Pengetahuan Umum : "Perkembangan Teori Atom"

PERKEMBANGAN TEORI ATOM

Perkembangan Teori Atom Sebelum Masehi
Diawali dari seorang filsuf Yunani yang bernama Leucippus (gambar samping) pada tahun 400 SM. Mereka mengemukakan teori atomisme. Toeri atom ini menyebutkan bahwa semua benda terdiri dari bagian-bagian terkecil (tidak bisa dibagi lagi) yang disebut atom. Menurut teori atomisme (teori atom), jika kita mengambil sepotong kayu dan dipotong mejadi 2 bagian yang sama secara terus menerus, akhirnya kita akan menemukan bagian yang tidak bisa kita potong lagi. Teori atomisme ini kemudian dijelaskan lebiih terperinci oleh muridnya Democratis. Teori atom kemudian terus berkembang seiring dengan perkembangan pemikiran manusia saat itu.

Leucippus

Teori Atom Democritus

Democritus, filusuf Yunani kuno yang hidup dari 460 SM - 370 SM, mengembangkan teori tentang penyusun suatu materi.
Menurut Democritus :

Jika sebuah batu dibelah dua, kemudian setiap hasil pembelahan tersebut dibelah kembali, dan demikian seterusnya hingga tidak dapat dibelah lagi, setiap belahan batu mempunyai sifat yang sama dengan batu asal.

Democritus menyebut bagian dari belahan batu yang paling kecil itu dengan istilah atomos (A = tidak, TOMos = dipotong-potong), yang artinya "invisible" (tidak terlihat). Berdasarkan teori Democritus, atom yang menyusun setiap zat berbeda satu sama lain.

Democritus

Teori Atom John Dalton :
Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan bahwa “Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi”. Sedangkan Prouts menyatakan bahwa “Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap”. Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut:

1.       Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi

2.       Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda

3.       Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen

4.       Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru
Seperti gambar berikut ini:

Kelemahan:

Teori dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.

Kelebihan:

Dapat menerangkan hukum kekekalan massa (hukum lavoisier)

 Dapat menerangkan hukum perbandingan tetap(hukum prous

John Dalton

Teori Atom Thompson

Teori atom ini muncul setelah cukup lama teori dalton bertahan. Tahun 1898 teori dalton mulai goyah. Teori atom Thompson membantah kalau atom adalah bagian terkecil dari materi yang tidak bisa dibagi lagi. Menurut Thompson, atom adalah bola bermuatan positif yang dinetralkan oleh elektron yang tersebat di seluruh bagian bola tersebut. Jadi bagian  yang terkecil bukan atom melainkan elektron. Teori ini bayak dikenal dengan nama teori kismis karena kalau kita menggambar atom menurut teori ini akan tampak seperti roti kismis.

Thompson melakukan percobaan sebagi berikut

Percobaan  thompson

Kode C = Katoda; A = Anoda; E = lempeng kondensor bermuatan listrik; M =  magnet; F = layar berfluoresens.

Berkas 1 : Hanya dengan adanya medan listrik, berkas sinar katoda dibelokkan       keatas menyentuh layar pada titik 1.
Berkas 2 : Hanya dengan adanya medan magnit, berkas sinar katoda dibelokkan       kebawah menyentuh layar pada titik 2.
Berkas 3 : Berkas sinar katoda akan lurus dan menyentuh layar dititik 3, bila       medan listrik dan medan magnit sama besarnya

Berdasarkan eksperimennya Thomson mengukur bahwa kecepatan sinar katoda jauh lebih kecil dibandingkan kecepatan cahaya, jadi sinar katoda ini bukan merupakan REM. Selain itu Ia juga menetapkan perbandingan muatan listrik (e) dengan massa (m). Hasil rata-rata e/m sinar katoda kira-kira 2 x 108 Coulomb per gram. Nilai ini sekitar 2000 kali lebih besar dari e/m yang dihitung dari hidrogen yang dilepas dari elektrolisis air (Thomson menganggap sinar katoda mempunyai muatan listrik yang sama  seperti atom hidrogen dalam elektrolisis air.

Kesimpulan : Partikel sinar katoda bermuatan negatif dan merupakan partikel dasar suatu benda yang harus ada pada setiap atom. Pada tahun 1874 Stoney mengusulkan istilah electron.

Thompson

Teori Atom Rutherford

Teori atom ini muncul di awal tahun 1900-an. Dialah Ernest Rutherford  seorang fisikawan asal swedia. Ia melakukan uji terhadap model atom Thompson menggunakan hamburan sinar alfa yang ditembakkan pada lempeng emas tipis. Ia membantah kalau atom adalah  bola pejal yang bermuatan positif buktinya ketika ia menembakkan partikel sinar alfa ke lempeng tipis emas dan mendeteksinya dengan layar yang dilapisi seng sulfida, walaupun sebagian besar partikel diteruskan, tetapi ada sekitar 1 dari 800 yang dibelokkan bahkan ada diantarnya yang dipantulkan kembali.

sinar alfa dan lempeng tipis emas

• Sebagian besar dari atom kosong, ini karena sebagian besar partikel sinar alfa diteruskan
• Massa atom keseluruhan terkonsentrasi di pusat atom yang disebut nukleus (inti) yang ukurannya sangat kecil jika dibandingkan atom keseluruhan.
• Inti atom terdiri dari partikel-partikel yang bermuatan positif
• Muatan pada inti atom sama dengan jumlah muatan yang dikandung oleh semua elektron
• Elektron berputar di sekitar inti dalam orbit lingkaran yang berbeda layaknya planet yang mengitari matahari

Dari teori atom Rutherford mulai dikenal lah inti atom.

Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai beriukut:

Kelebihan :

Dapat menerangkan fenomena penghamburan sinar alfa oleh lempeng tipis emas.
Mengemukakan keberadaan inti atom.
Kelemahan:
Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.

Rutherford

Teori Atom Niels Bohr
Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohrmemperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:

1. Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti.

2. Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.

3. Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, Δ E = hv .

4. Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut . Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2∏ atau n h/2∏, dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.

Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.

Percobaan Bohr

Kelebihan 
atom Bohr adalah bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron.
Kelemahan 
model atom ini adalah tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack

Niels Bohr

Teori Atom Mekanika Kuantum

Kelemahan model atom yang dikemukakan Rutherford kemudian disempurnakan oleh Niels Henrik David Bohr, model ini kemudian dikenal dengan model atom Rutherford-Bohr. Tingkat energy elektron digunakan untuk menerangkan terjadinya spektrum atom yang dihasilkan oleh atom yang mengeluarkan energi berupa radiasi cahaya. Namun ada kelemahan dari teori atom yang diungkapkan Rutherford, Model Atom Rutherford tidak dapat menerangkan energi yang dilepaskan dalam bentuk cahaya, sebab pada setiap kali perputaran elektron dengan percepatan tetap, elektron kehilangan energi dan akhirnya tertarik ke inti.

Perilaku seperti ini menimbulkan gerakan berbentuk spiral, dan berakhir dengan jatuhnya elektron ke inti. Pada kenyataanya, atom bersifat mantap dan stabil. Inilah yang coba dijawab oleh teori atom mekanika kuantum.Max Planck pada tahun 1900 mengemukakan teori kuantum yang menyatakan bahwa atom dapat memancarkan atau menyerap energi hanya dalam jumlah tertentu (kuanta). Jumlah energi yang dipancarkan atau diserap dalam bentuk radiasi elektromagnetik disebut kuantum. Adapun besarnya kuantum dinyatakan dalam persamaan

E = energi radiasi (Joule = J)
h = konstanta Planck (6,63 x 10-34 J.s)
c = cepat rambat cahaya di ruang hampa (3 x 108 ms-1)
l = panjang gelombang (m)
Kelemahan model atom Niels Bohr

Dalam percobaannhya Niels Bohr menggunakan atom hidrogen karena dianggap paling sederhana, hanya satu atom dan satu elektron. Bohr bisa menerangkan spektrum hidrogen dengan baik tapi ia belum bisa menjelaskan untuk atom yang berelektron lebih dari 1.

Pada tahun 1924, ahli fisika dari Perancis bernama Louis de Broglie mengemukakan bahwa partikel juga bersifat sebagai gelombang. Dengan demikian, partikel mempunyai panjang gelombang.Dari penelitian De Broglie diketahui bahwa teori atom Bohr memiliki kelemahan. Kelemahan itu ada pada pernyataan Bohr yang menyebutkan bahwa elektron bergerak mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu berbentuk lingkaran. Padahal, elektron yang bergerak mengelilingi inti atom juga melakukan gerak gelombang. Gelombang tersebut tidak bergerak sesuai garis, tetapi
menyebar pada suatu daerah tertentu.

Pada tahun 1927, Erwin Schrodinger menyempurnakan teori atom Bohr. Ia menyatakan bahwa elektron dapat dianggap sebagai gelombang materi dengan gerakan menyerupai gerakan gelombang. Teori ini lebih dikenal dengan mekanika gelombang (mekanika kuantum).

Teori atom Schrodinger memiliki persamaan dengan model atom Bohr yaitu adanya tingkat energi dalam atom. Perbedaannya, model atom Bohr memiliki lintasan elektron yang pasti. Sedangkan pada model atom Schrodinger, lintasan elektronnya tidak pasti karena menyerupai gelombang yang memenuhi ruang (tiga dimensi). Menurut teori atom ini elektron menempati lintasan yang tidak pasti sehingga electron berada pada berbagai jarak dari inti atom dan berbagai arah dalam ruang. Jadi, daerah pada inti atom dengan kemungkinan terbesar ditemukannya elektron dikenal sebagai orbital.

Model Atom Mekanika Kuantum (1926), Hipotesa de Broglie
Teori atom Bohr hanya sesuai untuk atom hidrogen. Selain itu, pada perkembangan selanjutnya diketahui bahwa gerakan elektron menyerupai gelombang. Oleh karena itu, posisi elektron tidak mungkin dapat dipastikan. Dengan kata lain, orbit elektron yang berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu seperti yang dikemukakan Niels Bohr tidak dapat diterima.
Pada tahun 1926, dengan menggunakan pemikiran Louis de Broglie bahwa partikel berperilaku seperti gelombang, Erwin Schrödinger mengembangkan suatu model atom matematis yang menggambarkan elektron sebagai gelombang tiga dimensi daripada sebagai titik-titik partikel. Menurut teori atom mekanika kuantum, meski elektron mempunyai tingkat energi tertentu, posisinya tidak dapat dipastikan. Yang dikatakan tentang posisi elektron adalah peluang untuk menemukannya. Daerah dengan peluang terbesar untuk menemukan elektron tersebut disebut orbital. Orbital biasanya digambarkan berupa awan dengan ketebalan yang bervariasi. Awan yang lebih tebal menyatakan peluang yang lebih besar untuk menemukan elektron dan sebaliknya. Teori atom mekanika kuantum dapat menjelaskan struktur atom yang lebih kompleks (atom multielektron).

de Broglie

Sumber : Siti Mediana