TUGAS TERSTRUKTUR

TUGAS TERSTRUKTUR

1. Menurut Louis de Broglie bahwa elektron mempunyai sifat gelombang sekaligus juga partikel. Jelaskan Keterkaitannya dengan teori mekanika kuantum dan teori orbital molekul?

Jawaban:

Louis de Broglie (1924) menjelaskan bahwa cahaya dapat berada dalam suasana tertentu yang terdiri dari partikel-partikel, kemungkinan berbentuk partikel pada suatu waktu, yang memperlihatkan sifat-sifat seperti gelombang. Berikut pendapat Louis de Broglie :

Einstein : E = mc²

Max Planck : E = h · ʋ

sehingga untuk menghitung panjang gelombang satu partikel diperoleh :

λ = h / (m . ʋ)

dengan: 

λ = panjang gelombang (m)

m = massa partikel (kg)

ʋ = kecepatan partikel (m/s)

h = tetapan Planck (6,626 × 10^–34 Joule s)

Hipotesis de Broglie terbukti benar dengan ditemukannya sifat gelombang dari elektron. Elektron mempunyai sifat difraksi seperti halnya sinar–X. Sebagai akibat dari dualisme sifat elektron sebagai materi dan sebagai gelombang, maka lintasan elektron yang dikemukakan Bohr tidak dapat dibenarkan. Gelombang tidak bergerak menurut suatu garis, melainkan menyebar pada suatu daerah tertentu.

Gagasan ini adalah timbal balik daripada gagasan partikel cahaya yang dikemukakan Max Planck. Louis de Broglie meneliti keberadaan gelombang melalui eksperimen difraksi berkas elektron. 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. Kilat akan lebih dulu terjadi daripada petir. Kilat menunjukan sifat gelombang berbentuk cahaya, sedangkan petir menunjukan sifat pertikel berbentuk suara. Kelemahan dari teori atom Niels Bohr, yaitu tidak dapat menjelaskan mengapa elektron hanya boleh berada pada tingkat energi tertentu.

Hipotesis tentang gelombang materi berasal dari gagasan foton Einstein. Kemudian diterapkan Louis de Broglie pada 1922, sebelum Compton membuktikannya, untuk menurunkan Hukum Wien (1896). Ini menyatakan bahwa "bagian tenaga elektromagnet yang paling banyak dipancarkan benda (hitam) panas adalah yang frekuensinya sekitar 100 milyar kali suhu mutlak (273 + suhu Celsius) benda itu". Pekerjaan ini ternyata memberi dampak yang berkesan bagi de Broglie.

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 1elektron  dalam atom. Orbital menyatakan suatu daerah dimana elektron paling mungkin (peluang terbesar) untuk ditemukan.

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.

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).

Teori orbital molekul adalah teori yang menjelaskan ikatan kimia melalui diagram orbital molekul. Sifat magnet dan sifat-sifat molekul dapat dengan mudah dijelaskan dengan menggunakan pendekatan mekanika kuantum lain yang disebut dengan teori orbital molekul.

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). Menurut persamaan fungsi gelombang , distribusi elektron dalam orbital dapat ditentukan melalui 3 bilangan kuantum yaitu :

a.         Bilangan kuantum utama (n = nomor lintasan elektron/kulit )

b.         Bilangan kuantum azimuth (l = menunjukkan sub-lintasan/ sub- kulit)

c.         Bilangan kuantum magnetic (m = harga orbital).

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.

 Keterkaitan yang tampak ialah mengenai sifat magnet dan sifat molekul.

Teori Atom Mekanika Kuantum

Model atom mekanika kuantum merupakan model atom modern yang berkembang dan melengkapi kekurangan dari model atom bohr. model atom modern didasarkan pada tiga hal berikut:

1. menurut “Louis de Broglie”, elektron bersifat gelombang dan partikel.
2. menurut “Werner Heisenberg”, dengan asas ketidakpastian bahwa ruang disekitar inti ditemukan elektron yang disebut orbital.
3. menurut “Erwin Schrodinger”, mengenai persamaan gelombang elektron dalam atom.

Dari ketiga hal diatas, maka diperoleh model atom modern sebagai berikut:

1. elektron-elektron mengitari inti atom dan berada pada orbital-orbital tertentu yang membentuk kulit atom.
2. orbital merupakan ruang disekitar inti dimana elektron dapat ditemukan.
3. kedudukan elektron pada orbital-orbitalnya dinyatakan dengan bilangan kuantum.

HUBUNGAN TEORI MEKANIKA KUANTUM   DENGAN TEORI KETIDAKPASTIAN

Dari teori mekanika kuantum Werner Heisenberg (1927) seorang ahli fisika dari Jerman membuktikan bahwa tidak mungkin menentukan dengan pasti posisi elektron dan momentumnya. Heseinberg menunjukkan bahwa usaha untuk mengukur posisi elektron akan menganggu elektron itu.Hal ini menimbulkan ketidakpastian pada nilai momentum.Usaha yang dilakukan untuk mengukur momentum dengan tepat juga menimbulkan ketidakpastian dalam lokasi elektron dan inilah yang dikenal dengan Prinsip Ketidakpastian Heisenberg. Hal ini menunjukkan bawa tidak benar jika elektron menempati orbital yang jelas dan pasti dalam gerakannya mengelilingin inti seperti yang pernah dikemukakan oleh teori atom Bohr.

 

 

2.        Bila absorpsi  sinar UV  oleh iakatn rangkap menghasilkan promosi elektron ke orbital yang berenergi lebih tinggi. Transisi elektron manakah memerlukan energi terkecil bila sikloheksena berpindah ke tingkat tereksitasi

Jawab :

Penyerapan sinar tampak atau UV menyebabkan terjadinya eksitasi molekul dari ground state (energi dasar) ke tingkat Exited state (energi yang lebih tinggi. Pengabsorbsian sinar UV atau sinar tampak oleh suatu molekul menghasilkan eksitasi elektron bonding. Akibatnya panjang gelombang absorbsi maksimum dapat dikorelasikan dengan jenis ikatan yang ada dalam molekul yang diselidiki. Oleh karena itu spektroskopi serapan molekul berguna untuk mengidentifikasi gugus fungsional yang ada dalam suatu molekul. Akan tetapi yang lebih penting adalah penggunaan spektroskopi serapan UV dan sinar tampak untuk penentuan kuantitatif senyawa-senyawa yang mengandung gugus pengabsorbsi.

Pada transisi elektronik inti-inti atom dapat dianggap berada pada posisi yang tepat. Hal ini dikenal dengan prinsip Franck-Condon. Disamping itu dalam proses transisi ini tidak semua elektron ikatan terpromosikan ke orbital antiikatan.

Berdasarkan jenis orbital tersebut maka, jenis-jenis transisi elektronik dibedakan menjadi empat macam, yakni:

1) Transisi σ → σ*

2) Transisi π → π*

3) Transisi n → π*

4) Transisi n → σ*

 Transisi elektronik menimbulkan spektra serapan pada daerah sinar tampak dan ultra violet pada senyawa-senyawa organik. Umumnya dalam molekul poliatomis terutama dalam molekul organik, orbital pengikatan atom bukan pengikatan di isi sehingga transisi elektron dengan panjang gelombang terpanjang melibatkan pengikatan elektron dari orbital molekul tidak terisi yang tertinggi ke orbital molekul tidak terisi yang terendah.

Mengapa diisebut transisi elektronik karena elektron yang menempati satu orbital dengan energi terendah dapat berpindah ke orbital lain yang memiliki energi lebih tinggi jika menyerap energi, begitupun sebaliknya elektron dapatberpindah dari orbital yang memiliki energi lebih rendah jika melepaskan energi. Bila absorpsi  sinar UV  oleh ikatan rangkap menghasilkan promosi elektron ke orbital yang berenergi lebih tinggi dan jika terjadi Absorpsi / Penyerapan pada sinar tampak atau UV, hal ini akan menyebabkan terjadinya eksitasi molekul dari energi dasar ke tingkat energi yang lebih tinggi.pada proses ini,  penyerapan sinar UV atau sinar tampak oleh suatu molekul akan menghasilkan eksitasi elektron bonding. hal ini akan mengakibatkan panjang gelombang absorbsi maksimum dapat dikorelasikan dengan jenis ikatan yang ada dalam molekul yang diidentifikasi. Oleh karena itu spektroskopi serapan molekul dapat berguna untuk mengidentifikasi gugus fungsional yang ada dalam suatu molekul. Akan tetapi yang lebih penting adalah penggunaan spektroskopi serapan UV dan sinar tampak untuk penentuan kuantitatif senyawa-senyawa yang mengandung gugus pengabsorbsi.
Pada zat-zat pengabsorbsi ini berkaitan dengan tiga jenis transisi elektron, yaitu elektron-elektron π, σ, dan n, yang meliputi molekul atau ion organik dan sejumlah anorganik. Penyelidikan spektroskopi senyawa-senyawa organik dilakukan pada daerah UV yang panjang gelombangnya lebih besar dari 185nm. Energi yang diterima atau diserap berupa radiasi elektromagnetik.

Bila 2 orbital atom bergabung maka salah satu orbital molekul bonding berenergi rendah atau orbital molekul anti bonding berenergi tinggi dihasilkan. Orbital molekul yang diasosiasikan dengan ikatan tunggal dalam molekul organik ditandai dengan orbital sigma dan elektron yang terlibat adalah elektron sigma.