TEORI ATOM MEKANIK KUANTUM

A.

Teori Kuantum
Teori kuantum dari Max Planck mencoba menerangkan radiasi karakteristik yang dipancarkan oleh benda mampat. Radiasi inilah yang menunjukan sifat partikel dari gelombang. Radiasi yang dipancarkan setiap benda terjadi secara tidak kontinyu (discontinue) dipancarkan dalam satuan kecil yang disebut kuanta (energi kuantum).

Max Planck

Planck berpendapat bahwa kuanta yang berbanding lurus dengan frekuensi tertentu dari cahaya, semuanya harus berenergi sama dan energi ini E berbanding lurus dengan.

Jadi :

E = h.V

E = Energi kuantum
h = Tetapan Planck = 6,626 x 10^-34 J.s
V = Frekuensi

Planck menganggap hawa energi elektromagnetik yang diradiasikan oleh benda, timbul secara terputus-putus walaupun penjalarannya melalui ruang merupakan gelombang elektromagnetik yang kontinyu.

Einstein

Einstein mengusulkan bukan saja cahaya yang dipancarkan menurut suatu kuantum pada saat tertentu tetapi juga menjalar menurut kuanta individual. Hipotesis ini menerangkan efek fotolistrik, yaitu elektron yang terpancar bila frekuensi cahaya cukup tinggi, terjadi dalam daerah cahaya tampak dan ultraungu.

Hipotesa dari Max Planck dan Einstein menghasilkan rumusan empiris tentang efek fotolistrik yaitu :

hV = Kmaks + hVo

hV Kmaks	= Isi energi dari masing-masing kuantum cahaya datang = Energi fotoelektron maksimum
hVo	=	Energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan sebuah elektron dari permukaan logam yang disinari

Tidak semua fotoelektron mempunyai energi yang sama sekalipun frekuensi cahaya yang digunakan sama. Tidak semua energi foton (hv) bisa diberikan pada sebuah elektron. Suatu elektron mungkin akan hilang dari energi awalnya dalam interaksinya dengan elektron lainnya di dalam logam sebelum ia lenyap dari permukaan. Untuk melepaskan elektron dari permukaan logam biasanya memerlukan separuh dari energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari atom bebas dari logam yang bersangkutan.

Penafsiran Einstein mengenai fotolistrik dikuatkan dengan emisi termionik. Dalam emisi foto listrik, foton cahaya menyediakan energi yang diperlukan oleh elektron untuk lepas, sedangkan dalam emisi termionik kalorlah yang menyediakannya.

Usul Planck bahwa benda memancarkan cahaya dalam bentuk kuanta tidak bertentangan dengan penjalaran cahaya sebagai gelombang. Sementara Einstein menyatakan cahaya bergerak melalui ruang dalam bentuk foton. Kedua hal ini baru dapat diterima setelah eksperimen Compton. Eksperimen ini menunjukan adanya perubahan panjang gelombang dari foton yang terhambur dengan sudut (f) tertentu oleh partikel bermassa diam (mo). Perubahan ini tidak bergantung dari panjang gelombang foton datang (l).

Hasil pergeseran compton sangat kecil dan tidak terdeteksi. Hal ini terjadi karena sebagian elektron dalam materi terikat lemah pada atom induknya dan sebagian lainnya terikat kuat. Jika elektron d timbulkan oleh foton, seluruh atom bergerak, bukan hanya elektron tunggalnya.

Untuk lebih memahami tinjauan teori kuantum dan teori gelombang yang saling melengkapi, marilah kita amati riak yang menyebar dari permukaan air jika kita menjatuhkan batu ke permukaan air.
Pernahkan Anda perhatikan hal ini?

Riak yang menyebar pada permukaan air akan hilang dengan masuknya batu ke dasar.

Analogi ini dapat menjelaskan energi yang dibawa cahaya terdistribusi secara kontinyu ke seluruh pola gelombang. Hal ini menurut tinjauan teori gelombang sedangkan menurut teori kuantum, cahaya menyebar dari sumbernya sebagai sederetan konsentrasi energi yang teralokalisasi masing-masing cukup kecil sehingga dapat diserap oleh sebuah elektron.

Teori gelombang cahaya menjelaskan difraksi dan interferensi yang tidak dapat dijelaskan oleh teori kuantum. Sedangkan teori kuantum menjelaskan efek fotolistrik yang tidak dapat dijelaskan oleh teori gelombang.

Perhatikan gambar berikut :

(a)	(b)

Gambar 1 (a) Teori gelombang cahaya menjelaskan difraksidan interferensi yang tidak dapat dijelaskan oleh teori kuantum.(b) Teori kuantum menjelaskan efek fotolistrik yang tidak dapat di jelaskan oleh teori gelombang.

Bila cahaya melalui celah-celah, cahaya berlalu sebagai gelombang, ketika tiba di layar cahaya berlalu sebagai partikel.

Berdasarkan data tersebut, dilakukan eksperimen lanjutan yang meneliti sifat dualisme gelombang dan partikel.

B.

Dualisme Gelombang dan Partikel
Louis de Broglie meneliti keberadaan gelombang melalui eksperimen difraksi berkas elektron.

Louis de Broglie

Dari hasil penelitiannya inilah diusulkan “materi mempunyai sifat gelombang di samping partikel”, yang dikenal dengan prinsip dualitas.

Sifat partikel dan gelombang suatu materi tidak tampak sekaligus, sifat yang tampak jelas tergantung pada perbandingan panjang gelombang de Broglie dengan dimensinya serta dimensi sesuatu yang berinteraksi dengannya.

Pertikel yang bergerak memiliki sifat gelombang. Fakta yang mendukung teori ini adalah petir dan kilat.
Pernahkan Anda mendengar bunyi petir dan melihat kilat ketika hujan turun? Manakah yang lebih dulu terjadi, kilat atau petir?

Kilat akan lebih dulu terjadi daripada petir. Kilat menunjukan sifat gelombang berbentuk cahaya, sedangkan petir menunjukan sifat pertikel berbentuk suara.
Hipotesis de Broglie dibuktikan oleh C. Davidson an LH Giermer (Amerika Serikat) dan GP Thomas (Inggris).

Prinsip dualitas inilah menjadi titik pangkal berkembangnya mekanika kuantum oleh Erwin Schrodinger.

C.

Erwin Schrodinger Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “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”. Erwin Schrodinger Werner Heisenberg Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger. Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi. Persamaan Schrodinger x,y dan z Y m E V = Posisi dalam tiga dimensi = Fungsi gelombang = massa = h/2p dimana h = konstanta plank dan p = 3,14 = Energi total = Energi potensial Persamaan gelombang dari Schrodinger ini cukup rumit sehingga akan dipelajari dalam fisika kuantum pada tingkat perguruan tinggi. Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini. Model atom mutakhir atau model atom mekanika gelombang Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit. Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.