Macam-macam model atom beserta teori dan
perkembangannya : Model Atom Dalton, J. J.
Thomson,Rutherford,BOHR,Mekanika Kuantum
Teori atom selalu mengalami perkembangan dari waktu ke waktu sesuai dengan penemuan baru. teori atom telah berkembang sejak abad sebelum masehi dan menjadi pertanyaan besar di kalangan para ahli filsafat yunani. Demokritus berpendapat bahwa suatu materi bersifat diskontinu, jika dibelah terus menerus akan diperoleh materi yang lebih kecil lagi. bagian terkecil yang tidak bisa dibagi lagi disebut dengan atom.Dalam kimia dan fisika, teori atom adalah teori ilmiah sifat alami materi, yang menyatakan bahwa materi tersusun atas satuan diskret yang disebut atom. Ini dimulai dari konsep filosofis pada masa Yunani kuno dan menjadi aliran ilmiah utama di awal abad ke-19, ketika diungkap dalam bidang kimia. Ilmu kimia ini membuktikan bahwa materi memang berperilaku seperti jika ia tersusun atas atom-atom.
Istilah atom berasal dari kata sifat Yunani Kuno atomos, yang berarti "tidak dapat dipecah". Kimiawan abad ke-19 mulai menggunakan istilah sehubungan dengan meningkatnya jumlah unsur kimia yang tidak dapat diperkecil lagi. Meskipun tampaknya benar, sekitar pergantian abad ke-20, melalui berbagai eksperimen dengan elektromagnetisme dan radioaktivitas, fisikawan menemukan bahwa apa yang disebut "atom yang tidak dapat dipecah" sebenarnya adalah gabungan berbagai partikel subatomik (terutama, elektron, proton dan neutron) yang dapat ada secara terpisah dari satu sama lain.
Model atom teoretis yang berlaku saat ini melibatkan inti padat dikelilingi oleh "awan" elektron
Macam-macam model atom 1. Model Atom 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.
Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini:
Kelebihan dan kelemahan Atom Dalton Kelebihan :
Mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom
Kelemahan :
Teori atom Dalton tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat menghantarkan arus listrik. Bagaimana mungkin bola pejal dapat menghantarkan arus listrik? padahal listrik adalah elektron yang bergerak. Berarti ada partikel lain yang dapat menghantarkan arus listrik.
Fisikawan Joseph John Thomson (1856-1940) adalah seorang ilmuwan yang lahir di Cheetham Hill, di mana di tempat itu pula Thomson dinobatkan sebagai profesor fisika eksperimental sejak tahun 1884. Penelitian yang Thomson lakukan menghasilkan penemuan elektron. Ia mengetahui bahwa gas adalah zat yang mampu menghantar listrik. Thomson juga menjadi salah satu perintis ilmu fisika nuklir. Thomson berhasil meraih hadiah nobel fisika pada tahun 1906.
Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.
Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut,Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan
mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson yang menyatakan bahwa: “Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron”
Model atomini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar merata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal.
Teori atom Dalton cukup lama dianut oleh para ahli saat itu hingga ditemukannya elektron yang bermuatan negatif oleh J.J. Thomson pada tahun 1897 . Penemuan elektron ini akhirnya
mematahkan teori Dalton bahwa atom merupakan materi terkecil. Oleh karena elektron bermuatan negatif maka Thomson berpikir bahwa ada muatan positif sebagai penyeimbang. Dengan demikian atom bersifat netral.
Model atom Thomson menggambarkan bahwa atom merupakan suatu bola yang bermuatan positif. Sementara itu elektron (bagian atom yang bermuatan negatif) tersebar merata di permukaan bola tersebut. Muatan-muatan negatif tersebut tersebar seperti kismis pada roti kismis. Jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif sehingga atom bersifat netral.
Jumlah muatan positif = Jumlah muatan negatif
Model Atom Rutherford Teori Atom Rutherford
Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa ( ) terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah λ
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
Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan beberapa berikut :
1. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan
2. Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.
3. Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan.
Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal dengan model atom rutherford yang menyatakan bahwa 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.
Kelebihan dan Kelemahan Model atom Rutherford : Kelebihan :
Membuat hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti
Kelemahan :
Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berdasarkan teori fisika, gerakan elektron mengitari inti ini disertai pemancaran energi sehingga lama - kelamaan energi elektron akan berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan jatuh ke dalam inti . Ambilah seutas tali dan salah satu ujungnya Anda ikatkan sepotong kayu sedangkan ujung yang lain Anda pegang. Putarkan tali tersebut di atas kepala Anda. Apa yang terjadi? Benar. Lama kelamaan putarannya akan pelan dan akan mengenai kepala Anda karena putarannya lemah dan Anda pegal memegang tali tersebut. Karena Rutherford adalah telah dikenalkan lintasan/kedudukan elektron yang nanti disebut dengan kulit.
Model atom bohr
Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:
1. Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti.
2. Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.
4. Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2p atau nh/2p, dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.
Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.
Gambar Model Atom Bohr
Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Bohr Kelebihan :
atom Bohr adalah bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron.
Kelemahan :
model atom ini adalah tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack
Model atom mekanika kuantum
BILANGAN KUANTUM
Menurut mekanika gelombang, setiap tingkat energi dalam atom diasosiasikan dengan satu atau lebih orbital. Untuk menyatakan kedudukan (tingkat energi, bentuk, serta orientasi) suatu orbital menggunakan tiga bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (l), dan bilangan kuantum magnetik (ml atau m)
Gambar 1. Bilangan Kuantum n Bilangan Kuantum Azimuth
Mekanika gelombang meramalkan bahwa setiap kulit (tingkat energi) tersusun dari beberapa subkulit (subtingkat energi) yang masing-masing subkulit tersebut dicirikan oleh bilangan kuantum azimuth yang diberi lambang (l).
Bilangan kuantum azimut mempunyai harga dari 0 sampai dengan (n-1) untuk setiap n,
dan menunjukan letak elektron dalam subkulit. Setiap kulit terdiri dari subkulit (jumlah subkulit tidak sama untuk setiap kulit elektron), dan setiap subkulit dilambangkan berdasarkan pada harga bilangan kuantum azimut (l).
Untuk setiap subkulit diberi lambang berdasarkan harga bilangan kuantum l.
Lambang s, p, d, f diambil dari nama spektrum yang dihasilkan oleh logam alkali dari Li sampai dengan Cs yang terdiri dari empat deret, yaitu tajam (sharp), utama (principal), kabur (diffuse), dan dasar (fundamental). Sampai saat ini, elektron-elektron baru menempati subkulit-subkulit s, p, d, dan f. Sedangkan subkulit g, h, dan i belum terisi elektron.
Tabel 1. Hubungan Jumlah Sub-kulit dengan kulit
Bilangan Kuantum Magnetik (m)
Bilangan kuantum magnetik (m) menyatakan orbital khusus yang ditempati elektron pada suatu subkulit. Bilangan kuantum magnetik juga menyatakan orientasi khusus dari orbital itu dalam ruang relatif terhadap inti. Nilai bilangan kuantum magnetik bergantung pada nilai bilangan kuantum azimuth, yaitu semua bilangan bulat mulai dari –l sampai dengan +l, termasuk 0.
Tabel 2 Hubungan Bilangan Kuantum Azimut dengan Bilangan Kuantum Magnetik
Dari tabel di atas terlihat bahwa nilai magnetik (m) diantara – l sampai + l (l = bilangan kuantum azimut). Nilai bilangan kuantum magnetik suatu elektron tergantung pada letak elektron tersebut dalam orbital. Nama-nama kotak di atas sesuai dengan bilangan kuantum magnetiknya. Dan perlu diingat juga dengan mengabaikan tanda -/+ maka nilai m tidak mungkin lebih besar dari nilai l.
Bilangan Kuantum Spin (s)
Gambar 2 | Arah Putar Elektron pada Sumbunya
Dapat disimpulkan bahwa kedudukan suatu elektron dalam suatu atom dinyatakan oleh empat bilangan kuantum, yaitu:
Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.
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
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)
