MODEL
ATOM LOUIS DE BROGLIE SERTA KETERKAITANNYA DENGAN TEORI MEKANIKA KUANTUM DAN
TEORI ORBITAL MOLEKUL
Model
atom ERNEST RUTHERFORD (1871-1937) tahun 1911 yang menyatakan bahwa atom
terdiri dari inti kecil yang bermuatan positif (tempat konsentrasi seluruh
massa atom) dan dikelilingi oleh elektron pada permukaannya. Namun teori ini
tidak dapat menerangkan kestabilan atom. Sewaktu mengelilingi proton, elektron
mengalami percepatan sentripetal akibat pengaruh gaya sentripetal (Gaya
Coulomb).
Menurut
teori mekanika klasik dari Maxwell, yang menyatakan bahwa partikel bermuatan
bergerak maka akan memancarkan energi. Maka menurut Maxwell bila elektron
bergerak mengelilingi inti juga akan memancarkan energi. Pemancaran energi ini
menyebabkan elektron kehilangan energinya, sehingga lintasannya berbentuk
spiral dengan jari-jari yang mengecil, laju elektron semakin lambat dan
akhirnya dapat tertarik ke inti atom. Jika hal ini terjadi maka atom akan
musnah, akan tetapi pada kenyataannya atom stabil.
Pada
tahun 1913, NIELS BOHR menggunakan teori kuantum untuk menjelaskan
spektrum unsur. Berdasarkan pengamatan, unsur-unsur dapat memancarkan spektrum
garis dan tiap unsur mempunyai spektrum yang khas. Menurut Bohr, Spektrum
garis menunjukkan elektron dalam atom hanya dapat beredar pada
lintasan-lintasan dengan tingkat energi tertentu. Pada lintasannya elektron
dapat beredar tanpa pemancaran atau penyerapan energi. Oleh karena itu, energi
elektron tidak berubah sehingga lintasannya tetap. Elektron dapat berpindah
dari satu lintasan ke lintasan lain disertai pemancaran atau penyerapan sejumlah
energi yang harganya sama dengan selisih kedua tingkat energi tersebut.
ΔE = Ef – Ei
Keterangan:
ΔE = energi yang
menyertai perpindahan elektron
Ef = tingkat
energi akhir
Ei = tingkat
energi awal
Namun teori Bohr ini
memiliki kelemahan, yaitu: Bohr hanya dapat menjelaskan spektrum gas hidrogen,
tidak dapat menjelaskan spektrum dari unsur yang jumlah elektronnya lebih dari
satu.
Kelemahan
dari model atom Bohr dapat dijelaskan oleh LOUIS VICTOR DE BROGLIE pada
tahun 1924 dengan teori dualisme partikel gelombang. Menurut de Broglie, pada
kondisi tertentu, materi yang bergerak memiliki ciri-ciri gelombang.
λ = h
——–—
m. ν
dimana :
λ = panjang
gelombang (m)
m = massa partikel (kg)
ν = kecepatan
(ms-1)
h = tetapan Planck
(6,626.10-34 Js)
Louis
de Broglie merupakan Ilmuwan yang berhasil membuktikan bahwa gelombang
dapat berperilaku seperti partikel dan partikel dapat berperilaku seperti
gelombang. Dengan kata lain, cahaya dapat memiliki sifat dualisme
gelombang-partikel. Menurut Louise de Broglie, semua benda yang bergerak
memiliki panjang gelombang tertentu.
Hipotesa
ini didukung oleh hasil eksperimen yang
dilakukan Davisson dan Germer. Mereka mengarahkan seberkas
elektron pada permukaan kristal nikel. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa
ternyata elektron mengalami difraksi. Difraksi elektron tersebut sama dengan
difraksi sinar X yang mengenai suatu kristal. Panjang gelombang yang
diperlihatkan oleh pola difraksi sesuai dengan prediksi dalam hipotesa de
Broglie.
Selanjutnya
eksperimen lain yang mendukung hipotesa tersebut adalah percobaan celah ganda
oleh Thomas Young. Hasil interferensi celah ganda Young sama dengan hasil
interferensi gelombang yang diakibatkan oleh elektron. Selain elektron,
terdapat partikel lain yang berperilaku seperti gelombang, contohnya adalah
neutron. Neutron merupakan partikel tak bermuatan yang biasa digunakan untuk
mempelajari difraksi struktur kristal.
Meskipun
semua partikel yang bergerak memiliki panjang gelombang de Broglie, tetapi efek
panjang gelombangnya hanya dapat diamati untuk partikel yang massanya sangat
kecil, seperti elektron atau neutron. Kecepatan elektron jauh lebih kecil
dibandingkan kecepatan cahaya, sehingga kita bisa abaikan efek relativitas
dengan menyatakan nilai momentum sebagai hasil perkalian massa dan kecepatan. Hipotesis
tersebut terbukti benar dengan ditemukannya sifat gelombang dari elektron.
Elektron mempunyai sifat difraksi, maka lintasan elektron yang dikemukakan Bohr
tidak dibenarkan. Gelombang tidak bergerak melalui suatu garis, melainkan
menyebar pada daerah tertentu.
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. Kilat akan lebih dulu terjadi daripada petir. Kilat menunjukan sifat
gelombang berbentuk cahaya, sedangkan petir menunjukan sifat pertikel berbentuk
suara.
Pada
tahun 1927, WERNER HEISENBERG mengemukakan bahwa posisi atau lokasi
suatu elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti. Heisenberg
berusaha menentukan sifat-sifat subatomik dan variabel yang digunakan untuk
menentukan sifat atom. Sifat ini adalah kedudukan partikel (x) dan momentum
(p).
Kesimpulan
dari hipotesisnya adalah bahwa pengukuran subatomik selalu terdapat
ketidakpastian dan dirumuskan sebagai hasil kali antara ketidakpastian
kedudukan (Δx) dengan ketidak pastian momentum (Δp)
Berkaitan
dengan dualisme sifat elektron, Werner Heisenberg menyimpulkan suatu
keterbatasan dalam menentukan posisi dan momentum elektron dalam atom, yang
dikenal sebagai Asas Ketidakpastian (Uncertainty Principle) pada
tahun 1927. Heisenberg merumuskan Asas Ketidakpastian di Institut
Niels Bohr di Copenhagen, sambil berpikir membuat fondasi matematika
untuk Teori Atom Mekanika Kuantum.
Dengan Teori Kuantum, kita dapat mengetahui besarnya radiasi yang dipancarkan
maupun yang diserap. Selain itu, Teori Kuantum juga bisa digunakan untuk
menjelaskan terjadinya spektrum atom.
Schrodinger
sependapat dengan Heisenberg bahwa kedudukan elektron dalam atom tidak dapat
ditentukan secara pasti, namun yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian
menemukan elektron pada suatu titik pada jarak tertentu dari intinya. Ruangan
yang memiliki kebolehjadian terbesar ditemukannya elektron
disebut Orbital.
Berdasarkan
teori yang disampaikan oleh Schrodinger, diketahui bahwa elektron menempati
lintasan yang tidak pasti sehingga electron berada pada berbagai jarak dari
inti atom dan berbagai arah dalam ruang. Jadi, daerah pada inti atom dengan
kemungkinan terbesar ditemukannya elektron dikenal sebagai orbital. Dalam mekanika kuantum, model orbital atom
digambarkan menyerupai “awan”. Beberapa orbital bergabung membentuk kelompok
yang disebut Subkulit.
Persamaan
gelombang ( Ψ= psi) dari Erwin Schrodinger menghasilkan tiga bilangan gelombang
(bilangan kuantum) untuk menyatakan kedudukan (tingkat energi, bentuk, serta
orientasi) suatu orbital, yaitu: bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum
azimut (l) dan bilangan kuantum magnetik (m). Kemungkinan (kebolehjadian)
menemukan elektron pada suatu titik pada jarak tertentu dari intinya disebut
sebagai Prinsip Ketidakpastian Heisenberg. Artinya gerakan lintasan
elektron beserta kedudukannya tidak dapat diketahui dengan tepat.
Hipotesis
Louis de Broglie dan azas ketidakpastian dari Heisenberg merupakan dasar dari
model Mekanika Kuantum (Gelombang) yang dikemukakan oleh ERWIN
SCHRODINGER pada tahun1927, yang mengajukan konsep orbital untuk
menyatakan kedudukan elektron dalam atom. Orbital menyatakan suatu daerah
dimana elektron paling mungkin (peluang terbesar) untuk ditemukan.
ABSORBSI SINAR UV OLEH IKATAN RANGKAP SERTA TRANSISI ELEKTRON SIKLOHEKSENA KE TINGKAT TEREKSITASI
Untuk keperluan
penentuan struktur, spektroskopi ultra violet memiliki kemampuan untuk mengukur
jumlah ikatan rangkap atau konyugasi aromatik didalam suatu molekul. Daerah
panjang gelombang dari spektrum ultra violet berkisar 200 - 400 nm. Penyerapan
sinar ultra violet oleh suatu molekul akan menghasilkan transisi diantara
tingkat energi elektronik molekul tersebut. Transisi tersebut terjadi pada
orbital ikatan atau pasangan elektron bebas dengan orbital anti ikatan. Sistem
(gugus atom) yang menyebabkan terjadinya absorbsi cahaya disebut kromofor.
Energi
transisi spectrum UV berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Penyerapan
dari spectrum UV akan bergeser ke panjang gelombang yang lebih panjang jika
energy transisi yang diperlukan untuk transisi electron makin rendah. Bila
suatu molekul mempunyai system konyugasi maka energy yang diperlukan untuk
transisi electron makin rendah, akibatnya penyerapan akan bergeser kepanjang
gelombang yang lebih panjang.
Daerah
sinar tampak pada spektrum (sinar yang tampak oleh mata manusia) berada pada
panjang gelombang 400-800 nm sedangkan daerah sinar UV berada pada panjang
gelombang yang lebih pendek yaitu sekitar 200-400 nm (Achmadi, 2003). Prinsip
dasar dari spektrofotometer UV adalah penyerapan sinar tampak atau ultra violet
oleh suatu molekul yang dapat menyebabkan terjadinya eksitasi molekul tersebut
dari tingkat energi dasar ke tingkat yang lebih tinggi. Absorbsi radiasi oleh
sampel diukur detektor pada berbagai panjang gelombang dan diinformasikan ke
perekam untuk menghasilkan spektrum. Spektrum ini akan memberikan informasi
penting untuk identifikasi adanya gugus kromofor.
Penyerapan sinar uv dan sinar
tampak oleh molekul, melalui 3 proses yaitu :
a. Penyerapan oleh transisi electron
ikatan dan electron anti ikatan.
b. Penyerapan oleh transisi electron d dan
f dari molekul kompleks
c. Penyerapan oleh perpindahan
muatan.
Interaksi
antara energy cahaya dan molekul dapat digambarkan sbb :
E
= hv
Dimana
, E = energy (joule/second)
h = tetapan plank
v = frekuensi foton
Semua senyawa organik mampu
mengabsorbsi cahaya sebab semua senyawa organik mengandung elektron valensi
yang dapat dieksitasi ke tingkat energi yang lebih besar / tinggi. Oleh karena
itu penyelidikan untuk senyawa organik dilakukan pada UV lebih besar 185 nm.
Hal ini disebabkan apabila <185 nm komponen-komponen atmosfer akan
mengabsorbsi secara kuat.
1.
Interaksi
elektron π, σ dan n dengan radiasi elektromagnetik (REM)
Ada
tiga macam distribusi elektron didalam suatu senyawa organik secara umum, yang
selanjutnya dikenal sebagi orbital elektron pi (π) , sigma (σ) dan elektron
tidak berpasangan (n). Ketiga orbital elektron tersebut ada pada senyawa
formaldehid berikut :
Apabila
pada molekul tersebut dikenakan radiasi elektromagnet maka akan terjadi
eksitasi elektron ke tingkat energi yng lebih tinggi yang dikenal sebagai
orbital elektron “anti bonding”. Diagram tingkat energi elektronik :
Eksitasi
elektron (σ – σ*) memberikan energi yang terbesar dan terjadi pada daerah ultra
violet jauh yang diberikan oleh ikatan tunggal sebagi contoh pada alkana.
Sedangkan eksitasi elektron (π – π*) di berikan oleh
ikatan rangkap dan rangkap tiga (alkena & alkuna) terjadi pada daerah
ultraviolet jauh.
Pada
gugus karbonil (dimetil keton & asetetaldehid) akan terjadi eksitasi
elektron (π → σ*) yang terjadi pada daerah ultraviolet jauh. Disamping itu
gugus karbonil juga memberikan eksitasi elektron (σ → π*) yang terjadi pada panjang
gelombang 280 – 290 nm. Tapi eksitasinya terlarang karena memberikan harga E
maksimum 12 – 16 (>1000).
Semua
gugus dan gugusan atom yang mengabsorbsi radiasi UV-Vis disebut sebagai
kromofor. Pada senyawa organik dikenal pula gugus Ausokrom, yaitu gugus gugus
fungsional yang mempunyai elektron bebas seperti –OH, O-NH2 dan O-CH3
yang memberikan transisi (n – σ*).
2.
Pemilihan
pelarut
Spektrofotometri
UV-Vis dapat melakukan penentuan terhadap sampel yang berupa larutan, gas, atau
uap. Untuk sampel yang berupa larutan perlu diperhatikan beberpa persyaratan
pelarut yang dipakai, diantara lain :
ü Pelarut yang dipakai tidak boleh mengandung sistem ikatan
rangkap terkonyugasi pada struktur molekulnya dan tidak berwarna.
ü Tidak terjadi interksi dengan molekul senyawa yang
dianalisis.
ü Kemurninnya harus tinggi atau derajat untuk analisis.
Pada
umumnya pelarut yang sering dipakai dalam analisis spektrofotometri UV-vis
adalah air, etanol, sikloheksana dan isopropanol.
Absorbsi pelarut yang dipakai pada daerah UV-vis (penagal
UV = UV cut OFF). Hal yang perlu diperhatikan adalah polaritas pelarut yag
dipakai. Karena akan sangat mempengaruhi terhadap pergeseran spektrum molekul
yang dianalisis.
Kaidah
franks dan Cordon beranggapan bahwa selama elektron dalam keadaan tereksitasi,
molekut tersebut dalam keadaan diam hanya terjadi pergeseran elektronnya saja.
Selanjutnya elektron suatu molekul yang tereksitasi maupun tidak akan
berasosiasi dengan pelarut sehingga terjadi penurunan tingkat energi ∆E untuk π1
- π 1* < π – π* dan n1 – π1* > n –
π* . Pengaruh
polaritas pelarut terhadap eksitasi elektron dalam spektrofotometer UV-vis.
Dari
kaidah Franks dan Cordon tersebut dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
Kenaikan polaritas pelarut untuk elektron yang
bertransisi n1 – π1* akan memberikan pergeseran biru
(hipokromik). Hal ini disebabkan ikatan hidrogen dengan keadaan dasar elektron
n yang lebih mantap dibandingkan dengan keadaan π* yang turun energinya menjadi
π1* (dalam keadaan polar).
Sebalinya
untuk transisi elektron π1 - π 1* polaritas pelarut akan
menimbulkan pergeseran merah (hatokromik). Hal ini disebabkan pelarut yang
polar akan lebih memantapkan keadaan π*
sehingga ∆E untuk π1 - π 1* < π – π*.
Assalamualaikum.wr.wb
BalasHapusSaya wahyu hifayani
Setelah saya membaca blok anda diatas?
Saya ingin bertanya:
Dalam pemilihan pelarut mengapa Kemurninnya harus tinggi atau derajat untuk analisis jelaskan?
saya akan mencoba menjawab pertanyaan saudari wahyu hidayani :
BalasHapusTidak semua pelarut dapat digunakan dalam spektrofotometri. Pelarut yang digunakan dalam spektrofotometri adalah pelarut yang dapat melarutkan cuplikan serta tidak menyerap sinar yang digunakan sebagai sumber radiasi. Bila molekul menyerap sinar ultraviolet/terlihat pada tenaga tertentu, maka pertama bahwa hanya satu electron dipromosikan ke tingkat tenaga yang lebih tinggi, dan bahwa electron-elektron lain tidak terpengaruh. Keadaan tereksitasi yang dihasilkan ini mempunyai waktu hidup pendek (sekitar 10-6 hingga 10-9 det) dan sebagai akibat adalah bahwa selama eksitasi elektronik atom-atom dari molekul tidak bergerak (dasar Franck-Condon). Hal lain yang perlu diperhatikan dalam pemilihan pelarut adalah polaritas pelarut, karena akan sangat mempengaruhi pergeseran spectrum yang dianalisis. Interaksi ini, pada gilirannya, dapat mengubah kemampuan molekul untuk menyerap panjang gelombang tertentu dari radiasi. Karena luasnya interaksi tergantung pada konsentrasi, terjadinya fenomena ini menyebabkan penyimpangan dari hubungan linier antara serapan dan konsentrasi. Faktor-faktor yang sering menyebabkan kesalahan dalam menggunakan spektrofotometer dalam mengukur konsentrasi suatu analit:
1. Adanya serapan oleh pelarut. Hal ini dapat diatasi dengan penggunaan blangko, yaitu larutan yang berisi selain komponen yang akan dianalisis termasuk zat pembentuk warna.
2. Kesalahan fotometrik normal pada pengukuran dengan absorbansi sangat rendah atau sangat tinggi, hal ini dapat diatur dengan pengaturan konsentrasi, sesuai dengan kisaran sensitivitas dari alat yang digunakan (melalui pengenceran atau pemekatan).
3. Penyerapan tidak menghasilkan pemancaran sinar pendafluor. Artinya larutan yang diukur harus benar-benar jernih agar tidak terjadi hamburan cahaya oleh partikel-partikel koloid atau suspensi yang ada di dalam larutan.
4. Konsentrasi analit rendah. Karena apabila konsentrasi tinggi akan menggangu kelinearan grafik absorbansi versus konsntrasi.
Jadi, apabila kemurnian suatu pelarut tidak diperhitungkan secara teliti akan menyebabkan berbagai kesalahan dalam analisis spektrofotometri UV-vis
Selamat Siang Vini Gentari. Terimakasih atas postingannya. saya rostalinda rumapea ingin bertanya coba jelaskan mengenai proses Penyerapan sinar uv dan sinar tampak oleh molekul? Terimakasih:)
BalasHapussaya akan mencoba menjawab pertanyaan saudari rostalinda :
BalasHapusSalah satu media yang dapat digunakan untuk mengetahui interaksi molekul terhadap sinar uv adalah dengan menggunakan instrumen spektrofotometer UV-Vis. Adsorpsi cahaya UV-Vis mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi electron dari orbital-orbital ke keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital keadaan interaksi berenergi lebih tinggi. Energy yang terserap kemudian terbuang sebagai cahaya atau tersalurkan dalam reaksi kimia. Absorpsi cahaya tampak dan radiasi ultraviolet meningkatkan energy elektronik sebuah molekul, artinya energy yang disumbangkan oleh foton-foton memungkinkan elektron-elektron itu mengatasi kekangan inti dan pandah ke luar ke orbital baru yang lebih tinggi energinya. Semua molekul dapat menyerap radiasi dalam daerah UV-tampak karena mereka mengandung electron, baik sekutu maupun menyendiri, yang dapat dieksitasi ke tingkat energy yang lebih tinggi.
Molekul-molekul yang memerlukan lebih banyak energi untuk promosi electron akan menyerap cahaya pada panjang gelombang yang lebih pendek. Molekul yang menyerap energy lebih sedikit akan menyerap cahaya pada panjang gelombang yang lebih panjang. Senyawa yang menyerap cahaya dalam daerah tampak memiliki elektron yang lebih mudah dipromosikan daripada senyawa yang menyerap cahaya pada gelombang UV yang lebih pendek.
Penyerapan sinar uv dan sinar tampak oleh molekul, melalui 3 proses yaitu :
a. Penyerapan oleh transisi electron ikatan dan electron anti ikatan.
b. Penyerapan oleh transisi electron d dan f dari molekul kompleks
c. Penyerapan oleh perpindahan muatan.