Kunci
sukses model atom Bohr adalah dalam menjelaskan formula Rydberg
mengenai garis-garis emisi spektral atom hidrogen; walaupun formula
Rydberg sudah dikenal secara eksperimental, tetapi tidak pernah
mendapatkan landasan teoretis sebelum model Bohr diperkenalkan. Tidak
hanya karena model Bohr menjelaskan alasan untuk struktur formula
Rydberg, ia juga memberika justifikasi hasil empirisnya dalam hal
suku- suku konstanta fisika fundamental.
Model
Bohr adalah sebuah model primitif mengenai atom hidrogen. Sebagai
sebuah teori, model Bohr dapat dianggap sebagai sebuah pendekatan
orde pertama dari atom hidrogen menggunakan mekanika kuantum yang
lebih umum dan akurat, dan dengan demikian dapat dianggap sebagai
model yang telah usang.
Namun demikian, karena kesederhanaannya, dan hasil yang tepat untuk sebuah sistem tertentu, model Bohr tetap diajarkan sebagai pengenalan pada mekanika kuantum.
Namun demikian, karena kesederhanaannya, dan hasil yang tepat untuk sebuah sistem tertentu, model Bohr tetap diajarkan sebagai pengenalan pada mekanika kuantum.
Berdasarkan
analisis spektrum atom, Niels Bohr mengajukan model atom sebagai
berikut :
- Dalam elektron terdapat lintasan-lintasan tertentu tempat elektron dapat mengorbit inti tanpa disertai pemancaran atau menyerap energi. lintasan itu, yang juga disebut kulit atom, adalah orbit berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu. tiap lintasan ditandai dengan satu bilangan bulat yang disebut bilangan kuantum utama (n), mulai dari 1, 2, 3, 4, dan seterusnya, yang dinyatakan dengan lambang K, L, M, N, dan seterusnya. Lintasan pertama, dengan n = 1, dinamai kulit K, dan seterusnya. makin besar harga n (makin jauh dari inti), makin besar energi elektron yang mengorbit pada kulit itu.
- Elektron hanya boleh berada pada lintasan-lintasan yang diperbolehkan (lintasan yang ada), dan tidak boleh berada di antara dua lintasan. lintasan yang akan ditempati oleh elektron bergantung pada energinya. pada keadaan normal (tanpa pengaruh luar), elektron menempati tingkat energi terendah. keadaan seperti itu disebut tingkat dasar (ground state).
- elektron dapat berpindah dari satu kulit ke kulit lain disertai pemancaran atau penyerapan sejumlah tertentu energi. Perpindahan elektron ke kulit lebih dalam akan disertai penyerapan energi. sebaliknya, perpindahan elektron ke kulit lebih dalam akan disertai pelepasan energi.
Jika
sebuah gas diletakkan di dalam tabung kemudian arus listrik dialirkan
ke dalam tabung, gas akan memancarkan cahaya. Cahaya yang dipancarkan
oleh setiap gas berbeda-beda dan merupakan karakteristik gas
tersebut. Cahaya dipancarkan dalam bentuk spektrum garis dan bukan spektrum
yang kontinu.
Kenyataan
bahwa gas memancarkan cahaya dalam bentuk spektrum garis diyakini
berkaitan erat dengan struktur atom. Dengan demikian, spektrum garis
atomik dapat digunakan untuk menguji kebenaran dari sebuah model
atom.
Spektrum
garis membentuk suatu deretan warna cahaya dengan panjang gelombang
berbeda. Untuk gas hidrogen yang merupakan atom yang paling
sederhana, deret panjang gelombang ini ternyata mempunyai pola
tertentu yang dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan matematis.
Beberapa
orang yang lain kemudian menemukan deret-deret yang lain selain deret
Balmer sehingga dikenal adanya deret Lyman, deret Paschen, Bracket,
dan Pfund. Pola deret-deret ini ternyata serupa dan dapat dirangkum
dalam satu persamaan.
Persamaan
ini disebut deret spektrum hidrogen. Dalam model atom Rutherford,
elektron berputar mengelilingi inti atom dalam lintasan atau orbit.
Elektron yang berputar dalam lintasan seolah-olah bergerak melingkar
sehingga mengalami percepatan dalam geraknya. Menurut teori
elektromagnetik, elektron yang mengalami percepatan akan memancarkan
gelombang elektromagnetik secara kontinu. Ini berarti elektron lama
kelamaan akan kehabisan energi dan jatuh ke dalam tarikan inti atom.
Ini berarti elektron tidak stabil. Di pihak lain elektron memancarkan
energi secara kontinu dalam spektrum kontinu. Ini bertentangan dengan
kenyataan bahwa atom memancarkan spektrum garis.
Ketidakstabilan
elektron dan spektrum kontinu sebagai konsekuensi dari model atom
Rutherford tidak sesuai dengan fakta bahwa atom haruslah stabil dan
memancarkan spektrum garis. Diperlukan penjelasan lain yang dapat
menjelaskan kestabilan atom dan spektrum garis atom hidrogen.
Model
atom Bohr dikemukakan oleh Niels Bohr yang berusaha menjelaskan
kestabilan atom dan spektrum garis atom hidrogen yang tidak dapat
dijelaskan oleh model atom Rutherford. Model atom Bohr memuat tiga
postulat sebagai berikut:
- di dalam atom hidrogen, elektron hanya dapat mengelilingi lintasan tertentu tertentu yang diijinkan tanpa membebaskan (melepaskan) energi. Lintasan ini disebut lintasan stasioner dan memiliki energi tertentu yang sesuai.
- elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan yang lain. Energi dalam bentuk foton cahaya akan dilepaskan jika elektron berpindah ke lintasan yang lebih dalam, sedangkan Energi dalam bentuk foton cahaya akan diserapkan supaya elektron berpindah ke lintasan yang lebih luar.
- lintasan-lintasan stasioner yang diijinkan untuk ditempati elektron memiliki momentum sudut yang merupakan kelipatan bulat dari nilai atom.
Model
atom Bohr berhasil menjelaskan kestabilan elektron dengan memasukkan
konsep lintasan atau orbit stasioner dimana elektron dapat berada di
dalam lintasannya tanpa membebaskan energi. Spektrum garis atomik
juga merupakan efek lain dari model atom Bohr. Spektrum garis adalah
hasil mekanisme elektron di dalam atom yang dapat berpindah lintasan
dengan menyerap atau melepas energi dalam bentuk foton cahaya. Dengan
demikian, struktur atom berdasarkan model atom Bohr adalah elektron
dapat berada di dalam lintasan-lintasan stasioner dengan energi
tertentu. Lintasan elektron dapat juga dianggap sebagai tingkat
energi elektron.
Elektron
yang berada di lintasan tertentu yang stasioner dengan jari-jari
tertentu dikatakan memiliki energi tertentu. Elektron yang berada di
lintasan ke-n berada pada jari-jari lintasan dan energi sebagai
berikut.
Meskipun
model atom Bohr dapat menjelaskan kestabilan atom dan spektrum garis
atom hidrogen, model atom Bohr tidak dapat digunakan untuk menentukan
spektrum atom berelektron banyak. Selain itu, terdapat garis-garis
spektra misterius akibat efek Zeeman yang masih perlu penjelasan
lebih lanjut. Ini adalah kelemahan model atom Bohr yang masih belum
lengkap walaupun sudah lebih maju dibanding model atom Rutherford.