MODUL BELAJAR KIMIA SEKOLAH MENENGAH ATA

(1)

Alamat Korespondensi

[email protected]

MODUL BELAJAR KIMIA

SEKOLAH MENENGAH ATAS

PERKEMBANGAN MODEL

ATOM

(2)

(3)

1 Perkembangan | insanilmiah-ilmusains.blogspot.com

Perkembangan

Teori Atom

1. Penemuan-penemuan

dasar tentang materi

Perkembangan teori atom didahului oleh penemuan-penemuan dasar tentang materi. a. Plato dan Aritoteles, sifat materi adalah

kontinyu (dapat dibagi sampai tidak terhingga).

b. Democritus (460-370 SM), sifat materi adalah diskontinyu (Materi terdiri dari partikel kecil yang tidak dapat dibagi lagi), dinamakan atom.berasak dari bahasa yunani atomos (tidak dapat dibagi).

c. Robert Boyle (1627-1804), atom merupakan penyusun materi.

d. Joseph Priestley (1733 – 1804), mengisolasi oksigen (O2) dari

pembakaran HgO pada tahun 1774. HgO  2 Hg + O2

2. Perkembangan Teori Atom

a. Antonie Lavoiser (1743 – 1749), reaksi pembakaran gas hidrogen menghasilkan air menunjukkan bahwa jumlah materi atau zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama. Hukum kekekalan massa,

“Massa tidak dapat diciptakan dan

dimusnahkan dalam reaksi kimia).

b. Joseph Proust (1754-1826), Hukum

perbandingan tetap (Hukum

Proust,”contoh yang berbeda dari bahan kimia murni selalu mempunyai

perbandingan massa yang sama”).

c. Jawaban tentang hukum kekekalan massa dan perbandingan tetap diterangkan oleh John Dalton (1766-1844) pada tahun 1808 melalui teori atomnya:

- Materi disusun oleh partikel kecil yang disebut atom.

- Setiap materi ditentukan oleh massa atomnya. Atom dari materi yang sama mempunyai massa yang sama, dan atom dari materi yang berbeda mempunyai massa yang berbeda. - Kombinasi kimia dari materi

membentuk materi lain terjadi bila atom-atomnya bergabung bersama sesuai dengan rasio bilangan bulat. - Reaksi kimia hanya mengubah

(4)

2 | insanilmiah-ilmusains.blogspot.com

Teori Atom

1. Teori Dalton

Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan teorinya sebagai berikut : a. Setiap unsur tersusun atas

partikel-partikel kecil yang tidak dapat dibagi lagi dan disebut atom.

b. Atom-atom dari unsur yang sama akan mempunyai sifat yang sama, sebaliknya atom-atom dari unsur yang berbeda akan mempunyai sifat yang berbeda pula. c. Atom tidak dapat diciptakan dan tidak

dapat dimusnahkan.

d. Bila atom-atom membentuk molekul, atom-atom tersebut bergabung dengan angka perbandingan yang bulat dan sederhana seperti 1:1, 2:1, dan 2:3.

Gambar 1. Atom Teori Dalton

Penjelasan :

 Teori Dalton pada point d tersebut

dikenal sebagai hukum perbandingan berganda (Hukum Dalton).

Misalnya C dan O berkombinasi membentuk dua senyawa berbeda, yaitu CO dan CO2, maka perbandingan massa

oksigen pada CO dan CO2 adalah:

CO CO2

Unsur C 1 gram 1 gram Unsur O 1,33 gram 2,67 gram

Kelemahan dari model atom Dalton: - Tidak dapat menjelaskan sifat

listrik materi.

- Tidak dapat menjelaskan gaya gabung unsur-unsur. Misalnya mengapa dalam pembentukan air (H2O) suatu atom oksigen

mengikat 2 atom hidrogen.

2. Penemuan Sinar Katoda :

Elektron

Pada tabung gelas (tabung Crookes) yang bertekanan biasa diapasang dua elektrode yang dihubungkan dengan sumber arus listrik ternyata tidak menunjukkan adanya gejala aliran listrik dalam medium tabung. Namun bila tekanan udara atau gas dalam tabung dikurangi menjadi sangat rendah ternyata nampak adanya loncatan sinar yang menjalar dari katoda menuju anoda. Loncatan sinar ini kemudian disebut sebagai sinar katoda. Hal ini telah dilakukan oleh

(5)

3 Teori Atom | insanilmiah-ilmusains.blogspot.com tabung crookes. Hasil penyelidikan dengan

tabung crookes adalah sebagai berikut: - Jika di antara kedua elektrode dipasang

suatu obyek, ternyata diperoleh bayangan bangun obyek ini pada layar pedar di belakangnya. Disimpulkan bahwa sinar katoda berjalan menurut jejak lurus.

- Jika di antara kedua elektroda dipasang

baling-baling ternyata baling-baling ini menjadi berputar. Maka dapat disimpulkan bahwa sinar katoda mempunyai energi kinetik.

- Sinar katoda dapat menimbulkan peristiwa pedar (flourensen) pada senyawa-senyawa tertentu misalnya ZnS sebagaimana peristiwa munculnya gambar pada layar televisi.

- Sinar katoda dibelokkan oleh medan magnetik dan medan listrik dan menuju plat (kutub) positif. Dapat disimpulkan bahwa sinar katoda bermuatan negatif. - Jika sinar katoda mengenai lembaran

tipis logam akan mengakibatkan panas hingga membara.

-- Sinar katoda mampu mengionkan molekul-molekul gas yang dilaluinya. - Sinar katoda mampu menghasilkan

radiasi penetrasi (tembus) tinggi (sebagai sinar-X) jika difokuskan pada suatu target.

- Sinar katoda merusak film maupun kertas foto.

Jadi sinar katoda terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif.

3. Percobaan Thomson

Thomson melakukan suatu percobaan untuk mengukur perbandingan massa dan muatan (e/m) dari sinar katoda (partikel negatif) yang telah diketahui pada tahun

Gambar 3. Sinaf katoda dibelokkan terhadap (a) medan magnetik dan (b) medan listrik. Gambar 2. Sinar katoda bergerak

lurus

Gambar 4. Bagan alat Thomson untuk menentukan e/m

(6)

4 Teori Atom | insanilmiah-ilmusains.blogspot.com 1897. Thomson menggunakan tabung

crookes.

Hampir semua udara di dalam tabung dikeluarkan sehingga tekanan udara dalam tabung kira-kira 0,01 mmHg. Ambil V pada sumber voltase yang ditunjukkan pada Gambar 4. sebagai beda potensial tinggi antara katoda K dengan anoda A. beda potensial V ini mempercepat partikel-partikel bermuatan negatif yang keluar dari katoda menuju ke anoda. Kecepatan partikel tersebut v yang dapat dihitung dari fakta bahwa energi potensial listrik yang diterima partikel bermuatan e dari beda potensial V, yaitu Ep =

eV, diubah menjadi energi kinetik elektron yang keluar dari katoda, yaitu Ek = ½ mv2.

Dimana e, m, dan v berturut-turut adalah muatan, massa, dan kecepatan partikel negatif.

Bagiamana menentukan kecepatan partikel negatif v? Beberapa partikel berhasil melalui lubang anoda A membentuk berkas-berkas partikel tipis. Supaya berkas-berkas-berkas-berkas partikel dengan kecepatan v ini bergerak lurus menuju ke layar, maka ditengah-tengah tabung diletakkan keping sejajar dengan kuat medan listrik E berarah ke atas dan elektromagnet dengan induksi magnetik B berarah masuk bidang tabung. Dalam pembahasan medan magnetik telah

dijelaskan bahwa perangkat ini berfungsi sebagai selektor kecepatan, yang memberikan v = E/B.

Jika dimasukkan ke persamaan di atas maka:

Jadi, dengan mengetahui nilai-nilai kuat medan listrik keping sejajar atau E (dalam N/C), beda potensial antara katoda dan anoda tabung atau V (dalam volt) dan besar induksi elektromagnetik atau B (dalam tesla atau Wb/m2) untuk keadaan tanpa defleksi (simpangan) dari berkas, maka nilai e/m dapat ditentukan.

Thomson mendapatkan sesuatu hal bahwa“nilai e/m tidak bergantung pada jenis logam katoda dan jenis gas dalam tabung”.

(7)

5 Teori Atom | insanilmiah-ilmusains.blogspot.com

4. Penentuan Muatan dan Massa

Elektron

Elektron merupakan partikel yang sangat kecil dan massanya tidak mungkin diukur secara langsung. Karena hal itu, maka

penemuan nilai rasio e/m

tersebutmemberikan ide bagi R.A.Milikan untuk menangkap elektron ke dalam tetes minyak yang jauh lebih besar dan dapat terukur massanya sehingga muatan minyak (elektron) dapat ditentukan. Dengan menyemprotkan minyak ke dalam ruangan yang telah dikurangi tekanan udaranya dengan pompa V, maka akan diperoleh butiran-butiran tetes minyak yang sangat kecil. Beberapa butiran minyak akan lolos lewat sebuah celah pada plat positif (+) dan jatuh pada plat negatif (-).

Salah satu atau beberapa butir minyak ini tentu dapat menangkap elektron hasil ionisasi udara dalam ruang alat oleh sinar-X, sehingga butir minyak ini menjadi bermuatan negatif. Melalui teleskop, pengamat dapat mengamati jatuh tidaknya butir-butir ini jika diberikan medan listrik melalui kedua plat (+)

dan (-). Butir minyak akan jatuh jika tidak bermuatan negatif (tidak menangkap elektron). Dan untuk butir yang menangkap elektron akan menjadi bermuatan negatif sehingga tertahan oleh plat (+) atau jatuh diperlambat dan inilah yang diselidiki lebih lanjut.

Dengan mengatur besarnya beda potensial V antara kedua plat (+) dan (-) maka butiran m,inyak yang bermuatan (-) akan dapat ditahan menempel pada bagian plat (+) selanjutnya jika V dihilangkan maka butiran minyak yang bermuatan akan jatuh dengan kecepatan v yang dapat diamati. Hubungan jari-jari dengan kecepatan jatuhnya butir minyak dinyatakan dengan rumus,

= 9�� bermuatan dapat ditahan melayang di antara kedua plat (+) dan (-), maka berlaku hubungan: gaya listrik pada butir minyak = gaya gravitasi pada butir minyak.

Yaitu � =�� ⇔ = �_��

Dengan d = jarak antara kedua plat (+) dan (-) dan q = muatan butir minyak.

Besaran-besaran m, g, d, dan V telah diketahui. Sehingga muatan butir minyak dapat ditentukan. Dari berbagai macam cairan dengan berbagai percobaan ternyata

(8)

6 Teori Atom | insanilmiah-ilmusains.blogspot.com selalu diperoleh hasil yang merupakan

kelipatan bilangan bulat tertentu. Hasil tersebut antara lain 9,8x10-10 , 24x10-10, dan 14,4x10-10 ses. Bilangan –bilangan itu secara berurutan merupakan kelipatan dari 2q, 5q, 1q dan 3q. Karena belum pernah ditemukan nilai terkecil dari 4,803x10-10ses atau 1,602x10-19 C. Dengan ditemukannya harga muatan elektron tersebut, maka massanya dapat dihitung menurut rumusan rasio muatan-massa yaitu, katoda ditemukan, Goldstein melakukan percobaan dengan tabung sinar katoda dan menemukan fakta bahwa:

a. Apabila katoda tidak berlubang ternyata gas di dalam katoda tetap gelap.

b. Apabila katoda diberi lubang maka gas di dalam katoda menjadi berpijar.

Hal ini menunjukkan adanya radiasi yang berasal dari anoda, kemudian

menerobos lubang pada katoda dan memijarkan gas dibelakang katoda itu. Radiasi itu disebut sinar anoda atau sinar terusan.

W.Wien (1898) dapat menunjukkan bahwa sinar terusan ini juga dibelokkan oleh medan magnetik maupun medan listrik. Akan tetapi, simpangan pembelokkan ini berlawanan arah dan lebih kecil daripada pembelokkan sinar katoda. Oleh karena itu disimpulkan bahwa sinar terusan bermuatan positif dan terdiri atas partikel-partikel yang lebih berat daripada elektron. Sinar terusan yang kemudian sering juga disebut sinar positif mempunyai muatan kelipatan dari +1,60x10-19C.

6. Penemuan Neutron

Serangkaian percobaan untuk berbagai unsur menunjukkan bahwa massa atom selalu lebih besar daripada jumlah massa proton

dan elektron. Perlu dicatat bahwa jumlah proton yang merupakan karakteristik bagi setiap atom unsur yang bersangkutan telah ditemukan menurut percobaan Moseley. Bahkan dengan alat spektrograf massa dapat ditemukan adanya lebih dari satu macam harga massa atom untuk atom-atom unsur

Gambar 6. Bagan alat terjadinya sinar terusan

Gambar 7. Percobaan penembakan berilium dengan

partikel α menghasilkan radiasi neutron yang mampu

(9)

7 Teori Atom | insanilmiah-ilmusains.blogspot.com yang sama sekalipun, yang kemudian dikenal

sebagai isotop.

Untuk menjelaskan gejala-hejala tersebut perlu diperkenalkan adanya partikel lain yang bersifat netral tanpa muatan yang kemudian disebut neutron. Partikel ini pertama kali diusulkan oleh Rutherford pada tahun 1920 dan diduga mempunyai massa hampir sama dengan massa atom hidrogen, tetapi baru pada tahun 1933 ditemukan oleh J.Chadwick dalam proses reaksi nuklir.

Dalam percobaan tersebut, partikel-α yang ditembakkan pada unsur berilium (Be) menghasilkan radiasi berikutnya dengan daya penetrasi (tembus) sangat tinggi. Radiasi ini mampu menghantam proton keluar dari parafin dengan gaya yang sangat kuat. Berdasarkan energi dan momentumnya, hanya partikel netral dengan massa setingkat dengan massa proton yang mampu menghantam proton keluar dari parafin. Oleh karena itu, Chadwick berpendapat bahwa radiasi dengan daya penetrasi kuat ini tentulah terdiri atas partikel-partikel netral dengan massa sesuai untuk neutron. Dengan demikian atom (berilium) mengandung partikel netral, neutron (n), selain proton (proton) dan elektron (elektron), dan ketiganya disebut sebagai partikel dasar penyusun atom.

7. Teori Atom Thomson

Setelah J.J. Thomson menemukan bahwa di dalam atom terdapat elektron, maka

Thomson membuat model atom sebagai berikut:

a. Atom merupakan suatu materi berbentuk bola pejal bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron-elektron (model roti kismis).

b. Atom bersifat netral, jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif.

Model atom Thomson tidak bertahan lama. Hal ini disebabkan model atom Thomson tidak mampu menjelaskan adanya inti atom.

8. Penemuan Inti Atom dan

Model Atom Rutherford

a. Penemuan Keradioaktifan

Gambar 9. Sinar radiokatif diuraikan oleh medan magnet atau medan listrik menjadi tiga jenis sinar yaitu α, , dan

Penemuan inti atom bermula dari penemuan keradioaktifan. Pada tahun 1896,

(10)

8 Teori Atom | insanilmiah-ilmusains.blogspot.com Henry Becquerel menemukan bahwa

uranium terus menerus memancarkan radiasi yang berlangsung dengan sendirinya dan tanpa adanya pengaruh dari luar. Fenomena ini disebut keradioaktifan atau radioaktivitas sedangkan zat yang bersifat seperti itu disebut zat radioaktif (radio = radiasi aktif = spontan).

Sinar radioaktif itu mempunyai sifat yang berbeda dari cahaya biasa, antara lain karena mempunyai daya tembus yang besar, mengionkan media yang dilaluinya, dan dapat memedarkan berbagai macam zat. Dalam medan listrik atau medan magnet, sinar radioaktif dapat diuraikan menjadi tiga jenis sinar yang dinamain sinar alfa (α), sinar beta ( ), dan sinar gamma ( ).

Sinar alfa dan beta merupakan radiasi partikel. Setiap partikel sinar alfa bermuatan +2 dengan massa 4 sma, sedangkan partikel sinar beta sama dengan elektron, bermuatan -1 dan massa 1

1840 sma (dianggap sama dengan nol). Adapun sinar gamma adalah radiasi elektromagnet, tidak bermassa dan tidak bermuatan.

b. Penemuan Inti Atom

Pada tahun 1940, Ernest Rutherford bersama dua orang asistennya yaitu Hans Geiger dan Ernest Marsden melakukan

serangkaian percobaan untuk mengetahui lebih banyak tentang susunan atom. Mereka menembaki lempengan logam yang sangat tipis dengan partikel sinar alfa berenergi tinggi.

Mula-mula mereka menembaki lempeng emas, kemudian beberapa logam lain. Mereka menemukan bahwa sebagian besar partikel alfa dapat menembus lempengan logam tanpa pembelokkan yang berarti, seolah-olah lempeng logam itu tidak ada. Akan tetapi mereka kemudian menemukan bahwa sebagian kecil dari partikel alfa mengalami pembelokkan yang cukup besar, bahkan beberapa diantaranya dipantulkan.

Gambar 10. Percobaan penemuan inti atom

(11)

9 Teori Atom | insanilmiah-ilmusains.blogspot.com kulit atom. Jarak dari inti hingga kulit atom

disebut jari-jari atom.

Gambar 11. Model atom Rutherford

Dengan model seperti itu, penghamburan sinar alfa oleh lempeng logam tipis dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Sebagian besar partikel alfa dapat tembus karena melalui daerah hampa. 2. Partikel alfa yang mendekati inti atom

dibelokkan karena mengalami gaya tolak inti.

3. Partikel alfa yang menuju inti atom dipantulkan karena inti bermuatan positif dan sangat masif.

Gambar 12. Penjelasan Percobaan Rutherford

Kelemahan dari model atom Rutherford adalah bahwa model tersebut tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak tertarik jatuh ke intinya. Jika demikian maka energi elektron akan terus-menerus berkurang

sehingga lintasannya akan berbentuk spiral dan akhirnya jatuh ke inti atom.

9. Model Atom neils Bohr

Berdasarkan pengamatan terhadap spektrum unsur, Neils Bohr dapat menjelskan kekekalan model atom Rutherford dengan teori sebagai berikut:

a. Dalam atom terdapat lintasan stasioner dengan tingkat energi tertentu tempat elektron dapat beredar mengitari inti tanpa disertai pemancaran atau penyerapan energi. Lintasan itu disebut kulit atom yang merupakan orbit

berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu. Tiap lintasan ditandai dengan satu bilangan bulat yang disebut bilangan kuantum utama (n) mulai dari 1, 2, 3 ,4 dan seterusnya yang dinyatakan dengan lambang K, L, M, N dan seterusnya. Lintasan pertama, harga n = 1 disebut kulit K.

Lintasan kedua, harga n = 2 disebut kulit L, dan seterusnya. Semakin besar harga n maka makin besar energi elektron yang mengorbit pada kulit itu dan semakin jauh dari inti.

(12)

10 Teori Atom | insanilmiah-ilmusains.blogspot.com b. Pada keadaan normal (tanpa pengaruh

luar), elektron menempati tingkat energi terendah. Keadaan seperti itu disebut tingkat dasar (ground state). Elektron dapat berpindah dari satu kulit ke kulit lain disertai pemancaran atau penerapan energi dalam jumlah tertentu. Perpindahan ke kulit lebih luar disertai dengan penyerapan energi, sebaliknya perpindahan elektron ke kulit lebih dalam disertai pelepasan energi.

10. Model Atom Modern (Model

Atom Mekanika Kuantum)

Model atom mekanika kuantum didasarkan atas:

a. Elektron bersifat gelombang dan partikel, oleh Louis de Broglie (1923).

b. Persamaan gelombang elektron dalam atom, oleh Erwin Schrodinger (1926). c. Asas ketidakpastian, oleh Werner

Heisenberg (1927).

Menurut teori mekanika kuantum, elektron tidak bergerak pada lintasan tertentu. Berdasarkan hal tersebut, maka model mekanika kuantum adalah sebagai berikut: a. Atom terdiri atas inti atom yang

mengandung proton dan neutron. Dan elektron-elektron mengelilingi inti atom berada pada orbital-orbital tertentu yang membentuk kulit atom. Hal ini disebut Konsep Orbital.

b. Dengan memadukan asas ketidakpastian dari Werner Heisenberg dan mekanika

gelombang dari Louis de Broglie, Erwin Schrodinger merumuskan konsep orbital yaitu suatu ruang tempat peluang elektron dapat ditemukan.

(13)

11 Teori Atom | insanilmiah-ilmusains.blogspot.com