ATOM

Pengertian Atom

Atom merupakan partikel paling kecil yang masih mempunyai sifat unsur. Menurut para ahli fisika, jari-jari suatu atom sekitar 3 – 15 nm (1 nm = 10^-9 meter). Sampai sekarang belum ada alat yang dapat memperbesar atom sehingga dapat diamati secara jelas. Walaupun atom tidak dapat dilihat dengan jelas, para ahli dapat membuat perkiraan gambaran mengenai atom berdasarkan data eksperimen dan kajian teoretis yang dilakukannya. Perkiraan tentang gambaran atom tersebut dinamakan model atom. Itulah sebabnya mengapa model atom telah beberapa kali mengalami perubahan sesuai dengan perkembangan ilmu pengetahuan.

 

Sejarah Atom

Sejarah penemuan atom sudah dimulai sejak jaman dahulu kala.Tepatnya sekitar tahun 400 SM seorang filsuf Yunani Democritus,mengemukakan bahwa materi tersusun dari partikel – partikel kecil yang tidak dapat dibagi lagi.Ia memberi nama ATOMOS.
Democritus juga berpendapat bahwa air terbentuk dari butiran – butiran kecil yang memiliki 20 sisi,sehingga tidak menimbulkan rasa sakit ketika mengenai tubuh.Sementara itu,api terbentuk dari piramida – piramida kecil yang ujung – ujungnya menimbulkan rasa sakit saat api mengenai tubuh kita.Dan tanah terbentuk dari kubus – kubus yang tersusun rapat sehingga sulit bergerak. Namun,pendapat Democritus sebatas pemikiran filosofis yang tidak disertai dengan bukti ilmiah melalui eksperimen. Sehingga muncul beberapa pemikiran lain tentang atom.

Teori Atom

1.   Teori Atom John Dalton

Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan 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.

Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini:

 

Kelemahan:

Teori dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.

Kelemahan:

Teori dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.

2. Teori Atom J. J. Thomson

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 marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:

 

Kelemahan:

Kelemahan model atom Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

3. Teori Atom Rutherford

Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng tipis 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 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.

Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai beriukut:

 

Kelemahan:

Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.

4. Teori Atom Bohr

ada 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.
3. Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE = hv.
4. Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏, 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.

 

Kelemahan:

Model atom ini tidak bisa menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak.

Struktur atom berdasarkan model atom mekanika kuantum

Untuk menggambarkan posisi elektron dalam suatu atom, di gunakan istilah bilangan kuantum. Ada empat jenis bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan Kuantum azimut (l), bilangan kuantum magnetik (m) dan bilangan kuantum Spin (s).

a.       Bilangan kuantum Utama (n)

Posisi elektron dalam kulit elektron dapat di tentukan menggunakan bilangan kuantum utama. Hubungan antara bilangan kuantum utama (n) dan kulit elektron di simpulkan dalam tabel berikut.

n	1	2	3	4
Kulit elektron	K	L	M	N

Selain menyatakan posisi elektron dalam kulit elektron, bilangan kuantum utama juga dapat menjelaskan tingkat energi atom. Semakin besar nilai n, jarak rata-rata awan elektron ke inti atom semakin jauh. Semakin besar nilai n, tingkat energi atom semakin tinggi.

b.      Bilangan kuantum azimut (l)

Kulit elektron terbagi lagi menjadi beberapa subkulit. Subkulit-subkulit tersebut di beri nama s, p, d, dan f. penamaan subkulit ini berasal dari kata sharp, principal, diffuse, dan fundamental. Setiap subkulit mempunyai bilangan kuantum azimut yang berbeda-beda.

l	0	1	2	3
Subkulit	s	p	d	f

Berapakan jumlah subkulit yang dimiliki suatu kulit elektron ? jumlah subkulit di tentukan menggunakan rumus berikut.

l  = 0, 1, 2, 3, ... (n – 1)

contoh soal :

berapakah subkulit yang dimiliki kulit L ?

solusi : l = 0, 1, 2, 3, ... (n - 1)

kulit L mempunyai harga n = 2 (lihat tabel di bilangan kuantum utama)

l = 0, 1

jadi, kulit L memiliki dua subkulit, yaitu s (l = 0) dan p (l = 1)

Subkulit- subkulit yang dimiliki setiap kulit elektron di bedakan dengan menambahkan angka 1,2,3 dan seterusnya, di sesuaikan dengan kulit elektron yang di tempatinya. Jadi, subkulit s yang terdapat dalam kulit K di beri nama  1s, sedangkan subkulit yang terdapat dalam kulit M di beri nama 3s.

c.       Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Suatu subkulit terdiri atas orbital-orbital yang dinyatakan dengan bilangan kuantum magnetik (m). nilai bilangan kuantum magnetik (m) setiap orbital berbeda-beda dan bergantung pada nilai l.

m = -l sampai + l

berdasarkan rumus tersebut, jumlah orbital yang di miliki kulit dan subkulit dapat di ketahui. Orbital yang terletak dalam suatu subkulit biasanya di beri nama sesuai dengan nama subkulit tersebut. Misal, orbital yang menempati subkulit 1s di sebut orbital 1s.

Contoh soal:

Suatu elektron memiliki bilangan kuantum utama (n) = 2. Terletak di kulit manakah elektron tersebut? Berapakah orbital yang dimiliki kulit tersebut?

Solusi:

 n = 2, berarti elektron menempati kulit L.

l = 0, 1, 2, ... (n – 1)

l = 0, 1

kulit L memiliki dua subkulit (2s dan 2p). subkulit 2s mempunyai 1 nilai m (m = 0), sedangkan subkulit 2p mempunyai 3 nilai m (-1, 0, +1).

Jadi, jumlah orbital dalam subkulti 2s = 1; jumlah orbital dalam subkulit 2p = 3; jumlah orbital dalam kulit L = 1 + 3 = 4.

Bentuk dari orbital yang dimiliki setiap subkulit juga berbeda-beda. Hal ini di pengaruhi nilai l. orbital dengan l yang sama memiliki bentuk orbital yang sama juga. Gambar berikut menunjukkan bentuk-bentuk orbital.

d.      Bilangan Kuantum Spin (s)

Saat model atom mekanika kuantum pertama kali di umumkan, bilangan kuantum tidak mengikutsertakan bilangan kuantum spin. Di masukkannya bilangan kuantum spin berawal dari percobaan Stern- Gerlach. Logam perak (Ag) di uapkan dalam oven, lalu di tembakkan dengan batuan cahaya ke medan magnet melewati suatu celah. Ternyata, cahaya tersebut terpecah menjadi 2 bagian. Hal ini menunjukkan bahwa elektron dalam atom mempunyai sifat seperti magnet, yaitu mempunyai 2 kutub. Arah rotasi elektron akhrinya di nyatakan dalam bilangan kuantum spin. Ada dua nilai bilangan kuantum spin, yaitu – ½ dan + ½ . kedua nilai s tersebut berkaitan dengan arah rotasi yang searah atau berlawanan dengan arah jarum jam.