Perkembangan
Teori Atom
Anda telah
mengetahui beberapa unsur dalam kehidupan sehari-hari. Unsur dapat mengalami
perubahan materi yaitu perubahan kimia. Ternyata perubahan kimia ini disebabkan
oleh partikel terkecil dari unsur tersebut. Partikel terkecil inilah yang
kemudian dikenal sebagai atom.
Jika Anda
memotong satu batang kapur menjadi dua bagian, kemudian dipotong lagi menjadi
dua bagian dan seterusnya maka bagian terkecil yang tidak dapat dibagi lagi
inilah yang mengawali berkembangnya konsep atom.
Konsep atom
itu dikemukakan oleh Demokritos yang tidak didukung oleh eksperimen yang
meyakinkan, sehingga tidak dapat diterima oleh beberapa ahli ilmu pengetahuan
dan filsafat.
Pengembangan konsep atom-atom
secara ilmiah dimulai oleh John Dalton (1805), kemudian dilanjutkan oleh
Thomson (1897), Rutherford (1911), dan disempurnakan oleh Bohr (1914).
Hasil
eksperimen yang memperkuat konsep atom ini menghasilkan gambaran mengenai
susunan partikel-partikel tersebut di dalam atom. Gambaran ini berfungsi untuk
memudahkan dalam memahami sifat-sifat kimia suatu atom. Gambaran susunan
partikel-partikel dasar dalam atom disebut model atom.
1. Teori Atom Dalton
John Dalton (1766-1844) ialah
seorang guru SMU di Manchester, Inggris. Ia terkenal karena teorinya yang
membangkitkan kembali istilah "atom". Dalam buku karangannya yang
berjudul New System of Chemical Philosophy ia berhasil merumuskan hal tentang
atom sekitar tahun 1803.
Ia menyatakan bahwa materi
terdiri atas atom yang tidak dapat dibagi lagi. Tiap-tiap unsur terdiri atas
atom-atom dengan sifat dan massa identik, dan senyawa terbentuk jika atom dari
berbagai unsur bergabung dalam komposisi yang
tetap. Temuannya didasarkan pada sebuah eksperimen. John Dalton menggambarkan
atom seperti bola pejal.
Berikut 5 Teori Atom Dalton:
1.
Unsur-unsur terdiri dari
partikel-partikel yang luar biasa kecil yang tidak dapat dibagi kembali
(disebut atom). Dalam reaksi kimia, mereka tidak dapat diciptakan, dihancurkan
atau diubah menjadi jenis unsur yang lain.
2.
Semua atom dalam unsur yang sejenis
adalah sama dan oleh karena itu memiliki sifat-sifat yang serupa;seperti massa
dan ukuran.
3.
Atom dari unsur-unsur yang berbeda
jenis memiliki sifat-sifat yang berbeda pula.
4. Senyawa
dapat dibentuk ketika lebih dari 1 jenis unsur yang digabungkan.
5.
Atom-atom dari 2 unsur atau lebih
dapat direaksikan dalam perbandingan-perbandingan yang berbeda untuk
menghasilkan lebih dari 1 jenis senyawa
- Kelebihan
Teori Atom Dalton
- ·
Memungkinkan kita untuk menjelaskan hukum kombinasi kimia.
- ·
Dalton adalah orang pertama yang
mengakui perbedaan yang bisa diterapkan antara partikel dari suatu unsur (atom)
dan dari senyawa (molekul).
- Kelemahan
Teori Atom Dalton
- Ketidakterpisahan atom terbukti
salah, karena, atom dapat dibagi lagi menjadi proton, neutron dan elektron.
Namun atom adalah partikel terkecil, yang sangat berpengaruh dalam reaksi
kimia.
- ·Menurut Dalton, atom-atom dari unsur
yang sama adalah sama dalam segala hal. Pernyataan ini salah karena atom dari
beberapa unsur berbeda dalam hal massa dan kepadatan. Atom seperti dari unsur
yang sama memiliki massa yang berbeda disebut isotop. Misalnya, klorin memiliki
dua isotop yang memiliki nomor massa 35 dan 37 satuan massa atom (sma).
- Dalton juga mengatakan atom elemen
yang berbeda berbeda dalam segala hal. Hal ini telah terbukti salah dalam
kasus-kasus tertentu seperti atom argon dan atom kalsium, yang memiliki massa
atom yang sama yaitu 40. Atom unsur berbeda yang memiliki massa atom yang sama
disebut isobar.
- Menurut Dalton atom unsur yang berbeda bergabung dalam rasio
nomor
- sederhana
keseluruhan untuk membentuk senyawa. Hal ini tidak terlihat pada senyawa
organik kompleks seperti gula C12H22O11.
- Teori ini gagal untuk menjelaskan keberadaan
alotrop. Perbedaan sifat arang, grafit, berlian tidak dapat dijelaskan karena
ketiganya terdiri dari atom yang sama yaitu karbon.
Meskipun teorinya memiliki
banyak kekurangan namun ia tetap dianggap sebagai bapak pencetus teori atom
modern, terlebih lagi karena teorinya tersebut mampu menerangkan Hukum
kekekalan massa Lavoisier dan Hukum perbandingan tetap Proust.
2. Teori Atom J.J. Thomson
Kelemahan dari Dalton
diperbaiki oleh JJ. Thomson, eksperimen yang dilakukannya tabung sinar kotoda. Hasil
eksperimennya menyatakan ada partikel bermuatan negatif dalam atom yang disebut
elektron. Suatu bola pejal yang permukaannya dikelilingi elektron dan partikel
lain yang bermuatan positif sehingga atom bersifat netral.
Teori Atom
Thomson adalah salah satu teori yang mencoba mendeskripsikan bentuk atom yaitu
seperti bentuk roti kismis. Diibaratkan sebagai roti kismis karena saat itu
Thomson beranggapan bahwa atom bermuatan positif dengan adanya elektron
bermuatan negatif di sekelilingnya. Perhatikan gambar berikut:
Pada gambar
di atas, bagian berwarna oranye bermuatan positif, sedangkan berwarna hijau
adalah elektron yang bermuatan negatif.
Sampai akhir
abad ke-19, konsep mengenai bentuk atom masih berupa bola pejal layaknya bola
biliar.
Sedangkan pada tahun 1987
Joseph John Thomson secara total merubah konsep atom dengan adanya penemuan
elektron yang dikenal dengan teori atom Thomson. Sekiranya teori atom Thomson
dapat diringkas sebagai berikut :
1.
Atom berupa bola yang bermuatan
positif dengan adanya elektron yang bermuatan negatif di sekelilingnya.
2.
Muatan positif dan negatif pada atom
besarnya sama. Hal ini menjadikan atom bermuatan netral. Suatu atom tidak
mempunyai muatan positif atau negatif yang berlebihan.
Teori
Thomson memiliki kelebihan yaitu mampu membuktikan adanya partikel lain yang
bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari
suatu unsur namun teori ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan
negatif dalam bola atom tersebut.
Selain roti
kismis, teori atom Thomson dapat diumpamakan sebagai semangka. Daging buah yang
berwarna merah melambangkan ruang yang bermuatan positif, sedangkan biji yang
tersebar di dalamnya adalah elekton yang bermuatan negatif.
Penemuan Elektron
Elektron
ditemukan oleh J.J. Thomson melalui percobaan tabung sinar katoda. Pada saat
itu, Thomson melihat bahwa jika arus listrik melewati tabung vakum, ada semacam aliran berkilau yang
terbentuk. Thomson menemukan bahwa aliran berkilau tersebut dibelokkan ke arah
plat kutub positif. Teori atom Thomson membuktikan bahwa aliran tersebut
terbentuk dari partikel kecil dari atom dan partikel terebut bermuatan negatif.
Thomson menamai penemuan tersebut sebagai elektron.
3. Model Atom Rutherford
Pada tahun
1909 Hans Geiger dan Ernest Marsden dengan petunjuk dari Ernest Rutherford
melakukan eksperimen di Laboratorium Fisika Universitas Manchester untuk
membuktikan kebenaran dari teori atom yang dikemukakan oleh Thomson
Eksperimen
ini melibatkan penambakan partikel alfa (inti atom helium atau ion helium
dengan muatan positip) yang diemisikan oleh unsur Radium pada lempengan logam emas
tipis dan kemudian mendeteksi partikel alfa yang telah melewati lempengan logam
emas tersebut dengan menggunakan layar yang dilapisi seng sulfida (ZnS) sebagai
dtetektor.
Rutherford
berpendapat bahwa apabila struktur atom yang dikemukakan oleh Thomson
adalah benar maka sebagian besar berkas partikel alfa akan melewati lempengan
logam emas dan sebagian kecil sekali yang akan didefleksi.
Akan tetapi
hasil eksperimen Rutherford sangat mengejutkan, walaupun sebagian besar berkas
partikel alfa melewati lempengan logam emas, terdapat banyak berkas partikel
alfa yang didefleksi dengan sudut yang besar (lebih dari 900), bahkan terdapat berkas partikel
alfa yang direfleksi kembali kearah sumber tanpa pernah menyentuh layer
detector (perhatikan gambar).
Setelah
merunut pola-pola partikel alfa yang ditembakkan ke lempeng logam emas, maka
Rutherford mengambil kesimpulan bahwa sebagian besar ruang dalam atom adalah “ruang
kosong”, dan terdapat massa yang terkonsentrasi pada pusat atom yang bermuatan
positif dimana ukurannya 10.000 kali lebih kecil dibanding ukuran keseluruhan
bagian atom, dan elektron mengelilingi inti atom tersebut seperti planet-planet
kita mengelilingi matahari.
Rutherford
menyimpulkan struktur atom tersebut berlandaskan eksperimennya sebagai berikut:
1.
Sebagian besar berkas partikel alfa
yang dapat melewati lempengan logam emas menunjukan bahwa partikel alfa ini
melewati ruang kosong yang ada di dalam atom sehingga dengan mudah partikel
alfa ini melewati ruang kosong tersebut tanpa hambatan yang berarti.
2.
Berkas partikel alfa yang didefleksi
menunjukan bahwa partikel alfa tersebut berada pada posisi yang dekat dengan
inti atom yang bermuatan positif. Muatan positif dengan muatan positif akan
saling tolak menolak, hal inilah yang menyebabkan partikel alfa dibelokan
dengan sudut yang besar.
Berkas partikel alfa yang di refleksi kembali (dipantulkan kembali)
menunjukan bahwa partikel alfa tersebut bertumbukkan dengan inti atom yang
bermuatan positif. Inti atom emas mempunyai massa dan muatan positif yang lebih
besar dibanding
dengan massa dan muatan partikel alfa, hal inilah yang membuat partikel alfa di
pantulkan kembali.
Berdasarkan
hal tersebut diatas maka Rutherford mengajukan model atom seperti gambar
disamping.
Kelebihan Atom Rutherford
- Bahwa
atom memiliki inti atom yang bermuatan positif dan disekelilingnya terdapat
elektron yang mengelilinya.
- Dapat
menerangkan fenomena penghamburan partikel alfa oleh selaput tipis emas
- Jari-jari
inti atom dan jari-jari atom sudah dapat ditemukan
- Sudah
dapat menerangkan / menentukan bentuk lintasan elektron yang mengelilingi inti
atom
- Dapat
menggambarkan gerak elektron disekitar inti
- Elektron
dapat bergerak dalam lintasan apapun, dari lintasan yang tak terhingga
jumlahnya
- Kekurangan Atom Rutherford
- Model
atom rutherford ini belum mampu menjelaskan dimana letak elektron dan cara
rotasinya terhadap ini atom.
- Elektron
memancarkan energi ketika bergerak, sehingga energi atom menjadi tidak stabil.
- Tidak
dapat menjelaskan spektrum garis pada atom hidrogen (H).
- Tidak dapat
menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berdasarkan teori
fisika, gerakan elektron mengelilingi 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 Bohr
Model atom
Bohr mengemukakan bahwa atom terdiri dari inti berukuran sangat kecil dan
bermuatan positif dikelilingi oleh elektron bermuatan negatif yang mempunyai
orbit. Inilah gambar teori model atom Bohr. Penjelasan teori atom Bohr dapat
dibaca pada sub bunyi postulat teori atom Bohr di bawah.
Niels Bohr
mengajukan teori atom Bohr ini pada tahun 1915. Karena model atom Bohr
merupakan modifikasi (pengembangan) dari model atom Rutherford, beberapa ahli
kimia menyebutnya dengan teori atom Rutherford-Bohr.
Model atom Bohr berbentuk seperti
tata
surya, dengan elektron yang berada di lintasan peredaran (orbit)
mengelilingi inti bermuatan positif yang ukurannya sangat kecil. Gaya gravitasi
pada tata surya secara matematis dapat diilustrasikan sebagai gaya Coulomb
antara nukleus (inti) yang bermuatan positif dengan elektron bermuatan negatif.
Bunyi Postulat Teori Atom Bohr
Teori atom Bohr kiranya dapat
dijelaskan seperti berikut:
1.
Elektron mengitari inti atom dalam
orbit-orbit tertentu yang berbentuk lingkaran. Orbit-orbit ini sering disebut
sebagai kulit-kulit elektron yang dinyatakan dengan notasi K, L, M, N ... dst
yang secara berututan sesuai dengan n = 1, 2, 3, 4 ... dst.
2.
Elektron dalam tiap orbit mempunyai
energi tertentu yang makin tinggi dengan makin besarnya lingkaran orbit atau
makin besarnya harga n. Energi ini bersifat terkuantisasi dan
harga-harga yang diijinkan dinyatakan oleh harga momentum sudut elektron yang
terkuantisasi sebesar n (h/2π) dengan n = 1, 2, 3, 4 ...
dst.
3. Selama dalam orbitnya, elektron
tidak memancarkan energi dan dikatakan dalam keadaan stasioner. Keberadaan
elektron dalam orbit stasioner ini dipertahankan oleh gaya tarik elektrostatik
elektron oleh inti atom yang diseimbangkan oleh gaya sentrifugal dari gerak
elektron.
4.
Elektron dapat berpindah dari orbit
satu ke orbit lain yang mempunyai energi lebih tinggi bila elektron tersebut
menyerap energi yang besarnya sesuai dengan perbedaan energi antara kedua orbit
yang bersangkutan, dan sebaliknya bila elektron berpindah ke orbit yang
mempunyai energi lebih rendah akan memancarkan energi radiasi yang teramati
sebagai spektrum garis yang besarnya sesuai dengan perbedaan energi antara
kedua orbit yang bersangkutan.
5.
Atom dalam molekul dikatakan dalam
keadaan tingkat dasar (ground state) apabila elektron-elektronnya
menempati orbit-orbit sedemikian sehingga memberikan energi total terendah. Dan
apabila elektron-elektron menempati orbit-orbit yang memberikan energi lebih
tinggi daripada energi tingkat dasarnya dikatakan atom dalam tingkat
tereksitasi (excited state). Atom dalam keadaan dasar lebih stabil
daripada dalam keadaan tereksitasi.
Model Hidrogen Bohr
Contoh
paling sederhana dari model atom hidrogen Bohr (Z = 1) atau sebuah ion mirip
hidrogen (Z > 1), yang mempunyai elektron bermuatan negatif mengelilingi
inti bermuatan positif. Energi elektromagnetik akan diserap atau dilepaskan
ketika sebuah elektron berpindah dari lintasan satu ke lintasan lain. Jari-jari
dari lintasan bertambah sebagai n2,
dimana n adalah bilangan kuantum utama. Transisi dari 3 ke 2 menghasilkan garis
pertama dalam deret Balmer. Untuk hidrogen (Z = 1) akan menghasilkan foton
dengan panjang gelombang 656 nm (cahaya merah).
-
Kelebihan model atom Bohr
- Atom terdiri dari
beberapa kulit/subkulit untuk tempat berpindahnya electron dan atom membentuk
suatu orbit dimana inti atom merupakan positif dan disekelilingnya terdapat
elektron.
- Teori
atom Bohr dapat menjelaskan tetapan Rydberg untuk garis spektra emisi hidrogen
- Kelemahan Teori Atom Bohr
Walaupun dinilai sudah revolusioner, tetapi masih ditemukan
kelemahan teori atom Bohr yaitu:
- Melanggar
asas ketidakpastian Heisenberg karena elektron mempunyai jari-jari dan lintasan
yang telah diketahui.
- Model
atom Bohr mempunyai nilai momentum sudut lintasan ground state yang
salah.
- Lemahnya
penjelasan tentang prediksi spektra atom yang lebih besar.
- Tidak
dapat memprediksi intensitas relatif garis spektra.
- Model
atom Bohr tidak dapat menjelaskan struktur garis spektra yang baik.
- Tidak
dapat menjelaskan efek Zeeman.