A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 115

UNIT 5

ATOM DAN STRUKTUR ELEKTRON (BAHAGIAN 1)

HASIL PEMBELAJARAN

Di akhir pembelajaran ini, pelajar diharap dapat:

1. Menjelaskan struktur atom.

2. Menghuraikan ciri-ciri zarah-zarah dalam atom.

3. Mendefinisikan dan menjelaskan spektrum elektromagnet.

4. Mendefinisikan dan menjelaskan spektrum atom.

5. Mendefinisikan dan menjelaskan spektrum garisan hidrogen.

6. Menjelaskan Teori Kuantum

7. Mendefinisikan dan menjelaskan Teori Atom Bohr.

PETA KONSEP TAJUK

Struktur Atom

Spektrum Pemancaran

Spektrum Atom

Spektrum

elektromagnet

Penemuan awal mengenai

struktur atom

Teori Atom Dalton

Model Atom Rutherford

Penemuan

Elektron

Pengesahan Proton dan

Neutron

Simbol Unsur

Struktur Elektron dalam Atom

Teori Kuantum

Teori Atom

Bohr

Spektrum

Penyerapan

Spektrum Garisan Hidrogen

Kesan

Fotoelektrik

Atom dan Struktur Elektron

A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 116

5.0 Pengenalan

5.1 Struktur atom

Atom pada dasarnya terdiri daripada tiga zarah asas, yang berbeza iaitu elektron, proton dan

neutron.Bahagian tengah yang kecil, padat dan bercas positif disebut nukleus.Nukleus mengandungi 2

jenis zarah subatom iaitu proton dan neutron.Proton berjisim 1.673 x 10-27 kg dan

mempunyaipositifiaitubercas +1.60 x 10-19 C.Neutron pula mempunyai jisim 1.675 x 10-27 kg dan tidak

memunyai cas.Bahagian luar nukleus disebut awan elektron dan terdiri daripada zarah subatom bercas

negatif dipanggil elektron.Elektron bergerak mengelilingi nukleus.Daya tarikan elektrostatik antara elektron

bercas negatif dengan nukleus bercas positif membekalkan daya memusat yang mengekalkan elektron

dalam lintasannya mengelilingi nukleus.Jisim elektron ialah 9.11 x 10-31kg dan cas pada elektron adalah –

1.60 x 10-19C.Ciri-ciri zarah subatomdan cas relatif dirumuskan dalam Jadual 5.1.

Jadual 5.1 Ciri-ciri zarah subatom

Zarah subatom

Simbol Jisim relatif Cas relatif Kedudukan

Proton p 1 Satu positif Dalam nukleus

Elektron e 1/1840 Satu negatif Petala di luar nukleus

Neutron n 1 Tidak bercas Dalam nukleus

5.2 Penemuan Awal Mengenai Teori Atom

Perkataan ‘atom’ telah diperkenalkan oleh seorang ahli falsafah Greek sebagai “atomas” bererti yang tidak

boleh dibelah bagi.Saintis awal-awal dahulu cuba memahami melalui eksperimen. Antaranya ialah Antoine

Lavoisier 1774 yang telah merumuskan hukum keabadian jisim, iaitu setelah bertindakbalas didapati:

Jumlah jisim bahan (awal) = jumlah jisim bahan (akhir)

Dalam lainperkataan, di dalam suatu tindakbalas kimia bahan tidak boleh dicipta atau dimusnahkan.

Dalam tahun 1799, Joseph Proust berpandukan hasil kajiannya telah merumuskan hukum juzuk tetap atau

hukum nisbah tertentu. Hukum itu mendefinisikan semua sampel suatu sebatian mengandungi juzuk yang

sama, yakni nisbah jisim unsur-unsur terlibat harus sama.

5.2.1 Teori Atom Dalton

Dari 1803-1808, John Dalton menggunakan dua hukum diatas untuk mengemukakan teori asas atom, iaitu:

a) Setiap unsur mempunyai zarah-zarah yang sangat kecil, disebut atom.

A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 117

b) Semua atom suatu unsur tertentu adalah serbasama dari segi jisim dan sifat-sifat lain; tetapi atom

suatu unsur berbeza dengan semua atom atau unsur lain.

c) Atom suatu unsur tidak boleh ditukar kepada atom unsur lain oleh tindakbalas kimia; atom tidak

boleh dicipta atau dimusnahkan dalam suatu tindakbalas kimia.

d) Sebatian terbentuk apabila atom-atom lebih daripada satu unsur berpadu; suatu sebatian tersebut

sentiasa mempunyai bilangan relatif dan jenis atom yang sama.

Jika diteliti, Postulat Dalton (d) adalah mengenai hukum juzuk tetap, manakala postulat (c) mengenai

hukum nisbah tetap.

Adalah patut diketahui bahawa, sesetengah jasad, selain daripada mempunyai jisim, juga mempunyai cas

elektrik, iaitu positif dan negative di mana;

cas (+) + cas (+) saling tolak-menolak

cas (+) + cas (-) saling tarik menarik

cas (0) + cas (0) tiada memberi apa-apa kesan

5.2.2 Model atom Rutherford

Rutherford telah meneliti model “plum pudding” yang akhirnya mengemukakan model atom nuklear sebagai

berikut:

a) Sumbangan jisim utama dan semua cas positif satu atom terletak di pusat dalam suatu ruang kecil

disebut nukleus. Atom sebahagian besarnya adalah ruang kosong.

b) Nilai cas positif berbeza antara atom berlainan dan nilainya kira-kira setengah berat atom unsur

tersebut.

c) Jumlah bilangan elektron diluar nukleus sama dengan jumlah bilangan cas positif pada nukleus.

Secara keseluruhannya cas elektrik suatu atom adalah neutral.

Suatu atom adalah neutral secara elektrik, dan jika ia mengandungi elektron bercas negatif, ia mesti juga

mengandungi beberapa zarah bercas positif. Pada tahun 1911, proton timbul sebagai suatu keputusan

daripada eksperimen oleh Ernest Rutherford iaitu beliau telah menghentam unsur-unsur logam dengan

sinar-dan . Eksperimen ini, membolehkan Ernest Rutherford menemui zarah bercas positif yang

disebut proton.Model atomnya menyatakan bahawa:

Hampir semua jisim atom tertumpu pada suatu kawasan yang sangat kecil, padat dan bercas positif yang disebut nukleus.

Nukleus mengandungi proton.

Bilangan proton sama dengan bilangan elektron dalam atom.

Kebanyakan bahagian atom merupakan ruang kosong. Elektron beredar dengan cepat mengelilingi nukleus pada jarak berlainan.

A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 118

Rajah 5.1 Model Atom Rutherford

Fahaman mengenai suatu atom nukleus telah diterima dengan meluas pada 1914. Suatu nukleus bercas positif, terdiri daripada hampir semua jisim bagi atom itu dan dikelilingi oleh elektron. Gambaran struktur atom ini menimbulkan dua masalah; pertamanya pemadatan proton bercas positif dengan elektron bercas negatif dengan bilangan yang tak sama dalam nukleus suatu atom adalah susunan yang tidak memuaskan dari segi pertimbangan daya dan tenaga elektrik. Keduanya, sedikit sahaja yang diketahui mengenai susunan elektron luar-nukleus.

5.3. Penemuan Elektron

Suatu penemuan yang menarik iaitu melalui eksperimen oleh Michael Faraday (1791-1867) yang sehingga

sekarang ditemui dalam set television. Beliau menggunakan tabung sinar katod (CRT) untuk menghasilkan

‘sinar katod’ (Rajah 5.2):

Rajah 5.2: Tabung sinar katod (CRT) untuk menghasilkan sinar katod oleh Michael Faraday (1971-1867).

Sinar katod merupakan sinaran dari katod ke anoddan tidak bergantung kepada jenis logam.Sinar ini tidak

kelihatan, hanya kelihatan apabila melalui fluoresen hijau. Sinar ini akan terbiasdalam medan elektrik dan

magnet, seperti selalunya ditunjukkan oleh zarah bercas negatif.

Pada tahun 1897, J. J. Thomson telah mengesahkan nisbah m/e, dimana m = jisim, dan e = cas electrik

bagi sinar katod. Beliau telah membuat kesimpulan bahawa sinar katod bercas negatif merupakan antara

zarah asas dalam semua atom.Pada tahun 1874, George Stoney telah meramalkan sinar katod itu sebagai

elektron.

Setelah elektron diketahui, maka J. J. Thompson mengemukakan model atom “plum pudding” nya. Bagi

setiap atom, cas positif diperlukan untuk menyeimbangi elektron bercas negatif. Pada pendapat beliau,

elektron terapung di dalam bauran awan cas positif.

Awan elektron mengelilingi nukleus

Nukleus yang

mengandungi proton

A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 119

Dalam tahun 1895, Willhelm Roentgen mendapati dari eksperimen menggunakan CRT, iaitu bagi bahan-

bahan tertentu, memancarkan sinar yang tidak diketahui (disamping sinar katod), dan ini dinamakan sinar-

X. Becquerel telah menemukan bahan radio-aktif (radioaktiviti)

Rajah 5.3 Tiga jenis pancaran daripada bahan radioaktif

Ernest Rutherford telah mengenalpasti 2 jenis sinar/pancaran daripada bahan radioaktif, iaitu alfa (α) dan

beta (β).Alfa (α)membawa 2 unit asas dan bercas positif (dikenali dengan He2+), manakala zarah beta (β)

bercas negatif, yang mempunyai sifat seperti elektron. Pancaran ketiga tidak memberi kesan kepada

medan elektrik, disebut Sinar γ, suatu pancaran eleckromagnet yang mempunyai daya tembus yang tinggi.

5.4 Pengesahan Proton dan Neutron

Cadangan Rutherfordbahawa nukleus adalah bercas positif, dan akhirnya beliau menamakan cas positif

tersebut sebagai proton.

Selanjutnya, Rutherford juga telah mencadangkan zarah bercas neutraldisamping zarah bercas positif

(proton). Akhirnya pada tahun 1932, James Chadwick menamakan cas tersebut sebagai neutron.

5.4.1 Simbol Unsur

Bilangan proton (p) dalam suatu atom disebut nombor atom, atau nombor proton, Z. Dalam suatu atom,

bercas neutral, oleh itu bilangan elektron juga sama dengan Z. Jumlah proton dan neutron (n) dalam suatu

atom (yang membentuk nukleus) disebut nombor jisim, A. Bilangan neutron ialah (A-Z)

A

Z

X

A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 120

C Al C

X = unsur

A = nombor jisim (jumlah proton dan neutron (p+n))

Z = nombor atom (bilangan proton)

Bagi X yang neutral, bilangan proton = bilangan elekron

Contoh: 12 27

6 13

A = 12 A = 27

Z = 6 Z = 13

5.4.2 Struktur Elektron Dalam Atom

Sifat kimia suatu unsur banyak dipengaruhi oleh elektron, kerana saling tindak balas antara elektron daripada dua atau lebih atom akan membawa kepada paduan kimia antara atom-atom. Oleh itu susunan yang terperinci bagi elektron-elektron di dalam suatu atom adalah amat penting untuk diketahui. Di antara sebab mengapa unsur-unsur di dalam Jadual Berkala mempunyai sifat kimia dan fizik yang berbeza adalah kerana sifat elektron dan susunannya di dalam atom. Walaupun model Rutherford telah diterima pakai, saintis tetap ingin mencari jawapan mengenai elektron di

dalam ruang satu atom. Jawapan diperolehi bermula dari pemerhatian mengenai logam dipanaskan dalam

nyalaan. Logam akan memancarkan warna terang; siri garis-garis ini disebut spektrum warna adalah

merupakan suatu gelombang. Gelombang ini boleh berayun di dalam medan elektrik dan magnet serta

merambatdi dalam ruang.

Cahaya nampak adalah merupakan satu bentuk sinaran elektromagnet yang mempunyai frekuensi dan jarak gelombang masing-masing. Sinaran elektromagnet ini boleh merambat melalui vakum dengan

berkelakuan seperti suatu gelombang ombak. Sinaran ini bergerak dengan kelajuan 3.00 108 ms-1, sama dengan halaju cahaya (c). Kita boleh mencirikan sebarang gelombang elektromagnet dengan

menggunakan persamaan Planck di bawah : ( 5.1)

di mana c=kelajuan dalam vakum (3 x 108 m/s)

(huruf Greek dikenali sebagai ‘lambda’) iaitu panjang gelombang adalah ditakrifkan sebagai jarak di

antara dua puncak gelombang. (huruf Greek dikenali sebagai ‘nu’) ditakrifkan sebagai bilangan

gelombang yang lengkap per unit masa. Sementara amplitud ialah ketinggian gelombang yang diukur dari

tengah garisan puncak gelombang. Rajah 5.4di bawah menunjukkan sifat gelombang elektromagnet. Unit

SI bagi ialah meter (m), manakala unit SI bagi ialah Hertz (Hz); 1 Hz bersamaan dengan 1 s-1. Pada

halaju cahaya yang sama, panjang gelombang dan frekuensi adalah berkadar songsang, yang mana

panjang gelombang yang pendek menghasilkan frekuensi yang tinggi dan begitu juga sebaliknya.Kelajuan

gelombang cahaya bergantung kepada medium.

νλc

A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 121

Rajah 5.4 Panjang gelombang dan amplitud

5.4.3 Sinaran Elektromagnet (ER)

ER adalah suatu bentuk tenaga pancaran dalam medan elektrik dan magnet, merambat sebagai

gelombang melalui vakum atau medium lain.

Menurut Maxwell, ER boleh dihasilkan jika suatu zarah bercas elektrik (seperti elektron dalam atom atau

molekul) dipercepatkan.

Terdapat beberapa jenis sinaran elektromagnet lain seperti radio, gelombang mikro, infra merah, ultra lembayung, sinar-X dan sinar-γ selain daripada cahaya nampak yang telah dibincangkan di atas. Sinaran-

sinaran tersebut mempunyai panjang gelombang dan frekuensi yang berbeza. Jadual 5.2di bawah menunjukkan jenis sinaran yang terdapat dalam sinaran elektromagnet tersebut.

Jadual 5.2 Jenis sinaran elektromagnet

Sinaran elektromagnet Frekuensi (Hz)

Radio 104 - 1010

Gelombang mikro 109 - 1011

Infra merah 1012 - 1015

Nampak ~ 1015

Ultra lembayung (UV) 1015 - 1017

Sinar-X 1017 – 1021

Sinar-γ 1019 – 1023

Apabila sinaran elektromagnet dipancarkan melalui prisma, spektrum elektromagnet akan terhasil. Spektrum ini selanjar dan mengandungi semua panjang gelombang (tenaga) bagi cahaya itu.

Cahaya akan terbias kepada komponen-komponennya yang terdiri daripada warna tertentu apabila cahaya nampak melalui satu prisma.Kemudian komponen-komponen tersebut akan bergerak dengan λ dan

kelajuan berlainan. Satu jalur selanjar (continuous)yang juga dikenali sebagai spektrum akan terhasil melalui pembiasan tersebut. Jalur tersebut mengandungi taburan cahaya yang bersambungan terdiri daripada garis-garis dengan pelbagai λ yang amat rapat dari warna merah hingga warna ungu dan

dinamakan sebagai selanjar. Panjang gelombang warna-warna tersebut didapati berkurang dalam urutan:

Panjang gelombang (λ)

Amplitud Arah rambatan

A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 122

merah > kuning > hijau > biru. Komponen spektrum bagi sinaran nampak beserta nilai λ diberikan dalam Rajah 5.5.

Rajah 5.5 Komponen spektrum sinaran nampak

Walaupun ER mempunyai kelajuan yang sama dalam vakum, tetapi gelombang-gelombang dengan λ – λ

yang berbeza akan mempunyai kelajuan yang sedikit berbeza samada dalam udara atau medium lain. Oleh

itu akan didapati dua jenis spektrum yang berbeza, bergantung kepada punca cahaya apabila melalui suatu

medium. Setiap λ akan memberikan warna khusus:

Punca cahaya:

1) Cahaya Putih

Spektrum selanjar (seperti pelangi)

λ – λ sangat rapat

2) Cahaya khusus, seperti Na, H2 dan sebagainya

Spektrum tak selanjur

λ – λ terpisah jauh

Garis-garis bagi λ merupakan tanda pengenalan unsur (sumber yang digunakan)

5.4.4 Spektrum Atom

Spektrum atom merupakan spektrum yang tidak selanjar disebabkan atom bagi setiap unsur mempunyai spektrum dengan panjang gelombang, λ yang tertentu. Oleh sebab itu ia dapat digunakan sebagai pengenalan kepada unsur tersebut.Spektrum atom terdiri daripada spektrum pemancaran dan spektrum penyerapan. 5.4.4.1 Spektrum Pemancaran

Apabila atom dibekalkan dengan tenaga yang mencukupi, elektron dari aras tenaga rendah teruja ke aras yang lebih tinggi. Apabila elektron kembali kepada aras tenaga yang rendah, cahaya akan dipancarkan. Di dalam dua keadaan di bawah atom akan memperolehi tenaga:

1020 108 ν(Hz)

Spektrum

elektromagnet

Spektrum cahaya nampak

λ390 450 600760 nm

ungu biru kuning merah

Cahaya nampak

A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 123

a) Apabila elektron menghentam atom gas pada keadaan tekanan rendah seperti dalam tiub nyahcas; contohnya ialah lampu neon dan lampu kuning jalan.

b) Pada keadaan suhu tinggi seperti di dalam nyalaan api; contohnya ialah nyalaan natrium yang berwarna kuning, ion kalium yang berwarna unggu dan lain-lain nyalaan api.

Apabila cahaya yang dipancarkan dari atom bertenaga tinggi dilalukan melalui suatu prisma atau spektroskop (alat yang mengasingkan alur cahaya kepada panjang gelombang tertentu) beberapa garisan terhasil yang dinamakan spektrum. Setiap garisan tersebut adalah sepadan dengan panjang gelombang sesuatu cahaya. Setiap atom mempunyai siri garis yang berbeza di antara satu sama lain.

5.4.4.2 Spektrum Penyerapan Apabila sinaran elektromagnet dilalukan melalui atom, elektron akan teruja ke aras tenaga yang lebih tinggi dengan menyerap tenaga daripada panjang gelombang tertentu. Panjang gelombang ini adalah sepadan dengan perbezaan aras tenaga elektron. Apabila tenaga yang tidak diserap dikenakan pada plat fotograf ia akan kelihatan seperti suatu siri garisan-garisan gelap yang sepadan dengan v yang diserap. Ia disertai dengan latar belakang yang terang kerana terdedah kepada cahaya. Spektrum yang terhasil dikenali sebagai spektrum garis gelap; berbeza daripada spektrum pemancaran yang menghasilkan garisan-garisan terang atau berwarna dengan latar belakang gelap.

5.4.5 Spektrum Garisan Hidrogen

Di dalam keadaan asas, elektron dalam atom hidrogen mengisi aras tenaga yang paling rendah dahulu. Apabila tenaga yang mencukupi diberikan kepada atom, atom akan menyerap tenaga ini dan elektron akan teruja ke aras yang lebih tinggi. Keadaan teruja ini tidak stabil dan menyebabkan elektron kembali ke aras tenaga yang lebih rendah. Peralihan elektron dari aras tinggi ke aras rendah mengakibatkan cahaya dipancarkan dan spektrum pemancaran garisan dihasilkan. Aras tenaga spektrum garis atom hidrogen ditunjukkan oleh Rajah 5.6.

Rajah 5.6. Aras tenaga spektrum garis atom hidrogen

Pada akhir kurun ke-19, Johann Balmer (1825-1898) dan Johannes Rydberg (1854-1919) telah membuktikan secara kaedah cuba-jaya bahawa panjang gelombang dua jalur spektrum hidrogen dapat dikaitkan menggunakan persamaan berikut:

tenaga

∞

2

3

4

5 6 7

1

Aras berdekatan

Aras tenaga

A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 124

( 5.2)

di mana nilai 1.097 107cm-1merupakan pemalar Rydberg (RH); manakala n1 dan n2 ialah integer positif;n1mempunyai nilai 1 sehingga infiniti tetapi n2 bermula dengan 2. Persamaan ini diterbitkan berdasarkan banyak pemerhatian dan bukan berdasarkan teori menyebabkan ia dikenali sebagai persamaan empirik. Peralihan elektron di dalam atom hidrogen dari aras tenaga tinggi ke aras n=1, n=2, n=3, n=4 menghasilkan siri Lyman, Balmer, Paschen dan Brackett masing-masing.

Jadual 5.3 di bawah memberikan nilai n1 dan n2 bagi setiap siri dalam spektrum hidrogen beserta nama dan kawasan di mana siri tersebut didapati. Jadual 5.3 Nama dan kawasan spektrum hidrogen

n1 n2 Siri Kawasan dalam spektrum elektromagnet

1

2

3

4

5

2,3...infinit

3,4...infiniti

4,5...infiniti

5,6...infiniti

6,7...infiniti

Lyman

Balmer

Paschen

Brackett

Pfund

Ultralembayung (tenaga tinggi)

Nampak

Inframerah

Inframerah

inframerah

Penemuan ini telah mengarah kepada sains moden.

5.4.6 Teori Kuantum

Berdasarkan teori sinaran jasad-hitam, cahaya dipancarkan apabila pepejal dipanaskan.Kenapa?Ramalan

dari fizik klasik, keamatan cahaya terus meningkat sampai tak terhingga.Ramalan ini tidak sependapat

dengan Max Planck (1900). Beliau berpendapat bahawa keamatan tadi tidak bertambah sedemikian.

Menurutnya lagi, tenaga seperti juga jirim adalah tidak selanjar dan inilah dikatakan teori

kuantum.Pendapat yang dikemukakan oleh Planck ini disebut teori kuantum.

Perbezaan yang ketara antara keduanya ialah:

- Fizik klasik: tiada had amoun tenaga boleh dimiliki oleh sistem

- Teori kuantum: terhad kepada suatu set diskrit dengan nilai-nilai tertentu. Perbezaan antara dua

tenaga yang dibenarkan pada suatu sistem juga harus mempunyai nilai satu kuantum tenaga. Ini

bererti apabila tenaga meningkat daripada satu nilai yang dibenarkan, tenaga tadi meningkat satu

kuantum.

Dengan wujudnya teori kuantum ini, teori-teori model atom terdahulu tidak lagi digunakan.

2

2

2

1

7 1110097.1

λ

1

nn

A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 125

Lanjutan daripada ini, Planck membuat satu postulat yang dikenali sebagai persamaan Planck:

E=h. (5.3)

E = tenaga

h = pemalar Planck

= 6.62607 x 10-34 Js/foton

= frekuensi

5.4.7 Kesan Fotoelektrik

Heinrich (1888) telah menemui kesan fotoelektrik. Apabila cahaya dipancarkan kepada permukaan logam

tertentu, elektron akan dipantulkan. Pancaran elektron bergantung kepada frekuensi cahaya dan bilangan

elektron yang dipantulkanbergantung kepada keamatan cahaya yang dipancarkan.

Pada tahun (1905) Eistein telah mencadangkan bahawa sinaran elektromagnet bersifat seperti-zarah dan

‘zarah’ ini (disebut “foton” oleh Lewis) mempunyai sifat ciri tenaga seperti dikemukakan oleh Planck (E=hν)

Apabila satu foton melanggar suatu elektron, ia memindahkan momentumnya kepada elektron tersebut,

seterusnya meningkatkan kepada kelajuan yang baru.

5.4.8 Teori Atom Bohr

Saintis masing-masing mencari-cari jawapan mengenai bagaimanakah suatu elektron bergerak?

Berdasarkan teori yang ada (teori klasik fizik), jika elektron yang bercas negatif dalam keadaan

pegun/diam, ia akan tertarik kepada proton bercas positif pada nukleus. Jadi, elektron mestilah bergerak

secara mengorbit seperti planet mengelilingi matahari. Elekron mengorbit ini harus mempunyai percepatan

tetap dan memancarkan tenaga dengan cara mengurangkan tenaga, akibatnya elektron tadi akan tertarik

makin dekat/rapat dengan nukleus dan akhirnya bergerak seperti gegelung dawai (‘spring’) ke arahnya.

Jika ini berlaku, maka tidak akan wujud atom.

1913, Niels Bohr, menyelesaikan masalah ini, dengan menggunakan hipotesis kuantum oleh Plancks. Lalu

Bohr mengemukakan postulatnya, iaitu

a) Pergerakan elektron di dalam orbit ‘circular’ yang mengandungi nukleus dengan pergerakan yang

dikenali sebagai fizik klasik.

b) Elektron hanya mempunyai set tetap orbit yang dibenarkan dipanggil keadaan tetap. Orbit yang

dibenarkan itu mempunyai elektron yang mempunyai ciriyang unik. Walaupun teori klasik

menjangkakan sebaliknya asalkan elektron tersebut kekal di dalam orbit yang dibenarkan; tenaga

adalah malar dan tiada tenaga dipancarkan.

A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 126

c) Elektron boleh bergerak dari satu orbit kepada orbit lain yang dibenarkan. Di dalam keadaan yang

sedemikian, kuantiti tenaga diskrit (quanta) adalah terlibat dan berdasarkan dengan Persamaaan

Plank’s; E=h.

Model atomik Hidrogen adalah berdasarkan dari idea-idea di atas dapat ditunjukkan oleh Rajah 5.7 di

bawah. Keadaan elektron yang dibenarkan dinomborkan sebagai n=1, n=2, n=3 dan seterusnya. Nombor

Rajah 5.7 Model atomik hidrogen

integral ini dikenali sebagai nombor kuantum. Teori Bohr menjangkakan jejari untuk orbit yang dibenarkan

di dalam model atom hidrogen;

rn=n2ao; dimana n=1,2,3……dan ao=0.53Ȧ (53pm)…… (5.4)

Teori ini juga membenarkan kita untuk mengira kelajuan elektron di dalam orbit; dan yang paling penting

adalah tenaga. Apabila elektron ini bebas dari tarikan nukleus; ia dikatakan sebagai tenaga zero /kosong.

Apabila elektron bebas ini tertarik kepada nukleus dan ‘terkurung’ kepada orbit;n; tenaga dibebaskan di

dalam bentuk foton. Tenaga elektron menjadi negatif, di mana nilainya adalah menggunakan

; (5.5)

RHadalahpemalar dengan nilai 2.179 x 10-18 J.

Dengan menggunakan persamaan 5.6 di bawah, kita boleh mengira tenaga-tenaga yang dibenarkan oleh

keadaan tenaga atau aras-aras tenaga untuk atom hidrogen.Aras tenaga ini dikenali sebagai rajah aras

tenaga dan diwakili oleh Rajah 5.8

A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 127

Rajah 5.8 : Aras-aras tenaga untuk atom hidrogen

Selalunya elektron di dalam atom hidrogen dijumpai di dalam orbit yang paling hampir dengan nukleus

(n=1). Ini adalah tenaga terendah yang dibenarkan atau di panggil keadaan asas.Apabila elektron

mendapat tenaga kuantum, elektron akan bergerak kepada aras tinggi (n=2,3…..) dan atom ini

dipanggilkeadaan teruja. Apabila atom jatuh dari keadaan yang tinggi kepada orbit yang lebih rendah,

kuantiti tenaga unik ini dipanggil tenaga dipancarkan iaitu perbezaan tenaga di antara dua aras. Kita

menggunakan persamaan 5.6 untuk menerbitkan perbezaan di antara dua aras.l

=

(5.6)

=

=

(5.7)

Yang terbaiknya adalah teoriBohrdapat memberikansebuah model ringkas

untukmenafsirkanspektrumatomhidrogen.Model ini juga sesuai untuk spesies seperti hidrogen iaitu ion He+

dan Li2+ yang hanya mempunyai satu elektron. Untuk spesies-spesies seperti ini; cas nuklear (nombor

atomik) digambarkan dengan ekspresi aras tenaga seperti persamaan 5.8 di bawah

(5.8)

A t o m d a n S t r u k t u r E l e k t r o n ( 1 ) | 128

Walaupun dengan beberapa modifikasi, Model Bohr gagal untuk menjangkakan spektra atom

untuk multielektron atom.Untuk itu teori kuantum baru diperlukan.

Contoh 7.1 Kira halaju (u) bagi suatu gelombang yang mempunyai panjang gelombang 25.8 cm dan

frekuensi 35.4 Hz. Penyelesaian

u= λ ν

= 25.8 cm 35.4 s-1

= 9.13 102 cms-1 Contoh 7.2 Frekuensi bagi cahaya merah pada suatu lampu isyarat ialah 8.22 1012 Hz. Tentukan panjang gelombang bagi cahaya merah tersebut. Penyelesaian

m103.65s108.22

ms103.00

ν

cλ 5

112

18

Rujukan

Brown, LeMay and Bursten (2005). Chemistry: The Central Science. 10th edition. Prentice Hall.

Chang, R. (2007). Chemistry, New York: McGraw-Hill.

McMurry, J. & Fay, R. C. (2001). Chemistry, New Jersey: Prentice Hall.

Petrucci, R. H., Harwood, W. S., Herring, F. G. & Madura, F. D. (2010). General Chemistry Principles and

Modern Applications 9th Edition. New Jersey: Pearson Prentice Hall.

Silberberg, M. S. (2009). Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change.New York: McGraw-Hill.

Tip:

Perlu diingat bahawa 35.4 Hz

bersamaan dengan 35.4 s-1.