TEORI ATOM MEKANIKA KUANTUM DAN SISTEM PERIODIK

A. Dualisme Gelombang Partikel

Teori Gelombang de Broglie – Dalam topik ini kalian akan belajar teori gelombang de Broglie. Teori klasik merumuskan bahwa gelombang dan partikel merupakan dua hal yang tidak memiliki kaitan. Sifat-sifat gelombang hanya dimiliki oleh gelombang contohnya interferensi, difraksi, sedangkan sifat partikel hanya dimiliki oleh partikel contohnya massa. Ternyata perumusan tersebut dapat dibantahkan pada abad ke-21 oleh Ilmuwan asal Perancis yaitu Louise de Broglie.

B. Teori Gelombang de Broglie

 Louis de Broglie merupakan Ilmuwan yang berhasil membuktikan bahwa gelombang dapat berperilaku seperti partikel dan partikel dapat berperilaku seperti gelombang. Dengan kata lain, cahaya dapat memiliki sifat dualisme gelombang-partikel. Menurut Louise de Broglie, semua benda yang bergerak memiliki panjang gelombang tertentu. Panjang gelombang (λ) dari sebuah partikel dirumuskan oleh persamaan berikut.

Keterangan:
h = konstanta Planck yang nilainya 6,63 x 10^-34 Js;
p = momentum satuannya kg.m/s; dan
λ = panjang gelombang de Broglie satuannya meter.

        Hipotesa ini didukung oleh hasil eksperimen yang dilakukan Davisson dan Germer. Mereka mengarahkan seberkas elektron pada permukaan kristal nikel. il yang diperoleh menunjukkan bahwa ternyata elektron mengalami difraksi. Difraksi elektron tersebut sama dengan difraksi sinar X yang mengenai suatu kristal. Panjang gelombang yang diperlihatkan oleh pola difraksi sesuai dengan prediksi dalam hipotesa de Broglie. Selanjutnya eksperimen lain yang mendukung hipotesa tersebut adalah percobaan celah ganda oleh Thomas Young. Hasil interferensi celah ganda Young sama dengan hasil interferensi gelombang yang diakibatkan oleh elektron. Selain elektron, terdapat partikel lain yang berperilaku seperti gelombang, contohnya adalah neutron. Neutron merupakan partikel tak bermuatan yang biasa digunakan untuk mempelajari difraksi struktur kristal. Meskipun semua partikel yang bergerak memiliki panjang gelombang de Broglie, tetapi efek panjang gelombangnya hanya dapat diamati untuk partikel yang massanya sangat kecil, seperti elektron atau neutron. Kecepatan elektron jauh lebih kecil dibandingkan kecepatan cahaya, sehingga kita bisa abaikan efek relativitas dengan menyatakan nilai momentum sebagai hasil perkalian massa dan kecepatan

Kalian tentu masih ingat dengan sifat dualisme gelombang partikel. Louis de Broglie merupakan Ilmuwan yang berhasil membuktikan bahwa gelombang dapat berperilaku seperti partikel dan partikel dapat berperilaku seperti gelombang. Dengan kata lain, cahaya dapat memiliki sifat dualisme gelombang-partikel. Menurut Louise de Broglie, semua benda yang bergerak memiliki panjang gelombang tertentu. Panjang gelombang (λ) dari sebuah partikel dirumuskan oleh persamaan berikut.

Keterangan:
h = konstanta Planck yang nilainya 6,63 x 10^-34 Js;
p = momentum satuannya kg.m/s; dan
λ = panjang gelombang de Broglie satuannya meter.

        Hipotesa ini didukung oleh hasil eksperimen yang dilakukan Davisson dan Germer. Mereka mengarahkan seberkas elektron pada permukaan kristal nikel. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa ternyata elektron mengalami difraksi. Difraksi elektron tersebut sama dengan difraksi sinar X yang mengenai suatu kristal. Panjang gelombang yang diperlihatkan oleh pola difraksi sesuai dengan prediksi dalam hipotesa de Broglie. Selanjutnya eksperimen lain yang mendukung hipotesa tersebut adalah percobaan celah ganda oleh Thomas Young. Hasil interferensi celah ganda Young sama dengan hasil interferensi gelombang yang diakibatkan oleh elektron. Selain elektron, terdapat partikel lain yang berperilaku seperti gelombang, contohnya adalah neutron. Neutron merupakan partikel tak bermuatan yang biasa digunakan untuk mempelajari difraksi struktur kristal. Meskipun semua partikel yang bergerak memiliki panjang gelombang de Broglie, tetapi efek panjang gelombangnya hanya dapat diamati untuk partikel yang massanya sangat kecil, seperti elektron atau neutron. Kecepatan elektron jauh lebih kecil dibandingkan kecepatan cahaya, sehingga kita bisa abaikan efek relativitas dengan menyatakan nilai momentum sebagai hasil perkalian massa dan kecepatan.

Contoh Soal

Jika sebuah elektron (massanya 9,1 x 10^-31 kg) bergerak dengan kecepatan 6 x 10⁶ m/s, maka tentukan panjang gelombang de Broglie elektron tersebut!
Penyelesaian
Diketahui:
m = 9,1 x 10^-31 kg
v = 6 x 10⁶ m/s
Ditanyakan: λ ?
Jawab:
Nilai momentum p adalah hasil kali massa dengan kecepatannya, maka nilai p kita peroleh dari p = mv, sehingga persamaan gelombang de Broglienya menjadi berikut ini.

Jadi, panjang gelombang de Broglie untuk elektron tersebut adalah 1,2 x 10^-10 m. Nilai tersebut merupakan jarak antar atom dalam zat padat, seperti kristal nikel yang digunakan olehDavisson dan Germer. Hal tersebut menunjukkan bahwa efek difraksi telah terbukti

DAFTAR REFERENSI:

Bambang dan Tri Kuntoro. 2010. Fisika Modern. Yogyakarta: ANDI

Krane, K. 1992. Fisika Modern. Jakarta: Universitas Indonesia Press