Teori dan Sejarah Atom

Hi pembaca setia, pada kali ini kita akan membahas topik tentang teori-teori dan sejarah atom. Mulai dari teori dalton hingga ke teori mekanika kuantum (teori atom modern). Sebelum ke topik utamanya kita harus tau apa itu definisi dari atom, terus lanjut deh ke bagian intinya gengs :))…

A. Definisi Atom

     Atom adalah sesuatu materi yang tidak bisa dibagi-bagi lagi serta merupakan materi terkecil yang terdiri dari inti atom yang didalamnya terdapat proton (+) dan neutron (netral).Ukuran atom memiliki diameter sekitar 6^-30 nm. Konsep atom pertama kali dikemukakan oleh Demokritus,beliau berpendapat bahwa atom adalah partikel yang sudah tidak dapat dibagi lagi,tetapi menurut Dalton konsep tersebut tidak bertentangan dengan hukum kekekalan massa dan hukum kekekalan energi.

Tetapi konsep atom Dalton belum terlalu tepat karena ternyata didalam atom terdapatnya muatan seperti elektron (-),proton (+),neutron (netral),dan radioaktivitas yang menyebabkan timbulnya teori baru tentang atom. Mulai dari teori atom Thomson,Rutherford,Niel Bohr,dan teori mekanika kuantum (Ahmad, 2018).

B. Teori Atom Menurut Para Ahli (Teori Lama)

1. John Dalton

Sumber : pinterest.com

     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” (Sritopia, 2018).Teori yang diusulkan oleh Dalton seperti :

• Atom membentuk sebuah molekul dengan perbandingan bilangan bulat yang sederhana.

• memiliki ikatan antar senyawa yang telah terbentuk.

• Digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil

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

     Di dalam teori Dalton ini,terdapat kelebihan maupun kekurangannya. Kelebihannya adalah para peneliti mulai tertarik dengan model atom, dan kekurangannya adalah tidak adanya penjelasan mengenai hubungan antara lautan senyawa dan daya hantar arus listrik, jika atom merupakan bagian terkecil dari suatu unsur dan tidak dapat dibagi lagi,serta Kegagalan untuk menjelaskan afinitas atom dari unsur yang yang sama ataupun berbeda untuk menggabungkan diri dan membentuk senyawa atau molekul, dan gagal menjelaskan perbedaan sifat fisik antar zat yang terbuat dari atom atau unsur yang sama (Krisnadwi, 2017). 

2. Joseph John Thomson

Sumber : quipper.com

     Elektron ditemukan oleh J.J Thomson setelah melakukan percobaan pada tabung sinar katoda (-) 
dimana keadaan akan berubah jika udara dalam tabung dikeluarkan sehingga tekanan udara semakin kecil dan letak-letak molekul udara manjadi sangat renggang. Pada tekanan 4 cm Hg,tabung ini akan memancarkan sebuah sinar cahaya merah sampai warna ungu dan cahaya ini dapat menghilang jika semakin kecilnya sebuah tekanan. Pada tekanan 0,02 mm Hg udara dalam tabung tidak akan memancarkan cahaya tetapi kaca pada permukaan katoda ini akan mengeluarkan warna kehijauan.Crookes berpendapat bahwa dari katoda ini dipancarkan sinar yang tidak tampak yang sering disebut Sinar katoda. Sinar katoda ini dapat di pelajari karena yang bersifat memendarkan kaca. Sinar Katoda merupakan sebuah arus elektron dengan kecepatan tinggi yang keluar dari katoda (pengajarku, 2019).

     Teori ini menjelaskan bentuk atom seperti roti kismis yaitu atom yang bermuatan positif (+) bertaburan dengan atom bermuatan negatif (-) yang terdapat disekelilingnya.Sampai dengan akhir abad ke 19, teori atom masih dipercaya seperti bentuk bola pejal. Sedangkan pada tahun 1987 J.J Thomson ini mengemukakan sebuah teori atom dengan adanya penemuan elektron yang kemudian sering dikenal dengan teori atom J.J. Tomson.

3. Eugen Goldstein dan Wilhelm Wien

Sumber : naifun.com

     Penelitian tentang sinar katoda terus dilakukan secara lebih mendalam,dan salah satunya yang mendalami penelitian ini adalah Eugen Goldstein yang dilakukan pada tahun 1886. Goldstein memodifikasi tabung sinar katoda dengan melubangi lempeng katodanya,kemudian Goldstein menemukan sinar yang berlawanan arah dengan sinar katoda melalui lubang katoda tersebut. Hal ini menunjukkan adanya radiasi yang berasal dari anoda, yang menerobos lubang pada katoda dan memijarkan gas dibelakang katoda itu. Radiasi itu disebut sinar anoda atau sinar terusan 
(Sudarli, 2011).

     Pada tahun 1989, Wilhelm Wien menunjukkan bahwa sinar kanal merupakan partikel yang berbeda dari elektron. Partikel ini bermuatan positif. Sinar kanal ini disebut proton. Sifat proton tergantung gas yang diisikan pada tabung katode. Dari penelitiannya terhadap atom hidrogen, dapat ditentukan bahwa massa proton adalah 1.837 kali massa elektron (Ratna, 2016).

4. Ernest Rutherford

Sumber : contohsoal.co.id

     Teori atom Rutherford didasarkan pada eksperimen penembakan inti atom lempengan emas dengan partikel alfa (λ) yang dikenal dengan percobaan Geiger-Marsden dimana nama ini adalah kedua murid dari Rutherford yaitu Hans Geiger dan Erners Masreden. Dari hasil percobaan penembakan lempengan emas itu ternyata sinar radioaktif ada yang dibelokkan,dipantulkan,dan diteruskan.

     Ciri-ciri Teori Atom Rutherford (Rizal, 2019) :

• Sebagian besar merupakan permukaan kosong atau hampa.

• Atom memiliki inti atom bermuatan positif yang merupakan pusat massa atom.

• Elektron bergerak mengelilingi inti dengan kecepatan yang sangat tinggi.

• Sebagian besar partikel alfa (λ) lewat tanpa mengalami pembelokkan/hambatan. Sebagian kecil dibelokkan, dan sedikit sekali yang dipantulkan.

• Awan elektron tidak mempengaruhi penyebaran partikel alfa (λ).

     Di dalam teori Ernest Rutherford ini terdapatnya kelebihan maupun kekurangannya. Kelebihan dari teori ini adalah mudah dipahami untuk menjelaskan struktur atom yang rumit, dapat menjelaskan bentuk lintasan elektron. Kekurangan pada teori ini adalah tidak dapat menerangkan dimana letak elektron dan cara rotasinya terhadap inti atom, serta tidak mempunyai kemampuan untuk menjelaskan spektrum garis pada atom hidrogen (H).

5. Niels Bohr

Sumber : blogmipa-kimia.blogspot

                                                    

    Niels Henrik David Bohr (1885-1962) adalah seorang fisikawan Denmark yang berkontribusi dalam upaya manusia untuk mengerti struktur atom dan teori kuantum. Karya Bohr merupakan pondasi yang sangat mendasar dalam struktur atom dan teori kuantum, oleh karena itu ia diberi hadiah nobel dalam fisika pada tahun 1922 (tentorku, 2015).

     Teori atom Bohr adalah modifikasi dari model atom Rutherford sehingga disebut dengan teori Rutherford-Bohr, teori ini dapat menjelaskaan tetapan Rydberg untuk garis spektra emisi hidrogen serta model atom Bohr berbentuk seperti tata surya,dengan elektron yang berada di lintasan orbit mengelilingi inti yang bermuatan positif, Walaupun elektron bergerak cepat tetapi elektron tidak memancarkan atau menyerap energi sehingga energi elektron konstan yang berarti elektron yang berputar mengelilingi inti atom mempunyai lintasan tetap sehingga elektron tidak jatuh ke inti. Bohr juga mengemukakan bahwa elektron dapat berpindah dari satu kulit ke kulit lainnya yang disebut dengan foton.

     Dalam model atom Bohr ini dikenal istilah konfigurasi elektron, yaitu susunan elektron pada masing-masing kulit. Data yang digunakan untuk menuliskan konfigurasi elektron adalah nomor atom suatu unsur, di mana nomor atom unsur menyatakan jumlah elektron dalam atom unsur tersebut.Untuk menentukan konfigurasi elektron suatu unsur, ada beberapa hal yang harus selalu diingat, yaitu:

• Dimulai dari lintasan yang terdekat dengan inti, masing-masing lintasan disebut kulit ke-1 (kulit K), kulit ke-2 (kulit L), kulit ke-3 (kulit M), kulit ke-4 (kulit N), dan seterusnya.

• Jumlah elektron maksimum (paling banyak) yang dapat menempati masing-masing kulit adalah: 2 n² ; dengan n = nomor kulit

• Kulit k dapat menampung maksimal 2 elektron, kulit L dapat menampung maksimal 8 elektron, dan seterusnya.

• Kulit paling luar hanya boleh mengisi maksimal 8 elektron.

     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.

Jadi, 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. Energi yang diserap atau dipancarkan pada peristiwa transisi elektron ini dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut.

E = (∆n) hv

Keterangan:

E = tingkat energi

h = tetapan Planck = 6,6 × 10^-34 J/s

v = frekuensi radiasi

n = kulit elektron

     Pada keadaan tereksitasi, elektron yang kembali ke kulit semula disertai emisi energi sebesar tingkat energinya. Ketika elektron kembali ke kulit yang lebih rendah akan terbentuk suatu spektrum. Perhatikan gambar berikut ini :

 sumber : blogmipa-kimia.blogspot

     Dari gambar tersebut dijelaskan bahwa keadaan transisi elektron dalam keadaan tereksitasi dan kembali ke keadaan dasar dan disertai emisi energi dalam bentuk radiasi cahaya yang menghasilkan energi (MIPA, 2018).

     Di dalam teori Niels Bohr ini terdapatnya kelebihan maupun kekurangannya. Kelebihannya adalah dapat mengembangkan kelemahan dari penelitian Rutherford dengan pengaplikasian teori kuantum, menerangkan dengan jelas garis spektrum pancaran (emisi) atau serapan (absorpsi) dari atom hidrogen. Kelemahannya adalah tidak dapat menjelaskan spektrum cahaya yang lebih kompleks, terjadi penyimpangan untuk atom yang lebih besar dari H = hidrogen,dan tidak dapat menerangkan efek zaeman, yaitu spektrum atom yang lebih rumit apabila atom ditempatkan pada medan magnet.

C. Teori Atom Menurut Para Ahli (Teori Mekanika Kuantum/Teori Atom Modern)

     Pada tahun 1913, berdasarkan analisis spektrum atom dan teori kuantum yang dikemukakan oleh Max Plank, Niels Bohr mengajukan model atom hidrogen, yaitu atom hanya mengandung satu elektron. Menurut Bohr elektron beredar mengitari intinya pada tingkat-tingkat energi tertentu, bagaikan planet-planet mengitari matahari dan elektron dapat berpindah dari tingkat energi satu ke tingkat energi yang lain.

1. Louis De Broglie (Hipotesis)

Sumber : ilhamsazili.blogspot

     Menurut De Broglie selain bersifat partikel, elektron dapat juga bersifat gelombang yang merupakan gerakan dari suatu partikel. Argumen ini menghasilkan hal sebagai berikut : 

Einstein : E = m.c²

Max Planck : E = h · ʋ

sehingga untuk menghitung panjang gelombang satu partikel diperoleh:

λ = h / (m . ʋ)

dengan:

λ = panjang gelombang (m)

m = massa partikel (kg)

ʋ = kecepatan partikel (m/s)

h = tetapan Planck (6,626 × 10^–34 Joule s)

     Hipotesis de Broglie kemudian terbukti kebenarannya, ketika ditemukan bahwa elektron menunjukan sifat difraksi seperti halnya sinar dan sifat gelombang dari elektron menggunakan mikroskop elektron sebagai akibat dari dualisme sifat elektron sebagai materi dan sebagai gelombang, maka lintasan elektron yang dikemukakan Bohr tidak dapat dibenarkan. Gelombang tidak bergerak menurut suatu garis, melainkan menyebar pada suatu daerah tertentu seperti contohnya petir dan kilat. Kilat menunjukan sifat gelombang berbentuk cahaya, sedangkan petir menunjukan sifat pertikel berbentuk suara.

2. Werner Karl Heisenberg (Teori Ketidakpastian)

     Werner Karl Heisenberg adalah seorang ahli fisika teoritis Jerman dan salah satu penemu dari mekanika kuantum modern (Mekanika adalah cabang ilmu fisika yang berhubungan dengan hukum-hukum umum gerak suatu benda) dengan memperkenalkan persamaan matematika yang disebut dengan “mekanika matriks” yang dibuat didalam tulisan pada tahun 1925. Pada saat itu Werner mengajukan sebuah rumus fisika baru, rumus yang konsep dasarnya berbeda dengan rumus yang dibuat Newton dan dapat diterapkan pada semua sistem fisika. Prinsip ini dinamakan ketidakpastian yang menyatakan bahwa dalam mekanika kuantum, jumlah partikel atom tidak bisa diketahui secara pasti dan stimultan, serta selalu membentuk pasangan.

     Teori mekanika kuantum Werner Heisenberg tidak berbeda jauh dengan teori mekanika klasik di satu bagian, dan sangat berbeda jauh di bagian yang lain. Jika sebuah sistem makroskopik dirumuskan secara matematis, teori mekanika kuantum akan sama dengan teori mekanika klasik. Tetapi jika sudah melibatkan sistem-sistem atomik, prediksi-prediksi mekanika kuantum akan sangat berbeda dengan prediksi-prediksi mekanika klasik. Hal itu membuktikan bahwa berbagai percobaan yang melibatkan mekanika kuantum akan memiliki perhutangan yang tepat (Hart, 2016).

     Teori ketidakpastian yang dikembangkan Heisenberg ditentang oleh Einstein. Einstein menentang karena tidak percaya pada Teori Ketidakpastian yang menyatakan posisi bulan tidak menentu. Einstein juga berargumen bahwa tidak mungkin Tuhan bermain dadu dalam mengatur alam semesta ini, “God doesn’t play dice”. Dengan adanya mekanika kuantum inilah orang-orang dapat mengembangkan teknologi seperti televisi, mikroskop elektron, laser, radioaktivitas, dan lain-lain.

3. Erwin schrodinger (Mekanika Kuantum)

     Erwin Schrodinger menyempurnakan teori atom yang disampaikan oleh Bohr. Schrodinger menyatakan bahwa elektron dapat dianggap sebagai gelombang materi dengan gerakan menyerupai gerakan gelombang, percobaan ini dia dapatkan pada saat penyelidikannya terhadap atom hidrogen. Teori ini lebih dikenal dengan mekanika gelombang (mekanika kuantum).Perbedaan antara teori Schrodinger dan Bohr yaitu 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).

     Fungsi matematik untuk persamaan gelombang dinyatakan sebagai fungsi gelombang [ψ dibaca psi (bahasa Yunani)] yang menunjukkan bentuk dan energi gelombang elektron. Berdasarkan teori yang disampaikan oleh Schrodinger, diketahui bahwa elektron menempati lintasan yang tidak pasti sehingga elektron 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.

Teori Schrodinger dan prinsip ketidakpastian Heisenberg melahirkan model atom mekanika kuantum sebagai berikut:

• Posisi elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti.

• Atom mempunyai kulit elektron.

• Setiap kulit elektron memiliki subkulit elektron.

• Setiap subkulit elektron memiliki sub-sub kulit elektron.

Daftar Pustaka

Ahmad, D. 2018. Pengertian dan Sejarah Atom. https://www.sridianti.com/pengertian-dan-sejarah-atom.html. (Diakses pada tanggal 29 Agustus 2019).

Hart, M. H. 2016. 100 Tokoh Paling Berpengaruh di Dunia. Jakarta: Noura.

Krisnadwi. 2017. Materi Teori Atom Dalton Lengkap. https://bisakimia.com/2017/09/05/materi-teori-atom-dalton-lengkap/. (Diakses pada tanggal 29 Agustus 2019).

MIPA, S. B. 2018. Model/Teori Atom Niels Bohr: Pengertian, Gambar, Kekurangan dan Kelebihannya.https://blogmipa-kimia.blogspot.com/2018/04/model-atom-bohr.html. (Diakses pada tanggal 29 Agustus 2019).

Pengajarku. 2019. Atom JJ Thomson : Pengertian, Teori , Kelebihan dan Kekurangan.https://pengajar.co.id/atom-jj-thomson-pengertian-teori-kelebihan-dan-kekurangan/. (Diakses pada tanggal 29 Agustus 2019).

Ratna, D. 2016. Kisah Menarik Penemuan Proton Oleh Goldstein dan Wien.https://www.merdeka.com/pendidikan/kisah-menarik-penemuan-proton-oleh-goldstein-dan-wien.html. (Diakses pada tanggal 29 Agustus 2019).

Rizal, G. 2019. Model Atom Rutherford. https://contohsoal.co.id/model-atom-rutherford/. (Diakses pada tanggal 29 Agustus 2019).

Sritopia. 2018. Pengertian Teori Atom Fisika Lengkap, Berdasarkan Para Ahli.https://www.quipper.com/id/blog/mapel/fisika/pengertian-teori-atom/. (Diakses pada tanggal 29 Agustus 2019).

Sudarli, R. 2011. Percobaan-Percobaan yang Membuktikan Adanya Proton, Elektron, dan Neutron.http://rihartadi.blogspot.com/2011/03/percobaan-percobaan-yang-membuktikan.html. (Diakses pada tanggal 29 Agustus 2019).

Tentorku. 2015. Teori Atom Bohr (Tata Surya). https://www.tentorku.com/teori-atom-bohr-tata-surya/. (Diakses pada tanggal 29 Agustus 2019).