PERKEMBANGAN TEORI ATOM

Sumber Gambar emaze.com

Dalam sejarah ada sejmulah ilmuan yang mengungkapkan  teori dan asumsi mereka tentang atom yang didasarkan oleh sejumlah experiment yang mereka lakukan. Dimulai dari orang yang paing pertama mengungkapkan pemikirannya tentang atom yang diikuti dengan sejumlah orang yang ikut menyumbang pendapat dan teori tersediri dari mereka berdasarkan pola pikir yang
berbeda. Hal tersebut menyebabkan dari masa ke masa konsep dan teori atom semakin berkembang.

·         Leukippos dan Demokritus (460 – 380 SM)

Leukippos merupakan orang pertama yang mencetuskan tentang keberadaan atom. Beliau bersama dengan muridnya benama Demokritus muridnya mengemukakan pendapatnya tentang atom  bahwa sebuah 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.

·         Teori atom Dalton

Setelah masa demokritus berlalu pada tahun 1803 eorang ilmuan berkebangasaan inggris mengungkapkan pemikirannya terhadap atom. Dia mendasari pemikinnya berdasarkan Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) yang menjelasakan bahwa 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 yaitu bahwa atom merupakan bagian dari suatu materi dimana merupakan penyusun dari materi tersebut dan merupakan pertikel-pertikel yang sangat kecil, dimana setiap unsur memiliki sifat yang sama atau identik dan tidak dapat diubah menjadi struktur lain. Selain itu Dalton juga mendapatkan bahwa Pada reaksi kimia terjadi penataulangan atom-atom yang bereaksi. Reaksi kimia terjadi karena pemisahan atom-atom dalam senyawa untuk kemudian bergabung kembali membentuk senyawa baru.

Teori atom dalton pada saat itu diakui, namun sejalan dengan bergulirnya waktu seorang ilmuan menemukan kelemahan dari teori dalton terbut. Kelemahan tersebut adalah teori atom yang diungkapkan oleh dalton tidak dapan menjelaskan masalah seperti  sifat listrik dari materi, spektrum unsur, masalah pembentukan ikatan kimia dan lain-lain sebagainya.  Diperkuat lagi dengan penelitian Tahun 1886 oleh Eugene Goldstein menemukan partikel bermuatan listrik positif yang kemudian disebut proton. Dan tahun 1932 James Chadwick berhasil menemukan neutron. Salah satu hipotesis Dalton adalah reaksi kimia dapat terjadi karena penggabungan atom-atom atau pemisahan gabungan atom. Misalnya, logam natrium bersifat netral dan reaktif dengan air dan dapat menimbulkan ledakan. Jika logam natrium direaksikan dengan gas klorin yang bersifat racun dan berbau merangsang, maka akan dihasilkan NaCl yang tidak reaktif terhadap air, tidak beracun, dan tidak berbau merangsang seperti logam natrium dan gas klorin. Karena ada banyak hal yang tidak dapat diterangkan oleh teori atom Dalton, maka para ilmuwan terdorong untuk melakukan penyelidikan lebih lanjut tentang rahasia atom

·         Teori Atom Thomson

Setelah tahun 1897 Joseph John Thomson berhasil membuktikan dengan tabung sinar katode bahwa sinar katode adalah berkas partikel yang bermuatan negatif (berkas elektron) yang ada pada setiap materi yang didasarkan pada sebuah percobaan yang dia lakukan dengan menggunakan tabung lucutan yang menghasilkan sinar katoda. Sinar ini ternyata bermuatan listrik karena dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet. Jenis muatan sinar katoda ini adalah negatif yang selanjutnya disebut sebagai elektron Thompson memperkirakan bahwa elektron ini sebagai partikel elementer penyusun atom. Elektron merupakan partikel sub atomik pertama yang dikenal manusia. Berdasarkan penemuan ini maka tahun 1898 J.J.Thomson membuat suatu teori atom. Menurut Thomson, atom berbentuk bulat di mana muatan listrik positif yang tersebar merata dalam atom dinetralkan oleh elektron-elektron yang berada di antara muatan positif. Elektron-elektron dalam atom diumpamakan seperti butiran kismis dalam roti, maka Teori Atom Thomson juga sering dikenal Teori Atom Roti Kismis.

Kelebihan dari teori atom oleh Thomson bahwa dapat membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom dengan kata lain, berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur. Namun ternyata teori atom menurut Thomson ini masih ada kekurangannya, yang coba dijelaskan oleh ilmuan lain bahwa ternyata didalam atom itu ternyata masih ada muatan lain selain muatan negatif yaitu proton atau muatan positip. Selain itu ternyata muatan negatif atau elektron yang dijelskan oleh Thomson melalui teori roti kismisnya itu memiliki susunan tersendiri. Imuan yang menagatkan hal itu adalah Rutherford.

·         Teori Atom Rutherford

Pada tahun 1903 Philipp Lenard melalui percobaannya membuktikan bahwa teori atom Thomson yang menyatakan bahwa elektron tersebar merata dalam muatan positif atom adalah tidak benar. Hal ini mendorong Ernest Rutherford (1911) tertarik melanjutkan eksperimen Lenard. Dengan bantuan kedua muridnya Hans Geiger dan Ernest Marsden, Rutherford melakukan percobaan dengan hamburan sinar alfa. Partikel alfa bermuatan positif yang di pancarkan kesebuah lempengan emas Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1°), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90° bahkan lebih. Berdasarkan kesimpulan tersebut Rutherford menyimpulkan bahwa:

1.      Sebagian besar ruang dalam atom adalah ruang hampa; partikel alfa diteruskan (panah a).

2.      Di dalam atom terdapat suatu bagian yang sangat kecil dan padat yang disebut inti atom; partikel alfa dipantulkan kembali oleh inti atom (panah b).

3.      Muatan inti atom dan partikel alfa sejenis yaitu positif; sebagian kecil partikel alfa dibelokkan (panah b).

Hasil percobaan tersebut menggugurkan teori atom Thomson. Kemudian Rutherford mengajukan teori atom sebagai berikut: atom tersusun atas inti atom yang bermuatan positif sebagai pusat massa dan dikelilingi elektron-elektron yang bermuatan negatif.
Massa atom berpusat pada inti dan sebagian besar volume atom merupakan ruang hampa. Atom bersifat netral, karena itu jumlah muatan positif dalam atom (proton) harus sama dengan jumlah elektron. Diameter inti atom berkisar 10^–15 m, sedang diameter atom berkisar 10^–10 m. Teori atom Rutherford hanya mampu menjelaskan bahwa elektron-elektron yang beredar mengelilingi inti atom berada dalam ruang hampa, tetapi belum mampu menjelaskan distribusi elektron-elektron secara jelas. Kelemahan teori atom Rutherford:

1. Tidak dapat menjelaskan bahwa atom bersifat stabil. Teori atom Rutherford bertentangan
   dengan Hukum Fisika Maxwell. Jika partikel bermuatan negatif (elektron) bergerak mengelilingi partikel bermuatan berlawanan (inti atom bermuatan positif), maka akan mengalami percepatan danmemancarkan energi berupa gelombang elektromagnetik. Akibatnya energi elektron semakin berkurang. Jika demikian halnya maka lintasan elektron akan berupa spiral. Pada suatu saat elektron tidak mampu mengimbangi gaya tarik inti dan akhirnya elektron jatuh ke inti. Sehingga atom tidak stabil padahal kenyataannya atom stabil.
2. Tidak dapat menjelaskan bahwa spektrum atom hidrogen berupa spektrum garis (diskrit/diskontinu). Jika elektron berputar mengelilingi inti atom sambil memancarkan energi, maka lintasannya berbentuk spiral. Ini berarti spektrum gelombang elektromagnetik yang dipancarkan berupa spektrum pita (kontinu) padahal kenyataannya dengan spektrometer atom hidrogen menunjukkan spektrum garis   
3. Teori Atom Bohr

Diawali dari pengamatan Niels Bohr terhadap spektrum atom, adanya spektrum garis menunjukkan bahwa elektron hanya beredar pada lintasan-lintasan dengan energi tertentu. Dengan teori Mekanika Kuantum Planck, Bohr (1913) menyampaikan 2 postulat untuk menjelaskan kestabilan atom. Dua Postulat Bohr:

1. Elektron mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu yang stasioner yang disebut orbit/kulit. Walaupun elektron bergerak cepat tetapi elektron tidak memancarkan atau menyerap energi sehingga energi elektron konstan. Hal ini berarti elektron yang berputar mengelilingi inti atom mempunyai lintasan tetap sehingga elektron tidak jatuh ke inti.
2. Elektron dapat berpindah dari kulit yang satu ke kulit yang lain dengan memancarkan atau menyerap energi. Energi yang dipancarkan atau diserap ketika elektron berpindah-pindah kulit disebut foton. Besarnya foton dirumuskan: E = hv = hc/panjang gelombangEnergi yang dibawa foton ini bersifat diskrit (catu). Jika suatu atom menyerap energi, maka energi ini digunakan elektron untuk berpindah kulit dari tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi. Pada saat elektron kembali ke posisi semula akan dipancarkan energi dengan besar yang sama. Jadi, hanya elektron pada kulit tertentu dengan tingkat energi tertentu yang dapat bergerak, sehingga frekuensi cahaya yang ditimbulkan juga tertentu. Hal inilah yang digunakan untuk menjelaskan spektrum diskrit atom hidrogen. Kelemahan teori atom Bohr:

1. Hanya mampu menjelaskan spektrum atom hidrogen tetapi tidak mampu menjelaskan spektrum
   atom yang lebih kompleks (dengan jumlah elektron yang lebih banyak).
2. Orbit/kulit elektron mengelilingi inti atom bukan berbentuk lingkaran melainkan berbentuk elips.
3. Bohr menganggap elektron hanya sebagai partikel bukan sebagai partikel dan gelombang, sehingga
   kedudukan elektron dalam atom merupakan kebolehjadian.

·           Teori atom modern atau mekanika kuantum

Setelah teori Niehl Bohr ternyata juga mempunyai kelemahan, ilmuwan berikutnya yang berusaha memperbaiki adalah Erwin Schrodinger. Berdasar pengembangan selanjutnya yang mengatakan bahwa lintasan electron itu tidak berbentuk bulat mengelilingi inti namun menyerupai gelombang. Oleh karena itu, posisinya tidak dapat diketahui secara pasti. Teori atom mekanika kuantum memiliki persamaan dengan teori Niels bohr mengenai tingkat-tingkat energy atau kulit atom, tetapi berbeda dalam hal lintasan atau orbit tersebut. Percobaan yang dilakukannya adalah percobaan Chadwick Kesimpulan hasil percobaan: sketsa teori mekanika kuantum. 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.