Minggu, 11 September 2016

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*.



4 komentar:

  1. Assalamualaikum.wr.wb
    Saya wahyu hifayani
    Setelah saya membaca blok anda diatas?
    Saya ingin bertanya:
    Dalam pemilihan pelarut mengapa Kemurninnya harus tinggi atau derajat untuk analisis jelaskan?

    BalasHapus
  2. saya akan mencoba menjawab pertanyaan saudari wahyu hidayani :
    Tidak 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

    BalasHapus
  3. 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:)

    BalasHapus
  4. saya akan mencoba menjawab pertanyaan saudari rostalinda :
    Salah 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.

    BalasHapus