Teori Athom Bohr

Setelah teori atom Dalton dan model atom Thomson serta Rutherford muncul, para ilmuwan masih belum puas.

Model Rutherford memang menjelaskan bahwa atom memiliki inti bermuatan positif dan elektron bergerak mengelilinginya, tetapi ada masalah besar:

1. Ketidakstabilan Atom: Menurut fisika klasik, elektron yang bergerak melingkar (dipercepat) akan memancarkan energi radiasi secara terus-menerus. Akibatnya, energi elektron akan berkurang dan lintasannya akan spiral mendekati inti, hingga akhirnya jatuh dan menghancurkan atom. Kenyataannya, atom sangat stabil.

2. Spektrum Kontinu: Jika elektron memancarkan energi secara terus-menerus, spektrum cahaya yang dipancarkan seharusnya berupa spektrum kontinu (semua warna/wavelength). Namun, hasil eksperimen menunjukkan bahwa atom hanya memancarkan spektrum garis (line spectrum) pada panjang gelombang tertentu.

Untuk memecahkan masalah ini, Niels Bohr, seorang fisikawan Denmark, mengajukan model atom baru pada tahun 1913.

Bohr menggabungkan mekanika klasik dengan ide kuantum yang baru lahir dari Max Planck. Teorinya berdasar pada tiga postulat utama:

Postulat 1: Stasioner Orbit (Lintasan Stasioner)

Elektron mengelilingi inti atom hanya pada lintasan-lintasan tertentu yang diperbolehkan, yang disebut lintasan stasioner atau kulit energi. Pada lintasan ini, elektron tidak memancarkan atau menyerap energi, meskipun sedang bergerak melingkar. Lintasan ini memiliki momentum sudut yang terkuantisasi.

Postulat 2: Kuantisasi Energi

Setiap lintasan stasioner berkorespondensi dengan tingkat energi (level energi) tertentu yang bersifat terkuantisasi (diskrit). Energi total elektron pada lintasan tersebut adalah tetap.

$$E_n=-\frac{R_H}{n^2}$$

Di mana:

• $E_n$ = energi elektron pada kulit ke-$n$ (dalam Joule)

• $R_H$ = Konstanta Rydberg untuk Hidrogen ($\approx 2.18\times {10}^{-18}$ J)

• $n$ = bilangan kuantum utama ($n=1,2,3,\mathrm{.}\mathrm{.}\mathrm{.}$)

Postulat 3: Transisi dan Emisi/Absorpsi Energi

Elektron dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lainnya.

• Emisi (Pemancaran) Energi: Ketika elektron berpindah dari lintasan dengan energi lebih tinggi ($E_{akhir}$) ke energi lebih rendah ($E_{awal}$), selisih energi akan dipancarkan dalam bentuk foton (cahaya).
  > $\mathrm{\Delta }E=E_{akhir}-E_{awal}=h\nu$

• Absorpsi (Penyerapan) Energi: Ketika elektron berpindah dari lintasan rendah ke lintasan tinggi, atom harus menyerap energi dari foton luar yang energinya persis sama dengan selisih energi kedua lintasan tersebut.
  Di mana:

• $\mathrm{\Delta }E$ = selisih energi (Joule)

• $h$ = konstanta Planck ($6.626\times {10}^{-34}$ J.s)

• $\nu$ = frekuensi foton yang dipancarkan/diserap (Hz)

C. Tingkat Energi dan Spektrum Garis

1. Tingkat Energi pada Atom Hidrogen
Atom Hidrogen (1 elektron) adalah model utama teori Bohr.

• Kulit terdekat dengan inti ($n=1$) disebut keadaan dasar (ground state), memiliki energi terendah dan paling stabil.

• Kulit yang lebih jauh ($n=2,3,4,\mathrm{.}\mathrm{.}\mathrm{.}$) disebut keadaan tereksitasi (excited state), memiliki energi lebih tinggi dan kurang stabil.

• Semakin besar nilai $n$, tingkat energinya semakin rapat dan mendekati nol (yang berarti elektron sudah terlepas dari atom/terionisasi).

2. Spektrum Garis Hidrogen
Ketika elektron pada atom hidrogen tereksitasi jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, ia memancarkan foton dengan panjang gelombang spesifik. Transisi-transisi ini membentuk deret spektrum garis yang khas:

• Deret Lyman: Elektron jatuh ke kulit $n=1$. Memancarkan cahaya ultraviolet.

• Deret Balmer: Elektron jatuh ke kulit $n=2$. Memancarkan cahaya tampak.

• Deret Paschen: Elektron jatuh ke kulit $n=3$. Memancarkan cahaya inframerah.

• Deret Brackett ($n=4$) dan Pfund ($n=5$) juga berada di daerah inframerah.

D. Kelebihan dan Keterbatasan Teori Atom Bohr

Kelebihan:

1. Berhasil menjelaskan kestabilan atom.

2. Dapat menghitung tingkat energi dan jari-jari orbit untuk atom hidrogen dan ion berelektron tunggal (seperti He⁺, Li²⁺) dengan sangat akurat.

3. Berhasil menjelaskan spektrum garis atom hidrogen dan memprediksi panjang gelombangnya dengan tepat.

4. Memperkenalkan konsep kuantisasi yang revolusioner dalam dunia atom.

Keterbatasan:

1. Hanya berhasil untuk atom atau ion dengan satu elektron (hidrogenik). Gagal menjelaskan spektrum atom berelektron banyak (seperti helium).

2. Tidak dapat menjelaskan efek Zeeman (pembelahan garis spektrum dalam medan magnet) dan efek Stark (dalam medan listrik).

3. Bersifat semi-klasik, masih mempertahankan konsep orbit/path tertentu, yang bertentangan dengan sifat dualisme gelombang-partikel dari Heisenberg dan de Broglie.

4. Melanggar Prinsip Ketidakpastian Heisenberg karena dengan pasti menentukan posisi dan momentum elektron secara bersamaan.