Sejarah Model Atom (Bagian 1)

Apa itu Atom?

Atom merupakan bagian terkecil penyusun suatu unsur.  Umumnya atom terdiri atas partikel proton, neutron, dan elektron. Neutron dan proton terletak di dalam inti atom sedangkan elektron beredar mengelilingi inti.

Bagaimana Perkembangan Sejarah Model Atom?

Beberapa tahun yang lalu sebelum Masehi para ahli filsafat Yunani telah mengutarakan gagasan  tentang  partikel materi, yaitu bahwa materi terdiri dari partikel-partikel yang tak terbagi-bagi lagi yang dinamakan atom (atomos = tak terbagi). Namun demikian teori tentang atom tersebut hanya merupakan spekulasi filsafat saja dan pengertiannya masih sangat kabur.  Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi (iptek), pemahaman para ahli tentang atom juga mengalami perkembangan.

Dalam artikel ini akan dibahas perkembangan  model atom mulai dari model atom Dalton hingga model atom Niels Bohr.

1.       Model Atom John Dalton (1803)

Pada permulaan abad ke-19 John Dalton memperkenalkan teori tentang atom .  Model atom Dalton adalah gagasan tentang partikel materi. Dalton merupakan orang pertama yang secara ilmiah menyatakan bahwa materi terdiri atas partikel, yang disebutnya sebagai atom. 

Pokok-pokok teori Dalton adalah sebagai berikut :

a.       Bagian terkecil suatu unsur adalah atom.

b.      Atom adalah suatu partikel yang pejal, keras, tak dapat ditembus  tak dapat terbagi lagi, tak dapat diubah  menjadi zat lain, tak dapat diciptakan dan tak dapat dimusnahkan.

c.       Atom-atom sejenis mempunyai sifat-sifat kimia dan sifat-sifat fisika yang sama.

d.      Atom-atom berbeda jenis mempunyai sifat-sifat kimia dan sifat-sifat fisika yang berbeda.

e.      Suatu reaksi kimia adalah perubahan susunan atom dari zat-zat dalam reaksi itu.

Teori Dalton mempunyai kelebihan dan kelemahan, diantaranya:

Ø  Kelebihan teori atom Dalton

Teori atom Dalton dapat menjelaskan dua hukum dasar ilmu kimia (Hukum Kekekalan Massa dan Hukum Perbandingan Tetap).

Ø  Kelemahan teori atom Dalton

Teori atom Dalton tak dapat menjelaskan kenapa pada reaksi pembentukan air, dua  atom Hidrogen harus bergabung dengan satu atom Oksigen, sedangkan pada pembentukan Hidrogen Klorida diperlukan masing-masing satu atom Hidrogen dan satu atom Klorida.

Teori atom Dalton juga tak dapat menjelaskan mengapa senyawa-senyawa ionik terdiri dari ion-ion.

1.       Model Atom Joseph John Thomson (1897)

Menurut J.J. Thomson , atom terdiri dari materi bermuatan positif dan didalamnya  tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis. J.J. Thomson menemukan  elektron melalui percobaan dengan tabung sinar katode.  Setelah ternyata bahwa elektron-elektron  adalah partikel dengan muatan listrik negatif dan dengan massa yang jauh lebih kecil dari pada seperseribu massa 1 atom Hidrogen  dan bahwa logam-logam dengan pengaruh sinar UV (panas) dapat juga membebaskan elektron-elektron , maka dapat disimpulkan bahwa elektron-elektron adalah partikel-partikel yang berasal dari atom atau partikel-partikel pembentuk atom.

Pokok-pokok teori Thomson adalah sebagai berikut :

a.       Atom merupakan bola yang bermuatan positif dan pada tempat tertentu elektron bermuatan negatif tersebar bagaikan kismis pada roti kismis.

b.      Secara keseluruhan atom bersifat netral, yaitu jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif. 

Teori Thomson mempunyai kelebihan dan kelemahan, diantaranya :

Ø  Kelebihan teori atom Thomson

Mengemukakan model atom yang menyerupai  roti kismis.

Ø  Kelemahan teori atom Thomson

Model atom dari Thomson tidak dapat dipertahankan sebab bertentangan dengan hasil  percobaan dari Geiger dan Marsden. Pada percobaan itu sinar alfa (inti Helium) dijatuhkan pada lembaran tipis suatu logam (metafoil) dan hasilnya sebagian besar sinar itu diteruskan dengan lurus, sebagian kecil dibelokkan dengan kuat dan sebagian kecil lainnya dipantulkan kembali. Jika model atom Thomson benar, maka semua sinar alfa harus dibelokkan dengan sudut penyimpangan yang berbeda-beda.

1.       Model Atom Ernest Rutherford (1910)

Pada  tahun 1910 Ernest Rutherford bersama 2 orang asistennya Hans Geiger dan Ernest Marsden melakukan serangkain percobaan untuk mengetahui lebih banyak tentang susunan atom. Berdasarkan hasil ekspresimennya Rutherford  menyatakan bahwa atom terdiri dari ruang hampa yang didalamnya terdapat inti atom yang bermuatan positif dan netron yang tak bermuatan. Elektron tersebar dalam atom dan bergerak mengelilingi inti seperti halnya planet mengelilingi matahari. Massa atom terpusat pada inti atom. Elektron beredar mengitari inti pada jarak yang relatif sangat jauh. Lintasan elektron itu disebut kulit atom. Jarak dari inti hingga kulit atom disebut jari-jari atom. Ukuran jari-jari atom adalah sekitar  10 ^-8 cm, sedangkan jari-jari inti atom adalah sekitar 10 ^-13 cm. Jadi sebagian atom merupakan ruang hampa.

Pokok-pokok teori atom Rutherford adalah sebagi berikut :

a.       Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan elektron yang bemuatan negatif yang mengelilingi inti atom.

b.      Atom bersifat netral.

c.       Ukuran atom 10 ^-8 cm dan inti atom 10 ^-13 cm.

Teori atom Rutherford juga memiliki kelebihan dan kelemahan diantaranya:

Ø  Kelebihan teori atom  Rutherford

Rutherford dapat menjelaskan penghamburan sinar alfa sesuai dengan hasil percobaan Geiger dan Marsden. Jika seberkas sinar alfa dipancarkan pada sehelai logam yang tipis, maka akan terjadi :

a.       Sebagian besar dapat menembus dengan lurus karena praktis tak terpengaruh oleh elektron-elektron.

b.      Sebagian kecil dipantulkan kembali karena tepat bertumbukan dengan inti atom.

c.       Sebagian kecil masih dapat menembus tetapi dibelokkan karena lintasannya terlalu dekat dengan inti atom sehingga terpengaruh oleh gaya tolak.

Ø  Kelemahan teori atom Rutherford

a.       Belum dapat menjelaskan bagaimana elektron-elektron tersusun di sekeliling inti atom tidak pernah jatuh ke inti.

b.      Belum dapat  menjelaskan tentang kestabilan suatu atom dan adanya garis-garis spektrum yang tajam (spektrum diskontinu) yang dipancarkan oleh atom-atom yang diaktifkan (excited).

Atom Hidrogen dengan nomor atom 1 misalnya terdiri dari 1 elektron yang bergerak  mengelilingi inti atom. Akibat gaya tarik inti atom , gerakan elektron tersebut mendapat percepatan ke arah inti atom. Menurut hukum-hukum elektrodinamika  gerakan elektron yang  seperti itu menyebabkan elektron tersebut memancarkan sinar sehingga kehilangan energi dan terpaksa semakin mendekati inti atom. Dengan demikian lintasan elektron harus berbentuk spiral ke arah inti atom sehingga atom itu tidak mungkin stabil. Lagi pula sinar yang dipancarkan oleh elektron tersebut mempunyai frekuensi yang semakin lama semakin besar, sehingga spektrumnya harus kontinu, sedangkan spektrum dari atom-atom yang diaktifkan adalah diskontinu.

1.       Model  Atom Niels  Bohr (1913)

Karena model atom Rutherford bertentangan dengan hukum-hukum  elektrodinamika klasik, maka hanya ada satu alternatif yaitu ditinggalkan atau diberi sifat-sifat yang bertentangan dengan hukum-hukum tersebut. Untuk mengatasi problema itu Niels Bohr memilih penyelesaian yang kedua dengan jalan memberi sifat-sifat khusus pada atom berdasarkan teori kuantum dari Max Planck dan teori Einsten tentang efek fotoelektrik dan kuantum sinar (foton).

 

Oleh Bohr ditentukan postulat-postulat kuantum berikut :

a.       Suatu atom  mempunyai beberapa orbit  yang stabil atau keadaan stasioner dimana  suatu elektron dapat bergerak  tanpa memancarkan energi sinar. Pada setiap keadaan stasioner  atau tingkatan energi maka  suatu atom mempunyai nilai energi tertentu. Dari sekian keadaan stasioner tersebut  bagi suatu atom selalu ada satu keadaan dasar atau keadaan normal dimana atom itu mempunyai nilai energi yang minimal sehingga keadaannya paling stabil. Jika tidak dalam keadaan dasar dikatakan bahwa atom itu diaktifkan atau “excited” karena kelebihan energi.

b.      Dalam keadaan diaktifkan suatu  elektron dapat meloncat dari tingkat energi yang tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah dan selisih energi antara kedua tingkatan itu sama dengan energi kuantum sinar yang dipancarkan.

c.       Jika suatu elektron mempunyai orbit yang berbentuk lingkaran maka berlaku hukum-hukum  dari mekanika dan elektrostatiska asal momentum sudutnya (mvr) adalah kelipatan bulat dari h/2π.

Teori atom Bohr juga memiliki kelebihan dan kelemahan, diantaranya:

Ø  Kelebihan teori atom Bohr

Hitungan teoritis dari Bohr tentang bilangan  gelombang garis-garis spektrum atom Hidrogen yang diaktifkan (excited) sesuai dengan hasil eksperimen dari Balmer, Lyman, Paschen, dan Brackett.

Ø  Kelemahan teori tom Bohr

a.       Percobaan garis-garis spektrum mengalami kegagalan pada atom yang berisi lebih dari satu elektron.

b.      Teori Bohr bertentangan dengan azas ketidakpastian Heisenberg yang menyatakan bahwa posisi suatu orbit dan kecepatan elektron di dalamnya tidak mungkin ditetapkan dengan pasti.

Selain keempat teori atom di atas, masih ada teori atom dari teori Sommerfeld dan teori Mekanika Kuantum yang akan dibahas pada artikel Sejarah Model Atom (Bagian 2) .

Apa itu Kimia???

Pengertian Kimia

Kimia merupakan ilmu pengetahuan alam (sains) yang mempelajari tentang komposisi, struktur, dan sifat zat atau materi dari skala atom hingga molekul serta perubahan atau transformasi serta interaksi mereka untuk membentuk materi yang ditemukan sehari-hari. 

Sejarah Kimia

Sejarah kimia dimulai lebih dari 4000 tahun yang lalu dimana bangsa Mesir mengawali dengan the art of synthetic "wet" chemistry. 1000 tahun yang lalu masyarakat purba telah menggunakan teknologi  yang akan menjadi dasar terbentuknya berbagai macam cabang ilmu kimia. Tetapi mereka tidak berusaha untuk memahami hakikat dan sifat materi yang mereka gunakan serta perubahannya, sehingga pada zaman tersebut ilmu kimia belum lahir.

Para ahli filsafat Yunani purba sudah mempunyai pemikiran bahwa materi tersusun dari partikel-partikel kecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Namun konsep tersebut hanyalah pemikiran yang tidak ditunjang oleh eksperimen, sehingga belum pantas disebut sebagai teori kimia.

Ilmu kimia sebagai ilmu yang melibatkan  kegiatan ilmiah dilahirkan oleh para ilmuwan muslim bangsa Arab dan Persia pada abad ke-8. Salah seorang bapak ilmu kimia yang terkemuka adalah Jabir Ibn Hayyan (700-778), yang lebih dikenal di Eropa dengan nama Latinnya, Geber. Ilmu yang baru itu diberi nama al-kimiya (bahasa Arab yang berarti "perubahan materi"). Dari kata al-kimiya inilah segala bangsa di muka bumi ini meminjam istilah : alchemi (Latin), chemistry (Inggris), chimie (Perancis), chemie (Jerman), chimica (Italia),  dan kimia (Indonesia).

Kimia di Sekitarmu

Segala hal yang kamu cium, kamu, dengar, kamu sentuh, dan kamu rasakan berkaitan dengan kimia. Ketika kamu merasakan sesuatu, menyentuhnya, mendengarnya, maka terjadilah serangkaian reaksi kimia di dalam tubuhmu.

Kimia ada dimana-mana. Udara yang kamu hirup setiap hari mengandung unsur kimia, seperti Hidrogen dan Nitrogen. Air yang kamu minum adalah gabungan dari unsur-unsur kimia yang terdiri dari Hidrogen dan Oksigen yang saling berikatan membentuk senyawa. Begitupun materi-materi lain yang ada di alam ini tersusun dari bahan-bahan kimia. Itulah sebabnya penting mempelajari kimia agar kamu paham bagaimana suatu peristiwa terjadi di dunia ini. Yuk, pelajari kimia agar kamu semakin paham bagaimana materi yang ada di alam ini saling berinteraksi!