TUGAS TERSTRUKTUR PERTEMUAN KE-2 DAN KE-3

TUGAS TERSTRUKTUR PERTEMUAN KE-2 DAN KE-3 

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

Jawab: 
Model atom Niels Bohr dapat menjelaskan inti atom yang bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif di dalam suatu lintasan. Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke yang lain dengan menyerap atau memancarkan energi sehingga energi elektron atom itu tidak berkurang. Model atom Bohr ini merupakan model atom yang mudah dipahami, namun Bohr hanya dapat menjelaskan untuk atom berelektron sedikit dan tidak dapat menjelaskan bagaimana adanya sub lintasan-lintasan yang terbentuk diantara lintasan-lintasan elektron. Karena itu dalam perkembangan selanjutnya, teori atom dikaji dengan menggambarkan pendekatan teori atom mekanika kuantum.Perkembangan muktahir di bidang mekanika kuantum dimulai dari teori Max Planck yang mengemukakan kuanta-kuanta energi dilanjutkan oleh Louis de Broglie tentang dualisme partikel, kemudian oleh Werner Heisenberg tentang prinsip ketidakpastian dan yang terakhir saat ini adalah Erwin Schrodinger tentang persamaan gelombang.

Mekanika kuantum ini dapat menerangkan kelamahan teori atom Bohr tentang garis-garis terpisah yang sedikit berbeda panjang gelombangnya dan memperbaiki model atom Bohr dalam hal bentuk lintasan elektron dari yang berupa lingkaran dengan jari-jari tertentu menjadi orbital dengan bentuk ruang tiga dimensi yang tertentu. Teori kuantum dari Max Planck mencoba menerangkan radiasi karakteristik yang dipancarkan oleh benda mampat. Radiasi inilah yang menunjukan sifat partikel dari gelombang. Radiasi yang dipancarkan setiap benda terjadi secara tidak kontinu (discontinue) dipancarkan dalam satuan kecil yang disebut kuanta (energi kuantum). Planck berpendapat bahwa kuanta yang berbanding lurus dengan frekuensi tertentu dari cahaya, semuanya harus berenergi sama dan energi ini E berbanding lurus dengan.

E = h.V

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

Planck menganggap hawa energi elektromagnetik yang diradiasikan oleh benda, timbul secara terputus-putus walaupun penjalarannya melalui ruang merupakan gelombang elektromagnetik yang kontinu. Einstein mengusulkan bukan saja cahaya yang dipancarkan menurut suatu kuantum pada saat tertentu tetapi juga menjalar menurut kuanta individual. Hipotesis ini menerangkan efek fotolistrik, yaitu elektron yang terpancar bila frekuensi cahaya cukup tinggi, terjadi dalam daerah cahaya tampak dan ultraungu. Hipotesa dari Max Planck dan Einstein menghasilkan rumusan empiris tentang efek fotolistrik yaitu :

hV = Kmaks + hVo

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

Orbital Elektron dan Bilangan Kuantum

Bilangan kuantum utama (n). Bilangan ini hanya mempunyai nilai positif dan bilangan bulat bukan noln
n = 1, 2, 3, 4, …
n Bilangan kuantum orbital (azimut), l. yang mungkin bernilai nol atau bulat positif. Bilangan ini tidak pernah negatif dan tidak lebih besar dari n –1
l = 0, 1, 2, 3, …, n –1
 Bilangan kuantum magnetik (ml). Nilainya dapat positif, negatif, nol dan berkisar dari –l s.d. +l (l bilangan kuantum orbital)n
ml = -l, -l + 1, -l + 2, …, 0, 1, 2, … , +l

 Setiap kombinasi tiga bilangan kuantum n, l dan m berkaitan dengan orbital elektron yang berbeda-beda. Orbital yang memiliki bilangan kuantum n yang sama dikatakan berada dalam kulit elektron atau peringkat utama yang sama. Sementara elektron yang mempunyai nilai l yang sama dikatakan berada dalam sub kulit atau sub peringkat yang sama. Nilai bilangan n berhubungan dengan energi elektron dan kemungkinan jaraknya dari inti. Nilai bilangan kuantum l menentukan bentuk geometris dari awan elektron atau penyebaran peluang elektron. Tahun 1925 Uhlenbeck dan Goudsmit mengajukan sifat yang tak dapat dijelaskan mengenai garis halus pada spektrum hidrogen, apabila elektron dianggap memiliki bilangan kuantum keempat. Sifat elektron yang berkaitan dengan bilangan ini adalah spin elektron.  Elektron berotasi menurut sumbunya saat ia mengelilingi inti atom, terdapat dua kemungkinan rotasi elektron. Bilangan kuantum ini dinyatakan dengan ms bisa bernilai + ½ atau – ½.

Teori mekanika kuantum merupakan penyempurnaan teori atom Bohr yang juga memahami perkembangan mulai dari Max Planck, Louis de Broglie, Werner Heisenberg dan Erwin Schrodinger. Ke empat ahli ini saling melengkapi teorinya dengan didukung eksperimen dan fakta. Hasil penemuan Erwin Schrodinger inilah yang kemudian dikenal empat bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama (n), magnetik (m), azimut (- l) dan spin.Bilangan kuantum inilah yang digunakan untuk menentukan kemungkinan posisi suatu elektron dalam atom. Dengan adanya bilangan kuantum maka dapat dijelaskan penyebarab elektron ke dalam orbital, subkulit dan kulit. Penyebaran atau konfigurasi elektron ini menggunakan Azas Aufbau, Azas Larangan Pauli dan Kaidah Hund. Berdasarkan konfigurasi elektron maka dapat ditentukan posisi suatu unsur dalam Sistem Periodik Modern pada golongan dan periode tertentu. 

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

Transisi elektronik dapat diartikan sebagai perpindahan elektron dari satu orbital ke orbital yang lain. Energi yang dimiliki sinar UV mampu menyebabkan perpindahan elektron (promosi elektron). Disebut 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 dapat berpindah dari orbital yang memiliki energi lebih rendah jika melepaskan energi. Energi yang diterima atau diserap berupa radiasi elektromagnetik.

Berdasarkan mekanika kuantum transisi elektronik yang dibolehkan atau tidak dibolehkan (terlarang) disebut kaidah seleksi. Berdasarkan kaidah seleksi, suatu transisi elektronik termasuk:

1. Transisi diperbolehkan bila nilai ε sebesar 10³ sampai 10⁶.
2. Transisi terlarang bila nilai ε sebesar 10^-3 sampai 10³.

            Selain dengan melihat harga ε kaidah seleksi dapat dapat dinyatakan dengan simetri dan spin. Berdasarkan simetri dan spin suatu transisi elektronik diperbolehkan bila:

1. Berlangsung antara orbital-orbital dalam bidang yang sama.

2. Selama transisi orientasi spin harus tetap.

Dalam satu molekul terdapat dua jenis orbital yakni Orbital Ikatan (bonding orbital) dan Orbital Anti-ikatan (antibonding orbital). Orbital ikatan di bagi menjadi beberapa jenis yakni orbital ikatan sigma (σ, = ikatan tunggal) dan orbital phi (π, = ikatan rangkap), sedangkan orbital nonikatan berupa elektron bebas yang biasanya dilambangkan dengan n. Orbital nonikatan umumnya terdapat pada molekul-molekul yang mengandung atom nitrogen, oksigen, sulfur dan halogen.

Orbital ikatan sigam (σ) dan orbital phi (π) terbentuk karena terjadinya tumpang tindih dua orbital atom atau orbital-orbital hibrida. Dari dua orbital atom dapat dibentuk dua orbital molekul yakni orbital ikatan dan orbital anti ikatan.

Dengan demikian jika suatu molekul mempunyai orbital ikatan maka molekul tersebut mempunyai orbital anti ikatan. Orbital anti-ikatan biasanya diberi notasi atau tanda asterisk atau bintang (*) pada setiap orbital yang sesuai. Orbital ikatan α orbital anti-ikatannya adalah α*, sedangkan orbital ikatan π orbital anti-ikatannya adalah π*.

Transisi elektronik atau perpindahan elektron dapat terjadi dari orbital ikatan ke orbital anti-ikatan atau dari orbital non-ikatan (nonbonding orbital) ke orbital anti-ikatan. Terjadinya transisi elektronik atau promosi elektron dari orbital ikatan ke orbital antiikatan tidak menyebabkan terjadinya disosiasi atau pemutusan ikatan, karena transisi elektronik terjadi dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi dari pada vibrasi inti.

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*

Keterangan

· σ : senyawa-senyawa yang memiliki ikatan tunggal

· π : senyawa-senyawa yang memiliki ikatan rangkap

· n menyatakan orbital non-ikatan: untuk senyawa-senyawa yang memiliki elektron bebas.

· σ* dan π* merupakan orbital yang kosong (tanpa elektron), orbital ini akan terisi elektron ketika telah atau bila terjadi eksitasi elektron atau perpindahan elektron atau promosi elektron dari orbital ikatan.
          Energi yang diperlukan untuk menyebabkan terjadinya transisi berbeda antara transisi satu dengan transisi yang lain. Transisi σ ke σ* memerlukan energi paling besar, sedangkan energi terkecil diperlukan untuk transisi dari n ke π.