makalah pemicu 3 - kelompok 8 - kimia fisika.pdf
Post on 18-Jan-2016
90 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Perkembangan ilmu fisika telah memberikan akses bagi para
ilmuwan untuk meneliti berbagai hal dengan lebih jauh, termasuk salah
satunya adalah analisis zat. Dalam hal ini, salah satu ilmu yang sangat
membantu dalam perkembangan berbagai metode analisis zat adalah teori
kuantum. Teori kuantum merupakan suatu perkembangan yang pesat dalam
ilmu fisika, dan telah mengantarkan ilmu fisika klasik menjadi fisika modern.
Salah satu topik sentral dari teori kuamtum adalah mengenai kuantisasi energi
dalam benruk foton, dan interaksinya dengan materi lain. Interaksi inilah yang
nantinya dimanfaatkan untuk menganalisis berbagai sifat dari suatu zat, seperti
struktur, bentuk kristal, konsentrasi, dan lain sebagainya. Contoh dari bentuk-
bentuk analisis tersebut adalah X-ray Crystallography yang memanfaatkan
difraksi sinar X untuk mengidentifikasi struktus kristal dari suatu batuan
mineral, dan spektroskopi ESR yang digunakan untuk mengetahui keadaan
lingkungan elektron dalam suatu senyawa yang dianalisis. Oleh karena itu,
penulis perlu mempelajari prinsip dasar serta aplikasi dari teori kuantum agar
dapat mengetahui serta memanfaatkan teori tersebut dengan cara yang benar.
B. Definisi Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang ada, maka definisi
masalah diberikan sebagai berikut:
1. Perbedaan teori fisika klasik dan kuantum, penjelasan teori kuantum,
persamaan Rydberg, dan penjelasan model atom Bohr.
2. Menentukan panjang gelombang, frekuensi dan energi pada efek fotolistrik.
3. Elektronegativitas dan hubungannya dengan skala Pauling.
4. Penjelasan radiasi elektromagnetik dan gelombang elektromagnetik.
5. Penjelasan kristalografi, jenis-jenis kristal dan bentuk-bentuk geometrinya.
6. Ikatan hidrogen pada suatu senyawa dan menetukan gugus fungsi dalam
suatu senyawa.
7. Cara menganalisis senyawa dengan spektrum spektroskopi ESR.
2
BAB II
DASAR TEORI
A. Mekanika Kuantum
Mekanika kuantum adalah cabang fisika yang menggantikan
mekanika klasik. Dasar dimulainya periode mekanika kuantum adalah saat
mekanika klasik tidak bias menjelaskan gejala-gelaja fisika yang yang bersifat
mikroskopis dan dan bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan
cahaya. Model atom Bohr dikemukakan oleh Niels Bohr pada tahun 1913.
Model atom Bohr dari atom hidrogen menggambarkan electron-elektron
bernuatan negative mengorbit pada kulit atom dalam lintasan tertentu yang
mengelilingi inti atom yang bermuatan positif. Dalam teori kuantum dikenal
konsep orbital, yang menggunakan bilangan kuantum. Bilangan kuantum
terbagi atas bilangan kuantum utama, bilangan kuantum azimuth, bilangan
kuantum magnetik, dan bilangan atom spin. Teori Band menjelaskan tentang
bagaimana suaru benda bias menjadi isolator, semikonduktor, ataupun
konduktor. Landasan dari Teori Band ini adalah teori orbital molekul. Energy
gap dari suatu zat dapat menentukan apakah zat itu adalah isolator, semi
konduktor, atau konduktor.
B. Efek Fotolistrik
Teori Planck
Menurut Planck, energi yang terpancarkan bergerak dalam bentuk
gelombang. Akan tetapi, model gelombang tidak dapat menjelaskan efek
fotolistrik, mengalirnya suatu arus ketika cahaya monokromatik dengan
frekuensi yang cukup tinggi menyinari bidang logam. Adanya arus dapat
dianggap muncul ketika cahaya mentransfer energi ke elektron pada
permukaan logam, yang membebaskan elektron dan kemudian terkumpul pada
elektroda positif. Efek fotolistrik memiliki beberapa sifat khusus, diantaranya
frekuansi ambang dan keterlambatan waktu.
1. Frekuansi ambang.
Cahaya yang menyinari logam harus memiliki frekuensi
minimum, atau tidak ada arus yang mengalir. (Logam yang berbeda
3
memiliki frekuensi minimum berbeda) Namun, teori gelombang
mengasosiasikan energi dari cahaya dengan amplitudo (intensitas) dari
gelombang, bukan dengan frekuensinya (warna). Dengan demikian, teori
gelombang memprediksikan bahwa suatu elektron akan terbebas ketika
menyerap cukup energi dari cahaya dengan warna apapun.
2. Keterlambatan waktu.
Arus mengalir disaat cahaya dengan frekuensi minimum
menyinari logam, tanpa memperhatikan intensitas cahaya. Akan tetapi,
teori gelombang memprediksikan bahwa pada cahaya redup akan terdapat
keterlambatan waktu sebelum arus mengalir, karena elektron harus
menyerap cukup banyak energi untuk terbebas.
Teori Einstein
Melanjutkan teori Planck akan energi terkuantisasi, Albert Einstein
mengusulkan bahwa cahaya itu sendiri merupakan partikulat, dimana,
terkuantisasi menjadi “buntalan” kecil energi elektromagnetik, yang nantinya
akan disebut proton. Dalam teori Planck, dapat dikatakan bahwa setiap atom
mengubah energinya setiap kali atom tersebut menyerap atau melepaskan satu
foton, satu “partikel” cahaya, yang energinya telah ditetapkan oleh
frekuensinya.
(1)
di mana v adalah frekuensi cahaya.
Jika cahaya yang digunakan memiliki frekuensi yang lebih tinggi
dibanding frekuensi ambang, elektron tidak hanya akan terbebas, tetapi juga
akan menerima sejumlah energi kinetik. Situasi ini dituliskan dalam
persamaan:
(2)
dimana KE adalah energi kinetik dari elektron yang terlepas dan BE adalah
energi yang mengikat elektron dalam logam. Persamaan dapat ditulis ulang
sebagai
(3)
4
Hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi energi foton (yaitu, memiliki
frekuensi yang lebih tinggi), akan semakin besar energi kinetik dari elektron
yang terlepas.
Pada teori Einstein mengenai foton, dijelaskan sifat-sifat dari efek fotolistrik:
1. Penjelasan dari frekuensi ambang
Menurut teori foton, suatu sinar cahaya terdiri dari begitu
banyak jumlah foton. Intensitas cahaya (keterangan) berhubungan dengan
jumlah foton yang mengenai permukaan per satuan waktu, tetapi tidak
dengan energinya. Karena itu, sebuah foton dengan energi minimum
tertentu haruslah diserap agar elektron dapat terbebas. Karena energi
bergantung pada frekuensi (hv), secara teori dapat ditentukan frekuensi
ambang.
2. Penjelasan dari keterlambatan waktu
Suatu elektron tidak dapat “menyimpan” energi dari beberapa
foton dibawah energi minimum hingga memiliki cukup banyak untuk
terbebas. Sebaliknya, satu elektron akan terbebas disaat ia menyerap satu
foton dengan energi yang cukup. Arus akan lebih lemah dalam cahaya
redup dibanding cahaya terang karena terdapat lebih sedikit foton dengan
energi yang cukup, jadi lebih sedikit elektron yang terbebas per satuan
waktu. Tetapi beberapa arus mengalir ketika foton mencapai bidang logam.
C. Elektronegativitas dan Skala Pauling
Secara sederhana, elektronegativitas merupakan kecenderungan
suatu atom dalam menarik elektron dalam suatu ikatan kepada dirinya. Dalam
definisi ini, atom yang memiliki elektronegativitas tinggi akan memiliki
kemampuan untuk menarik elektron pada ikatan yang dibentuk lebih dekat
dengan dirinya, dan menjauhkan elektron tersebut dari atom pasangannya. Hal
ini akan memberi pengaruh terhadap nilai dipol dari atom-atom yang
bersangkutan, yang pada kasus kompleksnya akan mempengaruhi kepolaran
suatu molekul, dan bersamaan dengan itu, kelarutannya dalam jenis pelarut
tertentu.
Konsep elektronegativitas juga dibahas oleh Linus Pauling. Pauling
mengamati bahwa energi ikatan dari atom yang berbeda (misal A-B) memiliki
5
nilai yang lebih besar dari rata-rata nilai energi ikatan dari ikatan A-A dan B-B,
dengan jumlah selisih yang semakin meningkat seiring dengan polaritas dari A
dan B. Dari sini, ia menjabarkan sebuah persamaan elektronegativitas
berdasarkan energi disosiasi ikatan dari atom yang bersangkutan.
Persamaannya adalah sebagai berikut:
(4)
D. Radiasi Elektromagnetik
Radiasi elektromagnetik sering ditemui dalam kehidupan sehari-
hari dalam bentuk alat-alat elektronik yang menggunakan prinsip dasar dari
radiasi elektromagnetik itu sendiri. Radiasi elektromagnetik terjadi apabila
suatu electron tereksitasi berkencenderungan untuk kembali ke lintasannya
semula sehingga berusaha mengeluarkan energi yang telah diserapnya. Radiasi
elektromagnetik merambat layaknya gelombang, karena secara umum
diklasifikasikan sebagai gelombang. Gelombang elektromagnetik tidak
memerlukan media perambatan seperti gelombang bunyi ataupun gelombang
mekanik, dikarenakan sifatnya yang meradiasikan energi. Partikel dalam
radiasi elektromagnetik disebut foton. Foton tersebut berupa energi yang akan
sesuai dengan frekuensi dan panjang gelombangnya. Karena sifat foton
mengikuti arah elektron, foton dapat digambarkan pada medan listrik, dan
sebagai akibatnya apabila ada medan listrik, maka timbul medan magnet.
Radiasi elektromagnetik itu terdiri atas medan listrik dan medan magnet.
E. Difraksi Sinar X dan Kristal
Difraksi Sinar X
i. Penjelasan Singkat mengenai Difraksi Sinar-x
Difraksi sinar-X merupakan proses hamburan sinar-X oleh
kristal. Difraksi sinar-x dapat digunakan untuk menganalisis kristal.
Eksperimen difraksi sinar-X yang pertama dilakukan menggunakan
tembaga sulfat dan berhasil memberikan hasil pola difraksi pertama yang
kemudian menjadi induk perkembangan difraksi sinar-X.
Terdapat dua proses yang terjadi apabila sinar-X ditembakkan
ke sebuah atom yaitu
a. Energi sinar-X diserap oleh atom
6
b. Sinar-X dihamburkan oleh atom
Dalam proses yang pertama, berkas sinar-x terserap oleh atom
melalui efek fotolistrik yang menyebabkan tereksitasinya atom atau
terlemparnya elektron dari atom. Atom akan kembali kekkeadaan dasarnya
dengan memancarkan elektron atau memancarkan sinar-x floresen yang
memiliki panjang gelombang karakteristik atom tereksitasinya.
Pada proses yang kedua, ada bagian berkas yang mengalami
hamburan tanpa kehilangan energi dan ada bagian yang terhambur dengan
kehilangan sebagian energi.
Dalam interakasinya dengan material, sinar-x juga dapat
mengalami polarisasi linier, baik parsial maupun total. Dengan demikian,
berkas sinar-x terpolarisasi dapat diperoleh dengan cara hamburan dan
untuk sudut hamburan 90o, polarisasi lengkap terjadi, yaitu komponen
vektor medan listrik tegak lurus bidang yang dibentuk berkan datang dan
berkas terhambur.
ii. Mengapa Difraksi Sinar-x dapat Mengidentifikasi suatu kristal
Suatu kristal memiliki susunan atom yang tersusun secara
teratu dan berulang, memiliki jarak antar atom yang ordenya sama dengan
panjang gelombang sinar-x. Oleh karena itu, bila suatu sinar-x
ditembakkan pada suatu material kristali, maka sinar tersebut akan
menghasilkan pola dfraksi yang khas. Pola difraksi yang dibentuk sesuai
dengan susunan atom pada kristal tersebut.
Kristal terdiri atas bidang-bidang datar yang masing-masing
berfungsi sebagai cermin semi transparan. Jika sinar-x ditembakkan pada
tumpukan bidang datar tersebut, maka beberapa akan dipantulkan sama
dengan sudut datangnya. Secara matematis, panjang gelombang sinar-x,
jarak antar bidang antar bidang kristal, dan sudut difraksi memiliki
hubungan:
(5)
Persamaan di atas disebut persamaan Bragg. Persamaan
tersebut digunakan untuk menentukan parameter sel kristal. Sedangkan
untuk menentukan struktur kristal, digunakan metode komputasi
7
kristalografik. Data intensitas digunakan untuk menentukan posisi atom-
atomnya.
Kristal dan Jenisnya
i. Kristal
Kristal adalah suatu padatan yang memiliki bentuk teratur
karena atom, molekul, atau ionnya tersusun dengan teratur serta terbentuk
melalui proses alam. Apabila disintesis di laboratorium, maka tidak bisa
disebut sebagai kristal. Keteraturan suatu kristal tercermin dari
permukaannya yang berupa bidang-bidang datar yang rata yang memiliki
pola tertentu. Bidang ini disebut sebagai bidang muka kristal. Sudut antar
bidang muka kristal yang saling berpotongan besarnya selalu tetap pada
suatu kristal.
Bidang muka suatu kristal, baik letak maupun arahnya
ditentukan oleh perpotongannya dengan sumbu kristal. Dalam sebuah
kristal, sumbu kristal berupa garis imajiner yang lurus yang menembus
kristal melalui pusat kristal. Keteraturan suatu Kristal tercermin dalam
permukaan kristal yang berupa bidang-bidang datar dan rata yang
mengikuti pola-pola tertentu. Bidang-bidang ini disebut sebagai bidang
muka kristal. Sudut antara bidang-bidang muka kristal yang saling
berpotongan besarnya selalu tetap pada suatu kristal. Bidang muka itu baik
letak maupun arahnya ditentukan oleh perpotongannya dengan sumbu-
sumbu kristal. Dalam sebuah kristal, sumbu kristal berupa garis bayangan
Gambar 1. Difraksi SInar X
8
yang lurus yang menembus kristal melalui pusat kristal. Sumbu kristal
tersebut mempunyai satuan panjang yang disebut sebagai parameter.
ii. Proses Pembentukan Kristal
Pada kristal ada beberapa proses atau tahapan dalam
pembentukan kristal. Proses yang di alami oleh suatu kristal akan
mempengaruhi sifat-sifat dari kristal tersebut. Proses ini juga bergantung
pada bahan dasar serta kondisi lingkungan tempat dimana kristal tersebut
terbentuk.Berikut ini adalah fase-fase pembentukan kristal yang umumnya
terjadi pada pembentukan kristal:
Fase cair ke padat: kristalisasi suatu lelehan atau cairan sering terjadi
pada skala luas dibawah kondisi alam maupun industri. Pada fase ini
cairan atau lelehan dasar pembentuk kristal akan membeku atau
memadat dan membentuk kristal. Biasanya dipengaruhi oleh
perubahan suhu lingkungan.
Fase gas ke padat (sublimasi): kristal dibentuk langsung dari uap tanpa
melalui fase cair. Bentuk kristal biasanya berukuran kecil dan kadang-
kadang berbentuk rangka (skeletal form). Pada fase ini, kristal yang
terbentuk adalah hasil sublimasi gas-gas yang memadat karena
perubahan lingkungan. Umumnya gas-gas tersebut adalah hasil dari
aktifitas vulkanis atau dari gunung api dan membeku karena perubahan
temperature.
Fase padat ke padat: proses ini dapat terjadi pada agregat kristal
dibawah pengaruh tekanan dan temperatur (deformasi). Yang berubah
adalah struktur kristalnya, sedangkan susunan unsur kimia tetap
(rekristalisasi). Fase ini hanya mengubah kristal yang sudah terbentuk
sebelumnya karena terkena tekanan dan temperatur yang berubah
secara signifikan. Sehingga kristal tersebut akan berubah bentuk dan
unsur-unsur fisiknya. Namun, komposisi dan unsur kimianya tidak
berubah karena tidak adanya faktor lain yang terlibat kecuali tekanan
dan temperatur.
9
F. Ikatan Hidrogen
Pengertian Ikatan Hidrogen
Ikatan hidrogen adalah sebuah interaksi tarik-menarik (dipol-dipol)
antara atom yang bersifat elektronegatif dengan atom hidrogen yang terikat
pada atom lain yang juga bersifat elektronegatif. Jadi, ikatan hidrogen tidak
hanya terjadi pada satu molekul, tetapi juga antara molekul satu dengan
molekul yang lainnya. Selain itu, ikatan hidrogen juga selalu melibatkan atom
hidrogen.
Sifat Kekuatan Ikatan Hidrogen
Ikatan hidrogen termasuk ikatan yang kuat, lebih kuat
dibandingkan gaya van der Waals, akan tetapi lebih lemah dibandingkan
ikatan kovalen maupun ikatan ion.
Pembentukan Ikatan Hidrogen
Ikatan hidrogen sangat dominan dalam kimia air, larutan air,
pelarut hidroksilik, spesies yang mengandung gugus -OH umumnya, dan
penting juga dalam sistem biologi misalnya sebagai penghubung rantai
polipetida dalam rantai protein dan pasangan basa dari asam nukleat.
Apabila atom hidrogen terikat pada atom lain, terutama F, O, N,
atau Cl, sedemikian sehingga ikatan X-H bersifat sangat polar dengan daerah
positif pada atom H, maka atom H ini dapat berinteraksi dengan spesies
negatif lain atau spesies kaya elektron membentuk ikatan hidrogen (Xδ- -
Hδ+•••Y ; H•••Y = ikatan hidrogen). Walaupun detilnya sangat bervariasi,
tetapi umumnya dipercaya bahwa sifat khas gaya elektrostatik yang besar
antara atom H dan Y. Konsekuensinya, jarak ikatan X-H dengan ikatan
hidrogen akan menjadi lebih panjang, sekalipun tetap sebagai ikatan kovalen
tunggal, daripada panjang ikatan normal X-H tanpa ikatan hidrogen. Demikian
juga jarak H•••Y umumnya lebih panjang daripada jarak ikatan normal H-Y.
Dalam hal ikatan hidrogen sangat kuat, jarak X•••Y menjadi sangat pendek
dan panjang ikatan antara X-H dan H•••Y keduanya menjadi pendek dan
hampir sama.
10
G. Spektroskopi ESR (Electron Spin Resonance)
Spektroskopi Electron Spin Resonance (ESR) adalah suatu metode
spektroskopi yang digunakan untuk meneliti/mempelajari material dengan
elektron yang tidak berpasangan. Spektroskopi ini menggunakan spin elektron
dari suatu elektron tak berpasangan dalam suatu material sebagai objeknya,
berbeda dengan Nuclear Magnetic Resonance (NMR) yang memanfaatkan
spin dari inti atom (nuclear). Namun, keduanya memiliki konsep yang mirip,
yaitu memanfaatkan fenomena di mana keberadaan suatu atom dalam suatu
medan magnet akan menyebabkan inti atom (pada NMR) dan/atau elektron
yang tidak berpasangan (pada ESR) mengalami perubahan posisi menjadi
paralel atau anti-paralel terhadap medan magnet yang diberikan. Perubahan
tersebut akan menyebabkan perubahan tingkat energi pada inti atom dan/atau
elektron, dan perubahan inilah yang digunakan sebagai dasar perhitungan
untuk kedua spektroskopi tersebut.
11
BAB III
PEMBAHASAN
1. Pembahasan Part 1
a. Jelaskan perbedaan fisika klasik dan fisika kuantum
Jawab:
Secara garis besar, fisika dapat dibagi menjadi dua yaitu fisika
klasik dan fisika modern. Fisika klasik umumnya mempelajari materi dan
energi dari suatu kejadian keseharian yang mudah diamati (kondisi
normal). Beberapa topik bahasannya adalah mekanika, termodinamika,
bunyi, cahaya, dan elektromagnet (listrik dan magnet).
Pada fisika kuantum (modern), materi dan energi yang
dipelajari sering kali berada pada kondisi ekstrem dimana kondisi tersebut
berada pada skala sangat besar ataupun sangat kecil. Sebagai contoh,
topik mekanika kuantum,kemudian atom dan intinya,atau fisika partikel
elementer (FPE) yang skalanya lebih kecil daripada atom dan inti. Bidang
FPE ini dikenal pula dengan nama “fisika energi-tinggi”. Cahaya tersusun
dari paket-paket energi diskret yang diberi nama foton. Masing-masing
foton memiliki energi sesuai dengan frekuensinya. Persamaan energi foton
Einstein adalah sebagai berikut:
(6)
b. Apa ciri-ciri orbital terkait dengan masing-masing bilangan kuantum
berikut: (a) Principal quantum number (n), (b) angular momentum number
(l), dan (c) magnetic quntum number (m)
Jawab:
i. Principal quantum number (n)
Dalam atom hidrogen, nilai n menentukan energy orbital.
Bilangan kuantum utama juga berhubungan dengan jarak rata-rata
elektron dari inti dalam orbital tertentu. Semakin bedar nilai n,
semakin jaih jarak electron dari inti dan oleh karena itu orbitalnya juga
semakin besar.
ii. Angular momentum number (l)
12
Bilangan kuantum momentum sudut (l) memberikan
informasi tentang bentuk orbital. Nilai l bergantung pada nilai bilangan
kuantum utama (n). untuk nilai n tertentu, l mempunyai nilai bilangan
bulat yang mungkin dari 0 sampai (n-1). Nilai l biasanya ditandai
dengan dengan huruf s,p,d,… sebagai berikut:
l 0 1 2 3 4 5
Nama orbital s p d f g h
Sekumpulan orbital dengan nilai n yang sama disebut kulit, sedangkan
sekumpulan orbital dengan nilai n dan l yang sama dirujuk selalu
subkulit.
iii. Magnetic quantum number (m)
Menggambarkan orientasi orbital pada ruang. Didalam subkulit, nilai
m bergantung pada nilai l. untuk nilai l tertentu, ada (2l + 1) nilai bulat
m sebagai berikut
- l, (-l + 1),…, 0,…, (+l – 1), +l
c. Bagaimana n1 dalam persamaan Rydberg?
Jawab:
Persamaan Rydberg dapat diaplikasikan tidak hanya pada
spektrum emisi akan tetapi juga pada spektrum serapan (absorpsi) dimana
yang diamati ialah hilangnya intensitas cahaya setelah melalui sampel.
Rumus rydberg dapat ditulis menjadi
(7)
Dalam rumus Rydberg terdapat beberapa deret-deret lain
diantaranya terdapat deret Lymann, deret Pascen, deret Bracket, dan deret
Pfund. Pola dari hasil deret-deret ini memliki keserupaan yang dapat
dirangkum menjadi 1 persamaan,yaitu persamaan spektrum hidrogen.
(8)
dimana
Apabila rumus R dimasukkan dalam persamaan 2 kita akan
mendapatkan persamaan spektrum hidrogen:
13
(9)
Baik nilai m dan nilai n keduanya merupakan bilangan bulat.
n1 dalam rumus Rydberg adalah deret Lymann.
d. Bedakan antara spektrum serapan dan spektrum emisi . tunjukan yang
mana model Bohr bekerja!
Jawab:
i. Spektrum serapan: Spektrum yang terjadi karena penyerapan panjang
gelombang tertentu oleh suatu zat terhadap rediasi gelombang
elektromagnetik yang memiliki spektrum kontinu. Spektrum absorpsi
bekerja pada model bohr.
ii. Spektrum Emisi: Dihasilkan oleh suatu zat yang memancarkan
gelombang elektromagnetik dan dapat dibedakan menjadi tiga macam,
yaitu spektrum garis, spektrum pita, dan spektrum kontinu. Spektrum
garis dihasilkan oleh gas bertekanan rendah yang dipanaskan.
Spektrum pita dihasilkan oleh gas dalam keadaan molekuler, dan
sepktrum kontinu terdiri atas cahaya dengan semua panjang
gelombang, walaupun dengan intensitas berbeda. Spektrum ini
dihasilkan oleh zat padat, cair, dan gas yang berpijar.
e. Kenapa model Bohr tidak memprediksi garis spektra untuk atom selain
hidrogen ?
Jawab:
i. Model Bohr lebih menjelaskan secara rinci mengenai emisi dan
penyerapan spektrum atom hidrogen. Penjelasan ini memprediksi
panjang gelombang di mana cahaya dipancarkan atau diserap oleh
atom, tetapi, tidak memprediksi emisi atau penyerapan panjang
gelombang unsur lain dengan benar. Untuk penetuan panjang
gelombang digunakan persamaan:
(10)
yang bekerja untuk semua atom dan molekul.
14
ii. Model Bohr belum mampu menjelaskan adanya stuktur halus (fine
structure) pada spektrum, yaitu 2 atau lebih garis yang sangat
berdekatan.
iii. Model Bohr hanya berlaku untuk atom elektron tunggal. Bahkan hanya
untuk model tingkat energi utama, yaitu perbedaan energi dalam
prinsip kuantum nomor "n”.
f. Sebuah atom H pada keadaan standar menyerap foton dari panjang
gelombang 94,91nm, dan electron mencapai tingkat energy yang lebih
tinggi. Atom kemudian memancarkan dua foton: salah satu panjang
gelombangnya pada 1281nm untuk mencapai tingkat menengah
(intermediate), dan yang kedua untuk mencapai tingkat dasar (ground
state). (a) what the higher level did to reach electron? (b) what the
intermediate level did to reach the electron? (c) berapa panjang
gelombang dari foton kedua tersebut dipancarkan?
Jawab:
Penyelesaian menggunakan persamaan Bohr dan Planck
Bohr : (11a) Planck : Eph = (11b)
Untuk proses absorpsi maka energi sistem akan meningkat akibat Eph ;
(12)
Untuk proses emisi maka energi sistem akan menurun akibat Eph
(13)
i. Langkah awal adalah absorpsi
= Eph = (14a)
Mencari nilai nf dengan ni = 1
(14b)
Dengan memasukkan nilai h sebesar 6,626 x 10 -34
Js, nilai c
sebesar 3 x 108, nilai sebesar 9,491 x 10
-8 m dan nilai RH sebesar
2,179 x 10-18
J kedalam persamaan diatas maka diperoleh nilai n
sebesar 5.
ii. Langkah kedua adalah emisi
15
= - Eph = - (15a)
Mencari nilai nf dengan = 1281 nm dan ni = 5
(15b)
Dengan memasukkan nilai yang sama seperti pengerjaan untuk a,
maka diperoleh hasil n adalah 3
iii. Langkah terakhir adalah dari tingkatan n = 3 ke tingkatan n= 1 maka
energi foton dapat diperoleh dengan persamaan
Eph = - ΔEsys = = 2,179 × 10-18
J
= 1,937 × 1018
J
= 1,026 x 10-7
m = 102,6 nm
g. Teori molecular orbital mekanika kuantum menawarkan model kedua
ikatan dalam padatan sebagai perluasan atau penjabaran teori orbital
molekul (MO) yang disebut Teori Band. Teori Band menjelaskan
perbedaan – perbedaan dalam hal ukuran energi gaps antara band
valensi dan band konduksi seperti terlihat pada gambar dibawah ini?
Bandingkan ukurannya dalam superkonduktor, konduktor, semikonduktor
dan isolator dengan melihat gambar dibawah ini dan berikan masing –
masing contohnya.
Jawab:
Berdasarkan energi gap dapat dibedakan sifat material. Berikut
adalah perbedaannya :
i. Material logam (superkonduktor & konduktor) memiliki energi gap
yang saling tumpang tindih (overlap), sehingga atom – atom dapat
dengan sangat mudah bergerak ke daerah pita konduksi. Sehingga,
material ini memili sifat yang sangat konduktif dan dikenal sebagai
bahan superkonduktor & konduktor
ii. Material non – logam (isolator) memliki energi gap yang t berjauhan,
sehingga membuat atom sulit untuk berpindah ke daerah pita konduksi.
16
Sehingga, material ini memiliki sifat yang sukar untuk mengkonduksi
dan dikenal sebagai bahan isolator
iii. Material Semikonduktor memiliki energi gap yang berdekatan.
Namun, pada kondisi normal atom sulit untuk bergerak ke daerah pita
konduksi dan bersifat isolator. Tetapi dengan sedikit tambahan suatu
energi, atom tersebut dapat bergerak ke daerah pita konduksi sehingga
bersifat konduktor. Karena bahan ini dapat bersifat konduktor dan
isolator maka bahan ini dikenal sebagai bahan semikonduktor.
2. Pembahasan Part 2
a. Sebuah percobaan fotolistrik dilakukan secara terpisah pada panjang
gelombang 450 nm (biru) dan laser 560 (lampu kuning) pada permukaan
logam bersih dan mengukur jumlah dan energi kinetik dari elektron
dikeluarkan. Dimana cahaya menghasilkan lebih banyak elektron?
Dimana cahaya akan mengeluarkan elektron dengan energi kinetik lebih
besar? Asumsikan jumlah energi yang sama dikirim ke permukaan logam
oleh masing-masing laser dan bahwa frekuensi dari lampu laser melebihi
frekuensi ambang?
Jawab:
Dalam perhitungan jumlah elektron yang dihasilkan oleh
masing-masing panjang gelombang digunakan persamaan:
(16)
i. Lampu biru (λ = 450 nm)
E = = 4,42 × 10-14
Joule
ii. Lampu kuning (λ = 560 nm)
E = = 3,55 × 10-14
Joule
Banyaknya elektron yang teremisikan akan sama dengan
besarnya arus fotolistrik dikali waktu. Dari teori ini, dapat disimpulkan
bahwa besarnya arus fotolistrik yang dihasilkan berbanding lurus dengan
intensitas cahaya yang diberikan. Intensitas cahaya juga berbanding lurus
dengan energi fotolistrik yang dihasilkan. Oleh karena itu, elektron akan
17
lebih banyak pada gelombang yang memiliki panjang gelombang lebih
kecil, dalam kasus ini yaitu pada lampu biru yang memiliki panjang
gelombang 450 nm.
b. Tuliskan beberapa laser dalam tabel berikut serta sifat dari beberapa
laser tersebut yang sering digunakan.
Jawab:
Tabel 1. Jenis Laser dan Sifatnya
Type λ (nm) v (s-1
) E (J) Warna
He-Ne 632,8 4,741 × 1014
3,141 × 10-19
Jingga
Ar 514 6,148 × 1014
4,074 × 10-19
Biru
Ar-Kr 468 6,410 × 1014
3,499 × 10-19
Kuning
Dye 663,7 4,520 × 1014
2,995 × 10-19
Merah
3. Pembahasan Part 3
a. Dengan menggunkan data energi ikatan, hitunglah berdasarkan metode
Pauling, perbedaan elektronegativitas antara H dan Br dan juga antara H
dan C. Asumsikan nilai untuk H = 2,2. Hitunglah nilai elektronegativitas
untuk Br dan C!
Jawab:
Berdasarkan data energi ikatan, didapatkan nilai energi ikatan yang
diperlukan sebagai berikut.
i. Br - Br = 193 kJ/mol = 2,00 eV/molekul
ii. H - Br = 366 kJ/mol = 3,79 eV/molekul
iii. C - C = 347 kJ/mol = 3,6 eV/molekul
iv. H - C = 414 kJ/mol = 4,29 eV/molekul
v. H - H = 436 kJ/mol = 4,52 eV/molekul
Berdasarkan data di atas beserta dengan asumsi nilai elektronegativitas H
yang bernilai 2,2 , maka nilai elektronegativitas dari Br dan C dapat dicari
dengan menggunakan rumus elektronegativitas Pauling.
i. Elektronegativitas Br:
(17)
18
ii. Elektronegativitas C:
(18)
b. Hitunglah perbedaan elektronegativitas untuk Br dan Csecaa langsung
dari data energi ikatan, cari tabelnya di Buku Kimia Fisika atau Kimia
Umum!
Jawab:
Perbedaan nilai elektronegativitas dari Br dan C berdasarkan data energi
ikatan Br - C sebesar 285 kJ/mol atau sebesar 2,95 eV/molekul adalah
sebagai berikut.
(19)
Bila perbedaan nilai terebut dihitung memakai hasil perhitungan pada
nomor 1, maka didapatkan hasil sebagai berikut.
Terdapat perbedaan nilai yang cukup signifikan, yang dapat disebabkan
oleh perbedaan ketelitian dalam perhitungan.
c. Gambarkan tren vertikal dan horizontal elektronegativitas (EN) antara
unsur-unsur pada golongan utama. Menurut skala Pauling, sebutkan dua
unsur yang paling elektronegatif! Apa hubungan umum antara energi
ionisasi dan EN untuk unsur?
Jawab:
Tren vertikal dan horizontal dari elektronegativitas unsur-unsur pada tabel
periodik menurut skala Pauling dapat digambarkan sebagai berikut.
19
Menurut skala elektronegativitas Pauling, didapatkan bahwa pada
tabel periodik, semakin ke atas dan ke kanan posisi suatu unsur, nilai
keelektronegatifannya akan semakin tinggi. Hal ini dibuktikan dengan
nilai elektronegativitas Pauling yang telah dihitung untuk setiap unsur
yang ada. Namun, tren tersebut hanya berlaku hingga golongan VII A,
sedangkan nilai elektronegativitas pada golongan VIII A justru berada
pada posisi yang sangat rendah. Hal ini dikarenakan jumlah elektron yang
dimiliki oleh unsur-unsur pada golongan VIII A sudah penuh di setiap
kulit, sehingga keadaannya merupakan keadaan yang paling stabil dan
tidak butuh menarik elektron lagi. Berbeda halnya dengan golongan VII A
yang hanya membutuhkan 1 elektron untuk mencapai keadaan stabil,
sehingga kecenderungannya untuk menarik elektron menjadi sangat tinggi.
Dua unsur dengan nilai elektronegativitas yang tertinggi menurut skala
Pauling adalah Fluor (dengan elektronegativitas sebesar 3,98) dan Oksigen
(dengan elektronegativitas sebesar 3,44).
Hubungan umum yang dimiliki antara energi ionisasi dan
elektronegativitas adalah trennya yang searah dalam tabel periodik, yaitu
ke kanan dan atas. Namun, pada tren energi ionisasi, nilai energi ionisasi
tertinggi terletak pada golongan VIII A, sedangkan pada tren
elektronegativitas, nilai elektronegativitas tertinggi terletak pada golongan
VII A. Hal ini dapat dikembalikan pada konsep dasar dari energi ionisasi
Gambar 2. Tren Vertikal dan Horizontal dari Elektronegativitas Unsur
pada Tabel Periodik
20
dan elektronegativitas. Energi ionisasi merupakan energi yang diperlukan
untuk melepas 1 elektron dan membentuk ion. Dalam konteks ini, tentu
golongan VIII A akan memiliki energi yang paling tinggi, karena keadaan
elektron pada golongan VIII A yang sangat stabil, sehingga akan sangat
sulit baginya untuk menjadi ion. Berbeda halnya dengan elektronegativitas
yang merupakan kemampuan suatu atom untuk menarik elektron untuk
menjadi stabil. Golongan VII A memiliki selisih 1 elektron untuk
mencapai kestabilan, namun golongan VIII A sudah stabil sejak awal dan
tidak membutuhkan elektron lagi. Maka, elektronegativitas tertinggi
dimiliki oleh golongan VII A.
4. Pembahasan Part 4
a. Ada beberapa jenis radiasi elektromagnetik yaitu microwave, ultraviolet,
gelombang radio, inframerah, x-ray, dan visible
i. Aturlah mereka dalam peningkatan panjang gelombang;
ii. Frekuensi, dan;
iii. energi
Jawab:
i. Berdasarkan Peningkatan Panjang Gelombang (λ)
Tabel 2. Tabel Perbandingan Radiasi Elektromagnetik
berdasarkan Panjang Gelombang
Sinar PanjangGelombang(λ)
Sinar X 0,01 – 10 nm
Ultraviolet 10 nm – 400 nm
Visible 400 – 750 nm
Inframerah 750 – 1 mm
Microwave 1 mm – 1 m
Gelombang Radio 1m – 100000 m
ii. Berdasarkan Peningkatan Frekuensi
Tabel 3. Tabel Perbandingan Radiasi Elektromagnetik
berdasarkan Frekuensi
Jenis Frekuensi
21
Gelombang Radio 3 Hz – 300 MHz
Microwave 300 MHz – 300 GHz
Inframerah 300 GHz – 400 THz
Visible 400 THz – 750 THz
Ultraviolet 750 THz – 30 PHz
Sinar X 30 PHz – 30 EHz
iii. Berdasarkan Peningkatan Energi
Tabel 4. Tabel Perbandingan Radiasi Elektromagnetik
berdasarkan Peningkatan Energi
Jenis Energi
Gelombang Radio 12,4 f eV – 1,24 μ eV
Microwave 1,24 μ eV – 1,24 m eV
Inframerah 1,24 m eV – 1,7 eV
Visible 1,7 eV – 3 eV
Ultraviolet 3 eV – 124 eV
Sinar X 1. – 124 K eV
b. Saluran TV sinyal 2-13 VHF siaran antara frekuensi dari 59,5 dan 215,8
MHz sedangkan stasiun radio FM siaran dengan panjang gelombang
antara 2,78 dan 3,41. Apakah jalur sinyal ini akan saling tumpang tindih?
Sinyal radio Am memiliki frekuensi antara 550 – 1600 KHz. Manakah
yang memiliki jalur transmisi lebih luas, AM atau FM ?
Jawab:
i. Pada saluran TV bekerja Propagasi Segaris Pandang yaitu antena
pemancar dan antena efektif harus berada dalam garis pandang efektif
antara satu dan lainnya .Istilah efektif digunakan karena gelombang
mikro dibengkokkan atau mengalami refraksi oleh atmosfer.
ii. Pada radio FM bekerja Propagasi Gelombang Angkasa yaitu sinyal
dari antena bumi dipantulkan dari lapisan terionisasi pada ionosfer
kembali ke bumi disebabkan oleh refraksi. Dengan perbedaan mode
yang ada maka jalur sinyal tidak akan tumpang tindih.
22
iii. Pada sinyal radio AM dan FM, karena AM memiliki rentang frekuensi
yang lebih kecil maka jalur transmisi akan lebih kecil. Sehingga FM
mempunyai jalur transmisi yang lebih luas.
c. Sarana komunikasi antara manusia dan kuar (probe) di planet lain sedang
ramai dikembangkan untuk eksplorasi ruang angkasa yang semakin
meningkat.
i. berapa banyak waktu yang dibutuhkan untuk gelombang radio
frekuensi 8,93 x perdetik untuk mencapai mars yang jaraknya 8,1
x km dari bumi
ii. jika dibutukan radiasi ini 1,2 detik untuk mencapai bulan, berapa
jauh jarak bulan dari bumi?
Jawab:
i. Diketahui : f = 8,93 × Hz
s = 8,1 × km
Gelombang radio saat f = 8,93 × Hz, memiliki λ =
297667,4 m = 297,6674 km
Interpolasi penentuan λ radio saat f = 8,93 x Hz
x = 297667,4 m = λ
Ditanya : t
Jawab:
v = λ x f
v = 297,6674 km × 8,93 x
= 2,66 ×
= 3,05 ×
ii. Jarak bulan dengan kecepatan diatas.
Diketahui : t = 1,2 s
v = 2,66 × km/s
Ditanya : s
Jawab :
23
s = v × t
= 2,66 × km/s × 1,2 s
= 3,19 × km
5. Pembahasan Part 5
a. Jelaskan empat jenis kristal (ionik, kovalen, molekul, atau logam). Tuliskan
perbedaan atau sifat umum dan contohnya dalam sebuah tabel!
Jawab:
Tabel 5. Tabel Jenis Kristal
Kristal Kovalen Kristal Ion Kristal Logam Kristal Molekular
Atom satu dengan
tetangga berikatan
kovalen
membentuk
struktur jaringan
(network)
sehingga
membentuk
molekul tunggal
Padatannya keras
dan titik lelehnya
sangat tinggi.
Contoh: Berlian
Dalam kristal
ionik, ion-ion
terletak pada titik-
titik kisi dan
atraksi antar
partikel (ion)
disebabkan oleh
gaya elektrostatik
yang kuat,
akibatnya titik
leleh tinggi dan
cukup keras
Ion-ion terpaku
erat pada kisi yang
kaku. Namun, jika
dilelehkan menjadi
penghantar listrik
yang baik , karena
ion-ion dapat
bergerak bebas
Contoh: NaCl
Pada kristal logam,
ion positif terletak
pada titik-titik kisi
kristal yang
dikelilingi oleh
elektron valensi dari
semua atom logam
dalam kisi itu
Jadi pada kristal
logam, elektron
berada dalam
keadaan
terdelokalisasi pada
seluruh kisi kristal,
akibatnya logam
merupakan
penghantar listrik
yang baik.
Contoh: magnesium
Setiap titik kisi
ditempati oleh
molekul
Dalam kristal
molekul polar
terdapat gaya tarik
dipol-dipol permanen
dan/atau ikatan
hidrogen.
Dalam kristal
molekul non polar
bekerja gaya dipol-
dipol sesaat.
Zat padat kristalin
molekular umumnya
lunak dan
mempunyai titik leleh
rendah.
Contoh: kristal air
24
b. Definisikan istilah berikut: crystalline solid, lattice point, unit cell,
coordination number, closest packing! Tuliskan sistem kristal (7) dan
simetrinya dalam sebuah tabel, tunjukkan atau buat salah satu model
kristal tersebut! Bagaimana cara penentuan pusat simetri atau point
group?
Jawab:
Crystalline Solid: Suatu padatan yang memiliki bentuk teratur karena
atom, molekul, atau ionnya tersusun dengan teratur serta terbentuk melalui
proses alam
Lattice Point: Susunan tiga dimensi titik-titik kisi dalam ruang yang
menunjukkan pola rangkaian tatanan terulang dari partikel penyusun
kristal
Unit cell: struktur terkecil dari suatu kristal yang mana pengulangannya
yang membentuk pola tertentu akan membentuk kristal
Coordination number: Jumlah atom terdekat pada suatu unit kristal
Closest Packing: Atom-atom yang digambarkan sebagai sebuah bola yang
bersinggungan dengan atom terdekatnya yang membentuk struktur
mampat.
Berdasarkan sumbu simetrinya, kristal terbagi atas 7 sistem,
yaitu isometrik, triclinic, monoclinic, orthorombik, hexagonal, trigonal,
dan tetragonal.
Tabel 6. Tabel SIstem Kristal
25
c. Jelaskan geometri sel kubik berikut: sederhana, kubik, BCC, FCC.
Manakah dari struktur ini yang akan memberikan kepadatan tertinggi
untuk jenis atom yang sama? Untuk struktur dari atom yang identik,
berapa banyak atom yang terkandung dalam kubus, BCC dan FCC?
Jawab:
Kubik sederhana: Suatu kubik sederhana memiliki bilangan koordinasi 6.
Memiliki 1 atom per unit sel. Jari jari atom R=0,5a. APF bernilai 0,52
Kubik berpusat badan: Memiliki bilangan koordinasi 8. Memiliki jari-
jari atom R= . Setiap unit sel memiliki 2 atom. APF untuk BBC
bernilai 0,68.
Kubus berpusat muka: Memiliki bilangan koordinasi 12. Jari jari atom
adalah . Setiap unit sel mengandung 4 atom. APF untuk FCC
adalah 0,74
Gambar 3. Struktur Kubik Sederhana
Gambar 4. Struktur Kubik berpusat Badan
26
Untuk mengetahui struktur mana yang memberikan kerapatan
tertinggi, kita harus mengetahui terlebih dahulu istilah faktor kemasan
rapat atau atomic packing factor. Bila suatu benda berbenruk bulat disusun
membentuk pola tertentu, sehingga satu sama lain saling bersentuhan, akan
ada rongga diantara bola-bola tersebut. untuk mengetahui efisiensi susunan
kemasan rapat dari setiap unit sel, dapat dihitung nilai APF dengan rumus:
(20)
Semakin besar nilai APF, maka semakin rapat atau padat suatu unit sel.
Dari perhitungan tersebut, dapat dilihat bahwa nilai APF dari kubus
berpusat muka lebih besar dibandingkan struktur kubus lainnya, yaitu 0,74
dan kubus sederhana memiliki nilai APF sebesar 0,52. Sehingga dapat
disimpulkan bahwa kubus berpusat muka memiliki kepadatan tertinggi dan
kubus sederhana memiliki kepadatan terendah.
d. Berapakah bilangan koordinasi masing-masing lingkup dalam (a) sel
kubik sederhana (b) sel kubus berpusat badan, (c) sel kubik berpusat
muka? Asumsikan semua bola sama.
Jawab:
Gambar 5. Struktur Kubik berpusat Muka
27
Gambar 6. Bilangan Koordinasi dari Tiap Jenis Kubus
Dari gambar di atas, dapat terlihat bahwa pada kubik sederhana,
terdapat 6 atom terdekat sehingga bilangan koordinasi kubik sederhana
adalah 6. Sedangkan pada BCC, memiliki bilangan koordinasi 8. Dapat
pula dilihat bahwa pada FCC, jumlah atom tetangga adalah 12 sehingga
memiliki bilangan koordinasi 12.
e. Europium mengkristal dalam kisi kubus berpusat badan (BCC) (atom Eu
hanya menempati satu titik kisi). Densitas Eu adalah 5,26 g/cm3. Hitung
unit cell edge length!
Jawab:
Diketahui rumus cell edge length (Vcell) adalah
(21)
dimana : Z = Banyaknya atom dalam satu sel satuan BCC/FCC
M = Molaritas
= Densitas
N = Bilangan Avogadro
Pada BCC, terdapat 1/8 atom pada setiap sudutnya dan 1 atom
yang berada di tengah. Maka nilai Z untuk BCC adalah 2. Mr literatur dari
28
europium adalah 151.96 g/mol. Maka besar dari unit cell edge length
adalah:
f. Dalam sel unit BCC, atom pusat terletak pada diagonal internal sel dan
menyentuh atom sudut. (a) Tentukan panjang diagonal dalam hal r (jari-
jari atom) (b) Jika panjang tepi kubus adalah a,berapa panjang wajah
diagonal (c) Turunkan ekspresi untuk a dalam r (d) Berapa banyak atom
dalam sel unit ini (e) Berapa fraksi volume sel unit yang diisi dengan
bola?
Jawab:
Dapat dilihat pada gambar di bawah, apabila unit cell suatu
kubus BCC memiliki sisi dengan panjang a, maka suatu atom dari unit sel
BCC memiliki jari-jari atom sebesar R= . Dari nilai jari-jari atom
tersebut, dapat dicari nilai radius dari kubus BCC, yaitu
Panjang diagonal dari suatu kubus adalah , apabila
dirumuskan dengan R, nilai diagonal dari kubus tersebut bernilai
atau 4R. Panjang wajah diagonal suatu kubus bernilai , maka panjang
wajah diagonal kubus tersebut dalam R adalah ..
Dari gambar di bawah, dapat dilihat pula bahwa terdapat 1
atom utuh di tengah dan 1/8 atom pada setiap sudut dari kubus tersebut ,
maka jumlah atomnya adalah 1/8 x4 ditambah 1 atom sehingga jumlah
atomnya adalah 2.
Dari gambar hard sphere unit cell, dimana sel satuan BCC
digambarkan sebagai bola, faktor penumpukan atom (Atomic Packing
Factor) dapat dihitung dengan formula :
(22)
29
dari hasil perhitungan diperoleh besar fraksi APF untuk sel satuan BCC
adalah 0,68, artinya 0,68 dari volume sel satuan BCC tersebut ditempati
oleh atom-atom.
g. Padatan yang paling stabil adalah yang berbentuk kristal. Namun jika
padatan terbentuk dengan cepat akan dihasilkan padatan amorf. Contoh
padatan amorf adalah kaca. Apa yang anda tahu tentang padatan amorf?
Apa perbedaannya dengan padatan kristal? Jelaskan kenapa fenomena ini
terjadi! Definisikan kaca dan sebutkan komponen utama dari kaca serta
jelaskan tiga jenis kaca!
Jawab:
Padatan amorf adalah suatu padatan yang atom, ion, atau
molekul penyusunnya tidak beraturan dan bersifat isotropik. Akibat
ketidakterautran susunan partikel partikelnya, sifat fisisnya ekivalen ke
segala arah. Perbedaan antara padatan kristal dan amorf diuraikan pada
tabel di bawah ini:
Gambar 7. Perhitungan Jari-jari Atom dengan
menggunakan Hard Sphere Unit Cell
Gambar 8. Perbedaan antara Padatan Kristal dan Amorf
30
Padatan amorf terbenentuk apabila suatu padatan terbentuk
secara cepat sehingga atom-atom penyusun padatan tersebut tidak
mempunyai waktu yang cukup untuk membentuk keteraturan sehingga
tercipta padatan amorf.
Kaca merupakan sebuah substansi yang keras dan rapuh serta
merupakan padatan amorf. Kaca tidak memilki range keteraturan struktur
atom yang panjang. Kaca dapat juga disebut sebagai produk inorganik
yang dihasilkan dari leburan menjadi padatan melalui proses pendinginan
tanpa menunjukkan gejala kristalisasi. Penyusuun utama dari kaca adalah
silika dioksida (SiO2).
Kaca ada beberapa jenis, diantaranya:
i. Kaca Tempered adalah kaca yang telah melalui suatu proses
pemanasan hingga pada tingkat suhu tertentu dan kemudian
didinginkan seketika, sehingga menghasilkan kaca yang mempunyai
kekuatan dan kelenturan yang baik terhadap tekanan pada kedua sisi
permukaaan kaca.
ii. Kaca Laminated adalah lembaran kaca yang terdiri dari 2 lapisan kaca
yang direkatkan, sehingga dapat berfungsi untuk mencegah
kemungkinan jatuh atau hancurnya kaca akibat benturan pada salah
satu sisinya.
iii. Kaca Polos atau juga sering disebut kaca bening biasa. Dari kaca polos
inilah kemudian dikembangkan keberbagai variasi kaca.
iv. Double Glass / Double Glazed / Double Glazing adalah kaca yang
dibentuk/digabung oleh 2 panel kaca dengan terciptanya ruang antara
panel yang memiliki ketebalan beberapa milimeter. Ruang antara panel
bersifat kedap udara dan memilki kelembaban yang rendah, sehingga
pemasangan kaca dobel glassing pada sebuah ruangan menyebabkan
ruangan tersebut kedap suara dan suhu ruangan dapat terjaga dengan
baik/stabil.
31
v. Kaca Reflective adalah kaca yang hanya memiliki daya tembus
pandang satu arah saja ( One Way ), sehingga dari bagian luar tidak
dapat melihat bagian dalam suatu ruangan.
vi. Kaca Bevel adalah kaca yang sisinya memiliki tepi miring. Tehnik
bevel kaca digunakan untuk menambah gaya dekoratif kaca karena
dapat meningkatkan dampak visual pada kaca
6. Pembahasan Part 6
a. Manakah dari senyawa tersebut yang dapat membentuk ikatan hidrogen?
Gambar struktur dalam setiap kasus!
Jawab:
Pada senyawa asam-2-furoic dan furfuril alcohol memiliki
gugus hidroksil dan pada furfural terdapat atom hidrogen yang berikatan
kovalen dengan atom C. Akan tetapi, dengan tingkat kekuatan ikatan
berbeda-beda tergantung dari perbedaan keelektronegatifannya, semakin
besar perbedaannya maka semakin kuat.
b. Molekul pada beberapa senyawa dapat membentuk ikatan “internal” H,
yaitu ikatan H dalam sebuah molekul. Manakah dari molekul-molekul di
atas yang kemungkinan dapat membentuk ikatan H internal yang stabil?
Gambarkan strukturnya!
Jawab:
Ikatan Hidrogen Intramolekular, yaitu ikatan hidrogen yang
terjadi pada satu molekul atau dalam satu senyawa.Ikatan ini terjadi pada
molekul organic yang memiliki gugus hidroksil atau –OH. Maka dari
ketiga senyawa tersebut yang dapat berikatan yaitu asam-2-furoic dan
furfuril alkohol.
Gambar 9. Struktur Asam-2-furoic dan Furfuril Alkohol
32
c. Bagaimana kita dapat mengkarakterisasi struktur, gugus fungsi, komposisi
dari ketiga senyawa di atas. Apakah dengan XRD, NMR, ESR, FTIR atau
dapat dengan instrumen lain? Jelaskan secara singkat!
Jawab:
Spektroskopi NMR untuk menganalisis struktur dari setiap
senyawa, FTIR untuk menganalisis gugus fungsi dari setiap senyawa, dan
spectrometer massa untuk mengetahui massa molekulnya. Spektroskopi
XRD digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material
dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan
ukuran partikel. Spektroskopi ESR digunakan juga untuk
mengkarakterisasi sifat suatu sistem makro molekul dalam kepentingan
biologis dengan memberikan akses informasi mengenai sifat struktural dan
dinamik.
7. Pembahasan Part 7
Perhatikan gambar 2 ESR di bawah ini. Apa yang dapat anda jelaskan,
apabila anda membaca dat spektrum di bawah ini? Apa prinsip dari kedua
instrument tersebut? Jelaskan konsepnya.
Jawab:
Konsep dasar dari spektroskopi ESR adalah perubahan spin
elektron dalam suatu medan magnet dengan kuat tertentu. Seperti yang telah
diketahui dari mekanika kuantum, bahwa setiap elektron memiliki suatu
bilangan kuantum spin (s = ½) dengan komponen magnetik yang bernilai ms =
-½ dan ms = +½. Bila suatu medan magnet dengan kuat tertentu diberikan,
maka elektron-elektron yang ada akan memosisikan dirinya secara paralel (ms
= -½) atau anti-paralel (ms = +½) terhadap medan magnet tersebut. Peristiwa
ini disebut dengan pemisahan Zeeman. Setiap perubahan posisi tersebut akan
memiliki tingkatan energi tertentu, yang dapat dihitung dengan persamaan
berikut:
(23)
di mana nilai ge merupakan faktor g yang bernilai 2.002319 untuk elektron,
nilai B0 adalah kuat medan magnet yang diberikan, nilai ms merupakan nilai
33
komponen magnetik dari spin elektron, dan nilai µB merupakan magneton
Bohr yang merupakan momen dipol magnetik untuk elektron. Nilai µB dapat
didefinisakan sebagai berikut:
(24)
Dengan demikian, maka dapat dikatakan bahwa perbedaan energi antara dua
tingkat energi tersebut adalah:
(25)
Suatu elektron dapat berpindah tingkat energi dengan menyerap atau melepas
foton, sehingga dapat dibuat persamaan dasar untuk spektroskopi ESR yang
didefinisikan sebagai berikut:
(26)
Dalam percobaan ESR, suatu analit diteliti dengan suatu alat
khusus yang mampu memberikan medan magnet dengan kuat tertentu kepada
analit. Lalu dilakukan perubahan nilai kuat medan magnet terhadap analit
yang hendak diteliti, dengan menjaga nilai frekuensi radiasi elektromagnetik
yang diberikan pada keadaan konstan. Spektrum yang dihasilkan adalah
berupa turunan pertama dari spektrum absorbansi. Hal ini disebabkan oleh
penggunaan detector yang sensitif terhadap fasa yang mengkonversi sinyal
absrobansi awal menjadi turunan pertamanya. Spektroskopi ESR
Gambar 10. Diagram dari Perbedaan Tingkat Energi dari Spin Elektron
Gambar 11. Contoh Perbedaan Spektrum Absorbansi Awal dengan Turunan Pertamanya
34
menggunakan radiasi elektromagnetik dengan frekuensi sekitar 3 GHz hingga
400 GHz, yang merupakan frekuensi gelombang mikro (microwave). Hal ini
berbeda dengan spektroskopi NMR yang menggunakan radiasi
elektromagnetik dengan frekuensi lebih rendah (300 hingga 1000 MHz,
gelombang radio). Oleh karena itu, dikatakan bahwa ketelitian dari
spektroskopi ESR lebih teliti dibandingkan dengan spektroskopi NMR.
Dalam membaca suatu spektrum ESR, rumus dasar yang dapat
digunakan adalah rumus (26) pada bagian sebelumnya. Rumus tersebut
menggambarkan relasi antara radiasi elektromagnetik yang diberikan dengan
nilai medan magnet yang diberikan terhadap sampel dan faktor g dari sampel.
Namun, hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa lingkungan tempat elektron
berada dapat mempengaruhi elektron tersebut dalam mengalami perubahan
spin. Misal, dalam kompleks ion logam transisi, akan terdapat keberadaan
medan magnet kedua (ΔB) akibat inti atom yang juga mempengaruhi elektron.
Oleh karena itu, rumus (26) dapat diubah menjadi:
(27)
Namun, karena nilai B hanya bisa didapat dari spektrometer, maka rumusan
tersebut diubah menjadi:
(28)
Dalam hal ini, dapat dikatakan bahwa nilai yang dapat menjadi “sidik jari”
bagi senyawa-senyawa yang dianalisis adalah nilai Δg, karena interaksi suatu
elektron dalam suatu senyawa berbeda-beda dan unik untuk senyawa yang
berbeda. Dari nilai inilah identitas suatu senyawa yang dianalisis dapat
diidentifikasi. Dalam suatu spektrum ESR, nilai g dapat dihitung dengan
mengacu pada bagian tengah dari suatu sinyal deteksi, lalu dengan
menggunakan rumus berikut.
(29)
35
Berikut merupakan contoh perhitungan nilai g dari spektrum ESR.
Pada suatu analisis ESR, terdapat apa yang disebut dengan hyperfine splitting.
Ini merupakan fenomena di mana suatu puncak (peak) absorpsi dari ESR
terpecah menjadi beberapa garis akibat interaksi antara momen magnetik dari
spin elektron dengan momen magnetik dari spin nuklir (inti atom). Puncak
absorpsi ESR dari suatu radikal dengan 1 elektron tidak berpasangan akan
terbagi menjadi n+1 garis oleh n proton ekuivalen. Contoh, radikal CH3 akan
memiliki 4 puncak absorpsi atau 4 garis. Lalu, bila suatu elektron yang tidak
berpasangan berinteraksi dengan suatu set pertama dengan n proton ekuivalen
dan set kedua dengan m proton ekuivalen, maka jumlah garis yang muncul
menjadi (n+1)(m+1) garis.
Gambar 12. Contoh Perhitungan Nilai g dari Spektrum ESR
36
BAB IV
KESIMPULAN
A. Kesimpulan Part 1
Fisika bisa dibagi menjadi dua yaitu fisika klasik dan fisika modern.
Fisika klasik biasanya mempelajari materi dan energi dari suatu kejadian
keseharian yang mudah diamati (kondisi normal). Pada fisika klasik
pendekatan terhadap pemecahan persoalan pada umumnya lebih didasarkan
pada dalil-dalil mekanika gerak (hukum Newton), seperti mekanika,
termodinamika, bunyi, cahaya, dan elektromagnet (listrik dan magnet). Pada
fisika modern, materi dan energi yang dipelajari sering kali berada pada
kondisi ekstrem atau skala sangat besar atau sangat kecil. Contoh topiknya
adalah mekanika kuantum, fisika atom dan inti, atau fisika partikel elementer
(FPE) yang skalanya lebih kecil daripada atom dan inti. Bilangan kuantum
menggambarkan sifat orbital dan elektron dalam orbital.
Bilangan kuantum menentukan tingkat energi utama atau jarak dari
inti, bentuk orbital, orientasi orbital, dan spin elektron. Untuk menjelaskan
elektron secara lengkap dibutuhkan empat macam bilangan kuantum, yaitu
bilangan kuantum utama (n) yang menyatakan tingkat energi, bilangan
kuantum azimut (ℓ) yang menyatakan bentuk orbital, bilangan kuantum
magnetik (m) yang menyakatakan orientasi orbital dalam ruang tiga dimensi,
bilangan kuantum spin (s) yang menyatakan spin elektron pada sebuah atom.
Model atom Bohr mengemukakan bahwa atom terdiri dari inti berukuran
sangat kecil dan bermuatan positif dikelilingi oleh elektron bermuatan negatif
yang mempunyai orbit. Model atom Bohr berbentuk seperti tata surya, dengan
elektron yang berada di lintasan peredaran (orbit) mengelilingi inti bermuatan
positif yang ukurannya sangat kecil.
B. Kesimpulan Part 2
Ketika suatu cahaya monokromatik menyinari bidang logam,
elektron pada logam akan terbebas dan dapat terkumpul pada elektroda positif
yang akan menghasilkan arus listrik. Hal inilah yang disebut dengan efek
fotolistrik.
37
C. Kesimpulan Part 3
Elektronegativitas adalah ukuran suatu kecenderungan bagi suatu
unsur untuk menarik elektron pada dirinya. Hal ini dipengaruhi oleh jumlah
elektron valensi yang diperlukan untuk mencapai keadaan oktet.
Elektronegativitas dari suatu unsur dapat dihitung secara cukup akurat
menggunakan rumus elektronegativitas Pauling, dan hasilnya akan menjadi
skala Pauling, yang memiliki tren ke arah kanan dan atas dalam tabel periodik
untuk nilai elektronegativitas yang makin meningkat. Namun, hal tersebut
hanya sampai pada golongan VII A, karena golongan VIII A sudah memiliki
elektron valensi yang oktet, sehingga memiliki elektronegativitas yang sangat
rendah.
D. Kesimpulan Part 4
Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan
medan magnet yang berosilasi dan merambat lewat ruang dan membawa
energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Cahaya tampak adalah salah satu
bentuk radiasi elektromagnetik. Setiap muatan listrik yang memiliki
percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Ketika kawat atau
panghantar seperti antena menghantarkan arus bolak-balik, radiasi
elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama dengan arus listrik.
Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat
seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh
kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau
dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan
masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang
ditunjukan oleh hubungan Planck Ephoton = h x f, di mana E adalah energi
foton, h ialah konstanta Planck (6.626 × 10 −34
J·s) dan f adalah frekuensi
gelombang.
E. Kesimpulan Part 5
Difraksi sinar-X merupakan proses hamburan sinar-X oleh kristal.
Difraksi sinar-x dapat digunakan untuk menganalisis kristal. Terdapat dua
38
proses ketika sinar-x ditembakkan kepada suatu atom, yaitu penyerapan energi
oleh atom tersebut atau terjadi hamburan sinar-x.
Kristal adalah suatu padatan yang atom penyusunnya tersusun
secara teratur. Pembentukan suatu kristal terjadi secara perlahan sehingga
atom penyusunnya memiliki waktu yang cukup untuk membentuk keteraturan.
Kristal terdiri dari 7 sistem berdasarkan sumbu simetrinya, yaitu isometric,
hexagonal, triclinic, tetragonal, orthorombik, monoclinic, dan trigonal.
F. Kesimpulan Part 6
Interaksi tarik-menarik antara atom yang bersifat elektronegatif
dengan atom hidrogen yang terikat pada atom lain yang juga bersifat
elektronegatif disebut ikatan hidrogen.
G. Kesimpulan Part 7
Spektroskopi ESR adalah suatu metode spektroskopi yang
memanfaatkan fenomena di mana spin elektron akan memosisikan dirinya
secara paralel atau anti-paralel terhadap medan magnet dengan kuat tertentu
yang diberikan. Perpindahan posisi spin dari elektron akan menyebabkan
suatu pelepasan atau penyerapan radiasi elektromagnetik, yang merupakan
prinsip dasar dari spektroskopi ini. Dalam perhitungannya, faktor yang
menjadi “sidik jari” bagi suatu senyawa atau unsur adalah faktor g. Faktor g
berhubungan erat dengan lingkungan di mana elektron berada, di mana
kondisi ini berbeda-beda untuk setiap unsur atau senyawa yang ada.
39
DAFTAR PUSTAKA
Atkins, P. dan de Paula, J. (2010) Physical Chemistry, 9th
edition. New York:
W.H. Freeman and Company
Levine, Ira N. (2009) Physical Chemistry 6th Ed. New York: Higher Education
Maron, S.H., Lando, J.B., Prutton, C.F. (1974) Fundamentals of Physical
Chemistry. London: Macmillan
Howard, M., dan Howard, D. Introduction to Crystallography and Mineral
Crystal System. [online] Available at http://www.rockhounds.com
Kaur, P. et al. EPR: Theory [online] Available at http://chemwiki.ucdavis.edu/
Physical_Chemistry/Spectroscopy/Magnetic_Resonance_Spectroscopies/E
lectron_Paramagnetic_Resonance/EPR%3A_Theory [7 November 2014]
Silberberg, Martin S. (2007) Principle of General Chemistry. New York : Higher
Education
Zhao, P. et al. EPR: Interpretation [online] Available at
http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Spectroscopy/Magnetic_
Resonance_Spectroscopies/Electron_Paramagnetic_Resonance/EPR%3A_
Interpretation [21 November 2014]
top related