Soal Fisika Atom
Selamat datang di kumpulan soal fisika atom! Artikel ini dirancang khusus untuk membantu Anda memahami dan menguasai berbagai konsep penting dalam fisika atom. Dari model atom klasik hingga fenomena kuantum, soal-soal ini akan menguji pemahaman Anda dan mempersiapkan Anda untuk ujian. Dengan berbagai jenis soal, mulai dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga menjodohkan, Anda akan mendapatkan gambaran menyeluruh tentang materi fisika atom. Mari kita mulai latihan untuk mengasah kemampuan Anda!
I. Pilihan Ganda
- Siapakah ilmuwan yang pertama kali mengemukakan model atom sebagai bola pejal yang tidak dapat dibagi lagi?
(A) John Dalton
(B) J.J. Thomson
(C) Ernest Rutherford
(D) Niels Bohr
(E) Erwin Schrödinger
- Model atom Rutherford menyatakan bahwa sebagian besar massa atom terkonsentrasi di:
(A) Kulit atom
(B) Inti atom
(C) Elektron
(D) Neutron
(E) Orbit elektron
- Elektron mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu tanpa memancarkan atau menyerap energi. Pernyataan ini merupakan salah satu postulat dari model atom:
(A) Dalton
(B) Thomson
(C) Rutherford
(D) Bohr
(E) Mekanika Kuantum
- Partikel penyusun inti atom adalah:
(A) Elektron dan proton
(B) Proton dan neutron
(C) Elektron dan neutron
(D) Hanya proton
(E) Hanya neutron
- Atom X memiliki nomor atom 17 dan nomor massa 35. Jumlah proton, elektron, dan neutron dalam atom X adalah:
(A) Proton 17, Elektron 17, Neutron 18
(B) Proton 17, Elektron 18, Neutron 17
(C) Proton 18, Elektron 17, Neutron 17
(D) Proton 35, Elektron 35, Neutron 17
(E) Proton 17, Elektron 17, Neutron 35
- Isotop adalah atom-atom dari unsur yang sama yang memiliki:
(A) Nomor massa sama, nomor atom berbeda
(B) Nomor atom sama, nomor massa berbeda
(C) Jumlah neutron sama, nomor atom berbeda
(D) Jumlah proton dan neutron sama
(E) Jumlah elektron dan proton berbeda
- Deret spektrum atom hidrogen yang terletak pada daerah ultraviolet adalah deret:
(A) Lyman
(B) Balmer
(C) Paschen
(D) Brackett
(E) Pfund
- Energi sebuah foton berbanding lurus dengan:
(A) Panjang gelombangnya
(B) Kecepatannya
(C) Frekuensinya
(D) Amplitudonya
(E) Periodenya
- Peristiwa lepasnya elektron dari permukaan logam ketika disinari cahaya dengan frekuensi tertentu disebut:
(A) Efek Compton
(B) Efek Doppler
(C) Efek Rumah Kaca
(D) Efek Fotolistrik
(E) Efek Zeeman
- Menurut teori de Broglie, setiap partikel yang bergerak memiliki sifat gelombang. Panjang gelombang de Broglie berbanding terbalik dengan:
(A) Energi kinetiknya
(B) Kecepatannya
(C) Momentumnya
(D) Massanya
(E) Frekuensinya
- Bilangan kuantum yang menentukan ukuran dan energi utama orbital adalah:
(A) Bilangan kuantum utama (n)
(B) Bilangan kuantum azimut (l)
(C) Bilangan kuantum magnetik (m_l)
(D) Bilangan kuantum spin (m_s)
(E) Bilangan kuantum momentum
- Untuk n = 3, nilai bilangan kuantum azimut (l) yang mungkin adalah:
(A) 0, 1, 2, 3
(B) 0, 1, 2
(C) 1, 2, 3
(D) 0, 1
(E) Hanya 3
- Konfigurasi elektron 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ adalah konfigurasi elektron untuk unsur dengan nomor atom:
(A) 11
(B) 12
(C) 13
(D) 14
(E) 15
- Sinar-X dihasilkan ketika elektron berkecepatan tinggi menumbuk target logam. Sinar-X memiliki sifat:
(A) Memiliki massa dan muatan negatif
(B) Tidak memiliki massa tetapi memiliki muatan positif
(C) Tidak memiliki massa maupun muatan
(D) Hanya dapat menembus bahan tipis
(E) Bergerak lebih lambat dari cahaya
- Proses di mana inti atom yang tidak stabil memancarkan radiasi untuk mencapai kestabilan disebut:
(A) Fisi
(B) Fusi
(C) Radioaktivitas
(D) Resonansi
(E) Ionisasi
- Berikut ini adalah jenis-jenis radiasi yang dipancarkan oleh zat radioaktif, kecuali:
(A) Sinar alfa (α)
(B) Sinar beta (β)
(C) Sinar gamma (γ)
(D) Sinar-X
(E) Positron
- Waktu paruh suatu unsur radioaktif adalah 10 hari. Jika mula-mula terdapat 200 gram unsur tersebut, berapa massa unsur yang tersisa setelah 30 hari?
(A) 100 gram
(B) 50 gram
(C) 25 gram
(D) 12.5 gram
(E) 6.25 gram
- Prinsip ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa kita tidak dapat secara bersamaan menentukan secara akurat:
(A) Massa dan energi suatu partikel
(B) Posisi dan momentum suatu partikel
(C) Kecepatan dan arah suatu partikel
(D) Muatan dan spin suatu partikel
(E) Waktu dan frekuensi suatu partikel
- Atom netral memiliki jumlah:
(A) Proton lebih banyak dari elektron
(B) Elektron lebih banyak dari proton
(C) Proton sama dengan elektron
(D) Neutron sama dengan proton
(E) Neutron sama dengan elektron
- J.J. Thomson menemukan partikel subatomik:
(A) Proton
(B) Neutron
(C) Elektron
(D) Positron
(E) Foton
II. Isian Singkat
- Partikel bermuatan positif dalam inti atom disebut ______.
- Atom-atom yang memiliki jumlah neutron sama tetapi nomor atom berbeda disebut ______.
- Rumus energi elektron pada kulit ke-n dalam model atom Bohr adalah E_n = ______. (Berikan rumusnya secara sederhana)
- Apa nama efek di mana elektron dipancarkan dari permukaan logam ketika energi cahaya yang datang melebihi fungsi kerja logam?
- Partikel dasar penyusun inti atom adalah ______ dan ______.
III. Uraian
- Jelaskan perbedaan mendasar antara model atom Rutherford dan model atom Bohr! Sebutkan dua kelebihan model Bohr dibandingkan Rutherford.
- Jelaskan tiga dari empat bilangan kuantum (utama, azimut/orbital, magnetik, spin) dan apa yang masing-masing bilangan kuantum tersebut gambarkan!
- Jelaskan fenomena efek fotolistrik! Mengapa teori klasik gagal menjelaskan efek ini, dan bagaimana Albert Einstein berhasil memberikan penjelasannya?
- Tuliskan dan jelaskan secara singkat empat deret spektrum atom hidrogen (Lyman, Balmer, Paschen, Brackett, Pfund) beserta daerah spektrumnya!
- Jelaskan konsep dualisme gelombang-partikel de Broglie! Berikan contoh bagaimana konsep ini diterapkan pada partikel subatomik.
IV. Menjodohkan
Pasangkan pernyataan di Kolom A dengan konsep yang tepat di Kolom B.
-
Kolom A: Ilmuwan yang mengemukakan bahwa elektron bergerak dalam orbit stasioner tanpa memancarkan energi.
Kolom B: (a) Louis de Broglie, (b) Max Planck, (c) Niels Bohr, (d) Ernest Rutherford
-
Kolom A: Konsep yang menyatakan bahwa energi hanya dapat dipancarkan atau diserap dalam paket-paket diskrit yang disebut kuanta.
Kolom B: (a) Efek Fotolistrik, (b) Teori Kuantum, (c) Prinsip Ketidakpastian, (d) Dualisme Gelombang-Partikel
Kunci Jawaban
I. Pilihan Ganda
- Jawaban: (A) John Dalton – Penjelasan: Model atom Dalton adalah model atom paling awal yang mengemukakan atom sebagai bola pejal yang tidak dapat dibagi.
- Jawaban: (B) Inti atom – Penjelasan: Eksperimen hamburan alfa Rutherford menunjukkan bahwa sebagian besar massa atom dan muatan positif terkonsentrasi di inti yang sangat kecil.
- Jawaban: (D) Bohr – Penjelasan: Salah satu postulat Bohr adalah elektron bergerak pada lintasan stasioner (orbit) tanpa memancarkan atau menyerap energi.
- Jawaban: (B) Proton dan neutron – Penjelasan: Inti atom tersusun atas proton (bermuatan positif) dan neutron (tidak bermuatan).
- Jawaban: (A) Proton 17, Elektron 17, Neutron 18 – Penjelasan: Nomor atom (Z) = jumlah proton = jumlah elektron (untuk atom netral) = 17. Nomor massa (A) = jumlah proton + jumlah neutron = 35. Jadi, jumlah neutron = A – Z = 35 – 17 = 18.
- Jawaban: (B) Nomor atom sama, nomor massa berbeda – Penjelasan: Isotop adalah atom-atom dari unsur yang sama (nomor atom sama) tetapi memiliki jumlah neutron yang berbeda (nomor massa berbeda).
- Jawaban: (A) Lyman – Penjelasan: Deret Lyman adalah deret spektrum atom hidrogen yang transisinya berakhir pada n=1, menghasilkan gelombang pada daerah ultraviolet.
- Jawaban: (C) Frekuensinya – Penjelasan: Energi foton (E) dirumuskan sebagai E = hf, di mana h adalah konstanta Planck dan f adalah frekuensi.
- Jawaban: (D) Efek Fotolistrik – Penjelasan: Efek fotolistrik adalah fenomena di mana elektron lepas dari permukaan logam saat disinari cahaya dengan frekuensi di atas nilai ambang tertentu.
- Jawaban: (C) Momentumnya – Penjelasan: Panjang gelombang de Broglie (λ) dirumuskan sebagai λ = h/p, di mana h adalah konstanta Planck dan p adalah momentum (massa x kecepatan).
- Jawaban: (A) Bilangan kuantum utama (n) – Penjelasan: Bilangan kuantum utama (n) menentukan tingkat energi utama dan ukuran orbital.
- Jawaban: (B) 0, 1, 2 – Penjelasan: Nilai bilangan kuantum azimut (l) dapat berkisar dari 0 hingga (n-1). Untuk n=3, l bisa 0, 1, atau 2.
- Jawaban: (C) 13 – Penjelasan: Jumlah total elektron adalah 2+2+6+2+1 = 13. Untuk atom netral, jumlah elektron sama dengan nomor atom.
- Jawaban: (C) Tidak memiliki massa maupun muatan – Penjelasan: Sinar-X adalah gelombang elektromagnetik berenergi tinggi, sehingga tidak memiliki massa maupun muatan.
- Jawaban: (C) Radioaktivitas – Penjelasan: Radioaktivitas adalah proses peluruhan inti atom yang tidak stabil untuk mencapai konfigurasi yang lebih stabil dengan memancarkan radiasi.
- Jawaban: (D) Sinar-X – Penjelasan: Sinar-X adalah bentuk radiasi elektromagnetik yang dihasilkan dari tumbukan elektron, bukan peluruhan inti radioaktif. Sinar alfa, beta, dan gamma adalah jenis radiasi dari peluruhan. Positron adalah partikel yang dapat dipancarkan.
- Jawaban: (C) 25 gram – Penjelasan: Setelah 10 hari (1 waktu paruh), sisa = 200/2 = 100 gram. Setelah 20 hari (2 waktu paruh), sisa = 100/2 = 50 gram. Setelah 30 hari (3 waktu paruh), sisa = 50/2 = 25 gram.
- Jawaban: (B) Posisi dan momentum suatu partikel – Penjelasan: Prinsip ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa tidak mungkin mengetahui posisi dan momentum suatu partikel secara bersamaan dengan ketepatan yang tinggi.
- Jawaban: (C) Proton sama dengan elektron – Penjelasan: Atom netral tidak memiliki muatan listrik bersih, yang berarti jumlah muatan positif (proton) sama dengan jumlah muatan negatif (elektron).
- Jawaban: (C) Elektron – Penjelasan: J.J. Thomson melalui eksperimen tabung sinar katode menemukan elektron, partikel subatomik bermuatan negatif.
II. Isian Singkat
- Proton
- Isoton
- E_n = -13.6/n² eV (atau variasi konstanta lainnya)
- Efek Fotolistrik
- Proton, Neutron
III. Uraian
- Perbedaan Model Atom Rutherford dan Bohr: Model Rutherford menggambarkan atom sebagai inti padat di tengah dengan elektron mengelilinginya seperti planet mengelilingi matahari. Namun, model ini tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke inti (menurut teori elektromagnetik klasik, elektron yang bergerak spiral akan kehilangan energi dan jatuh). Model Bohr mengatasi kelemahan ini dengan postulat bahwa elektron hanya dapat bergerak pada orbit-orbit stasioner tertentu tanpa memancarkan energi. Elektron hanya memancarkan atau menyerap energi ketika berpindah antar orbit.Kelebihan Model Bohr: (1) Dapat menjelaskan kestabilan atom, (2) Dapat menjelaskan spektrum garis diskrit atom hidrogen.
- Tiga Bilangan Kuantum:
- Bilangan Kuantum Utama (n): Menggambarkan tingkat energi utama kulit atom dan ukuran orbital. Nilainya adalah bilangan bulat positif (1, 2, 3, …).
- Bilangan Kuantum Azimut/Orbital (l): Menggambarkan bentuk subkulit atau orbital dan momentum sudut elektron. Nilainya berkisar dari 0 hingga (n-1). (0=s, 1=p, 2=d, 3=f).
- Bilangan Kuantum Magnetik (m_l): Menggambarkan orientasi orbital dalam ruang. Nilainya berkisar dari -l hingga +l, termasuk nol.
- Bilangan Kuantum Spin (m_s): Menggambarkan arah putaran (spin) elektron pada sumbunya. Nilainya hanya +1/2 atau -1/2.
- Efek Fotolistrik: Efek fotolistrik adalah fenomena di mana elektron-elektron dipancarkan dari permukaan logam ketika disinari oleh cahaya dengan frekuensi tertentu yang melebihi frekuensi ambang logam tersebut.Kegagalan Teori Klasik: Teori gelombang klasik cahaya memprediksi bahwa intensitas cahaya yang tinggi, tanpa memandang frekuensinya, seharusnya dapat melepaskan elektron. Namun, eksperimen menunjukkan bahwa elektron hanya dilepaskan jika frekuensi cahaya melebihi nilai ambang tertentu, tidak peduli seberapa rendah intensitasnya. Ada juga penundaan waktu yang tidak dapat dijelaskan oleh teori klasik.Penjelasan Einstein: Albert Einstein menjelaskan efek fotolistrik dengan mengusulkan bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel energi diskrit yang disebut foton. Energi setiap foton (E = hf) bergantung pada frekuensinya. Elektron hanya akan terlepas jika energi foton tunggal cukup besar untuk mengatasi fungsi kerja (energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron) logam. Jika frekuensi terlalu rendah, tidak ada elektron yang terlepas, bahkan dengan intensitas cahaya tinggi karena energi per foton tidak cukup.
- Deret Spektrum Atom Hidrogen: Atom hidrogen memancarkan cahaya pada panjang gelombang diskrit ketika elektronnya bertransisi dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi rendah. Ini membentuk deret spektrum:
- Deret Lyman: Transisi elektron ke tingkat n=1. Terletak di daerah ultraviolet.
- Deret Balmer: Transisi elektron ke tingkat n=2. Terletak di daerah cahaya tampak.
- Deret Paschen: Transisi elektron ke tingkat n=3. Terletak di daerah inframerah.
- Deret Brackett: Transisi elektron ke tingkat n=4. Terletak di daerah inframerah.
- Deret Pfund: Transisi elektron ke tingkat n=5. Terletak di daerah inframerah.
- Dualisme Gelombang-Partikel de Broglie: Konsep dualisme gelombang-partikel de Broglie menyatakan bahwa semua partikel materi, tidak hanya cahaya, memiliki sifat gelombang dan partikel secara bersamaan. Louis de Broglie mengusulkan bahwa setiap partikel yang bergerak memiliki panjang gelombang (λ) yang berbanding terbalik dengan momentumnya (p), dirumuskan sebagai λ = h/p, di mana h adalah konstanta Planck.Contoh Penerapan: Pada partikel subatomik seperti elektron, sifat gelombang ini sangat signifikan. Contohnya adalah difraksi elektron, di mana berkas elektron dapat menunjukkan pola difraksi seperti gelombang ketika melewati celah sempit, mirip dengan difraksi cahaya. Ini membuktikan sifat gelombang elektron, yang merupakan dasar dari mikroskop elektron.
IV. Menjodohkan
- Pasangan yang tepat: (c) Niels Bohr
- Pasangan yang tepat: (b) Teori Kuantum
