Selamat datang di kumpulan latihan soal fisika tentang model atom! Materi ini adalah salah satu fondasi penting dalam memahami struktur materi dan perilaku partikel subatomik. Dari penemuan awal Dalton yang sederhana, evolusi pemahaman kita tentang atom terus berkembang melalui model Thomson dengan “roti kismis”-nya, eksperimen Rutherford yang revolusioner mengungkap inti atom, hingga postulat Bohr yang memperkenalkan tingkat energi diskrit. Kini, kita mengenal model atom modern berdasarkan mekanika kuantum yang lebih kompleks dan akurat. Latihan soal ini dirancang untuk menguji pemahaman Anda tentang berbagai model atom, konsep-konsep kunci, serta kelebihan dan keterbatasan masing-masing model. Dengan mengerjakan soal-soal pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan menjodohkan ini, Anda akan semakin siap menghadapi ujian dan mendalami seluk-beluk dunia atom. Mari kita mulai petualangan ilmiah ini dan kuasai materi model atom!
Contoh Soal soal fisika materi model atom
A. Pilihan Ganda
1. Pernyataan yang benar mengenai model atom Dalton adalah…
- Atom adalah bola pejal yang tidak dapat dibagi lagi.
- Atom terdiri dari inti atom dan elektron yang mengelilinginya.
- Elektron bergerak dalam lintasan stasioner tertentu.
- Atom memiliki muatan positif yang tersebar merata di seluruh bagian atom.
- Elektron dapat berpindah antar kulit atom dengan memancarkan atau menyerap energi.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Model atom Dalton menyatakan bahwa atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur yang tidak dapat dibagi lagi dan berbentuk bola pejal.
2. Model atom yang dikenal dengan sebutan ‘model roti kismis’ adalah model atom…
- Dalton
- Thomson
- Rutherford
- Bohr
- Mekanika Kuantum
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Model atom Thomson dikenal sebagai ‘model roti kismis’ karena menggambarkan atom sebagai bola bermuatan positif dengan elektron-elektron yang tersebar di dalamnya, seperti kismis dalam roti.
3. Percobaan hamburan sinar alfa yang dilakukan oleh Rutherford menunjukkan bahwa…
- Elektron mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu.
- Atom adalah bola pejal yang tidak dapat dibagi.
- Inti atom bermuatan positif dan sangat kecil.
- Elektron tersebar merata dalam atom bermuatan positif.
- Atom dapat memancarkan atau menyerap energi dalam bentuk foton.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Sebagian besar partikel alfa menembus lempeng emas tanpa dibelokkan, menunjukkan bahwa atom sebagian besar terdiri dari ruang kosong. Namun, sebagian kecil dibelokkan atau bahkan dipantulkan, menunjukkan adanya inti atom yang sangat kecil, padat, dan bermuatan positif.
4. Salah satu kelemahan model atom Rutherford adalah…
- Tidak dapat menjelaskan adanya elektron.
- Tidak dapat menjelaskan massa atom.
- Tidak dapat menjelaskan muatan inti atom.
- Tidak dapat menjelaskan kestabilan atom.
- Tidak dapat menjelaskan spektrum garis atom hidrogen.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Menurut teori elektromagnetik klasik, elektron yang mengelilingi inti akan terus memancarkan energi dan akhirnya jatuh ke inti, sehingga atom tidak stabil. Rutherford tidak dapat menjelaskan kestabilan atom.
5. Menurut model atom Bohr, elektron yang berada pada lintasan stasioner…
- Tidak memancarkan dan tidak menyerap energi.
- Selalu memancarkan energi.
- Selalu menyerap energi.
- Memancarkan energi jika bergerak cepat.
- Menyerap energi jika bergerak lambat.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Salah satu postulat Bohr adalah elektron dapat berada pada lintasan stasioner tanpa memancarkan atau menyerap energi.
6. Ketika elektron berpindah dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah, yang terjadi adalah…
- Atom akan menyerap energi.
- Atom akan memancarkan foton.
- Atom akan menjadi ion positif.
- Atom akan menjadi ion negatif.
- Tidak terjadi perubahan energi.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Transisi elektron dari tingkat energi tinggi ke rendah akan disertai dengan pelepasan energi dalam bentuk foton (emisi foton).
7. Jari-jari lintasan elektron pada model atom Bohr dinyatakan sebagai r_n = n² × r₁, di mana r₁ adalah jari-jari Bohr (5,29 × 10⁻¹¹ m). Berapakah jari-jari lintasan elektron pada kulit ketiga (n=3)?
- 5,29 × 10⁻¹¹ m
- 10,58 × 10⁻¹¹ m
- 47,61 × 10⁻¹¹ m
- 15,87 × 10⁻¹¹ m
- 2,64 × 10⁻¹¹ m
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Untuk n=3, r₃ = 3² × r₁ = 9 × 5,29 × 10⁻¹¹ m = 47,61 × 10⁻¹¹ m.
8. Kelemahan utama model atom Bohr adalah…
- Hanya dapat menjelaskan spektrum atom hidrogen.
- Tidak dapat menjelaskan kestabilan atom.
- Tidak dapat menjelaskan adanya inti atom.
- Tidak dapat menjelaskan adanya elektron.
- Tidak dapat menjelaskan dualisme gelombang-partikel.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Model Bohr hanya berhasil menjelaskan spektrum atom hidrogen (atom berelektron tunggal) dan tidak mampu menjelaskan spektrum atom berelektron banyak serta efek Zeeman.
9. Dalam model atom mekanika kuantum, daerah di sekitar inti atom tempat kebolehjadian menemukan elektron paling tinggi disebut…
- Kulit atom
- Lintasan
- Tingkat energi
- Orbital
- Subkulit
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Orbital adalah daerah dalam ruang di sekitar inti atom tempat kebolehjadian menemukan elektron sangat tinggi.
10. Bilangan kuantum yang menentukan ukuran dan tingkat energi utama suatu orbital adalah…
- Bilangan kuantum utama (n)
- Bilangan kuantum azimut (l)
- Bilangan kuantum magnetik (m_l)
- Bilangan kuantum spin (m_s)
- Bilangan kuantum energi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Bilangan kuantum utama (n) menentukan ukuran dan tingkat energi utama orbital. Nilai n = 1, 2, 3, …
11. Bentuk orbital ditentukan oleh bilangan kuantum…
- Utama (n)
- Azimut (l)
- Magnetik (m_l)
- Spin (m_s)
- Energi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Bilangan kuantum azimut (l) menentukan bentuk orbital (s, p, d, f).
12. Jika bilangan kuantum utama (n) = 2, maka nilai bilangan kuantum azimut (l) yang mungkin adalah…
- Hanya 0
- Hanya 1
- 0 dan 1
- 1 dan 2
- 0, 1, dan 2
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Nilai l berkisar dari 0 hingga (n-1). Untuk n=2, nilai l yang mungkin adalah 0 dan 1.
13. Bilangan kuantum magnetik (m_l) menjelaskan tentang…
- Spin elektron
- Tingkat energi orbital
- Bentuk orbital
- Orientasi orbital dalam ruang
- Ukuran orbital
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Bilangan kuantum magnetik (m_l) menentukan orientasi orbital dalam ruang. Nilainya berkisar dari -l hingga +l.
14. Prinsip ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa…
- Tidak mungkin mengetahui posisi dan momentum elektron secara bersamaan dengan tepat.
- Elektron bergerak dalam lintasan melingkar.
- Atom terdiri dari inti dan elektron.
- Energi elektron bersifat diskrit.
- Setiap orbital hanya dapat ditempati oleh satu elektron.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Prinsip ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa tidak mungkin untuk mengetahui posisi dan momentum suatu partikel secara bersamaan dengan akurasi yang sempurna.
15. Partikel subatomik yang bermuatan negatif dan ditemukan oleh J.J. Thomson adalah…
- Proton
- Elektron
- Neutron
- Foton
- Positron
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: J.J. Thomson adalah ilmuwan yang menemukan elektron, partikel subatomik dengan muatan negatif.
16. Dalam atom netral, jumlah elektron selalu sama dengan jumlah…
- Proton
- Neutron
- Nukleon
- Isotop
- Massa atom
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Dalam atom netral, jumlah muatan positif (proton) sama dengan jumlah muatan negatif (elektron), sehingga jumlah proton sama dengan jumlah elektron.
17. Model atom yang pertama kali memperkenalkan konsep inti atom adalah…
- Dalton
- Thomson
- Rutherford
- Bohr
- Mekanika Kuantum
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Model atom Rutherford adalah yang pertama kali mengajukan adanya inti atom yang kecil, padat, dan bermuatan positif di pusat atom.
18. Salah satu ciri khas model atom modern (mekanika kuantum) adalah…
- Elektron mengelilingi inti pada orbit tetap.
- Atom adalah bola pejal tak terbagi.
- Inti atom bermuatan positif dan elektron tersebar di dalamnya.
- Posisi elektron dijelaskan dalam bentuk kebolehjadian.
- Energi elektron bersifat kontinu.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Model atom modern tidak lagi menggambarkan elektron sebagai partikel yang bergerak dalam lintasan tertentu, melainkan sebagai gelombang probabilitas yang menempati orbital.
19. Berdasarkan model atom Bohr, energi elektron pada kulit ke-n (E_n) berbanding lurus dengan…
- n
- n²
- 1/n
- 1/n²
- n³
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Energi elektron pada model Bohr diberikan oleh rumus E_n = -13,6 eV/n², yang berarti E_n berbanding terbalik dengan kuadrat bilangan kuantum utama (n²).
20. Elektron memiliki sifat dualisme gelombang-partikel, yang artinya…
- Elektron dapat berubah menjadi foton.
- Elektron hanya bergerak sebagai gelombang.
- Elektron hanya bergerak sebagai partikel.
- Elektron dapat memancarkan cahaya.
- Elektron dapat menunjukkan sifat gelombang dan partikel.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: E
Pembahasan: Dualisme gelombang-partikel berarti elektron dapat menunjukkan sifat sebagai partikel (memiliki massa dan momentum) dan juga sebagai gelombang (memiliki panjang gelombang dan frekuensi).
B. Isian Singkat
1. Siapakah ilmuwan yang pertama kali mengusulkan model atom berbentuk bola pejal yang tidak dapat dibagi lagi?
Jawaban: John Dalton
2. Percobaan hamburan sinar alfa yang dilakukan oleh Rutherford dikenal juga dengan nama percobaan…
Jawaban: Geiger-Marsden atau Lempeng Emas
3. Menurut model atom Bohr, elektron dapat berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya dengan memancarkan atau menyerap apa?
Jawaban: Foton (atau energi)
4. Bilangan kuantum apa yang menentukan spin (arah putar) elektron?
Jawaban: Bilangan kuantum spin (m_s)
5. Partikel subatomik yang tidak bermuatan dan terletak di inti atom adalah…
Jawaban: Neutron
C. Menjodohkan
1. Jodohkan ilmuwan berikut dengan kontribusi utamanya dalam pengembangan model atom!
| Premis | Respon |
|---|---|
| John Dalton | Atom adalah bola pejal tak terbagi |
| J.J. Thomson | Penemuan elektron |
| Ernest Rutherford | Penemuan inti atom bermuatan positif |
| Niels Bohr | Konsep tingkat energi diskrit elektron |
| Erwin Schrödinger | Pengembangan persamaan gelombang untuk elektron |
2. Jodohkan istilah-istilah berikut dengan definisi yang tepat dalam konteks model atom!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Orbital | Daerah kebolehjadian menemukan elektron |
| Bilangan Kuantum Utama (n) | Menentukan ukuran dan energi utama orbital |
| Prinsip Ketidakpastian Heisenberg | Tidak mungkin mengetahui posisi dan momentum elektron secara bersamaan dengan tepat |
| Spektrum Garis | Bukti adanya tingkat energi diskrit pada atom |
| Dualisme Gelombang-Partikel | Sifat elektron yang dapat berperilaku sebagai gelombang dan partikel |
D. Uraian
1. Jelaskan perbedaan mendasar antara model atom Rutherford dan model atom Bohr dalam menjelaskan kestabilan atom dan spektrum atom!
Model atom Rutherford menggambarkan elektron mengelilingi inti seperti planet mengelilingi matahari, namun tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke inti (ketidakstabilan atom) dan tidak dapat menjelaskan spektrum garis atom. Model atom Bohr memperbaiki ini dengan postulatnya: elektron hanya dapat berada pada lintasan stasioner tertentu tanpa memancarkan energi (menjelaskan kestabilan atom) dan elektron akan memancarkan/menyerap energi (foton) saat berpindah antar lintasan stasioner, yang menjelaskan spektrum garis diskrit atom hidrogen.
2. Gambarkan dan jelaskan secara singkat percobaan lempeng emas Rutherford beserta kesimpulan utamanya!
Gambar: Skema percobaan dengan sumber partikel alfa, lempeng emas tipis, dan layar pendeteksi. Mayoritas partikel alfa menembus lempeng, sebagian kecil dibelokkan, dan sangat sedikit dipantulkan. Penjelasan: Ernest Rutherford menembakkan partikel alfa bermuatan positif ke lempeng emas yang sangat tipis. Kesimpulan utamanya adalah: 1) Sebagian besar atom adalah ruang kosong karena mayoritas partikel alfa menembus tanpa dibelokkan. 2) Atom memiliki inti yang sangat kecil, padat, dan bermuatan positif di pusatnya, yang menyebabkan pembelokan atau pemantulan partikel alfa yang mendekati atau menumbuknya.
3. Jelaskan tiga postulat utama yang diajukan oleh Niels Bohr untuk memperbaiki model atom Rutherford!
Tiga postulat utama Bohr adalah: 1) Elektron hanya dapat mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu (disebut orbit atau kulit stasioner) tanpa memancarkan atau menyerap energi. 2) Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lainnya dengan memancarkan atau menyerap energi (foton) yang besarnya sama dengan perbedaan energi antara kedua lintasan tersebut (ΔE = hf). 3) Momentum sudut elektron pada lintasan stasioner adalah kelipatan bulat dari h/2π, yaitu mvr = n(h/2π), di mana n adalah bilangan bulat (bilangan kuantum utama).
4. Mengapa model atom Bohr memiliki keterbatasan dan tidak dapat menjelaskan spektrum emisi atom berelektron banyak atau efek Zeeman?
Model atom Bohr memiliki keterbatasan karena: 1) Hanya berhasil menjelaskan spektrum atom hidrogen (atom berelektron tunggal) dan tidak mampu menjelaskan spektrum atom berelektron banyak karena mengabaikan interaksi antar-elektron. 2) Tidak dapat menjelaskan intensitas garis spektrum. 3) Tidak dapat menjelaskan efek Zeeman, yaitu pecahnya garis spektrum menjadi beberapa garis halus saat atom berada dalam medan magnet eksternal, karena model Bohr tidak memperhitungkan orientasi orbital elektron dalam ruang.
5. Jelaskan konsep orbital atom dalam model atom mekanika kuantum dan bagaimana perbedaannya dengan ‘lintasan’ elektron dalam model Bohr!
Dalam model atom mekanika kuantum, ‘orbital’ adalah daerah dalam ruang di sekitar inti atom tempat kebolehjadian menemukan elektron paling tinggi. Orbital tidak menggambarkan lintasan pasti elektron, melainkan distribusi probabilitas posisi elektron. Ini berbeda dengan ‘lintasan’ elektron dalam model Bohr yang merupakan jalur melingkar atau elips yang pasti dan terdefinisi dengan jelas tempat elektron bergerak. Model kuantum mengakui sifat gelombang elektron dan ketidakpastian posisinya, sementara Bohr masih menganggap elektron sebagai partikel yang bergerak dalam orbit yang terkuantisasi.