Dari zaman yunani kuno hingga
sekarang, model dan teori atom terus berkembang. Melalui model dan teori atom,
kita dapat mengetahui struktur suatu atom.
1. Leukippos dan
Demokritus (460 – 380 SM)
Leukippos
merupakan orang pertama yang mencetuskan tentang keberadaan atom. Beliau
bersama dengan Demokritus muridnya mengemukakan bahwa materi terbentuk dari
partikel yang sudah tidak terbagi lagi. Yang kemudian mereka namai dengan
sebutan atom (Yunani: atomos = tak
terbagi). Namun, Pendapat ini ditolak oleh Aristoteles, Dia berpendapat bahwa
materi bersifat kuntinu (materi dapat dibelah terus-menerus sampai tidak
berhingga). Oleh karena Aristosteles termasuk orang yang sangat berpengaruh
pada masa itu, gagasan tentang atom memudar dan tidak mengalami perkembangan
selama berabad-abad lamanya.
2. Gassendi (1592-1655 M)
Pemikiran tentang keberadaan atom muncul kembali.
Sekitar tahun 1592 - 1655 Gasendi mengemukakan bahwa atom merupakan bagian
terkecil suatu zat. Isaac Newton (1642 - 1727), seorang ilmuwan yang sangat
berpengaruh pada masa itu, mengemukakan dukungannya tentang keberadaan atom.
3. Teori
atom Dalton
(1808 M)
Pada tahun 1803, John Dalton
berpendapat tentang atom. Teori atom Dalton
didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum
Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum
Prouts). Lavosier menyatakan 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”. Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan
pendapatnya tentang atom sebagai berikut :
- Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang
sudah tidak dapat dibagi lagi
- Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat
kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur
yang berbeda
- Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan
perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom
hidrogen dan atom-atom oksigen.
- Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan
atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat
diciptakan atau dimusnahkan.
Berdasarkan berbagai penemuan pada masa itu, John
Dalton merumuskan teori
atom
yang pertama, yang kita kenal sebagai teori atom Dalton. Berikut adalah postulat-postulat
dalam teori atom Dalton.
Namun pada perkembangannya, terdapat kelemahan dari teori atom Dalton ini, di antaranya :
- Tidak
dapat menjelaskan sifat listrik materi.
- Tidak
dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.
- Tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom
unsur yang satu dengan unsur yang lain.
- Tidak
menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.
Meskipun demikian, Teori atom Dalton diterima karena dapat menjelaskan
dengan baik beberapa fakta eksperimen pada masa itu, di antaranya Hukum
Kekekalan Massa dan Hukum Perbandingan Tetap dengan baik.
4. Hipotesa
Prout (1785-1855)
Hipotesis
Prout adalah upaya yang
dilakukan di awal abad kesembilan belas untuk menjelaskan keberadaan beberapa
unsur kimia melalui hipotesis tentang struktur internal dari atom . Pada 1815
dan 1816 , kimiawan Inggris William Prout menerbitkan dua artikel di mana ia
mencatat bahwa berat atom yang telah ditetapkan untuk unsur yang dikenal pada
saat itu tampaknya menjadi beberapa dari semua berat atom hidrogen . Akibatnya,
hipotesis bahwa atom hidrogen adalah satu-satunya benar-benar mendasar, dan
bahwa atom elemen lain sebenarnya kelompok dari beberapa atom hidrogen.
5. Michael Faraday (1830)
Mengatur sepasang plat logam
dibungkus dalam sebuah tabung gelas. Tabung itu penuh dengan gas, dan plat
logam yang terhubung ke rangkaian baterai. Sebagai tekanan gas menurun, gas
mulai menyala. Julius Plucker (1858)
memperhatikan bahwa hanya satu ujung yang dipancarkan cahaya. Ia juga mengubah
posisi dari patch dari kaca yang bersinar dengan membawa magnet dekat dengan
tabung.
Kesimpulan :
Pengaruh medan
magnet sebagai bukti bahwa apa pun diproduksi cahaya ini bermuatan listrik.
Katoda – plat metal terhubung ke ujung negatif
Anoda – plat
metal terhubung ke ujung positif
6. Johannes Hittorf (1869)
Ditemukan
bahwa ketika sebuah benda padat ditempatkan antara katoda dan anoda, bayangan
dilemparkan pada ujung tabung di seberang katoda.
Kesimpulan :
Beberapa balok atau sinar yang dilepaskan oleh katoda – selanjutnya disebut
tabung sinar katoda tabung.
7. William Crookes
Dikembangkan
sebuah pompa vakum yang lebih baik yang memungkinkan dia untuk menghasilkan
sinar katoda.
Kesimpulan :
Roays katoda bermuatan negatif dengan mempelajari defleksi sinar katoda oleh medan magnet
8. Model Atom Thomson
Pada Tahun 1900, J. J Thomson
menemukan Elektron. Penemuan elektron berkaitan dengan percobaan-percobaan
tentang hantaran listrik melalui tabung hampa. Melalui percobaan dapat
ditunjukkan bahwa perpendaran itu disebabkan oleh suatu radiasi yang memancar
dari permukaan katoda menuju anoda.Oleh karena berasal dari katoda, maka
radiasi ini disebut sinar katoda. Percobaan
lebih lanjut menunujukan bahwa sinar
katode merupakan radiasi partikel yang bermuatan listrik negatif.
Selanjutnya, Thomson menamakanya elektron.
Berdasarkan hal itu, Thomson menyimpulkan bahwa elektron merupakan partikel
dasar penyusun atom.
Setelah penemuan elektron pada
tahun 1900, J. J Thomson mengajukan model atom yang menyerupai roti kismis.
Menurut Thomson, atom terdiri dari materi bermuatan positif dan di dalamnya
tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis.
Kesimpulan : Ada harus bermuatan positif partikel yang juga harus
membawa massa
atom. Model Dalton
sekarang tidak benar karena atom dibagi.
9. William Conrad Roentgen
Ditemukan
x-ray saat menggunakan sinar katoda tabung. Ditemukan bahwa x-ray bisa lulus
melalui benda padat.
10. Model Atom Rutherford
Pada tahun 1910, Ernest Rutherford bersama dua orang
asistennya, yaitu Hans Geiger dan Ernest Marsden, melakukan serangkaian
percobaan untuk mengetahui lebih banyak tentang susunan atom. Mereka menembaki
lempeng emas yang sangat tipis dengan partikel sinar alfa berenergi tinggi.
Mereka menemukan bahwa sebagian besar partikel alfa
dapat menembus lempeng emas tanpa pembelokkan berarti, seolah-olah lempeng emas
itu tidak ada. Akan tetapi, kemudian mereka menemukan bahwa sebagian kecil dari
partikel alfa mengalami pembelokan yang cukup besar, bahkan di antaranya
dipantulkan.
Adanya partikel alfa yang terpantul mengejutkan Rutherford. Partikel alfa yang terpantul itu pastilah
telah menabrak sesuatu yang sangat padat dalam atom. Fakta ini tidak sesuai
dengan model yang dikemukakan oleh J. J Thomson, dimana atom digambarkan
bersifat homogen pada seluruh bagiannya.
Pada tahun 1911, Rutherford
menjelaskan penghamburan sinar alfa
dengan mengajukan gagasan tentang inti
atom. Menurut Rutherford, sebagian besar dari massa dan muatan positif atom terkonsentrasi
pada bagian pusat atom yang selanjutnya disebut inti atom. Elektron beredar
mengitari inti pada jarak yang relatif sangat jauh. Lintasan elektron itu
disebut kulit atom.
Namun, terdapat kelemahan pada teori atom Rutherford
yakni tidak dapat menjelaskan elektron itu tidak jatuh ke intinya. Menurut
teori fisika klasik, gerakan elektron mengitari inti akan disertai pemancaran
energi berupa radiasi elektromagnet. Dengan demikian, energi elektron semakin
berkurang dan gerakannya melambat sehingga membentuk lintasan spiral dan
akhirnya jatuh ke inti atom.
Pemantauan
penyerapan radioaktivitas :
Ø
Radiasi Alpha –
muatan positif – diserap oleh
seratus beberapa dari cm atau logam foil
Ø
Radiasi Beta –
muatan negatif – bisa melewati
foil sebanyak 100X sebelum diserap
Ø
Sinar Gamma –
tanpa biaya – bisa menembus
beberapa cm timbal
Kesimpulan : Atom
terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi
oleh elektron yang bermuatan negatif. Rutherford
menduga bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi
mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.
11. Robert
Milikan (1908-1917)
JJ Thompson sebelumnya dihipotesiskan bahwa massa sebuah elektron
tunggal setidaknya 1000 kali lebih kecil dari atom terkecil. Milikan mengukur
muatan elektron dengan minyak-drop aparatur. Sebuah “alat penyemprot” dari
botol parfum disemprotkan minyak atau air tetesan ke dalam ruang sampel.
Beberapa tetesan jatuh melalui lubang jarum ke wilayah antara 2 plat (satu
positif dan satu negatif). Ruang tengah adalah terionisasi oleh x-ray. Partikel
yang tidak menangkap elektron jatuh ke plat bawah karena gravitasi. Partikel
yang tidak menangkap satu atau lebih elektron tertarik ke plat atas positif dan
baik melayang ke atas atau turun lebih lambat.
12. A. Van
Den Broek (1913)
Van Den Broek menyarankan
bahwa muatan positif pada atom harus dibandingkan dengan nomor atom mereka,
tidak berat atom mereka. Pada saat itu, nomor atom (z) hanya ditentukan lokasi elemen pada tabel periodik.
Saat ini, jumlah atom, menurut definisi, jumlah proton dalam atom.
13. Model
atom bohr (1913)
Pada tahun 1913, berdasarkan analisis spektrum atom
dan teori kuantum yang dikemukakan oleh Max Planck, Niels Bohr mengajukan model
atom hidrogen. Model atom hidrogen menurut Bohr menyerupai sistem tata surya.
Elektron dalam atom hanya dapat berada pada tingkat energi tertentu. Artinya,
elektron hanya dapat beredar pada lintasan tertentu saja. Elektron dapat
berpindah dari satu kulit ke kulit lain disertai pemancaran atau penyerapan
sejumlah tertentu energi.
14. HGJ
Moseley (1914)
Pemantauan frekuensi
sinar x-ray yang dilepaskan oleh sinar katoda tabung ketika elektron menyerang
anoda. Menemukan bahwa ada hubungan antara frekuensi (v) dari x-ray yang
dilepaskan oleh tabung sinar katoda dan jumlah atom dari logam yang digunakan
untuk membentuk anoda.
Kesimpulan : dia berargumen bahwa
frekuensi sinar x-ray harus tergantung pada muatan pada inti memancarkan ini
x-ray. Oleh karena itu, nomor atom adalah sama dengan muatan positif (muatan
pada nukleus) dari sebuah atom.
15. Model Atom
Mekanika Kuantum (1926)
Teori
atom Bohr hanya sesuai untuk atom hidrogen. Selain itu, pada perkembangan
selanjutnya diketahui bahwa gerakan elektron menyerupai gelombang. Oleh karena
itu, posisi elektron tidak mungkin dapat dipastikan. Dengan kata lain, orbit
elektron yang berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu seperti yang
dikemukakan Niels Bohr tidak dapat diterima.
Pada
tahun 1926, dengan menggunakan pemikiran Louis de Broglie bahwa partikel
berperilaku seperti gelombang, Erwin Schrödinger mengembangkan suatu model atom
matematis yang menggambarkan elektron sebagai gelombang tiga dimensi daripada
sebagai titik-titik partikel. Menurut teori atom
mekanika kuantum, meski elektron mempunyai tingkat energi tertentu, posisinya
tidak dapat dipastikan. Yang dikatakan tentang posisi elektron adalah peluang
untuk menemukannya. Daerah dengan peluang terbesar untuk menemukan elektron
tersebut disebut orbital. Orbital
biasanya digambarkan berupa awan dengan ketebalan yang bervariasi. Awan yang
lebih tebal menyatakan peluang yang lebih besar untuk menemukan elektron dan
sebaliknya. Teori atom mekanika kuantum dapat menjelaskan struktur atom yang
lebih kompleks (atom multielektron).
16. Teori Atom Modern
Daerah ruang di sekitar
inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk
dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger
memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan
batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.
Persamaan Schrodinger
|
x,y dan z
Y
m
ђ
E
V
|
= Posisi dalam tiga dimensi
= Fungsi gelombang
= massa
= h/2p dimana h = konstanta plank dan p = 3,14
= Energi total
= Energi potensial
|
Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern
atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat
pada gambar berikut ini.
Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron.
Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat
energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit
bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit
dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama
tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.
Ciri khas model atom mekanika gelombang
- Gerakan elektron memiliki
sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti
model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang
disebut orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar
ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom)
- Bentuk dan ukuran orbital
bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang
menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)
- Posisi elektron sejauh
0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti,
tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.
