Struktur Atom

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 :

1. Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi
2. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda
3. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen.
4. 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 :

1. Tidak dapat menjelaskan sifat listrik materi.
2. Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.
3. Tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lain.
4. 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

1. 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)
2. Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)
3. Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.