Teori Atom

Nama :  Muhammad Sainudin Noor No.Absen : 17 Kelas : XI IPA2

1.      Teori Atom (Dalton, Thomson, Ruterford, Bohr)

Teori Atom Dalton

Sekitar  2,5 abab yang lalu, filusuf  dari Yunani yaitu Leukippus berpendapat bahwa suatu materi akan tersusun atas  butiran-butiran kecil, pendapat ini kemudian dikembangkan oleh seorang muridnya yang bernamaDemokritus. Demokritus selenjutnya berpendapat bahwa suatu materi tersusun oleh partikel-partikel kecil yang tidak dapat dibagi lagi, selajutnya partikel-partikel yag kecil tersebut dinamakan dengan atom.

Konsep atom ini selanjutnya berkembang setelah terdapat perumusan tentang Hukum Kekekalan Massa dan Hukum Perbandingan Tetap, yaitu pada abab 18 John Dalton mengungkapan teori tentang atom 

Sekitar  2,5 abab yang lalu, filusuf  dari Yunani yaitu Leukippusberpendapat bahwa suatu materi akan tersusun atas  butiran-butiran kecil, pendapat ini kemudian dikembangkan oleh seorang muridnya yang bernamaDemokritus. Demokritus selenjutnya berpendapat bahwa suatu materi tersusun oleh partikel-partikel kecil yang tidak dapat dibagi lagi, selajutnya partikel-partikel yag kecil tersebut dinamakan dengan atom.

Konsep atom ini selanjutnya berkembang setelah terdapat perumusan tentang Hukum Kekekalan Massa dan Hukum Perbandingan Tetap, yaitu pada abab 18 John Dalton mengungkapan teori tentang atom 

Pada tahun 1804, John Dalton mengemukakan tentang eksitensi dari suatu atom. Ia berpendapat bahwa konsep atom menurut Demokritus benar karena tidak bertentangan dengan hukum Hukum Kekekalan Massa dan Hukum Perbandingan Tetap. Berdasarkan pada pemikiran tersebut ia merumuskan teori atom, teori tersebut sebagai berikut :

1. Materi tersusun dari partikel-partikel kecil yang disebut dengan atom

2. Unsur adalah materi yang tersusun dari atom-atom yang sejenis dengan massa dan sifat yang sama

3. Unsur yang berbeda memiliki atom-atom dengan massa dan sifat yang berbeda pula.

4. Senyawa adalah materi yang tersusun dari sekurang- kurangnya 2 jenis atom dari unsur-unsur yang berbeda, dalam senyawa atom-atom tersebut berikatan melalui ikatan antar atom.

5. Atom tdak dapat dimusnahkan. Reaksi kimia hanyalah terjadi penataan ulang dari atom-atom yang terlibat dalam reaksi tersebut.

Dalam perkembangannya, tidak semua isi teori atam Dalton adalah benar, karena atom ternyata masih dapat terbagi lagi menjadi partikel-partikel yang lebih kecil yaitu partikel subatomik, seperti elektron, proton dan neuton.

Selain mengungkapkan tentang teori atom, Dalton juga memberikan gambaran tentang model atom, model tersebut digambarkan sebagai berikut :

John Dalton (1766-1844) Model Atom Dalton

Teori Atom Thomson
Penemuan elektron atas penelitian yang dilakukan oleh William Crookes (1875) yang disempurnakan oleh J.J. Thomson dan R. Milikan, memberikan bukti bahwa ketidaksempurnaan model atom Dalton, hal ini karena massa elektron lebih kecil dibandingkan dengan atom
J.J. Thompson memperinci model atom Dalton. Dikemukakannya bahwa “Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamnya tersebar muatan negatif elektron.
Cara yang mudah dan praktis untuk menggambarkan model ini adalah dengan menganggap elektron sebagai kismis di dalam roti proton, sehingga model ini diberi nama model roti kismis. Berikut ini gambar JJ Thomson dan Model Atomnya

Model Atom Rutherford

Pada tahun 1910, Rutherford melakukan eksperimennya dengan melakukan penembakan sinar alfa terhadap sasaran sebuah lempeng emas tipis. Sinar alfa merupakan sinar yang berasal dari partikel yang dipancarkan oleh zat radioaktif. Sinar ini merupakan partikel atom helium yang bermuatan positif serta mampu menembus berbagai logam.
Hasil eksperimen menunjukkan bahwa adanya partikel alfa yang terpantul pada penembakan lempeng tipis emas. Fakta ini tidak sesuai dengan model atom yang dikemukakan oleh J.J. Thomson dimana atom digambarkan bersifat homogen pada seluruh bagiannya (tidak mengindikasikan adanya bagian yang lebih padat pada atom).
Berikut ini eksperimen yang dilakukan oleh Rutherford :

Gambar. I.8 Eksperimen yang dilakukan Rutherford

Dari ekperimen tersebut dapat disimpulkan bahwa : 
a. Sebagian besar partikel sinar alfa diteruskan, menunjukkan bahwa pada atom terdapat ruang kosong 
b. Partikel sinar alfa yang mendekati inti atom dibelokkan , menunjukkan adanya gaya tolak inti terhadap lempeng tipis emas 
c. Adanya sinar yang dipantulkan, menunjukkan bahwa dalam atom-atom emas terdapat bagian yang padat yang mampu memantulkan partikel alfa dan bagian atom yang padat tersebut mempunyai muatan positif (partikel alfa yang bermuatan positif akan ditolak oleh bagian atom yang bermuatan positif)

Dengan kesimpulan ini Rutherford memberikan gagasan untuk model atom yaitu : 
Atom tersusun atas inti atom yang memiliki muatan positif dan dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif, hal ini dapat diasumsikan dengan planet yang mengelilingi matahari. Planet sebagi elektron sedangkan matahari adalah inti atom yang bermuatan positif. Berikut ini gambar  model atomnya :

Pada tahun 1886, sebelum hakikat sinar katoda ditemukan,Goldstein melakukan suatu eksperimen dengan tabung sinar katoda dan ia menemukan fakta berikut: Yaitu apabila katoda tidak berlubang ternyata gas di belakang katoda tetap gelap. Namun, apabila pada katoda  berlubang ternyata gas di belakang katoda menjadi berpijar. Hal ini menunjukkan bahwa adanya radiasi yang berasal dari anoda, yang menerobos ke lubang dan menuju ke  katoda. Radiasi itu disebut dengan sinar anoda atau sinar positif atau sinar terusan (yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini)

Hasil eksperimen ini menunjukkan bahwa sinar terusan merupakan radiasi partikel (dapat memutar kincir) yang bermuatan positif (dalam medan listrik dibelokkan ke kutub negatif). Partikel sinar terusan ternyata bergantung pada jenis gas dalam tabung. Artinya, jika gas dalam tabung diganti dengan gas yang lain, ternyata dihasilkan partikel sinar terusan dengan ukuran yang berbeda. Partikel sinar terusan terkecil diperoleh dari gas hidrogen.

Pada tahun 1906, Ernesh Rutherford, ilmuwan yan berasal dari Inggris dengan menggunakan alat spekrometer massa (modifikasi dari sinar katoda) untuk membuktikan keberadaan dari partikel yang memliki muatan positif. Dari penelitian yang telah dilakukan dihasilkan bahwa atom H menghasilkan partikel bermuatan positif yang paling ringan. Massa partikel positif dari atom-atom lainnya merupakan kelipatan dari massa positif atomH.

Selanjutnya pada tahun 1919, partikel positif dari atom H diberi nama yaitu proton yang berasal dari bahasa Yunani yaitu “proteis” yang artinya yang terpenting. Massa proton sekitar 1,672 x 10^-27.

Eksperimen Rutherford merupakan awal ditemukan neutron, dalam eksperimen yang ia mencoba menghitung jumlah muatan positif dalam inti atom dan massa inti atom, dengan harapan massa inti atom dan massa muatan positif sama tetapi setelah dilakukan perhitungan ternyata massanya berbeda.

Ini dibuktikan oleh eksperimen yang dilakukan oleh  Aston pada ahun 1919 ia menemukan alat spektrometer massa, yaitu alat yang dapat digunakan untuk menentukan massa atom dan massa molekul. Dengan alat tersebut, Aston menemukan bahwa atom-atom dari unsur yang sama dapat mempunyai massa yang berbeda. Fenomena ini selanjutnya disebut dengan  isotop, salah satu fenomena yang menggugurkan teori atom Dalton. Selain itu juga ditemukan bahwa massa suatu atom ternyata tidak sama dengan jumlah proton pada atom tersebut. Banyak atom yang massanya sekitar dua kali massa protonnya. Berdasarkan kedua fakta tersebut, Aston menduga keberadaan partikel netral dalam atom yang jumlahnya dapat berbeda meskipun unsurnya sama.

Selain itu lmuwan Amerika yaitu William Draper Harkins  pada tahun 1920 menduga adanya partikel lain dalam inti atom selain proton. Partikel tersebut mempunyai massa yang hampir sama dengan massa proton tetapi partikel tersebut tidak bermuatan. Selanjutnya Chadwick melakukan eksperimen untuk mengetahui keberadaan partikel yang tidak bermuatan atau bersifat netral.

Berikut ini gambar eksperimen yang dilakukan oleh Chadwick pada tahun 1932. 

 

Gambar. I.10 Eksperimen yang dilakukan Chadwick

Dari penembakan sinar α ke dalam pelat berilium akan menghasilkan suatu radiasi yang tidak bermuatan. Apabila terdapat suatu materi padat dalam hal ini menggunakan parafin ditempatkan sebagai penghalang, maka akan mengakibatkan proton dari atom hidrogen akan terlempar keluar.

Partikel yang tidak bermuatan tersebut selanjutnya disebut dengan neutron, dengan massa yaitu 1,675 x 10^-27 kg. Berikut ini massa dan muatan dari partikel subatom elektron, proton dan neutron.

Tabel I.1 Massa dan Muatan dari subatomik

Partikel	Lambang	Massa (kg)	Muatan
			Satuan	Coulomb
Elektron	e-	9,109 x 10 -31	-1	1,6 x 10-19
Proton	P	1,673 x 10 -27	+1	1,6 x 10-19
Neutron	N	1,675 x 10 -27	0	0

Model Atom Bohr

Model atom Rutherford tidak bisa menerangkan mengapa elektron tidak jatuh ke inti atom akibat gaya tarik elektrostatis inti terhadap elektron. Dalam ilmu pengetahuan, ketidakmampuan suatu model menerangkan fakta-fakta yang ada menunjukkan bahwa model atom menurut Rutherford belum sempurna.

Menurut hukum fisika klasik, gerakan elektron mengelilingi inti akan disertai pemancaran energi berupa radiasi elektromagnet. Jika demikian maka energi elektron akan melambat. sehingga lintasannya akan berbentuk spiral dan pada akhirnya elektron akan jatuh ke inti atom.

Kelemahan dari Rutherford diperbaiki oleh Niels Bohr dengan eksperimennya menganalisa spektrum warna dari atom hidrogen yang berbentuk garis. Hipotesis Bohr adalah :
a.	Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif di dalam suatu lintasan.
b.	Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke yang lain dengan cara menyerap atau memancarkan energi sehingga energi elektron atom itu tidak akan berkurang. Jika berpindah lintasan ke lintasan yang lebih tinggi maka elektron akan menyerap energi. Jika berpindah ke lintasan yang lebih rendah maka akan memancarkan energi.
Berikut ini gambar   model atom Bohr :

  2.Prinsip Gelombang de Broglie

Pada tahun 1924, seorang mahasiswa Prancis, L. de Broglie, mengusulkan dalam disertasinya bahwa elektron mungkin memiliki sifat-sifat gelombang. Penalarannya didasarkan pada kesimetrian alam. Karena cahaya diketahui memiliki sifat  gelombang dan partikel, mungkin materi-khususnya elektron-juga memiliki karakteristik gelombang dan partikel. Usul ini agak spekulatif karena belum ada bukti pada saat itu aspek apapun tentang elektron. Untuk frekuensi dan panjang gelombang elektron, de Broglie memilih persamaan:

f = E / h (1) dan λ = h / p (2)

dengan p merupakan momentum dan E merupakan energi elektron. Persamaan (1) diatas sama seperti persamaan Planck-Einstein untuk energi foton. Persamaan (2) juga berlaku untuk foton, sebagaimana yang dilihat dari:

λ = c / f = (hc) / (hf) = (hc) / E

Karena momentum foton dihubungkan dengan energinya oleh E = pc, kita peroleh:

λ = (hc) / pc = h / p

Persamaan de Broglie dianggap berlaku untuk seluruh materi. Akan tetapi, untuk benda-benda makroskopik, panjang gelombang yang dihitung dari persamaan (2) demikian kecilnya  sehingga tidak mungkin untuk mengamati sifat interferensi dan difraksi gelombang yang lazim. Sekalipun partikel sekecil 1 μg terlalu massif agar karakteristik gelombang teramati. Namun, keadaan ini berbeda untuk elektron berenergi rendah. Perhatikan elektron yang berenergi kinetik K. Jika elektron ini tak relativistik, momentumnya diperoleh dari:

K = p² / 2 m, atau p = √2mK

Dengan demikian panjang gelombangnya menjadi:

λ = h / p = h / √2mK = hc / √2mc²K

Dengan menggunakan hc = 1240 eV.nm dan mc² = 0,511 MeV, kita akan peroleh:

λ = 1,226 / √K  nm, K dalam elektron volt (3)

Dari persamaan (3) di atas, kita lihat bahwa dengan enegi dalam orde 10 eV memiliki panjang gelombang de Broglie berorde nanometer. Ini merupakan orde besaran ukuran atom dan jarak-pisah atom dalam kristal. Dengan demikian, apabila elektron dengan energi berorde 10 eV datang pada suatu kristal, elektron ini akan dipancarkan dengan cara hampir sama dengan sinar X dengan panjang gelombang yang sama.

Pengujian penting yang menentukan keberdaan sifat gelombang elektron ini ialah pengamatan difraksi dan interferensi gelombang elektron. Ini dilakukan secara tak sengaja pada tahun 1927 oleh C. J. Davisson dan L. H. Germer sewaktu mereka sedang mengkaji elektron yang memancar dari sasaran nikel di Bell Telephone

Laboratories. Setelah memanaskan sasaran untuk membuang lapisan oksida yang telah menumpuk selama kebocoran dalam sistem vakumnya. Davisson dan Gerner menemukan bahwa intensitas elektron yang dihamburkan sebagai fungsi sudut hamburan menunjukkan maksima dan minima. Sasaran mereka telah terkristalkan, dan secara tak sengaja mengamati adanya difraksi elektron. Mereka kemudian menyiapkan sasaran yang terdiri dari atas kristal tunggal nikel dan menyelidiki fenomena ini berkali-kali. Pada tahun yang sama   G. P. Thomson (putra J. J. Thomson) juga mengamati difraksi elektron dalam menghantarkan elektron melalui lembaran tipis logam. Lembaran tipis logam terdiri atas kristal kecil yang diorientasikan secara acak. Pola difraksi yang terjadi dari lembar tipis menghasilkan lingkaran yang konsentris. Sejak Thomson melakukan percobaannya, difraksi telah teramati untuk neutron, proton, dan partikel lainnya.

Tidak lama setelah sifat gelombang elektron berhasil diperagakan melalui eksperimen, disarankan bahwa elektron dibandingkan dengan cahaya mungkin dapat digunakan untuk melihat benda kecil. Sekarang mikroskop elektron merupakan satu alat penelitian yang sangat penting. Alat ini bekerja dengan cara berkas elektron dibuat sejajar dan difokuskan oleh magnet yang didesain khusus berfungsi sebagai lensa. Energi elektron biasanya 100 keV, yang menghasilkan panjang gelombang kira-kira 0,004 nm. Spesimen sasaran sangat tipis agar berkas yang dihantarkan tidak diperlambat atau dihamburkan terlalu banyak. Bayangan akhir diproyeksikan ke dalam layar pendar atau film. Berbagai distorsi yang terjadi akibat masalah pemfokusan dengan lensa magnetik membatasi resolusi hingga sepersepuluh nm, yang kira-kira seribu kali lebih baik daripada yang dapat dicapai dengan cahaya tampak.

Prinsip ketidakpastian Heisenberg

Tidak mungkin kita mengetahui posisi partikel secara teliti dan momentum partikel secara teliti pada saat yang bersamaan. Berdasarkan prinsip ini, berarti kita tidak dapat mengetahui lintasan elektron secara pasti seperti yang dikemukakan oleh Bohr, inilah yang menyebabkan teori atom Bohr melanggar Prinsip ketidakpastian Heisenberg. Yang dapat ditentukan hanyalah orbital. Orbital adalah daerah kebolehjadian terbesar

untuk menemukan elektron (Gambar 9.24) Orbital bukanlah bidang tetapi sebuah ruang, kira-kira mirip dengan lapisan-lapisan kulit bawang

Persamaan Gelombang Schrödinger

1. Gelombang elektron dapat dijelaskan oleh suatu fungsi matematik yang memberikan amplitudo gelombang pada titik apa saja dalam ruang. Fungsi ini disebut fungsi gelombang dan dilambangkan oleh huruf Y (psi).

2. Kuadrat fungsi gelombang 2 Y , memberikan peluang (probabilitas) menemukan elektron pada titik apa saja dalam ruang. Tidaklah mungkin menyatakan secara tepat di mana lokasi elektron bila elektron dipandang

sebagai gelombang. Model gelombang ini tidak bertentangan dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg karena model ini tidak mendefinisikan lokasi elektron secara pasti

3. Ada banyak fungsi gelombang yang deskripsi gelombang elektronnya dalam suatu atom dapat diterima. Setiap fungsi gelombang ini dikarakteristikkan oleh sekumpulan bilangan-bilangan kuantum. Nilai-nilai bilangan kuantum berkaitan dengan bentuk dan ukuran gelombang elektron dan lokasi elektron dalam ruang

tiga dimensi Berdasarkan hasil persamaan Schrödinger ,kemungkinan cara terbaik untuk memvisualisasikan (menggambarkan) sebuah elektron dalam sebuah atom adalah seperti sebuah awan bermuatan negatif yang didistribusi di sekitar inti atom. Awan ini disebar menjauhi inti dalam kesebandingan dengan nilai 2 Y dari tiap lokasi.

***

Muhammadsainudinnoor.blogspot.com

Facebook.com/ muhammadsainudinnoor

@sainudin97