tugas terstruktur " sifat gelombang dan transisi elektron"

Sifat gelombang

Pada tahun 1924, Louis de Broglie, 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 (James E Brady, 1990).

Argumen de Broglie menghasilkan hal sebagai berikut.

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.

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. Pernahkan Anda mendengar bunyi petir dan melihat kilat ketika hujan turun? Manakah yang lebih dulu terjadi, kilat atau petir? . Kilat akan lebih dulu terjadi daripada petir. Kilat menunjukan sifat gelombang berbentuk cahaya, sedangkan petir menunjukan sifat pertikel berbentuk suara.

Hipotesis de Broglie dibuktikan oleh C. Davidson an LH Giermer (Amerika Serikat) dan GP Thomas (Inggris). Prinsip dualitas inilah menjadi titik pangkal berkembangnya mekanika kuantum oleh Erwin Schrodinger.

Pengertian Spektrum Elektromagnetik dan Tansisi Elektron

Spektrum gelombang elektromagnetik dan transisi elektron adalah perpindahan elektron dari orbit yang satu ke orbit yang lain dengan memancarkan gelombang elektromagnetik. Ketika berpindah dari orbit yang luar ke orbit yang dalam, elektron akan memancarkan energy sebesar E=hf, dengan f adalah frekuensi gelombang yang dipancarkan. Jika elektron berpindah dari orbit yang lebih dalam ke orbit yang lebih luar, elektron akan menyerap energy sebesar hf

            . Energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya proses transisi elektron dari kulit yang lebih dalam ke kulit yang lebih luar harus lebih besar dari pada selisih tingkat energi dari lintasan asal dan lintasan tujuan. Proses ini disebut sebagai proses eksitasi. 

                     Proses transisi elektron tidak hanya terjadi pada lintasan-lintasan yang berurutan, mungkin saja terjadi transisi dari lintasan M ke lintasan K. Energi yang dipancarkan oleh transisi elektron dari lintasan M ke lintasan K lebih besar daripada transisi darilintasan L ke lintasan K. Tingkat energi lintasan dari setiap atom tidak sama.

Spektrum gelombang elektromagnetik, berdasarkan besar frekuensinya dapat dibagi menjadi: Extramely low frequency, Very low frequency, low frequency, medium frequensi, high frequency, very high frequency (VHF), ultrahigh frequency (UHF), superhighfrequency (SHF), extremely high frequency (EHF), dan tremendously high frequency (THF).

Untuk frekuensi dari 10 Khz – 10 Ghz merupakan batas yang dapat dilewati oleh gelombang radio, microwave, infra red ,dan ultraviolet. Kemajuan teknologi telah mewujudkan beberapa media rangkaian yang melakukan proses transmisi data tanpa menggunakan wire atau lebih dikenal “wireless trasnmission”, media tersebut adalah Spektrum Elektromagnetik (Electromagnetic Spectrum), Pemindahan Radio (Radio Transmission), Pemindahan Gelombang Mikro (Microwave Transmission), Pemindahan Gelombang Ringan (Lightwave Transmission) dan Gelombang Infra Merah serta Milimeter (Infraredand Milimeter Waves). Setelah melebihi batas tersebut hanya dapat dilewati oleh sinar-X dan sinar gamma, seperti yang tampak pada gambar di bawah ini :

                Media Spektrum Elektromagnetik merupakan teknologi media menggunakan teori pergerakan elektron. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam udara bebas, atmosfere bumi dan ruang hampa udara. Dengan memasang sebuah antena yang sesuai pada litar elektrik, gelombang elektromagnetik disebarkan dan dapat diterima pada jarak tertentu. Melalui teknologi terkini, bit-bit data ditransmisikan melalui gelombang elektromagnetik berdasar frekuensi yang digunakan. Semakin kecil lebar frekuensi yang digunakan maka proses pemindahan data dapat dilakukan dengan lebih baik.

Berikut ini adalah contoh spektrum gelombang elektromagnetik dari transisi elektron adalah Sinar gamma merupakan salah satu spektrum gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi paling besar atau panjang gelombang terkecil. Frekuensi yang dimiliki sinar gamma berada dalam rentang 10²⁰ Hz sampai 10²⁵ Hz. Sinar gamma dihasilkan dari peristiwa peluruhan inti radioaktif. Inti atom unsur yang tidak stabil meluruh menjadi inti atom unsur lain yang stabil dengan memancarkan sinar radioaktif, di antaranya sinar alfa, sinar beta, dan sinar gamma. Di antara ketiga sinar radioaktif ini, yang termasuk gelombang elektromagnetik adalah sinar gamma.

             Yang kedua adalah Sinar-X, dikenal juga sebagai sinar Rontgen. Nama ini diambil dari penemunya, yaitu Wilhelm C. Röntgen (1845 – 1923). Sinar X termasuk tipe radiasi elektromagnetik yang dihasilkan dari transisi elektron diluar nukleus. Sinar-X dihasilkan dari peristiwa tumbukan antara elektron yang dipercepat pada beda potensial tertentu. Sinar-X digunakan dalam bidang kedokteran, seperti untuk melihat struktur tulang yang terdapat dalam tubuh manusia.

          Yang ketiga adalah Sinar ultraviolet dihasilkan dari radiasi sinar Matahari. Selain itu, dapat juga dihasilkan dari transisi elektron dalam orbit atom. Jangkauan frekuensi sinar ultraviolet, yaitu berkisar diantara 10⁵ hertz sampai dengan 10¹⁶ hertz. Sinar ultraviolet dapat berguna dan dapat juga berbahaya bagi kehidupan manusia.

Yang keempat adalah Sinar tampak atau cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat dan sangat membantu dalam penglihatan. Anda tidak akan dapat melihat apapun tanpa bantuan cahaya. Sinar tampak memiliki jangkauan panjang gelombang yang sempit, mulai dari 400 nm sampai dengan 700 nm. Sinar tampak terdiri atas tujuh spektrum warna, jika diurutkan dari frekuensi terkecil ke frekuensi terbesar, yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu (disingkat mejikuhibiniu). Sinar tampak atau cahaya digunakan sebagai penerangan ketika di malam hari atau ditempat yang gelap.

          Yang kelima adalah Sinar inframerah memiliki jangkauan frekuensi antara 10¹¹ hertz sampai 10¹⁴ hertz. Sinar inframerah dihasilkan dari transisi elektron dalam orbit atom.

        Yang keenam adalah Gelombang mikro dihasilkan oleh rangkaian elektronik yang disebut osilator. Frekuensi gelombang mikro sekitar 10¹⁰ Hz. Gelombang mikro disebut juga sebagai gelombang radio super high frequency. Gelombang mikro digunakan, di antaranya untuk komunikasi jarak jauh, radar (radio detection and ranging), dan memasak (oven). Antena radar memiliki dua fungsi, yaitu sebagai pemancar gelombang dan penerima gelombang. Gelombang mikro yang dipancarkan dilakukan secara terarah dalam bentuk pulsa. Ketika pulsa dipancarkan dan mengenai suatu benda, seperti pesawat atau roket pulsa akan dipantulkan dan diterima oleh antena penerima, biasanya ditampilkan dalam osiloskop.

         Yang ketujuh adalah Gelombang radio banyak digunakan, terutama dalam bidang telekomunikasi, seperti handphone, televisi, dan radio. Di antara spektrum gelombang elektromagnetik, gelombang radio termasuk ke dalam spektrum yang memiliki panjang gelombang terbesar dan memiliki frekuensi paling kecil. Gelombang radio dihasilkan oleh elektron pada kawat penghantar yang menimbulkan arus bolak-balik pada kawat. Kenyataannya arus bolak-balik yang terdapat pada kawat ini, dihasilkan oleh gelombang elektromagnetik. Gelombang radio ini dipancarkan dari antena pemancar (transmitter) dan diterima oleh antena penerima (receiver). Jika dibedakan berdasarkan frekuensinya, gelombang radio dibagi menjadi beberapa band frekuensi.

visualisasi orbital s p d f

Orbital merupakan ruang dimana ditemukannya elektron dalam suatu wilayah yang cukup dekat dengan inti atom. Orbital sebagai wilayah ruang dimana kehidupan elektron terjadi. Orbital atom merupakan gambaran atau bentuk visualisasi dari fungsi yang merupakan solusi dari persamaan Schrodinger. Orbital atom memiliki suatu fungsi gelombang. Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger. Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi. Adapun persamaan Schrodinger sebagai berikut.

Kita dapat menerapkan pengetahuan kita tentang bilangan kuantum untuk menggambarkan susunan elektron untuk atom tertentu. Kita melakukan hal ini dengan sesuatu yang disebut konfigurasi elektron. Mereka secara efektif memberi gambaran elektron untuk atom tertentu. Kita melihat empat bilangan kuantum untuk elektron tertentu dan kemudian menetapkan elektron ke orbital tertentu.
Orbital s
Untuk setiap nilai n, nilai l = 0 tempat yang diisi elektron dalam orbital s. Orbital ini berbentuk bulat.
Orbital p
Orbital p dan memiliki bentuk seperti lonceng. Setiap orbital p memiliki orientasi yang berbeda dalam ruang tiga dimensi.
Orbital d
Ketika l = 2, nilai m_l bisa -2, -1, 0, +1, +2 dengan total lima orbital d. Perhatikan bahwa semua lima orbital memiliki orientasi tiga dimensi yang spesifik.
Orbital f
Orbital f merupakan orbital yang paling kompleks dari orbital adalah orbital f. Ketika l = 3, nilai m_l dapat -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 dengan total tujuh bentuk orbital yang berbeda. Sekali lagi, perhatikan orientasi khusus dari orbital f yang berbeda.
Terdapat software yang membantu kita untuk mempermudah visualisasi orbital s,p,d,f yang disebut dengan Gnuplot. Gnuplot memiliki keunggulan dalam hal kecepatan pengolahan gambar dibandingkan perangkat sejenis yang menggunakan antarmuka grafis. Dalam Gnuplot, kita cukup mengetik beberapa baris kode, yang selanjutnya diterjemahkan oleh Gnuplot menjadi suatu bentuk grafik. Selain itu, Gnuplot juga merupakan salah satu perangkat visualisasi gratis (tak berbayar) yang memiliki kemampuan terlengkap untuk menggambar segala macam grafik yang bisa kita bayangkan, seperti plot 2D, 3D, plot permukaan, peta, beragam fungsi matematis, fitting kurva, hingga animasi yang menarik. Sebagai contoh penerapan dari aplikasi gnuplot yaitu pada suatu orbital terdiri dari beberapa jenis yaitu s, p, d, dan f. adapun fungsi gelombangnya adalah sebagai berikut :


Terkadang beberapa atom meiliki kasus dimana elektronnya tidak poli elektron dimana atom tersebut tidak memungkinkan untuk memakai persamaan schrodinger. Hal ini dikarenakan terdapat perbedaan pada operator Hamiltonian. Interaksi yang terjadi banyak sekali antara electron1 dengan inti, electron2 dengan inti, electron1 dengan electron2 dan seterusnya sehingga Ep nya rumit, direct solutionnya tidak ada (many body interaction). Untuk poli electron digunakan poli orbital atom hydrogen yang nantinya akan banyak orbital s, p, d, f. Metode yang dilakukan adalah dengan metode aproksimasi (pendekatan).

https://www.youtube.com/watch?v=K-jNgq16jEY

Orbital dan peranannya dalam ikatan kovalen part 2

HIBRIDISASI ORBITAL

A.Orbital hibridadasi nitrogen dan oksigen

Kata 'hibridisasi' berarti 'pencampuran' dan bila digunakan dalam konteks orbital atom, ia menjelaskan cara menurunkan  arah orbital dengan leluasa yang dapat digunakan dalam VB teori. Seperti semua teori ikatan, hibridisasi orbital adalah  Model, dan tidak boleh diambil menjadi fenomena nyata. Hybrid orbital dapat dibentuk dengan mencampur karakter orbital atom yang dekat dalam energi. Karakter dari  hibrida orbital tergantung pada orbital atom yang terlibat dan kontribusi persentase mereka. Label yang diberikan kepada hybrid
orbital mencerminkan orbital atom berkontribusi, misalnya sp hibrida memiliki jumlah yang sama dan p karakter orbital.

Karbon berada di baris 2 dari tabel periodik dan memiliki enam elektron. Ini berarti bahwa ada dua orbital kulit atom untuk elektronnya. Lapisan kulit pertama paling dekat dengan inti memiliki orbital satu s - orbital 1s. Kulit kedua memiliki orbital s tunggal (orbital 2s) dan tiga orbital p (3x2p). Oleh karena itu, ada total lima orbital atom. Orbital s adalah berbentuk bulat dengan orbital 2s yang jauh lebih besar dibanding orbital 1s. Orbital p adalah berbentuk halter dan searah sepanjang sumbu x, y dan z. Oleh karena itu, pada orbital 2p memiliki sub orbital atom 2px 2py dan 2pz 

    Sebelum membahas lebih lanjut tentang hibridisasi dan bagian-bagiannya, kita terlebih dahulu mengetahui tentang sejarah dan pengertiannya. Teori hibridisasi dipromosikan oleh kimiawan Linus Pauling dalam menjelaskan struktur molekul seperti metana (CH4). Secara historis, konsep ini dikembangkan untuk sistem-sistem kimia yang sederhana, namun pendekatan ini selanjutnya diaplikasikan lebih luas, dan sekarang ini dianggap sebagai sebuah heuristik yang efektif untuk merasionalkan struktur senyawa organik.

     Hibridisasi adalah sebuah konsep bersatunya orbital-orbital atom membentuk orbital hibrid yang baru yang sesuai dengan penjelasan kualitatif sifat ikatan atom. Konsep orbital-orbital yang terhibridisasi sangatlah berguna dalam menjelaskan bentuk orbital molekul dari sebuah molekul.

     Teori hibridisasi sering digunakan dalam kimia organik, biasanya digunakan untuk menjelaskan molekul yang terdiri dari atom C, N, dan O (kadang kala juga P dan S). Penjelasannya dimulai dari bagaimana sebuah ikatan terorganisasikan dalam metana.
Pembentukan ikatan dalam senyawa harus sesuai dengan aturan hibridisasi yaitu :

1. Orbital yang bergabung harus mempunyai tingkat energi sama atau hampir sama
2. Orbital hybrid yang terbentuk sama banyaknya dengan orbital yang bergabung.
3. Dalam hibridisasi yang bergabung adalah orbital bukan electron

Pembentukan orbital hybrid melalui proses ibridisasi adalah sebagai berikut :

1. Salah satu electron yang berpasangan berpromosi ke orbital yang lebih tinggi tingkat energinya sehingga jumlah electron yang tidak berpasangan sama dengan jumlah ikatan yang akan terbentuk. Atom yang sedemikian disebut dalam keadaan tereksitasi. Promosi yang mungkin adalah dari ns ken p dan ns ke ns ke nd atau (n-1)d
2. Penggabungan orbital mengakibatkan kerapatan electron lebih besar di daera orbital hybrid.
3. Terjadi tumpang tindih orbital hybrid dengan orbital atom lain sehingga membentuk ikatan kovalen atau kovalen koordinasi.

Beberapa jenis hibridisasi orbital

Disini akan dijelaskan hibridisasi SP, SP²,SP³ 

1. Hibridisai SP

    Salah satu contoh orbital sp terjadi pada Berilium diklorida. Berilium mempunyai 4 orbital dan 2 elektron pada kulit terluar. Pada hibridisasi Berilium dijelaskan bahwa orbital 2s dan satu orbital 2p pada Be terhibridisasi menjadi 2 orbital hibrida sp dan orbital 2p yang tidak tribridisasi. Hibridisasi sp membentuk geometri linear dengan sudut 180. 

2. Hibridisasi sp2

Salah satu contoh orbital hirbid sp2 diasumsikan terjadi pada Boron trifluorida. Boron mempunyai 4 orbital tapi hanya 3 eletron pada kulit terluar. Hibridisasi boron mengkombinasikan 2s dan 2 orbital 2p menjadi 3 orbital hybrid sp2 dan 1 orbital yang tidak mengalami hibridisasi. Orbital hybrid sp2 menjadi bentuk trigonal planar dengan sudut ikatan120.

3.  Hibridisasi sp3 

Hibridisasi satu orbital s dan tiga orbital p, membentuk orbital hibrida sp3 yang strukturnya tetrahedral. Sudut ikatan dengan orbital ini mendekati 109028’.

IKATAN RANGKAP TERKONJUGASI

 Ikatan rangkap terkonjugasi adalah ikatan antar atom yang terjadi pada senyawa organik  dan secara kovalen ikatan antar atomnya ialah ikatan rangkap dua dan tunggal bergantian, dimana terjadi delokalisasi elektron agar tingkat energinya lebih stabil. misalnya pada ikatan C-C dan C-O tingkat kestabilan ikatan C-O lebih kuat karena atom O akan menyumbangkan elektron kepada atom C sehingga keelektronegatifan dan afinitas antar atom menjadi lebih kuat. Sistem konjugasi secara umumnya akan menyebabkan delokalisasi elektron di sepanjang orbital p yang paralel satu dengan sama lainnya. Hal ini akan meningkatkan stabilitas dan menurunkan energi molekul secara keseluruhan. Pengaturan kembali electron melalui orbital π, terutama dalam system konjugasi atau senyawa organic yang atom-atomnya secara kovalen berikatan tunggal dan ganda secara bergantian (C=C-C=C-C) dan mempengaruhi satu sama lainnya membentuk daerah delokalisasi electron disebut dengan konjugasi. Elektron-elektron pada daerah delokalisasi ini bukanlah milik salah satu atom, melainkan milik keseluruhan system konjugasi ini. Senyawa benzena mempunyai rumus molekul C₆H₆, dan termasuk dalam golongan senyawa hidrokarbon aromatik. Nama aromatik digunakan karena senyawa tersebut berbau harum.dari rumus molekulnya dapat diketahui bahwa benzena merupakan senyawa tidak jenuh karena tidak memenuhi rumus CnH2n+2.Bila dibandingkan dengan senyawa hidrokarbon lain yang mengandung 6 buah atom karbon, misalnya heksana (C₆H₁₄) dan sikloheksana (C₆H₁₂), maka dapat diduga bahwa benzena mempunyai derajat ketidakjenuhan yang tinggi. Dengan dasar dugaan tersebut maka dapat diperkirakan bahwa benzena memiliki ciri-ciri khas seperti yang dimiliki oleh alkena.Perkiraan tersebut ternyata jauh berbeda dengan kenyataannya, karena benzena tidak dapat bereaksi seperti alkena (adisi, oksidasi, dan reduksi).Lebih khusus lagi benzena tidak dapat bereaksi dengan HBr, dan pereaksi-pereaksi lain yang lazimnya dapat bereaksi dengan alkena.Sifat-sifat kimia yang diperlihatkan oleh benzena memberi petunjuk bahwa senyawa tersebut memang tidak segolongan dengan alkena ataupun sikloalkena.

benzena mengalami reaksi substitusi elektrofilik menyebabkan benzena memiliki banyak senyawa turunan. Semua senyawa karbon yang mengandung cincin benzena digolongkan sebagai turunan benzena.

Reaksi benzena umumnya melalui reaksi substitusi, walaupun ada sebagian reaksi yang melalui reaksi adisi. Macam-macam substitusi benzena di antaranya halogenasi benzena, nitrasi benzena, dan  reaksi riedel-crafts.

• Halogenasi

Dengan adanya katalis besi (III) klorida atau alumunium klorida, benzena dapat bereaksi dengan klorin ataupun bromin membentuk senyawa halobenzena pada suhu kamar.

• Nitrasi Benzena

Campuran asam nitrat pekat dan asam sulfat pekat dengan volume sama dikenal sebagai campuran nitrasi. Jika campuran ini ditambahkan ke dalam benzena, akan terjadi reaksi eksotermal. Jika suhu dikendalikan pada 55°C maka hasil reaksi utama adalah nitrobenzena, suatu cairan berwarna kuning pucat. Reaksinya secara umum.

• Alkilasi Benzena

Penambahan katalis AlCl3  anhidrat dalam reaksi benzena dan haloalkana atau asam klorida akan terjadi reaksi sangat eksotermis. Jenis reaksi ini dinamakan reaksi Friedel-crafts. Contoh persamaan reaksi:

• Sulfonasi
  Sulfonasi merupakan reaksi substitusi atom H pada benzena oleh gugus sulfonat. Reaksi ini terjadi apabila benzena dipanaskan dengan asam sulfat pekat sebagai pereaksi.

BENZENA DAN RESONANSI

    Benzena ialah suatu senyawa siklik yang elektronnya terkonjugasi. Benzena jika direaksikan dengan Br₂ tidak dapat bereaksi.Benzena baru bisa dibrominasi dengan menggunakan asam lewis misalnya FeBr_2.Mengapa direaksikan dengan katalis asam Lewis yakni dengan menggunakan FeBr3  sebagai katalis, karena dari teori, asam Lewis yang dapat membantu Br masuk kedalam ikatan benzena . Hal ini dikarenakan Fe dapat menyerap elektron ikatan pada benzene. Subtittuen yang terdapat dalam rantai siklo benzene dapat digolongkan sebagai pengarah orto, para, dan meta. Benzena yang mulanya telah tersubtitusi dapat mengalami subtitsi kedua dan menghasilkan disubtitusi benzene. Dari struktur subtitusi pertama ini dapat menentukan tempat dari subtitusi keduanya. Misalkan saja, dalam TNT (trinitrotoluene) pada cincin benzena terdapat suatu gugus metil yang mengarahkan subtitusi ke wilayah orto atau para. Sedangkan gugus nitro dapat mengarahkan subtitusi ke wilayah meta. Semua pengarah orto dan para merupakan pendonor elektron, yang dapat terjadi Karen resonansi maupun induksi. Pengarah meta mempunyai atom bermuatan positif atau sebagian positif yang terikat pada cincin benzena.