Atom dan Struktur Atom (Part 1)

A. Perkembangan Teori Atom

1. Teori Atom Dalton

"ATOM MERUPAKAN BAGIAN TERKECIL DARI UNSUR YANG TIDAK DAPAT TERBAGI LAGI" 

Teori atom yang paling tua dikenal adalah teori atom Dalton. Pada tahun 1803 John Dalton mengemukakan teori atom sebagai berikut:

a. Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur yang tidak dapat dibagi-bagi lagi,

b. Atom berbentuk bola sederhana yang sangat kecil, tidak dapat dibelah, tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan,

c. Unsur yang sama mengandung atom-atom yang sama,

d. Atom-atom dari unsur yang sama dengan rasio tertentu bergabung membentuk senyawa.

*Kelebihan Teori Atom Dalton

a. Teori atom Dalton merupakan teori pokok yang membuat ilmuan lain semangat untuk mempelajari atom secara lebih mendalam sehingga muncul model atom yang lebih kompleks.

*Kelemahan Teori Atom Dalton

a. Model atom Dalton tidak dapat menjelaskan sifat listrik dari materi,

b. Model atom Dalton tidak dapat menjelaskan perbedaan antar atom yang satu dengan atom yang lain,

c. Model atom Dalton tidak dapat menjelaskan bagaimana cara atom saling berkaitan.

2. Teori Atom J.J Thomson

“Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron”

Joseph John Thomson ialah seorang ilmuwan yang lahir di Cheetham Hill, di mana ia diangkat sebagai profesor fisika eksperimental sejak 1884. Penelitiannya membuahkan penemuan elektron.
Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positif untuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom Dalton dan mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson.

Model atom yang dikemukakan oleh Thomson sering disebut sebagai model roti kismis dengan roti sebagai atom yang bermuatan positif dan kismis sebagai elektron yang tersebar merata di seluruh bagian roti.

*Kelebihan Teori Atom J.J Thomson

Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.

*Kelemahan Teori Atom J.J Thomson
Kelemahan model atom Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

3. Teori Atom Rutherford

“Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif.”

Pada tahun 1906 Ernest Rutherford menemukan adanya inti atom yang bermuatan positif. Bersama dua orang muridnya melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1°), tetapi dari hasil pengamatan diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90° bahkan lebih.

Dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa :

a. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua alfa diteruskan,

b. Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisan atom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif,

c. Partikel tersebut merupakan partikel yang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil dari pada ukuran atom keseluruhan.

Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford, sebagai berikut :

a. Atom terdiri dari:

Inti atom yang bermuatan positif,

elektron-elektron yang bermuatan negatif beredar mengelilingi inti.

b. Atom bersifat netral (jumlah proton = jumlah elektron).

*Kelebihan Teori Atom Rutherford

a. Membuat hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti,

b. Memperbaiki hipotesa sebelumnya.

*Kelemahan Teori Atom Rutherford

a. Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berdasarkan teori fisika, gerakan elektron mengitari inti ini disertai pemancaran energi sehingga lama – kelamaan energi elektron akan berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan jatuh ke dalam inti.

4. Teori Atom Niels Bohr

 Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Niels Bohr memperbaiki 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:

a. 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,

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

c. Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck,

ΔE = hv. 

d. Lintasan stasioner yang dibolehkan memiliki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut.

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.

 

*Kelebihan Teori Atom Bohr :

a. Elektron tidak mengorbit mengelilingi inti melalui sembarang lintasan, tetapi hanya melalui lintasan tertentu dengan momentum sudut tertentu tanpa melepaskan energi (Lintasan Stasioner),
b. Elektron dapat berpindah hanya dengan melepaskan dan menyerap energi sebesar hf (energi foton).

*Kelemahan Teori Atom Bohr :

a. Lintasan elektron yang sebenarnya, masih mempunyai sub kulit orbital bukan hanya berupa lingkaran, jadi tidak sesederhana teori Bohr,
b. Model atom Bohr hanya dapat menerangkan model atom hidrogen, belum dapat menerangkan model atom berelektron banyak,
c. Teori Bohr tidak dapat menerangkan kejadian-kejadian dalam kimia dengan baik, termasuk pengaruh medan magnetik terhadap atom.

5. Teori Atom Modern

Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926). Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman, Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu :

“Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.

Erwin Schrodinger

Werner Heisenberg

Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini :

Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit. Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.

*Persamaan Schrodinger

*Kelebihan Teori Atom Modern

a. Mengetahui dimana keboleh jadian menemukan elektron (orbital),
b. Mengetahui dimana posisi elektron yang sedang mengorbit,
c. Bisa mengukur perpindahan energi eksitasi dan emisinya,

d. Bisa teridentifikasi jika di inti atom terdapat proton dan netron kemudian dikelilingi oleh elektron yang berputar diporosnya atau di orbitalnya.

*Kelemahan Teori Atom Modern 

Persamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal.