Belajar Teori Model Atom Niels Bohr

Model atom Bohr Memiliki 2 Gagasan Kunci yaitu :

1. Elektron-elektron dapat bergerak didalam orbit-orbit dan memiliki momentum yang terkuantisasi, dan dengan menjadi energi yang terkuantisasi. Ini berarti bahwa tidak setiap orbit, melainkan hanya beberapa orbit spesifik yang memungkinkan ada yang berada pada jarak yang spesifik dari intinya.
2. Elektron-elektron yang bergerak didalam orbit tidak akan kehilangan energi secara perlahan-lahan, melainkan akan tetap stabil di dalam sebuah orbit yang tidak meluruh.

Postulat  Dasar Model Atom Bohr

Ada 4 postulat yang digunakan untuk menutupi kelemahan model atom Rutherford, yaitu :

1. Atom Hidrogen terdiri dari sebuah elektron yang bergerak didalam suatu lintas edar yang berbentuk lingkaran mengelilingi inti atom, Gerak elektron tersebut dipengaruhi dari gaya coulomb sesuai dengan kaidah mekanika klasik.
2. Lintas edar elektron dalam hydrogen yang mantap hanyalah memiliki harga momentum angular L yang merupakan kelipatan dari tetapan Planck dibagi dengan 2π. dimana n = 1,2,3,… dan disebut sebagai bilangan kuantum utama, dan h adalah konstanta Planck.
   
   
   
   
3. Didalam lintas edar yang mantap itu elektron yang mengelilingi inti atom tidak memancarkan energi elektromagnetik, dalam hal ini energi totalnya E tidak berubah.
4. Jika suatu atom melakukan transisi dari keadaan energi tinggi E_U ke keadaan energi rendah E_I, sebuah foton dengan energi hυ=E_U-E_I diemisikan. Jika sebuah foton diserap, atom tersebut akan bertransisi ke keadaan energi rendah ke keadaan energi tinggi.

Bohr menyatakan bahwa elektron-elektron hanya menempati orbit-orbit tertentu disekitar inti atom, yang masing-masing terkait sejumlah energi kelipatan dari suatu nilai kuantum dasar. (John Gribbin, 2002)

Model Bohr dari atom hidrogen menggambarkan bahwa elektron-elektron bermuatan negatif mengorbitkan diri pada kulit atom dalam lintasan tertentu mengelilingi inti atom yang bermuatan positif. Ketika elektron meloncat dari satu orbit ke orbit lainnya maka selalu disertai dengan pemancaran atau penyerapan sejumlah energi elektromagnetik hf.

Menurut Bohr :
” Ada aturan fisika kuantum yang hanya mengizinkan sejumlah tertentu elektron dalam tiap orbit. Hanya ada ruang untuk dua elektron dalam orbit terdekat dari inti. (John Gribbin, 2005)”

Model ini merupakan pengembangan dari model puding prem (1904), model Saturnian (1904), dan model Rutherford (1911). Karena model Bohr adalah pengembangan dari model Rutherford, jadi banyak sumber mengkombinasikan kedua nama dalam penyebutannya menjadi model Rutherford-Bohr.

Kunci sukses model ini iyalah dalam menjelaskan formula Rydberg mengenai garis-garis emisi spektral atom hidrogen, walaupun formula Rydberg sudah dikenal secara eksperimental, tapi tidak pernah mendapatkan landasan teoritis sebelum model Bohr diperkenalkan. Bukan hanya karena model Bohr menjelaskan alasan untuk struktur formula Rydberg, tetapi ia juga memberikan justifikasi hasil empirisnya dalam hal suku-suku konstanta fisika fundamental.

Model Bohr merupakan sebuah model primitif mengenai atom hidrogen. Sebagai sebuah teori, maka model Bohr bisa dianggap sebagai sebuah pendekatan orde pertama dari atom hidrogen menggunakan mekanika kuantum yang lebih umum dan akurat, dan dengan itu bisa dianggap sebagai model yang telah usang. Namun demikian, karena kesederhanaannya, dan hasil yang tepat untuk sebuah sistem tertentu, maka model Bohr tetap diajarkan sebagai pengenalan pada mekanika kuantum.

Penjelasan dari gambar diatas :
*. Lintasan yang diizinkan dalam elektron dinomori n = 1, n = 2, n =3 dst. Bilangan ini dinamakan bilangan kuantum, huruf K, L, M, N juga digunakan untuk menamakan lintasan
*. Jari-jari orbit dinamakan dengan 12, 22, 32, 42, …n2. Untuk orbit tertentu menggunakan jari-jari minimum a0 = 0,53 Å

*. Jika elektron tertarik ke inti atom dan dimiliki oleh orbit n, energi dipancarkan dan energi elektron menjadi lebih rendah sebesar

 

 

Tingkatan energi elektron dalam atom hidrogen

Model Atom Bohr hanya akurat untuk sistem satu elektron seperti atom hidrogen atau helium yang terionisasi satu kali. Penurunan rumusan tingkat-tingkat energi atom hidrogen ini menggunakan model Bohr.

Penurunan rumus ini didasarkan pada tiga asumsi sederhana:
1) Energi sebuah elektron didalam orbit merupakan penjumlahan energi kinetik dan energi potensialnya:

 

 2) Momentum sudut elektron hanya diizinkan memiliki harga diskret tertentu: 

 

dengan n = 1,2,3,… dan disebut bilangan kuantum utama, h adalah konstanta Planck, dan  

3) Elektron yang berada didalam orbit diatur oleh gaya coulomb. Ini berarti bahwa gaya coulomb sama dengan gaya sentripetal: 

 

Dengan mengalikan ke-2 sisi persamaan (3) dengan r didapatkan: 

 

Suku yang berada di sisi kiri menyatakan energi potensial, sehingga persamaan untuk energi menjadi:

 

Dengan menyelesaikan persamaan pada gambar (2) untuk r, dihasilkan harga jari-jari yang diperkenankan:

 

Dengan memasukkan persamaan pada gambar (6) ke persamaan pada gambar (4), maka diperoleh:

 

Dengan membagi kedua sisi persamaan pada gambar (7) dengan m_ev didapatkan :

 

Dengan memasukkan harga v pada persamaan energi (persamaan pada gambar (5)), dan kemudian mensubstitusikan harga untuk k dan h, maka energi pada tingkatan orbit yang berbeda dari atom hidrogen dapat ditentukan sebagai berikut: 

Dengan memasukkan harga semua konstanta, maka didapatkan:

Dengan demikian maka tingkat energi terendah untuk atom hidrogen (n = 1) adalah -13.6 eV. Tingkatan energi berikutnya (n = 2) adalah -3.4 eV. Tingkatan energi ketiga (n = 3) adalah -1.51 eV, dan seterusnya. Harga-harga energi ini adalah negatif, yang membuat elektron berada dalam keadaan terikat dengan proton. Harga energi yang positif berhubungan dengan atom yang berada dalam keadaan terionisasi yaitu ketika elektron tidak lagi terikat, tetapi dalam keadaan tersebar.

Dengan teori kuantum, Bohr juga menemukan rumus matematika yang dapat dipergunakan untuk menghitung panjang gelombang dari semua garis yang muncul dalam spektrum atom hidrogen yaitu Nilai hasil perhitungannya ternyata sangat cocok dengan yang diperoleh dari percobaan langsung. Tapi untuk unsur yang lebih rumit dari hidrogen, teori Bohr tidak cocok dalam meramalkan panjang gelombang garis spektrum. walaupun demikian, teori ini diakui sebagai langkah maju dalam menjelaskan fenomena-fenomena fisika yang terjadi dalam tingkatan atomik. Teori kuantum dari Planck ini sudah diakui kebenarannya karena dapat dipakai untuk menjelaskan berbagai fenomena fisika yang saat itu tidak bisa diterangkan dengan teori klasik.

Kelebihan dan Kelemahan Teori Bohr

Kelebihannya :
*. Keberhasilan teori Bohr ada pada kemampuannya untuk meramalkan garis-garis didalam spektrum atom hidrogen
*. Salah satu penemuannya adalah sekumpulan garis halus, terutama jika atom-atom yang dieksitasikan diletakkan di medan magnet.

Kelemahannya :
*. Struktur garis halusnya dijelaskan melalui modifikasi teori Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memberikan spektrum selain atom hydrogen
*. Belum mampu menjelaskan adanya stuktur halus (fine structure) pada spectrum yang mencakup 2 atau lebih garis yang sangat berdekatan
*. Belum mampu menerangkan spektrum atom kompleks
*. Itensitas relatif dari setiap garis spektrum emisi.
*. Efek Zeeman, yaitu terpecahnya garis spektrum jika atom berada ddalam medan magnet.