Materi atom adalah salah satu fondasi penting dalam ilmu fisika, menjelaskan struktur dasar materi yang membentuk alam semesta. Mempelajari atom tidak hanya membuka wawasan tentang partikel sub-atomik seperti proton, neutron, dan elektron, tetapi juga memahami bagaimana energi berinteraksi di tingkat kuantum. Untuk membantu Anda menguasai konsep-konsep krusial ini, kami menyajikan kumpulan latihan soal fisika materi atom yang komprehensif. Mulai dari model atom klasik hingga mekanika kuantum, soal-soal ini dirancang untuk menguji pemahaman Anda secara mendalam. Anda akan menemukan berbagai jenis pertanyaan, termasuk pilihan ganda untuk menguji ingatan konsep, isian singkat untuk detail spesifik, uraian untuk analisis mendalam, dan menjodohkan untuk mengaitkan istilah kunci. Persiapkan diri Anda untuk menghadapi ujian atau sekadar memperkuat pemahaman dengan bank soal fisika atom ini. Setiap jawaban dilengkapi dengan kunci dan penjelasan singkat untuk membantu proses belajar Anda.
Contoh Soal soal fisika materi atom
A. Pilihan Ganda
1. 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
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: John Dalton adalah ilmuwan yang mengajukan teori atom pertama, menggambarkan atom sebagai bola pejal yang indivisible (tidak dapat dibagi).
2. Model atom Thomson dikenal sebagai model ‘roti kismis’ karena…
- A. Atom terdiri dari inti padat dan elektron mengelilinginya.
- B. Elektron-elektron tersebar merata dalam bola bermuatan positif.
- C. Elektron bergerak dalam lintasan stasioner tertentu.
- D. Atom bersifat netral karena jumlah proton dan elektron sama.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Dalam model Thomson, elektron-elektron tersebar di dalam bola bermuatan positif, mirip kismis dalam roti.
3. Eksperimen hamburan alfa yang dilakukan Rutherford menunjukkan bahwa…
- A. Atom adalah bola pejal yang bermuatan positif.
- B. Elektron bergerak mengelilingi inti dalam orbit tertentu.
- C. Sebagian besar massa atom terkonsentrasi pada inti yang sangat kecil dan bermuatan positif.
- D. Atom tidak memiliki muatan listrik.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Sebagian besar partikel alfa menembus lembaran emas tanpa hambatan, namun ada beberapa yang dibelokkan sangat tajam atau dipantulkan, menunjukkan adanya inti atom yang kecil, padat, dan bermuatan positif.
4. Salah satu kelemahan model atom Rutherford adalah…
- A. Tidak dapat menjelaskan spektrum atom hidrogen.
- B. Mengasumsikan atom bermuatan positif secara keseluruhan.
- C. Tidak dapat menjelaskan keberadaan inti atom.
- D. Tidak dapat menjelaskan kestabilan atom.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Menurut fisika klasik, elektron yang mengelilingi inti seharusnya kehilangan energi dan jatuh ke inti, sehingga atom tidak stabil. Model Rutherford tidak dapat menjelaskan kestabilan atom.
5. Menurut model atom Bohr, elektron dapat berpindah dari satu orbit ke orbit lain dengan…
- A. Memancarkan atau menyerap energi dalam bentuk foton.
- B. Mengubah massanya.
- C. Mengubah muatannya.
- D. Membelah diri menjadi partikel yang lebih kecil.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Elektron memancarkan atau menyerap energi (dalam bentuk foton) saat berpindah antar orbit (tingkat energi).
6. Deret spektrum atom hidrogen yang transisinya berakhir pada kulit n=1 disebut deret…
- A. Lyman
- B. Balmer
- C. Paschen
- D. Brackett
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Deret Lyman adalah deret spektrum atom hidrogen yang dihasilkan dari transisi elektron ke tingkat energi dasar (n=1).
7. Jika suatu atom memiliki nomor atom (Z) 11 dan nomor massa (A) 23, maka jumlah proton, neutron, dan elektronnya (dalam keadaan netral) berturut-turut adalah…
- A. 11, 11, 12
- B. 12, 11, 11
- C. 11, 12, 11
- D. 23, 11, 12
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Nomor atom (Z) = jumlah proton = jumlah elektron (untuk atom netral). Nomor massa (A) = jumlah proton + jumlah neutron. Jadi, proton = 11, elektron = 11, neutron = A – Z = 23 – 11 = 12.
8. Partikel penyusun inti atom adalah…
- A. Elektron dan proton
- B. Proton dan neutron
- C. Elektron dan neutron
- D. Proton, neutron, dan elektron
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Inti atom terdiri dari proton (bermuatan positif) dan neutron (tidak bermuatan). Elektron mengelilingi inti.
9. Isotop adalah atom-atom yang memiliki…
- A. Nomor atom sama, nomor massa berbeda.
- B. Nomor atom berbeda, nomor massa sama.
- C. Jumlah proton dan neutron sama.
- D. Jumlah elektron dan neutron sama.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Isotop adalah atom-atom dari unsur yang sama (jumlah proton sama) tetapi memiliki jumlah neutron yang berbeda, sehingga nomor massanya berbeda.
10. Isobar adalah atom-atom yang memiliki…
- A. Nomor atom sama, nomor massa berbeda.
- B. Nomor atom berbeda, nomor massa sama.
- C. Jumlah proton dan neutron sama.
- D. Jumlah elektron dan neutron sama.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Isobar adalah atom-atom dari unsur yang berbeda (jumlah proton berbeda) tetapi memiliki nomor massa yang sama.
11. Pernyataan yang benar mengenai bilangan kuantum utama (n) adalah…
- A. Menentukan bentuk orbital.
- B. Menentukan orientasi orbital dalam ruang.
- C. Menentukan tingkat energi utama dan ukuran orbital.
- D. Menentukan arah spin elektron.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Bilangan kuantum utama (n) menunjukkan tingkat energi utama atau kulit atom, serta ukuran orbital.
12. Bilangan kuantum azimut (l) menentukan…
- A. Bentuk orbital.
- B. Tingkat energi utama.
- C. Orientasi orbital dalam ruang.
- D. Arah spin elektron.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Bilangan kuantum azimut (l) menentukan bentuk orbital, yang terkait dengan subkulit (s, p, d, f).
13. Prinsip ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa…
- A. Elektron bergerak dalam orbit melingkar yang stabil.
- B. Tidak mungkin untuk menentukan posisi dan momentum elektron secara bersamaan dengan ketelitian mutlak.
- C. Atom terdiri dari inti padat dan elektron mengelilinginya.
- D. Energi dipancarkan atau diserap dalam bentuk kuanta diskrit.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Tidak mungkin untuk mengetahui secara pasti posisi dan momentum suatu partikel (seperti elektron) pada saat yang bersamaan.
14. Hipotesis De Broglie menyatakan bahwa partikel, seperti elektron, juga memiliki sifat…
- A. Hanya partikel.
- B. Hanya gelombang.
- C. Dualisme gelombang-partikel.
- D. Tidak memiliki sifat apapun.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: De Broglie mengemukakan dualisme gelombang-partikel, bahwa partikel juga dapat menunjukkan sifat gelombang.
15. Energi yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron dari atom dalam keadaan dasar disebut…
- A. Energi eksitasi
- B. Energi ionisasi
- C. Energi ikat
- D. Energi kinetik
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Energi ionisasi adalah energi minimum yang dibutuhkan untuk melepaskan satu elektron dari atom netral dalam keadaan gas pada tingkat energi dasar.
16. Model atom yang paling modern dan akurat saat ini adalah…
- A. Model Bohr
- B. Model Rutherford
- C. Model Thomson
- D. Model Mekanika Kuantum
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Model atom mekanika kuantum (atau model awan elektron) adalah model yang paling akurat saat ini, menggambarkan probabilitas menemukan elektron di sekitar inti.
17. Elektron pada atom hidrogen berada pada keadaan dasar (n=1). Berapa energi yang dibutuhkan untuk mengionisasi atom hidrogen tersebut? (Energi keadaan dasar atom hidrogen E₁ = -13,6 eV)
- A. 13,6 eV
- B. -13,6 eV
- C. 0 eV
- D. 27,2 eV
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Energi ionisasi adalah energi yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron sepenuhnya dari atom, yaitu membawanya ke tingkat energi tak hingga (E∞ = 0). Jadi, energi ionisasi = E∞ – E₁ = 0 – (-13,6 eV) = 13,6 eV.
18. Kulit atom yang memiliki bilangan kuantum utama (n) = 3 dapat menampung elektron maksimum sebanyak…
- A. 2 elektron
- B. 8 elektron
- C. 18 elektron
- D. 32 elektron
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Jumlah maksimum elektron pada kulit ke-n dihitung dengan rumus 2n². Untuk n=3, jumlah maksimum elektron = 2 × (3)² = 2 × 9 = 18 elektron.
19. Deret spektrum yang transisinya berakhir pada kulit n=2 dan berada di daerah cahaya tampak adalah…
- A. Lyman
- B. Balmer
- C. Paschen
- D. Brackett
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Deret Balmer adalah deret spektrum atom hidrogen yang transisinya berakhir pada tingkat energi n=2 dan menghasilkan garis-garis dalam spektrum cahaya tampak.
20. Sebuah atom netral memiliki 15 elektron dan 16 neutron. Berapakah nomor massa atom tersebut?
- A. 15
- B. 16
- C. 31
- D. 46
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Untuk atom netral, jumlah elektron = jumlah proton. Jadi, jumlah proton = 15. Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron = 15 + 16 = 31.
B. Isian Singkat
1. Partikel sub-atomik yang bermuatan positif adalah ____________.
Jawaban: Proton
2. Menurut model atom Bohr, elektron mengelilingi inti pada ____________ yang stasioner.
Jawaban: Lintasan/Orbit
3. Atom-atom yang memiliki jumlah neutron yang sama tetapi jumlah proton berbeda disebut ____________.
Jawaban: Isoton
4. Bilangan kuantum yang menunjukkan arah orientasi orbital dalam ruang adalah bilangan kuantum ____________.
Jawaban: Magnetik
5. Model atom yang menggambarkan elektron sebagai awan probabilitas di sekitar inti adalah model ____________.
Jawaban: Mekanika Kuantum
C. Menjodohkan
1. Jodohkan ilmuwan dengan model atom yang dikemukakannya!
| Premis | Respon |
|---|---|
| A. John Dalton | Model Bola Pejal |
| B. J.J. Thomson | Model Roti Kismis |
| C. Ernest Rutherford | Model Atom Nuklir |
| D. Niels Bohr | Model Orbit Stasioner |
2. Jodohkan jenis partikel sub-atomik dengan muatan listriknya!
| Premis | Respon |
|---|---|
| A. Proton | Positif |
| B. Elektron | Negatif |
| C. Neutron | Netral |
D. Uraian
1. Jelaskan perbedaan mendasar antara model atom Rutherford dan model atom Bohr! Sebutkan masing-masing satu kelebihan dan kekurangan dari kedua model tersebut.
Perbedaan mendasar: Rutherford menggambarkan atom memiliki inti padat bermuatan positif dan elektron mengelilinginya seperti planet mengelilingi matahari, tanpa menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke inti. Bohr memperbaiki ini dengan postulat bahwa elektron bergerak dalam orbit stasioner tertentu tanpa memancarkan energi, dan hanya memancarkan/menyerap energi saat berpindah orbit.
Kelebihan Model Rutherford:
– Berhasil menunjukkan adanya inti atom yang padat dan bermuatan positif.
Kekurangan Model Rutherford:
– Tidak dapat menjelaskan kestabilan atom (elektron seharusnya jatuh ke inti).
– Tidak dapat menjelaskan spektrum garis atom.
Kelebihan Model Bohr:
– Berhasil menjelaskan kestabilan atom.
– Berhasil menjelaskan spektrum garis atom hidrogen secara kuantitatif.
Kekurangan Model Bohr:
– Hanya cocok untuk atom berelektron tunggal (seperti hidrogen).
– Tidak dapat menjelaskan intensitas garis spektrum.
– Tidak dapat menjelaskan efek Zeeman (pemisahan garis spektrum karena medan magnet).
2. Mengapa spektrum atom hidrogen berupa garis-garis diskrit dan bukan spektrum kontinu?
Spektrum atom hidrogen berupa garis-garis diskrit karena elektron dalam atom hanya dapat menempati tingkat energi tertentu (terkuantisasi) dan tidak dapat berada di antara tingkat-tingkat energi tersebut. Ketika elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah, ia memancarkan foton dengan energi yang spesifik dan diskrit, sesuai dengan perbedaan energi antar tingkat. Energi foton ini terkait dengan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan (E = hf = hc/λ), sehingga hanya panjang gelombang tertentu yang terlihat, menghasilkan garis-garis diskrit pada spektrum.
3. Sebutkan dan jelaskan empat bilangan kuantum yang digunakan untuk mendeskripsikan keadaan elektron dalam atom!
Empat bilangan kuantum adalah:
1. **Bilangan Kuantum Utama (n):** Menunjukkan tingkat energi utama atau kulit atom dan ukuran orbital. Nilainya adalah bilangan bulat positif (n=1, 2, 3, …).
2. **Bilangan Kuantum Azimut/Orbital (l):** Menentukan bentuk subkulit atau bentuk orbital. Nilainya berkisar dari 0 hingga (n-1). (l=0 untuk s, l=1 untuk p, l=2 untuk d, l=3 untuk f).
3. **Bilangan Kuantum Magnetik (m_l):** Menentukan orientasi orbital dalam ruang. Nilainya berkisar dari -l hingga +l, termasuk nol.
4. **Bilangan Kuantum Spin (m_s):** Menunjukkan arah spin intrinsik elektron. Nilainya hanya +1/2 atau -1/2.
4. Jelaskan konsep dualisme gelombang-partikel yang diusulkan oleh Louis de Broglie dan berikan contoh penerapannya!
Konsep dualisme gelombang-partikel yang diusulkan oleh Louis de Broglie menyatakan bahwa semua materi, tidak hanya cahaya, memiliki sifat gelombang dan partikel secara bersamaan. Artinya, partikel seperti elektron, proton, dan atom, tidak hanya bertindak sebagai partikel diskrit tetapi juga menunjukkan perilaku gelombang. Panjang gelombang de Broglie (λ) suatu partikel diberikan oleh rumus λ = h/p, di mana h adalah konstanta Planck dan p adalah momentum partikel (p = mv).
Contoh penerapannya adalah:
– **Difraksi Elektron:** Eksperimen difraksi elektron (oleh Davisson dan Germer serta G.P. Thomson) menunjukkan bahwa berkas elektron dapat berdifraksi seperti gelombang saat melewati celah sempit atau kisi kristal, membuktikan sifat gelombang elektron. Ini menjadi dasar bagi pengembangan mikroskop elektron.
5. Hitunglah energi foton yang dipancarkan ketika elektron pada atom hidrogen berpindah dari kulit n=3 ke kulit n=2! (Diketahui energi kulit ke-n atom hidrogen En = -13,6/n² eV).
Diketahui:
E_n = -13,6/n² eV
n_awal = 3
n_akhir = 2
Langkah 1: Hitung energi pada kulit n=3 (E₃)
E₃ = -13,6/(3)² = -13,6/9 ≈ -1,51 eV
Langkah 2: Hitung energi pada kulit n=2 (E₂)
E₂ = -13,6/(2)² = -13,6/4 = -3,4 eV
Langkah 3: Hitung energi foton yang dipancarkan (ΔE)
ΔE = E₃ – E₂ = (-1,51 eV) – (-3,4 eV) = -1,51 eV + 3,4 eV = 1,89 eV
Jadi, energi foton yang dipancarkan adalah 1,89 eV.
