energi Atom dengan Jari – jari Elektron
Ketika teori ini diuji secara langsung, ramalan teori magnetik selalu
cocok dengan eksperimen, namun teori atom tetap berlaku. Pertentangan
(kontradiksi) ini hanya mungkin karena hukum fisika yang berlaku dalam
dunia maskroskopik tidak berlaku dalam dunia mikroskopik atom.
Penyebab kegagalan fisika klasik untuk menghasilkan analisis struktur
atomik yang berarti ialah kenyataan fisika klasik menghampiri alam
secara eksklusif dalam konsep abstrak partikel murni dan gelombang
murni.
Berdasarkan uraian di atas, kelemahan teori atom Rutherford adalah
elektron yang mengelilingi inti akan memancarkan energi berupa
gelombang elektromagnetik sehingga lintasannya merupakan bentuk
spiral yang mendekati intinya dan akhirnya jatuh pada intinya; serta tak
dapat menerangkan spektrum atom dan struktur stabil pada inti atom.

18

4.2 Contoh Soal

1. Carilah jarak hampiri terdekat dari sebuah partikel alfa berenergi 8,0

MeV yang ditembakkan pada selembar emas.

Penyelesaian :

= 3 1 = (2)(79)(1,44 . ) 8 × 1
4 0 106

= 28 × 10−6 = 28 × 10−6

4.3 Soal Latihan

1. Untuk memisahkan atom hidrogen menjadi sebuah proton dan sebuah
elektron diperlukan energi sebesar 1,36 eV. Tentukan jari – jari orbit

dan kecepatan elektron dalam atom hidrogen !

2. Atom hidrogen merupakan atom yang paling sederhana, mempunyai

sebuah proton dan sebuah elektron. Jika jarak antara proton dan
elektron 0,59 angstrom, hitunglah gaya tarik – menarik antara kedua

zarah tersebut.

3. Berapa fraksi berkass partikel alfa 7,7 MeV yang jatuh pada selaput
emas setebal 3 × 10−7 dihambur dengan sudut 1o ?

4. Partikel proton dengan energi l MeV ditembakkan kepada inti emas.

Hitung jarak terdekat yang dapat dicapai partikel proton terhadap inti

emas tersebut.

5. Berkas partikel alfa 8,3 MeV diarahkan pada selaput aluminium.

Didapatkan bahwa rumus hamburan Rutherford tidak lagi berlaku
pada sudut hamburan melebihi 60o. Jika jari – jari partikel alfa dapat
dianggap kecil sehingga bisa diabaikan, maka berapakah jari – jari inti

aluminium ?

19

BAB V
SPEKTRUM GARIS
5.1 SPEKTRUM GARIS
Radiasi elektromagnet dari berbagai atom dapat dikelompokkan ke
dalam spektrum kontinu dan spektrum diskret atau garis. Pada spektrum
kontinu, panjang gelombang radiasi yang dipancarkan merentang dari
suatu nilai minimum, mungkin 0 hingga suatu nilai maksimum, mungkin
menghampiri ∞. Percobaan lain yang mungkin adalah dengan
melewatkan seberkas cahaya putih melalui suatu cuplikan gas. Apabila
percobaan ini dilakukan, maka akan ditemukan bahwa berapa panjang
gelombang cahaya tersebut diserapa oleh gas yang dilewati dan
dihasilkan lagi suatu spektrum garis. Semua panjang gelombang ini
berkaitan dengan sebagian besar (tetapi tidak semuanya) panjang
gelombang yang tampak dalam spektrum pancar (emisi).
Pada umumnya, penafsiran spektrum garis ini menjadi rumit sekali
pada atom -atom kompleks, karena itu kita hanya akan membahas secara
khusus spektrum garis dari atom tersederhana, yakni atom hidrogen.
Spektrum atom ini, karena kesederhanaan atomnya yang hanya memiliki
satu elektron, memperlihatkan keteraturan dalam spektrum pancar dan
serpanya.
Teori atom Rutherford walaupun lebih baik dari model atom Thomson
karena ditunjang oleh hasil eksperimen, tidak dapat menjelaskan
spektrum cahaya yang dipancarkan oleh atom hidrogen. Sebuah elektron
akan tetap di salah satu orbitnya, apabila tidak ada energi yang
diradiasikan. Apabila diberi radiasi elektron akan berpindah ke lintasan
yang lain. Berpindahnya elektron dari lintasan tertentu ke lintasan yang
lain menghasilkan gelombang elektromagnetik dengan panjang
gelombang tertentu yang harganya berada di antara daerah infra merah
dan ultra violet. Gelombang ini menghasilkan garis – garis spektrum yang
mengumpul dalam suatu deret spektrum.

20

Gambar. Beberapa Garis Utama dalam Spektrum Hidrogen, Helium, dan
Air Raksa

Seperti kita ketahui jika pada sebuah prisma dipancarkan seberkas
cahaya maka akan didispersikan menjadi suatu spektrum. Apabila sumber
cahayanya zat padat atau zat cair yang berpijar, spektrum yang dihasilkan
adalah kontinu, artinya cahaya dengan semua panjang gelombang muncul
dalam spektrum tersebut. Apabila sumber cahayanya berupa gas yang
berpijar, spektrumnya mempunyai sifat yang berbeda dan menjadi beberapa
warna saja dalam bentuk garis-garis paralel yang terisolasi satu sama lain.
Spektrum jenis ini disebut spektrum garis emisi. Panjang gelombang garis –
garis ini ditentukan oleh elemen yang mengemisikan cahaya tersebut.
Hidrogen memberikan himpunan garis-garis tertentu pada posisi yang sama,
helium menghasilkan himpunan yang lain, air raksa menghasilkan himpunan
yang lain lagi dan seterusnya.

Pada mulanya sangat sulit menentukan sifat atau rumus yang dapat
menggambarkan frekuensi pada sebuah grup cahaya yang timbul pada
spektrum garis tersebut. Pada akhir abad ke – 19 dalam suatu eksperimen
ditemukan bahwa panjang gelombang dalam setiap deret spektrum dapat
dispesifikasikan dengan rumus empiris yang sederhana dan dapat
menjelaskan frekuensi gelombang yang dipancarkan oleh hidrogen. Deret
spektrum ini pertama kali ditemukan oleh J.J. Balmer (1885) ketika ia

21

mempelajari bagian tampak dari spektrum hidrogen. Spektrum ini terlihat
pada daerah cahaya tampak yang dapat dengan jelas teramati. Dari
pengamatan ternyata garis-garis menjadi makin rapat dan akhirnya
terkumpul bersama-sama pada batas deretan garis-garis tersebut, seperti
ditunjukkan pada berikut.

Gambar. Deret Balmer Hidrogen, dengan Garis
( ℎ), ( ), ( ), ( )
Rumus Balmer untuk panjang gelombang dalam deret tersebut adalah

1 11
= (22 − 2) = 2, 3, 4, …
R dikenal dengan tetapan Rydberg= 1,097 × 10−7m−1
Garis spektrum yang terjadi pada deret Balmer dengan panjang
gelombang terbesar 656,3 nm (disebut ) berwarna merah dan secara
berturut-turut di sebelahnya dengan panjang gelombang 486,3 nm (disebut
) berwarna biru. Panjang gelombang 434,1 nm (disebut ) berwarna
ungu, dan panjang gelombang 364,6 nm (disebut ) berwarna ultra ungu.
Ketika panjang gelombangnya bertambah kecil, garis yang didapatkan
bertambah berdekatan dan intensitasnya lebih lemah. Di luar batas itu tidak
terdapat lagi garis yang terpisah, hanya terdapat spektrum kontinu yang
lemah.
Garis bersesuaian dengan = 3, garis dengan = 4, garis
dengan = 5 dan seterusnya. Batas deret bersesuaian dengan n = ~ sehingga
pada saat itu panjang gelombangnya adalah 4/R sesuai dengan hasil

22

eksperimen. Di sini jelas bahwa frekuensi-frekuensi yang timbul pada deret

Balmer ini disebabkan oleh adanya perpindahan letak elektron dari lapisan
kulit yang ke 3, 4, 5 …. dan seterusnya ke lapisan kulit yang ke-2 pada

susunan atom Hidrogen. Hal ini berarti bahwa bila sebuah elektron pada kulit

ke-3 atom Hidrogen pindah ke kulit ke-2 maka akan terpancar foton dengan

panjang gelombang  yaitu 656,3 nm (cahaya merah). Deret Balmer hanya

berisi panjang gelombang pada bagian tampak dari spektrum hidrogen. Garis

spektrum hidrogen dalam daerah ultra ungu dari infra merah jatuh pada

beberapa deret lain. Dalam daerah ultra ungu terdapat deret Lyman yang

mengandung panjang gelombang yang ditentukan oleh rumus :

1 11 = 2, 3, 4, …
= (12 − 2)

Dalam inframerah, telah didapatkan tiga deret spektral yang garis

komponennya memiliki panjang gelombang yang ditentukan oleh rumus

Deret Paschen

1 11 = 4, 5, 6, …
= (32 − 2)

Deret Brackett

1 11 = 5, 6, 7, …
= (42 − 2)

Deret Pfund

1 11 = 6, 7, 8, …
= (52 − 2)

Deret spektrum seperti di atas jika dihubungkan terhadap panjang

gelombangnya dan apabila digambarkan seluruh spektrum garis yang didapat

dari atom hidrogen, ditunjukkan pada gambar berikut.

23

Gambar. Deret Spektrum Atom Hidrogen

Berdasarkan gambar deret spektrum atom hidrogen tersebut bahwa deret

Brackett bertumpang tindih dengan deret Paschen dan Pfund, berada pada

daerah infra merah. Keteraturan yang terjadi dalam struktur atom hidrogen

dan atom yang lebih kompleks, membuka peluang pengujian teori struktur

atom yang kemudian dikembangkan oleh Niels Bohr.

5.2 Contoh Soal

1. Tentukan panjang gelombang radiasi elektromagnetik yang

dipancarkan dari elektron yang berelaksasi dari n = 3 ke n = 1!

Penyelesaian :

Panjang gelombang elektromagnetik dari n = 3 ke n = 1

1 11
= ( 12 − 22)

1 = 1 2 = 3

Dengan = 1,9074 × 107 −1

1 11
= ( 12 − 22)

= 1,9074 × 107 1 − 1
(12 32)

= 1,9074 × 107 × 8
9

= 0,973 × 107

= 0,973 × 10−7 m

24

5.3 Soal Latihan
1. Sejumlah atom hidrogen dipapari gelombang elektromagnetik hingga
tereksitasi. Atom – atom ini kemudian memancarkan gelombang
elektromagnetik sehingga turun ke keadaan dasar. Hitunglah panjang
gelombang terbesar dua gari spektral yang dihasilkan !
2. Hitunglah kedua panjang gelombang terpanjang deret Balmer ion
berilium terionisasi tiga kali ( = 4)!
3. Berapakah panjang gelombang transisi dari 1 = 3 ke 2 = 2 dan
dari 1 = 4 ke 2 = 2 ?
4. Hitunglah kecepatan, energi kinetik dan energi potensial dari elektron
yang berada pada keadaan = 3 dalam atom hidrogen !
5. Berapa panjang gelombang terpanjang dalam spektrum hidrogen deret
Balmer?

25

BAB VI
MODEL ATOM BOHR
6.1 MODEL ATOM BOHR
Niels Bohr (1855 – 1962) dilahirkan dan menjalani
hampir seluruh masa hidupnya di Copenhagen,
Denmark. Dimana seorang fisikawan Denmark ini
mengajukan model atom baru untuk memperbaiki
kelemahan teori atom Rutherford. Bohr
mempostulatkan bahwa elektron – elektron mengitari
inti yang bermuatan positif pada orbit tertentu saja, tetapi elektron dapat
melompat dari satu orbit ke orbit yang lain.
Pada tahun 1913, Niel Bohr menyusun model atom hidrogen
berdasarkan teori atom Rutherford dan teori kuantum Planck. Dalam
model atom Bohr ada hal – hal yang mendasari mode atom Bohr tentang
hidrogen dapat dikemukakan sebagai berikut :
1. Konsep foton yang menggambarkan gelombang elektromagnetik
sebagai berkas gumpalan – gumpalan energi yang berperilaku sebagai
zarah memberikan suatu wawasan baru dalam telaah tentang struktur
atom.
2. Hasil eksperimen tentang spektrum atom hidrogen pada saat itu dan
sampai tahun 1913 tidak dapat diterangkan secara teoritik.
Pengamatan tentang spektrum yang dipancarkan oleh gas – gas yang
panas menunjukkan spektrum garis yang memiliki karakteristik
tersendiri.
3. Pada tahun 1908 Paschen menemukan bahwa ada suatu deret lain dan
spektrum hidrogen yang terletak dalam daerah inframerah.
4. Pada tahun 1890 Rynberg menemukan cara lain yang lebih mudah
menangani rumus panjang gelombang deret Balmer dengan
mendefinisikan suatu besaran baru yang disebut resiprok panjang
gelombang.

26

Dalam atom Rutherford dijelaskan bahwa prinsip fisika klasik tidak

sesuai dengan kemantapan atom hidrogen yang teramati. Elektron dalam

atom ini diharuskan berputar mengelilingi inti untuk mempertahankan

diri supaya jangan tertarik ke dalam inti atom, tetapi elektron itu juga

harus memancarkan radiasi energi elektromagnetik terus-menerus.

Elektron itu makin lama akan mendekati inti atom yang akhirnya akan

menempel. Berdasarkan hasil pengamatan yang dilakukan Bohr, ternyata

energi 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

2 = × de Broglie

Berarti juga 2 = ℎ


Sehingga = ℎ

2

Dimana

= bilangan kuantum utama dan harganya 1,2,3, …
ℎ = konstanta Planck = 6,63 × 10−34

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 :
ℎ

=
= kecepatan elektron


=

√4

27

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 = ℎ



= ℎ

2

Postulat 2 :
Tiap-tiap lintasan elektron mempunyai tingkat energi sendiri-sendiri.
Apabila elektron meloncat dari suatu lintasan yang tingkat energinya En
ke lintasan yang tingkat energinya 1 maka akan dipancarkan energi foton
yang besarnya sama dengan ℎ .

= − 1 = ℎ
= energi awal
1 = energi akhir
= frekuensi radiasi yang dipancarkan atau diserap atom
ℎ = tetapan Planck
6.2 Contoh Soal
1. Hitung kecepatan elektron dalam orbit Bohr kedua dari atom hidrogen
Penyelesaian :

2 2
= ℎ
2 × 3,14 × (4,8 − 10−10)2 1 1
= 2 × 6,62 × 10−27 (12 − 42)
= 1, 09 × 108 cm s−1

28

6.3 Soal Latihan

1. Hitung perbedaan energi yang terjadi dan panjang gelombang dari

radiasi yang diperlukan untuk memindahkan elektron, pada atom

hidrogen dari lintasan n =1 ke lintasan n = 4.

2. Dalam model atom Bohr, elektron dalam keadaan bergerak. Jelaskan,

bagaimana elektron itu dapat mempunyai energi negatif ?

3. Sebuah elektron dalam atom hidrogen memiliki energi -13,6 eV.

Tentukan berapa energi foton yang diserap elektron agar dapat

berpindah ke lintasan dengan energi -3,4 eV ! Tentukan panjang

gelombang dan frekuensi foton tersebut !
4. Berapakah panjang jari – jari Bohr pertama dari sebuah atom muon

timah ( = 82) ?

5. Sebuah elektron bertumbukan dengan sebuah atom hidrogen yang

sedang pada tingkat dasar. Apabila atom hidrogen tersebut sekarang

berada pada tingkat terekstasi ( = 3), berapa energi yang telah

diberikan oleh elektron kepada atom hidrogen dalam tumbukan

tersebut?

29

BAB VII
MODEL ATOM KUANTUM
7.1 MODEL ATOM MEKANIKA KUANTUM
Terdapat beberapa ahli serta ilmuwan yang mengeluarkan pendapat
mereka mengenai teori atom mekanika kuantum, berikut beberapa
penjelasannya :
1. Louis Victor de Broglie

Ahli yang pertama yaitu Louis Victor de Broglie
mengungkapkan pendapatnya mengenai teori atom mekanika
kuantum dengan mengatakan bahwa gerakan partikel seperti elektron
yang memiliki berbagai sifat panjang gelombang, yang membuat
berlakunya hukum gelombang sebagai berikut. Hukum Gelombang:
= ℎ/ = ℎ/( . )
2. Werner Heisenberg

Ahli yang kedua yaitu Werner Heisenberg mengungkapkan
pendapatnya mengenai teori atom mekanika kuantum dengan
mengatakan bahwa kedudukan serta momentum elektron tidak dapat

30

ditentukan dengan tepat secara bersamaan yang dikenal dengan Asas
Ketidakpastian. Hal tersebut yang membuat elektron yang
mengelilingi inti, jaraknya dari inti cuma dapat ditentukan melalui
berbagai kemungkinan saja.
3. Erwin Schrodinger

Ahli yang ketiga yaitu Erwin Schrodinger mengungkapkan
pendapatnya mengenai teori atom mekanika kuantum dengan
mengatakan bahwa elektron dapat dianggap sebagai gelombang
materi yang gerakannya dapat disamakan dengan gerakan gelombang.
Pernyataan beliau tersebut juga bisa disebut dengan mekanika
gelombang atau yang dikenal juga sebagai mekanika kuantum. Erwin
Schrodinger juga mengatakan mengenai kedudukan elektron yang ada
di dalam atom tidak dapat ditentukan secara pasti, dan yang dapat
ditentukan hanya probabilitasnya saja atau daerah kemungkinan
keberadaannya saja. Orbital merupakan ruangan yang memiliki
probabilitas terbesar yang dapat ditemukan elektron.
Model atom mekanika kuantum dikemukakan oleh Erwin
Schrodinger. Model ini dapat digunakan untuk menjelaskan atom hidrogen
dan atom yang lain. Menurut teori mekanika kuantum, elektron dalam
mengelilingi inti terletak pada tingkat-tingkat tertentu. Akan tetapi,
keberadaan elektron tidak dapat dipastikan kedudukannya secara tepat.
Adapun yang dapat dipastikan hanyalah kebolehjadian menemukan elektron.
Daerah atau ruang kebolehjadian menemukan elektron disebut orbital.

31

Gambar. Model Atom Kuantum
Model atom mekanika kuantum merupakan model atom yang
paling modern. Atom terdiri dari inti atom bermuatan positif dan awan-awan
elektron yang mengelilinginya. Daerah kebolehjadian ditemukannya
elektron dinamakan orbital.
Prinsip tersebut kurang lebih berbunyi: "Tidak mungkin dapat
ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat
bersamaan. Yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan
elektron pada jarak tertentu dari inti atom."
Awan elektron di sekitar inti menunjukkan tempat kebolehjadian
elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital
dengan tingkat energi yang sama atau nyaris sama akan membentuk sub-
kulit. Kumpulan beberapa sub-kulit akan membentuk kulit. Dengan
demikian, kulit terdiri dari beberapa sub-kulit, dan sub-kulit terdiri dari
beberapa orbital. Menurut teori ini, ada empat jenis orbital, yaitu s, p, d, f.
Bentuk dari orbital atom bergantung pada bilangan kuantum azimut
atau I. Orbital yang mempunyai bilangan kuantum azimut dan memiliki nilai
yang sama akan memiliki bentuk yang sama pula.
1. Orbital s

Bentuk orbital atom yang pertama yaitu orbital s yang memiliki
bentuk subkulit s menyerupai bola, dimanapun elektron beredar
maka akan memiliki jarak yang sama terhadap inti.

32

2. Orbital p
Bentuk orbital atom yang kedua yaitu orbital p memiliki

rapatan elektron yang terdistribusi di bagian yang saling
berlawanan antara satu sama lain dengan inti atom. Inti atom
sendiri berada di simpul dengan kerapatan elektron yaitu 0. Orbital
p sendiri memiliki bentuk yang menyerupai balon terpilin. Bentuk
orbital ini juga memiliki tiga harga m (-1,0, +1), oleh sebab itu
orbital p terdapat tiga macam yang terdiri dari px, py, dan pz.
3. Orbital d

Bentuk orbital atom yang ketiga yaitu orbital d yang
merupakan orbital dengan 1=2. Orbital d sendiri memiliki lima
jenis orientasi dimana terdapat lima nilai m yang memungkinkan,
yang terdiri dari -2, -1, 0, +1, maupun +2. Empat dari kelima
orbital d yang ada, yang terdiri dari dxy, dxz, dyz, serta dx2-y2,
memiliki empat cuping dan bentuknya menyerupai daun
semanggi. Sedangkan orbital d kelima yaitu dz2 memiliki dua
cuping utama yang terletak pada sumbu z serta satu bagian yang
menyerupai bentuk donat dan terletak di bagian tengah.
4. Orbital f

Bentuk orbital atom yang keempat yaitu orbital f yang
merupakan orbital dengan 1=3. Bentuk orbital f ini sendiri
memiliki tujuh jenis orientasi, seperti halnya terdapat tujuh nilai m
yang memiliki kemungkinan (2l + 1 = 7). Ketujuh orbital f sendiri
memiliki bentuk yang kompleks yang dilengkapi dengan beberapa
cuping. Bentuk orbital ini sendiri cuma dapat digunakan untuk
berbagai unsur transisi yang memiliki letak lebih dalam.

33

Kemudian dalam model atom kuantum memiliki kelebihan dan
kelemahannya yaitu sebagai berikut :
• Kelebihan :

a. Model atom kuantum dapat menjelaskan posisi peluang ditemukannya
sebuah elektron.

b. Model atom kuantum dapat menjelaskan mengenai posisi elektron
saat mengorbit.

c. Model atom kuantum dapat mengukur perpindahan energi eksitasi
serta emisi.

d. Model atom kuantum adalah mampu mengidentifikasi proton serta
neutron yang ada pada inti, sedangkan elektron berada pada orbit.

• Kelemahan :
a. Kekurangan yang pertama dari model atom kuantum adalah
persamaan tersebut hanya dapat diterapkan secara eksak untuk
partikel dalam kotak serta atom yang memiliki elektron tunggal.
b. Kekurangan yang kedua dari model atom kuantum adalah sulit untuk
diterapkan dalam sistem makroskopis dengan kumpulan atom, seperti
contohnya adalah hewan.

34

DAFTAR PUSTAKA
Arief, A. 2014. Model Atom. Tangerang : Universitas Terbuka.
Beiser, A. 1999. Konsep Fisik Modern. Ed. 4. Jakarta : Erlangga.
Cahyana, U. 2007. Kimia Anorganik 1. Jakarta : Universitas Terbuka.
Halliday., dkk. 2014. Fundamental Of Physics. Ed. 10. New York: USA John

Welly and Sons.
Halim, A. 2013. Fisika Modern I (Pendekatan Konseptual). Cet 1.

Darussalam : Syiah Kuala University Press.
Kamajaya. 2007. Cerdas Belajar Fisika. Cet. 1. Jakarta : Grafindo Media

Pratama.
Khumaeni, A, E. 2022. Buku Ajar Fisika Modern. Yogyakarta : DIVA Press
Masta, N. 2021. Buku Materi Pembelajaran Fisika Modern. Jakarta :

Universitas Kristen Indonesia.
Wiyatmo, Y. 2008. Fisika Atom Dalam Perspektif Klasik, Semiklasik, dan

Kuantum. Yogyakarta : Pustaka Pelajar.

35