Atom merupakan partikel terkecil dari suatu unsur. Pada setiap partikel atom terdapat partikel penyusun atom yang terdiri dari elektron, proton, dan neutron. Gambaran posisi dan susunan partikel penyusun atom dalam suatu atom berkembang dari temuan-temuan yang paling sederhana sampai yang rumit tetapi dapat menggambarkan model atom yang sebenarnya. Gambaran ini disebut juga teori atom. Teori atom sudah diungkapkan para ahli mulai dari beberapa abad yang lalu. Perkembangan teori atom dari tahun ke tahun dapat digambarkan dengan model atom seperti pada gambar dibawah ini (Poppy, 2009):
(Poppy, 2009)
Perkembangan teori atom dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Teori Atom Dalton
Berdasarkan pemikiran bahwa konsep atom Democritus sesuai
dengan Hukum Kekekalan Massa (berbunyi: massa zat sebelum dan
sesudah reaksi sama) dan Hukum Perbandingan Tetap (berbunyi: perbandingan massa
unsur-unsur dalam suatu senyawa adalah tetap dan tertentu), maka John
Dalton tahun 1803 merumuskan teori atom sebagai berikut.
- Materi
tersusun atas partikel-partikel terkecil yang disebut atom.
- Atom-atom
penyusun unsur bersifat identik (sama dan sejenis).
- Atom
suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain.
- Senyawa
tersusun atas 2 jenis atom atau lebih dengan perbandingan tetap dan
tertentu.
- Pada
reaksi kimia terjadi penataulangan atom-atom yang bereaksi. Reaksi
kimia terjadi karena pemisahan atom-atom dalam senyawa untuk kemudian
bergabung kembali membentuk senyawa baru.
Dalam perkembangannya tidak semua teori atom Dalton benar,
karena pada tahun 1897 J.J.Thomson menemukan partikel bermuatan listrik
negatif yang kemudian disebut elektron. Tahun 1886 Eugene Goldstein
menemukan partikel bermuatan listrik positif yang kemudian
disebut proton. Dan tahun 1932 James Chadwick berhasil
menemukan neutron.
Salah satu hipotesis Dalton adalah reaksi kimia
dapat terjadi karena penggabungan atom-atom atau pemisahan gabungan
atom. Misalnya, logam natrium bersifat netral dan reaktif dengan air dan
dapat menimbulkan ledakan. Jika logam natrium direaksikan dengan gas
klorin yang bersifat racun dan berbau merangsang, maka akan dihasilkan
NaCl yang tidak reaktif terhadap air, tidak beracun, dan tidak berbau
merangsang seperti logam natrium dan gas klorin.
Karena ada banyak hal yang tidak dapat diterangkan oleh
teori atom Dalton, maka para ilmuwan terdorong untuk melakukan penyelidikan
lebih lanjut tentang rahasia atom. (Hermato, 2009).
2. Teori Atom 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. Menurut Thomson, atom
berbentuk bulat di mana muatan listrik positif yang tersebar merata dalam
atom dinetralkan oleh elektron-elektron yang berada di antara muatan
positif. Elektron-elektron dalam atom diumpamakan seperti
butiran kismis dalam roti, maka Teori Atom Thomson juga
sering dikenal Teori Atom Roti Kismis. (Hermato, 2009).
3. Teori Atom Rutherford
Pada tahun 1903 Philipp Lenard melalui
percobaannya membuktikan bahwa teori atom Thomson yang
menyatakan bahwa elektron tersebar merata dalam muatan positif
atom adalah tidak benar. Hal ini mendorong Ernest Rutherford (1911)
tertarik melanjutkan eksperimen Lenard. Dengan bantuan kedua muridnya Hans
Geiger dan Ernest Marsden, Rutherford melakukan percobaan dengan hamburan
sinar α. Partikel α bermuatan positif. Berikut
bentuk rancangan percobaan hamburan sinar α Rutherford.
Berdasarkan percobaan tersebut disimpulkan bahwa:
- Sebagian
besar ruang dalam atom adalah ruang hampa; partikel α diteruskan
(panah a).
- Di
dalam atom terdapat suatu bagian yang sangat kecil dan padat
yang disebut inti atom; partikel α dipantulkan
kembali oleh inti atom (panah b).
- Muatan
inti atom dan partikel α sejenis yaitu positif;
sebagian kecil artikel α dibelokkan (panah b).
Hasil percobaan tersebut menggugurkan teori atom Thomson.
Kemudian Rutherford mengajukan teori atom sebagai berikut: atom
tersusun atas inti atom yang bermuatan positif sebagai pusat
massa dan dikelilingi elektron-elektron yang bermuatan negatif.
Massa atom berpusat pada inti dan sebagian besar volume
atom merupakan ruang hampa. Atom bersifat netral, karena itu jumlah muatan
positif dalam atom (proton) harus sama dengan jumlah
elektron. Diameter inti atom berkisar 10 (pangkat) –15 m, sedang
diameter atom berkisar 10 (pangkat) –10 m. Teori atom Rutherford hanya
mampu menjelaskan bahwa elektron-elektron yang beredar mengelilingi inti
atom berada dalam ruang hampa, tetapi belum mampu menjelaskan distribusi
elektron-elektron secara jelas.
Kelemahan teori atom Rutherford:
- Tidak
dapat menjelaskan bahwa atom bersifat stabil. Teori atom
Rutherford bertentangan dengan Hukum Fisika Maxwell. Jika
partikel bermuatan negatif (elektron) bergerak
mengelilingi partikel bermuatan berlawanan (inti atom bermuatan
positif), maka akan mengalami percepatan dan memancarkan energi
berupa gelombang elektromagnetik. Akibatnya energi elektron
semakin berkurang. Jika demikian halnya maka lintasan elektron
akan berupa spiral. Pada suatu saat elektron tidak mampu mengimbangi gaya
tarik inti dan akhirnya elektron jatuh ke inti. Sehingga atom tidak
stabil padahal kenyataannya atom stabil.
- 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.
(Hermato, 2009).
4. Teori Atom Bohr
Diawali dari pengamatan Niels Bohr terhadap spektrum atom,
adanya spektrum garis menunjukkan bahwa elektron hanya beredar pada
lintasan-lintasan dengan energi tertentu. Dengan teori Mekanika
Kuantum Planck, Bohr (1913) menyampaikan 2 postulat untuk menjelaskan
kestabilan atom. Dua Postulat Bohr:
- Elektron
mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu yang stasioner yang
disebut orbit/kulit. Walaupun elektron bergerak cepat tetapi elektron
tidak memancarkan atau menyerap energi sehingga energi elektron
konstan. Hal ini berarti elektron yang berputar mengelilingi
inti atom mempunyai lintasan tetap sehingga elektron tidak jatuh
ke inti.
- Elektron dapat berpindah dari kulit yang satu ke kulit yang lain dengan memancarkan atau menyerap energi. Energi yang dipancarkan atau diserap ketika elektron berpindah-pindah kulit disebut foton. Besarnya foton dirumuskan:
Energi yang dibawa foton ini bersifat diskrit (catu).
Jika suatu atom menyerap energi, maka energi ini digunakan elektron
untuk berpindah kulit dari tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi.
Pada saat elektron kembali ke posisi semula akan dipancarkan energi dengan
besar yang sama. Jadi, hanya elektron pada kulit tertentu dengan
tingkat energi tertentu yang dapat bergerak, sehingga frekuensi cahaya
yang ditimbulkan juga tertentu. Hal inilah yang digunakan untuk
menjelaskan spektrum diskrit atom hidrogen.
Kelemahan teori atom Bohr:
- 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.
(Hermato, 2009).
5. Model atom mekanika kuantum
Model atom mekanika kuantum didasarkan pada:
1. elektron bersifat gelombang dan partikel, oleh Louis
de Broglie (1923);
2. persamaan gelombang elektron dalam atom, oleh Erwin
Schrodinger; (1926)
3. asas ketidakpastian, oleh Werner Heisenberg (1927).
Menurut teori atom mekanika kuantum, elektron tidak bergerak
pada lintasan tertentu. Berdasarkan hal tersebut maka model atom mekanika
kuantum adalah sebagai berikut:
- Atom
terdiri atas inti atom yang mengandung proton dan neutron, dan
lektronelektron mengelilingi inti atom berada pada orbital-orbital
tertentu yang membentuk kulit atom, hal ini disebut dengan konsep
orbital.
- Dengan
memadukan asas ketidakpastian dari Werner Heisenberg dan
mekanika gelombang dari Louis de Broglie, Erwin
Schrodinger merumuskan konsep orbital sebagai suatu ruang
tempat peluang elektron dapat ditemukan.
- Kedudukan
elektron pada orbital-orbitalnya dinyatakan dengan bilangan kuantum.
(Permana, 2009)
Ringkasan:
Istilah atom pertama kali dikemukakan oleh filsuf Yunani yang
bernama Demokritus. Konsep mengenai atom terus berkembang mulai dari model
atom Dalton yang
menyatakan bahwa atom merupakan partikel terkecil yang tidak
dapat dibagi lagi. Kemudian muncul model atom Thomson yang memperbaiki
model atom Dalton dengan
menyatakan bahwa atom merupakan bola pejal yang terdiri atas
materi bermuatan positif yang di dalamnya tersebar elektron seperti roti
kismis. Selanjutnya model atom Thomson diperbaiki lagi oleh Rutherford
dengan model atomnya yang menyatakan bahwa atom terdiri atas inti atom
yang sangat kecil dan bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron
yang bermuatan negatif. Model atom Rutherford mempunyai kelemahan,
dan diperbaiki oleh Bohr dengan model atomnya yang mengemukakan tentang
tingkat energi (kulit) dalam atom. Kemudian model atom terus berkembang
sampai model atom mekanika kuantum yang mengemukakan gagasan tentang
orbital.
Setelah ditemukannya elektron dan partikel penyusun inti yaitu
proton dan neutron, suatu atom dapat ditentukan nomor dan massa atomnya.
Nomor atom sama dengan jumlah proton sedangkan massa atom sama dengan
jumlah proton dan neutron. Suatu unsur dapat mempunyai nomor atom yang
sama dengan massa atom yang berbeda yang disebut isotop.
Selain isotop, ada istilah yang mirip dengan isotop yaitu isobar dan isoton.
Dengan dapat ditentukannya nomor atom dari unsur, kita dapat melihat gambaran
susunan elektron dalam suatu atom yang disebut konfigurasi elektron.
Sumber:
Hermato, Ari dan Ruminten. 2009. “Kimia 1: Untuk SMA/MA Kelas
X”. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.
Permana, Irvan. 2009. “Memahami Kimia 1: SMA/MA Kelas X
Semester 1 dan 2”. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan
Nasional.
Poppy K, dkk. 2009. "Kimia 1: Kelas X SMA dan
MA". Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan
Nasional.
No comments:
Post a Comment