A. Perkembangan Teori Atom
Teori tentang atom ditemukan sejak 400
tahun sebelum masehi, oleh ahli filsafat yaitu Leukippos dan Demokritos yang
menyatakan bahwa semua benda terdiri atas bagian-bagian yang sangat kecil dan
tidak mungkin dibagi-bagi lagi yang dinamakan atom (a : tidak, tomos: dibagi).
Pada abad ke-5 di India telah ada pendapat yang menyatakan bahwa tiap unsur
benda terdiri atas satu sampai lima atom. Abad ke-8, Jabir seorang ilmuwan
muslim menyatakan bahwa semua materi dibentuk oleh partikel dasar bermuatan
menyerupai petir dan partikel, yang tidak dapat dibagi lagi. Selanjutnya
setelah abad ke-19 mulai bermunculan dari Dalton sampai teori atom Modern.
1.
John Dalton
Dilahirkan pada
tanggal 6 september 1766 di Eaglefeld, Inggris. Pada
1808, ilmuwan berkebangsaan Inggris, John Dalton, mengemukakan teorinya
tentang materi atom yang dipublikasikan dalam A New System of Chemical
Philosophy. Berdasarkan penelitian dan hasil-hasil perbandingannya, Dalton
menyimpulkan sebagai berikut.
a.
Atom
adalah bagian terkecil dari suatu unsur yang tidak dapat dibagi lagi
b.
Unsur
terdiri atas atom-atom yang sama, sehingga mempunyai sifat sama seperti ukuran,
bentuk dan massa
c.
Selama reaksi kimia, atom-atom hanya dapat bergabung atau dipecah menjadi
atom-atom yang terpisah, tetapi atom tidak dapat dihancurkan dan tidak dapat
diubah selama reaksi kimia tersebut.
d.
Suatu senyawa terbentuk dari unsur-unsurnya melalui penggabungan atom
tidak sejenis dengan perbandingan yang sederhana.
Beberapa kelebihan dan kelemahan dari teori atom Dalton, dapat
dilihat dalam tabel berikut.
Kelebihan
·
Dapat
menerangkan Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier).
·
Dapat
menerangkan Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust).
Kelemahan
·
Tidak
dapat menerangkan sifat listrik atom.
·
Pada
kenyataannya atom dapat dibagi lagi menjadi partikel yang lebih kecil yang
disebut partikel subatomik.
2.
J.J.
Thomson
Setelah
tahun 1897 Joseph John Thomson berhasil membuktikan dengan tabung sinar katode
bahwa sinar katode adalah berkas partikel yang bermuatan negatif (berkas
elektron) yang ada pada setiap materi maka tahun 1898 J.J.Thomson membuat suatu
teori atom sebagai berikut :
a. Atom
merupakan bola pejal yang bermuatan positif, dan elektron-elektron ini tersebar merata di
dalam seluruh atom yang bermuatan negatif.
b. muatan positif
dan negatif bercampur jadi satu dengan jumlah yang sama, maka secara
keseluruhan atom bersifat netral
Model atom thomson dikenal dengan model atom roti kismis. Kismis
(diumpamakan sebagai elektron) tersebar dalam seluruh bagian dari roti
(diumpamakan sebagai bola bermuatan positip). Atau jika model atom Thomson
dibelah dua maka elektron-elektron di dalam atom akan tampak seperti bijih
jambu batu yang tersebar merata di dalam jambu.
Kelebihan
·
Dapat
menerangkan adanya partikel yang lebih kecil dari atom yang disebut partikel
subatomik.
·
Dapat
menerangkan sifat listrik atom.
Kelemahan
·
Tidak
dapat menerangkan fenomena penghamburan partikel alfa oleh selaput tipis emas
yang dikemukakan oleh Rutherford.
3.
Ernest Rutherford
Ernest
Rutherford lahir pada 30 Agustus 1871 di New Zewland. Penemuaanya yang terkenal
adalah penemuan sinar radioaktif yang diberi nama alfa, beta, dan gamma. Ahli
fisika Inggris, Ernest Rutherford beserta temannya Geiger dan Marsden
pada 1911 melakukan eksperimen yang dikenal dengan penghamburan partikel
alfa oleh lempeng tipis emas (0,0004 mm). Setelah berkali-kali melakukan
percobaan, akhirnya Rutherford berhasil mengungkapkan fakta-fakta berikut:
1. Sebagian
besar partikel alfa menembus atau melewati
lempeng tipis emas.
Berarti, sebagian besar atom adalah ruang kosong.
2. Sedikit
dari partikel alfa (yang bermuatan positif) dibelokkan keluar oleh sesuatu,
hal ini menunjukkan adanya sesuatu yang bermuatan positif yang dapat membelokkan
partikel alfa.
3. Lebih
sedikit lagi dari partikel alfa itu (hanya 1 dari 20.000) terpantul kembali dari
Lempeng tipis emas.
Adanya partikel alfa yang dipantulkan akibat bertumbukan dengan suatu partikel
yang sangat keras dengan ukuran sangat kecil. Rutherford menamakan partikel itu
sebagai inti atom.
Oleh
karena partikel alfa bermuatan positif maka inti atom harus bermuatan positif.
Jika inti atom bermuatan negatif maka akan terjadi tarik menarik antara inti
atom dan partikel alfa. Dengan kenyataan ini, Rutherford sempat tercengang dan
berkomentar, “sungguh luar biasa, seolah Anda menembak selembar kertas
tisu dengan peluru setebal 40 cm dan peluru itu kembali
menghantam
Anda sendiri”. Hal ini menunjukkan adanya sesuatu yang sangat kecil (belakangan
disebut sebagai inti), namun massa terpusat di sana sehingga partikel alfa yang
menumbuk pusat massa itu akan terpantulkan.
Berdasarkan
percobaan tersebut, Rutherford menyusun suatu model atom untuk menyempurnakan
model atom Thomson. Model yang dikembangkan oleh Rutherford adalah sebagai
berikut :
1.
Atom
tersusun atas inti atom yang bermuatan positif dan elektron-elektron yang
bermuatan negatif selalu bergerak mengelilingi inti atom pada orbitnya atau kulitnya.
2.
Sebagian
besar atom merupakan ruang kosong yang massanya terpusat pada inti atom.
3.
Banyaknya
proton di dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti atom,
sehingga atom bersifat netral.
4.
Seluruh
proton terpusat di dalam inti atom.
Elektron
beredar mengelilingi inti atom pada jarak yang relatif jauh. Jarak inti atom
dengan garis edar elektron yang paling luar disebut jari-jari atom. Jari-jari
atom jauh lebih besar daripada jari-jari intinya. Besarnya jari-jari atom sekitar 10–8 cm dan jari-jari inti atom 10–13
cm. Dari teorinya tersebut, Rutherford memodelkan atom sebagaimana pada sistem
tata surya, yaitu elektron-elektron bergerak mengelilingi inti atom seperti
planet-planet mengitari matahari.
Kelebihan
·
Dapat
menerangkan fenomena penghamburan partikel alfa oleh selaput tipis emas.
·
Mengemukakan
keberadaan inti atom yang bermuatan positif dan merupakan pusat massa atom.
Kelemahan
·
Bertentangan
dengan teori elektron dinamika klasik, di mana suatu partikel bermuatan listrik
apabila bergerak akan memancarkan energi.
·
Elektron
bermuatan negatif yang beredar mengelilingi inti akan kehilangan energi
terus-menerus sehingga akhirnya akan membentuk lintasan spiral dan jatuh ke
inti. Pada kenyataannya hal ini tidak terjadi, elektron tetap stabil pada
lintasannya.
·
Tidak dapat menjelaskan bahwa spektrum atom hidrogen berupa
spektrum garis (diskrit/diskontinu). Jika elektron berputar mengelilingi inti
atom sambil memancarkan energi, maka lintasannya berbentuk spiral. Ini berarti
spektrum gelombang elektromagnetik yang dipancarkan berupa spektrum pita
(kontinu) padahal kenyataannya dengan spektrometer atom hidrogen menunjukkan
spektrum garis.
4.
Niels
Bohr
Dua tahun
berikutnya, yaitu pada tahun 1913, seorang ilmuwan dari Denmark yang bernama Niels
Henrik David Bohr (1885-1962) menyempurnakan model atom Rutherford. Bohr
mengusulkan suatu model atom yang dapat dijelaskan melalui spektra hidrogen. Pengamatan Niels Bohr terhadap spektrum atom, adanya
spektrum garis menunjukkan bahwa elektron hanya beredar pada lintasan-lintasan
dengan energi tertentu. Ia menerima konsep ini seperti yang diusulkan
oleh Rutherford, akan tetapi dengan menerapkan teori kuantum radiasi seperti yang dikembangkan oleh Planck dan
Einstein dalam menerangkan sifat-sifat
sistem planet elektron.
Berdasarkan hasil pengamatannya,
Bohr menyusun teori atom sebagai berikut :
a.
Elektron
beredar mengelilingi inti atom pada lintasan-lintasan (orbit) tertentu.
b.
Elektron
yang beredar pada lintasannya tidak memancarkan energi, lintasan elektron ini
disebut lintasan stasioner.
c.
Apabila
elektron dengan tingkat energi rendah pindah ke lintasan dengan tingkat energi
lebih tinggi maka elektron akan menyerap energi, peristiwa ini disebut eksitasi.
Sebaliknya, apabila elektron pindah dari lintasan dengan tingkat energi lebih
tinggi ke lintasan dengan tingkat energi lebih rendah maka elektron akan
memancarkan energi, peristiwa ini disebut deeksitasi. Baik eksitasi
maupun deeksitasi disebut peristiwa transisi elektron.
d.
Atom
terdiri atas inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron yang
bermuatan negatif di dalam suatu lintasan.
Model
atom Bohr tersebut dapat dianalogkan seperti sebuah tata surya mini. Pada tata surya, planet-planet beredar mengelilingi matahari. Pada atom, elektron-elektron beredar mengelilingi atom, hanya bedanya pada sistem tata surya, setiap lintasan
(orbit) hanya ditempati 1 planet, sedangkan pada atom setiap lintasan (kulit)
dapat ditempati lebih dari 1 elektron. Dalam model atom Bohr ini dikenal istilah
konfigurasi elektron, yaitu susunan elektron pada masing-masing kulit.
Energi
Keadaan Dasar dan Tereksitasi
Suatu
atom dikatakan memiliki energi terendah atau stabil jika elektronnya berada
pada keadaan dasar. Keadaan dasar untuk atom hidrogen adalah jika elektronnya
berada pada kulit, n = 1. Keadaan di mana n > 1 bagi atom
hidrogen dinyatakan tidak stabil, keadaan ini disebut keadaan tereksitasi.
Keadaan ini terjadi apabila atom hidrogen menyerap energi sebesar ∆n/hv.
Pada keadaan tereksitasi, elektron yang kembali ke kulit semula disertai emisi
energi sebesar ∆n/hv. Ketika elektron kembali ke kulit yang lebih
rendah akan terbentuk suatu spektrum.
Kelebihan
·
Menjawab
kelemahan dalam model atom Rutherford dengan mengaplikasikan teori kuantum
·
Menerangkan
dengan jelas garis spektrum pancaran (emisi) atau serapan (absorpsi) dari atom
hidrogen.
Kelemahan
·
Terjadi
penyimpangan untuk atom yang lebih besar dari hidrogen.
·
Tidak
dapat menerangkan efek Zaeman, yaitu spektrum atom yang lebih rumit apabila
atom ditempatkan pada medan magnet.
·
Hanya mampu menjelaskan spektrum atom hidrogen tetapi tidak
mampu menjelaskan spektrum atom yang lebih kompleks (dengan jumlah elektron yang
lebih banyak).
·
Orbit/kulit elektron mengelilingi inti atom bukan berbentuk
lingkaran melainkan berbentuk elips.
·
Bohr menganggap elektron hanya sebagai partikel bukan sebagai
partikel dan gelombang, sehingga kedudukan elektron dalam atom merupakan
kebolehjadian.
5.
Model Atom Mekanika Gelombang
Pada tahun 1924, Louis de Broglie ahli
fisika Prancis menyimpulkan bahwa elektron dalam atom dapat dipandang sebagai
partikel dan gelombang. Sebagai akibat dualistis sifat elektron, Heisenberg
mengemukakan azas ketidakpastian, yakni tidak mungkin mengetahui secara
bersamaan kedudukan dan kecepatan gerak elektron. Dengan alasan ini lintasan
elektron yang digambarkan Bohr tidak mungkin ada. Yang dapat dikatakan adalah
elektron dalam atom mempunyai kebolehjadian ditemukan dalam ruang-ruang
tertentu dalam atom yang disebut orbital. Gagasan bahwa elektron berada dalam
orbital-orbital di seputar inti atom merupakan model atom yang mutakhir.
Pada
tahun 1926, Erwin Schrodinger seorang ahli fisika Austria berhasil merumuskan
persamaan gelombang untuk menggambarkan gerakan elektron dalam atom. Energi dan
bangun ruang orbital-orbital sebagaimana yang telah kita pelajari, diturunkan
berdasarkan perhitungan dengan menggunakan persamaan gelombang Schrodinger.
Teori mekanika
gelombang merupakan dasar teori atom medern, tokohnya yaitu Louis de Broglie,
Erwin Schrodinger, dan Werner Heisenberg. Menurut teori atom modern, atom
terdiri atas inti yang terdiri dua jenis nukleon (proton dan neutron) dan
elektron berada disekeliling inti atom. Massa proton sama dengan massa neutron,
proton bermuatan positif dan neutron tidak bermuatan (netral). elektron
mempunyai dualistik yaitu dapat bersifat sebagai partikel dan gelombang,
sehingga kedudukan elektron dalam atom tidak dapat ditentukan secara pasti,
yang dapat dikatakan kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari
inti. Oleh karena itu, kebolehjadian menemukan elektron digambarkan berupa
awan, tebal tipisnya awan menyatakan besar kecilnya kebolehjadian menemukan
elektron di daerah itu, yang disebut dengan orbital.
Atom memiliki
banyak orbital, tiap orbital maksimum ditempati 2 elektron. Orbital
menggambarkan tingkat energi, karena elektron dalam orbital memiliki energi
tertentu yang khas bagi orbital tersebut. Elektron dengan energi terendah
menempati orbital yang paling dekat dengan inti, sedangkan yang energinya lebih
besar dapat menempati orbital yang jauh dari inti. Orbital yang mempunyai
tingkat energi sama atau hampir sama dapat membentuk kulit atom, jadi kulit
atom adalah kumpulan dari orbital-orbital.
No comments:
Post a Comment