Berapa energi yang dibutuhkan untuk elektron berpindah dari kulit M ke L

Postingan ini membahas contoh soal tingkat energi elektron atau energi kuantisasi atom hidrogen. Eletron ketika mengelilingi inti pada lintasan tertentu memiliki energi tertentu pula. Rumus energi elektron ketika mengelilingi inti sebagai berikut:

E =

n menyatakan tingkat energi atau bilangan kuantum dan – 13,6 eV menunjukkan energi elektro pada tingkat dasar atau n = 1. Tanda negatif pada rumus diatas menunjukkan untuk mengeluarkan elektron dari lintasannya memerlukan energi.

Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan lainnya. Elektron akan menyerap energi jika berpindah dari lintasan rendah ke lintasan yang lebih tinggi dan melepas energi jika berpindah dari lintasan tinggi ke lintasan yang lebih rendah. Rumus perubahan energi elektron ketika berpindah lintasan sebagai berikut:

ΔE = -13,6 eV ( – )

n2 menyatakan bilangan kuantum kedua dan n1 menyatakan bilangan kuantum pertama. Untuk lebih jelasnya perhatikan contoh soal dan pembahasannya dibawah ini.

Contoh soal 1 (UN 2009)

Energi elektron pada keadaan dasar didalam atom hidrogen adalah – 13,6 eV. Energi elektron dengan bilangan kuantum n = 4 adalah…A. 1,36 eV B. 1,24 eV C. 0,96 eV D. 0,85 eV

E. 0,76 eV

Pembahasan / penyelesaian soal

E =
E = = E = = – 0,85 eV
Soal ini jawabannya D

Contoh soal 2

Apabila elektron berada pada lintasan ketiga maka energinya sebesar…A. – 2,57 eV B. – 2,51 eV C. – 1,67 eV D. – 1,51 eV

E. – 1,21 eV

Pembahasan / penyelesaian soal

E =
E = = E = = – 1,51 eV
Soal ini jawabannya D

Contoh soal 3 (UN 2010)

Jika persamaan energi lintasan elektron tunggal dari sebuah atom hidrogen adalah E = 13,6 / n2 maka sebuah elektron yang tereksitasi dari lintasan n = 1 ke n = 4 mengalami perubahan energi elektron sebesar…A. 12,75 eV B. 10,20 eV C. 7,20 eV D. 6,85 eV

E. 3,40 eV

Pembahasan / penyelesaian soal

ΔE = -13,6 eV ( – )
ΔE = -13,6 eV ( – ) ΔE = 12,75 eV

Soal ini jawabannya A.

Contoh soal 4 (UN 2010)

Dalam model atom Bohr, ketika elektron atom hidrogen berpindah dari orbit dengan bilangan kuantum n = 1 ke n = 3 maka elektron tersebut akan…A. menyerap energi sebesar 1,50 eV B. memancarkan energi sebesar 1,50 eV C. menyerap energi sebesar 2,35 eV D. memancarkan energi sebesar 12,09 eV

E. menyerap energi sebesar 12,09 eV

Pembahasan / penyelesaian soal

ΔE = -13,6 eV ( – )
ΔE = -13,6 eV ( – ) ΔE = 12,09 eV

Karena hasilnya positif berarti elektron menyerap energi sebesar 12,09 eV. Soal ini jawabannya E.

Contoh soal 5

Apabila elektron berpindah dari lintasan n = 4 ke lintasan n = 2 sedangkan energi dasar elektron = – 13,6 eV dan 1 eV = 1,6 . 10-19 J maka besar energi yang dipancarkan adalah…
A. 1,36 . 10-19 J
B. 4,08 . 10-19 J
C. 5,44 . 10-19 J
D. 6,80 . 10-19 J
E. 1,63 . 10-19 J

Pembahasan / penyelesaian soal

ΔE = -13,6 eV ( – )
ΔE = -13,6 eV ( – ) ΔE = – 2,55 eV

ΔE = – 2,55 . 1,6 . 10-19 = – 4,08 . 10-19 J

Soal ini jawabannya B. Tanda negatif menunjukkan elektron memancarkan energi.

Contoh soal 6

Energi elektron atom hidrogen pada tingkat dasar = – 13,6 eV, maka energi yang dipancarkan elektron ketika bertransisi dari lintasan n = 2 ke lintasan n = 1 adalah…A. 6,80 eV B. 8,53 eV C. 9,07 eV D. 10,20 eV

E. 12,09 eV

Pembahasan / penyelesaian soal

ΔE = -13,6 eV ( – ) ΔE = 8,60 eV

Soal ini jawabannya A.

Contoh soal 7

Menurut model atom Bohr elektron dapat bereksitasi dari orbital n = 2 ke n = 3 pada atom hidrogen. Jika energi stasioner pada tingkatan n = 1 memenuhi formula E = 13,6 eV / n2, nilai perubahan energi untuk keadaan diatas adalah…A. 0,54 eV B. 0,85 eV C. 1,51 eV D. 1,88 eV

E. 3,40 eV

Pembahasan / penyelesaian soal

ΔE = -13,6 eV ( – )
ΔE = 1,88 eV

Soal ini jawabannya D.

Contoh soal tingkat energi elektrontingkat energi elektron

Tingkat energi elektron tergantung oleh posisi orbit elektron tersebut. Elektron hanya dapat berputar mengelilingi inti pada lintasan tertentu dengan tingkat energi yang tertentu pula. Marilah kita mencoba untuk menghitung jari-jari lintasan stasioner dan tingkat energinya.

Advertisment

Gambar dibawah menggambarkan sebuah elektron yang mengorbit di sekitar inti pada jarak r.

Orbit elektron

Berdasarkan hukum Coulomb antara elektron dan inti atom akan terjadi gaya interaksi, yaitu gaya tarik. Gaya tarik coulomb ini sebagai gaya sentripetal elektron mengelilingi inti atom.

Gaya Coulomb

Gaya Sentripetal

Gaya Coulomb = Gaya sentripetal

Energi kinetik elektron

Energi potensial elektron

Ep = q V =

Energi total elektron

E = Ek + Ep

E =

Tanda negatif menunjukkan bahwa untuk mengeluarkan elektron dari lintasannya memerlukan energi. Elektron menempati lintasan stasioner terdekat dengan inti disebut kulit K, lintasan berikutnya berturut-turut disebut kulit L, M, N, O dan seterusnya.

Lintasan stasioner elektron

Kulit K dengan jari-jari r1 energinya E1 dan kulit L yang jari-jarinya r2 energinya E2. Karena r2 > r1 maka nilai E2 > E1. Jadi makin jauh dari inti atom, energi elektron semakin besar, yang berarti elektron pada kulit N memiliki energi yang lebih besar dari elektron pada kulit M.

Untuk menjelaskan spektrum garis atom hidrogen Bohr menggunakan postulat yang kedua.

Elektron berpindah dari lintasan B ke lintasan A (rB > rA)

Misalkan elektron berpindah dari lintasan B dengan jari-jari orbit rB ke lintasan A dengan jari-jari rA (rB > rA) maka elektron akan melepaskan energi sebesar EB – EA yang sama dengan hf. Dengan persamaan :

E = hf = EB – EA

Jari- jari orbit elektron didapat dari postulat Bohr ketiga yaitu :

Dari persamaan energi kinetik

Dengan memasukkan nilai h (konstanta Planck), m (massa elektron), k (konstanta Coulomb) dan e (muatan elektron) diperoleh jari-jari lintasan elektron pada lintasan n adalah:

Jika = R maka kita dapatkan

Maka besarnya energi elektron pada lintasan ke n adalah:

Jika nilai π = 3,14 , k = 9 × 109 Nm2/C2 , m = 9,1 × 10-31 kg, e = 1,6 × 10-19 C, h = 6,62 × 10-34 Js, dan 1 eV = 1,6 × 10-19 J kita dimasukkan dalam persamaan, maka didapatkan energi elektron pada suatu lintasan tertentu adalah :

Tingkat Energi Elektron Untuk Melepaskan Ikatan

Persamaan diatas menunjukkan bahwa energi total elektron terkuantisasi. Dengan energi terendah E1 (n = 1) disebut tingkat energi dasar (keadaan dasar) dan tingkat energi berikutnya E2, E3, E4 ……. (n = 2, 3, …) yang tingkat energinya lebih tinggi disebut tingkat eksitasi (keadaan eksitasi). Apabila keadaan nilai n semakin besar, maka tingkat energinya pun semakin besar, sehingga untuk nilai n = ∞, nilai En = 0 yang berarti elektron tersebut tidak terikat oleh inti menjadi elektron bebas. Energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari ikatan intinya (dari orbitnya) disebut energi ionisasi, untuk melepaskan elektron pada atom hidrogen dari keadaan dasar diperlukan energi sebesar +13,6 eV karena energi tingkat dasar pada atom hidrogen adalah –13,6 eV.

Kelemahan model atom Bohr yaitu :

Lintasan orbit elektron sebenarnya sangat rumit, tidak hanya berbentuk lingkaran atau elips saja.
Model atom Bohr hanya dapat menjelaskan dengan baik untuk atom hidrogen, akan tetapi tidak dapat menjelaskan dengan baik untuk atom-atom berelektron banyak (atom kompleks).
Model atom Bohr tidak dapat menjelaskan tentang terjadinya efek Zeeman, yaitu terpecahnya spektrum cahaya jika dilewatkan pada medan magnet yang kuat.
Model atom Bohr tidak dapat menjelaskan terjadinya ikatan kimia dengan baik.

Teori atom Bohr juga tidak bisa menjelaskan masalah atom berelektron banyak yang memiliki spektrum yang lebih kompleks. Dengan demikian teori model atom Bohr masih memerlukan perbaikan dan pengembangan. Maka pada tahun 1920 Schrodinger, Heisenberg dan beberapa peneliti yang lain mencoba menjelaskan masalah ini dengan menggunakan teori kuantum atom.